用于两端电压变化的大功率双向充电机的制作方法

本实用新型涉及一种双向充电机，具体是涉及一种用于两端电压变化的大功率双向充电机。

背景技术：

目前，在地铁运行期间，如果出现供电线路的问题，使地铁无法从电网上获取电能，就会造成地铁车辆停在线路上，从而会严重影响线路的运营，同时乘客的乘坐感受及安全问题也会是很大的问题。

因此，希望能通过一种双向充电机，实现在平时通过地铁电网对蓄电池充电；在地铁车辆供网出现问题时，从蓄电池提取能量，提供给地铁车辆牵引运行，使地铁车辆可以行驶到站台，将旅客疏散或换乘。由于地铁电网通常为DC1500V或DC750V，蓄电池的充放电为DC110V，将地铁电网的DC1500V降压变换为DC110V，要求地铁车辆上使用的双向充电机是大容量，必如需要70～100KW，但是，目前的充电机一般是应用在电动汽车上，容量较小，只有几个KW，且通过充电机降压，在低压侧的电流峰值会达到几千安倍，存在电流过大的问题，在高压侧存在逆变桥损耗过大的问题。

此外，地铁电网电压不是恒定的，通常变化范围为1800～1000V，且当蓄电池放电时，其电压也是逐渐下降的，电压变化范围为130～80V，通过双向充电机向蓄电池充电时，最大的电压变化比为1000/130＝7.7(输入高于1000V时，可以通过高压侧逆变桥进行脉宽调节，减小开通的脉宽，使高频变压器的输出电压降低)，蓄电池向电网放电时，最大的电压变化比：1000/80＝12.5，而目前的双向充电机无法满足这个大的两端的电压变化范围。

技术实现要素：

为了解决上述技术问题，本实用新型提出一种用于两端电压变化的大功率双向充电机，满足了地铁电网大功率的要求，解决了高压侧逆变桥损耗较大，低压侧电流过大的问题，且可以用同一个高频变压器来解决双向充电机低压侧电压波动范围大的问题。

本实用新型的技术方案是这样实现的：

一种用于两端电压变化的大功率双向充电机，所述双向充电机的主电路拓扑结构包括高压侧滤波电路、高压侧逆变桥、均流电感、第一高频变压器、第一低压侧逆变桥、第二高频变压器、第二低压侧逆变桥和低压侧滤波电路，电压变化的高压直流电与所述高压侧逆变桥的直流端相连接，所述高压侧逆变桥的交流端分两路连接至所述第一高频变压器的高压侧和所述第二高频变压器的高压侧，所述第一高频变压器的低压侧与所述第一低压侧逆变桥的交流端相连接，所述第二高频变压器的低压侧与所述第二低压侧逆变桥的交流端相连接，所述第一低压侧逆变桥的直流端及所述第二低压侧逆变桥的直流端连接至电压变化的低压直流电，所述高压侧滤波电路连接于所述高压直流电与所述高压侧逆变桥之间，所述低压侧滤波电路连接于所述低压直流电与所述第一低压侧逆变桥及所述第二低压侧逆变桥之间，所述高压侧逆变桥的交流端经所述均流电感分成两路，一路与所述第一高频变压器相连，另一路与所述第二高频变压器的高压侧相连；所述第一高频变压器高压侧具有第一中间抽头，所述第二高频变压器具有第二中间抽头，所述均流电感分出的一路与所述第一高频变压器的高压侧之间连接有第一高压接触器，且所述均流电感分出的该路与所述第一高频变压器的第一中间抽头之间连接有第二高压接触器；所述均流电感分出的另一路与所述第二高频变压器的高压侧之间连接有第三高压接触器，且所述均流电感分出的该路与所述第二高频变压器的第二中间抽头之间连接有第四高压接触器。

进一步的，所述低压直流电的电压变化范围为DC130V～80V。

进一步的，所述高压侧逆变桥的交流端与所述第一高频变压器之间连接有第一高压侧谐振电容，所述高压侧逆变桥的交流端与所述第二高频变压器之间连接有第二高压侧谐振电容；所述第一低压侧逆变桥的交流端与所述第一高频变压器之间连接有第一低压侧谐振电容，所述第二低压侧逆变桥的交流端与所述第二高频变压器之间连接有第二低压侧谐振电容。

