一种双向多功能车载式充电机制造技术

本实用新型专利技术公开了一种双向多功能车载式充电机技术，包含主拓扑结构、控制电路模块、开关管的动作方式等；本发明专利技术可用于把电网侧的交流电能转换为直流电能，还能够把直流侧电能转换为交流电能输送至电网或独立逆变给专用负载使用，从而实现功率的双向流动；在功率传输过程中输入或输出电流与电网电压同频同相，并能够实现输出或输入电流的THD小于3％，有效了减小了功率变换器模块对电网的干扰；通过电流环和电压环的双闭环的智能控制，可应用在储能型供电系统或高性能新能源汽车的充电机等产品领域中。品领域中。品领域中。

【技术实现步骤摘要】
一种双向多功能车载式充电机


[0001]本技术涉及一种电能变换装置，更具体地说涉及一种双向多功能车载式充电机。

技术介绍

[0002]各国政府汽车巨头相继宣布停产燃油车时间表，新能源汽车及储能系统的需求不断扩大，如何提高新能源汽车及储能产品充电机的充电性能和安全成为了各厂家发展的重点。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的是针对现有技术不足及未来市场需求而提供一种将电网交流电能转换为直流电能，同时又可以将直流电能转为交流电能并入电网或直接供负载的结构简单、智能高效的双向电能变换器装置。
[0004]本专利技术的目的是通过以下措施来实现：一种双向多功能车载式充电机，包含有交流侧和直流侧，交流侧为电网或专用负载，直流侧为连接储存电能的电容或电池等，交流侧和直流侧之间还包含有主电路、控制电路，主要包含有LCL拓扑模块、交流电流检测模块、交流电压检测模块、直流侧采样模块、单相全桥单元、专用处理器单元、脉冲变换器单元和中央处理器单元。
[0005]所述的一种双向多功能车载式充电机，其特征还在于：交流侧两端与LCL拓扑单元1和4端连接，LCL拓扑单元2端与交流电流检测模块的L1out端连接，交流电流检测模块的另一端与单相全桥单元的Vac_L连接，LCL拓扑单元3端与单相全桥单元的Vac_N连接，单相全桥单元的输出端Vdc+和Vdc
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与直流侧的正负两端相连，并与直流侧采样模块的两端相连；交流侧的两端与交流电压检测模块的L和N端相连；交流电流检测模块、交流电压检测模块、直流侧采样模块、交流电压检测模块接入到中央处理器单元，中央处理器单元分两路输出分别为控制总线1和控制总线2，其中控制总线1连同电网电压、电网电流接入到专用处理器单元并经处理后输出驱动脉冲信号，控制总线2连同专用处理器单元输出的驱动脉冲信号和交流电压检测模块的过零检测信号接入到脉冲变换器单元并产生四路驱动信号分别接入单相全桥单元的PWM1、PWM2、PWM3、PWM4。
[0006]所述的LCL拓扑单元，LCL电路单元由电感L1、电容C1、电感L2组成，C1的一端与L1连接，C1的另一端与L2连接；所述的单相全桥单元，全桥电路有两个桥臂组成和电容C2组成，第一桥臂由Q1和Q2上下连接组成，第二桥臂由Q3和Q4上下连接组成；Q1的一端与直流母线Vdc+相连，另一端与Q2和Vac_L相连，Q2的另一端与直流母线Vdc
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相连；Q3的一端与直流母线Vdc+相连，另一端与Q4和Vac_N相连，Q4的另一端与直流母线Vdc
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相连；C2的一端与Vdc+相连，另一端与与Vdc
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相连。Q1和Q3含有碳化硅体二极管或并连有碳化硅二极管，Q2和Q4为碳化硅或碳化钾功率器件并分别内含有体二极管或并联有二极管。Q1和Q2和Q3和Q4四个功率器件，在不同的工作模式下，动作方式不同。在馈电工作模式下，Q1和Q3在工频赫兹下
互补交替动作，Q2和Q4交替高频动作，见图5所示。在充电工作模式下，Q1和Q3被锁死不动作，Q2和Q4半周交替高频动作另半周交替常开，见图6所示。在放电工作模式下，Q1和Q2上下互补高频动作，Q3和Q4上下互补高频动作，Q1和Q4同步，Q2和Q3同步，见图7所示。
[0007]所述的专用处理器单元同时实现并网逆变和整流两个功能，通过外围电路可搭建电流或电压的两个闭环控制器，如UC2854但不限于该型号。
[0008]所述的脉冲变换器单元由逻辑门分立器件搭建或CPLD编程来实现，其功能是将一路驱动信号转换为四路驱动信号来分配给全桥单元中的四个功率器件。
[0009]所述的中央处理器单元为可编程的数字信号处理器，如TMS28系列的处理器但不限于该信号，作为整个系统的控制处理中心，执行对系统中各个模块单元的数据分析处理和控制指令的中心控制单元。
