CN116231703B - 11kW双向单相/三相兼容电动汽车非车载直流充电模块 - Google Patents

11kW双向单相/三相兼容电动汽车非车载直流充电模块 Download PDF

Info

Publication number
CN116231703B
CN116231703B CN202211721152.1A CN202211721152A CN116231703B CN 116231703 B CN116231703 B CN 116231703B CN 202211721152 A CN202211721152 A CN 202211721152A CN 116231703 B CN116231703 B CN 116231703B
Authority
CN
China
Prior art keywords
circuit
phase
input
output
current
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202211721152.1A
Other languages
English (en)
Other versions
CN116231703A (zh
Inventor
刘方
张衡
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Suzhou Bovo Innovation Energy Technology Co ltd
Original Assignee
Suzhou Bovo Innovation Energy Technology Co ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Suzhou Bovo Innovation Energy Technology Co ltd filed Critical Suzhou Bovo Innovation Energy Technology Co ltd
Priority to CN202211721152.1A priority Critical patent/CN116231703B/zh
Publication of CN116231703A publication Critical patent/CN116231703A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN116231703B publication Critical patent/CN116231703B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/28—Arrangements for balancing of the load in a network by storage of energy
    • H02J3/32—Arrangements for balancing of the load in a network by storage of energy using batteries with converting means
    • H02J3/322—Arrangements for balancing of the load in a network by storage of energy using batteries with converting means the battery being on-board an electric or hybrid vehicle, e.g. vehicle to grid arrangements [V2G], power aggregation, use of the battery for network load balancing, coordinated or cooperative battery charging
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H7/00—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions
    • H02H7/10—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for converters; for rectifiers
    • H02H7/12—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for converters; for rectifiers for static converters or rectifiers
    • H02H7/125—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for converters; for rectifiers for static converters or rectifiers for rectifiers
    • H02H7/1255—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for converters; for rectifiers for static converters or rectifiers for rectifiers responsive to internal faults, e.g. by monitoring ripple in output voltage
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/0068—Battery or charger load switching, e.g. concurrent charging and load supply
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/36—Means for starting or stopping converters
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/42—Circuits or arrangements for compensating for or adjusting power factor in converters or inverters
    • H02M1/4208—Arrangements for improving power factor of AC input
    • H02M1/4258—Arrangements for improving power factor of AC input using a single converter stage both for correction of AC input power factor and generation of a regulated and galvanically isolated DC output voltage
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/44—Circuits or arrangements for compensating for electromagnetic interference in converters or inverters
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/22—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac
    • H02M3/24—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/28—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac
    • H02M3/325—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/335—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M3/3353—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only having at least two simultaneously operating switches on the input side, e.g. "double forward" or "double (switched) flyback" converter
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/7072—Electromobility specific charging systems or methods for batteries, ultracapacitors, supercapacitors or double-layer capacitors

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)

Abstract

本发明公开了双向充放电技术领域的500V以及1000V的11kW双向单相/三相兼容电动汽车非车载直流充电模块，包括输入EMC电路、缓启动电路、三相六开关PFC电路、双向CLLC电路、输出滤波电路、输入电流电压采样电路、隔离驱动电路、输出电流电压取样电流、辅助电源电路和DSP控制电路，本发明提供了在200‑500V以及200‑1000V的宽电压范围双向电动汽车非车载直流充电模块，通过设置输入EMC电路、缓启动电路、三相六开关PFC电路、双向CLLC电路、输出滤波电路、输入电流电压采样电路、隔离驱动电路、输出电流电压取样电流、辅助电源电路和DSP控制电路，可实现高效率、高稳定性的双向充放电。

