储能式电动汽车充电桩的充放电系统技术方案

本申请涉及储能式电动汽车充电桩的充放电系统，主要由正变充电电路、逆变充电电路以及充放电控制电路三大部分组成。能够实现电网与电动汽车蓄电池进行正反向能量转换和控制，进而达到蓄电池快速充电、保持车载蓄电池零件结构和延长电池寿命的目的，同时能够维持市电网与电池之间的负载平衡的效果。其中，正变充电电路，用于实现将电网电能快速充电到车载蓄电池内；逆变放电电路，用于将实现电能由车载电池到电网的逆变功能；充放电控制电路，用于检测车载电池的电量以及保护其不受电压过高或过低带来的损害。或过低带来的损害。或过低带来的损害。

【技术实现步骤摘要】
储能式电动汽车充电桩的充放电系统


[0001]本申请涉及充电控制与充电桩领域，具体涉及一种储能式电动汽车充电桩的充放电系统。

技术介绍

[0002]随着近些年低碳环保理念成为新的方向标，新能源行业技术因此得到快速的进步，其中，由传统油气车向现在的电动汽车的转变也取得了发展。但由于目前国内电动汽车行业也处于起步阶段，电动汽车的里程短和充电设备有限等问题一直在制约着其普及。即便目前国内外多家知名汽车制造厂在蓄电池储能技术上取得了很多的突破，并且电动汽车充电桩的数量也随着电车的普及在不断增多。但电动汽车行业的发展仍然面临着诸多挑战，充电设备便是其中之一，不过这既是挑战同时也是机遇。而本次系统设计从平衡电网的角度出发，通过设计一款新式充电桩实现电动汽车与电网能量的双向传递，即电动汽车既能从电网获取电能，同时又可将电能反馈至电网，从而使得一辆电动汽车可以供给电网基础设施的负载平衡。同时，双向充电对车载电池有许多好处，在车载蓄电池电量过高时会采取放电操作以负载蓄电池在电满充电状态下缩短电池寿命；同时在电量过低时，将这些剩余电能反馈至住宅所在电网以及再将汽车重新充满电，从而进行电池的充放电循环。
[0003]如图1所示，为现有技术的充电桩系统的控制电路，采用无桥PFC电路实现充电控制作用，占用面积较小，但其对共模干扰信号过滤作用较差。
[0004]如图2所示，为现有技术的电池充放电循环控制电路，采用精密电阻作为电流检测元件，受导线影响较高，同时，采用功率MOS管搭载放大器实现充放电信号的反馈，因此输出反馈信号受环境和硬件自身的影响较大，反馈作用较差。