进一步的，所述高压侧逆变桥包括第一高压侧IGBT模块和第二高压侧IGBT模块，所述第一高压侧IGBT模块包括第一高压侧IGBT功率管和第三高压侧IGBT功率管，所述第二高压侧IGBT模块包括第二高压侧IGBT功率管和第四高压侧IGBT功率管，高压直流电的DC+与第一高压侧IGBT功率管的集电极和第二高压侧IGBT功率管的集电极相连，高压直流电的DC-与第三高压侧IGBT功率管的发射极和第四高压侧IGBT功率管的发射极相连，第一高压侧IGBT功率管的发射极与第三高压侧IGBT功率管的集电极相连，第二高压侧IGBT功率管的发射极与第四高压侧IGBT功率管的集电极相连。

进一步的，所述高压侧滤波电路为高压侧滤波电容，所述高压侧滤波电容并联于高压直流电的DC+和高压直流电的DC-之间。

进一步的，所述第一高压侧IGBT功率管的发射极与所述第三高压侧IGBT功率管的集电极的连接点分两路后与所述第一高频变压器及所述第二高频变压器相连，所述第二高压侧IGBT功率管的发射极与所述第四高压侧IGBT功率管的集电极的连接点分两路后与所述第一高频变压器及所述第二高频变压器相连，所述均流电感串联于从所述第二高压侧IGBT功率管的发射极与第四高压侧IGBT功率管的集电极的连接点分开的两路中。

进一步的，所述第一低压侧逆变桥包括第一低压侧IGBT模块A和第二低压侧IGBT模块A，所述第一低压侧IGBT模块A包括第一低压侧IGBT功率管A和第三低压侧IGBT功率管A，所述第二低压侧IGBT模块A包括第二低压侧IGBT功率管A和第四低压侧IGBT功率管A，低压直流电的DC+与第一低压侧IGBT功率管A的集电极和第二低压侧IGBT功率管A的集电极相连，低压直流电的DC-与第三低压侧IGBT功率管A的发射极和第四低压侧IGBT功率管A的发射极相连，第一低压侧IGBT功率管A的发射极与第三低压侧IGBT功率管A的集电极相连，第二低压侧IGBT功率管A的发射极与第四低压侧IGBT功率管A的集电极相连。

进一步的，所述第二低压侧逆变桥包括第一低压侧IGBT模块B和第二低压侧IGBT模块B，所述第一低压侧IGBT模块B包括第一低压侧IGBT功率管B和第三低压侧IGBT功率管B，所述第二低压侧IGBT模块B包括第二低压侧IGBT功率管B和第四低压侧IGBT功率管B，低压直流电的DC+与第一低压侧IGBT功率管B的集电极和第二低压侧IGBT功率管B的集电极相连，低压直流电的DC-与第三低压侧IGBT功率管B的发射极和第四低压侧IGBT功率管B的发射极相连，第一低压侧IGBT功率管B的发射极与第三低压侧IGBT功率管B的集电极相连，第二低压侧IGBT功率管B的发射极与第四低压侧IGBT功率管B的集电极相连。

本实用新型的有益效果是：本实用新型提供一种用于两端电压变化的大功率双向充电机，通过设置一个高压侧逆变桥，并将高频变压器及低压侧逆变桥均设计成两路，解决了大功率双向充电机高压侧逆变桥的IGBT模块开通开断损耗较大，低压侧电流过大的问题，通过将第一、第二高频变压器设计为中间抽头，并由相应的高压接触器控制通断，实现了用同一个高频变压器来解决双向充电机低压侧电压波动范围大的问题。可较好的满足地铁电网大功率及低压侧电压变化范围较大的要求，且两路高频变压器及低压侧逆变桥通过均流电感来实现两路的电流平衡，不会出现其中一路因为电流不平均，导致其中一路过流的问题。

附图说明

图1为本实用新型用于两端电压变化的大功率双向充电机的主电路拓扑结构示意图。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本实用新型的技术内容，特举以下实施例详细说明，其目的仅在于更好理解本实用新型的内容而非限制本实用新型的保护范围。

