新型電動汽車動力電池充電機電路的製作方法
2024-03-11 06:40:15
專利名稱：新型電動汽車動力電池充電機電路的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種充電機電路，尤其涉及一種用於電動汽車動力電池充電的新型電動汽車動力電池充電機電路。
背景技術：
電動汽車以其汙染小、噪聲低、能源效率高和能源來源多元化等優點備受青睞，成為現代汽車工業發展的方向之一。目前，電動汽車在許多重要技術領域已經取得了突破性的進展，接近實用化階段。電動汽車作為正在培育和發展的戰略性課題之一，是未來汽車工業的發展方向、汽車產業革命的目標，世界各國政府都對電動汽車發展給予重大支持，並制定相關發展計劃，各國電力公司也積極參與電動汽車能源供給設施研究和建設，推動電動汽車發展。伴隨著電動汽車的快速發展，電動汽車動力電池充電機的技術進步也勢在必行。國內外在動力電池充電機研究工作上進行了多年的努力，對不同拓撲結構的充電機進行了深入的研究與探討。目前，傳統充電機中較為典型的拓撲結構為雙級結構，由PWM AC/DC逆變器和DC/DC直流斬波電路構成，然而這種拓撲結構存在應用上的缺陷，尤為突出的是由於電磁幹擾等原因造成的單橋臂導通問題，會造成另外兩級的電力電子轉換裝置充電效率的降低。
發明內容
本發明的目的在於克服現有技術的缺陷而提供一種新型電動汽車動力電池充電機電路，該充電機電路結構簡單、控制方便、電壓調節範圍大、可緩解衝擊並抑制諧波，適合於電動汽車動力電池的充電應用。
根據本發明的一個方面，提供一種新型電動汽車動力電池充電機電路，包括依次連接的Z源AC/AC逆變器、π形濾波電路和不可控整流橋，其中:Z源AC/AC逆變器用以進行交流電壓變換，其包括Z源網絡及兩個開關元件S1、S2，開關元件SI 一端與AC電源相連，另一端與Z源網絡串聯，開關元件S2與Z源網絡11並聯，且經過一小電感LO連接π形濾波電路；Ji形濾波電路用以濾去輸出電壓中的紋波，其包括電感Lf和並聯的第一電容Cf!、第二電容Cf2，電感Lf分別與第一電容Cfl和第二電容Cf2連接；不可控整流橋與π形濾波電路連接，用以將逆變器輸出的交流信號進行整流。優選地，該Z源網絡包括兩隻相同的電感L1、L2和兩隻相同的電容Cl、C2，電感L1、L2和電容C1、C2構成對稱結構，電容Cl、C2用以儲能以及濾波。優選地，該開關元件S1、S2均包括兩個單相功率開關和兩個體二極體，兩個單相功率開關反向串聯，兩個體二極體分別與兩個單相功率開關並聯。優選地，該Z源AC/AC逆變器的輸出通過採用PWM技術控制開關元件SI或S2的互補導通佔空比進行調節。
優選地，該不可控整流橋後側並聯電容C3，用以對整流輸出進行穩壓，減少充電電壓波動。優選地，該不可控整流橋還串聯二極體，以防止電流逆向，避免電池放電。本發明的有益效果是:本發明的新型電動汽車動力電池充電機電路通過採用一 Z源AC/AC逆變器，使該充電機的結構簡單，控制方便，允許橋臂直通或開路，電壓調節範圍大，電壓調節速度快，可緩解衝擊以及抑制諧波，充電電壓電流波動較小，對電池充電效果
理相
圖1為本發明中Z源充電機電路拓撲結構示意圖；圖2為本發明實施例的開關元件SI的結構示意圖；圖3為本發明實施例的開關元件S2的結構示意圖；圖4至圖7為本發明的充電機電路的四種工作狀態示意圖；圖8為本發明充電機電路在狀態3和狀態4下的電路狀態分析示意圖；圖9為本發明的充電機電路恆定導通角下的輸出曲線示意圖；圖10為本發明的充電機電路的電壓調節曲線示意圖。圖中:1為Z源AC/AC逆變器、2為形濾波電路，3為不可控整流橋，11為Z源網
絡。`
具體實施例方式下面結合具體實施例對本發明進行詳細說明。以下實施例將有助於本領域的技術人員進一步理解本發明，但不以任何形式限制本發明。應當指出的是，對本領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明構思的前提下，還可以做出若干變形和改進。這些都屬於本發明的保護範圍。請參閱圖1，一種新型電動汽車動力電池充電機電路，包括依次連接的Z源AC/AC逆變器1、η形濾波電路2和不可控整流橋3。其中:Z源AC/AC逆變器I，用來進行交流電壓變換，其包括Z源網絡及兩個開關元件S1、S2。本實施例中開關元件SI—端與AC電源相連，另一端與Z源網絡11串聯，開關元件S2與Z源網絡11並聯，經過一小電感LO連接π形濾波電路2，L0是為了防止Cfl由於S2閉合而短路。如圖2、圖3所示，開關元件SI和S2為4個單向功率開關Ql、Q2及Q3、Q4，單向功率開關Ql、Q2及Q3、Q4分別反向串聯構成兩組四象限開關SI及S2，D1-D4分別並聯於Q1-Q4兩端作為體二極體。本發明採用PWM技術控制開關元件SI或S2的互補導通佔空比對逆變器輸出進行調節。具體採用中央處理器編寫程序代碼，驅動PWM信號發生電路產生PWM信號，控制開關元件SI或S2的互補導通佔空比，從而對逆變器輸出進行調節。Z源網絡11由兩隻相同的電感L1、L2和兩隻相同的電容C1、C2構成的對稱結構，兩隻電容起到儲能以及濾波的作用。31形濾波電路2，用來濾去輸出電壓中的紋波，其包括電感Lf、第一電容Cfl和第二電容Cf2，本實施例中電感Lf分別與並聯的第一電容Cf!、第二電容Cf2相連。
不可控整流橋3，將逆變器輸出交流信號進行整流，本實施例中不可控整流橋後側並聯穩壓電容C3，用以對整流輸出進行穩壓，減少充電電壓波動。且串聯二極體防止電流逆向避免電池放電。請參閱圖4至圖7，由於不同類型的電池具有不同的特性，在充電機電路中，本實施例中代以電阻RL進行Z源充電機電路分析。開關元件SI和S2的互補開閉以及不可控直流橋的導通與關斷使充電機形成四個工作狀態，分別是:如圖4所示，狀態1:整流橋關斷，SI斷開，S2閉合。如圖5所示，狀態2:整流橋關斷，SI閉合，S2斷開。如圖6所示，狀態3:整流橋導通，SI斷開，S2閉合。如圖7所示，狀態4:整流橋導通，SI閉合，S2斷開。在狀態I和狀態2中，不可控整流橋關斷，由Z源AC/AC逆變器I和π形濾波電路2組成的前端在不可控整流橋3兩端輸出正弦電壓，電容C3和電阻RL形成閉合迴路，C3通過RL放電。由下式可以看出在電路控制中，可以通過調節開關SI的導通佔空比D對整流橋前端電壓，即Ucf2進行調節，其中，Ui (t)為充電機的輸入電壓峰值。
權利要求
1.一種新型電動汽車動力電池充電機電路，其特徵在於，包括依次連接的Z源AC/AC逆變器、η形濾波電路和不可控整流橋，其中: 所述Z源AC/AC逆變器用以進行交流電壓變換，其包括Z源網絡及兩個開關元件S1、S2，開關元件SI 一端與AC電源相連，另一端與Z源網絡串聯，開關元件S2與Z源網絡11並聯，且經過一小電感LO連接π形濾波電路； 所述η形濾波電路用以濾去輸出電壓中的紋波，其包括電感Lf和並聯的第一電容Cf!、第二電容Cf2，所述電感Lf分別與第一電容Cfl和第二電容Cf2連接； 所述不可控整流橋與所述η形濾波電路連接，用以將逆變器輸出的交流信號進行整流。
2.根據權利要求1所述的新型電動汽車動力電池充電機電路，其特徵在於:所述Z源網絡包括兩隻相同的電感L1、L2和兩隻相同的電容Cl、C2，所述電感L1、L2和電容Cl、C2構成對稱結構，所述電容Cl、C2用以儲能以及濾波。
3.根據權利要求1所述的新型電動汽車動力電池充電機電路，其特徵在於，所述開關元件S1、S2均包括兩個單相功率開關和兩個體二極體，所述兩個單相功率開關反向串聯，所述兩個體二極體分別與兩個單相功率開關並聯。
4.根據權利要求1所述的新型電動汽車動力電池充電機電路，其特徵在於，所述Z源AC/AC逆變器的輸出通過採用PWM技術控制開關元件SI或S2的互補導通佔空比進行調節。
5.根據權利要求1所述的新型電動汽車動力電池充電機電路，其特徵在於，所述不可控整流橋後側並聯電容C3，用以對整流輸出進行穩壓，減少充電電壓波動。
6.根據權利要求5所 述的新型電動汽車動力電池充電機電路，其特徵在於，所述不可控整流橋還串聯二極體，以防止電流逆向，避免電池放電。
全文摘要
本發明提供一種新型電動汽車動力電池充電機電路，包括依次連接的Z源AC/AC逆變器、π形濾波電路和不可控整流橋，Z源AC/AC逆變器用以進行交流電壓變換，包括Z源網絡及兩個開關元件S1、S2，開關元件S1一端與AC電源相連，另一端與Z源網絡串聯，開關元件S2與Z源網絡11並聯，且經過一小電感L0連接π形濾波電路；π形濾波電路用以濾去輸出電壓中的紋波，包括電感Lf以及分別與其連接的並聯的第一電容Cf1和第二電容Cf2；不可控整流橋與π形濾波電路連接，用以將逆變器輸出的交流信號進行整流。本發明電路結構簡單、控制方便、電壓調節範圍大、電壓調節速度快、可緩解衝擊並抑制諧波，適合於電動汽車動力電池的充電應用。
文檔編號H02J7/10GK103078388SQ20121051452
公開日2013年5月1日 申請日期2012年12月4日 優先權日2012年12月4日
發明者解大, 馮俊淇, 婁宇成, 楊敏霞, 房新雨, 劉高維, 餘志文 申請人:上海交通大學