专利名称：一种电动汽车充电机充电模块的并联均流电路的制作方法
技术领域：
—种电动汽车充电机充电模块的并联均流电路技术领域[0001]本实用新型涉及电动汽车领域，具体涉及一种电动汽车充电机充电模块的并联均 流电路。
背景技术：
[0002]电动汽车作为一种新型交通工具，在缓解能源危机、促进环境与人类和谐发展等 方面具有不可比拟的优势，是推进交通发展模式转变的有效载体，代表了未来汽车发展的 趋势，而电动汽车充电站等充电设施建设是电动汽车产业健康发展的前提和基础。典型的 电动汽车充电站主要包括供电系统、充电系统、监控系统及土建等其他辅助设施。其中，充 电站充电系统主要包括交流充电桩和非车载充电机，是充电站的核心设备。[0003]电动汽车充电机(即非车载充电机)指的是一种安装在电动汽车车体外、将交流电 能变换为直流电能并采用传导方式为电动汽车动力蓄电池充电的专用装置。目前，非车载 充电机主要有相控整流和高频开关整流两种技术方案。随着功率电子技术的发展，相控式 充电机由于存在效率低、对电网谐波干扰大、维修不方便等缺点逐渐被高频开关式充电机 代替。为了满足目前电动汽车尤其是电动商用车动力电池高压大电流的充电需求，并考虑 到充电机的可靠性和可维护性等性能指标，目前高频开关式充电机一般采用多个高频开关 充电模块并联组成。在多个相同的充电模块并联运行时，由于各个充电模块的参数无法做 到完全一致，致使各模块所分担的充电电流大小不一，这会严重影响整台充电机的可靠性 和运行的稳定性，因此必须采取相应的均流措施。目前，常用的均流控制方法主要有以下几 种[0004](I)输出阻抗法。本方法主要通过调节每个并联充电模块的外特性倾斜度(即调节 输出阻抗)，以达到并联模块均分负载电流的目的。本方法比较简单，主要缺点是均流精度 低，电压调整率上升。[0005](2)主从设置法本方法适用于有电流型控制的并联开关电源系统中。主模块采 取电压和电流双闭环控制，从模块只有电流闭环控制，所有从模块通过跟随主模块产生的 电流给定信号实现均流。本方法的缺点是主模块失效则整个系统不能工作，可靠性不高。[0006](3)按平均电流值自动均流法。本方法可以精确地实现均流，但是当母线发生短 路，或者在母线上的一个电源不能工作时，母线电压下降，将使各电源电压下调，甚至到达 其下限，造成故障。[0007](4)最大电流自动均流法。这种均流控制方法效果较好，缺点是主从模块总是处于 不断的切换中，会导致各个模块的输出电流产生低频振荡；并且由于各从模块均以最大电 流为调节目的，必然会使并联系统输出电压高于额定电压，产生过电压，且电源的输出阻抗 越大过电压现象越明显。[0008]现有并联均流控制方法的缺点和不足，限制了电动汽车充电机充电模块并联运行 的整体性能，影响了电动汽车充电机的产业化推广应用。
实用新型内容针对现有技术的不足，本实用新型提供一种电动汽车充电机充电模块的并联均流电路，提高了充电模块的利用率，实现了均流精度高，动态响应速度快等优点。本实用新型提供的一种电动汽车充电机充电模块的并联均流电路，包括充电机监控单元与至少一个充电模块并联构成；充电模块之间并联；其改进之处在于，所述充电机监控单元与充电模块连接；所述充电模块之间连接；所述充电模块分别与电网交流端和电动汽车动力电池直流端连接。其中，所述充电模块包括功率变换主电路、电流采样电路、电压采样电路、均流继电器、均流电路、电流控制器、电压控制器、CPU、通信设备、PWM生成电路和驱动电路；所述电流控制器分别与所述电流采样电路采集、所述CPU和所述PWM生成电路连接，构成电流闭环反馈电路；所述电压控制器分别与所述均流电路、所述电压采样电路、所述CPU和所述PWM生成电路连接，构成电压闭环反馈电路；所述PWM生成电路通过所述驱动电路与所述功率变换主电路连接；所述功率变换主电路与电动汽车动力电池连接；所述功率变换主电路与所述电动汽车动力电池之间串联设置电流采样电路，并联设置电压采样电路；所述CPU分别与所述通信设备、人机界面和所述均流继电器连接。