CN213892231U - 一种v2g充电桩 - Google Patents

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Abstract

本实用新型提供一种V2G充电桩，包括交流电网、PWM整流模块、双向DC/DC模块以及中央控制单元，交流电网和PWM整流模块电性连接，PWM整流模块和双向DC/DC模块电性连接，双向DC/DC模块电性连接有汽车蓄电池，PWM整流模块用于对交流电网的侧交流电进行整流用以向用户负载提供电能，放电时双向DC/DC模块将升高后的电压经由PWM整流模块逆变成交流电进入交流电网，充电过程通过中央控制单元用以实现对整体***的控制。本实用新型能够实现交流电网和汽车蓄电池之间能量的双向流动，从而大幅度提高了电网的安全性和稳定性。

Description

一种V2G充电桩
技术领域
本实用新型涉及充电桩技术领域，具体涉及一种V2G充电桩。
背景技术
随着能源危机和环境污染等问题日益严重，能源可持续发展需求日益强烈，电动汽车技术应运而生，成为当前研巧的热点前沿技术。现代科技的不断发展进步，电动汽车的数量大幅度地增加，充电桩也越来越多。V2G是一种实现能量在电网和电动汽车之间双向流动的技术，当电网处在非常不稳定时刻时，这时能量就可从电动汽车回馈到电网，电网的稳定性能和安全性能就会有大幅度地提高，V2G技术拓展了新能源的利用，便于人们更好地享受电能所带来的优势，促进人类社会向着节约型、环保型社会发展。
独立型充电***是放置在地面上或者悬挂在墙壁上等专用充电桩，一般在大型的充电站，停车场，住宅区里设有这种充电桩。缺乏灵活性，续航能力不强；车载型充电***，一般是独立的存在电动汽车里，普遍存在高成本，体积大，功率低等不足；并且根据用户对电动汽车的使用时间可知目前电动汽车大部分时间均被闲置，造成能源利用率低，电网的稳定性较差。
实用新型内容
有鉴于此，本实用新型要解决的问题是提供一种V2G充电桩。
为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：一种V2G充电桩，包括交流电网、PWM整流模块、双向DC/DC模块以及中央控制单元，所述交流电网和所述PWM整流模块电性连接，所述PWM整流模块和所述双向DC/DC模块电性连接，所述双向DC/DC模块电性连接有汽车蓄电池，所述PWM整流模块用于对所述交流电网的侧交流电进行整流用以向用户负载提供电能，放电时所述双向DC/DC模块将升高后的电压经由所述PWM整流模块逆变成交流电进入交流电网，充电过程通过所述中央控制单元用以实现对整体***的控制。
在本实用新型中，优选地，所述中央控制单元包括驱动模块、辅助电源模块以及DSP控制模块，所述驱动模块和所述辅助电源模块电性连接，所述辅助电源模块和所述DSP控制模块电性连接，所述驱动模块输出软关断信号用以减少电磁干扰，所述辅助电源模块用于为各个芯片提供所需电压。
在本实用新型中，优选地，所述PWM整流模块包括三极管VT1-VT6，所述三极管VT1-VT6分别对应并联有二极管VD1-VD6。
在本实用新型中，优选地，所述双向DC/DC模块包括功率管VT7和功率管VT8，所述功率管VT7两端并联有二极管VD7，所述功率管VT8并联有二极管VD8，通过所述功率管VT7和所述功率管VT8的导通或关断切换升压状态或降压状态，用以实现所述PWM整流模块和所述汽车蓄电池之间的能量交换。
在本实用新型中，优选地，所述中央控制单元和所述PWM整流模块之间电性连接有采样模块，所述采样模块用于采集电路的电压信号和电流信号并将所述电压信号和电流信号传输给中央控制单元。
在本实用新型中，优选地，所述采样模块包括电压采样电路和电流采样电路，所述电压采样电路和所述电流采样电路的结构相同，所述电压采样电路包括降压电路、运算放大器以及滤波电路，电压信号先经由所述降压电路进行信号衰减然后通过所述运算放大器进行信号放大，再通过所述滤波电路将电压信号传输至所述中央控制单元。
在本实用新型中，优选地，所述降压电路包括电阻R3、电阻R4和电阻R5，所述电阻R3的一端和所述电阻R4串联，所述电阻R3的另一端和所述运算放大器的正向输入端相连，所述电阻R5接于所述电阻R3和电阻R4之间，所述运算放大器的反相输入端连有电阻R2。
在本实用新型中，优选地，所述滤波电路包括二极管D1和二极管D2，所述二极管D1和二极管D2接于所述运算放大器的方向输入端和输出端之间，所述二极管D1和二极管D2两端并联有电阻R1和电容C1。
在本实用新型中，优选地，所述三极管VT1-VT6均设置为绝缘栅双极型晶体管。
本实用新型具有的优点和积极效果是：通过设置交流电网、PWM整流模块、双向DC/DC模块以及中央控制单元之间的相互配合，双向DC/DC模块电性连接有汽车蓄电池，PWM整流模块用于对交流电网的侧交流电进行整流用以向用户负载提供电能，放电时双向DC/DC模块将升高后的电压经由PWM整流模块逆变成交流电进入交流电网，充电过程通过中央控制单元用以实现对整体***的控制，将交流电网和汽车蓄电池连接起来，当交流电网不稳定时，能够可以从电动汽车传输回电网，实现了交流电网和汽车蓄电池之间能量的双向流动，从而大幅度提高了电网的安全性和稳定性。
附图说明
附图用来提供对本实用新型的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本实用新型的实施例一起用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的限制。在附图中：
图1是本实用新型的一种V2G充电桩的电路原理框图；
图2是本实用新型的一种V2G充电桩的PWM整流模块的电路原理图；
图3是本实用新型的一种V2G充电桩的双向DC/DC模块的电路原理图；
图4是本实用新型的一种V2G充电桩的电压采样模块的电路原理图；
