一種電網與電動汽車能量交互的雙向充放電裝置的製造方法
2024-03-25 13:08:05
一種電網與電動汽車能量交互的雙向充放電裝置的製造方法
【專利摘要】本實用新型提供一種電網與電動汽車能量交互的雙向充放電裝置，包括依序連接的交流側濾波電路、雙向AC/DC變換器、雙向DC/DC變換器和直流側濾波電路；其中，交流側濾波電路外接電網或關鍵負載，由第一濾波電感和第一濾波電容串接而成；直流側濾波電路外接電動汽車電池組或直流電壓源，由第二濾波電感和第二濾波電容串接而成；雙向AC/DC變換器包括第一至第四可控開關、第一至第四二極體以及第一穩壓電容，實現注入的電流諧波和無功汙染小；雙向DC/DC變換器包括第五至第六可控開關、第五至第六二極體、第三濾波電感和第二穩壓電容，消除充放電電壓的二次諧波及三次諧波影響。實施本實用新型，能夠避免能量浪費，提高電能的利用率，並還可消除諧波汙染。
【專利說明】
一種電網與電動汽車能量交互的雙向充放電裝置
技術領域
[0001]本實用新型涉及電動汽車技術領域，尤其涉及一種電網與電動汽車能量交互的雙向充放電裝置。
【背景技術】
[0002]傳統意義上電網只向電動汽車電池充電，而且只能在專門的充電站完成充電任務，這給充電帶來極大的不便，而且長期停放的電動汽車裡儲存的能量也沒有得到很好利用。隨著電動汽車與電網的互動技術(V2G，Vehicle-to-grid)的提出和發展，插電式混合電動車(PHEV，Plug in hybrid electric vehicle)作為智能電動汽車的典型代表，不但可以利用家中的普通單相電源完成充電任務，還可以使電動汽車的電能在受控狀態下實現與電網之間的雙向互動和交換，從而實現電動汽車的充電和售電。
[0003]目前，國內使用最廣泛的充放電技術為晶閘管移相控制技術。該技術通過晶閘管相控整流實現對蓄電池的充電，蓄電池放電時，通過電子可控開關將蓄電池反接，同時通過移相使晶閘管橋工作在有源逆變狀態，實現蓄電池電能回饋電網。採用該技術對蓄電池充放電時，交流側電流波形畸變嚴重，功率因數低，嚴重汙染電網。
【實用新型內容】
[0004]本實用新型實施例所要解決的技術問題在於，提供一種電網與電動汽車能量交互的雙向充放電裝置，能夠避免能量浪費，提高電能的利用率，並還可消除諧波汙染。
[0005]本實用新型實施例提供了一種電網與電動汽車能量交互的雙向充放電裝置，包括依序連接的交流側濾波電路、雙向AC/DC變換器、雙向DC/DC變換器和直流側濾波電路;其中，
[0006]所述交流側濾波電路由第一濾波電感和第一濾波電容串接而成；其中，所述第一濾波電感和所述第一濾波電容的連接處可外接電網或關鍵負載；
[0007]所述雙向AC/DC變換器包括第一可控開關、第二可控開關、第三可控開關、第四可控開關、第一二極體、第二二極體、第三二極體、第四二極體和第一穩壓電容;其中，所述第一可控開關與所述第一二極體反向相併聯形成第一支路，所述第二可控開關與所述第二二極體反向相併聯形成第二支路，所述第三可控開關與所述第三二極體反向相併聯形成第三支路，所述第四可控開關與所述第四二極體反向相併聯形成第四支路;將所述第一支路與所述第二支路串聯成第一迴路，所述第三支路與所述第四支路串聯成第二迴路後，並將所述第一迴路、所述第二迴路及所述第一穩壓電容相併聯，且設置所述第一穩壓電容的正極與所述第一二極體及所述第三二極體的負極相連，負極與所述第二二極體及所述第四二極體的正極相連;設置所述第一二極體的正極與所述交流側濾波電路一端的第一濾波電容相連，所述第三二極體的正極與所述交流側濾波電路另一端的第一濾波電感相連；
[0008]所述直流側濾波電路由第二濾波電感和第二濾波電容串接而成；其中，所述第二濾波電感和所述第二濾波電容的連接處可外接電動汽車電池組或直流電壓源；