本实用新型提出一种用于两端电压变化的大功率双向充电机，如图1所示，所述双向充电机的主电路拓扑结构包括高压侧滤波电路、高压侧逆变桥、均流电感L1、第一高频变压器T1、第一低压侧逆变桥、第二高频变压器T2、第二低压侧逆变桥和低压侧滤波电路，电压变化的高压直流电与所述高压侧逆变桥的直流端相连接，所述高压侧逆变桥的交流端分两路连接至所述第一高频变压器的高压侧和所述第二高频变压器的高压侧，所述第一高频变压器的低压侧与所述第一低压侧逆变桥的交流端相连接，所述第二高频变压器的低压侧与所述第二低压侧逆变桥的交流端相连接，所述第一低压侧逆变桥的直流端及所述第二低压侧逆变桥的直流端连接至电压变化的低压直流电，所述高压侧滤波电路连接于所述高压直流电与所述高压侧逆变桥之间，所述低压侧滤波电路连接于所述低压直流电与所述第一低压侧逆变桥及所述第二低压侧逆变桥之间，所述高压侧逆变桥的交流端经所述均流电感分成两路，一路与所述第一高频变压器相连，另一路与所述第二高频变压器的高压侧相连；所述第一高频变压器高压侧具有第一中间抽头，所述第二高频变压器具有第二中间抽头，所述均流电感分出的一路与所述第一高频变压器的高压侧之间连接有第一高压接触器KM1，且所述均流电感分出的该路与所述第一高频变压器的第一中间抽头之间连接有第二高压接触器KM2；所述均流电感分出的另一路与所述第二高频变压器的高压侧之间连接有第三高压接触器KM3，且所述均流电感分出的该路与所述第二高频变压器的第二中间抽头之间连接有第四高压接触器KM4。

上述结构中，高压侧滤波电路用于对高压侧输入及输出电压进行滤波；高压侧逆变桥用于高压侧输入输出电压的逆变；高频变压器用于高低压电压的转变；低压侧逆变桥用于低压侧输入输出电压的逆变；低压侧滤波电路用于对低压侧输入输出电压进行滤波。且通过设置一个高压侧逆变桥，并将高频变压器及低压侧逆变桥均设计成两路，解决了大功率双向充电机高压侧逆变桥的IGBT模块开通开断损耗较大，低压侧电流过大的问题，通过将第一、第二高频变压器设计为中间抽头，并由相应的高压接触器控制通断，实现了用同一个高频变压器来解决双向充电机低压侧电压波动范围大的问题。以T1为例：当从高压侧往蓄电池充电时，KM1断开，KM2接通，T1的2侧线圈的匝数比变大。当从蓄电池往高压侧升压放电时，KM2断开，KM1接通，T1的2侧线圈的匝数比变小，这样可以用同一个高频变压器来解决双向充电机低压侧电压波动范围大的问题，因此，本实用新型可较好的满足地铁电网大功率及电压变化范围较大的要求，且两路高频变压器及低压侧逆变桥通过均流电感来实现两路的电流平衡，不会出现其中一路因为电流不平均，导致其中一路过流的问题。

本实用新型大功率双向充电机应用于地铁车辆上时，可直接设置于地铁电网和蓄电池之间，且能够适应地铁车辆高低压两侧电压波动范围大的要求。由于该大功率双向充电机具备双向供电功能，因此，在平时地铁车辆供网正常的情况下可以实现从地铁电网获取能量做为充电机对蓄电池充电。在地铁车辆供网出现问题的特殊情况下(场站移车、电网线路故障等)可以将蓄电池的电能转换为高压直流电提供给车辆牵引变流器进行应急牵引使用。地铁车辆安装该设备后，在出现电网线路故障时，可以确保车辆不会停车，等待救援。故障车辆可以自行驶离故障区域，使车辆可以最近的车站进行旅客疏散。大大增强可车辆的应急处理能力。保障了旅客的乘车安全。

优选的，所述低压直流电的电压变化范围为DC130V～80V；在正常状态下，大功率双向充电机将地铁电网的DC1500V变换为DC110V，驱动地铁车辆上所有DC110V的直流负载，并满足蓄电池规定的充电要求，可按蓄电池的充电特性对蓄电池浮充电。当地铁电网出现问题，双向充电机将蓄电池的应急低压直流放电电压DC110V升压到不小于DC1000V，供应急牵引使用。在高压直流电的电压变化时，可以通过高压侧逆变桥进行脉宽调节，减小开通的脉宽，使高频变压器的输出电压降低至1000V。蓄电池反向升压放电时，KM2断开，KM1接通，T1的2侧线圈的匝数比变小，可满足高压侧不得低于1000V。

