一种应用于电动汽车的直流充电装置的制造方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及电力电子功率变换技术领域，具体涉及一种应用于电动汽车的直流充电装置。
【背景技术】
[0002]从目前电动汽车直流充电方案来看，大部分直流充电装置采用的是模块化方案，由于受到模块电气隔离技术瓶颈的限制，单个模块充电功率很难提升(通常只能做到
10-15KW)，因此为达到短时大功率充电的目的，只能采用多个模块并联的方案，导致一台直流充电装置只能为一台汽车充电，如附图1所示。
[0003]为达到快速充电且有效延长蓄电池寿命的目的，实际充电往往分为三个阶段进行:恒流充电阶段、恒压充电阶段、浮充阶段。在恒流充电阶段中，保持电流不变，电压逐渐上升，充电功率逐渐增大，当充电电压达到某一最高设定值时(此时充电功率达到最大)，则自动转为恒压充电阶段，此时充电电压保持不变，充电电流开始下降(充电功率同步下降)，当电流下降到某一最小设定值时，自动转为浮充充电阶段，如图2所示。从上述的充电过程可以看到，充电功率呈抛物线变化趋势，也就是说，只有在较短的时间内，充电装置处于满功率运行状态，其余时间负荷较小，这样一来，如果只能为一台汽车充电，将导致设备利用率低，无法充分发挥设备性能的情况。
[0004]同时现有方案中，由于构成直流充电装置的每个充电模块均为完整的功率变换单元，都集成了 AC-DC、DC-DC (隔离)子系统，并且需要实现多个模块之间的并联功能，导致系统复杂程度增加，可靠性下降，如附图3、4所示。
【发明内容】
[0005]为解决现有技术中充电装置不能同时为多台电动汽车充电，设备利用率低，且系统过于复杂的技术问题。本发明提出一种应用于电动汽车的直流充电装置，前级采用集中式大功率工频隔离且共用直流母线的方案，解决了高频隔离方案单模块充电装置难以实现大功率充电的技术瓶颈，同时后级采用多个独立的降压充电模块，每个模块功率均可以轻松达到汽车充电所需功率，从而实现一台或多台电动汽车同时充电的功能。
[0006]本发明采用的技术方案是，设计一种应用于电动汽车的直流充电装置，包括充电模块，该充电模块包括AC/DC系统和DC/DC系统。其中，AC/DC系统与交流电网连接，用于集中隔离交流电网与电动汽车的电池、并将交流电网的交流电压转换为恒定直流电压，AC/DC系统的输出侧为公共的直流母线。DC/DC系统包含多个降压充电模块，多个降压充电模块并联连接在公共的直流母线上，各降压充电模块的输出侧均可连接电动汽车的电池。
[0007]在一实施例中，AC/DC系统包括:串联的三相工频隔离变压器和三相高频PWM整流器，三相工频隔离变压器连接交流电网，三相高频PWM整流器连接DC/DC系统。
[0008]降压充电模块为BUCK降压模块、半桥降压模块或全桥降压模块。
[0009]其中，三相工频隔离变压器和三相高频PWM整流器之间连接有电抗器。各BUCK降压模块的输出侧均连接有电抗器。
[0010]较优的，该直流充电装置还包括:与充电模块连接的充电监控系统、分别与降压充电模块和电动汽车的电池连接的BMS系统，所述BMS系统检测电池当前的充电参数并发送至充电监控系统，所述充电监控系统根据充电参数调整控制充电模块的工作状态。
[0011]与现有技术相比，本发明通过前级AC/DC系统集中隔离交流电网与电池，并提供公共的直流母线，解决了现有技术中每个模块单独隔离无法实现大功率变化的技术瓶颈，并且没有并联均流等要求，从而提高了系统可靠性、实现大功率或超大功率充电。后级DC/DC通过配置多个独立的降压充电模块，可以实现对多台汽车同时充电，解决了现有技术方案中智能为一台汽车充电，设备利用率低的问题。
【附图说明】
[0012]下面结合实施例和附图对本发明进行详细说明，其中:
图1是现有技术中充电装置的连接框图；
图2是蓄电池智能充电曲线图；
图3是现有技术中每个充电装置的模块化原理框图；
图4是现有技术中每个充电装置的模块化内部架构图；
图5是本发明较优实施例中充电装置的连接框图；
图6是本发明较优实施例中充电装置的电路连接图。
【具体实施方式】
[0013]如图5所示，本发明提出的直流充电装置中包含充电模块，该充电模块主要由两个部分组成:AC/DC系统(集中式工频隔离及升压)I和DC/DC (模块化降压充电)2。
[0014]AC/DC系统I与交流电网3连接，交流电网3的交流电压通过AC/DC系统I转换为恒定直流电压，AC/DC系统I的输出侧为公共的直流母线。AC/DC系统I通过公共的直流母线有效将交流电网3和各电动汽车4内的电池进行集中隔离，本发明前级AC/DC部分采用集中式工频隔离升压方案，后级DC/DC部分通过配置多个独立的降压充电模块，实现可支持多台汽车同时充电并显著提高系统可靠性。
