一种多枪结构的IGBT充电机的制作方法

本发明涉及一种新能源汽车充电领域，具体是一种多枪结构的IGBT充电机。

背景技术：

未来几年我国电动汽车将会得到快速的发展，但目前制约电动汽车发展的因素主要体现在诸如锂电池等能源装置价格以及充电桩技术的完善上，电动汽车特别是电动公交车发展越迅速，对大功率充电设备的需求也越来越高。原有小功率充电装置中主要采用了M0SFET等小功率器件，利用MOSFET小功率器件并联组成的大功率器件存在故障率高、成本高等缺点。在这种情况下，越来越需要高压大功率IGBT器件来实现逆变电源部分，主要优势如下：

电路结构简单：IGBT充电机可以实现全功率输出，尤其适合快充的需求，效率高，可靠性高。

环境适应能力强：IGBT充电机可采用全封闭冷却风道，冷却风与元器件、电路板等分离，有效实现防尘、防潮，提高设备长期运行的可靠性。

对电网的适应性强：有的地区电网电压昼夜变化范围宽，IGBT能很好地适应电网的大范围变化。

对负载的适应能力强：对意外造成的过载、短路等情况，IGBT电流容量大，可承受冲击能力也大。

大功率时有价格优势：IGBT充电机是以单机实现全功率的变换传输，与并联模块增容的方案比较，其生产成本（材料、人工等）与装机容量之间不是线性叠加关系，容量越大，价格优势越明显。

IGBT属于全控型器件，载流能力大，可承受电压高的优点集于一身，性能十分优越，采用IGBT可减少原有小功充电模块并接实现大功率充电装置的现状，减少成本及设备占用体积。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种在实现对输出电压可控性的同时，也实现了对功率因数和电流失真度的补偿调节，同时针对小功率充电设备提供了多个充电枪接口，可实现多个小功率充电设备同时充电的多枪结构的IGBT充电机，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种多枪结构的IGBT充电机，包括AFE整流模块和主控系统，所述AFE整流模块的输出端通过直流母线连接主控系统，主控系统通过DC总线和CAN总线连接充电桩，充电桩上集成有充电枪。

作为本发明进一步的方案：所述AFE整理系统和主控系统集成在一个集装箱内部，AFE整流模块输入端连接三相交流电源。

作为本发明进一步的方案：所述充电枪设有DC输出总线和CAN总线。

作为本发明进一步的方案：所述主控系统通过CAN总线与充电枪连接。

作为本发明进一步的方案：所述主控系统通过CAN总线与充电设施的BMS系统通信。

作为本发明进一步的方案：该多枪结构的IGBT充电机支持大功率单输出模式，可满足大功率充电设备的需求。

作为本发明进一步的方案：该多枪结构的IGBT充电机支持小功率多输出模式，可满足小功率充电设备同时充电的需求。

作为本发明进一步的方案：该多枪结构的IGBT充电机工作在不同模式时，控制系统会根据当前负载情况采取最优算法进行控制满足用户的选择。

多枪结构的IGBT充电机，其工作流程为：充电设施接入，主控系统通过CAN总线与充电设施通信，确定电池的基本信息，同时在充电桩显示屏提示用户当前可提供的充电模式，用户选择后系统即确定其充电模式，主控系统汇总当前各充电枪的充电状态，重新调整各充电枪的输出电压和电流，最大限度满足各充电设施的需求；若在充电过程中，主控系统根据与BMS系统的通信来决定是否重新调整输出，一旦需要调整输出，控制模块自动分配各充电枪的输出电压和电流，最大限度满足多枪同时充电的需求。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：在实现对输出电压可控性的同时，也实现了对功率因数和电流失真度的补偿调节。在充电电压适用范围较为固定的条件下，选择这样的IGBT充电机，可获得最高的效率和可靠性，可满足大功率充电设备的需求。该充电机同时针对小功率充电设备提供了多个充电枪接口，通过控制算法可实现多个小功率充电设备同时充电，不仅提高了充电效率，降低了运营成本，同时也具有节能、环保等诸方面的社会意义。

附图说明

图1为多枪结构的IGBT充电机的模块结构示意图。

图2为多枪结构的IGBT充电机的工作流程图。

图3为多枪结构的IGBT充电机的电路原理意图。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本专利的技术方案作进一步详细地说明。

