专利名称：多功能电动汽车动力电池组模块化充放电系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及电动汽车充电技术领域，具体涉及一种电动汽车动力电池组模块化 充放电系统。
背景技术：
近年来，随着人们对能源危机、环境污染等社会问题的日益关注，节能环保的 新能源汽车已成为汽车工业可持续发展的必然趋势。其中，优先发展电动汽车对我国能 源结构的转型升级和汽车工业实现跨越式发展有着极其重要的意义，必将成为国家新能 源汽车战略的主要技术路线。
“十一五”期间，北京市投入使用的纯电动汽车、混合动力电动汽车已达千 辆。2008年北京奥运期间，集中投入了 595辆自主研发的混合动力、纯电动及燃料电池 汽车，累计运行370多万公里，运送乘客440多万人次，实现奥运史上最大规模的电动汽 车示范运行。2010年的上海世博会开启了电动车应用的新时代，电动汽车成为世博园区 内最重要的交通工具。目前上海市正在抓紧建设充电站网络等基础设施，预计两年内会 有2万辆以上纯电动汽车进入公交、物流、出租与环卫车辆的行列。从去年初开始，国 家科技部、财政部、发改委、工信部等部门积极组织推进了 “十城千辆”电动汽车大规 模示范行动计划，研究出台了专项财政补贴政策，支持在北京、上海、重庆等13个城市 的公交、出租、公务、环卫和邮政等公共服务领域示范推广电动汽车，计划利用三年多 时间示范推广6万辆电动汽车。在由工信部牵头制定的《节能与新能源汽车产业发展规 划O011-2020年)》中提出，到2020年，我国电动汽车保有量应达到500万辆。
可以预见，大量电动汽车接入电网，必将对电力系统的安全稳定运行带来重大 挑战。随着电动汽车大规模投入使用，充电网络的建设以及支撑电动汽车的电网技术研 发已经成为迫在眉睫的任务。建设完善的充电设施以保证电动汽车的日常使用是大规模 推广电动汽车的前提。另一方面，基于前沿信息技术和V2G(Vehicle to Grid，电动汽车 接入电网)技术，可以利用大量电动汽车构成大规模的分布式储能系统，以实现改善可 再生能源间歇性、削峰填谷、提高系统能源利用效率等功能。因此，电动汽车与电网的 互动技术也是智能电网研究的重要组成部分。
为此，中央及地方政府相继出台补贴政策鼓励扶持电动汽车产业的发展。业 界，由国资委牵头，16家相关产业大型央企成立了新能源汽车产业联盟，重点布局电动 汽车充电站、动力电池等关键技术领域。国家能源局已颁布了第一批电动汽车充电机、 充电桩设备行业标准，旨在加强电动汽车产业化的基础。2009年8月，国家电网公司建 成国内第一座投入商业运营的漕溪电动汽车充电站。南方电网公司也在深圳建成了国内 最大规模的充电站。今年，国家电网公司为落实国家能源发展战略和节能减排政策，履 行社会责任，将在全国范围内建设充电站75座，充电桩6209个。
目前，制约电动汽车产业发展的瓶颈主要是动力电池和充电方式。在国家产业 政策和科技项目的支持及推进下，大容量能量型锂离子蓄电池的产业发展已经处于国际领先水平。当前，锂离子蓄电池电池单体的性能，已基本能够满足应用要求。但是，锂 离子蓄电池成组应用技术、系统集成技术研究相对滞后，电池成组后容易发生过充电、 过放电、以及过流和过温问题，严重影响成组锂离子蓄电池的使用寿命和安全性能，在 快速充电时甚至会发生燃烧、爆炸等恶性事故。上述问题已经成为制约锂离子蓄电池产 业发展的主要障碍，也是制约当前电动汽车产业发展的主要技术瓶颈。
