專利名稱：一種電動汽車充電站主電路拓撲結構的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于現代交通技術領域，具體涉及一種電動汽車充電站主電路拓撲結構。
背景技術：
以電動汽車為主的新能源汽車發(fā)展已經列入“十二五”規(guī)劃，成為我國節(jié)能減排、推動產業(yè)升級的重大工程。各行業(yè)都積極開展電動汽車及交流充電樁、直流充換電站等基礎設施的試點建設工作。出租車、環(huán)衛(wèi)車、公交車等公共服務領域的電動汽車試點建設項目開展迅速，預計到2015年左右，會在20個以上示范城市和周邊區(qū)域建成由40萬個充電樁、2000個充換電站構成的網絡化供電體系，來滿足電動汽車大規(guī)模商業(yè)化示范能源供給需求。充電站為電動汽車運行提供能量補給，是電動汽車的重要基礎支撐系統(tǒng)，也是電動汽車商業(yè)化、產業(yè)化過程中的重要環(huán)節(jié)，對電動汽車的產業(yè)發(fā)展具有重大影響。而現在充電站的供電方式主要是獨立交流充電方式，采用三相交流作為輸入電源，每個充電機接入交流母線。每個充電機具有完整的功率變換電路，包括二極管整流橋、LC濾波環(huán)節(jié)、DC/DC變換器等部分，輸入端用二極管整流。由于每個充電機都具有交直流變換裝置，造成系統(tǒng)整體效率較低，由于對輸出電壓沒有控制，輸出電壓隨負載波動變化較大，使得下一級電路的設計必須留出一定的裕量，造成對器件使用效率的限制，且輸入端電流諧波含量十分豐富，網側功率因數低，對電網的污染大。如果在大型充電站中，多臺充電機同時工作時，產生的諧波和無功功率問題，會對電網及其他用電設備產生巨大的影響。
發(fā)明內容
為了克服上述現有技術的不足，本發(fā)明提供一種電動汽車充電站主電路拓撲結構，可以有效提高電動汽車充電機的充電能效水平，實現功率因數的校正，解決功率因數和電流波形質量等問題，減小直流充電系統(tǒng)對電網的諧波污染，可以有效的降低充電站的電能損耗，提聞整體能效。為了實現上述發(fā)明目的，本發(fā)明采取如下技術方案:提供一種電動汽車充電站主電路拓撲結構，包括三相變壓器、PWM整流器、電動汽車充電機和電動汽車蓄電池；交流電源經三相變壓器和PWM整流器分別進行降壓和整流后，為所述電動汽車充電機提供直流電源，所述電動汽車充電機為電動汽車蓄電池提供電倉泛。所述三相變壓器為降壓變壓器，其將電網側IOkV電壓降低到0.4kV電壓經PWM整流器提供給電動汽車充電機。所述PWM整流器為三相橋式PWM整流器；所述三相橋式PWM整流器采用直接電流控制，通過運算求出交流輸入電流指令值，弓I入交流電流反饋，通過對交流電流的直接控制而使其跟蹤指令電流值，使其輸入電流接近正弦波，且和輸入電壓同相位，功率因數近似為
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所述三相橋式PWM整流器采用直流母線供電方式為電動汽車充電機提供直流電源。所述電動汽車充電機包括非隔離DC/DC變換器；所述非隔離DC/DC變換器為降壓型非隔離DC/DC變換器。所述非隔離DC/DC變換器的主電路包括IGBT、續(xù)流二極管、濾波電感和電容，所述IGBT和續(xù)流二極管反并聯，所述IGBT導通時負載電流呈指數曲線上升，IGBT關斷時負載電流經續(xù)流二極管續(xù)流，負載電流呈指數曲線下降。