20kW双向单相/三相兼容电动汽车非车载直流充电模块制造技术

本发明专利技术公开了双向充放电技术领域的500V以及1000V的20kW双向单相/三相兼容电动汽车非车载直流充电模块，包括包括输入EMC电路、缓启动电路、三相六开关PFC电路、双向CLLC电路、输出滤波电路、输入电流电压采样电路、隔离驱动电路、输出电流电压取样电流、辅助电源电路和DSP控制电路，本发明专利技术提供了在200

【技术实现步骤摘要】
20kW双向单相/三相兼容电动汽车非车载直流充电模块


[0001]本专利技术涉及双向充放电
，具体为20kW双向单相/三相兼容电动汽车非车载直流充电模块。

技术介绍

[0002]电动汽车取代传统能源汽车已成为必然趋势。充电基础设施需要更长时间的规划才能基建完善。同时，充电桩后期运营工作同样正在阻碍充电桩的发展，与高速发展的电动汽车行业相比，充电桩设施分布不均，充电桩比例失衡等问题使得目前充电桩明显处于供不应求的状态，这在一定程度上影响了电动汽车的普及。
[0003]V2G(vehicle
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to
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grid)技术可实现电网与电动汽车(EV:electric vehicle)之间能量的双向流动，EV用户可以是能量消耗者，也可以是能量供应者。在合理控制下，V2G技术的应用可提供调峰、调频以及电压控制，增加对间歇性的可再生能源的消纳，维持电力系统安全稳定运行。而V2G技术的关键技术之一就是高性能双向充放电技术。
[0004]相比于硅Si(MOSFET)，碳化硅(SiC)器件具有更宽的带隙，更高的电子迁移率和电子速度，因此其可以工作与于更高的频率并且具有更高的耐压性能。在导通电阻，阻断电压和结电容方面也明显优于Si MOSFET的对应参数。非车载直流充电模块使用SiC器件，能够发挥其高频、高温和高压的优势，采用SiC MOSFET能够显著提升非车载充电模块的功率密度、减少开关损耗并改善热管理，从而减小充电模块的体积，提高整机效率。
[0005]目前来看用户对电动汽车最为关心的问题就是续航和充电，如今电动汽车所使用的的电池容量越来越大，续航问题基本得到解决。而快速充电就成为了亟待解决的问题，提高充电电压就是一种解决途径。现有技术还存在双向充放电高效率不佳、稳定性不高的技术问题，基于此，本专利技术设计了20kW双向单相/三相兼容电动汽车非车载直流充电模块，以解决上述问题。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于提供双向电动汽车非车载直流充电模块，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。
[0007]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：20kW 500V双向单相/三相兼容电动汽车非车载直流充电模块，包括输入EMC电路、缓启动电路、三相六开关PFC电路、双向CLLC电路、输出滤波电路、输入电流电压采样电路、隔离驱动电路、输出电流电压取样电流、辅助电源电路和DSP控制电路；
[0008]当单相或三相电通过正向输入缓启动电路时，输入电流电压采样电路采集输入电压信号传输给DSP控制电路判断输入是单相电还是三相电，从而控制缓启动电路中的继电器，切换单/三相电输入到输入EMC电路做EMC处理后，再输入到三相六开关PFC电路，整流升压至双向CLLC电路所需的直流电压，双向CLLC电路中的初级四个MOS做全桥LLC谐振并通过隔离变压器相次级做电压变换及功率传递，次级四个MOS做同步整流控制，将交流方波信号
整流直流电，通过输出滤波电路滤波后输出平滑的直流电；
[0009]当200