技术实现思路

[0005]（一）技术问题1. 现有技术的充电装置，对共模干扰信号消除作用较差，导致其输出充电效率和稳定性较差。
[0006]2. 现有技术的充电装置，对电池充放电循环反馈作用较差。
[0007]（二）技术方案针对上述技术问题，本申请提出储能式电动汽车充电桩的充放电系统，包括依次连接的正变充电电路、逆变充电电路以及充放电控制电路。
[0008]正变充电电路，主要由电源变压器、整流、滤波以及稳压电路组成。该部分电路的设计重点是在传统的交直流转换电路基础上，引入基准电压电路、取样比较电路、减流保护电路以及过热保护电路，从而在更大程度上保证车载电池在充电过程中的稳定度和效率，以达到保护和延长车载电池的寿命。首先电网上的交流电经过T1变压器转变为交流小信号电压，而后经过四个二极管D2、D3、D6、D7构成的电流桥，从而转为直流信号，并经过滤波电容C3滤除直流信号中的交流干扰信号后传入本次系统设计的稳压电路中。在稳压电路中，
由于当输入电压接通后，电流源很难自主导通，以致输出电压较难建立。因此，必须加入启动电路给电流源Q3、Q4（这两个晶体管在图4中，为图4的电流源）提供栅极、基极电流，其中启动电路由Q9、Q16组成。当电阻R3两端的电压高于稳压管D14的稳定电压时，此时有电流通过MOS管Q9、MOS管Q16，使MOS管Q17基极电位上升而导通，同时电流源MOS管Q8、Q10也工作。而后Q8的电流镜像流过Q21以建立起正常工作电压，当MOS管Q21电压达到稳压值时，整个电路进入正常工作状态，电路启动完毕。同时，MOS管Q17源极电压为零而截止，切断了启动电路与放大电路的联系，从而保证MOS管Q18左边电路产生的纹波与噪声不至于影响基准电压源。而其中基准电压电路由MOS管Q18、MOS管Q19、MOS管Q24以及电阻R26、电阻R27、电阻R36组成，其主要作用是利用正温度系数的MOS管Q18与负温度系数的MOS管Q19和MOS管Q24相互补偿从而在电阻R27和电阻R32之间得到取样比较电路所需要的基准电压。而后信号将由电阻R28、电阻R34进行采样，并发送至MOS管Q21、MOS管Q22进行电压比较从而获得较为稳定的输出电压。减流式保护电路由MOS管Q15、二极管D12以及电阻R21、电阻R24、电阻R25组成，主要目的是使调整管工作在安全区以内。其中电阻R24为检流电阻，由于它的检流作用，减小了MOS管Q15的漏极电流，从而在输出电流过大时会限制输出电流以达到保护电路和蓄电池的目的。过热保护电路由二极管D14、MOS管Q17、MOS管Q18和MOS管Q19以及必要的外围电阻组成。在电路工作处于正常温度时，电阻R26上的压降仅为0.4V左右Q14是截止的，对电路工作没有影响。当由于过载或环境升温使电路系统温度上升到某一预设极限值时，电阻R26上的压降随MOS管Q17的工作电压升高而升高，导致MOS管Q18导通，MOS管Q19也随之导通，调整管MOS管Q12的基极电流被MOS管Q19分流，输出电流下降，从而达到过热保护的减少电路和电池损耗的目的。
[0009]逆变放电电路，主要作用是将车载电池的直流电压信号转换为符合电网要求的220V交流电压信号，电路由多谐振动电路、正负信号开关电路以及变压器电路组成。车载蓄电池提供的V2输出电压首先将过由MOS管Q5、MOS管Q6和电容C8、电容C9以及必要的外围电路组成的多谢振荡电路产生矩形波信号，并由R6电阻输出到正负信号开关电路。多谐振动电路中的二极管D5、二极管D4是为了防止矩形波信号反向击穿导致逆变电路结构的损坏，电容C8、电容C9是为了滤波除所产生方波中的不稳定存在达到毛刺信号，从而使得输出矩形波信号更加的平滑。矩形波信号进入正负信号开关电路后，正半轴信号会时MOS管Q3导通，并在电阻R10和电阻R19之间分压输出到下一级变压器电路，而当矩形波信号处于负半轴时，MOS管Q2导通，信号经由电阻R11和电阻R16之间分压输出到下一级电路。之后，正负信号分别会被传输到由三极管Q1、三极管Q4和三极管Q11、三极管Q7以及必要的电阻和电容组成的多级放大电路进行进一步放大。之后，将已分隔正负信号传输到三极管Q4和三极管Q7输出端。此时，已分割的正负信号将会交替由变压器T2转为交替正弦信号的正半轴和负半轴，自此在输出端即可稳定产生满足市电网要求的220V正弦交流信号。
[0010]充放电控制电路，主要是在充电过程中车载蓄电池电压过高时自动采取放电措施来延长电动汽车电池寿命；同时用于控制在电池电压过低时，将这些剩余电能逆变至市电网和控制电动汽车进行充电操作使得电池电量重新回复正常水平。电路主要由车载电池电压检测电路和充放电开关电路两部分组成。车载蓄电池电压V0由电位器RP引入到MOS管Q28的源极，通过MOS管Q26和MOS管Q28组成差分电路与参考电压进行比较，并通过MOS管Q29进行比较结果的输出，当车载电池电压V0为正常值时MOS管Q29输出高电平，导致三极管Q25截
