专利名称：纯电动汽车锂电池充电装置的制作方法
技术领域：
本发明属于电动汽车技术领域，涉及ー种纯电动汽车锂电池的充电装置，利用本装置对纯电动汽车的电池进行充电，可以实现锂电池三段式充电模式，提高电池寿命和充电效率。
背景技术：
随着我国经济的发展，汽车的产销量和保有量都保持着高速稳定的发展态势。有专家指出，按照现在的发展速度，我国的燃油生产将面临更大的压力，能源供应及环境的压力正在成为汽车行业发展的制约因素。我国汽车产业的未来，必然要走发展更清洁更节能之路。电动汽车以清洁的、可再生的能源为动力，必将成为汽车大家庭中的重要成员。纯电动汽车的电源为电池，受电池容量、体积和成本的限制，一次充电的续驶里程较短，且随着行驶エ况不一样，一次充电的续驶里程还会发生变化，因此配备车载充电机是纯电动汽车的发展趋势。因串联电池组的电压波动范围大，且供电单元的电池量不一样，电压波动范围是不一样的，同时为了提高电池寿命和充电效率，要求车载充电机能够根据电池的电压和电流实时调整输出电压和电流并且能够实现恒压、恒流的无扰动切換。鉴于车载特殊的使用场合，要求该充电机必须具备应有的设计功能和性能，而且也要满足对体积、效率、重量、可靠性、电磁干扰与抗干扰性、热性能、噪声等方面的特殊要求。随着纯电动汽车普及率越来越大，电动汽车用充电机对电网的影响越来越严重，对车载充电机的要求越来越高。结合现代纯电动汽车对车载充电装置的特殊要求，吸收传统的电动汽车用充电机的优势，采用多段式充电方式、有源功率调整技木、并联谐振软开关技术和基于CAN的单机并联技术，实现功率大、体积小、效率高、功率因素高的车载充电机，可以极大的提高系统的可靠性和性价比。因此，研究在车载动カ电池一定的情况下，基于有源功率调整技木、并联谐振软开关技术和基于CAN的单机并联技术的锂电池充电装置，对提高电动汽车的运行效率和促进电动汽车的推广应用有明显重要的意义。
发明内容
本发明为了解决上述问题，针对纯电动汽车而设计出一种基于有源功率调整、并联谐振软开关技术和基于CAN的单机并联技术的锂电池充电装置。该装置能适用于各种用于不同型号、不同功率的纯电动汽车，通过更换部分元件和设定部分參数可以满足各种锂电池电动汽车对车载充电机的要求，并确保该充电机具有高功率因素、高效率和高可靠性。本发明是通过以下方案实现的
上述的纯电动汽车锂电池充电装置，采用模块化的构造方法，包括基于CAN主从模式并联的两台单机；两台所述单机结构一致，输出电流和电压的变化率保持一致。所述的纯电动汽车锂电池充电装置，其中所述单机主要由电性连接的EMI模块、输入控制开关、整流単元、有源功率因素调整单元、高频逆变単元、谐振单元、高频隔离单元、输出滤波単元、检测模块以及控制和保护单元组成；所述EMI模块包括输入EMI単元、EMI处理单元和输出EMI単元；所述输入EMI単元抑制输入对充电机的干扰；所述EMI处理単元和输出EMI単元分别抑制变压器二次侧的传导干扰；所述整流模块包括エ频不可控整流単元和输出不可控整流単元；所述エ频不可控整流単元将单相交流电变成脉动较小的直流电；所述输出不可控整流単元利用单相桥式不可控整流电路实现将高频交流电变换成脉动较小的直流电；所述 检测模块包括负载信号检测单元和电压电流检测单元；所述负载信号检测单元检测电池的电压和电流信号，判断充电机与电池状态；所述电压电流检测单元检测有源功率因素调整单元的电感电流、母线电压以及所述エ频不可控整流単元的输出电压。所述的纯电动汽车锂电池充电装置，其中所述有源功率因素调整单元采用有源PFC原理，利用Boost变换器，在调节充电机的功率因素同时提高逆变桥的母线电压，并且具备自动恒压和限流功能。所述的纯电动汽车锂电池充电装置，其中所述输入控制开关在状态检测正常后开关闭合，故障时断开开关。所述的纯电动汽车锂电池充电装置，其中所述谐振単元由电容和电感构成，实现开关管零电压开通，形成并联谐振软开关技木。所述的纯电动汽车锂电池充电装置，其中所述高频逆变单元实现将恒定直流电压经过电压型逆变器变换成高频方波电压。所述的纯电动汽车锂电池充电装置，其中所述高频隔离单元通过高频变压器实现输入电压和输出电压的隔尚。所述的纯电动汽车锂电池充电装置，其中所述输出滤波单元利用无源滤波电路实现将脉动直流电变换成恒定的直流电。所述的纯电动汽车锂电池充电装置，其中所述控制和保护单元主要实现PWM脉冲的产生、恒压、恒流、输入过压保护、输入欠压保护、过流保护、短路保护、过热保护、充电过程控制以及输出电池状态检测功能。有益效果