[0015]如图5、6所示，在较优的实施例中，AC/DC系统I包括:串联的三相工频隔离变压器11和三相高频PWM整流器12，三相工频隔离变压器11连接交流电网3，三相高频PWM整流器12连接DC/DC系统2。AC/DC系统I利用集中式大功率工频隔离及三相高频PWM整流器的技术原理，实现隔离、升压及共用直流母线的方案。
[0016]首先，通过三相工频隔离变压器11实现市电与电池之间的高效电气隔离，这是由于变压器原副边变比较小且采用优质材料制作，因此可以达到较高的隔离效率。然后，通过三相高频PWM整流器12 —方面实现交流电压到恒定直流电压的转换，并提供公共直流母线，为后级的多模块并联充电方案创造了条件；另一方面实现了有源功率因数校正功能，降低输入谐波电流，减少对电网的污染。与现有技术中的模块化隔离方案相比，本发明效率高且无需并联，最大功率能达到现有技术中模块方案的5-10倍以上，非常适合于大功率充电应用场合。
[0017]DC/DC系统2包含多个降压充电模块21，多个降压充电模块21并联连接在公共的直流母线上，各降压充电模块21的输出侧均可连接电动汽车4的电池。本发明后级可根据充电需要灵活配置一个或多个独立的降压充电模块，实现对一台或多台电动汽车同时充电的功能。较优的，降压充电模块21采用BUCK降压模块，利用BUCK降压原理实现高效充电。
[0018]较优的，本发明的直流充电装置还包括:与充电模块连接的充电监控系统、分别与降压充电模块21和电动汽车4的电池连接的BMS系统，BMS系统检测电池当前的充电参数并发送至充电监控系统，充电监控系统根据充电参数调整控制充电模块的工作状态。在电动汽车与该充电装置的降压模块连接成功后，通过降压模块中转，BMS系统与该充电装置的充电监控系统建立通讯联络，并将电池当前的参数、状态(是否充满)以及充电需求告知充电监控系统，充电监控系统接收到该信号后，判断充电请求是否合理，如合理，立即进行相应解算(充电电压、充电电流、充电模式等)，并向充电模块下达充电指令，充电模块回应并执行，从而实现对电动汽车的充电管理功能。
[0019]较优的，三相工频隔离变压器11和三相高频PWM整流器12之间连接有电抗器13，各BUCK降压模块21的输出侧也连接有电抗器22，通过电抗器对电路进行限流和滤波，保证充电过程更稳定可靠。
[0020]以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种应用于电动汽车的直流充电装置，其特征在于包括:充电模块，所述充电模块包括AC/DC系统(I)和DC/DC系统(2)； 该AC/DC系统(I)与交流电网(3)连接，用于集中隔离交流电网(3)与电动汽车(4)的电池、并将交流电网(3)的交流电压转换为恒定直流电压，所述AC/DC系统(I)的输出侧为公共的直流母线； 该D C / D C系统(2 )包含多个降压充电模块(21 )，所述的多个降压充电模块(21)并联连接在所述公共的直流母线上，各降压充电模块(21)的输出侧均可连接电动汽车(4)的电池。
2.如权利要求1所述的直流充电装置，其特征在于，所述AC/DC系统(I)包括:串联的三相工频隔离变压器(11)和三相高频PWM整流器(12)，所述的三相工频隔离变压器(11)连接交流电网(3 )，所述的三相高频PWM整流器(12 )连接DC/DC系统(2 )。
3.如权利要求2所述的直流充电装置，其特征在于，所述三相工频隔离变压器(11)和三相高频PWM整流器(12 )之间连接有电抗器(13)。
4.如1-3任一权利要求所述的直流充电装置，其特征在于，所述降压充电模块(21)为BUCK降压模块、半桥降压模块或全桥降压模块。
5.如权利要求4所述的直流充电装置，其特征在于，所述各BUCK降压模块的输出侧均连接有电抗器(22)。
6.如权利要求1_3、5任一权利要求所述的直流充电装置，其特征在于，还包括:与充电模块连接的充电监控系统、分别与降压充电模块和电动汽车的电池连接的BMS系统，所述BMS系统检测电池当前的充电参数并发送至充电监控系统，所述充电监控系统根据充电参数调整控制充电模块的工作状态。
【专利摘要】本发明公开了一种应用于电动汽车的直流充电装置，包括充电模块，该充电模块包括：AC/DC系统和DC/DC系统。AC/DC系统与交流电网连接，用于集中隔离交流电网与电池、并将交流电网的交流电压转换为恒定直流电压，AC/DC系统的输出侧为公共的直流母线。DC/DC系统包含多个降压充电模块，多个降压充电模块并联连接在公共的直流母线上，各降压充电模块的输出侧均可连接电池。本发明前级AC/DC部分采用集中式工频隔离升压方案，后级DC/DC部分通过配置多个独立的降压充电模块，实现可支持多台汽车同时充电并显著提高系统可靠性。
【IPC分类】H02J7-02
【公开号】CN104852444
【申请号】CN201510222320
【发明人】欧海辉, 陈恒留
【申请人】深圳晶福源科技股份有限公司
【公开日】2015年8月19日
【申请日】2015年5月5日