国家电网公司等相关企业针对上述问题，通过对多种充电方式的比较研究，提 出了电池更换的方式。采用这种方式，当车辆需要进行补充充电时，只需在附近的换电 站将需要充电的电池从车上卸下，再装入已充满电的电池，车辆即可离开。换电站负责 将卸下的待充电电池运输到大型充电站集中充电。这种换电站换电池、充电站集中充电 的方式将大大节省用户的充电时间，提高了车辆的使用效率。此外，集中充电的方式也 可避免用户自行快充对电池寿命的影响，同时集中管理的方式也大大加强了电池充电的 安全可靠性。为广泛适应公交车、商用车和乘用车市场不同层次的需求，需要对单个成 组动力电池的电压、电量、尺寸等参数作出标准化的规定，以方便充、换电站的标准化 管理。根据目前电动汽车试点推广城市的应用经验，60-80v左右的单个标准动力电池组 能够基本覆盖不同层次市场的需求，同时其体积小、重量轻，能够适应充、换电站的标 准化经营管理的要求。
由于单个标准动力电池组电压较低，在工程车、公交车等大功率应用场合需要 串联的数量就较大。随着电动汽车的推广普及，数量巨大的动力电池组完全有条件使电 动汽车充电站成为电网的分布式储能电站，发挥削峰填谷，紧急备用电源以及电网调峰 调频的作用。这就对充电站提出了功率双向传输的功能要求，而目前传统的充电机大多 采用二极管单向整流充电，功能单一无法满足功率双向传输的要求。由于二极管整流的 非线性特性会在电网侧产生大量的谐波污染，谐波不仅会造成线路、变压器的附加损耗 和发热，甚至还会引起系统谐振，严重危害电力系统的安全运行。因此，传统的充电机 为满足谐波指标，必须增加额外的PFC和复杂的滤波装置，既增加了成本又降低了装置 的可靠性。发明内容
本发明旨在克服上述背景技术的不足，提出一种多功能电动汽车动力电池组模 块化充放电系统，该系统能够有效满足充电站功率双向传输的要求，即不但能提供电动 汽车动力电池组的快速充电，并在此过程中实现了动力电池组的“集中充电、分散换 电”的标准化管理，以提高充放电效率，节约用户的时间；还能发挥削峰填谷，紧急 备用电源以及电网调峰调频的作用，提高电网负荷率，有效降低了系统备用发电容量需 求；此外，该充放电系统还具有产生谐波电流较小的特点。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的
多功能电动汽车动力电池组模块化充放电系统，包括由计算机及网络通信系统 组成的充电站监控系统、以及一信息管理系统；其特征在于所述模块化充放电系统包 括一个高压侧与电网连接的三相降压变压器，该降压变压器的低压侧并联有若干条充放 电支路，每一支路包括串联的一个三相配电变压器和一个充放电模块；各充放电模块包 括一个具双向功率传输功能的PWM AC/DC变换器、多个并联的具双向功率传输功能的电磁隔离型DC/DC变换模块以及所述的信息管理系统；所述双向PWM AC/DC变换器的 交流侧与所述配电变压器低压侧连接，所述双向PWM AC/DC变换器的直流侧接有直流 母线和母线电容，直流母线上并联有所述多个具双向功率传输功能的电磁隔离型DC/DC 变换模块，每个电磁隔离型DC/DC变换模块的低压侧均接有一个待充电或放电的标准动 力电池组；充电站监控系统根据各支路标准动力电池组的状态信息和电网调度中心的功 率指令来控制各支路充放电模块对相应支路的标准动力电池组进行充电或者放电；信息 管理系统实现了充电站监控系统和站内各个充电模块之间的信息整合和传递，可以是一 个独立的计算机系统，也可以由各个充电模块的控制器实现。
所述具双向功率传输功能的PWM AC/DC变换器包括IGBT模块和相应的控制保 护电路，是一个三相电压源型PWMAC/DC变换器，或是由多个三相电压源型PWMAC/ DC变换器并联组成；三相电压源型PWMAC/DC变换器的主电路拓扑为三相全桥结构， 三相全桥电路交流侧的每一相与所述三相配电变压器低压侧对应相之间均串联有一个电 抗器，三相全桥电路的直流侧与所述具双向功率传输功能的电磁隔离型DC/DC变换模块 之间通过直流母线连接，直流母线上并联有母线电容。
所述具双向功率传输功能的电磁隔离型DC/DC变换模块，包括高压侧IGBT 或MOSFET模块、高频变压器、低压侧IGBT或MOSFET模块以及相应的控制保护电 路；高压侧IGBT或MOSFET模块的直流端并联在所述直流母线上，该高压侧IGBT或 MOSFET模块的交流端与高频变压器的高压侧相连接；低压侧IGBT或MOSFET模块的 交流端与高频变压器的低压侧相连接，该低压侧IGBT或MOSFET模块的直流端对标准 动力电池组进行充电或放电。
