充电电源模块、包含其的充电电源以及充电装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术涉及充电技术，特别涉及充电电源模块、包含该充电电源模块的充电电源以及充电装置。按照本实用新型专利技术的一个方面，所提供的充电电源模块包含：AC/DC变换单元，包含至少一个具有三相三电平维纳拓扑结构的主电路；DC/DC变换单元，包含：第一交错并联BUCK变换器，其耦合在所述主电路的直流正母线与零母线之间；第二交错并联BUCK变换器，其耦合在所述主电路的直流负母线与零母线之间；以及控制单元，配置为控制所述主电路、第一和第二交错并联BUCK变换器中的开关元件的占空比。

Charging Power Supply Module, Charging Power Supply Containing It and Charging Device

【技术实现步骤摘要】
充电电源模块、包含其的充电电源以及充电装置
本技术涉及充电技术，特别涉及充电电源模块、包含该充电电源模块的充电电源以及充电装置。
技术介绍
目前市面上用于电动汽车的直流快速充电桩多配备较低功率等级的充电电源模块，这种充电电源模块采用三电平PFC与LLC变换器或三电平PFC与移相全桥的组合形式，这种拓扑结构的输出电压范围是受限的(最高电压和最低电压之比一般不超过3)，否则电源模块的DC/DC级磁性元器件的设计会变得异常困难，同时还会导致某些输出电压范围内的性能下降。此外，如果需要在保持体积和重量不过多增加的同时进一步提高功率等级，则将进一步增大基于这种拓扑结构的充电电源的开发难度。
技术实现思路
本技术的一个目的是提供一种充电电源模块、充电电源和充电装置，其能够提供高充电功率并且具有紧凑的结构。按照本技术的一个方面，所提供的充电电源模块包含：AC/DC变换单元，包含至少一个具有三相三电平维纳拓扑结构的主电路；DC/DC变换单元，包含：第一交错并联BUCK变换器，其耦合在所述主电路的直流正母线与零母线之间；第二交错并联BUCK变换器，其耦合在所述主电路的直流负母线与零母线之间；以及控制单元，配置为控制所述主电路、第一和第二交错并联BUCK变换器中的开关元件的占空比。可选地，在上述充电电源模块中，所述第一交错并联BUCK变换器的第一输入端与直流正母线耦合，输出端经第一线圈耦合至所述DC/DC变换单元的正极输出端，所述第二交错并联BUCK变换器的第一输入端与直流负母线耦合，输出端经第二线圈耦合至所述DC/DC变换单元的负极输出端，所述第一和第二交错并联BUCK变换器的第二输入端与零母线和所述DC/DC变换单元的零电位端耦合。可选地，在上述充电电源模块中，所述控制单元配置为基于所述主电路的输入侧的电压和电流、直流母线上的母线电压来控制所述主电路的开关元件的占空比以在直流母线上提供所需的母线电压。可选地，在上述充电电源模块中，所述控制单元配置为基于所述第一和第二交错并联BUCK变换器的输出电流以及所述DC/DC变换单元的输出电压来控制所述第一和第二交错并联BUCK变换器的开关元件的占空比以在所述DC/DC变换单元的正极输出端和负极输出端处提供所需的输出电压。可选地，在上述充电电源模块中，所述控制单元还配置为基于所述DC/DC变换单元的输出电流来调整所述第一和第二交错并联BUCK变换器的开关元件的占空比以使所述DC/DC变换单元的正极输出端和负极输出端处的输出电流均衡。可选地，在上述充电电源模块中，所述主电路、第一和第二交错并联BUCK变换器中的开关元件采用SiC金属氧化物半导体场效应管。可选地，在上述充电电源模块中，所述AC/DC变换单元包含两个或更多个具有三相三电平维纳拓扑结构的主电路，各个主电路的直流正母线、零母线和直流负母线被分别连接在一起。按照本技术还有一个方面，所提供的充电电源包含至少一个如上所述的充电电源模块。可选地，在上述充电电源中，所述充电电源模块的数量为两个或两个以上，每个所述充电电源模块的正极输入端和负极输入端分别被共接在一起。按照本技术还有一个方面，所提供的充电装置包含：上述充电电源；充电接口，其与所述充电电源耦合。可选地，上述充电装置为用于电动汽车的充电桩或换电站电气柜。按照本技术的一个或多个实施例，充电电源模块中的开关元件采用SiC半导体器件，由此可以在不大幅增加充电电源体积的情况下提高功率等级并缩短充电时间。此外，按照本技术事事顺利的充电电源模块能够提供宽范围的电压输出等级，因而具有兼容性强的优点。再者，所提供的高电压等级可以降低充电枪的设计难度并且使得选用直径较细的枪线成为可能。附图说明本技术的上述和/或其它方面和优点将通过以下结合附图的各个方面的描述变得更加清晰和更容易理解，附图中相同或相似的单元采用相同的标号表示。附图包括：图1为按照本技术一个实施例的充电电源模块的电路原理图。图2为实施图1所示充电电源模块中的AC/DC变换单元的稳压控制过程的示意框图。图3A和3B为实施图1所示充电电源模块中的DC/DC变换单元的稳压控制过程的示意框图。图4A和4B为实施图1所示充电电源模块中的DC/DC变换单元的电流均衡控制过程的示意框。图5为按照本技术一个或多个实施例的包含多个主电路的充电电源模块的示意图。图6为按照本技术一个或多个实施例的包含多个充电电源模块的充电电源的示意图。图7为按照本技术一个或多个实施例的充电装置的示意框图。具体实施方式下面参照其中图示了本技术示意性实施例的附图更为全面地说明本技术。但本技术可以按不同形式来实现，而不应解读为仅限于本文给出的各实施例。给出的上述各实施例旨在使本文的披露全面完整，以将本技术的保护范围更为全面地传达给本领域技术人员。在本说明书中，诸如“包含”和“包括”之类的用语表示除了具有在说明书和权利要求书中有直接和明确表述的单元和步骤以外，本技术的技术方案也不排除具有未被直接或明确表述的其它单元和步骤的情形。诸如“第一”和“第二”之类的用语并不表示单元在时间、空间、大小等方面的顺序而仅仅是作区分各单元之用。“耦合”应当理解为包括在两个单元之间直接传送电能量或电信号的情形，或者经过一个或多个第三单元间接传送电能量或电信号的情形。图1为按照本技术一个实施例的充电电源模块的电路原理图。如图1所示，充电电源模块10包括AC/DC变换单元110、DC/DC变换单元120以及控制单元130。参见图1，AC/DC变换单元110包含主电路111，该主电路具有三相三电平Vienna拓扑结构，其包括由二极管D11-D16构成的三相二极管整流桥，在工作时三相电网的每一相u-w分别经各自的电感元件(电感元件L11-L13的其中一个)接入三相二极管整流桥的输入端A-C的其中一个。此外，在输入端A-C的每一个与母线电容器C11、C12的中点O之间各接入相应的双向开关S11-S13。每个双向开关具有相同或相似的结构和元件。以双向开关S11为例，其包括金属氧化物半导体场效应晶体管(MOS管)T11A、T11B，二极管D17A和D17B分别并联在MOS管T11A、T11B的源极与漏极之间。MOS管T11A、T11B的栅极则耦合至控制单元130。在工作时，控制单元130通过控制MOS管的占空比，在直流正母线P和直流负母线N上提供所需的直流电压。特别是，当双向开关S11导通时，u相电流iu流过MOS管T11A、T11B，桥臂中点被嵌位到中点O；当双向开关S11导通时，如果u相电流iu>0，则该电流将流经二极管D11，桥臂中点被嵌位到直流正母线P，如果u相电流iu<0，则该电流将流经二极管D14，桥臂中点被嵌位到直流正母线N。在本技术的一个或多个实施例中，可选地，MOS管T11A、T11B共用驱动信号以降低控制和驱动难度。在本技术的一个或多个实施例中，AC/DC变换单元中的开关元件或MOS管优选地采用SiCMOS管。与超结金属氧化物半导体场效应晶体管(CoolMOS)相比，在图1所示的主电路中采用SiCMOS管不仅可以提高变换效率和功率密度，而且可以减小变换器的电磁辐射。此外，SiCMO本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种充电电源模块，其特征在于，包含：AC/DC变换单元，包含至少一个具有三相三电平维纳拓扑结构的主电路；DC/DC变换单元，包含：第一交错并联BUCK变换器，其耦合在所述主电路的直流正母线与零母线之间；第二交错并联BUCK变换器，其耦合在所述主电路的直流负母线与零母线之间；以及控制单元，配置为控制所述主电路、第一和第二交错并联BUCK变换器中的开关元件的占空比。

【技术特征摘要】
1.一种充电电源模块，其特征在于，包含：AC/DC变换单元，包含至少一个具有三相三电平维纳拓扑结构的主电路；DC/DC变换单元，包含：第一交错并联BUCK变换器，其耦合在所述主电路的直流正母线与零母线之间；第二交错并联BUCK变换器，其耦合在所述主电路的直流负母线与零母线之间；以及控制单元，配置为控制所述主电路、第一和第二交错并联BUCK变换器中的开关元件的占空比。2.如权利要求1所述的充电电源模块，其中，所述第一交错并联BUCK变换器的第一输入端与直流正母线耦合，输出端经第一线圈耦合至所述DC/DC变换单元的正极输出端，所述第二交错并联BUCK变换器的第一输入端与直流负母线耦合，输出端经第二线圈耦合至所述DC/DC变换单元的负极输出端，所述第一和第二交错并联BUCK变换器的第二输入端与零母线和所述DC/DC变换单元的零电位端耦合。3.如权利要求2所述的充电电源模块，其中，所述控制单元配置为基于所述主电路的输入侧的电压和电流、直流母线上的母线电压来控制所述主电路的开关元件的占空比，以在直流母线上提供所需的母线电压。4.如权利要求2所述的充电电源模块，其中，所述控制单元配置为基于所述第一和第二交错并联BUCK变换器的输出电流以及所述DC/...

【专利技术属性】
技术研发人员：甘银华，吴广涛，
申请(专利权)人：蔚来汽车有限公司，
类型：新型
国别省市：中国香港,81