请参阅图1-3，一种多枪结构的IGBT充电机，包括AFE整流模块和主控系统，所述AFE整流模块的输出端通过直流母线连接主控系统，主控系统通过DC总线和CAN总线连接充电桩，充电桩上集成有充电枪。

上述，AFE整理系统和主控系统集成在一个集装箱内部，AFE整流模块输入端连接三相交流电源。

上述，充电枪设有DC输出总线和CAN总线，通过DC总线和CAN总线连接充电桩。

上述，主控系统通过CAN总线与充电枪连接。

上述，主控系统通过CAN总线与充电设施的BMS系统通信。

本发明具有以下优点：一、支持大功率单输出（一机一枪）模式，可满足大功率充电设备的需求；

二、支持小功率多输出模式（一机多枪），可满足小功率充电设备同时充电的需求；

三、工作在不同模式时，控制系统会根据当前负载情况采取最优算法进行控制满足用户的选择（提供时间、成本、电池最大寿命、优先级等选项）。

本发明采用AFE整流系统，采用有源可控IGBT整流元件，采用PWM控制，完美无谐波。在实现对输出电压可控性的同时，也实现了对功率因数和电流失真度的补偿调节。在充电电压适用范围较为固定的条件下，可实现对大功率电池快充功能，选择这样的IGBT充电机，可获得最高的效率和可靠性，最高效率可达99%以上。

IGBT充电机系统目前将AFE整理系统和主控系统集成在一个集装箱内部，节省土地成本，便于用户立即投入使用，该控制算法集成在主控系统中，该系统通过CAN总线与各充电枪相连接，一旦充电设施接入，主控系统通过CAN总线与充电设施通信，确定电池的基本信息（电池的最大充电电压、电流、当前SOC等），同时在充电桩显示屏提示用户当前可提供的充电模式（有最大电池寿命模式，最短充电时间模式、最低充电费用模式等选项，具体选项可根据当前负载情况进行调整），用户选择后（若用户不选择则自动按照电池最大寿命模式）系统即确定其充电模式，主控系统汇总当前各充电枪的充电状态，重新调整各充电枪的输出电压和电流，最大限度满足各充电设施的需求。若在充电过程中，主控系统根据与BMS系统的通信来决定是否重新调整输出，一旦需要调整输出，控制模块自动分配各充电枪的输出电压和电流，最大限度满足多枪同时充电的需求。

本发明的工作原理是：IGBT充电机针对小功率电池存在“大材小用”的问题，本发明提出一种多枪模式的IGBT充电机，主控系统通过控制算法可实现同时给多个小功率电池进行充电，提高了IGBT充电机的利用率，最大限度地发挥充电机的性能。

本发明提出多枪模式，每个充电枪带有DC输出和CAN总线，主控系统通过CAN总线与充电设施的BMS系统通信，通过均衡算法实现多个充电设施的同时充电，系统提供用户按照最大电池寿命模式，最短充电时间模式、最低充电费用模式等选项供用户选择，系统根据用户的选择模式，根据均衡算法合理分配充电负荷，提高IGBT充电机的利用率。具体控制算法思路：

主控系统选定一个工作方式（如根据时间段削峰填谷或用户手工指定），一旦确定系统的工作方式，则系统的输出功率范围即确定；

主控系统通过CAN总线与相连接的BMS系统进行通信并确定该电池的充电模式，一旦其充电模式确定，系统将根据电池的额定容量、现在的容量及最大充电电流电压等数据预估该充电设备一段时间内的用电情况，若系统目前的输出可满足其要求，则直接提供输出即可；若系统目前或一段时间内的输出不能满足其充电要求，系统会根据各充电设施的优先级（充电优先级根据用户充电时的选择或系统管理员后台设定的方式进行设置）进行调整，优先满足高优先级的充电设施的充电需求，同一优先级按照时间进行排序；

在此过程中一旦系统的工作模式发生变化或有新设备接入或现有设备完成充电，系统自动进行算法的调整，按照最新的优先级顺序重新为各充电设备生成一个最佳充电方案。

上面对本专利的较佳实施方式作了详细说明，但是本专利并不限于上述实施方式，在本领域的普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本专利宗旨的前提下作出各种变化。