图5是本实用新型的一种V2G充电桩的驱动模块的电路原理图；
图6是本实用新型的一种V2G充电桩的辅助电源模块的电路原理图；
图7是本实用新型的一种V2G充电桩的辅助电源模块的电路原理图。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
需要说明的是，当组件被称为“固定于”另一个组件，它可以直接在另一个组件上或者也可以存在居中的组件。当一个组件被认为是“连接”另一个组件，它可以是直接连接到另一个组件或者可能同时存在居中组件。当一个组件被认为是“设置于”另一个组件，它可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本实用新型。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
如图1至图7所示，本实用新型提供一种V2G充电桩，包括交流电网、PWM整流模块、双向DC/DC模块以及中央控制单元，交流电网和PWM整流模块电性连接，PWM整流模块和双向DC/DC模块电性连接，双向DC/DC模块电性连接有汽车蓄电池，PWM整流模块用于对交流电网的侧交流电进行整流用以向用户负载提供电能，放电时双向DC/DC模块将升高后的电压经由PWM整流模块逆变成交流电进入交流电网，充电过程通过中央控制单元用以实现对整体***的控制。PWM整流模块具体采用的是三相半桥型整流模块，其中ua、ub、uc为三相电网的电压，ia、ib、ic为三相交流输入电流，Ls为交流侧电感，R1为等效电阻，Cd为直流侧滤波电容，udc为直流母线电压，idc为直流侧输出电流，Rd为负载电阻，Ed为直流电动势，uaN、ubN、ucN分别为a点、b点和c点相对于N点的电压，uNO为N点O点中间的电压，PWM整流模块用于实现电能的双向流通，PWM整流器具有畸变率低、功率因数可调的优点，其缓冲了电网侧的无功功率，对交流电网侧的电流起到滤波的作用，从而使得***稳定运行。
在本实施例中，进一步地，中央控制单元包括驱动模块、辅助电源模块以及DSP控制模块，驱动模块和辅助电源模块电性连接，辅助电源模块和DSP控制模块电性连接，驱动模块输出软关断信号用以减少电磁干扰，辅助电源模块用于为各个芯片提供所需电压。驱动模块的芯片采用IR21141，将开关电源调节器和一电位器通入直流稳压源得到所需电压15V，然后将输出的15V通过稳压芯片LM7805CT产生所需5V电压和通过LM7805CT芯片产生+12V电压，再由通过芯片LM7805CT产生的5V电压通过稳压芯片MAX765CPA产生-12V电压，其中，开关电源调节器采用LM2596T型号芯片，该系列型号的开关电源调节器具有能够输出3A的驱动电流，同时具有很好的线性和负载调节特性的优点。
在本实施例中，进一步地，PWM整流模块包括三极管VT1-VT6，三极管VT1-VT6分别对应并联有二极管VD1-VD6。
在本实施例中，进一步地，双向DC/DC模块包括功率管VT7和功率管VT8，功率管VT7两端并联有二极管VD7，功率管VT8并联有二极管VD8，通过功率管VT7和功率管VT8的导通或关断切换升压状态或降压状态，用以实现PWM整流模块和汽车蓄电池之间的能量交换。
在本实施例中，进一步地，中央控制单元和PWM整流模块之间电性连接有采样模块，采样模块用于采集电路的电压信号和电流信号并将电压信号和电流信号传输给中央控制单元。
在本实施例中，进一步地，采样模块包括电压采样电路和电流采样电路，电压采样电路和电流采样电路的结构相同，电压采样电路包括降压电路、运算放大器以及滤波电路，电压信号先经由降压电路进行信号衰减然后通过运算放大器进行信号放大，再通过滤波电路将电压信号传输至中央控制单元。
在本实施例中，进一步地，降压电路包括电阻R3、电阻R4和电阻R5，电阻R3的一端和电阻R4串联，电阻R3的另一端和运算放大器的正向输入端相连，电阻R5接于电阻R3和电阻R4之间，运算放大器的反相输入端连有电阻R2。
在本实施例中，进一步地，滤波电路包括二极管D1和二极管D2，二极管D1和二极管D2接于运算放大器的方向输入端和输出端之间，二极管D1和二极管D2两端并联有电阻R1和电容C1。
在本实施例中，进一步地，三极管VT1-VT6均设置为绝缘栅双极型晶体管。这种晶体管驱动电路简单，电流容量大，耐压高并且安全性好的特点。
本实用新型的工作原理和工作过程如下：工作时，当充电桩对汽车蓄电池充电时，双向DC/DC模块的功率管VT7导通，功率管VT8关断，此时双向DC/DC模块处于降压状态，由于电感L故电路中存在续流，PWM整流模块处于整流工作状态，能量从交流电网向汽车蓄电池传输；当汽车蓄电池放电时，功率管VT7关断，功率管VT8导通，此时双向DC/DC模块处于升压状态，PWM整流模块处于有源逆变工作状态，储存在汽车蓄电池中的能量向交流电网传输，上述电路的拓扑结构较为简单，通过调整占空比就能够控制汽车蓄电池的充放电，实现交流电网和汽车蓄电池之间能量的双向流动，能够将汽车蓄电池放电的能量吸收，可操作性较强。
采样电路用于采集电路中的电压信号和电流信号，由于DSP控制模块的A/D端口仅接收0V和3.3V电压信号，当主电路信号被检测到之后能够通过采样电路将采集到的信号进行转换，电压信号通过电阻R3、电阻R4和电阻R5进行信号衰减然后经过经过运算放大器的信号放大过程使得输入的采样信号提高抗干扰能力，降低了输出信号可能发生的信号损耗问题。
以上对本实用新型的实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本实用新型的较佳实施例，不能被认为用于限定本实用新型的实施范围。凡依本实用新型范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本专利涵盖范围之内。

