本發(fā)明是一種大功率直流充電機(jī)，本發(fā)明涉及充電技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種大功率直流充電機(jī)的設(shè)計(jì)。

背景技術(shù)：

目前國(guó)內(nèi)的直流充電機(jī)設(shè)計(jì)方案都是在交流三相四線制380v的輸入條件下來進(jìn)行二次設(shè)計(jì)的，其核心功率轉(zhuǎn)換部件是三電平拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的直流充電模塊，散熱方式采用模塊配備的主動(dòng)風(fēng)冷散熱+充電機(jī)配備的風(fēng)冷或液冷來散熱，其缺點(diǎn)相當(dāng)明顯：

1)直流充電機(jī)使用環(huán)境相當(dāng)惡劣，一般情況下運(yùn)營(yíng)方不考慮設(shè)備的實(shí)際狀況，直接將設(shè)備安裝在露天環(huán)境下，溫度、粉塵、潮濕、油污、霉變、鹽霧、化學(xué)物質(zhì)等等各類因素嚴(yán)重的損害著直流充電模塊的使用壽命及模塊內(nèi)部的電子元器件及印刷電路板；國(guó)標(biāo)要求的設(shè)備ip防護(hù)等級(jí)僅僅為ip54，在主動(dòng)風(fēng)冷的工作模式下無法阻斷水汽、油污、鹽霧、化學(xué)物質(zhì)的進(jìn)入，從而導(dǎo)致直流充電模塊的不可逆的物理、化學(xué)損壞。

2)一般的15kw功率密度較高的主動(dòng)風(fēng)冷式直流充電模塊內(nèi)部使用了2個(gè)小直流風(fēng)機(jī)(尺寸受限制)，模塊的散熱完全依賴于直流風(fēng)機(jī)；直流充電機(jī)再通過強(qiáng)制風(fēng)冷的方式將模塊內(nèi)部小直流風(fēng)機(jī)的風(fēng)量吸出，任意一個(gè)風(fēng)扇故障都會(huì)導(dǎo)致直流充電模塊工作環(huán)境更惡劣，加速模塊老化，縮短使用壽命。

3)使用15kw功率密度較高的直流充電模塊作為充電機(jī)功率轉(zhuǎn)換核心部件，雖然方便更換，但由于模塊價(jià)格昂貴，直流機(jī)生產(chǎn)廠家在設(shè)計(jì)時(shí)不會(huì)預(yù)留足夠功率裕量，導(dǎo)致直流充電模塊的可靠性大大降低。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于考慮上述問題而提供一種大功率直流充電機(jī)。本發(fā)明從整體上設(shè)計(jì)直流充電機(jī)；各模塊功能清晰，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單；整機(jī)的發(fā)熱器件的散熱通過大體積散熱器散熱；直流充電機(jī)僅僅需要對(duì)散熱器散熱；本發(fā)明的多槍設(shè)計(jì)方案提高了直流充電機(jī)的利用率；本發(fā)明的關(guān)鍵開關(guān)元件使用絕緣柵雙極型晶體管(igbt)或sic功率模塊；提高充電機(jī)可靠性，降低充電機(jī)成本。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：本發(fā)明的大功率直流充電機(jī)，包括有斷路器、接觸器、pfc整流電路、若干充電回路、非車載直流充電機(jī)控制器，三相四線交流輸入電壓通過斷路器與接觸器連接，接觸器的輸出與pfc整流電路輸入端連接，pfc整流電路輸出端分成多路，分別與若干充電回路連接，若干充電回路的輸出端分別輸出直流電至電動(dòng)汽車，其中，接觸器、pfc整流電路及每條充電回路均與非車載直流充電機(jī)控制器的連接。獨(dú)立接受其控制。

優(yōu)選地，上述pfc整流電路包括有emi濾波電路、整流電路、pfc電路、pfcpwm隔離驅(qū)動(dòng)控制電路、pfc控制器，其中emi濾波電路的輸入端與接觸器的輸出端連接，整流電路的輸入端與emi濾波電路的輸出端連接，整流電路的輸出端與pfc電路的輸入端連接，pfc電路的輸出端輸出直流電給多路dc/dc功率變換輸入端，pfc電路通過pfcpwm隔離驅(qū)動(dòng)控制電路與pfc控制器連接。