[0009]所述雙向DC/DC變換器包括第五可控開關、第六可控開關、第五二極體、第六二極體、第三濾波電感和第二穩壓電容;其中，所述第五可控開關與所述第五二極體反向相併聯形成第五支路，所述第六可控開關與所述第六二極體反向相併聯形成第六支路;將所述第五支路與所述第六支路串聯成第三迴路，將所述第三濾波電感和所述第二穩壓電容相串接形成第四迴路，並進一步將所述第三迴路與所述第四迴路相併聯;設置所述第五二極體的正極與所述直流側濾波電路一端的第二濾波電感相連，所述第六二極體的正極與所述直流側濾波電路另一端的第二穩壓電容相連。
[0010]其中，所述雙向充放電裝置還包括選擇開關和選擇開關;其中，
[0011]所述選擇開關位於所述交流側濾波電路與外接的電網或關鍵負載之間，且所述選擇開關的一端與所述第二濾波電感和所述第二濾波電容的連接處相連，另一端外接電網或關鍵負載；
[0012]所述選擇開關位於所述直流側濾波電路與外接的電動汽車電池組或直流電壓源之間，且所述選擇開關的一端與所述第一濾波電感和第一濾波電容的連接處相連，另一端外接電動汽車電池組或直流電壓源。
[0013]其中，所述雙向充放電裝置還包括均衡電路，所述均衡電路包括相串接的第四濾波電感、第五濾波電感和均衡單元;其中，
[0014]所述均衡單元位於所述第四濾波電感與所述第五濾波電感之間，包括第七可控開關、第八可控開關、第七二極體、第八二極體和第三濾波電容;其中，所述第七可控開關和所述第七二極體反向相併聯形成第七支路，所述第八可控開關和所述第八二極體反向相併聯形成第八支路;將所述第七支路與所述第八支路串聯成第五迴路，並將所述第五迴路與所述第三濾波電容相併聯後，將所述第三濾波電容的一端與所述第四濾波電感的一端相連，第三濾波電容的另一端與所述第五濾波電感的一端相連;設置所述第七二極體的正極與外接的電動汽車電池組中相串接的兩個電池單體的連接處相連；
[0015]所述第四濾波電感的另一端可與所述相串接的兩個電池單體之中其一的正極相連；
[0016]所述第五濾波電感的另一端可與所述相串接的兩個電池單體之中其另一的負極相連。
[0017]實施本實用新型實施例，具有如下有益效果:
[0018]在本實用新型實施例中，通過雙向變換電路實現交流電網到電動汽車電池的充電、電動汽車電池到交流電網的放電、電動汽車電池到關鍵負載的放電三種模式，能有效的使電能的利用率最大化;通過濾波電路的作用，可以有效消除諧波汙染;通過均衡電路的均衡作用，有效的消除汽車電池組的不一致性，起到節約能量和延長汽車電池的使用壽命的作用。
【附圖說明】
[0019]為了更清楚地說明本實用新型實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹。顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本實用新型的一些實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，根據這些附圖獲得其他的附圖仍屬於本實用新型的範疇。
[0020]圖1為本實用新型實施例提供的一種電網與電動汽車能量交互的雙向充放電裝置的系統結構圖；
[0021]圖2為圖1中雙向AC/DC變換器和交流測濾波電路的連接示意圖；
[0022]圖3為圖1中雙向DC/DC變換器和直流側濾波電路的連接示意圖；
[0023]圖4為圖1中均衡電路的連接不意圖；
[0024]圖5本實用新型實施例提供的一種電網與電動汽車能量交互的雙向充放電裝置工作於V2G併網模式的控制框圖；
[0025]圖6本實用新型實施例提供的一種電網與電動汽車能量交互的雙向充放電裝置工作於V2H模式為關鍵負載供電框圖。
【具體實施方式】
[0026]為使本實用新型的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合附圖對本實用新型作進一步地詳細描述。
[0027]如圖1至圖4所示，為本實用新型實施例中，提供的一種電網與電動汽車能量交互的雙向充放電裝置，包括依序連接的交流側濾波電路、雙向AC/DC變換器、雙向DC/DC變換器和直流側濾波電路;其中，
[0028]交流側濾波電路由第一濾波電感LI和第一濾波電容C2串接而成;其中，第一濾波電感LI和第一濾波電容C2的連接處可外接電網或關鍵負載；
[0029]雙向AC/DC變換器包括第一可控開關S1、第二可控開關S2、第三可控開關S3、第四可控開關S4、第一二極體D1、第二二極體D2、第三二極體D3、第四二極體D4和第一穩壓電容Cl;其中，第一可控開關SI與第一二極體Dl反向相併聯形成第一支路，第二可控開關S2與第二二極體D2反向相併聯形成第二支路，第三可控開關S3與第三二極體D3反向相併聯形成第三支路，第四可控開關S4與第四二極體D4反向相併聯形成第四支路;將第一支路與第二支路串聯成第一迴路，第三支路與第四支路串聯成第二迴路後，並將第一迴路、第二迴路及第一穩壓電容Cl相併聯，且設置第一穩壓電容Cl的正極與所述第一二極體Dl及第三二極體D3的負極相連，負極與第二二極體D2及第四二極體D4的正極相連;設置第一二極體Dl的正極與交流側濾波電路一端的第一濾波電容C2相連，第三二極體D3的正極與交流側濾波電路另一端的第一濾波電感LI相連；
[0030]直流側濾波電路由第二濾波電感L2和第二濾波電容C4串接而成;其中，第二濾波電感L2和第二濾波電容C4的連接處可外接電動汽車電池組或直流電壓源；
[0031]雙向DC/DC變換器包括第五可控開關S5、第六可控開關S6、第五二極體D5、第六二極體D6、第三濾波電感L3和第二穩壓電容C3;其中，第五可控開關S5與第五二極體D5反向相併聯形成第五支路，第六可控開關S6與第六二極體D6反向相併聯形成第六支路;將第五支路與第六支路串聯成第三迴路，將第三濾波電感L3和第二穩壓電容C3相串接形成第四迴路，並進一步將第三迴路與第四迴路相併聯;設置第五二極體D5的正極與直流側濾波電路一端的第二濾波電感L2相連，第六二極體D6的正極與直流側濾波電路另一端的第二穩壓電容C3相連。
[0032]更進一步的，雙向充放電裝置還包括選擇開關Kl和選擇開關K2;其中，
[0033]選擇開關Kl位於交流側濾波電路與外接的電網或關鍵負載之間，且選擇開關Kl的一端與第二濾波電感L2和第二濾波電容C4的連接處相連，另一端外接電網或關鍵負載；
[0034]選擇開關K2位於直流側濾波電路與外接的電動汽車電池組或直流電壓源之間，且選擇開關K2的一端與第一濾波電感LI和第一濾波電容C2的連接處相連，另一端外接電動汽車電池組或直流電壓源。
[0035]更進一步的，雙向充放電裝置還包括均衡電路，該均衡電路包括相串接的第四濾波電感L4、第五濾波電感L5和均衡單元;其中，
[0036]均衡單元位於第四濾波電感L4與第五濾波電感L5之間，包括第七可控開關S7、第八可控開關S8、第七二極體D7、第八二極體D8和第三濾波電容C5;其中，第七可控開關S7和第七二極體D7反向相併聯形成第七支路，第八可控開關S8和第八二極體D8反向相併聯形成第八支路;將第七支路與第八支路串聯成第五迴路，並將第五迴路與第三濾波電容C5相併聯後，將第三濾波電容C5的一端與第四濾波電感L4的一端相連，第三濾波電容C5的另一端與第五濾波電感L5的一端相連;設置第七二極體D7的正極與外接的電動汽車電池組中相串接的兩個電池單體的連接處相連；
[0037]第四濾波電感L4的另一端可與上述相串接的兩個電池單體之中其一的正極相連；
[0038]第五濾波電感L5的另一端可與上述相串接的兩個電池單體之中其另一的負極相連。
[0039]在本實用新型實施例中，雙向充放電裝置可以實現充電、V2G、V2H三種工作模式，濾波電路可以有效降低諧波汙染，均衡電路可以有效緩解電動汽車電池組的不一致性，延長電池的使用壽命。
[0040]圖2中的雙向AC/DC充電電路整流部分採用PWM整流電路結構。採用這種整流結構的最大優點是通過適當控制可以使輸入電流非常接近正弦波，且和輸入電壓同相位，使得功率因數近似為I，從而使注入電網的電流諧波和無功汙染小;第一穩壓電容Cl能夠消除充放電電壓包含的二次諧波以及由此帶來的三次諧波影響；
[0041 ]圖3中的雙向DC/DC電路能實現充電時的降壓斬波和放電時的升壓中工作模式;第三濾波電感L3和第二穩壓電容C3相串接形成第四迴路同樣是為了消除充放電電壓包含的二次諧波以及由此帶來的三次諧波影響。
[0042]在本實用新型實施例中，當雙向充放電裝置工作於充電模式時，且電網電壓處於正半周時，可控開關S2/S3/S5導通，可控開關S1/S4/S6關斷，電網先經過AC/DC整流再經過串聯諧振電路濾波後向DC/DC變換器輸送電流，此時DC/DC變換器工作於降壓斬波方式對電池進行充電，當電網電壓處於負半周時，可控開關S2/S3/S6關斷，可控開關S1/S4/S5導通，完成一個周期。電路如此循環的工作，從而完成對電池的連續充電。
[0043]當雙向充放電裝置工作在V2G模式時，可控開關S5處於常關斷狀態，由可控開關S6和二極體D5構成升壓電路，完成由汽車電池到網側AC/DC變換器的電流輸送，然後經過網側AC/DC變換器有源逆變出與電網電壓同頻同相的交流正弦電壓，從而實現併網。如圖5所示為V2G模式逆變部分控制結構。該控制方法採用了 PR控制器取代傳統PI控制器，通過設置共振頻率為50Hz來消除穩態誤差、加快響應。為了確保併網電壓在頻率和相位上與電網電壓相一致，必須採用PLL跟蹤電網電壓的頻率和相位信息。圖5給定的輸出電流幅值與網側相位和頻率信號相乘後作為指令電流，與實際輸出電流比較後通過PR控制器，再加上交流輸出電壓補償正反饋後輸入到PWM發生器，生成PWM信號控制變換器工作。
[0044]當雙向充放電裝置工作在V2H模式時，即作為不間斷電源為關鍵負載供電，此時的電路工作原理與V2G模式一樣，只是不再要求輸出電流為正弦波，而是要求輸出電壓為正弦波。如圖6所示為V2H模式逆變部分控制結構。電壓給定為220V工頻正弦波信號，經過電壓反饋環比較，得到的差值通過PI後作為電容電流給定，與電容電流比較後經過PR控制器，再加上交流輸出電壓補償正反饋後輸入到PWM發生器，生成PWM信號控制變換器工作。
[0045]實施本實用新型實施例，具有如下有益效果:
[0046]在本實用新型實施例中，通過雙向變換電路實現交流電網到電動汽車電池的充電、電動汽車電池到交流電網的放電、電動汽車電池到關鍵負載的放電三種模式，能有效的使電能的利用率最大化;通過濾波電路的作用，可以有效消除諧波汙染;通過均衡電路的均衡作用，有效的消除汽車電池組的不一致性，起到節約能量和延長汽車電池的使用壽命的作用。
[0047]以上所揭露的僅為本實用新型較佳實施例而已，當然不能以此來限定本實用新型之權利範圍，因此依本實用新型權利要求所作的等同變化，仍屬本實用新型所涵蓋的範圍。
【主權項】
1.一種電網與電動汽車能量交互的雙向充放電裝置，其特徵在於，包括依序連接的交流側濾波電路、雙向AC/DC變換器、雙向DC/DC變換器和直流側濾波電路;其中， 所述交流側濾波電路由第一濾波電感(LI)和第一濾波電容(C2)串接而成；其中，所述第一濾波電感(LI)和所述第一濾波電容(C2)的連接處可外接電網或關鍵負載； 所述雙向AC/DC變換器包括第一可控開關(SI)、第二可控開關(S2)、第三可控開關(S3)、第四可控開關(S4)、第一二極體(D1)、第二二極體(D2)、第三二極體(D3)、第四二極體(D4)和第一穩壓電容(Cl);其中，所述第一可控開關(SI)與所述第一二極體(Dl)反向相併聯形成第一支路，所述第二可控開關(S2)與所述第二二極體(D2)反向相併聯形成第二支路，所述第三可控開關(S3)與所述第三二極體(D3)反向相併聯形成第三支路，所述第四可控開關(S4)與所述第四二極體(D4)反向相併聯形成第四支路;將所述第一支路與所述第二支路串聯成第一迴路，所述第三支路與所述第四支路串聯成第二迴路後，並將所述第一迴路、所述第二迴路及所述第一穩壓電容(Cl)相併聯，且設置所述第一穩壓電容(Cl)的正極與所述第一二極體(Dl)及所述第三二極體(D3)的負極相連，負極與所述第二二極體(D2)及所述第四二極體(D4)的正極相連;設置所述第一二極體(Dl)的正極與所述交流側濾波電路一端的第一濾波電容(C2)相連，所述第三二極體(D3)的正極與所述交流側濾波電路另一端的第一濾波電感(LI)相連； 所述直流側濾波電路由第二濾波電感(L2)和第二濾波電容(C4)串接而成；其中，所述第二濾波電感(L2)和所述第二濾波電容(C4)的連接處可外接電動汽車電池組或直流電壓源； 所述雙向DC/DC變換器包括第五可控開關(S5)、第六可控開關(S6)、第五二極體(D5)、第六二極體(D6)、第三濾波電感(L3)和第二穩壓電容(C3);其中，所述第五可控開關(S5)與所述第五二極體(D5)反向相併聯形成第五支路，所述第六可控開關(S6)與所述第六二極體(D6)反向相併聯形成第六支路;將所述第五支路與所述第六支路串聯成第三迴路，將所述第三濾波電感(L3)和所述第二穩壓電容(C3)相串接形成第四迴路，並進一步將所述第三迴路與所述第四迴路相併聯;設置所述第五二極體(D5)的正極與所述直流側濾波電路一端的第二濾波電感(L2)相連，所述第六二極體(D6)的正極與所述直流側濾波電路另一端的第二穩壓電容(C3)相連。2.如權利要求1所述的雙向充放電裝置，其特徵在於，所述雙向充放電裝置還包括選擇開關(Kl)和選擇開關(K2);其中， 所述選擇開關(Kl)位於所述交流側濾波電路與外接的電網或關鍵負載之間，且所述選擇開關(Kl)的一端與所述第二濾波電感(L2)和所述第二濾波電容(C4)的連接處相連，另一端外接電網或關鍵負載； 所述選擇開關(K2)位於所述直流側濾波電路與外接的電動汽車電池組或直流電壓源之間，且所述選擇開關(K2)的一端與所述第一濾波電感(LI)和第一濾波電容(C2)的連接處相連，另一端外接電動汽車電池組或直流電壓源。3.如權利要求2所述的雙向充放電裝置，其特徵在於，所述雙向充放電裝置還包括均衡電路，所述均衡電路包括相串接的第四濾波電感(L4)、第五濾波電感(L5)和均衡單元;其中， 所述均衡單元位於所述第四濾波電感(L4)與所述第五濾波電感(L5)之間，包括第七可控開關(S7)、第八可控開關(S8)、第七二極體(D7)、第八二極體(D8)和第三濾波電容(C5);其中，所述第七可控開關(S7)和所述第七二極體(D7)反向相併聯形成第七支路，所述第八可控開關(S8)和所述第八二極體(D8)反向相併聯形成第八支路;將所述第七支路與所述第八支路串聯成第五迴路，並將所述第五迴路與所述第三濾波電容(C5)相併聯後，將所述第三濾波電容(C5)的一端與所述第四濾波電感(L4)的一端相連，第三濾波電容(C5)的另一端與所述第五濾波電感(L5)的一端相連;設置所述第七二極體(D7)的正極與外接的電動汽車電池組中相串接的兩個電池單體的連接處相連； 所述第四濾波電感(L4)的另一端可與所述相串接的兩個電池單體之中其一的正極相連； 所述第五濾波電感(L5)的另一端可與所述相串接的兩個電池單體之中其另一的負極相連。
【文檔編號】H02J7/02GK205693374SQ201620617090
【公開日】2016年11月16日
【申請日】2016年6月20日 公開號201620617090.3, CN 201620617090, CN 205693374 U, CN 205693374U, CN-U-205693374, CN201620617090, CN201620617090.3, CN205693374 U, CN205693374U
【發明人】徐鄭林, 錢祥忠, 葉聖雙
【申請人】溫州大學