Claims (10)

1.一种V2G充电桩，其特征在于，包括交流电网、PWM整流模块、双向DC/DC模块以及中央控制单元，所述交流电网和所述PWM整流模块电性连接，所述PWM整流模块和所述双向DC/DC模块电性连接，所述双向DC/DC模块电性连接有汽车蓄电池，所述PWM整流模块用于对所述交流电网的侧交流电进行整流用以向用户负载提供电能，放电时所述双向DC/DC模块将升高后的电压经由所述PWM整流模块逆变成交流电进入交流电网，充电过程通过所述中央控制单元用以实现对整体***的控制。
2.根据权利要求1所述的一种V2G充电桩，其特征在于，所述中央控制单元包括驱动模块、辅助电源模块以及DSP控制模块，所述驱动模块和所述辅助电源模块电性连接，所述辅助电源模块和所述DSP控制模块电性连接，所述驱动模块输出软关断信号用以减少电磁干扰，所述辅助电源模块用于为各个芯片提供所需电压。
3.根据权利要求1所述的一种V2G充电桩，其特征在于，所述PWM整流模块包括三极管VT1-VT6，所述三极管VT1-VT6分别对应并联有二极管VD1-VD6。
4.根据权利要求1所述的一种V2G充电桩，其特征在于，所述双向DC/DC模块包括功率管VT7和功率管VT8，所述功率管VT7两端并联有二极管VD7，所述功率管VT8并联有二极管VD8，通过所述功率管VT7和所述功率管VT8的导通或关断切换升压状态或降压状态，用以实现所述PWM整流模块和所述汽车蓄电池之间的能量交换。
5.根据权利要求1所述的一种V2G充电桩，其特征在于，所述中央控制单元和所述PWM整流模块之间电性连接有采样模块，所述采样模块用于采集电路的电压信号和电流信号并将所述电压信号和电流信号传输给中央控制单元。
6.根据权利要求5所述的一种V2G充电桩，其特征在于，所述采样模块包括电压采样电路和电流采样电路，所述电压采样电路和所述电流采样电路的结构相同，所述电压采样电路包括降压电路、运算放大器以及滤波电路，电压信号先经由所述降压电路进行信号衰减然后通过所述运算放大器进行信号放大，再通过所述滤波电路将电压信号传输至所述中央控制单元。
7.根据权利要求6所述的一种V2G充电桩，其特征在于，所述降压电路包括电阻R3、电阻R4和电阻R5，所述电阻R3的一端和所述电阻R4串联，所述电阻R3的另一端和所述运算放大器的正向输入端相连，所述电阻R5接于所述电阻R3和电阻R4之间，所述运算放大器的反相输入端连有电阻R2。
8.根据权利要求6所述的一种V2G充电桩，其特征在于，所述滤波电路包括二极管D1和二极管D2，所述二极管D1和二极管D2接于所述运算放大器的方向输入端和输出端之间，所述二极管D1和二极管D2两端并联有电阻R1和电容C1。
9.根据权利要求3所述的一种V2G充电桩，其特征在于，所述三极管VT1-VT6均设置为绝缘栅双极型晶体管。
10.根据权利要求2所述的一种V2G充电桩，其特征在于，所述驱动模块采用IR21141型号的芯片。
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