[发明专利]一种应用于电动汽车的直流充电装置

说明书

技术领域

本发明涉及电力电子功率变换技术领域，具体涉及一种应用于电动汽车的直流充电装置。

背景技术

从目前电动汽车直流充电方案来看，大部分直流充电装置采用的是模块化方案，由于受到模块电气隔离技术瓶颈的限制，单个模块充电功率很难提升（通常只能做到10-15KW),因此为达到短时大功率充电的目的，只能采用多个模块并联的方案，导致一台直流充电装置只能为一台汽车充电，如附图1所示。

为达到快速充电且有效延长蓄电池寿命的目的，实际充电往往分为三个阶段进行：恒流充电阶段、恒压充电阶段、浮充阶段。在恒流充电阶段中，保持电流不变，电压逐渐上升，充电功率逐渐增大，当充电电压达到某一最高设定值时（此时充电功率达到最大），则自动转为恒压充电阶段，此时充电电压保持不变，充电电流开始下降（充电功率同步下降），当电流下降到某一最小设定值时，自动转为浮充充电阶段，如图2所示。从上述的充电过程可以看到，充电功率呈抛物线变化趋势，也就是说，只有在较短的时间内，充电装置处于满功率运行状态，其余时间负荷较小，这样一来，如果只能为一台汽车充电，将导致设备利用率低，无法充分发挥设备性能的情况。

同时现有方案中，由于构成直流充电装置的每个充电模块均为完整的功率变换单元，都集成了AC-DC、DC-DC（隔离）子系统，并且需要实现多个模块之间的并联功能，导致系统复杂程度增加，可靠性下降，如附图3、4所示。

发明内容

为解决现有技术中充电装置不能同时为多台电动汽车充电，设备利用率低，且系统过于复杂的技术问题。本发明提出一种应用于电动汽车的直流充电装置，前级采用集中式大功率工频隔离且共用直流母线的方案，解决了高频隔离方案单模块充电装置难以实现大功率充电的技术瓶颈，同时后级采用多个独立的降压充电模块，每个模块功率均可以轻松达到汽车充电所需功率，从而实现一台或多台电动汽车同时充电的功能。

本发明采用的技术方案是，设计一种应用于电动汽车的直流充电装置，包括充电模块，该充电模块包括AC/DC系统和DC/DC系统。其中，AC/DC系统与交流电网连接，用于集中隔离交流电网与电动汽车的电池、并将交流电网的交流电压转换为恒定直流电压，AC/DC系统的输出侧为公共的直流母线。DC/DC系统包含多个降压充电模块，多个降压充电模块并联连接在公共的直流母线上，各降压充电模块的输出侧均可连接电动汽车的电池。

在一实施例中，AC/DC系统包括：串联的三相工频隔离变压器和三相高频PWM整流器，三相工频隔离变压器连接交流电网，三相高频PWM整流器连接DC/DC系统。

降压充电模块为BUCK降压模块、半桥降压模块或全桥降压模块。

其中，三相工频隔离变压器和三相高频PWM整流器之间连接有电抗器。各BUCK降压模块的输出侧均连接有电抗器。

较优的，该直流充电装置还包括：与充电模块连接的充电监控系统、分别与降压充电模块和电动汽车的电池连接的BMS系统，所述BMS系统检测电池当前的充电参数并发送至充电监控系统，所述充电监控系统根据充电参数调整控制充电模块的工作状态。

与现有技术相比，本发明通过前级AC/DC系统集中隔离交流电网与电池，并提供公共的直流母线，解决了现有技术中每个模块单独隔离无法实现大功率变化的技术瓶颈，并且没有并联均流等要求，从而提高了系统可靠性、实现大功率或超大功率充电。后级DC/DC通过配置多个独立的降压充电模块，可以实现对多台汽车同时充电，解决了现有技术方案中智能为一台汽车充电，设备利用率低的问题。

附图说明

下面结合实施例和附图对本发明进行详细说明，其中：

图1是现有技术中充电装置的连接框图；

图2是蓄电池智能充电曲线图；

图3是现有技术中每个充电装置的模块化原理框图；

图4是现有技术中每个充电装置的模块化内部架构图；

图5是本发明较优实施例中充电装置的连接框图；

图6是本发明较优实施例中充电装置的电路连接图。

具体实施方式

如图5所示，本发明提出的直流充电装置中包含充电模块，该充电模块主要由两个部分组成：AC/DC系统（集中式工频隔离及升压）1和DC/DC（模块化降压充电）2。