新能源汽车充电系统及其工作方法技术方案

本发明专利技术公开了新能源汽车充电系统及其的工作方法，涉及电动汽车充电领域。本发明专利技术为了解决现有技术中的电动汽车充电系统存在充电效率低、工作模式单一和功率密度低的问题。本发明专利技术的输入单元包括直流传输电路、交流传输电路和车载无线电能传输电路；能量转换单元包括依次连接的功率因数校正电路A、直流母线电容C

【技术实现步骤摘要】
新能源汽车充电系统及其工作方法


[0001]本专利技术涉及电动汽车充电领域，特别是涉及新能源汽车充电系统及其的工作方法。

技术介绍

[0002]为了节能减排，世界各国开始研发使用清洁能源的电动汽车。电动汽车的动力电池及充电技术是电动汽车发展的重要环节之一。动力电池为电动汽车的储能装置，其充电技术可分为有线充电技术和无线充电技术，有线充电技术可通过交流充电和直流充电实现；无线充电技术无需依赖充电电缆即可对电动汽车充电。现有技术中的电动汽车充电方式通常采用220V单相交流电的充电方式，通过充电机转换为合适电压的直流电，对动力电池进行充电，家用充电设施和小型充电站多采用此方式。目前，大多数充电机主要工作在单相输入的工况下，其输出功率低、充电时间长，难以满足车辆紧急运行和长续航里程的需求。

