CN106915265B - 一种电动汽车充电机的拓扑结构及控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及电力电子技术领域，尤其涉及一种电动汽车充电机的拓扑结构及控制方法，拓扑结构包括：第一整流模块，分别与电源接入端以及至少一个蓄电池连接充电；线圈对一次侧连接在第一整流模块与接地端之间；第二整流模块，与二次侧连接，用于对二次侧中激发产生的交流电进行整流并输出一直流电；逆变模块，与第二整流模块连接，用于接收直流电并逆变，以输出与三相交流电网上的三相交流电同步的交流电；第二整流模块还与电源接入端连接，用于将逆变形成的交流电通过电源接入端反馈至三相交流电网内；能够将第一整流模块工作产生的谐波转化为与三相交流电网的交流电同步的交流电进行输出，从而提高充电机的充电效率并降低对电网产生的扰动。

Description

一种电动汽车充电机的拓扑结构及控制方法
技术领域
本发明涉及电力电子技术领域，尤其涉及一种电动汽车充电机的拓扑结构及控制方法。
背景技术
随着全球石油等化石能源短缺问题日益严重，空气污染与温室效应不断加剧，能源与环境问题越来越受到重视，世界各国的研究人员正在积极探索节能减排的方案。电动汽车作为解决普通燃油汽车带来的能源短缺、资源枯竭、环境污染等方面的问题的最佳途径之一，受到各国政府的重视与支持，电动汽车的发展和推广是不可避免的趋势。我国在电动汽车的发展上提供了很多政策和资金的支持，国家电网下属各电力公司正在积极推进电动汽车充电站和充电桩的建设。电动汽车充电是通过充电机实现的，充电机是将电网电能经过一系列变换后变成符合电动汽车电池充电要求的装置。现有技术主要围绕如何优化充电机变换器拓扑结构进行研究，目的在于提高电网电能质量，实现电能双向流动，增大电池充电功率和效率。
现有的充电机中采用三相电压源整流器实现双向有源PWM(pulse widthmodulation，脉冲宽度调制)整流功能，直流侧采用双向直流斩波器实现升压或者降压功能，也就是说每个充电回路需要交流到直流以及直流到直流两级变换，采用的半导体器件多，开关频率高，***损耗大，效率低。
发明内容
针对上述问题，本发明提出了一种电动汽车充电机的拓扑结构，包括一电源接入端，所述电源接入端连接至一三相交流电网；还包括：
第一整流模块，分别与所述电源接入端以及至少一个蓄电池连接，用于对从所述电源接入端输入的三相交流电进行整流形成一直流电以向每个所述蓄电池充电；
所述第一整流模块还连接一接地端；
线圈对，包括一一次侧和一二次侧；
所述一次侧连接在所述第一整流模块与所述接地端之间；
所述二次侧与所述一次侧耦合，所述一次侧中的交流电的在所述二次侧中激发产生交流电；
第二整流模块，与所述二次侧连接，用于对所述二次侧中激发产生的交流电进行整流并输出一直流电；
逆变模块，与所述第二整流模块连接，用于接收所述直流电并逆变，以输出与所述三相交流电网上的三相交流电同步的交流电；
所述第二整流模块还与所述电源接入端连接，用于将逆变形成的交流电通过所述电源接入端反馈至所述三相交流电网内。
上述的拓扑结构，其中，所述第一整流模块包括多个串联的第一整流单元，每个所述第一整流单元连接一个所述蓄电池。
上述的拓扑结构，其中，所述第一整流单元为脉冲宽度调制全桥整流器，由一第一频率的脉冲信号控制整流。
上述的拓扑结构，其中，所述第一频率的范围在80Hz～120Hz之间。
上述的拓扑结构，其中，所述第一整流单元中采用MOSFET控制整流。
上述的拓扑结构，其中，所述第一整流单元中采用IGBT控制整流。
上述的拓扑结构，其中，所述第二整流模块和所述逆变模块的控制信号为具有第二频率的脉冲信号。
上述的拓扑结构，其中，所述第二频率的范围在9kHz～11kHz之间。
上述的拓扑结构，其中，还包括：
有源滤波模块，设置于所述电源接入端与所述第一整流模块之间，用于对通过所述电源接入端进入的三相交流电进行滤波。
一种电动汽车充电机的控制方法，其特征在于，应用于如上任意一项所述的拓扑结构。
