一种电动汽车充电站系统主接线系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种电动汽车充电站系统主接线系统，包括三相变压器、交流母线、整流器、直流母线、直流充电桩和电动汽车；充电站交流进线经三相变压器降压隔离后连接充电站交流母线，交流母线连接有整流器，经过整流器整流后接入充电站直流母线，所述直流充电桩连接直流母线，直流充电桩连接电动汽车，为电动汽车提供电能。本发明整流器分布式接入、直流母线供电和大功率直流固态开关的供电结构，在不增加整流器技术难度和成本的基础上，解决了设备利用率和大电流充电之间的矛盾，为快速充电提供了一种解决方案。
【专利说明】
一种电动汽车充电站系统主接线系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种电动汽车充电站系统主接线系统。
【背景技术】
[0002]由于能源安全和气候变化问题日益突出，世界许多国家把交通电气化作为减少石油依赖、温室气体和污染物排放的重要举措。我国也把发展电动汽车作为节能减排和新兴战略性产业的重要内容。随着电池、电机等关键技术的不断突破和成本的快速下降，电动汽车商业化应用前景逐步清晰。
[0003]随着电动汽车的推广和普及，电动汽车充电站是电动汽车的重要基础支撑系统，对电动汽车产业发展具有重大影响。而现在充电站系统主接线主要采用分布式供电方式，即每个整流器独立接入交流母线，具有完整的功率变换电路。由于充电机独立分布工作，系统要求冗余度高，效率低，谐波和无功问题比较严重，整流器调度控制复杂，尤其在要求快速充电的情况下，系统冗余度会更高，设备闲置和资源浪费严重。
【发明内容】
[0004]本发明为了解决上述问题，提出了一种电动汽车充电站系统主接线系统，本系统能够避免目前分布式供电方式下充电机调度控制复杂，快速充电与系统冗余度高、设备闲置、资源浪费严重的现象。
[0005]为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案:
[0006]一种电动汽车充电站系统主接线系统，包括三相变压器、交流母线、整流器、直流母线、直流充电桩和电动汽车；充电站交流进线经三相变压器降压隔离后连接充电站交流母线，交流母线连接有整流器，经过整流器整流后接入充电站直流母线，所述直流充电桩连接直流母线，直流充电桩连接电动汽车，为电动汽车提供电能。
[0007]所述交流母线上连接有其它负载。
[0008]所述交流母线之间连接有母联断路器，断路器两端安装隔离开关，负载和母线之间安装有断路器和隔离开关，负载均布于两段母线之上。
[0009]所述整流器包括APFC功率因数整流校正电路、DC/AC逆变电路和同步整流电路，APFC功率因数校正采用无桥电路结构，根据交流电压的波形和相位控制输入电流，使其波形正弦化，相位接近电网电压相位，输入功率因数大于等于0.999，DC/AC、同步整流电路采用PFM控制，控制开关频率接近线路固有频率，开关管在电流过零点同步开通和关断。
[0010]所述整流器为三相交流输入，输出电压高于电动汽车蓄电池满电最高电压，应均匀接入充电站直流母线，提供直流电能。
[0011]所述交流母线采用单母线分段接线，每段母线至少承担充电站设计负荷的60%，对于经常满负荷运行的充电站，应至少承担充电站设计负荷的70%。
[0012]所述交流母线上设置若干个有集中式谐波治理和无功补偿装置，且集中式谐波治理和无功补偿装置均布于各段母线。
[0013]所述三相变压器为降压变压器，其将电网侧电压降低到充电站交流母线电压。
[0014]所选直流母线电压高于电动汽车蓄电池满电最高电压，方便为蓄电池充电，直流母线与交流分段母线相对应。
[0015]所述直流充电桩包括连接着的控制电路和大功率直流固态开关，所述开关的电流额定值不低于充电站快充要求。
[0016]所述的控制电路至少包括人机界面、通讯、控制功能，能上传本地信息并接收本地或控制中心的指令，输出固态开关驱动信号，从而控制充电电流和电压。
[0017]优选地，整流器宜采用双电源供电。
[0018]优选地，整流器采用分布式接入，功率与现有技术水平相适应。
[0019]优选地，直流母线宜采用双母线接线，各母线负荷应均匀。
[0020]本发明的有益效果为:
[0021](1)本发明整合利用交直流母线主接线、APFC功率因数校正、谐振软开关、同步整流、大功率直流固态开关等技术，有效的对充电站设备进行配置，降低设备冗余度，提高设备利用率和设备的负荷率，有效的降低充电站建设成本，并使设备工作在较优的工作状态下，提高了整体能效，解决了系统整体效率低，设备利用率低，故障率高的问题；
[0022](2)本发明整流器分布式接入、直流母线供电和大功率直流固态开关的供电结构，在不增加整流器技术难度和成本的基础上，解决了设备利用率和大电流充电之间的矛盾，为快速充电提供了一种解决方案；
[0023](3)本发明采用直流母线供电的方式，整流器不直接给电池充电，可以工作在优化的工作状态，分布式整流器给直流母线供电，直流电压稳定性较优，大功率直流固态开关仅控制充电电流，充电站的控制和调度得以简化；
[0024](4)本发明提出的直流充电桩，采用大功率直流固态开关，结构和控制都比较简单，正常工作时两端压差小，损耗低效率高，也可以调整输出电压，具有一定的灵活性。
【专利附图】
【附图说明】
[0025]图1是本发明实施例中电动汽车充电站系统主接线拓扑结构示意图；
[0026]图2是本发明实施例中交流母线接线示意图；
[0027]图3是本发明实施例中直流母线接线示意图；