本发明的纯电动汽车锂电池充电装置采用模块化的构造方法，将两台独立的电源基于CAN主从模式并联起来，提高输出功率，保证并联时每台电源的输出电流和电压的变化率保持一致，达到较好的均流效果；
采用有源PFC原理，利用Boost变换器，使得交流侧的功率因素可以达到95%以上，同时逆变桥的母线电压升高到380V，并且具备自动恒压和限流功能；
通过在主回路中增加谐振环节，利用电容和电感产生准谐振，实现逆变桥上开关管的零电压开通，从而减小开关损耗，提高充电机的效率。本发明的该充电装置适用于各种不同功率的电动汽车的锂电池充电，由于采用基于有源功率调整技木、并联谐振软开关技术、硬件电流与电压PID调节技术、高频逆变、整流和滤波技术，实现了充电机宽输入、高效率、高功率因素，性能可靠，积极推动了电动汽车的产业化进程。
图I是本发明纯电动汽车锂电池充电装置的并机结构框图。图2是本发明纯电动汽车锂电池充电装置的单机结构框图。
具体实施例方式如图I所示，本发明的纯电动汽车锂电池充电装置，采用模块化的构造方法，包括并联的两台单机，该两台单机基于CAN主从模式并联，形成主单机A和从单机B ;主单机A和从单机B的结构一致，输出电流和电压的变化率保持一致。由于主单机A和从单机B的结构一致，下面以主单机A为例，详细说明其具体构成。如图2所示，主单机A主要由电性连接的输入EMI単元I、输入控制开关2、エ频不 可控整流単元3、有源功率因素调整单元4、高频逆变単元5、谐振单元6、高频隔离単元7、输出不可控整流単元8、EMI处理单元9、输出滤波単元10、输出EMI単元11、负载信号检测单元12、电压电流检测单元13以及控制和保护单元14组成。输入EMI单元1、EMI处理单元9和输出EMI单元11构成EMI模块；其中输入EMI单元I抑制输入对充电机的干扰；EMI处理单元9和输出EMI单元11分别抑制变压器二次侧的传导干扰。输入控制开关2在状态检测正常后开关闭合，故障时断开开关。エ频不可控整流単元3和输出不可控整流単元8构成整流模块；其中エ频不可控整流単元3将单相交流电变成脉动较小的直流电；输出不可控整流単元8利用単相桥式不可控整流电路实现将高频交流电变换成脉动较小的直流电。有源功率因素调整单元4在调节充电机的功率因素同时提高逆变桥的母线电压，采用有源PFC原理，利用Boost变换器，使得交流侧的功率因素可以达到95%以上，同时逆变桥的母线电压升高到380V，并且具备自动恒压和限流功能。高频逆变単元5实现将恒定直流电压经过电压型逆变器变换成高频方波电压。谐振单元6由电容和电感构成，实现开关管零电压开通，形成并联谐振软开关技木；通过在主回路中增加谐振环节，利用电容和电感产生准谐振，实现逆变桥上开关管的零电压开通，从而减小开关损耗，提高充电机的效率。高频隔离単元7通过高频变压器实现输入电压和输出电压的隔离；
输出滤波単元9利用无源滤波电路实现将脉动直流电变换成恒定的直流电。负载信号检测单元12和电压电流检测单元13构成检测模块，其中负载信号检测単元12检测电池的电压和电流信号，判断充电机与电池状态；电压电流检测单元13检测有源功率因素调整单元的电感电流、母线电压以及エ频不可控整流単元302的输出电压；
控制和保护单元14主要实现PWM脉冲的产生、恒压、恒流、输入过压保护、输入欠压保护、过流保护、短路保护、过热保护、充电过程控制以及输出电池状态检测功能。工作过程
电动汽车停车，充电机输入控制开关2合上后，控制和保护单元14进入自诊断系统，通过检测単元9的负载信号检测单元12和电压电流检测单元13检测供电电压是否正常、检测充电机输出端电池是否接上、电池是否反接、输出是否短路、输出电压与输出电流检测是否正常、逆变桥母线电压是否正常，如果正常输入控制开关2闭和，如果有ー个出现故障则系统不启动，且以光形式给出故障显示信息。自诊断系统确认正常以后，输入继电器合上，进入正常工作模式。输入电压通过输入EMI単元I、エ频不可控整流単元3、有源功率因素调整单元4为逆变桥提供恒定的直流母线电压，高频逆变単元5、谐振单元6以及高频隔离単元7将恒定的直流电变换成高频的交流电，通过输出不可控整流単元8、EMI处理单元9、输出滤波単元9和输出EMI単元11将高频交流电变换成直流电给锂电池充电。充电过程中，控制和保护单元14实时检测电池的状态，根据充电输出转换充电模式，控制充电流程。在工作过程中，控制和保护单元14通过检测単元9的负载信号检测单元12和电压电流检测单元13检测是否有出现输出过压、输出过流、充电机过热、电池接线松动、输入电压不正常等情况，一旦出现则进入保护工作模式。保护工作模式中，当出现此类故障吋， 控制和保护单元14进入故障保护处理工作流程，经过一定时间的延时后，如果故障排除，系统自动恢复进入正常工作模式。本发明的锂电池充电装置用于锂电池电动汽车的电池车载充电，具有以下特点