優(yōu)選地，上述pfc整流電路的整流電路包括有由二極管d1、d2、d3、d4、d5、d6組成的橋式整流電路；上述pfc電路包括有開關(guān)器件q5，電容c1、c2，二極管d7，電流互感器t1，電感l(wèi)1，其中q5的門極與pfcpwm隔離驅(qū)動(dòng)控制電路連接，q5的集電極與二極管d7的陽(yáng)極連接及與電感l(wèi)1的一端連接，q5的發(fā)射極與電流互感器t1的初級(jí)線圈連接，電流互感器t1的次級(jí)線圈與pfcpwm隔離驅(qū)動(dòng)控制電路連接，電流互感器t1的初級(jí)線圈還與電容c1、c2的一端連接，電容c1的另一端與電感l(wèi)1的另一端連接，c2的另一端與二極管d7的陰極連接,pfc控制器與pfcpwm隔離驅(qū)動(dòng)控制電路連接。

優(yōu)選地，上述整流電路中的二極管d1、d2、d3、d4、d5、d6是功率器件；pfc電路中的二極管d7及開關(guān)器件q5是功率器件；上述功率器件安裝在散熱器上，散熱器是風(fēng)冷或液冷散熱器；pfc控制器和pfcpwm隔離驅(qū)動(dòng)電路封裝在導(dǎo)熱殼體內(nèi)，pfc控制器和pfcpwm隔離驅(qū)動(dòng)電路與散熱器隔離設(shè)置。

優(yōu)選地，每個(gè)上述充電回路包括dc/dc功率變換、直流輸出和連接裝置，上述dc/dc功率變換包括有l(wèi)lc全橋逆變電路、高頻變壓器、高頻整流電路、防倒灌直流輸出電路、dc/dcpwm隔離驅(qū)動(dòng)控制電路和dc/dc控制器，其中l(wèi)lc全橋逆變電路的輸入端與pfc整流電路的輸出端連接，llc全橋逆變電路的輸出端與高頻變壓器的初級(jí)線圈連接，高頻變壓器的次級(jí)線圈與高頻整流電路的輸入端連接，高頻整流電路的輸出端與防倒灌直流輸出電路的輸入端連接，防倒灌直流輸出電路的輸出端與電動(dòng)車充電接口連接，dc/dc控制器通過dc/dcpwm隔離驅(qū)動(dòng)控制電路提供采樣電壓及電流給dc/dc控制器，dc/dc控制器根據(jù)采樣電壓及電流，發(fā)出pwm驅(qū)動(dòng)指令給dc/dcpwm隔離驅(qū)動(dòng)控制電路，通過dc/dcpwm隔離驅(qū)動(dòng)控制電路驅(qū)動(dòng)llc全橋逆變電路的開關(guān)管調(diào)制高頻整流電路的輸出電壓及電流，經(jīng)防倒灌直流輸出電路保護(hù)，輸出直流電壓。

優(yōu)選地，上述dc/dc功率變換的llc全橋逆變電路包括四個(gè)開關(guān)器件及其外圍電路，四個(gè)開關(guān)器件分別是q1、q2、q3、q4，q1的門極、q2的門極、q3的門極、q4的門極都與dc/dcpwm隔離驅(qū)動(dòng)控制電路連接，q1的發(fā)射極、q2的集電極、q3的發(fā)射極、q4的集電極都與高頻變壓器t2的初級(jí)線圈連接，q1的集電極及q3的集電極與與鋁電解電容c2的正端連接，q2的發(fā)射極及q4的發(fā)射極都與鋁電解電容c2的負(fù)端連接，高頻整流電路包括有由二極管d9、d10、d11、d12組成的橋式整流電路；防倒灌直流輸出電路包括有二極管d8，二極管d8的陽(yáng)極與由二極管d9、d10、d11、d12組成的橋式整流電路的輸出端正端連接，二極管d8的陰極與汽車的輸入端連接。

優(yōu)選地，上述dc/dc功率變換的llc全橋逆變電路的四個(gè)開關(guān)器件q1、q2、q3、q4為功率器件；高頻整流電路中的二極管d9、d10、d11、d12為功率器件；防倒灌直流輸出電路中的二極管d8為功率器件；上述功率器件安裝在散熱器上；散熱器為風(fēng)冷和/或液冷散熱器；dc/dc控制器和dc/dcpwm隔離驅(qū)動(dòng)電路封裝在導(dǎo)熱殼體內(nèi)，dc/dc控制器和dc/dcpwm隔離驅(qū)動(dòng)電路與散熱器隔離設(shè)置。