Description

11kW双向单相/三相兼容电动汽车非车载直流充电模块
技术领域
本发明涉及双向充放电技术领域，具体为11kW双向单相/三相兼容电动汽车非车载直流充电模块。
背景技术
电动汽车取代传统能源汽车已成为必然趋势。充电基础设施需要更长时间的规划才能基建完善。同时，充电桩后期运营工作同样正在阻碍充电桩的发展，与高速发展的电动汽车行业相比，充电桩设施分布不均，充电桩比例失衡等问题使得目前充电桩明显处于供不应求的状态，这在一定程度上影响了电动汽车的普及。
V2G(vehicle-to-grid)技术可实现电网与电动汽车(EV:electric vehicle)之间能量的双向流动，EV用户可以是能量消耗者，也可以是能量供应者。在合理控制下，V2G技术的应用可提供调峰、调频以及电压控制，增加对间歇性的可再生能源的消纳，维持电力***安全稳定运行。而V2G技术的关键技术之一就是高性能双向充放电技术。
相比于硅Si(MOSFET)，碳化硅(SiC)器件具有更宽的带隙，更高的电子迁移率和电子速度，因此其可以工作与于更高的频率并且具有更高的耐压性能。在导通电阻，阻断电压和结电容方面也明显优于Si MOSFET的对应参数。非车载直流充电模块使用SiC器件，能够发挥其高频、高温和高压的优势，采用SiC MOSFET能够显著提升非车载充电模块的功率密度、减少开关损耗并改善热管理，从而减小充电模块的体积，提高整机效率。
目前来看用户对电动汽车最为关心的问题就是续航和充电，如今电动汽车所使用的的电池容量越来越大，续航问题基本得到解决。而快速充电就成为了亟待解决的问题，提高充电电压就是一种解决途径。现有技术还存在双向充放电高效率不佳、稳定性不高的技术问题，基于此，本发明设计了11kW双向单相/三相兼容电动汽车非车载直流充电模块，以解决上述问题。
发明内容
本发明的目的在于提供双向电动汽车非车载直流充电模块，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：11kW 500V双向单相/三相兼容电动汽车非车载直流充电模块，其特征在于：包括输入EMC电路、缓启动电路、三相六开关PFC电路、双向CLLC电路、输出滤波电路、输入电流电压采样电路、隔离驱动电路、输出电流电压取样电流、辅助电源电路和DSP控制电路；
当单相或三相电通过正向输入缓启动电路时，输入电流电压采样电路采集输入电压信号传输给DSP控制电路判断输入是单相电还是三相电，从而控制缓启动电路中的继电器，切换单/三相电输入到输入EMC电路做EMC处理后，再输入到三相六开关PFC电路，整流升压至双向CLLC电路所需的直流电压，双向CLLC电路中的初级四个MOS做全桥LLC谐振并通过隔离变压器相次级做电压变换及功率传递，次级四个MOS做同步整流控制，将交流方波信号整流直流电，通过输出滤波电路滤波后输出平滑的直流电；
当200-500V直流电反向输入到输出滤波电路，同时DSP控制电路接收到反向输出命令时，双向CLLC电路中的次级四个MOS做全桥LLC谐振并通过隔离变压器相初级做电压变换及功率传递，初级四个MOS做同步整流控制，将交流方波信号整流直流电，通过三相六开关PFC电路转换成交流正弦波信号经过输入EMC电路滤波，DSP控制电路根据接收到是输出单相还是三相交流电，控制缓启动电路中的继电器，切换单/三相交流电输出；
在上述方向输出过程中，DSP控制电路需要实时通过输入电流电压采样电路和输出电流电压采样电路检测电流电压信号，来控制反向输出的状态；
辅助电源电路给整个充电模块中的电子元器件提供稳定的各种电压的电源；
充电模块将CLLC输出两路并联的直流方波通过电容滤平滑后，再通过共模电感L1、电容C5、C6、C7及Y电容Cy1、Cy2、Cy3、Cy4组成的输出EMC电路消除共模干扰，增强充电模块的抗干扰性，反向输入时它作为输入EMC电路也起到降低输入干扰的功能。
优选的，所述缓启动电路中，三相输入为三相四线制，分别为L1、L2、L3和N线，DSP控制电路通过输入电流电压采样电路信号判读为三相输入，在L1、L2、L3三个线输入上串入继电器开关，再继电器开关的负载端并上PTC电阻，在交流电刚刚***时，继电器处于断开状态，此时母线上的电容电压为0，电流通过PTC电阻给电容预充电，使整个***缓启动，当电容充满即缓启动完成后，继电器闭合使PTC短路，电路进入正常工作状态，如果负载端异常，即在继电器尚未闭合时候就工作，此时PTC电阻上就会有大电流走过，PTC功耗使自身温度升高，其自身的阻抗也随之升高，从而起到关断电路的作用。
优选的，所述DSP控制电路通过输入电流电压采样电路信号判读为三相输入，则控制继电器K1、K2、K3闭合，K4、K5断开，三相交流电输入到输入EMC电路，该电路采用两级Π型滤波，可有效降低充电模块的EMC干扰，单输入为单相电时，DSP控制电路控制继电器K1、K4、K5闭合，K2、K3断开，交流电的火线通过L1、L2输入三相六开关的回路中实现两交错输入，零线通过K5输入三相六开关的回路中，共同组成两交错图腾柱单相PFC架构，充电模块可实现单/三相输入输出的双向兼容。
优选的，所述充电模块采用的是全桥LLC拓扑，在变压器初次级两端为对称结构，当左边作为输入端时，通过原边四个开关mos管Q1、Q2、Q3、Q4切换的频率控制整个原边LLC回路的频率控制整个原边LLC回路的频率，副边四个MOS管为同步整流模式，反之，当左边作为输入端时，通过副边四个开关mos管Q5、Q6、Q7、Q8切换的频率控制整个副边LLC回路的频率控制整个副边LLC回路的频率，原边四个MOS管为同步整流模式，双向CLLC电路根据不同的输出状态，采用了PFM控制、移相控制、BOOST升压控制综合的控制策略方案，以达到最佳的***输出状态。