與現有技術相比，本發(fā)明的有益效果在于:1、本發(fā)明整合利用直流母線供電方式、PWM整流技術、電動汽車充電機只包含非隔離DC-DC變換器，有效降低電動汽車充電機的能耗，提高了整體能效，解決了以往每個電動汽車充電機都具有交直流變換裝置，系統(tǒng)整體效率較低，諧波量較大，元器件使用效率低等問題；2、本發(fā)明應用三相橋式PWM整流器，由電流內環(huán)、電壓外環(huán)構成的雙閉環(huán)控制系統(tǒng)，采用SPWM算法對輸入電流、輸出電壓進行控制，實現電網側電流正弦化、單位功率因數和直流母線電壓穩(wěn)定；3、本發(fā)明所提出的電動汽車充電機只應用非隔離型DC/DC變換器，與傳統(tǒng)的電動汽車充電機所采用的隔離DC-DC變換器相比可以根據蓄電池需要提供多個檔級的電壓，又不會使供電電流過大，效率更高，體積更小，電路更簡單。
圖1是本發(fā)明實施例中電動汽車充電站主電路拓撲結構示意圖；圖2是本發(fā)明實施例中PWM整流器控制策略示意圖；圖3是本發(fā)明實施例中非隔離DC/DC變換器的主電路拓撲結構圖。圖4是本發(fā)明實施例中電動汽車充電機控制策略示意圖。
具體實施例方式下面結合附圖對本發(fā)明作進一步詳細說明。如圖1，提供一種電動汽車充電站主電路拓撲結構，包括三相變壓器、PWM整流器、電動汽車充電機和電動汽車蓄電池；交流電源經三相變壓器和PWM整流器分別進行降壓和整流后，為所述電動汽車充電機提供直流電源，所述電動汽車充電機為電動汽車蓄電池提供電能。所述三相變壓器為降壓變壓器，其將電網側IOkV電壓降低到0.4kV電壓經PWM整流器提供給電動汽車充電機，提供整個充電站所需功率，整流降壓變壓器使電網系統(tǒng)與充電站系統(tǒng)隔尚。所述PWM整流器為三相橋式PWM整流器；所述三相橋式PWM整流器采用直接電流控制，通過運算求出交流輸入電流指令值，弓I入交流電流反饋，通過對交流電流的直接控制而使其跟蹤指令電流值，使其輸入電流接近正弦波，且和輸入電壓同相位，功率因數近似為
1PWM整流器現今已廣泛應用在交、直流輸電系統(tǒng)中，具有功率因數高、接近單位功率因數、諧波含量小、系統(tǒng)不需外加諧波和無功補償裝置等優(yōu)點，可以有效減小對電網的污染。PWM整流器控制原理圖如圖2所示，按照正弦信號波和三角波相比較的方法對圖2中的T11, T12, T21, T22, T31, T32進行SPWM控制，就可以在橋的交流輸入端得到SPWM電壓，所得電壓中含有和正弦信號波同頻率且幅值成比例的基波分量，以及和三角形載波有關的頻率很高的諧波，而不含有低次諧波。由于電感的濾波作用，高次諧波電壓只會使交流電流產生很小的脈動，可以忽略。這樣，當正弦信號波的頻率和電源頻率相同時，各相電流也為與電源頻率相同的正弦波，在交流電壓一定的情況下，各相電流的幅值和相位僅有電壓中基波分量的幅值及其與相電壓的相位差來決定，這樣就可獲得所需要的電壓與電流的相位差，使輸入電流波形接近正弦并與輸入電網同相位，從而獲得單位功率因數；應用SPWM等開關邏輯控制方法使PWM整流電路的輸出電壓隨給定指令變化，輸出穩(wěn)定的直流輸出電壓。所述三相橋式PWM整流器采用直流母線供電方式為電動汽車充電機提供直流電源，避免了無功功率的存在造成的送電容量的限制，無需大量的交直流變換裝置，效率更聞。所述電動汽車充電機包括非隔離DC/DC變換器，不含有高頻隔離變壓器，效率更高。避免了隔離型DC/DC變換器中變壓器部分對電動汽車充電機轉換效率的影響；所述非隔離DC/DC變換器為降壓型非隔離DC/DC變換器。如圖3，所述非隔離DC/DC變換器的主電路包括IGBT、續(xù)流二極管、濾波電感和電容，所述IGBT和續(xù)流二極管反并聯，所述IGBT導通時負載電流呈指數曲線上升，IGBT關斷時負載電流經續(xù)流二極管續(xù)流，負載電流呈指數曲線下降。