優(yōu)選地，上述直流充電機(jī)中的開關(guān)器件q1、q2、q3、q4、q5采用絕緣柵雙極型晶體管igbt或sic功率模塊。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下技術(shù)效果：

1)直流充電機(jī)的整機(jī)設(shè)計(jì)模塊化，結(jié)構(gòu)化；整個(gè)直流充電機(jī)的設(shè)計(jì)分為交流輸入、pfc整流、功率轉(zhuǎn)換、直流輸出、連接裝置和非車載直流充電機(jī)控制器組成；其中，pfc整流和功率轉(zhuǎn)換都有各自的控制器，且與非車載直流充電機(jī)控制器實(shí)時(shí)通訊，更有利的保證了整個(gè)充電過程的可靠和安全；交流輸入和pfc整流是充電機(jī)的輸入控制及處理部分，同時(shí)是后級(jí)多路輸出的功率轉(zhuǎn)換輸出的公共部分；pfc整流的功率擴(kuò)充可以通過開關(guān)管的并聯(lián)或整個(gè)pfc整流并聯(lián)來實(shí)現(xiàn)；

2)整機(jī)的主回路功率發(fā)熱電子元件(包括交流整流二極管，pfc整流電路的開關(guān)管、高速整流管，llc全橋諧振電路的開關(guān)管、高速整流管)安裝在專用的大體積散熱器上來散熱；散熱器通過充電機(jī)配備的風(fēng)冷或液冷來散熱；

3)本發(fā)明弱電控制電路封裝在具有良好散熱的殼體內(nèi)，與功率發(fā)熱元件隔熱；提高充電機(jī)的ip防護(hù)等級(jí)，提高系統(tǒng)惡劣環(huán)境下的使用壽命。

4)整機(jī)采用多路輸出設(shè)計(jì)。一方面提高充電機(jī)的使用效率；另一方面通過功率分配(系統(tǒng)分配)或功率擴(kuò)充(通過開關(guān)管的并聯(lián)或整個(gè)llc全橋諧振電路并聯(lián))滿足了未來3～5年電動(dòng)汽車對(duì)直流充電機(jī)功率增容的需求；

5)關(guān)鍵開關(guān)元件使用絕緣柵雙極型晶體管(igbt)或sic功率模塊替代傳統(tǒng)直流充電電源模塊中使用的場(chǎng)效應(yīng)管(mosfet)；簡(jiǎn)化電源電路設(shè)計(jì)，提高充電機(jī)可靠性，降低充電機(jī)成本。

本發(fā)明是一種設(shè)計(jì)巧妙，性能優(yōu)良，方便實(shí)用的大功率直流充電機(jī)。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的大功率直流充電機(jī)原理框圖；

圖2為本發(fā)明pfc整流電路的原理框圖；

圖3為本發(fā)明pfc整流電路的原理圖；

圖4為本發(fā)明dc/dc功率變換的原理框圖；

圖5為本發(fā)明的dc/dc功率變換的電路原理圖。

具體實(shí)施方式

實(shí)施例：

本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖如圖1-5所示，本發(fā)明的大功率直流充電機(jī)，包括有斷路器、接觸器、pfc整流電路、若干充電回路、非車載直流充電機(jī)控制器，三相四線交流輸入電壓通過斷路器與接觸器連接，接觸器的輸出與pfc整流電路輸入端連接，pfc整流電路輸出端分成多路，分別與若干充電回路連接，若干充電回路的輸出端分別輸出直流電至電動(dòng)汽車，其中，接觸器、pfc整流電路及每條充電回路均與非車載直流充電機(jī)控制器的連接。獨(dú)立接受其控制。

本實(shí)施例中，上述pfc整流電路包括有emi濾波電路、整流電路、pfc電路、pfcpwm隔離驅(qū)動(dòng)控制電路、pfc控制器，其中emi濾波電路的輸入端與接觸器的輸出端連接，整流電路的輸入端與emi濾波電路的輸出端連接，整流電路的輸出端與pfc電路的輸入端連接，pfc電路的輸出端輸出直流電給多路dc/dc功率變換輸入端，pfc電路通過pfcpwm隔離驅(qū)動(dòng)控制電路與pfc控制器連接。

