CN205335935U - 一种适应分布式充电***的电动汽车充电机模块及充电机 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种适应分布式充电***的电动汽车充电机模块及充电机，包括：三相交流输入及滤波电路、前级有源功率因数校正电路、后级高频整流电路和整流滤波输出电路依次串联连接，整流滤波输出电路与电动汽车充电电路连接；第一数字控制电路和第二数字控制电路连接，第一数字控制电路与整流滤波输出电路、后级高频整流电路分别连接；第一数字控制电路通过CAN通信线与充电桩充电控制***连接。本实用新型有益效果：充电机采用数字控制，控制方式更灵活，能够快速适应充电桩对充电机的要求。通过接收can通讯的指令进行多种工作模式的控制输出，可以满足适应分布式充电***对充电机模块的要求。
Description
技术领域
本实用新型涉及电动汽车充电技术领域，尤其涉及一种适应分布式充电***的电动汽车充电机模块及充电机。
背景技术
近年来，我国充电基础设施建设取得了一定成绩，积累了大量经验。但是在当前充电设施发展过程中仍然存在认识不统一、协调推进难度大、标准规范不健全等问题。2015年下半年，国家明确提出到2020年要完成为500万辆电动汽车配套建设相应规模的充电基础设施的任务目标，为此，加快全国充电基础设施的规范化、政策的统一化才能保障此项任务目标的顺利完成。
目前，在运行中的电动汽车充电机单机功率基本都在15kw以下，单机功率根本无法满足电动乘用车汽车和电动大巴车对大功率快速充电的需求，分布式充电***可以解决这个问题。作为底层的电能转换核心部分，电动汽车充电机也需要适应分布式充电***；因为如果使用分布式充电***的话，要求充电功率小到单机单桩工作，充电功率大到多机多桩并机工作。所以开发适应分布式直流充电***的电动汽车充电机具有非常重要的意义。
实用新型内容
为了解决上述问题，本实用新型提出了一种适应分布式充电***的电动汽车充电机模块及充电机，采用全数字控制，控制方式更灵活，能实现单机工作、多机并机工作、单桩多机工作、多桩多机工作方式等。
为实现上述目的，本实用新型的具体方案如下：
一种适应分布式充电***的电动汽车充电机模块，包括：第一数字控制电路、第二数字控制电路、三相交流输入及滤波电路、前级有源功率因数校正电路、后级高频整流电路和整流滤波输出电路；
所述三相交流输入及滤波电路、前级有源功率因数校正电路、后级高频整流电路和整流滤波输出电路依次串联连接，所述整流滤波输出电路与电动汽车充电电路连接；所述第一数字控制电路和第二数字控制电路连接，第一数字控制电路与整流滤波输出电路、后级高频整流电路分别连接；所述第一数字控制电路通过CAN通信线与充电桩充电控制***连接。
在所述第一数字控制电路与整流滤波输出电路之间设置直流电压采样电路和直流电流采样电路；在所述第二数字控制电路与三相交流输入及滤波电路之间设置交流电压采样电路和交流电流采样电路。
在所述前级有源功率因数校正电路和后级高频整流电路之间分别设置过压保护电路和过流保护电路。
所述三相交流输入及滤波电路连接***辅助电源为第一数字控制电路和第二数字控制电路供电。
进一步地，一种任一电动汽车充电机模块组成的充电机，若干电动汽车充电机模块并联连接在同一条输出母线上，所述若干电动汽车充电机模块的CAN通信线的高、低电平分别连接在一起，若干电动汽车充电机模块的正、负输出线分别连接在一起。
进一步地，一种任一电动汽车充电机模块组成的充电机，若干电动汽车充电机模块并联连接在同一个充电桩内，若干电动汽车充电机模块分别与充电桩充电控制***连接。
所述若干电动汽车充电机模块的CAN通信线的高、低电平分别连接在一起，若干电动汽车充电机模块的正、负输出线分别连接在一起后输出，其输出端连接电动汽车充电电池。
进一步地，一种任一电动汽车充电机模块组成的充电机，若干电动汽车充电机模块并联连接在同一个充电桩内，若干电动汽车充电机模块分别与充电桩充电控制***连接；若干上述充电桩并联连接在一起，每一个充电桩内的充电控制***之间通过CAN通信线通信。