所述IGBT模块的控制保护电路包括对双向PWM AC/DC变换器电气主回路的电 压、电流和温度等信号进行采样的信号采样电路、接收和处理采样信号并实现控制算法 的双向AC/DC数字控制器、接收双向AC/DC数字控制器的指令并产生IGBT模块驱动 信号以及实现保护功能的IGBT驱动和保护电路；所述双向AC/DC数字控制器同时与所 述充放电模块的信息管理系统交换控制信号和状态信息。
所述IGBT或MOSFET模块的控制保护电路包括两个分别对所述双向DC/DC 变换模块高、低压侧电气主回路的电压、电流和温度等信号进行采样的信号采样电路、 统一接收和处理采样信号并实现控制算法的双向DC/DC数字控制器、两个分别接收双向 DC/DC数字控制器的指令并产生IGBT或MOSFET模块驱动信号以及实现保护功能的 IGBT或MOSFET驱动和保护电路；所述双向DC/DC数字控制器同时与所述信息管理系 统交换控制信号和状态信息。
所述高压侧IGBT或MOSFET模块和低压侧IGBT或MOSFET模块的主电路拓扑均为单相全桥结构；所述高压侧IGBT或MOSFET模块的交流端与高频变压器的高压 侧之间、低压侧IGBT或MOSFET模块的交流端与高频变压器的低压侧之间均串联有一 个高频电感，所述高频电感也可以由所述高频变压器的漏感实现；所述低压侧IGBT或 MOSFET模块的直流端与标准动力电池组直接相连。
所述高压侧IGBT或MOSFET模块和低压侧IGBT或MOSFET模块的主电路拓扑均为单相全桥结构；所述高压侧IGBT或MOSFET模块的交流端与高频变压器的高压 侧之间、低压侧IGBT或MOSFET模块的交流端与高频变压器的低压侧之间均串联有一个用于实现软开关功能的LC谐振电路；所述低压侧IGBT或MOSFET模块的直流端与标 准动力电池组直接相连。
所述高压侧IGBT或MOSFET模块和低压侧IGBT或MOSFET模块的主电路拓扑均为单相全桥结构；所述高压侧IGBT或MOSFET模块的交流端与高频变压器的高压 侧之间、低压侧IGBT或MOSFET模块的交流端与高频变压器的低压侧之间均串联有一 个高频电感，所述高频电感也可以由所述高频变压器的漏感实现；所述低压侧IGBT或 MOSFET模块的直流端与标准动力电池组之间串联有一个高频电感。
所述高压侧IGBT或MOSFET模块和低压侧IGBT或MOSFET模块的主电路拓 扑均为单相全桥结构；所述高压侧IGBT或MOSFET模块的交流端与高频变压器的高压 侧之间、低压侧IGBT或MOSFET模块的交流端与高频变压器的低压侧之间均串联有一 个用于实现软开关功能的LC谐振电路；所述低压侧IGBT或MOSFET模块的直流端与标 准动力电池组之间串联有一个高频电感。
所述高压侧IGBT或MOSFET模块和低压侧IGBT或MOSFET模块的主电路拓扑均为单相半桥结构；所述高压侧IGBT或MOSFET模块的交流端与高频变压器的高压 侧之间、低压侧IGBT或MOSFET模块的交流端与高频变压器的低压侧之间均串联有一 个高频电感，所述高频电感也可以由所述高频变压器的漏感实现；所述低压侧IGBT或 MOSFET模块的半桥桥路中点与标准动力电池组之间串联有一个高频电感。
所述高压侧IGBT或MOSFET模块和低压侧IGBT或MOSFET模块的主电路拓 扑均为单相半桥结构；所述高压侧IGBT或MOSFET模块的交流端与高频变压器的高压 侧之间、低压侧IGBT或MOSFET模块的交流端与高频变压器的低压侧之间均串联有一 个用于实现软开关功能的LC谐振电路；所述低压侧IGBT或MOSFET模块的半桥桥路中 点与标准动力电池组之间串联有一个高频电感。