11kW 1000V双向单相/三相兼容电动汽车非车载直流充电模块，其特征在于：包括输入EMC电路、缓启动电路、三相六开关PFC电路、双向CLLC电路、输出滤波电路、输入电流电压采样电路、隔离驱动电路、输出电流电压取样电流、辅助电源电路和DSP控制电路；
当单相或三相电通过正向输入缓启动电路时，输入电流电压采样电路采集输入电压信号传输给DSP控制电路判断输入是单相电还是三相电，从而控制缓启动电路中的继电器，切换单/三相电输入到输入EMC电路做EMC处理后，再输入到三相六开关PFC电路，整流升压至双向CLLC电路所需的直流电压，双向CLLC电路中的初级四个MOS做全桥LLC谐振并通过隔离变压器相次级做电压变换及功率传递，次级四个MOS做同步整流控制，将交流方波信号整流直流电，通过输出滤波电路滤波后输出平滑的直流电；
当200-1000V直流电反向输入到输出滤波电路，同时DSP控制电路接收到反向输出命令时，双向CLLC电路中的次级四个MOS做全桥LLC谐振并通过隔离变压器相初级做电压变换及功率传递，初级四个MOS做同步整流控制，将交流方波信号整流直流电，通过三相六开关PFC电路转换成交流正弦波信号经过输入EMC电路滤波，DSP控制电路根据接收到是输出单相还是三相交流电，控制缓启动电路中的继电器，切换单/三相交流电输出；
在上述方向输出过程中，DSP控制电路需要实时通过输入电流电压采样电路和输出电流电压采样电路检测电流电压信号，来控制反向输出的状态；
辅助电源电路给整个充电模块中的电子元器件提供稳定的各种电压的电源；
采用两组6kW CLLC输出，充电模块将CLLC输出两路通过3个继电器K1、K2、K3控制它们的输出，当输出电压<500V，继电器K1、K2闭合，K3断开，两路并联输出；当输出电压>500V，继电器K3闭合，K1、K2断开，两路串联输出，然后通过共模电感L1、电容C5、C6、C7及Y电容Cy1、Cy2、Cy3、Cy4组成的输出EMC电路消除共模干扰，增强充电模块的抗干扰性，反向输入时它作为输入EMC电路也起到降低输入干扰的功能。
优选的，所述缓启动电路中，三相输入为三相四线制，分别为L1、L2、L3和N线，DSP控制电路通过输入电流电压采样电路信号判读为三相输入，在L1、L2、L3三个线输入上串入继电器开关，再继电器开关的负载端并上PTC电阻，在交流电刚刚***时，继电器处于断开状态，此时母线上的电容电压为0，电流通过PTC电阻给电容预充电，使整个***缓启动，当电容充满即缓启动完成后，继电器闭合使PTC短路，电路进入正常工作状态，如果负载端异常，即在继电器尚未闭合时候就工作，此时PTC电阻上就会有大电流走过，PTC功耗使自身温度升高，其自身的阻抗也随之升高，从而起到关断电路的作用。
优选的，所述DSP控制电路通过输入电流电压采样电路信号判读为三相输入，则控制继电器K1、K2、K3闭合，K4、K5断开，三相交流电输入到输入EMC电路，该电路采用两级Π型滤波，可有效降低充电模块的EMC干扰，单输入为单相电时，DSP控制电路控制继电器K1、K4、K5闭合，K2、K3断开，交流电的火线通过L1、L2输入三相六开关的回路中实现两交错输入，零线通过K5输入三相六开关的回路中，共同组成两交错图腾柱单相PFC架构，充电模块可实现单/三相输入输出的双向兼容。
优选的，所述充电模块采用的是全桥LLC拓扑，在变压器初次级两端为对称结构，当左边作为输入端时，通过原边四个开关mos管Q1、Q2、Q3、Q4切换的频率控制整个原边LLC回路的频率控制整个原边LLC回路的频率，副边四个MOS管为同步整流模式，反之，当左边作为输入端时，通过副边四个开关mos管Q5、Q6、Q7、Q8切换的频率控制整个副边LLC回路的频率控制整个副边LLC回路的频率，原边四个MOS管为同步整流模式，双向CLLC电路根据不同的输出状态，采用了PFM控制、移相控制、BOOST升压控制综合的控制策略方案，以达到最佳的***输出状态。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明提供了在11kW200-500V以及200-1000V的宽电压范围双向电动汽车非车载直流充电模块，通过设置输入EMC电路、缓启动电路、三相六开关PFC电路、双向CLLC电路、输出滤波电路、输入电流电压采样电路、隔离驱动电路、输出电流电压取样电流、辅助电源电路和DSP控制电路，可实现高效率、高稳定性的双向充放电。
通过设置缓启动电路，如果负载端异常，PTC功耗使自身温度升高，其自身的阻抗也随之升高，从而起到关断电路的作用。
通过设置DSP控制电路，有效降低充电模块的EMC干扰，组成两交错图腾柱单相PFC架构。这样充电模块可实现单/三相输入输出的双向兼容。
在双向CLLC电路中，采用了PFM控制、移相控制、BOOST升压控制等综合的控制策略方案，以达到最佳的***输出状态。
EMC电路消除共模干扰，增强充电模块的抗干扰性。
充电模块可实现单/三相输入输出的双向兼容的快速充放电。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明11kW双向单相/三相兼容电动汽车非车载直流充电模块原理示意图；
图2为本发明缓启动电路示意图；
图3为本发明输入EMC电路示意图；
图4为本发明三相六开关PFC电路示意图；