每一个所述充电控制***的CAN通信线的高、低电平分别连接在一起，若干充电桩的正、负输出线分别连接在一起后输出，其输出端连接电动汽车充电电池。
本实用新型的有益效果：
本实用新型的充电机能够根据实际需要分别工作在单机工作、多机并机工作、单桩多机工作和多桩多机工作等模式下，并通过接收can通讯的指令进行多种工作模式的控制输出，可以满足适应分布式充电***对充电机模块的要求。
充电机模块采用数字控制，控制方式更灵活，能够快速适应充电桩对充电机模块的要求。
附图说明
图1是充电机模块结构示意图；
图2是多机并机充电结构示意图；
图3是单桩多机充电结构示意图；
图4是多桩多机充电结构示意图；
图5是均流控制环路结构图。
具体实施方式：
下面结合附图对本实用新型进行详细说明：
一种适应分布式充电***的电动汽车充电机模块，如图1所示，包括：第一数字控制电路、第二数字控制电路、三相交流输入及滤波电路、前级有源功率因数校正电路、后级高频整流电路和整流滤波输出电路；
三相交流输入及滤波电路、前级有源功率因数校正电路、后级高频整流电路和整流滤波输出电路依次串联连接，整流滤波输出电路与电动汽车充电电路连接；第一数字控制电路和第二数字控制电路连接，第一数字控制电路与整流滤波输出电路、后级高频整流电路分别连接；第一数字控制电路通过CAN通信线与充电桩充电控制***连接。
在前级有源功率因数校正电路和后级高频整流电路之间设置保护电路。保护电路是过压保护电路和过流保护电路，防止输出电压过高或者电流过大烧坏开关管。
三相交流输入及滤波电路连接***辅助电源为第一数字控制电路和第二数字控制电路供电。***辅助电源是为整个主功率电路的控制电路、驱动电路、前端显示电路以及通讯电路等提供小功率电源信号。
上述的过压保护电路和过流保护电路，以及***辅助电源均采用现有的结构即可，无需改进。
充电机模块主控控制采用全数字DSP控制结构，相对于模拟控制，控制更灵活，更精确。充电机模块控制原理图如图1所示，本实用新型的充电机模块主功率拓扑包含三相三线制的交流信号依次经过滤波电路、基于三相三电平VIENNA电路的有源功率因数校正电路、基于全桥电路的高频整流电路以及整流滤波输出电路后与电动汽车充电电路连接。弱电部分包含***所需的辅助电源电路、所需信号的采样电路(交流电压采样电路，交流电流采样电路，直流电压采样电路，直流电流采样电路等)，保护电路，支持模块内部通讯的SCI通讯电路，支持模块对外通讯的Can通讯电路，以及第一数字控制电路和第二数字控制电路，两个数字主控电路的控制芯片都是DSP，本实施例中选用型号是TMS320F28035的DSP控制芯片。充电机根据第一数字控制电路来实现恒流或者恒压下的均流工作。
三相交流输入，让充电机模块内部的辅助电源工作。充电机模块通过对外CAN通讯电路得到充电桩充电控制***的指令后，将充电指令送到第一数字控制电路中，第一数字控制电路与第二数字控制电路之间也相互传递所需信号。整个主功率***在两个主控电路的控制下开始工作并最终输出满足直流输出。充电桩充电控制***的指令一般包含充电桩所需电压电流信息等。充电桩充电控制***采用原有的充电桩控制***即可实现，无需另外配置。
本实用新型中涉及到的三相交流输入及滤波电路、前级有源功率因数校正电路、后级高频整流电路、整流滤波输出电路、电动汽车充电电路、交流电压采样电路、交流电流采样电路、直流电压采样电路、直流电流采样电路以及保护电路等电路结构均采用现有的已知电路结构。
作为另外一种实施方式，为了进一步满足分布式充电***就对充电机大功率快速充电的需求，本实用新型公开了几种由上述充电机模块组成的充电机。
实施例一：
如图2所示，若干电动汽车充电机模块并联连接在同一条输出母线上，若干电动汽车充电机模块的CAN通信线的高、低电平分别连接在一起，若干电动汽车充电机模块的正、负输出线分别连接在一起。图2中的Can_H和Can_L实现充电机模块之间均流通讯线，Vout+和Vout-是充电机模块的正负输出线。均流实现方式是数字均流控制，利用每台充电机模块之间Can通讯的电流信息进行相应的均流运算。均流运算过程采用现有方式实现。通过数字均流实现了充电机模块并机工作时的均流功能，保证每台充电机模块的热效应基本一致。