所述高压侧IGBT或MOSFET模块和低压侧IGBT或MOSFET模块的主电路拓扑均为单相半桥结构；所述高压侧IGBT或MOSFET模块的交流端与高频变压器的高压 侧之间、低压侧IGBT或MOSFET模块的交流端与高频变压器的低压侧之间均串联有一 个高频电感，所述高频电感也可以由所述高频变压器的漏感实现；所述低压侧IGBT或 MOSFET模块的直流端与标准动力电池组直接相连。
所述高压侧IGBT或MOSFET模块和低压侧IGBT或MOSFET模块的主电路拓扑均为单相半桥结构；所述高压侧IGBT或MOSFET模块的交流端与高频变压器的高压 侧之间、低压侧IGBT或MOSFET模块的交流端与高频变压器的低压侧之间均串联有一 个用于实现软开关功能的LC谐振电路，所述低压侧IGBT或MOSFET模块的直流端与标 准动力电池组直接相连。
本发明的工作原理是所述多功能电动汽车动力电池组模块化充放电系统采用 若干个充放电模块并联的结构，由充电站监控系统根据各支路标准动力电池组的状态信 息和电网调度中心的有功、无功功率指令来决定所述系统充、放电模式的切换，并为各 支路充放电模块分配功率大小和方向，各支路充放电模块根据所获得的指令控制相应支 路标准动力电池组的充放电行为。
110_220kv的电网侧高压经降压变压器和各支路配电变压器的两次变压之后接入 各支路充放电模块的交流侧，各支路充放电模块根据充电站监控系统的功率大小和方向指令，通过具双向功率传输功能的PWM AC/DC变换器和若干个并联的具双向功率传输 功能的电磁隔离型DC/DC变换模块来实现所述系统的交直流变换和电压等级匹配以及功 率的双向传输，进而实现对每一个标准动力电池组的充放电控制。
所述信息管理系统一方面接受监控系统的控制指令、返回模块的状态信息，另 一方面通过每一个电磁隔离型双向DC/DC的数字控制器与标准动力电池组交互信息，从 而达到对标准动力电池组安全充放电的目的。
本发明的有益效果是本发明所提出的多功能电动汽车动力电池组模块化充放 电系统能够在满足电网谐波要求的前提下安全、可靠地保证每一组标准动力电池在较高 的充电效率下获得均衡充电，延长了动力电池的寿命。同时，动力电池组“集中充电、 分散换电”的标准化管理，既提高了电池的充放电效率也节约了用户的时间。其支持功 率双向传输的功能可有效调节电网峰谷负荷率，即在电网用电高峰期，一定规模的电动 汽车动力电池组对电网放电，削低用电高峰；在电网用电低谷期，为动力电池组充电， 提高低谷期负荷率，削峰填谷效果显著。通过降低电网峰谷差，提高电网负荷率，有效 降低了系统备用发电容量。此外，可同时作为系统紧急备用电源；也可以参与电网的调 峰调频工作。由于在充放电模块中采用了 PWM AC/DC技术，通过控制方式的切换还可 以作为静止无功补偿器6TATC0M)运行，提高了电力系统的动态电压稳定性。
图1是本发明的电路结构示意图。
图2是本发明中充放电模块的电路结构示意图。
图3是图2中双向PWM AC/DC变换器的电路结构示意图。
图4是图2中双向DC/DC变换模块的实施例之一的电路结构示意图。
图5是图2中双向DC/DC变换模块的实施例之二的电路结构示意图。
图6是图2中双向DC/DC变换模块的实施例之三的电路结构示意图。
图7是图2中双向DC/DC变换模块的实施例之四的电路结构示意图。
图8是图2中双向DC/DC变换模块的实施例之五的电路结构示意图。
图9是图2中双向DC/DC变换模块的实施例之六的电路结构示意图。
图10是图2中双向DC/DC变换模块的实施例之七的电路结构示意图。
图11是图2中双向DC/DC变换模块的实施例之八的电路结构示意图。
具体实施方式
以下结合说明书附图，对本发明作进一步说明。