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500V直流电反向输入到输出滤波电路，同时DSP控制电路接收到反向输出命令时，双向CLLC电路中的次级四个MOS做全桥LLC谐振并通过隔离变压器相初级做电压变换及功率传递，初级四个MOS做同步整流控制，将交流方波信号整流直流电，通过三相六开关PFC电路转换成交流正弦波信号经过输入EMC电路滤波，DSP控制电路根据接收到是输出单相还是三相交流电，控制缓启动电路中的继电器，切换单/三相交流电输出；
[0010]在上述方向输出过程中，DSP控制电路需要实时通过输入电流电压采样电路和输出电流电压采样电路检测电流电压信号，来控制反向输出的状态；
[0011]辅助电源电路给整个充电模块中的电子元器件提供稳定的各种电压的电源；
[0012]所述充电模块将CLLC输出两路并联的直流方波通过电容滤平滑后，再通过共模电感L1、电容C5、C6、C7及Y电容Cy1、Cy2、Cy3、Cy4组成的输出EMC电路消除共模干扰，增强充电模块的抗干扰性，反向输入时它作为输入EMC电路也起到降低输入干扰的功能。
[0013]优选的，所述缓启动电路中，三相输入为三相四线制，分别为L1、L2、L3和N线，DSP控制电路通过输入电流电压采样电路信号判读为三相输入，在L1，L2，L3三个线输入上串入继电器开关，再继电器开关的负载端并上PTC电阻，在交流电刚刚插入时，继电器处于断开状态，此时母线上的电容电压为0，电流通过PTC电阻给电容预充电，使整个系统缓启动，当电容充满即缓启动完成后，继电器闭合使PTC短路，电路进入正常工作状态，如果负载端异常，即在继电器尚未闭合时候就工作，此时PTC电阻上就会有大电流走过，PTC功耗使自身温度升高，其自身的阻抗也随之升高，从而起到关断电路的作用。
[0014]优选的，所述DSP控制电路通过输入电流电压采样电路信号判读为三相输入，则控制继电器K1、K2、K3闭合，K4、K5断开，三相交流电输入到输入EMC电路，改电路采用两级Π型滤波，可有效降低充电模块的EMC干扰，单输入为单相电时，DSP控制电路控制继电器K1、K4、K5闭合，K2、K3断开，交流电的火线通过L1、L2输入三相六开关的回路中实现两交错输入，零线通过K5输入三相六开关的回路中，共同组成两交错图腾柱单相PFC架构，充电模块可实现单/三相输入输出的双向兼容。
[0015]优选的，所述三相六开关PFC电路中，采用两个10kW三相六开关PFC并联输出，当Vinv_A与Vinv_B两点电压Uab为正时：开通Q4、Q5，此时Uab给电感L1储能；然后关闭Q4、Q5，电感L1中的存储能量向负载释放，由于Q1的反向钳位作用，因此负载的电压不能向Uab反灌从而实现升压作用，PFC的工作模式为BOOST模式，当工作在三相模式时，可以通过SVPWM调制技术，调整六个开关管的开关状态实现对输入电流的调整，当工作在单相模式时，可以通过SPWM调制技术实现对输入电流的调整。
[0016]优选的，所述充电模块采用的是全桥LLC拓扑，在变压器初次级两端为对称结构，当左边作为输入端时，通过原边四个开关mos管Q1、Q2、Q3、Q4切换的频率控制整个原边LLC回路的频率控制整个原边LLC回路的频率，副边四个MOS管为同步整流模式，反之，当左边作为输入端时，通过副边四个开关mos管Q5、Q6、Q7、Q8切换的频率控制整个副边LLC回路的频率控制整个副边LLC回路的频率，原边四个MOS管为同步整流模式，双向CLLC电路根据不同的输出状态，采用了PFM控制，移相控制，BOOST升压控制等综合的控制策略方案，以达到最佳的系统输出状态。
[0017]20kW 1000V双向单相/三相兼容电动汽车非车载直流充电模块，其特征在于：包括
输入EMC电路、缓启动电路、三相六开关PFC电路、双向CLLC电路、输出滤波电路、输入电流电压采样电路、隔离驱动电路、输出电流电压取样电流、辅助电源电路和DSP控制电路本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.20kW 500V双向单相/三相兼容电动汽车非车载直流充电模块，其特征在于：包括输入EMC电路、缓启动电路、三相六开关PFC电路、双向CLLC电路、输出滤波电路、输入电流电压采样电路、隔离驱动电路、输出电流电压取样电流、辅助电源电路和DSP控制电路；当单相或三相电通过正向输入缓启动电路时，输入电流电压采样电路采集输入电压信号传输给DSP控制电路判断输入是单相电还是三相电，从而控制缓启动电路中的继电器，切换单/三相电输入到输入EMC电路做EMC处理后，再输入到三相六开关PFC电路，整流升压至双向CLLC电路所需的直流电压，双向CLLC电路中的初级四个MOS做全桥LLC谐振并通过隔离变压器相次级做电压变换及功率传递，次级四个MOS做同步整流控制，将交流方波信号整流直流电，通过输出滤波电路滤波后输出平滑的直流电；当200