实施例二：
若干电动汽车充电机模块并联连接在同一个充电桩内，若干电动汽车充电机模块分别与充电桩充电控制***连接。若干电动汽车充电机模块的CAN通信线的高、低电平分别连接在一起，若干电动汽车充电机模块的正、负输出线分别连接在一起后输出，其输出端连接电动汽车充电电池。
一般一个单体充电桩内少有2台，或多达几台甚至十几台充电机模块并机工作。充电桩充电控制***通过can通讯下发指令给桩内的每台充电机模块。每台充电机模块根据指令工作。单桩工作时，每个充电机模块之间连接方式如图3所示，在单桩内实现多机并机工作模式。
根据通讯协议充电桩内的充电机模块在can通讯时，有唯一的组号。这个组号是由充电桩充电控制***通过can通讯分配给每台充电机，同一个充电桩内部的充电机的组号是相同的。在每个桩单独工作时，同一个桩内的充电机组号是相同的，桩和桩之间的组号不一样，这样可以方便总后台数据处理，通过组号和地址可以清晰的定位每一台充电机的状态。
比如一共有4个充电桩，每个充电桩内有2个充电机，一共8个充电机，可以定义，这8个充电机的地址分别为1#至8#，每个充电桩的组号分别为1#、2#、3#、4#。1#充电桩内的2个充电机的组号就是1#，2#充电桩内的2个充电机的组号就是2#，另外3#、4#充电桩类似。每台充电桩的充电桩充电控制***对各自桩内的充电机模块进行控制，即4个充电桩内的充电机模块的输出电压和电流相互独立，只是每个桩内的充电机模块进行并机工作。
图3所示为单桩充电机结构图，图3中所示的Can0_H和Can0_L是充电机模块与桩上充电机控制***的通讯线和充电机模块之间实现均流的通讯线，这样通过Can0_H和Can0_L就可以实现将对充电机模块的充电指令的下达以及充电机模块之间并机均流通讯。充电机在均流时只是组号相同的充电机模块之间进行均流。
实施例三：
若干电动汽车充电机模块并联连接在同一个充电桩内，若干电动汽车充电机模块分别与充电桩充电控制***连接；若干上述充电桩并联连接在一起，每一个充电桩内的充电控制***之间通过CAN通信线通信。每一个所述充电控制***的CAN通信线的高、低电平分别连接在一起，若干充电桩的正、负输出线分别连接在一起后输出，其输出端连接电动汽车充电电池。
当单个充电桩无法满足大功率充电要求时，可以通过k个充电桩之间进行并机的方式，当k个充电桩进行并机时，每个充电桩内的所有n个充电机与其它充电桩内的n个充电机也必然进行多机并机工作，即一共k*n个充电机进行多机并机工作。
比如一共有4个充电桩，每个充电桩内有2个充电机模块，一共8个充电机模块，可以定义，这8个充电机模块的地址分别为1#至8#，处于多桩多机工作模式时，这8个充电机模块的组号为同一个组号，设为1#，即1#、2#、3#、4#充电桩内的所有充电机模块的组号为1#，只需一个桩上的充电桩充电控制***下发指令，8个充电机模块就可以接受同样的充电指令，因为组号都是1#，所以这8个充电机模块之间是实现相互均流，而不同与单桩多机工作时只是同一个充电桩内的充电机模块进行均流。
图4所示为多桩多机充电机结构图，如图所示Can0_H和Can0_L是充电机模块均流通讯线和充电桩内充电机控制***与充电机模块的通讯线，Can1_H和Can1_L是充电桩并机工作时充电桩控制***相互之间的通讯，充电时通过设置多桩并机模式，可以实现4个充电桩的组号一致，进而又各自下发给桩内的充电机模块，这样就实现了所有8个充电机的组号是一致了。
进一步地，通过本实用新型的电动汽车充电机模块及其组成的充电机，能够根据实际需要分别工作在单机工作、多机并机工作、单桩多机工作和多桩多机工作四种工作模式下。
充电机模块单机工作时，通过CAN通讯线接收充电桩充电控制***的充电指令，并将充电指令送到第一数字控制电路中。充电桩充电控制***采用原有的充电桩控制***即可实现，无需另外配置。