其中，所述均流电路包括电阻Rl RIO、CBB电容C1 C4、运算放大器Ul、U2和光电率禹合器U3 ；所述电流采样电路的输出端经过串联的电阻Rl和电阻R3与所述运算放大器Ul的同向输入端连接；所述运算放大器Ul的反向输入端与其输出端连接；所述运算放大器Ul的输出端通过电阻R4与所述运算放大器U2的反向输入端连接，所述运算放大器Ul的输出端通过串联的电阻R5和电阻R6与所述运算放大器U2的同向输入端连接；所述运算放大器U2的输出端通过串联的电阻R7和电阻R8接地；电阻R7和电阻R8的公共端通过电阻R9与高电平连接；所述CBB电容C4 一端通过所述电阻RlO与所述电压控制器连接，另一端接地；所述光电耦合器U3并联在所述电阻R8和所述CBB电容C4之间；所述电阻R2和所述CBB电容Cl并联构成一条支路，其支路一端接地，另一端连接在所述电阻Rl和电阻R3之间；所述CBB电容C2和电阻R7串联后与所述CBB电容C3和所述运算放大器U2并联。其中，所述均流继电器包括电阻R14 R18、CBB电容C7 C9、三极管Ql、Q2、二极管D1、运算放大器U4和继电器U5 ；控制信号端SI通过所述电阻R16与所述三极管Ql基极连接；所述三极管Ql发射极接地；所述CBB电容CS并联在所述三极管Ql基极和发射极之间；控制信号端S2与所述运算放大器U4反向输入端连接；所述运算放大器U4同向输入端通过电阻R14接+5V电压；所述电阻R15和所述CBB电容C6并联构成一条支路，其支路一端接地，另一端连接在所述电阻R14和运算放大器U4同向输入端之间；所述运算放大器U4输出端通过电阻R18与所述三极管Q2基极连接；所述CBB电容C9并联在所述三极管Q2基极和发射极之间；所述三极管Q2集电极通过二极管Dl接高电平；所述继电器U5与所述二极管Dl并联；[0022]所述运算放大器U4输出端与所述三极管Ql集电极连接；[0023]所述CBB电容C7 —端与控制信号端S2连接，另一端接地。[0024]其中，所述电压采样电路包括电阻Rl fR13和CBB电容C5 ;所述电阻Rl I和电 阻R12串联后，一端与所述功率变换主电路连接，另一端与所述电压控制器连接；所述电阻 Rl3和所述CBB电容C5并联构成一条支路，其支路一端接地，另一端连接在所述电阻Rl2和 所述电压控制器之间。[0025]其中，所述功率变换主电路包括依次串联的三相整流器、LC滤波器1、高频逆变 器、高频变压器、高频整流器和LC滤波器II。[0026]其中，所述电压控制器包括电阻R19 R23、CBB电容C1(TC12和运算放大器U6 ;所 述均流电路输出端通过电阻R19与所述运算放大器U6反向输入端连接，所述CPU输出端通 过电阻R20与所述运算放大器U6同向输入端连接；所述运算放大器U6输出端通过电阻R23 与所述PWM生成电路连接；所述电阻R21和所述CBB电容ClO并联构成一条支路，其支路一 端接地，另一端连接在所述电阻R20和运算放大器U6同向输入端之间；[0027]所述CBB电容Cll和电阻R22串联后与所述CBB电容C12和所述运算放大器U6 并联。[0028]其中，所述电流控制器包括电阻R24 R27、CBB电容C13 C15 二极管D2和运算放大 器U7 ;所述电流采样电路输出端通过电阻R24与所述运算放大器U7反向输入端连接，所述 CPU输出端通过电阻R25与所述运算放大器U7同向输入端连接；所述运算放大器U7输出 端通过串联的二极管D2和电阻R23与所述PWM生成电路连接；所述CBB电容C15 —端连接 在所述电阻R25和运算放大器U7同向输入端之间，另一端接地；[0029]所述CBB电容C13和电阻R26串联后与所述CBB电容C13和所述运算放大器U7并联。[0030]其中，所述运算放大器U6包括运算放大器LM358或运算放大器LF353。[0031]其中，所述运算放大器U7包括运算放大器LM358或运算放大器LF353。[0032]其中，PWM生成电路包括型号为UC3875电流/电压移相全桥PWM控制器。[0033]与现有技术比，本实用新型的有益效果为[0034]1、本实用新型均流电路由两个运算放大器、一个普通光耦和少量的电阻电容等元 器件组成，电路结构简单，均流参数可根据实际需要方便地进行调节和设置。均流精度高， 动态响应速度快，不均流度小于2%。