图5为本发明双向CLLC电路示意图；
图6为本发明500V直流电的输出滤波电路示意图；
图7为本发明1000V直流电的输出滤波电路示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供一种技术方案：基于SiC的11kW 500V双向单相/三相兼容电动汽车非车载直流充电模块包含以下电路，如图1所示：输入EMC电路、缓启动电路、三相六开关PFC电路、双向CLLC电路、输出滤波电路、输入电流电压采样电路、隔离驱动电路、输出电流电压取样电流、辅助电源电路和DSP控制电路。
当单相或三相电通过正向输入缓启动电路时，输入电流电压采样电路采集输入电压信号传输给DSP控制电路判断输入是单相电还是三相电，从而控制缓启动电路中的继电器，切换单/三相电输入到输入EMC电路做EMC处理后，再输入到三相六开关PFC电路，整流升压至双向CLLC电路所需的直流电压，双向CLLC电路中的初级四个MOS做全桥LLC谐振并通过隔离变压器相次级做电压变换及功率传递，次级四个MOS做同步整流控制，将交流方波信号整流直流电，通过输出滤波电路滤波后输出平滑的直流电。
当200-500V直流电反向输入到输出滤波电路，同时DSP控制电路接收到反向输出命令时，双向CLLC电路中的次级四个MOS做全桥LLC谐振并通过隔离变压器相初级做电压变换及功率传递，初级四个MOS做同步整流控制，将交流方波信号整流直流电，通过三相六开关PFC电路转换成交流正弦波信号经过输入EMC电路滤波，DSP控制电路根据接收到是输出单相还是三相交流电，控制缓启动电路中的继电器，切换单/三相交流电输出。在上述方向输出过程中，DSP控制电路需要实时通过输入电流电压采样电路和输出电流电压采样电路检测电流电压信号，来控制反向输出的状态。
辅助电源电路给整个充电模块中的电子元器件提供稳定的各种电压的电源。
如图2所示为缓启动电路原理图，三相输入为三相四线制，分别为L1、L2、L3和N线，DSP控制电路通过输入电流电压采样电路信号判读为三相输入，我们在L1，L2，L3三个线输入上串入继电器开关，再继电器开关的负载端并上PTC电阻。由于PTC呈正温度特性，即当温度上升时，其自身的阻值会逐渐增大。在交流电刚刚***时，继电器处于断开状态，此时母线上的电容电压为0，电流通过PTC电阻给电容预充电，使整个***缓启动，当电容充满即缓启动完成后，继电器闭合使PTC短路，电路进入正常工作状态。如果负载端异常，即在继电器尚未闭合时候就工作，此时PTC电阻上就会有大电流走过，PTC功耗使自身温度升高，其自身的阻抗也随之升高，从而起到关断电路的作用。
DSP控制电路通过输入电流电压采样电路信号判读为三相输入，则控制继电器K1、K2、K3闭合，K4、K5断开，三相交流电输入到图3所示的输入EMC电路，改电路采用两级Π型滤波，可有效降低充电模块的EMC干扰。单输入为单相电时，DSP控制电路控制继电器K1、K4、K5闭合，K2、K3断开，交流电的火线通过L1、L2输入三相六开关的回路中实现两交错输入，零线通过K5输入三相六开关的回路中，共同组成两交错图腾柱单相PFC架构。这样充电模块可实现单/三相输入输出的双向兼容。
图4为11kW三相六开关PFC电路原理图，当Vinv_A与Vinv_B两点电压Uab为正时：开通Q4、Q5，此时Uab给电感L1储能；然后关闭Q4、Q5，电感L1中的存储能量向负载释放。由于Q1的反向钳位作用，因此负载的电压不能向Uab反灌从而实现升压作用。PFC的工作模式为BOOST模式。当工作在三相模式时，可以通过SVPWM调制技术，调整六个开关管的开关状态实现对输入电流的调整。当工作在单相模式时，可以通过SPWM调制技术实现对输入电流的调整。
如图5所示，充电模块采用的是全桥LLC拓扑，在变压器初次级两端为对称结构，当左边作为输入端时，通过原边四个开关mos管Q1、Q2、Q3、Q4切换的频率控制整个原边LLC回路的频率控制整个原边LLC回路的频率，副边四个MOS管为同步整流模式。反之，当左边作为输入端时，通过副边四个开关mos管Q5、Q6、Q7、Q8切换的频率控制整个副边LLC回路的频率控制整个副边LLC回路的频率，原边四个MOS管为同步整流模式。双向CLLC电路根据不同的输出状态，采用了PFM控制，移相控制，BOOST升压控制等综合的控制策略方案，以达到最佳的***输出状态。
如图6所示，充电模块将CLLC输出两路并联的直流方波通过电容滤平滑后，再通过共模电感L1、电容C5、C6、C7及Y电容Cy1、Cy2、Cy3、Cy4组成的输出EMC电路消除共模干扰，增强充电模块的抗干扰性。反向输入时它作为输入EMC电路也起到降低输入干扰的功能。
本发明中作为另一个技术方案，11kW 1000V双向单相/三相兼容电动汽车非车载直流充电模块，包括输入EMC电路、缓启动电路、三相六开关PFC电路、双向CLLC电路、输出滤波电路、输入电流电压采样电路、隔离驱动电路、输出电流电压取样电流、辅助电源电路和DSP控制电路。
仅区别于11kW 500V双向单相/三相兼容电动汽车非车载直流充电模块的实施方式，图7中，充电模块将CLLC输出两路并联的直流方波通过电容滤平滑后，再通过共模电感L1、电容C5、C6、C7及Y电容Cy1、Cy2、Cy3、Cy4组成的输出EMC电路消除共模干扰，增强充电模块的抗干扰性，反向输入时它作为输入EMC电路也起到降低输入干扰的功能。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (8)