如图1所示，多功能电动汽车动力电池组模块化充放电系统，包括一个三相降 压变压器、若干个三相配电变压器、若干个充放电模块以及充电站监控系统。所述三相 降压变压器的高压侧与电网相连接，其低压侧并联有若干条充放电支路，每一条支路均 包括串联的一个三相配电变压器和一个充放电模块(图1中显示了充放电模块1、充放电 模块2……充放电模块M)，每一个充放电模块均并联有若干个待充电或放电的标准动力 电池组(图1中显示了标准动力电池组N个)；充电站监控系统根据各支路中标准动力电 池组的BMS (电池管理系统，现有技术)的状态信息和电网调度中心的有功、无功功率指令，对各支路充放电模块发送控制指令并接收充放电模块返回的状态信息，同时将应答 信号返回给电网调度中心。
如图2所示，所述充放电模块包括一个具双向功率传输功能的PWM AC/DC变 换器(即图2中所示双向PWMAC/DC变换器)、直流母线、母线电容、若干个并联的具 双向功率传输功能的电磁隔离型DC/DC模块(即图2中所示双向DC/DC变换模块)和 所述信息管理系统；所述双向PWM AC/DC变换器的交流侧与所述三相配电变压器的低 压侧连接，该双向PWMAC/DC变换器的直流侧接到所述直流母线上。所述双向DC/DC 变换模块的高压侧并联在直流母线上，低压侧分别接有一个待充电或放电的标准动力电 池组(图2中显示了标准动力电池组1、标准动力电池组2……标准动力电池组N)。所 述信息管理系统向双向PWM AC/DC变换器和若干个并联的双向DC/DC变换模块发送控 制信号并接收返回的状态信息，信息管理系统同时与所述充电站监控系统交换控制指令 和状态信号。
如图3所示，所述具双向功率传输功能的PWM AC/DC变换器包括IGBT模块 和相应的控制保护电路，可以是一个三相电压源型PWM AC/DC变换器，或是由多个三 相电压源型PWMAC/DC变换器并联组成；三相电压源型PWMAC/DC变换器的主电路 拓扑为三相全桥结构，该三相全桥电路交流侧的每一相(图3中分别用A、B、C表示) 与所述三相配电变压器低压侧对应相之间均串联有一个电抗器，三相全桥电路的直流侧 与所述直流母线和母线电容连接。所述IGBT模块的控制保护电路包括对双向PWMAC/ DC变换器电气主回路的电压、电流和温度等信号进行采样的信号采样电路、接收和处理 采样信号并实现控制算法的双向AC/DC数字控制器、接收双向AC/DC数字控制器的指 令并产生IGBT模块驱动信号以及实现保护功能的IGBT驱动和保护电路；充电站计算机 监控系统根据电网调度中心的功率指令和动力电池组的状态信息，通过所述信息管理系 统向双向AC/DC数字控制器发送控制指令，该双向AC/DC数字控制器通过控制算法的 转换即可实现所述双向PWMAC/DC变换器的交/直流功率变换。由于不产生或产生很 少的谐波电流，不需要滤波装置即可满足谐波指标，且桥路结构清晰，可靠性较高。所 述双向PWM AC/DC变换器可控四象限运行的特点，使得所述模块化充放电系统可根据 电网调度中心的指令和动力电池组的状态从电网吸收或向电网发出有功或者无功功率， 且有功、无功功率可分别独立调节。
如图4-图11所示，所述具双向功率传输功能的DC/DC变换模块包括高压侧 IGBT或MOSFET模块、高频变压器、低压侧IGBT或MOSFET模块以及相应的控制保护 电路；高压侧IGBT或MOSFET模块的直流端并联在所述直流母线上，该高压侧IGBT或 MOSFET模块的交流端与高频变压器的高压侧相连接；低压侧IGBT或MOSFET模块的 交流端与高频变压器的低压侧相连接，该低压侧IGBT或MOSFET模块的直流端对标准 动力电池组进行充电或放电。所述IGBT或MOSFET模块的控制保护电路包括两个分别 对所述双向DC/DC变换模块高、低压侧电气主回路的电压、电流和温度等信号进行采样 的信号采样电路、统一接收和处理采样信号并实现控制算法的双向DC/DC数字控制器、 两个分别接收双向DC/DC数字控制器的指令并产生IGBT或MOSFET模块驱动信号以及 实现保护功能的IGBT或MOSFET驱动和保护电路；所述双向DC/DC数字控制器同时与 所述信息管理系统交换控制信号和状态信息。