[0028]图4是本发明实施例中整流器结构示意图；
[0029]图5是本发明实施例中直流充电桩结构示意图；
[0030]图6是本发明实施例中固态开关结构示意图。
【具体实施方式】
:
[0031]下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
[0032]如图1所示，提供一种电动汽车充电站系统主接线方式，包括三相变压器、交流母线、整流器、直流母线、直流充电桩和电动汽车。充电站交流进线经三相变压器降压隔离后接入充电站交流母线，经整流器整流后接入充电站直流母线，所述直流充电桩接于直流母线，为电动汽车提供电能。
[0033]如图2所示，提供一种电动汽车充电站的交流母线接线方式。交流母线采用单母线分段接线，变压器为两个三绕组降压变压器，每台降压变压器连接一段母线，变压器和母线之间应安装断路器和隔离开关，应能承担充电站60%的容量，对重要地位的充电站应能承担70%的容量。两段母线之间应安装母联断路器，断路器两端安装隔离开关，整流器等负载和母线之间宜安装断路器和隔离开关，负载均布于两段母线之上。正常情况下，两段母线分列运行。
[0034]如图3所示，提供一种电动汽车充电站的直流母线接线方式。直流母线采用双母线接线，两段母线之间应安装母联断路器，断路器两端安装隔离开关，整流器和母线之间宜安装断路器和隔离开关，充电桩和直流母线之间应安装断路器和隔离开关。正常情况下，双母线并列运行。
[0035]如图4所示，所述整流器为三相交流输入，采用APFC整流校正电路、DC/AC逆变电路和同步整流电路。APFC功率因数校正采用无桥电路结构，根据交流电压的波形和相位控制输入电流，使其波形正弦化，相位接近电网电压相位，输入功率因数接近于KDC/AC、同步整流电路采用PFM控制，控制开关频率接近线路固有频率，开关管在电流过零点同步开通和关断。
[0036]如图5所示，所述直流充电桩包括控制电路和采用PWM控制的电流可控的大功率直流固态开关。控制电路至少包括人机界面、通讯、控制功能，能上传本地信息并接收本地或控制中心的指令，输出固态开关驱动信号，从而控制充电电流。
[0037]如图6所示，所述固态开关包括大功率开关器件、续流二极管、滤波电感、电容和输出二极管及采样器件等。开关管导通时，直流母线通过开关管、滤波电感和输出二极管给电动汽车充电，同时给电感和电容充电。开关管截止时，负载电流经续流二极管、电感、输出二极管续流，电容主要功能稳定充电电压。通过PWM调制波控制开关管周期性开关的占空t匕，即可控制输出电流的大小，这种固态开关具有电路简单、体积小、效率高、纹波低、带负载能力强等特点。
[0038]上述虽然结合附图对本发明的【具体实施方式】进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。
【权利要求】
1.一种电动汽车充电站系统主接线系统，其特征是:包括三相变压器、交流母线、整流器、直流母线、直流充电桩和电动汽车；充电站交流进线经三相变压器降压隔离后连接充电站交流母线，交流母线连接有整流器，经过整流器整流后接入充电站直流母线，所述直流充电桩连接直流母线，直流充电桩连接电动汽车，为电动汽车提供电能。
2.如权利要求1所述的一种电动汽车充电站系统主接线系统，其特征是:所述交流母线上连接有其它负载。
3.如权利要求1所述的一种电动汽车充电站系统主接线系统，其特征是:所述交流母线之间连接有母联断路器，断路器两端安装隔离开关，负载和母线之间安装有断路器和隔离开关，负载均布于两段母线之上。
4.如权利要求1所述的一种电动汽车充电站系统主接线系统，其特征是:所述整流器包括APFC功率因数整流校正电路、DC/AC逆变电路和同步整流电路，APFC功率因数校正采用无桥电路结构，根据交流电压的波形和相位控制输入电流，使其波形正弦化，DC/AC、同步整流电路采用PFM控制，控制开关频率接近线路固有频率，开关管在电流过零点同步开通和关断。
5.如权利要求4所述的一种电动汽车充电站系统主接线系统，其特征是:所述整流器为三相交流输入，输出电压高于电动汽车蓄电池满电最高电压，应均匀接入充电站直流母线，提供直流电能。
6.如权利要求1所述的一种电动汽车充电站系统主接线系统，其特征是:所述交流母线采用单母线分段接线，每段母线至少承担充电站设计负荷的60%，对于经常满负荷运行的充电站，应至少承担充电站设计负荷的70 %。
7.如权利要求6所述的一种电动汽车充电站系统主接线系统，其特征是:所述交流母线上设置若干个有集中式谐波治理和无功补偿装置，且集中式谐波治理和无功补偿装置均布于各段母线。
8.如权利要求1所述的一种电动汽车充电站系统主接线系统，其特征是:所述三相变压器为降压变压器，其将电网侧电压降低到充电站交流母线电压。
9.如权利要求1所述的一种电动汽车充电站系统主接线系统，其特征是:所选直流母线电压高于电动汽车蓄电池满电最高电压，方便为蓄电池充电，直流母线与交流分段母线相对应。
10.如权利要求1所述的一种电动汽车充电站系统主接线系统，其特征是:所述直流充电桩包括连接着的控制电路和大功率直流固态开关，所述开关的电流额定值不低于充电站快充要求。
【文档编号】H02J7/00GK104269900SQ201410505024
【公开日】2015年1月7日 申请日期:2014年9月26日 优先权日:2014年9月26日
【发明者】黄德旭, 高玉明, 张华栋, 郭亮, 李岗, 苗文静, 李建祥, 刘海波 申请人:国家电网公司, 国网山东省电力公司电力科学研究院, 山东鲁能智能技术有限公司