优选的，所述高压侧逆变桥的交流端与所述第一高频变压器之间连接有第一高压侧谐振电容C2，所述高压侧逆变桥的交流端与所述第二高频变压器之间连接有第二高压侧谐振电容C3；所述第一低压侧逆变桥的交流端与所述第一高频变压器之间连接有第一低压侧谐振电容C4，所述第二低压侧逆变桥的交流端与所述第二高频变压器之间连接有第二低压侧谐振电容C5。

优选的，所述高压侧逆变桥包括第一高压侧IGBT模块Q1和第二高压侧IGBT模块Q2，所述第一高压侧IGBT模块包括第一高压侧IGBT功率管和第三高压侧IGBT功率管，所述第二高压侧IGBT模块包括第二高压侧IGBT功率管和第四高压侧IGBT功率管，高压直流电的DC+与第一高压侧IGBT功率管的集电极和第二高压侧IGBT功率管的集电极相连，高压直流电的DC-与第三高压侧IGBT功率管的发射极和第四高压侧IGBT功率管的发射极相连，第一高压侧IGBT功率管的发射极与第三高压侧IGBT功率管的集电极相连，第二高压侧IGBT功率管的发射极与第四高压侧IGBT功率管的集电极相连。

优选的，所述高压侧滤波电路为高压侧滤波电容C1，所述高压侧滤波电容并联于高压直流电的DC+和高压直流电的DC-之间。

优选的，所述第一高压侧IGBT功率管的发射极与第三高压侧IGBT功率管的集电极的连接点分两路后与所述第一高频变压器及所述第二高频变压器相连，所述第二高压侧IGBT功率管的发射极与第四高压侧IGBT功率管的集电极的连接点分两路后与所述第一高频变压器及所述第二高频变压器相连，所述均流电感L1串联于从所述第二高压侧IGBT功率管的发射极与第四高压侧IGBT功率管的集电极的连接点分开的两路中。

优选的，所述第一低压侧逆变桥包括第一低压侧IGBT模块A Q3和第二低压侧IGBT模块A Q5，所述第一低压侧IGBT模块A包括第一低压侧IGBT功率管A和第三低压侧IGBT功率管A，所述第二低压侧IGBT模块A包括第二低压侧IGBT功率管A和第四低压侧IGBT功率管A，低压直流电的DC+与第一低压侧IGBT功率管A的集电极和第二低压侧IGBT功率管A的集电极相连，低压直流电的DC-与第三低压侧IGBT功率管A的发射极和第四低压侧IGBT功率管A的发射极相连，第一低压侧IGBT功率管A的发射极与第三低压侧IGBT功率管A的集电极相连，第二低压侧IGBT功率管A的发射极与第四低压侧IGBT功率管A的集电极相连。

优选的，所述第二低压侧逆变桥包括第一低压侧IGBT模块B Q4和第二低压侧IGBT模块B Q6，所述第一低压侧IGBT模块B包括第一低压侧IGBT功率管B和第三低压侧IGBT功率管B，所述第二低压侧IGBT模块B包括第二低压侧IGBT功率管B和第四低压侧IGBT功率管B，低压直流电的DC+与第一低压侧IGBT功率管B的集电极和第二低压侧IGBT功率管B的集电极相连，低压直流电的DC-与第三低压侧IGBT功率管B的发射极和第四低压侧IGBT功率管B的发射极相连，第一低压侧IGBT功率管B的发射极与第三低压侧IGBT功率管B的集电极相连，第二低压侧IGBT功率管B的发射极与第四低压侧IGBT功率管B的集电极相连。

综上，本实用新型提出了一种用于两端电压变化的大功率双向充电机，可直接设置于地铁电网的电压变化的高压直流电与蓄电池的电压变化的低压直流电之间，满足了地铁电网大功率及电压变化范围较大的要求，解决了高压侧逆变桥损耗较大，低压侧电流过大的问题，该双向充电机在平时可以实现从地铁电网获取能量对蓄电池充电，在特殊情况下(场站移车、电网线路故障等)可以将蓄电池的电能转换为高压提供给车辆牵引变流器进行应急牵引使用。

以上实施例是参照附图，对本实用新型的优选实施例进行详细说明。本领域的技术人员通过对上述实施例进行各种形式上的修改或变更，但不背离本实用新型的实质的情况下，都落在本实用新型的保护范围之内。