所述双向DC/DC变换模块分别对高频变压器高、低压侧的IGBT模块或 MOSFET模块进行控制，得到两个相位差可调的方波电压。通过控制这两个方波的相 位差及超前/滞后的关系即可调整功率的大小和方向。通过对高频变压器变比的合理设 计，能够更为合理地匹配输入输出电压。
所述双向DC/DC变换模块的主电路拓扑根据实际应用场合的需要可以选择电压 源型或者电流源型，既可为全桥(图4-图7所示)亦可为半桥结构(图8-图11所示)， 不同之处在于器件的利用率和使用数量；同时，还可以通过引入LC谐振网络来实现软开 关以提高变换器的转换效率；该双向DC/DC变换模块有以下八种实施方式
实施例1:如图4所示，所述双向DC/DC变换模块中，高压侧IGBT或MOSFET 模块和低压侧IGBT或MOSFET模块的主电路拓扑均为单相全桥结构；所述高压侧IGBT 或MOSFET模块的交流端与高频变压器的高压侧之间、低压侧IGBT或MOSFET模块的 交流端与高频变压器的低压侧之间分别串联有高频电感Lcl和Lc2，所述高频电感也可以 由所述高频变压器的漏感实现；所述低压侧IGBT或MOSFET模块的直流端与标准动力 电池组直接相连。
实施例2:如图5所示，与实施例1的不同之处在于，所述高压侧IGBT或 MOSFET模块的交流端与高频变压器的高压侧之间、低压侧IGBT或MOSFET模块的交 流端与高频变压器的低压侧之间均串联有一个LC谐振电路来实现软开关以提高变换器的 转换效率，该LC谐振电路由高频电感和电容串联组成(高频变压器的高压侧为Lal和 Cal串联，低压侧为La2和Ca2串联)。
实施例3:如图6所示，与实施例1的不同之处在于，所述低压侧IGBT或 MOSFET模块的直流端与标准动力电池组之间串联有一个高频电感Lb。
实施例4:如图7所示，与实施例2的不同之处在于，所述低压侧IGBT或 MOSFET模块的直流端与标准动力电池组之间串联有一个高频电感Lb。
实施例5:如图8所示，所述双向DC/DC变换模块中，高压侧IGBT或MOSFET 模块和低压侧IGBT或MOSFET模块的主电路拓扑均为单相半桥结构；所述高压侧IGBT 或MOSFET模块的交流端与高频变压器的高压侧之间、低压侧IGBT或MOSFET模块的 交流端与高频变压器的低压侧之间分别串联有高频电感Lc 1和Lc2，所述高频电感也可以 由所述高频变压器的漏感实现；所述低压侧IGBT或MOSFET模块的半桥桥路中点与标 准动力电池组之间串联有一个高频电感Lb。
实施例6:如图9所示，与实施例5的不同之处在于，所述高压侧IGBT或 MOSFET模块的交流端与高频变压器的高压侧之间、低压侧IGBT或MOSFET模块的交 流端与高频变压器的低压侧之间均串联有一个LC谐振电路来实现软开关以提高变换器的 转换效率，该LC谐振电路由电抗器和电容串联组成(高频变压器的高压侧为Lal和Cal 串联，低压侧为La2和Ca2串联)。
实施例7:如图10所示，与实施例5的不同之处在于，所述低压侧IGBT或 MOSFET模块的直流端与标准动力电池组直接相连。
实施例8:如图11所示，与实施例6的不同之处在于，所述低压侧IGBT或 MOSFET模块的直流端与标准动力电池组直接相连。
本发明中所述的三相降压变压器、三相配电变压器和充放电模块(包括双向PWMAC/DC变换器、双向DC/DC变换模块和信息管理系统)均可外购获得或自制。
权利要求
1.多功能电动汽车动力电池组模块化充放电系统，包括由计算机及网络通信系统组 成的充电站监控系统、以及一信息管理系统；其特征在于所述模块化充放电系统包括 一个高压侧与电网连接的三相降压变压器，该降压变压器的低压侧并联有若干条充放电 支路，每一支路包括串联的一个三相配电变压器和一个充放电模块；各充放电模块包括 一个具双向功率传输功能的PWM AC/DC变换器、多个并联的具双向功率传输功能的电 磁隔离型DC/DC变换模块以及所述的信息管理系统；所述双向PWM AC/DC变换器的交 流侧与所述配电变压器低压侧连接，所述双向PWM AC/DC变换器的直流侧接有直流母 线和母线电容，直流母线上并联有所述多个具双向功率传输功能的电磁隔离型DC/DC变 换模块，每个电磁隔离型DC/DC变换模块的低压侧均接有一个待充电或放电的标准动力 电池组；充电站监控系统根据各支路标准动力电池组的状态信息和电网调度中心的功率 指令来控制各支路充放电模块对相应支路的标准动力电池组进行充电或者放电。