1.11kW 500V双向单相/三相兼容电动汽车非车载直流充电模块，其特征在于：包括输入EMC电路、缓启动电路、三相六开关PFC电路、双向CLLC电路、输出滤波电路、输入电流电压采样电路、隔离驱动电路、输出电流电压采样电路、辅助电源电路和DSP控制电路；
当单相或三相电通过正向输入缓启动电路时，输入电流电压采样电路采集输入电压信号传输给DSP控制电路判断输入是单相电还是三相电，从而控制缓启动电路中的继电器，切换单/三相电输入到输入EMC电路做EMC处理后，再输入到三相六开关PFC电路，整流升压至双向CLLC电路所需的直流电压，双向CLLC电路中的初级四个MOS做全桥LLC谐振并通过隔离变压器向次级做电压变换及功率传递，次级四个MOS做同步整流控制，将交流方波信号整流直流电，通过输出滤波电路滤波后输出平滑的直流电；
当200-500V直流电反向输入到输出滤波电路，同时DSP控制电路接收到反向输出命令时，双向CLLC电路中的次级四个MOS做全桥LLC谐振并通过隔离变压器向初级做电压变换及功率传递，初级四个MOS做同步整流控制，将交流方波信号整流直流电，通过三相六开关PFC电路转换成交流正弦波信号经过输入EMC电路滤波，DSP控制电路根据接收到是输出单相还是三相交流电，控制缓启动电路中的继电器，切换单/三相交流电输出；
在上述方向输出过程中，DSP控制电路需要实时通过输入电流电压采样电路和输出电流电压采样电路检测电流电压信号，来控制正向、反向输出的状态；
辅助电源电路给整个充电模块中的电子元器件提供稳定的各种电压的电源；
所述充电模块将双向CLLC电路的输出两路并联的直流方波通过电容滤平滑后，再通过共模电感L1、电容C5、C6、C7及Y电容Cy1、Cy2、Cy3、Cy4组成的输出滤波电路消除共模干扰，增强充电模块的抗干扰性，反向输入时输出滤波电路作为输入EMC电路也起到降低输入干扰的功能。
2.根据权利要求1所述的11kW 500V双向单相/三相兼容电动汽车非车载直流充电模块，其特征在于：所述缓启动电路中，三相输入为三相四线制，分别为L1、L2、L3和N线，DSP控制电路通过输入电流电压采样电路信号判读为三相输入，在L1、L2、L3三个线输入上串入继电器开关，在继电器开关的负载端并上PTC电阻，在交流电刚刚***时，继电器处于断开状态，此时母线上的电容电压为0，电流通过PTC电阻给电容预充电，使整个***缓启动，当电容充满即缓启动完成后，继电器闭合使PTC短路，电路进入正常工作状态，如果负载端异常，即在继电器尚未闭合时候就工作，此时PTC电阻上就会有大电流走过，PTC功耗使自身温度升高，其自身的阻抗也随之升高，从而起到关断电路的作用。
3.根据权利要求1所述的11kW 500V双向单相/三相兼容电动汽车非车载直流充电模块，其特征在于：所述DSP控制电路通过输入电流电压采样电路信号判读为三相输入，则控制继电器K1、K2、K3闭合，K4、K5断开，三相交流电输入到输入EMC电路，所述输入EMC电路采用两级Π型滤波，有效降低充电模块的EMC干扰，单输入为单相电时，DSP控制电路控制继电器K1、K4、K5闭合，K2、K3断开，交流电的火线通过L1、L2输入三相六开关的回路中实现两交错输入，零线通过K5输入三相六开关的回路中，共同组成两交错图腾柱单相PFC架构，所述充电模块实现单/三相输入输出的双向兼容。
4.根据权利要求1所述的11kW 500V双向单相/三相兼容电动汽车非车载直流充电模块，其特征在于：所述双向CLLC电路采用的是全桥LLC拓扑，在隔离变压器初次级两端为对称结构，当左边作为输入端时，通过初级四个MOS管Q1、Q2、Q3、Q4切换的频率控制整个初级LLC回路的频率控制整个初级LLC回路的频率，次级四个MOS管为同步整流模式，反之，当左边作为输出端时，通过次级四个MOS管Q5、Q6、Q7、Q8切换的频率控制整个次级LLC回路的频率控制整个次级LLC回路的频率，初级四个MOS管为同步整流模式，双向CLLC电路根据不同的输出状态，采用了PFM控制、移相控制、BOOST升压控制综合的控制策略方案，以达到最佳的***输出状态。
5.11kW 1000V双向单相/三相兼容电动汽车非车载直流充电模块，其特征在于：包括输入EMC电路、缓启动电路、三相六开关PFC电路、双向CLLC电路、输出滤波电路、输入电流电压采样电路、隔离驱动电路、输出电流电压采样电路、辅助电源电路和DSP控制电路；