本實(shí)施例中，上述pfc整流電路的整流電路包括有由二極管d1、d2、d3、d4、d5、d6組成的橋式整流電路；上述pfc電路包括有開關(guān)器件q5，電容c1、c2，二極管d7，電流互感器t1，電感l(wèi)1，其中q5的門極與pfcpwm隔離驅(qū)動(dòng)控制電路連接，q5的集電極與二極管d7的陽(yáng)極連接及與電感l(wèi)1的一端連接，q5的發(fā)射極與電流互感器t1的初級(jí)線圈連接，電流互感器t1的次級(jí)線圈與pfcpwm隔離驅(qū)動(dòng)控制電路連接，電流互感器t1的初級(jí)線圈還與電容c1、c2的一端連接，電容c1的另一端與電感l(wèi)1的另一端連接，c2的另一端與二極管d7的陰極連接,pfc控制器與pfcpwm隔離驅(qū)動(dòng)控制電路連接。

本實(shí)施例中，上述整流電路中的二極管d1、d2、d3、d4、d5、d6是功率器件；pfc電路中的二極管d7及開關(guān)器件q5是功率器件；上述功率器件安裝在散熱器上，散熱器是風(fēng)冷或液冷散熱器；pfc控制器和pfcpwm隔離驅(qū)動(dòng)電路封裝在導(dǎo)熱殼體內(nèi)，pfc控制器和pfcpwm隔離驅(qū)動(dòng)電路與散熱器隔離設(shè)置。

本實(shí)施例中，每個(gè)上述充電回路包括dc/dc功率變換、直流輸出和連接裝置，上述dc/dc功率變換包括有l(wèi)lc全橋逆變電路、高頻變壓器、高頻整流電路、防倒灌直流輸出電路、dc/dcpwm隔離驅(qū)動(dòng)控制電路和dc/dc控制器，其中l(wèi)lc全橋逆變電路的輸入端與pfc整流電路的輸出端連接，llc全橋逆變電路的輸出端與高頻變壓器的初級(jí)線圈連接，高頻變壓器的次級(jí)線圈與高頻整流電路的輸入端連接，高頻整流電路的輸出端與防倒灌直流輸出電路的輸入端連接，防倒灌直流輸出電路的輸出端與電動(dòng)車充電接口連接，dc/dc控制器通過dc/dcpwm隔離驅(qū)動(dòng)控制電路提供采樣電壓及電流給dc/dc控制器，dc/dc控制器根據(jù)采樣電壓及電流，發(fā)出pwm驅(qū)動(dòng)指令給dc/dcpwm隔離驅(qū)動(dòng)控制電路，通過dc/dcpwm隔離驅(qū)動(dòng)控制電路驅(qū)動(dòng)llc全橋逆變電路的開關(guān)管調(diào)制高頻整流電路的輸出電壓及電流，經(jīng)防倒灌直流輸出電路保護(hù)，輸出直流電壓。

本實(shí)施例中，上述dc/dc功率變換的llc全橋逆變電路包括四個(gè)開關(guān)器件及其外圍電路，四個(gè)開關(guān)器件分別是q1、q2、q3、q4，q1的門極、q2的門極、q3的門極、q4的門極都與dc/dcpwm隔離驅(qū)動(dòng)控制電路連接，q1的發(fā)射極、q2的集電極、q3的發(fā)射極、q4的集電極都與高頻變壓器t2的初級(jí)線圈連接，q1的集電極及q3的集電極與與鋁電解電容c2的正端連接，q2的發(fā)射極及q4的發(fā)射極都與鋁電解電容c2的負(fù)端連接，高頻整流電路包括有由二極管d9、d10、d11、d12組成的橋式整流電路；防倒灌直流輸出電路包括有二極管d8，二極管d8的陽(yáng)極與由二極管d9、d10、d11、d12組成的橋式整流電路的輸出端正端連接，二極管d8的陰極與汽車的輸入端連接。本實(shí)施例中，上述dc/dc功率變換的llc全橋逆變電路的四個(gè)開關(guān)器件q1、q2、q3、q4為功率器件；高頻整流電路中的二極管d9、d10、d11、d12為功率器件；防倒灌直流輸出電路中的二極管d8為功率器件；上述功率器件安裝在散熱器上；散熱器為風(fēng)冷和/或液冷散熱器；dc/dc控制器和dc/dcpwm隔離驅(qū)動(dòng)電路封裝在導(dǎo)熱殼體內(nèi)，dc/dc控制器和dc/dcpwm隔離驅(qū)動(dòng)電路與散熱器隔離設(shè)置。