2.根据权利要求1所述的多功能电动汽车动力电池组模块化充放电系统，其特征在 于所述具双向功率传输功能的PWMAC/DC变换器包括IGBT模块和相应的控制保护电 路，是一个三相电压源型PWM AC/DC变换器，或是由多个三相电压源型PWM AC/DC 变换器并联组成；三相电压源型PWM AC/DC变换器的主电路拓扑为三相全桥结构，三 相全桥电路交流侧的每一相与所述三相配电变压器低压侧对应相之间均串联有一个电抗 器，三相全桥电路的直流侧与所述具双向功率传输功能的电磁隔离型DC/DC变换模块之 间通过直流母线连接，直流母线上并联有母线电容。
3.根据权利要求1或2所述的多功能电动汽车动力电池组模块化充放电系统，其特 征在于所述具双向功率传输功能的电磁隔离型DC/DC变换模块，包括高压侧IGBT 或MOSFET模块、高频变压器、低压侧IGBT或MOSFET模块以及相应的控制保护电 路；高压侧IGBT或MOSFET模块的直流端并联在所述直流母线上，该高压侧IGBT或 MOSFET模块的交流端与高频变压器的高压侧相连接；低压侧IGBT或MOSFET模块的 交流端与高频变压器的低压侧相连接，该低压侧IGBT或MOSFET模块的直流端对标准 动力电池组进行充电或放电。
4.根据权利要求2所述的多功能电动汽车动力电池组模块化充放电系统，其特征在 于所述IGBT模块的控制保护电路包括对双向PWMAC/DC变换器电气主回路的电压、 电流和温度等信号进行采样的信号采样电路、接收和处理采样信号并实现控制算法的双 向AC/DC数字控制器、接收双向AC/DC数字控制器的指令并产生IGBT模块驱动信号 以及实现保护功能的IGBT驱动和保护电路；所述双向AC/DC数字控制器同时与所述充 放电模块的信息管理系统交换控制信号和状态信息。
5.根据权利要求3所述的多功能电动汽车动力电池组模块化充放电系统，其特征在 于所述IGBT或MOSFET模块的控制保护电路包括两个分别对所述双向DC/DC变换 模块高、低压侧电气主回路的电压、电流和温度等信号进行采样的信号采样电路、统一 接收和处理采样信号并实现控制算法的双向DC/DC数字控制器、两个分别接收双向DC/ DC数字控制器的指令并产生IGBT或MOSFET模块驱动信号以及实现保护功能的IGBT 或MOSFET驱动和保护电路；所述双向DC/DC数字控制器同时与所述信息管理系统交 换控制信号和状态信息。
6.根据权利要求3所述的多功能电动汽车动力电池组模块化充放电系统，其特征在于所述高压侧IGBT或MOSFET模块和低压侧IGBT或MOSFET模块的主电路拓扑均 为单相全桥结构；所述高压侧IGBT或MOSFET模块的交流端与高频变压器的高压侧之 间、低压侧IGBT或MOSFET模块的交流端与高频变压器的低压侧之间均串联有一个高 频电感；所述低压侧IGBT或MOSFET模块的直流端与标准动力电池组直接相连。
7.根据权利要求3所述的多功能电动汽车动力电池组模块化充放电系统，其特征在 于所述高压侧IGBT或MOSFET模块和低压侧IGBT或MOSFET模块的主电路拓扑均 为单相全桥结构；所述高压侧IGBT或MOSFET模块的交流端与高频变压器的高压侧之 间、低压侧IGBT或MOSFET模块的交流端与高频变压器的低压侧之间均串联有一个用 于实现软开关功能的LC谐振电路；所述低压侧IGBT或MOSFET模块的直流端与标准动 力电池组直接相连。