[0035]2、本实用新型与传统的均流控制方法通过调节并联模块的输出电压给定信号实 现充电电流调节不同，本实用新型中均流电路的输出控制调节信号连接到充电模块的输出 电压采样反馈电路，通过动态调整充电模块输出电压反馈参数实现对每个充电模块的充电 电流调节；同时，通过控制均流继电器的开通时刻使得均流电路在充电模块输出电压完全 建立后才投入到并联系统，可避免传统均流电路容易造成并联系统输出电压升高的缺陷。[0036]3、本实用新型均流继电器只有在充电模块控制CPU发出开通信号且充电模块无 故障时才开通，其后均流电路才投入到并联系统。任意模块故障时，该模块主电路自动停止 工作，均流继电器自动断开，该模块自动退出并联系统，其余正常工作的模块自动为电动汽 车充电。[0037]4、充电机各充电模块之间冗余并联，无主从之分，整台充电机的性能指标不低于单个充电模块的性能指标，具有较高的可靠性和可维护性能。
图1为本实用新型提供的电动汽车充电机原理框图。图2为本实用新型提供的充电机充电模块结构框图。图3为本实用新型提供的充电模块功率变换主电路原理框图。图4为本实用新型提供的充电模块输出电压采样及均流电路原理图。图5为本实用新型提供的均流继电器及其控制电路原理图。图6为本实用新型提供的充电模块电压电流控制器及PWM生成电路实现方案。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型的具体实施方式
作进一步的详细说明。本实施例的一种电动汽车充电机充电模块的并联均流电路其框图如图1所示,包括充电机监控单元与至少一个充电模块并联构成；充电模块之间并联；充电机监控单元通过通信信号线与充电模块连接；所述充电模块之间通过平均电流信号线连接；所述充电模块分别与电网交流端和电动汽车动力电池直流端连接。监控单元主要功能是一方面收集各充电模块的相关数据并上传到充电站监控系统；另一方面接收并执行充电站监控系统以及电动汽车动力电池管理系统(BMS)的相关指令，对充电机的工作状态和充电过程进行控制和管理。充电模块其结构图如图2所示，包括功率变换主电路、电流采样电路、电压采样电路、均流继电器、均流电路、电流控制器、电压控制器、CPU、通信设备、PWM生成电路和驱动电路。电流控制器根据电流采样电路采集的功率变换主电路输出端电流值和CPU提供的电流给定值(由用户或电动汽车动力电池管理系统设定)进行电流闭环反馈控制；电压控制器根据均流电路提供的电压值、电压采样电路采集的功率变换主电路输出端电压值和CPU提供的电压给定值(由用户或电动汽车动力电池管理系统设定)进行电压闭环反馈控制；恒压充电时控制回路自动切换到电压闭环，充电模块输出恒定电压；恒流充电时控制回路自动切换到电流闭环，充电模块输出恒定电流。电流控制器的输出信号和电压控制器的输出信号传给所述PWM生成电路进行调制后通过驱动电路传给功率变换主电路；功率变换主电路与电动汽车动力电池连接。图2中，人机界面是充电模块维护操作人员与充电模块之间的交互接口，用于显示充电模块的工作状态和工作参数等相关信息，并为充电机维护操作人员提供充电模块控制校准、测量校准和手动操作等相关功能；通信设备包括充电模块CPU与充电机监控单元及充电模块CPU与人机界面之间的通信两部分，用来完成充电模块与充电机监控单元之间以及充电模块CPU与人机界面内部的通信功能；CPU是整个充电模块的控制和管理中心。一方面，CPU通过通信设备接收充电机监控单元下发的充电电压、充电电流等充电参数，给出充电模块充电电压给定信号和充电电流给定信号，并执行充电、停机等指令；同时，CPU通过采样电路采集充电模块实际充电电压、充电电流以及充电模块其他相关工作状态信息，并将信息上传到充电机监控单元。功率变换主电路框图如图3所示，包括依次串联的三相整流器、LC滤波器1、高频逆变器、高频变压器、高频整流器和LC滤波器II。如图所示，输入的三相四线交流电经三相整流器整流后得到脉动直流电，再经过LC滤波器平滑滤波得到交流分量很小的直流电，此直流电经过高频逆变后变换成高频方波交流电压，然后经过高频变压器变压隔离、高频整流器整流和LC滤波后得到高质量的直流电能给电动汽车动力电池充电。充电模块的功率变换主电路还可以采用现有的各种直流开关电源电路，如推挽、移相全桥和串联谐振等。均流电路结构图如图4所示，其将所述电流采样电路输出信号和所述均流继电器的输出信号作为输入信号，进行差值运算后，经过运算放大和隔离，将其输出信号作为所述电压控制器的输入信号。