充电机模块多机并机工作时，利用每台充电机模块之间Can通讯的电流信息进行相应的均流运算；充电机模块自身的电流值IO和平均值电流I进行做差运算后,得到有限幅的误差值(IO-I)，将误差值最终送到输出直流电压控制环路中，实现均流的反馈控制。均流控制环路结构图如图5所示。当本机模块电流IO小于平均电流I时，误差值为负，这时最终的电压给定值变小，输出电压变低，相应的本机输出电流就会减小，当本机模块电流IO大于平均电流I时，这时最终的电压给定值变大，输出电压变大，相应的本机输出电流就会变大，按此原理不停的调节，直至本机电流与平均电流误差值在一定范围内为止。
充电机模块单桩多机工作时，为同一个充电桩内的不同充电机设置相同的组号，不同的地址；不同充电桩内的充电机模块的组号不同；充电桩内的充电机充电控制***通过组号和地址定位每一台充电机模块的状态；充电机充电控制***通过can通讯下发指令给桩内的每台充电机；同时，对同一个充电桩内的不同充电机模块之间实现均流控制。
充电机模块多桩多机工作时，为所有充电桩内的不同充电机设置相同的组号，不同的地址；每一个充电机模块均能够接收任意一个充电机充电控制***发送的指令；同时，对所有充电桩内的每一个充电机模块之间实现均流控制。
上述虽然结合附图对本实用新型的具体实施方式进行了描述，但并非对本实用新型保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本实用新型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实用新型的保护范围以内。
Claims (9)
1.一种适应分布式充电***的电动汽车充电机模块，其特征是，包括：第一数字控制电路、第二数字控制电路、三相交流输入及滤波电路、前级有源功率因数校正电路、后级高频整流电路和整流滤波输出电路；
所述三相交流输入及滤波电路、前级有源功率因数校正电路、后级高频整流电路和整流滤波输出电路依次串联连接，所述整流滤波输出电路与电动汽车充电电路连接；所述第一数字控制电路和第二数字控制电路连接，第一数字控制电路与整流滤波输出电路、后级高频整流电路分别连接；所述第一数字控制电路通过CAN通信线与充电桩充电控制***连接。
2.如权利要求1所述的一种适应分布式充电***的电动汽车充电机模块，其特征是，在所述第一数字控制电路与整流滤波输出电路之间设置直流电压采样电路和直流电流采样电路；在所述第二数字控制电路与三相交流输入及滤波电路之间设置交流电压采样电路和交流电流采样电路。
3.如权利要求1所述的一种适应分布式充电***的电动汽车充电机模块，其特征是，在所述前级有源功率因数校正电路和后级高频整流电路之间分别设置过压保护电路和过流保护电路。
4.如权利要求1所述的一种适应分布式充电***的电动汽车充电机模块，其特征是，所述三相交流输入及滤波电路连接***辅助电源为第一数字控制电路和第二数字控制电路供电。
5.一种采用权利要求1-4任一所述的电动汽车充电机模块组成的充电机，其特征是，若干电动汽车充电机模块并联连接在同一条输出母线上，所述若干电动汽车充电机模块的CAN通信线的高、低电平分别连接在一起，若干电动汽车充电机模块的正、负输出线分别连接在一起。
6.一种采用权利要求1-4任一所述的电动汽车充电机模块组成的充电机，其特征是，若干电动汽车充电机模块并联连接在同一个充电桩内，若干电动汽车充电机模块分别与充电桩充电控制***连接。
7.如权利要求6所述的充电机，其特征是，所述若干电动汽车充电机模块的CAN通信线的高、低电平分别连接在一起，若干电动汽车充电机模块的正、负输出线分别连接在一起后输出，其输出端连接电动汽车充电电池。
8.一种采用权利要求1-4任一所述的电动汽车充电机模块组成的充电机，其特征是，若干电动汽车充电机模块并联连接在同一个充电桩内，若干电动汽车充电机模块分别与充电桩充电控制***连接；若干上述充电桩并联连接在一起，每一个充电桩内的充电控制***之间通过CAN通信线通信。
9.如权利要求8所述的充电机，其特征是，每一个所述充电控制***的CAN通信线的高、低电平分别连接在一起，若干充电桩的正、负输出线分别连接在一起后输出，其输出端连接电动汽车充电电池。
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