止，所以绕线电阻R33与二极管D15形成回路释放电磁以控制开关K1由V2端转向V1端，蓄电池RL开始正常正向充电；当车载电池电压V0过高或过低时MOS管Q29输出高电平，导致三极管Q25导通，绕线电阻R33开始充磁并产生与前者逆向的电磁以控制开关K1触电吸合，开关K1由V1端转向V2端，电路系统将被自动切换至蓄电池逆变放电本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.储能式电动汽车充电桩的充放电系统，包括依次连接的正变充电电路、逆变充电电路以及充放电控制电路，其特征在于：所述正变充电电路包括变压器T1，电感L1，MOS管Q13，电容C2、C3，电阻R3，二极管D1、D2、D3、D6、D7，所述正变充电电路中变压器T1的原级线圈与电容C2并联并接入电网，变压器T1的副级线圈的一端与二极管D2的负极连接，另一端与二极管D6的负极连接，二极管D2的正极分别与二极管D6的正极、电容C3的一端、电阻R3的一端连接，电容C3的另一端分别与电阻R3的一端、二极管D1的负极、MOS管Q13的漏端连接，二极管D1的正极分别与电感L1的一端连接，电感L1的另一端分别与二极管D3的负极、二极管D7的负极连接，二极管D3的正极与二极管D2的负极连接，二极管D7的正极与二极管D6的负极连接。2.根据权利要求1所述的储能式电动汽车充电桩的充放电系统，其特征在于：所述正变充电电路包括输出端口V1，二极管D12、D13、D14，MOS管Q12、Q13、Q15、Q20、Q21、Q22、Q19、Q18、Q24、Q17、Q16、Q10、Q8、Q9，电阻R25、R28、R34、R22、R24、R21、R31、R20、R38、R44、R42、R8、R26、R27、R32、R30、R35，电容C10，所述正变充电电路中MOS管Q13的漏端分别与MOS管Q12的漏端、二极管D12的负极、电阻R42的一端、电阻R8的一端、MOS管Q9的漏端连接，电阻R8的另一端与MOS管Q8的漏端连接，电阻R42的另一端与MOS管Q10的漏端连接，MOS管Q9的栅极接地，MOS管Q9源端分别与二极管D13的负极、MOS管Q16的栅极连接，二极管D13的正极接地，MOS管Q16的源端与MOS管Q17的栅极连接，的MOS管Q8的栅极分别与MOS管Q10的栅极、MOS管Q10的源端、MOS管Q8的源端、MOS管Q16的漏端、MOS管Q17的漏端、二极管D14的负极、MOS管Q15的漏端、MOS管Q12的栅极、二极管D12的正极、电阻R44的一端、电阻R20的一端、电阻R21的一端连接，电阻R44的另一端与MOS管Q19的漏端连接，电阻R20的另一端分别与MOS管Q20的漏端、电容C10的一端连接，电容C10的另一端分别与MOS管Q20的栅极、电阻R31的一端连接，电阻R31的另一端分别与电阻R28的一端、电阻R34的一端连接，电阻R34的另一端接地，电阻R28的另一端与输出端口V1连接，二极管D14的正极接地，MOS管Q16的源端与MOS管Q17的栅极连接，MOS管Q17的源端分别与电阻R26的一端、MOS管Q18的漏端连接，电阻R26的另一端分别与电阻R27的一端、MOS管Q18的栅极连接，电阻R27的另一端分别与电阻R32的一端、电阻R30的一端连接，电阻R32的另一端分别与MOS管Q24的栅极、MOS管Q22的栅极、MOS管Q24的漏端连接，电阻R30的另一端与MOS管Q21的栅极连接，MOS管Q18的源端分别与电阻R35的一端、MOS管Q19的栅极连接，电阻R35的另一端接地，MOS管Q19的源端接地，MOS管Q24的源端接地，MOS管Q13的栅极分别与MOS管Q12的源端、MOS管Q21的漏端、电阻R22的一端连接，电阻R22的另一端分别与MOS管Q15的源端、电阻R25的一端、输出端口V1连接，电阻R25的另一端分别与MOS管Q13的源端、电阻R24的一端、连接，电阻R24的另一端分别与电阻R21的另一端、MOS管Q15的栅极连接，MOS管Q21的源端分别与MOS管Q20的源端、MOS管Q22的漏端连接，MOS管Q22的源端与电阻R38的一端连接， 电阻R38的另一端接地。3.根据权利要求1所述的储能式电动汽车充电桩的充放电系统，其特征在于：所述逆变充电电路包括变压器T2，三极管Q1、Q4、Q7、Q11，电容C4、C7，电阻R1、R5、R9、R23，所述逆变充电输出端口V2，路中变压器T2的原级线圈与电容C4并联并接入电网，变压器T2负极线圈的抽头分别与输出端口V2、电阻R23的一端连接，电阻R23的另一端与三极管Q11的集电极连接，电容C7并联在变压器T2副级线圈的两端，同时电容C7的一端与三极管Q4的集电极连接，电容C7的另一端与三极管Q7的发射极...

【专利技术属性】
技术研发人员：王毛，郑城市，张亚栋，翟亚州，任必晋，刘旭东，张校卿，张本，贺远，史亚京，
申请(专利权)人：国网河南省电力公司济源供电公司，
类型：发明
国别省市：