有益效果：本发明提出的一种电动汽车充电机的拓扑结构及控制方法能够将第一整流模块工作产生的谐波转化为与三相交流电网的交流电同步的交流电进行输出，从而提高充电机的充电效率并降低对电网产生的扰动。
附图说明
图1为本发明一实施例中电动汽车充电机的拓扑结构的结构示意图；
图2为本发明一实施例中电动汽车充电机的拓扑结构的结构示意图；
图3为本发明一实施例中第一整流模块的电路原理图；
图4为本发明一实施例中线圈对，第二整流模块以及逆变模块的电路原理图；
图5为本发明一实施例中线圈对，第二整流模块以及逆变模块的电路原理图；
图6为本发明一实施例中各个IGBT或MOSFET的导通角的控制方法。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行进一步说明。
在一个较佳的实施例中，如图1所示，提出了一种电动汽车充电机的拓扑结构，包括一电源接入端10，电源接入端10连接至一三相交流电网(图1中未显示)；还可以包括：
第一整流模块20，分别与电源接入端10以及至少一个蓄电池30连接，用于对从电源接入端10输入的三相交流电进行整流形成一直流电以向每个蓄电池30充电；
第一整流模块20还连接一接地端40；
线圈对，包括一一次侧51和一二次侧52；
一次侧51连接在第一整流模块20与接地端40之间；
二次侧52与一次侧51耦合，一次侧51中的交流电的在二次侧52中激发产生交流电；
第二整流模块60，与二次侧52连接，用于对二次侧52中激发产生的交流电进行整流并输出一直流电；
逆变模块70，与第二整流模块60连接，用于接收直流电并逆变，以输出与三相交流电网上的三相交流电同步的交流电；
第二整流模块60还与电源接入端10连接，用于将逆变形成的交流电通过电源接入端10反馈至三相交流电网内。
具体地，第二整流模块60和逆变模块70可以集成制造，集成后的电路图可以如图4或图5所示，以图4为例，电容C配合右边的晶体管VT1～VT4与线圈对T的二次侧连接，用于整流从而在电容C两端形成稳定的直流电，再通过电容C右边的晶体管VT5～VT8的开断将电容C上的直流电转换为与电网的三相交流电同步的交流电。
在一个较佳的实施例中，如图2所示，第一整流模块20可以包括多个串联的第一整流单元，每个第一整流单元连接一个蓄电池。
在一个较佳的实施例中，如图3所示，第一整流单元为脉冲宽度调制全桥整流器，由一第一频率的脉冲信号控制整流。
具体地，通过主开关KM和辅开关KS将蓄电池ULi平稳地接入或断开，例如在接入时，先关闭辅开关KS使得导通电流较小，再闭合主开关KM将电阻R短路实现全压充电。
上述实施例中，优选地，第一频率的范围在80Hz～120Hz之间。
上述实施例中，优选地，第一整流单元中采用MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor，金属氧化物半导体场效应晶体管)控制整流。
上述实施例中，优选地，第一整流单元中采用IGBT(Insulated Gate BipolarTransistor，绝缘栅双极型晶体管)控制整流。
在一个较佳的实施例中，第二整流模块60和逆变模块70的控制信号为具有第二频率的脉冲信号。
上述实施例中，优选地，第二频率的范围在9kHz～11kHz之间。
在一个较佳的实施例中，如图2所示，还可以包括：
有源滤波模块80，设置于电源接入端(图1中电源接入端的附图标记为10，图2中每条相线分别连接一个第一整流模块20)与第一整流模块20之间，用于对通过电源接入端进入的三相交流电进行滤波。
在一个较佳的实施例中，本发明还提出了一种电动汽车充电机的控制方法，可以应用于如上任意一个实施例中的拓扑结构；可以包括：
将第一整流模块分别与电源接入端以及至少一个蓄电池连接，以对从电源接入端输入的三相交流电进行整流形成一直流电以向每个蓄电池充电；
将第一整流模块连接至一接地端；
将一线圈对的一次侧连接在第一整流模块与接地端之间；
将线圈对的二次侧与一次侧耦合，使得一次侧中的交流电的在二次侧中激发产生交流电；