当单相或三相电通过正向输入缓启动电路时，输入电流电压采样电路采集输入电压信号传输给DSP控制电路判断输入是单相电还是三相电，从而控制缓启动电路中的继电器，切换单/三相电输入到输入EMC电路做EMC处理后，再输入到三相六开关PFC电路，整流升压至双向CLLC电路所需的直流电压，双向CLLC电路中的初级四个MOS做全桥LLC谐振并通过隔离变压器向次级做电压变换及功率传递，次级四个MOS做同步整流控制，将交流方波信号整流直流电，通过输出滤波电路滤波后输出平滑的直流电；
当200-1000V直流电反向输入到输出滤波电路，同时DSP控制电路接收到反向输出命令时，双向CLLC电路中的次级四个MOS做全桥LLC谐振并通过隔离变压器向初级做电压变换及功率传递，初级四个MOS做同步整流控制，将交流方波信号整流直流电，通过三相六开关PFC电路转换成交流正弦波信号经过输入EMC电路滤波，DSP控制电路根据接收到是输出单相还是三相交流电，控制缓启动电路中的继电器，切换单/三相交流电输出；
在上述方向输出过程中，DSP控制电路需要实时通过输入电流电压采样电路和输出电流电压采样电路检测电流电压信号，来控制正向、反向输出的状态；
辅助电源电路给整个充电模块中的电子元器件提供稳定的各种电压的电源；
采用两组6kW CLLC输出，所述充电模块将双向CLLC电路的输出两路通过3个继电器K1、K2、K3控制它们的输出，当输出电压<500V，继电器K1、K2闭合，K3断开，两路并联输出；当输出电压>500V，继电器K3闭合，K1、K2断开，两路串联输出，然后通过共模电感L1、电容C5、C6、C7及Y电容Cy1、Cy2、Cy3、Cy4组成的输出滤波电路消除共模干扰，增强充电模块的抗干扰性，反向输入时输出滤波电路作为输入EMC电路也起到降低输入干扰的功能。
6.根据权利要求5所述的11kW 1000V双向单相/三相兼容电动汽车非车载直流充电模块，其特征在于：所述缓启动电路中，三相输入为三相四线制，分别为L1、L2、L3和N线，DSP控制电路通过输入电流电压采样电路信号判读为三相输入，在L1、L2、L3三个线输入上串入继电器开关，再继电器开关的负载端并上PTC电阻，在交流电刚刚***时，继电器处于断开状态，此时母线上的电容电压为0，电流通过PTC电阻给电容预充电，使整个***缓启动，当电容充满即缓启动完成后，继电器闭合使PTC短路，电路进入正常工作状态，如果负载端异常，即在继电器尚未闭合时候就工作，此时PTC电阻上就会有大电流走过，PTC功耗使自身温度升高，其自身的阻抗也随之升高，从而起到关断电路的作用。
7.根据权利要求5所述的11kW 1000V双向单相/三相兼容电动汽车非车载直流充电模块，其特征在于：所述DSP控制电路通过输入电流电压采样电路信号判读为三相输入，则控制继电器K1、K2、K3闭合，K4、K5断开，三相交流电输入到输入EMC电路，该电路采用两级Π型滤波，可有效降低充电模块的EMC干扰，单输入为单相电时，DSP控制电路控制继电器K1、K4、K5闭合，K2、K3断开，交流电的火线通过L1、L2输入三相六开关的回路中实现两交错输入，零线通过K5输入三相六开关的回路中，共同组成两交错图腾柱单相PFC架构，充电模块实现单/三相输入输出的双向兼容。
8.根据权利要求5所述的11kW 1000V双向单相/三相兼容电动汽车非车载直流充电模块，其特征在于：所述双向CLLC电路采用的是全桥LLC拓扑，在隔离变压器初次级两端为对称结构，当左边作为输入端时，通过初级四个MOS管Q1、Q2、Q3、Q4切换的频率控制整个初级LLC回路的频率控制整个初级LLC回路的频率，次级四个MOS管为同步整流模式，反之，当左边作为输出端时，通过次级四个MOS管Q5、Q6、Q7、Q8切换的频率控制整个次级LLC回路的频率控制整个次级LLC回路的频率，初级四个MOS管为同步整流模式，双向CLLC电路根据不同的输出状态，采用了PFM控制、移相控制、BOOST升压控制综合的控制策略方案，以达到最佳的***输出状态。
CN202211721152.1A 2022-12-30 2022-12-30 11kW双向单相/三相兼容电动汽车非车载直流充电模块 Active CN116231703B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202211721152.1A CN116231703B (zh) 2022-12-30 2022-12-30 11kW双向单相/三相兼容电动汽车非车载直流充电模块