1、基于CAN的单机并联技术
单机输出參数不能满足要求，而满足这种要求的车载充电机存在着设计、调试以及体积大的麻烦，这样势必增加成本。本申请采用模块化的构造方法，将两台独立的电源并联起来，提高输出功率；并联时基于CAN主从模式，保证并联时每台电源的输出电流和电压的变化率保持一致，达到较好的均流效果；
2、采用基于有源功率因素调整技术
采用有源PFC原理，利用Boost变换器，使得交流侧的功率因素可以达到95%以上，同时逆变桥的母线电压升高到380V，并且具备自动恒压和限流功能；
3、并联谐振软开关技术
通过在主回路中增加谐振环节，利用电容和电感产生准谐振，实现逆变桥上开关管的零电压开通，从而减小开关损耗，提高充电机的效率。本发明的该充电装置适用于各种不同功率的电动汽车的锂电池充电，具有的上述特点及采用的基于有源功率调整技木、并联谐振软开关技术、硬件电流与电压PID调节技术、高频逆变、整流和滤波技术，实现了充电机宽输入、高效率、高功率因素，性能可靠，积极推动了电动汽车的产业化进程。
权利要求
1.ー种纯电动汽车锂电池充电装置，其特征在于所述装置采用模块化的构造方法，包括基于CAN主从模式并联的两台单机；两台所述单机结构一致，输出电流和电压的变化率保持一致。
2.如权利要求I所述的纯电动汽车锂电池充电装置，其特征在于所述单机主要由电性连接的EMI模块、输入控制开关、整流単元、有源功率因素调整单元、高频逆变単元、谐振单元、高频隔离单元、输出滤波单元、检测模块以及控制和保护单元组成； 所述EMI模块包括输入EMI单元、EMI处理单元和输出EMI单元；所述输入EMI单元抑 制输入对充电机的干扰；所述EMI处理单元和输出EMI単元分别抑制变压器二次侧的传导干扰； 所述整流模块包括エ频不可控整流単元和输出不可控整流単元；所述エ频不可控整流単元将单相交流电变成脉动较小的直流电；所述输出不可控整流単元利用单相桥式不可控整流电路实现将高频交流电变换成脉动较小的直流电； 所述检测模块包括负载信号检测单元和电压电流检测单元；所述负载信号检测单元检测电池的电压和电流信号，判断充电机与电池状态；所述电压电流检测单元检测有源功率因素调整单元的电感电流、母线电压以及所述エ频不可控整流単元的输出电压。
3.如权利要求2所述的纯电动汽车锂电池充电装置，其特征在于所述有源功率因素调整单元采用有源PFC原理，利用Boost变换器，在调节充电机的功率因素同时提高逆变桥的母线电压，并且具备自动恒压和限流功能。
4.如权利要求2所述的纯电动汽车锂电池充电装置，其特征在于所述输入控制开关在状态检测正常后开关闭合，故障时断开开关。
5.如权利要求2所述的纯电动汽车锂电池充电装置，其特征在于所述谐振単元由电容和电感构成，实现开关管零电压开通，形成并联谐振软开关技木。
6.如权利要求2所述的纯电动汽车锂电池充电装置，其特征在于所述高频逆变单元实现将恒定直流电压经过电压型逆变器变换成高频方波电压。
7.如权利要求2所述的纯电动汽车锂电池充电装置，其特征在于所述高频隔离单元通过高频变压器实现输入电压和输出电压的隔离。
8.如权利要求2所述的纯电动汽车锂电池充电装置，其特征在于所述输出滤波单元利用无源滤波电路实现将脉动直流电变换成恒定的直流电。
9.如权利要求2所述的纯电动汽车锂电池充电装置，其特征在于所述控制和保护单元主要实现PWM脉冲的产生、恒压、恒流、输入过压保护、输入欠压保护、过流保护、短路保护、过热保护、充电过程控制以及输出电池状态检测功能。
全文摘要
本发明涉及一种纯电动汽车锂电池充电装置，其采用模块化的构造方法，包括基于CAN主从模式并联的两台单机；两台所述单机结构一致，输出电流和电压的变化率保持一致；单机回路中设有有源功率因素调整单元和谐振单元。该充电装置适用于各种不同功率的电动汽车的锂电池充电，由于采用基于有源功率调整技术、并联谐振软开关技术、硬件电流与电压PID调节技术、高频逆变、整流和滤波技术，实现了充电机宽输入、高效率、高功率因素，性能可靠，积极推动了电动汽车的产业化进程。
文档编号H02J7/00GK102647006SQ20121011677
公开日2012年8月22日 申请日期2012年4月20日 优先权日2012年4月20日
发明者张凯, 梅建伟, 王思山, 程登良, 蒋伟荣 申请人:湖北点元电子信息技术有限公司