8.根据权利要求3所述的多功能电动汽车动力电池组模块化充放电系统，其特征在 于所述高压侧IGBT或MOSFET模块和低压侧IGBT或MOSFET模块的主电路拓扑均 为单相全桥结构；所述高压侧IGBT或MOSFET模块的交流端与高频变压器的高压侧之 间、低压侧IGBT或MOSFET模块的交流端与高频变压器的低压侧之间均串联有一个高 频电感；所述低压侧IGBT或MOSFET模块的直流端与标准动力电池组之间串联有一个 高频电感。
9.根据权利要求3所述的多功能电动汽车动力电池组模块化充放电系统，其特征在 于所述高压侧IGBT或MOSFET模块和低压侧IGBT或MOSFET模块的主电路拓扑均 为单相全桥结构；所述高压侧IGBT或MOSFET模块的交流端与高频变压器的高压侧之 间、低压侧IGBT或MOSFET模块的交流端与高频变压器的低压侧之间均串联有一个用 于实现软开关功能的LC谐振电路；所述低压侧IGBT或MOSFET模块的直流端与标准动 力电池组之间串联有一个高频电感。
10.根据权利要求3所述的多功能电动汽车动力电池组模块化充放电系统，其特征在 于所述高压侧IGBT或MOSFET模块和低压侧IGBT或MOSFET模块的主电路拓扑均 为单相半桥结构；所述高压侧IGBT或MOSFET模块的交流端与高频变压器的高压侧之 间、低压侧IGBT或MOSFET模块的交流端与高频变压器的低压侧之间均串联有一个高 频电感；所述低压侧IGBT或MOSFET模块的半桥桥路中点与标准动力电池组之间串联 有一个高频电感。
11.根据权利要求3所述的多功能电动汽车动力电池组模块化充放电系统，其特征在 于所述高压侧IGBT或MOSFET模块和低压侧IGBT或MOSFET模块的主电路拓扑均 为单相半桥结构；所述高压侧IGBT或MOSFET模块的交流端与高频变压器的高压侧之 间、低压侧IGBT或MOSFET模块的交流端与高频变压器的低压侧之间均串联有一个用 于实现软开关功能的LC谐振电路；所述低压侧IGBT或MOSFET模块的半桥桥路中点与 标准动力电池组之间串联有一个高频电感。
12.根据权利要求3所述的多功能电动汽车动力电池组模块化充放电系统，其特征在 于所述高压侧IGBT或MOSFET模块和低压侧IGBT或MOSFET模块的主电路拓扑均 为单相半桥结构；所述高压侧IGBT或MOSFET模块的交流端与高频变压器的高压侧之 间、低压侧IGBT或MOSFET模块的交流端与高频变压器的低压侧之间均串联有一个高 频电感；所述低压侧IGBT或MOSFET模块的直流端与标准动力电池组直接相连。
13.根据权利要求3所述的多功能电动汽车动力电池组模块化充放电系统，其特征在 于所述高压侧IGBT或MOSFET模块和低压侧IGBT或MOSFET模块的主电路拓扑均 为单相半桥结构；所述高压侧IGBT或MOSFET模块的交流端与高频变压器的高压侧之 间、低压侧IGBT或MOSFET模块的交流端与高频变压器的低压侧之间均串联有一个用 于实现软开关功能的LC谐振电路；所述低压侧IGBT或MOSFET模块的直流端与标准动 力电池组直接相连。
全文摘要
本发明涉及一种电动汽车动力电池组模块化充放电系统。目的是提供的系统能够有效满足充电站功率双向传输的要求，还能发挥削峰填谷，以及电网调峰调频的作用。技术方案是多功能电动汽车动力电池组模块化充放电系统，包括由计算机及网络通信系统组成的充电站监控系统、以及一信息管理系统；其特征在于所述模块化充放电系统包括一个高压侧与电网连接的三相降压变压器，该降压变压器的低压侧并联有若干条充放电支路，每一支路包括串联的一个三相配电变压器和一个充放电模块；各充放电模块包括一个具双向功率传输功能的PWM AC/DC变换器、多个并联的具双向功率传输功能的电磁隔离型DC/DC变换模块以及所述的信息管理系统。
文档编号H02J3/18GK102025182SQ20101057363
公开日2011年4月20日 申请日期2010年11月30日 优先权日2010年11月30日
发明者梁一桥, 许挺 申请人:梁一桥