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202211721152.1A CN116231703B (zh) 2022-12-30 2022-12-30 11kW双向单相/三相兼容电动汽车非车载直流充电模块

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN116231703A CN116231703A (zh) 2023-06-06
CN116231703B true CN116231703B (zh) 2024-03-01

Family

ID=86579642

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202211721152.1A Active CN116231703B (zh) 2022-12-30 2022-12-30 11kW双向单相/三相兼容电动汽车非车载直流充电模块

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN116231703B (zh)

Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005348563A (ja) * 2004-06-04 2005-12-15 Sanken Electric Co Ltd 交流電源装置
CN107284273A (zh) * 2017-07-11 2017-10-24 深圳市永联科技股份有限公司 一种集成dc/dc转换器的车载充电机主电路及其控制
CN208452807U (zh) * 2018-05-29 2019-02-01 华盛新能源科技（深圳）有限公司 一种集成双向obc与双向dc/dc转换器的充放电电路
CN110682810A (zh) * 2019-09-29 2020-01-14 深圳威迈斯新能源股份有限公司 单三相兼容的高效车载双向充电机
WO2021237503A1 (zh) * 2020-05-26 2021-12-02 中国科学院电工研究所 三相cllc双向直流变换器及其控制方法
CN113890377A (zh) * 2021-11-03 2022-01-04 中车大连电力牵引研发中心有限公司 一种充电机的双向dc-dc变换器电路
WO2022110891A1 (zh) * 2020-11-27 2022-06-02 联合汽车电子有限公司 兼容单相和三相交流输入的pfc电路、控制方法及充电机
WO2022165815A1 (zh) * 2021-02-07 2022-08-11 深圳欣锐科技股份有限公司 一种纹波电流控制方法、***及设备
CN115189578A (zh) * 2022-08-01 2022-10-14 安徽大学 一种隔离型双向充电机cllc变换器控制装置及方法
CN115242095A (zh) * 2022-07-04 2022-10-25 安徽大学 一种隔离型cllc变换器双向同步整流控制装置和方法