技术实现思路

[0003]为了解决上述问题，本专利技术提供了新能源汽车充电系统及其的工作方法，能够提高电动汽车储能系统的功率密度，延长动力电池的使用寿命。
[0004]本专利技术第一方面提供了新能源汽车充电系统，包括无线电能传输装置和车载装置，所述车载装置包括输入单元、能量转换单元和动力电池，所述输入单元包括直流传输电路、交流传输电路和车载无线电能传输电路；所述能量转换单元包括依次连接的功率因数校正电路A、直流母线电容C
dc
、双向CLLLC谐振变换器、维持电容C
o
、混合储能电路和动力电池，所述交流传输电路连接功率因数校正电路A，直流传输电路通过开关K
D
连接动力电池。
[0005]进一步的，所述功率因数校正电路A包括直流母线电容C
dc
‑
s
和结构相同且并联连接的第一桥臂、第二桥臂和第三桥臂，所述第一桥臂包括两个串联的场效应管，所述直流母线电容C
dc
‑
s
的两端并接在第二桥臂的两端，所述直流母线电容C
dc
‑
s
的与第二桥臂的连接点g之间设有开关K2。
[0006]进一步的，所述交流传输电路包括单相交流传输和三相交流传输电路，所述单相交流传输电路包括端口a和零线端口N，三相交流传输电路包括端口b和端口c，端口a通过交流电感L
a
连接第一桥臂的中点，端口b通过交流电感L
b
连接第二桥臂的中点，端口c通过交流电感L
c
连接第三桥臂的中点，所述零线端口N通过开关K1连接第二桥臂的中点，所述交流电感L
c
与连接点g之间设有开关K3，所述连接点g与第三桥臂之间设有开关K4。
[0007]进一步的，所述双向CLLLC谐振变换器包括原边电路、变压器和副边电路，所述原边电路包括两个结构相同且并联连接的原边桥臂和原边线圈，所述原边线圈的两端分别连接两个原边桥臂的中点，所述副边电路包括两个结构相同且并联连接的副边桥臂和副边线圈，所述副边线圈的两端分别连接两个副边桥臂的中点，所述动力电池的两端并接在所述副边电路两端，维持电容C
o
的两端分别连接动力电池的正极和负极；
[0008]所述车载无线电能传输电路包括次级线圈和次级谐振电路，所述次级线圈通过开关KW并接在双向CLLLC谐振变换器的副边线圈的两端；
[0009]无线电能传输装置包括功率因数校正电路B、直流母线电容C
dc
‑
w
和若干并联的固定无线电能传输电路，所述固定无线电能传输电路包括初级线圈和初级功率电路。
[0010]进一步的，所述混合储能电路包括场效应管D1、场效应管D2、电感L
D
和超级电容S
c
，场效应管D1的漏极连接动力电池的正极，场效应管D1的源极连接场效应管D2的漏极，场效应管D2的源极连接动力电池的负极，电感L
D
和超级电容S
c
串联后并接在场效应管D2的漏极与源极之间。
[0011]本专利技术另一方面提供了新能源汽车充电系统的工作方法，基于本专利技术第一方面所述的新能源汽车充电系统实现，包括充电模式，所述充电模式包括有线充电模式，所述有线充电模式包括单相交流充电模式，所述单相交流充电模式下，开关K1、开关K2和开关K3闭合，开关K
D
和开关K4断开，此时功率因数校正电路A为图腾柱功率因数校正电路级联升压电路，单相交流电压通过图腾柱功率因数校正电路后得到稳定的直流电压U
dc
‑
s
，所述直流电压U
dc
‑
s
经升压电路得到增大的直流电压U
dc
。
[0012]进一步的，所述有线充电模式包括三相交流充电模式下，开关K
D
、开关K1、开关K2和开关K3断开，开关K4闭合，控制场效应管S1至场效应管S6，使输入电流和输入电压和相位相同。
[0013]进一步的，所述充电模式包括无线充电模式，所述无线模式充电模式下，电网电能经功率因数校正电路B和固定无线电能传输电路将电能传输至车载无线电能传输电路，使双向CLLLC谐振变换器的副边桥臂工作在整流状态，得到直流电为动力电池充电。
[0014]进一步的，所述电能反馈模式包括有线电能反馈模式和无线电能反馈模式，
[0015]所述有线电能反馈模式下，所述动力电池的电能通过双向CLLLC谐振变换器进行逆变整流得到高压直流电，使功率因数校正电路A工作在逆变状态得到与电网电压幅值和相位相同的交流电，经交流传输电路输出；
[0016]所述无线电能反馈模式下，所述动力电池的电能通过双向CLLLC谐振变换器的副边电路和初级功率电路进行逆变整流得到高压直流电；所述高压直流电经工作在逆变状态的功率因数校正电路B得到与电网电压幅值和相位相同的交流电。
[0017]与现有技术相比，本专利技术具有如下效果：
[0018]1、本专利提出一种新能源汽车充电系统，通过调节所述充电系统的各个开关的闭合或关断，使各单元的电路工作在不同的状态，不仅可以实现有线充电模式，还能实现无线充电模式，并且，有线充电模式还包括直流有线充电模式、单相交流充电模式和三相交流充电模式，满足不同场合的需求。
[0019]2、本专利技术的直流充电方式将电网380V三相交流电变为直流电后，经充电电缆直接对动力电池充电，由于其不受车内空间、重量、热量等条件的限制，其直流充电的输出功率最高可达400kW，大大提高了电动汽车充电效率，节省充电时间。
[0020]3、本专利技术的交流充电方式时，系统工作于交流工作模式时，功率因数校正电路通过开关切换，电路拓扑变为图腾柱无桥功率因数校正电路级联升压电路或三相六开关式功率因数校正电路，使充电系统能够兼容单、三相交流电压输入，功率器件利用率高，能满足不同功率场合。
[0021]4、当本专利技术的充电系统工作于无线充电模式时，通过线圈的磁场共振实现电能的无线传输，电动汽车无线充电过程中无需外接充电电缆，可适本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.新能源汽车充电系统，其特征在于，包括无线电能传输装置和车载装置，所述车载装置包括输入单元、能量转换单元和动力电池，所述输入单元包括直流传输电路、交流传输电路和车载无线电能传输电路；所述能量转换单元包括依次连接的功率因数校正电路A、直流母线电容C
dc
、双向CLLLC谐振变换器、维持电容C
o
、混合储能电路和动力电池，所述交流传输电路连接功率因数校正电路A，直流传输电路通过开关K
D
连接动力电池。2.根据权利要求1所述新能源汽车充电系统，其特征在于，所述功率因数校正电路A包括直流母线电容C
dc
‑
s
和结构相同且并联连接的第一桥臂、第二桥臂和第三桥臂，所述第一桥臂包括两个串联的场效应管，所述直流母线电容C
dc
‑
s
的两端并接在第二桥臂的两端，所述直流母线电容C
dc
‑
s
的与第二桥臂的连接点g之间设有开关K2。3.根据权利要求2所述新能源汽车充电系统，其特征在于，所述交流传输电路包括单相交流传输和三相交流传输电路，所述单相交流传输电路包括端口a和零线端口N，三相交流传输电路包括端口b和端口c，端口a通过交流电感L
a
连接第一桥臂的中点，端口b通过交流电感L
b
连接第二桥臂的中点，端口c通过交流电感L
c
连接第三桥臂的中点，所述零线端口N通过开关K1连接第二桥臂的中点，所述交流电感L
c
与连接点g之间设有开关K3，所述连接点g与第三桥臂之间设有开关K4。4.根据权利要求1所述新能源汽车充电系统，其特征在于，所述双向CLLLC谐振变换器包括原边电路、变压器和副边电路，所述原边电路包括两个结构相同且并联连接的原边桥臂和原边线圈，所述原边线圈的两端分别连接两个原边桥臂的中点，所述副边电路包括两个结构相同且并联连接的副边桥臂和副边线圈，所述副边线圈的两端分别连接两个副边桥臂的中点，所述动力电池的两端并接在所述副边电路两端，维持电容C
o
的两端分别连接动力电池的正极和负极；所述车载无线电能传输电路包括次级线圈和次级谐振电路，所述次级线圈通过开关K
W
并接在双向CLLLC谐振变换器的副边线圈的两端；无线电能传输装置包括功率因数校正电路B、直流母线电容C
dc
‑
w
和若干并联的固定无线电...

【专利技术属性】
技术研发人员：周凯，陈思敏，
申请(专利权)人：哈尔滨理工大学，
类型：发明
国别省市：