均流电路包括电阻Rl RIO、CBB电容Cl C4、运算放大器U1、U2和光电耦合器U3 ;所述电流采样电路采样信号Iofl分压后，其输出端经过串联的电阻Rl和电阻R3与所述运算放大器Ul的同向输入端连接；所述运算放大器Ul的反向输入端与其输出端连接；所述运算放大器Ul的输出端通过电阻R4与所述运算放大器U2的反向输入端连接，所述运算放大器Ul的输出端通过串联的电阻R5和电阻R6与所述运算放大器U2·的同向输入端连接；运算放大器U2将均流控制器输出信号Iavl和Iofl的差值经过比例积分运算后，其输出端通过串联的电阻R7和电阻R8接地；电阻R7和电阻R8的公共端通过电·阻R9与高电平连接；所述CBB电容C4 一端通过所述电阻RlO与所述电压控制器连接，另一端接地；所述光电耦合器U3并联在所述电阻R8和所述CBB电容C4之间，电阻R8接地端与光电耦合器U3的原边发光二极管的阴极相连，电阻R8的另一端与光电耦合器U3的原边发光二极管的阳极相连；光电耦合器U3的副边三极管集电极电压(充电模块输出电压调节信号)Uadl通过电阻RlO连接到输出电压采样信号Uofl，U3的副边三极管的发射极接地。电阻R2和所述CBB电容Cl并联构成一条支路，其支路一端接地，另一端连接在所述电阻Rl和电阻R3之间；CBB电容C2和电阻R7串联后与所述CBB电容C3和所述运算放大器U2并联。均流电路的工作原理为在所有充电模块均流继电器均开通的情况下，根据运算放大器Ul和U2的虚短和虚断特性，假设所有充电模块的电阻R5阻值相同，N个充电模块的充电电流采样信号分别为Iofl、Iof2…IofN，易求得
权利要求1.一种电动汽车充电机充电模块的并联均流电路，包括充电机监控单元与至少一个的充电模块并联构成；充电模块之间并联；其特征在于，所述充电机监控单元与充电模块连接；所述充电模块之间连接；所述充电模块分别与电网交流端和电动汽车动力电池直流端连接。
2.如权利要求1所述的并联均流电路，其特征在于，所述充电模块包括功率变换主电路、电流采样电路、电压采样电路、均流继电器、均流电路、电流控制器、电压控制器、CPU、通信设备、PWM生成电路和驱动电路； 所述电流控制器分别与所述电流采样电路采集、所述CPU和所述PWM生成电路连接，构成电流闭环反馈电路；所述电压控制器分别与所述均流电路、所述电压采样电路、所述CPU和所述PWM生成电路连接，构成电压闭环反馈电路；所述PWM生成电路通过所述驱动电路与所述功率变换主电路连接； 所述功率变换主电路与电动汽车动力电池连接；所述功率变换主电路与所述电动汽车动力电池之间串联设置电流采样电路，并联设置电压采样电路； 所述CPU分别与所述通信设备、人机界面和所述均流继电器连接。
3.如权利要求2所述的并联均流电路，其特征在于，所述均流电路包括电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R8、电阻R9、电阻RIO,CBB电容CUCBB电容C2、CBB电容C3、CBB电容C4、、运算放大器Ul、运算放大器U2和光电耦合器U3 ； 所述电流采样电路的输出端经过串联的电阻Rl和电阻R3与所述运算放大器Ul的同向输入端连接；所述运算放大器Ul的反向输入端与其输出端连接；所述运算放大器Ul的输出端通过电阻R4与所述运算放大器U2的反向输入端连接，所述运算放大器Ul的输出端通过串联的电阻R5和电阻R6与所述运算放大器U2的同向输入端连接；所述运算放大器U2的输出端通过串联的电阻R7和电阻R8接地；电阻R7和电阻R8的公共端通过电阻R9与高电平连接；所述CBB电容C4 一端通过所述电阻RlO与所述电压控制器连接，另一端接地；所述光电耦合器U3并联在所述电阻R8和所述CBB电容C4之间； 所述电阻R2和所述CBB电容Cl并联构成一条支路，其支路一端接地，另一端连接在所述电阻Rl和电阻R3之间； 所述CBB电容C2和电阻R7串联后与所述CBB电容C3和所述运算放大器U2并联。