本實(shí)施例中，上述直流充電機(jī)中的開關(guān)器件q1、q2、q3、q4、q5采用絕緣柵雙極型晶體管igbt或sic功率模塊。

本發(fā)明的工作原理如下：待充電汽車與充電機(jī)連接，待充電汽車上的車載電池管理系統(tǒng)(bms)通過can與充電機(jī)上的非車載直流充電機(jī)控制器進(jìn)行通信；本發(fā)明開始工作時(shí)，三相四線交流電直接經(jīng)斷路器、接觸器進(jìn)入pfc整流電路，變成直流電，pfc整流電路輸出端分出多路，分別與多路dc/dc功率變換輸入端連接，各dc/dc功率變換的輸出端分別輸出符合充電機(jī)上的非車載直流充電機(jī)控制器下發(fā)要求的直流電經(jīng)連接裝置給電動(dòng)汽車充電。充電機(jī)的非車載直流充電機(jī)控制器在接收到充電需求后，在保證人員、設(shè)備安全的條件下，根據(jù)車載電池管理系統(tǒng)(bms)需求，按照充電機(jī)自身各dc/dc功率變換最大充電能力和車載電池管理系統(tǒng)(bms)需求的較小值下發(fā)輸出電壓、電流指令給各dc/dc功率變換，各dc/dc功率變換輸出電壓、電流通過連接裝置給待充電汽車的車載電池充電。

本發(fā)明具有如下特點(diǎn)：

1)直流充電機(jī)的整機(jī)設(shè)計(jì)模塊化，結(jié)構(gòu)化；整個(gè)直流充電機(jī)的設(shè)計(jì)分為交流輸入、pfc整流、功率轉(zhuǎn)換、直流輸出、連接裝置和非車載直流充電機(jī)控制器組成；其中，pfc整流和功率轉(zhuǎn)換都有各自的控制器，且與非車載直流充電機(jī)控制器實(shí)時(shí)通訊，更有利的保證了整個(gè)充電過程的可靠和安全；交流輸入和pfc整流是充電機(jī)的輸入控制及處理部分，同時(shí)是后級(jí)多路輸出的功率轉(zhuǎn)換輸出的公共部分；pfc整流的功率擴(kuò)充可以通過開關(guān)管的并聯(lián)或整個(gè)pfc整流并聯(lián)來實(shí)現(xiàn)；

2)整機(jī)的主回路功率發(fā)熱電子元件(包括交流整流二極管，pfc整流電路的開關(guān)管、高速整流管，llc全橋諧振電路的開關(guān)管、高速整流管)安裝在專用的大體積散熱器上來散熱；散熱器通過充電機(jī)配備的風(fēng)冷或液冷來散熱；

3)本發(fā)明弱電控制電路封裝在具有良好散熱的殼體內(nèi)，與功率發(fā)熱元件隔熱；提高充電機(jī)的ip防護(hù)等級(jí)，提高系統(tǒng)惡劣環(huán)境下的使用壽命。

4)整機(jī)采用多路輸出設(shè)計(jì)。一方面提高充電機(jī)的使用效率；另一方面通過功率分配(系統(tǒng)分配)或功率擴(kuò)充(通過開關(guān)管的并聯(lián)或整個(gè)llc全橋諧振電路并聯(lián))滿足了未來3～5年電動(dòng)汽車對(duì)直流充電機(jī)功率增容的需求；

5)關(guān)鍵開關(guān)元件使用絕緣柵雙極型晶體管(igbt)或sic功率模塊替代傳統(tǒng)直流充電電源模塊中使用的場(chǎng)效應(yīng)管(mosfet)；簡(jiǎn)化電源電路設(shè)計(jì)，提高充電機(jī)可靠性，降低充電機(jī)成本。

本發(fā)明是一種設(shè)計(jì)巧妙，性能優(yōu)良，方便實(shí)用的大功率直流充電機(jī)。