将第二整流模块与二次侧连接，以对二次侧中激发产生的交流电进行整流并输出一直流电；
将逆变模块与第二整流模块连接，以对直流电逆变，以输出与三相交流电网上的三相交流电同步的交流电；
将第二整流模块与电源接入端连接，以将逆变形成的交流电通过电源接入端反馈至三相交流电网内。
具体地，各个IGBT或MOSFET的导通角的控制方法可以如图6所示。
综上所述，本发明提出的一种电动汽车充电机的拓扑结构及控制方法能够将第一整流模块工作产生的谐波转化为与三相交流电网的交流电同步的交流电进行输出，从而提高充电机的充电效率并降低对电网产生的扰动。
通过说明和附图，给出了具体实施方式的特定结构的典型实施例，基于本发明精神，还可作其他的转换。尽管上述发明提出了现有的较佳实施例，然而，这些内容并不作为局限。
对于本领域的技术人员而言，阅读上述说明后，各种变化和修正无疑将显而易见。因此，所附的权利要求书应看作是涵盖本发明的真实意图和范围的全部变化和修正。在权利要求书范围内任何和所有等价的范围与内容，都应认为仍属本发明的意图和范围内。

Claims (10)

1.一种电动汽车充电机的拓扑结构，包括一电源接入端，所述电源接入端连接至一三相交流电网；其特征在于，还包括：
第一整流模块，分别与所述电源接入端以及至少一个蓄电池连接，用于对从所述电源接入端输入的三相交流电进行整流形成一直流电以向每个所述蓄电池充电；
所述第一整流模块还连接一接地端；
线圈对，包括一一次侧和一二次侧；
所述一次侧连接在所述第一整流模块与所述接地端之间；
所述二次侧与所述一次侧耦合，所述一次侧中的交流电的在所述二次侧中激发产生交流电；
第二整流模块，与所述二次侧连接，用于对所述二次侧中激发产生的交流电进行整流并输出一直流电；
逆变模块，与所述第二整流模块连接，用于接收所述直流电并逆变，以输出与所述三相交流电网上的三相交流电同步的交流电；
所述第二整流模块还与所述电源接入端连接，用于将逆变形成的交流电通过所述电源接入端反馈至所述三相交流电网内。
2.根据权利要求1所述的拓扑结构，其特征在于，所述第一整流模块包括多个串联的第一整流单元，每个所述第一整流单元连接一个所述蓄电池。
3.根据权利要求2所述的拓扑结构，其特征在于，所述第一整流单元为脉冲宽度调制全桥整流器，由一第一频率的脉冲信号控制整流。
4.根据权利要求3所述的拓扑结构，其特征在于，所述第一频率的范围在80Hz～120Hz之间。
5.根据权利要求3所述的拓扑结构，其特征在于，所述第一整流单元中采用MOSFET控制整流。
6.根据权利要求3所述的拓扑结构，其特征在于，所述第一整流单元中采用IGBT控制整流。
7.根据权利要求1所述的拓扑结构，其特征在于，所述第二整流模块和所述逆变模块的控制信号为具有第二频率的脉冲信号。
8.根据权利要求7所述的拓扑结构，其特征在于，所述第二频率的范围在9kHz～11kHz之间。
9.根据权利要求1所述的拓扑结构，其特征在于，还包括：
有源滤波模块，设置于所述电源接入端与所述第一整流模块之间，用于对通过所述电源接入端进入的三相交流电进行滤波。
10.一种电动汽车充电机的控制方法，其特征在于，应用于如权利要求1～9任意一项所述的拓扑结构；
将第一整流模块分别与所述电源接入端以及至少一个蓄电池连接，以对从所述电源接入端输入的三相交流电进行整流形成一直流电以向每个所述蓄电池充电；
将所述第一整流模块连接至一接地端；
将一线圈对的一次侧连接在所述第一整流模块与所述接地端之间；
将所述线圈对的二次侧与所述一次侧耦合，使得所述一次侧中的交流电的在所述二次侧中激发产生交流电；
将第二整流模块与所述二次侧连接，以对所述二次侧中激发产生的交流电进行整流并输出一直流电；
将逆变模块与所述第二整流模块连接，以对所述直流电逆变，以输出与所述三相交流电网上的三相交流电同步的交流电；
将所述第二整流模块与所述电源接入端连接，以将逆变形成的交流电通过所述电源接入端反馈至所述三相交流电网内。
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