非隔離DC/DC變換器具有電路簡單、體積小等特點，輸出紋波更小，在相同電感峰值電流的情況下其帶負載能力更強，因此效率也更高，非隔離DC/DC變換器效率最高可達97%。該類型電動汽車充電機控制策略如附圖4所示。所述電動汽車蓄電池為鋰離子蓄電池。本發(fā)明提供的該電動汽車充電站主電路拓撲結構采用大功率PWM整流器對輸入的三相交流電進行整流，經濾波后，形成穩(wěn)定的直流輸出電壓，提供給只包含非隔離DC/DC變換器的充電機對電動汽車車載電池進行充電。最后應當說明的是:以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術方案而非對其限制，盡管參照上述實施例對本發(fā)明進行了詳細的說明，所屬領域的普通技術人員應當理解:依然可以對本發(fā)明的具體實施方式
進行修改或者等同替換，而未脫離本發(fā)明精神和范圍的任何修改或者等同替換，其均應涵蓋在本發(fā)明的權利要求范圍當中。
權利要求
1.一種電動汽車充電站主電路拓撲結構，其特征在于:包括三相變壓器、PWM整流器、電動汽車充電機和電動汽車蓄電池；交流電源經三相變壓器和PWM整流器分別進行降壓和整流后，為所述電動汽車充電機提供直流電源，所述電動汽車充電機為電動汽車蓄電池提供電能。
2.根據權利要求1所述的電動汽車充電站主電路拓撲結構，其特征在于:所述三相變壓器為降壓變壓器，其將電網側IOkV電壓降低到0.4kV電壓經PWM整流器提供給電動汽車充電機。
3.根據權利要求1所述的電動汽車充電站主電路拓撲結構，其特征在于:所述PWM整流器為三相橋式PWM整流器；所述三相橋式PWM整流器采用直接電流控制，通過運算求出交流輸入電流指令值，弓I入交流電流反饋，通過對交流電流的直接控制而使其跟蹤指令電流值，使其輸入電流接近正弦波，且和輸入電壓同相位，功率因數近似為I。
4.根據權利要求3所述的電動汽車充電站主電路拓撲結構，其特征在于:所述三相橋式PWM整流器采用直流母線供電方式為電動汽車充電機提供直流電源。
5.根據權利要求1所述的電動汽車充電站主電路拓撲結構，其特征在于:所述電動汽車充電機包括非隔離DC/DC變換器；所述非隔離DC/DC變換器為降壓型非隔離DC/DC變換器。
6.根據權利要求5所述的電動汽車充電站主電路拓撲結構，其特征在于:所述非隔離DC/DC變換器的主電路包括IGBT、續(xù)流二極管、濾波電感和電容，所述IGBT和續(xù)流二極管反并聯，所述IGBT導通時負載電流呈指數曲線上升，IGBT關斷時負載電流經續(xù)流二極管續(xù)流，負載電流呈指數曲線下降。
全文摘要
本發(fā)明提供一種電動汽車充電站主電路拓撲結構，所述結構包括三相變壓器、PWM整流器、電動汽車充電機和電動汽車蓄電池；交流電源經三相變壓器和PWM整流器分別進行降壓和整流后，為所述電動汽車充電機提供直流電源，所述電動汽車充電機為電動汽車蓄電池提供電能。本發(fā)明可以有效提高電動汽車充電機的充電能效水平，實現功率因數的校正，解決功率因數和電流波形質量等問題，減小直流充電系統(tǒng)對電網的諧波污染，可以有效的降低充電站的電能損耗，提高整體能效。
文檔編號H02M7/219GK103107583SQ20131002794
公開日2013年5月15日 申請日期2013年1月24日 優(yōu)先權日2013年1月24日
發(fā)明者薛金會, 榮海, 李濤永, 閆華光, 王鶴, 范瀅, 蔣利民 申請人:中國電力科學研究院, 國家電網公司