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108173441A (zh) * 2018-01-09 2018-06-15 青岛大学 串联同时供电正激直流斩波型单级多输入高频环节逆变器
US11491883B2 (en) * 2018-04-10 2022-11-08 University Of Maryland, College Park Vehicle on-board charger for bi-directional charging of low/high voltage batteries
CN110417266A (zh) * 2018-04-26 2019-11-05 比亚迪股份有限公司 Dcdc变换器、车载充电机和电动车辆

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005348563A (ja) * 2004-06-04 2005-12-15 Sanken Electric Co Ltd 交流電源装置
CN107284273A (zh) * 2017-07-11 2017-10-24 深圳市永联科技股份有限公司 一种集成dc/dc转换器的车载充电机主电路及其控制
CN208452807U (zh) * 2018-05-29 2019-02-01 华盛新能源科技（深圳）有限公司 一种集成双向obc与双向dc/dc转换器的充放电电路
CN110682810A (zh) * 2019-09-29 2020-01-14 深圳威迈斯新能源股份有限公司 单三相兼容的高效车载双向充电机
WO2021237503A1 (zh) * 2020-05-26 2021-12-02 中国科学院电工研究所 三相cllc双向直流变换器及其控制方法
WO2022110891A1 (zh) * 2020-11-27 2022-06-02 联合汽车电子有限公司 兼容单相和三相交流输入的pfc电路、控制方法及充电机
WO2022165815A1 (zh) * 2021-02-07 2022-08-11 深圳欣锐科技股份有限公司 一种纹波电流控制方法、***及设备
CN113890377A (zh) * 2021-11-03 2022-01-04 中车大连电力牵引研发中心有限公司 一种充电机的双向dc-dc变换器电路
CN115242095A (zh) * 2022-07-04 2022-10-25 安徽大学 一种隔离型cllc变换器双向同步整流控制装置和方法
CN115189578A (zh) * 2022-08-01 2022-10-14 安徽大学 一种隔离型双向充电机cllc变换器控制装置及方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN116231703A (zh) 2023-06-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108832825B (zh) 一种高功率密度的多端口电力电子变压器拓扑
CN104022675B (zh) 单级双向隔离ac-dc变换器
CN108988451A (zh) 隔离型双向充电机控制方法及控制电路
CN106208641B (zh) 一种交直流复用的电路
CN108377094A (zh) 一种适用于双有源桥软启动的死区调节控制方法
CN108512256A (zh) 一种多功能车载充放电一体化***
CN105871205A (zh) 一种集成式多功能电源转换***
CN106314184B (zh) 一种电动汽车车载充电驱动一体化拓扑结构
CN107204707B (zh) 一种用于抑制尖峰电压的双向隔离dcdc变换器及其控制方法
Lee et al. Three-phase single-stage bidirectional CCM soft-switching AC–DC converter with minimum switch count
Bi et al. An integrated power decoupling method for single-phase EV onboard charger in V2G application
CN108306514A (zh) 一种燃料电池的dc-dc变换器
CN116231703B (zh) 11kW双向单相/三相兼容电动汽车非车载直流充电模块
CN116231705B (zh) 20kW双向单相/三相兼容电动汽车非车载直流充电模块
CN208046459U (zh) 一种燃料电池的dc-dc变换器
CN104868574B (zh) 车载充电装置
CN116207811B (zh) 7kW双向电动汽车非车载直流充电模块
CN110492753A (zh) 一种带储能电感的双向全桥dc-dc变换器的等效控制方法
CN112436747B (zh) 一种电驱动***、动力总成及电动汽车
CN114665727A (zh) 一种三单相兼容misn变换器
CN204992592U (zh) 一种静止同步串联补偿装置
Jain et al. A V2G-enabled seven-level buck PFC rectifier for EV charging application
CN208461472U (zh) 一种多功能车载充放电一体化***
Rajabi et al. Implementation and Efficiency Calculation of Fuel-Cell Vehicles Using a Bidirectional DC/DC Converter with ZVS
CN212752139U (zh) 一种混合储能***多端口dc-dc变换器

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant