一种基于非接触式电能传输的换电站用模块化多电平变换器制造技术

一种基于非接触式电能传输的换电站用模块化多电平变换器，包括三相桥臂、桥臂电抗器、基于非接触式电能传输的子模块系统，其中，所述的三相桥臂上分别各自级联有复数个桥臂电抗器和复数个子模块系统，基于非接触式电能传输的子模块系统内设置有磁芯、前级桥式电路、储能电容、后级桥式电路、发射线圈及绕有线圈的骨架，桥式电路内的二极管都各自反向并联有开关管。子模块系统可以和非接触式电能传输的电池包相连接。本发明专利技术的变换器高度模块化，可采用堆叠方式布局，减小了占地面积。高度模块化极大的降低了成本，并可以随时对问题模块进行更换，极大的提高了整个换电站的寿命，多子模块的串联降低了单个子模块的电压等级，安全性能大大提高。

【技术实现步骤摘要】
一种基于非接触式电能传输的换电站用模块化多电平变换器
:本专利技术涉及电学领域，尤其涉及电动汽车技术，特别涉及电动汽车的充换电技术，具体的是一种基于非接触式电能传输的换电站用模块化多电平变换器。
技术介绍
:能源与环境已成为当前最为关注的问题，为了解决能源和环保两大难题，国家出台了很多措施发展电动汽车。但如何给电动汽车充电，是让它“跑得更远”必须面对的一个难题。现有技术中，充电方式主要有：插充和换充。但是像城市环卫、公交等我国电动汽车的先行者，考虑到时间问题，采用插入充电桩的方式充电不现实。解决大型电动车辆的供电问题，较好的方法是建设换电站，即利用给汽车更换电池的方法代替漫长的充电过程。然而限制大型换电站建设的一些关键因素如：资金投入大，占地面积大，换电不方便，换电站地点偏僻，城市中心无闲置空间建设换电站，换电时间较长，换电效率低等有待解决。
技术实现思路
：本专利技术的目的在于提供一种基于非接触式电能传输的换电站用模块化多电平变换器，所述的这种基于非接触式电能传输的换电站用模块化多电平变换器要解决现有技术中建设换电站更换电池代替充电导致资金投入大、占地面积大、换电不方便、换电时间长、换电效率低的技术问题。本专利技术的这种基于非接触式电能传输的换电站用模块化多电平变换器，包括三相桥臂、复数个桥臂电抗器、复数个基于非接触式电能传输的子模块系统，其中，所述的三相桥臂上分别各自级联有复数个桥臂电抗器和复数个基于非接触式电能传输的子模块系统，所述的基于非接触式电能传输的子模块系统内设置有子模块磁芯、第一桥式电路、储能电容、第二桥式电路、第一线圈和第一线圈骨架，所述的子模块磁芯上设置有第一线圈骨架，所述的第一线圈环绕在第一线圈骨架上，第一线圈的两端与第二桥式电路相连，所述的第二桥式电路内设有四个开关管，所述的四个开关管分别各自和第二桥式电路内的四个二极管反向并联，所述的储能电容与第二桥式电路并联，第二桥式电路的输出端连接第一桥式电路，所述的第一桥式电路内设有四个开关管，所述的四个开关管分别和第一桥式电路内的四个二极管反向并联。进一步的，基于非接触式电能传输的子模块系统连接基于非接触式电能传输的电池包，所述的电池包内设有凹型磁芯、第二线圈、第二线圈骨架、第三桥式电路和电池组，所述的凹型磁芯内设置有第二线圈骨架，所述的第二线圈环绕在第二线圈骨架上，所述的第二线圈和子模块的第一线圈耦合，所述的第二线圈的两端与第三桥式电路相连，第三桥式电路内设有四个开关管，所述的四个开关管分别各自和第三桥式电路内的四个二极管反向并联，所述的第三桥式电路的输出端和电池组相连。进一步的，基于非接触式电能传输的子模块系统以堆叠方式布局。进一步的，开关管均采用全控型器件。进一步的，子模块磁芯和凹型磁芯采用同样属性磁导率相同的材料。本专利技术和已有技术相比较，其效果是积极和明显的。本专利技术的这种基于非接触式电能传输的换电站用模块化多电平变换器，包括三相桥臂、复数个桥臂电抗器、基于非接触式电能传输的子模块系统。模块化多电平变换器由三相构成，每相由上桥臂和下桥臂构成，各桥臂由N个子模块和桥臂电抗级联而成，并且各桥臂含有一定数量子模块作为冗余，随时可对系统中的问题模块进行更换。电抗器可以滤除变换器工作过程中产生的谐波并抑制桥臂间环流。子模块数量根据具体能量等级和子模块内能量需求而定，扩容简单。子模块由前级桥式电路，储能电容，后级桥式电路，发射线圈，绕有线圈的骨架。所述桥式电路的开关管（S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7和S8）均采用全控型器件，且分别反向并联快恢复二极管。通过控制S1、S2、S3、S4的开关状态从而控制子模块的投入与切除。每一相的上下桥臂根据规模大小以及电池能量等级包含一定数目的子模块以及冗余子模块，冗余模块可通过控制算法随时对问题模块进行切除并更换。正常工作时，单相桥臂，控制每相上桥臂和下桥臂投入的子模块个数，即可实现交流侧能量输出至各个模块。虽然每个桥臂中各个模块的投切状态不确定，但某一时刻桥臂投入的模块数是基本确定的，以使三相桥臂的电压均衡以抑制三个桥臂间的环流。子模块可连接基于非接触式电能传输的电池包，该电池包包括凹型磁芯、接收线圈、绕有线圈的骨架、与线圈相连的桥式电路、与桥式电路相连的电池组。所述的基于非接触式电能传输的电池包，当需对电池包充电时，可将电池包直接插入子模块当中，位于子模块当中桥式逆变电路的输出连接发射线圈，与电池包内的接收线圈构成变压器的原副边线圈，电池包内的接收线圈通过桥式整流电路给电池组充电。当电池充电完成，子模块内使S5和S7或者S6和S8处于导通状态，使其与电容断开连接，电池包内，使S9和S11或者S10和S12处于通态，为剩余能量提供回路，同时断开接收线圈与电池的连接回路。完成此过程后可直接将满电电池拆卸。在使用过程中，绕有线圈的子模块磁芯与绕有线圈的电池包磁芯在机械上是非接触的,保证了拆卸过程中的高效快速，同时避免了电弧的产生。当需载入待充电电池时，需使开关管S5、S6、S7和S8，开关管S9、S10、S11和S12全部处于断态，直接将待充电电池载入，而后进行充电过程。整个过程，电容电压均衡由具体控制算法保证。所述的基于非接触式电能传输的发射线圈与接收线圈的匝比数和绕制方式可根据需要和实际情况进行一定程度的调整，使得本专利技术中的电池包能够更好地调整充电电压。而且非接触式的能量传输方式，能在全负载范围内实现开关管的零电压开关，也可通过控制开关管的时序减小两个桥式电路之间无功功率的流动，进一步提高电能的传输效率。本专利技术提出了基于非接触式电能传输的换电站用模块化多电平变换器。变换器高度模块化，可采用堆叠方式进行布局，相比传统换电站极大的减小了占地面积，可直接建设在寸土寸金的城市中心。高度模块化极大的降低了变换器的成本，而且可以随时对问题模块进行更换，极大的提高了整个换电站的寿命。电池充电基于非接触式电能传输装置，多子模块的串联降低了单个子模块的电压等级，安全性能大大提高。位于子模块中的满电电池可随时进行拆卸，同时可载入待充电电池，换电迅速便捷。由于采用非接触式，拆卸载入过程无电弧产生，而且磨损很小，提高了子模块的寿命。附图说明：图1是本专利技术的基于非接触式电能传输的换电站用模块化多电平变换器的拓扑结构示意图。图2是本专利技术的基于非接触式电能传输的换电站用模块化多电平变换器中的子模块的结构示意图。图3是本专利技术的基于非接触式电能传输的换电站用模块化多电平变换器中子模块连接电池包的结构示意图。图4是本专利技术的基于非接触式电能传输的换电站用模块化多电平变换器中子模块堆叠方式布局的示意图。图5是本专利技术的基于非接触式电能传输的换电站用模块化多电平变换器中子模块未连接电池包时堆叠方式布局的示意图。具体实施方式：实施例1:如图1、图2、图3、图4和图5所示，本专利技术的基于非接触式电能传输的换电站用模块化多电平变换器，包括三相桥臂、复数个桥臂电抗器L、复数个基于非接触式电能传输的子模块系统SM，其中，所述的三相桥臂上分别各自级联有复数个桥臂电抗器L和复数个基于非接触式电能传输的子模块系统SM，所述的基于非接触式电能传输的子模块系统SM内设置有子模块磁芯（图中未示）、第一桥式电路B1、储能电容C、第二桥式电路B2、第一线圈L1和第一线本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于非接触式电能传输的换电站用模块化多电平变换器，包括三相桥臂、复数个桥臂电抗器、复数个基于非接触式电能传输的子模块系统，其特征在于：所述的三相桥臂上分别各自级联有复数个桥臂电抗器和复数个基于非接触式电能传输的子模块系统，所述的基于非接触式电能传输的子模块系统内设置有子模块磁芯、第一桥式电路、储能电容、第二桥式电路、第一线圈和第一线圈骨架，所述的子模块磁芯上设置有第一线圈骨架，所述的第一线圈环绕在第一线圈骨架上，第一线圈的两端与第二桥式电路相连，所述的第二桥式电路内设有四个开关管，所述的四个开关管分别各自和第二桥式电路内的四个二极管反向并联，所述的储能电容与第二桥式电路并联，第二桥式电路的输出端连接第一桥式电路，所述的第一桥式电路内设有四个开关管，所述的四个开关管分别和第一桥式电路内的四个二极管反向并联。

【技术特征摘要】
1.一种基于非接触式电能传输的换电站用模块化多电平变换器，包括三相桥臂、复数个桥臂电抗器、复数个基于非接触式电能传输的子模块系统，其特征在于：所述的三相桥臂上分别各自级联有复数个桥臂电抗器和复数个基于非接触式电能传输的子模块系统，所述的基于非接触式电能传输的子模块系统内设置有子模块磁芯、第一桥式电路、储能电容、第二桥式电路、第一线圈和第一线圈骨架，所述的子模块磁芯上设置有第一线圈骨架，所述的第一线圈环绕在第一线圈骨架上，第一线圈的两端与第二桥式电路相连，所述的第二桥式电路内设有四个开关管，所述的四个开关管分别各自和第二桥式电路内的四个二极管反向并联，所述的储能电容与第二桥式电路并联，第二桥式电路的输出端连接第一桥式电路，所述的第一桥式电路内设有四个开关管，所述的四个开关管分别和第一桥式电路内的四个二极管反向并联。2.如权利要求1所述的基于非接触式电能传输的换电站用模块化多电平变换器，其特征在于：所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑峰，王刚，王勋，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，上海瑞伯德智能系统股份有限公司，
类型：发明
国别省市：陕西,61