[0010]与现有技术相比，由于采用了本专利技术而提出的一种双向多功能车载式充电机，具有以下优点：本专利技术用最简的主拓扑电路结构实现了三种功能要求，第一是把直流电能向电网进行并网逆变，一般称为馈电，既是把直流侧的直流电能转换为与电网同频同相的交流电能输送至电网侧，无论是并网电流的总谐波畸变率还是功率因数都能满足国家标准要求，电流的总谐波畸变率小于3%，功率因数为1；第二是把电网侧的交流电能向直流侧转换，一般称为充电，既是把电网侧的交流电能向直流侧进行充电，无论是充电电流的总谐波畸变率还是功率因数都能满足国家标准要求，电流的总谐波畸变率小于3%，功率因数为
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1；第三是把直流电能转换为交流电能供负载，一般称为放电，既是把直流侧储存的电能通过逆变输出正弦波的交流电供专用负载用电，其中输出的交流电压波形的总谐波畸变率小于5%，满足一切交流负载需求。本专利技术的优点除了实现以上三点功能的外，而且又实现了馈电、充电及放电三者之间的瞬时灵活切换，以满足用户的能源管理需求。本专利技术为一种智能高效高可靠性低成本多功能的电能变换技术，在储能及新能源汽车系统中有广阔的应用前景。
[0011]附图说明：
[0012]图1为本专利技术的系统方框图。
[0013]图2为本专利技术的LCL单元的拓扑结构。
[0014]图3为本专利技术的单相全桥单元的拓扑结构。
[0015]图4为本专利技术的电压电流闭环控制框图。
[0016]图5为本专利技术的馈电运行模式下全桥功率器件驱动脉冲图。
[0017]图6为本专利技术的充电运行模式下全桥功率器件驱动脉冲图。
[0018]图7为本专利技术的放电运行模式下全桥功率器件驱动脉冲图。
[0019]具体实施方式：
[0020]下面结合附图对具体实施方式作详细的说明：
[0021]在图1所示本专利技术的系统框图中，一种双向多功能车载式充电机，一端与交流侧如电网或交流负载相连接，另外一端与直流侧如电容或电池相连接。在交流侧和直流侧之间的中间变换环节，包含有LCL拓扑单元1和单相全桥单元3，1和3单元构成了电能变换器的主回路；又包含有交流电流检测模块2、交流电压检测模块5和直流侧采样模块4，2和5和4单元构成了整个变换器的采样电路部分；中央处理器6和专用处理器7和脉冲变换器8构成了整个系统的控制回路部分。
[0022]主回路中的LCL拓扑电路如图2所示，有电感L1和电容C1和电感L2构成，该电路中的电感和电容在不同的电能变换模式下，所起到的作用不同。在馈电工作模式下，电感和电容构成了对并网输出电流的LC滤波电路。在放电工作模式下，电感和电容构成了对输出电压的LC滤波电路。在充电工作模式下，电感电容不仅对充电电流起到了平滑滤波作用，而且L1和L2在正负半周还起到了升压电感的作用。
[0023]主回路中的单相全桥电路如图3所示，全桥电路有两个桥臂组成和电容C2组成，第一桥臂由Q1和Q2上下连接组成，第二桥臂由Q3和Q4上下连接组成；Q1的一端与直流母线Vdc+相连，另一端与Q2和Vac_L相连，Q2的另一端与直流母线Vdc
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种双向多功能车载式充电机，包含有交流侧和直流侧，交流侧为电网或专用负载，直流侧为储存电能的电容或电池，交流侧和直流侧之间还包含有主电路、控制电路，包含有LCL拓扑模块、交流电流检测模块、交流电压检测模块、直流侧采样模块、单相全桥单元、专用处理器单元、脉冲变换器单元和中央处理器单元，其特征在于：所述交流侧两端与LCL拓扑单元1和4端连接，LCL拓扑单元2端与交流电流检测模块的L1out端连接，交流电流检测模块的另一端与单相全桥单元的Vac_L连接，LCL拓扑单元3端与单相全桥单元的Vac_N连接，单相全桥单元的输出端Vdc+和Vdc
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与直流侧的正负两端相连，并与直流侧采样模块的两端相连；交流侧的两端与交流电压检测模块的输入侧的L和N端相连；交流电流检测模块、交流电压检测模块、直流侧采样模块、交流电压检测模块接入到中央处理器单元，中央处理器单元分两路输出分别为控制总线1和控制总线2，其中控制总线1连同电网电压、电网电流接入到专用处理器单元并经处理后输出驱动脉冲信号，控制总线2连同专用处理器单元输出的驱动脉冲信号和交流电压检测模块的过零检测信号接入到脉冲变换器单元并产生四路驱动信号分别接入单相全桥单元的PWM1、PWM2、...

【专利技术属性】
技术研发人员：ꢀ五一IntClH零二J三三八，
申请(专利权)人：韩新建，
类型：新型
国别省市：