新能源汽車節(jié)能型系列充電器裝置的制造方法
【專利說明】新能源汽車節(jié)能型系列充電器裝置發(fā)明領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于電技術(shù)領(lǐng)域中的整流充電器系統(tǒng)，涉及將輸入的單相或三相交流電功率高效變換為符合新能源汽車節(jié)能要求的整流充電器系列裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]新能源汽車是人類服務(wù)于減少化石能源消耗、節(jié)能減排、可持續(xù)發(fā)展的重大戰(zhàn)略目標(biāo)，牽涉到全球生態(tài)平衡和可持續(xù)發(fā)展。
[0003]在電源變流技術(shù)中，整流是用得最多最廣的變流形式，在新能源汽車充電器中，需要將單相或三相交流電整流成直流電流以便對(duì)汽車蓄電池實(shí)施充電儲(chǔ)能。由于需將電網(wǎng)供電的交流電轉(zhuǎn)換為直流電存在多種電能損耗，例如，整流器損耗、諧波損耗、濾波損耗、變壓器損耗、低功率因數(shù)的電阻損耗等等，使其電能轉(zhuǎn)換中損耗大、浪費(fèi)多、效率低，設(shè)備潛能沒有充分利用發(fā)揮，不符合節(jié)能節(jié)材的嚴(yán)格要求，缺少有力度的低成本提高效率的系列性節(jié)能技術(shù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是提高新能源汽車充電器的電源效率，達(dá)到減少電能消耗，節(jié)電節(jié)能的目標(biāo)。
[0005]本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的，一種主要由整流器、充電控制器，以及可能加上整流變壓器構(gòu)成的新能源汽車充電器系列裝置，其特征為，如采用單相供電，則整流為移相式低紋波整流器；如采用三相供電，則整流為虛擬六相整流器；對(duì)于多車充電的特大功率充電站，則采用一臺(tái)三相變多相的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)變壓器和多相整流器代替?zhèn)鹘y(tǒng)的多脈波變壓器和整流器構(gòu)成的低諧波直流整流電源，和帶直流母線的共電型充電控制器。
[0006]本發(fā)明的效果是明顯的，對(duì)于任何一種功率等級(jí)要求的新能源汽車充電器，所對(duì)應(yīng)的整流器或變壓器都具有比傳統(tǒng)設(shè)備更節(jié)能的優(yōu)勢(shì)。例如，對(duì)于小功率的家用充電樁，采用單相供電的低紋波整流器可有效改善整流波形、減少紋波、降低濾波損耗。對(duì)于充電站的中功率充電，虛擬六相整流器可以克服電網(wǎng)三相電的線電壓損失，獲得很高的整流效率，增加整流器的功率和功效。對(duì)于多車充電的大型特大型功率充電站來說，采用集中的低諧波直流整流和帶直流母線的直流充電控制器方案，將大功率的交流電整流成直流電，可有效防止電網(wǎng)電壓畸變，減少諧波損耗，一臺(tái)三相變多相的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)變壓器可以代替多臺(tái)多脈波整流變壓器，還能減少多脈波變壓器接線的麻煩，降低系統(tǒng)的造價(jià)。
【附圖說明】
[0007]圖1、傳統(tǒng)單相橋式整流器線路結(jié)構(gòu)和整流波形圖。
[0008]圖2、本發(fā)明的低紋波整流器拓樸結(jié)構(gòu)圖和整流波形圖。
[0009]圖3、用電感移相的低紋波整流器拓樸結(jié)構(gòu)圖。
[0010]圖4、本發(fā)明的理想移相后的單相供電準(zhǔn)三相整流器的電壓相量圖。
[0011]圖5、本發(fā)明的虛擬六相整流器拓樸結(jié)構(gòu)圖。
[0012]圖6、四相、五相交流電壓矢量圖。
[0013]圖7、六相、七相交流電壓矢量圖。
[0014]圖8、本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)多相變壓器的外形結(jié)構(gòu)示意圖。
[0015]圖9、旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)多相變壓器的整體線路結(jié)構(gòu)圖。
[0016]圖10、本發(fā)明的采用旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)多相變壓器的特大功率多路動(dòng)力電池充電站結(jié)構(gòu)框圖。
[0017]圖11、采用串聯(lián)降壓型非隔離直聯(lián)脈寬調(diào)制充電控制器框圖。
[0018]圖12、采用DC/DC逆變的隔離型充電控制器框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0019]主要圖例:
[0020](1):整流器，指將交流電變換為直流電的電子設(shè)備，本說明書中的整流器，可以是單相橋式整流器，也可能是二相、三相或更多相的多相橋整流器。
[0021 ] (2):移相電路，指能改變交流電相位的電氣部件和連接。
[0022](3):電容器組，本說明書中的電容器組，特指虛擬六相整流中的專用結(jié)構(gòu)，既是濾波電容器，又是用于實(shí)現(xiàn)虛擬六相整流的中心點(diǎn)的電路結(jié)構(gòu)件。
[0023](4):三相交流發(fā)電機(jī)或三相制電網(wǎng)，指對(duì)于本發(fā)明裝置提供交流能源的設(shè)備。
[0024](5):旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)多相變壓器，本發(fā)明中一種新的交流電變壓和改變相數(shù)的設(shè)備。
[0025](6):充電控制器，本說明書中的充電控制器，是對(duì)由各整流器輸出的直流電提供電能，轉(zhuǎn)換為一路或多路充電電流的充電調(diào)節(jié)器。
[0026]名詞定義:
[0027]1、低紋波整流器:一種區(qū)別于單相整流器的整流器拓樸，利用移相整流的波形填補(bǔ)、覆蓋單相整流器的波谷，以減小直流電中的交流紋波。本說明書中的低紋波整流器，也可以理解為二相整流器或三相整流器。
[0028]2、虛擬六相整流器:一種外形類似于三相整流器，但整流原理類似于六相整流器的高效整流器拓樸結(jié)構(gòu)。虛擬六相整流器就是一種能采用三相供電，但其整流效率又與六相整流器一樣高的新整流器設(shè)備。
[0029]3、單相整流器:由單相交流供電的整流器拓樸結(jié)構(gòu)，基本電路通常采用四個(gè)整流管組成的橋路。
[0030]4、三相整流器:由三相交流供電的整流器拓樸結(jié)構(gòu)，基本電路通常采用六個(gè)整流管組成的橋路。
[0031]5、多相整流器:由η相交流供電的整流器拓樸結(jié)構(gòu)，基本電路通常采用2η個(gè)整流管組成的橋路。
[0032]6、新能源汽車:使用除汽油、柴油等化石能源之外所有其它能源的汽車。本說明書特指純電動(dòng)汽車、混合動(dòng)力汽車和太陽能汽車。
[0033]7、汽車充電器:將車載或車外交流電變換成直流電，對(duì)汽車儲(chǔ)能用動(dòng)力電池進(jìn)行充電和控制的電器裝置。
[0034]8、汽車充電樁:內(nèi)載或外附有汽車充電器、能實(shí)施汽車充電操作的樁狀電子設(shè)備或接口設(shè)備。
[0035]9、旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)多相變壓器:利用交流電機(jī)中的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，將三相電變換為多相電的相數(shù)變換變壓器，旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)多相變壓器既能變壓，也能變相數(shù)，例如將三相電改變?yōu)榻^對(duì)平衡和對(duì)稱的97相電。
[0036]所謂新能源汽車充電器，就是為新能源汽車，特別是電動(dòng)汽車補(bǔ)充能量的裝置，因便于像加油樁那樣方便操作，也制成立樁的外形，其功能主要就是通過整流充電器的控制，將交流電能整流成的直流電流，通過充電，將電能儲(chǔ)存在車載動(dòng)力電池中，由電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能或電荷能。新能源汽車充電樁的主要結(jié)構(gòu)就是整流充電器。
[0037]充電器要達(dá)到節(jié)能的目的，主要關(guān)鍵是采用節(jié)能的高效整流器。
[0038]新能源汽車動(dòng)力電池有兩大類:蓄電池和超級(jí)電容器。蓄電池的分類有:
[0039]鉛酸蓄電池，
[0040]鎳鎘蓄電池，
[0041]鎳氫蓄電池，
[0042]鐵鎳蓄電池，
[0043]鈉氯化鎳蓄電池，
[0044]銀鋅蓄電池，
[0045]鈉硫蓄電池，
[0046]鋰蓄電池，
[0047]釩液流電池，
[0048]等等。
[0049]作為動(dòng)力電池的蓄電池包括現(xiàn)有的傳統(tǒng)鉛酸蓄電池和鎳鎘蓄電池，但由于這兩種電池均有存儲(chǔ)效應(yīng)，且容量/重量比或容量/體積比太小，壽命短，所以很少采用，目前的主流動(dòng)力電池是鋰離子電池，包括磷酸鐵鋰電池、錳酸鋰電池和三元材料電池等。超級(jí)電容器儲(chǔ)存的是電荷能，無化學(xué)能轉(zhuǎn)換，所以其充放電速度等性能優(yōu)于蓄電池。
[0050]圖la)為傳統(tǒng)單相橋式整流器線路結(jié)構(gòu)圖，圖lb)為整流前后的電壓波形圖。整流器為由四個(gè)二極管D1?D4組成的橋路，形成四個(gè)端口，中間兩個(gè)端口通入單