4.如权利要求2所述的并联均流电路，其特征在于，所述均流继电器包括电阻R14、电阻R15、电阻R16、电阻R17、电阻R18、CBB电容C7、CBB电容C8、CBB电容C9、三极管Q1、三极管Q2、二极管D1、运算放大器U4和继电器U5 ； 控制信号端SI通过所述电阻R16与所述三极管Ql基极连接；所述三极管Ql发射极接地；所述CBB电容CS并联在所述三极管Ql基极和发射极之间； 控制信号端S2与所述运算放大器U4反向输入端连接；所述运算放大器U4同向输入端通过电阻R14接+5V电压；所述电阻R15和所述CBB电容C6并联构成一条支路，其支路一端接地，另一端连接在所述电阻R14和运算放大器U4同向输入端之间；所述运算放大器U4输出端通过电阻R18与所述三极管Q2基极连接；所述CBB电容C9并联在所述三极管Q2基极和发射极之间；所述三极管Q2集电极通过二极管Dl接高电平；所述继电器U5与所述二极管Dl并联； 所述运算放大器U4输出端与所述三极管Ql集电极连接；所述CBB电容C7 —端与控制信号端S2连接，另一端接地。
5.如权利要求2所述的并联均流电路，其特征在于，所述电压采样电路包括电阻RH、电阻R12、电阻R13和CBB电容C5 ;所述电阻Rll和电阻R12串联后，一端与所述功率变换主电路连接，另一端与所述电压控制器连接；所述电阻R13和所述CBB电容C5并联构成一条支路，其支路一端接地，另一端连接在所述电阻Rl2和所述电压控制器之间。
6.如权利要求2所述的并联均流电路，其特征在于，所述功率变换主电路包括依次串联的三相整流器、LC滤波器1、高频逆变器、高频变压器、高频整流器和LC滤波器II。
7.如权利要求2所述的并联均流电路，其特征在于，所述电压控制器包括电阻R19、电阻R20、电阻R21、电阻R22、电阻R23、CBB电容C10、CBB电容ClUCBB电容C12和运算放大器U6 ;所述均流电路输出端通过电阻R19与所述运算放大器U6反向输入端连接，所述CPU输出端通过电阻R20与所述运算放大器U6同向输入端连接；所述运算放大器U6输出端通过电阻R23与所述PWM生成电路连接；所述电阻R21和所述CBB电容ClO并联构成一条支路，其支路一端接地，另一端连接在所述电阻R20和运算放大器U6同向输入端之间； 所述CBB电容Cll和电阻R22串联后与所述CBB电容C12和所述运算放大器U6并联。
8.如权利要求2所述的并联均流电路，其特征在于，所述电流控制器包括电阻R24、电阻R25、电阻R26、电阻R27、CBB电容C13、CBB电容C14、CBB电容C15 二极管D2和运算放大器U7 ;所述电流采样电路输出端通过电阻R24与所述运算放大器U7反向输入端连接，所述CPU输出端通过电阻R25与所述运算放大器U7同向输入端连接；所述运算放大器U7输出端通过串联的二极管D2和电阻R23与所述PWM生成电路连接；所述CBB电容C15 —端连接在所述电阻R25和运算放大器U7同向输入端之间，另一端接地； 所述CBB电容C13和电阻R26串联后与所述CBB电容C13和所述运算放大器U7并联。
9.如权利要求7所述的并联均流电路，其特征在于，所述运算放大器U6包括用LM358运算放大器或LF353运算放大器。
10.如权利要求8所述的并联均流电路，其特征在于，所述运算放大器U7包括用LM358运算放大器或LF353运算放大器。
11.如权利要求2、7或8任一所述的并联均流电路，其特征在于，PWM生成电路包括型号为UC3875电流/电压移相全桥PWM控制器。
专利摘要本实用新型提供一种电动汽车充电机充电模块的并联均流电路，包括充电机监控单元与至少一个充电模块并联构成；充电模块之间并联；充电机监控单元与充电模块连接；充电模块之间通过信号线连接；充电模块分别与电网交流端和电动汽车动力电池直流端连接。本实用新型均流电路根据该模块充电电流采样信号与所有并联模块平均电流信号的差值调节该模块的输出电压采样反馈系数，进而调节该模块的充电电压和充电电流，以达到各充电模块并联均分负载电流的目的。其具有较高的均流精度和均流动态响应速度,有利于提高充电机的可靠性和可维护性能，可更好的满足电动汽车动力电池的充电需求。
文档编号H02J7/04GK202840651SQ20122022972
公开日2013年3月27日 申请日期2012年5月21日 优先权日2012年5月21日
发明者陈良亮, 许晓慧, 丁孝华, 张 浩, 赵明宇, 杨永标, 高辉, 桑林 申请人:中国电力科学研究院