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500V直流电反向输入到输出滤波电路，同时DSP控制电路接收到反向输出命令时，双向CLLC电路中的次级四个MOS做全桥LLC谐振并通过隔离变压器相初级做电压变换及功率传递，初级四个MOS做同步整流控制，将交流方波信号整流直流电，通过三相六开关PFC电路转换成交流正弦波信号经过输入EMC电路滤波，DSP控制电路根据接收到是输出单相还是三相交流电，控制缓启动电路中的继电器，切换单/三相交流电输出；在上述方向输出过程中，DSP控制电路需要实时通过输入电流电压采样电路和输出电流电压采样电路检测电流电压信号，来控制反向输出的状态；辅助电源电路给整个充电模块中的电子元器件提供稳定的各种电压的电源；所述充电模块将CLLC输出两路并联的直流方波通过电容滤平滑后，再通过共模电感L1、电容C5、C6、C7及Y电容Cy1、Cy2、Cy3、Cy4组成的输出EMC电路消除共模干扰，增强充电模块的抗干扰性，反向输入时它作为输入EMC电路也起到降低输入干扰的功能。2.根据权利要求1所述的20kW500V双向单相/三相兼容电动汽车非车载直流充电模块，其特征在于：所述缓启动电路中，三相输入为三相四线制，分别为L1、L2、L3和N线，DSP控制电路通过输入电流电压采样电路信号判读为三相输入，在L1，L2，L3三个线输入上串入继电器开关，再继电器开关的负载端并上PTC电阻，在交流电刚刚插入时，继电器处于断开状态，此时母线上的电容电压为0，电流通过PTC电阻给电容预充电，使整个系统缓启动，当电容充满即缓启动完成后，继电器闭合使PTC短路，电路进入正常工作状态，如果负载端异常，即在继电器尚未闭合时候就工作，此时PTC电阻上就会有大电流走过，PTC功耗使自身温度升高，其自身的阻抗也随之升高，从而起到关断电路的作用。3.根据权利要求1所述的20kW500V双向单相/三相兼容电动汽车非车载直流充电模块，其特征在于：所述DSP控制电路通过输入电流电压采样电路信号判读为三相输入，则控制继电器K1、K2、K3闭合，K4、K5断开，三相交流电输入到输入EMC电路，改电路采用两级Π型滤波，可有效降低充电模块的EMC干扰，单输入为单相电时，DSP控制电路控制继电器K1、K4、K5闭合，K2、K3断开，交流电的火线通过L1、L2输入三相六开关的回路中实现两交错输入，零线通过K5输入三相六开关的回路中，共同组成两交错图腾柱单相PFC架构，充电模块可实现单/三相输入输出的双向兼容。4.根据权利要求1所述的20kW500V双向单相/三相兼容电动汽车非车载直流充电模块，其特征在于：所述三相六开关PFC电路中，采用两个10kW三相六开关PFC并联输出，当Vinv_A与Vinv_B两点电压Uab为正时：开通Q4、Q5，此时Uab给电感L1储能；然后关闭Q4、Q5，电感L1中的存储能量向负载释放，由于Q1的反向钳位作用，因此负载的电压不能向Uab反灌从而实
现升压作用，PFC的工作模式为BOOST模式，当工作在三相模式时，可以通过SVPWM调制技术，调整六个开关管的开关状态实现对输入电流的调整，当工作在单相模式时，可以通过SPWM调制技术实现对输入电流的调整。5.根据权利要求1所述的20kW 500V双向单相/三相兼容电动汽车非车载直流充电模块，其特征在于：所述充电模块采用的是全桥LLC拓扑，在变压器初次级两端为对称结构，当左边作为输入端时，通过原边四个开关mos管Q1、Q2、Q3、Q4切换的频率控制整个原边LLC回路的频率控制整个原边LLC回路的频率，副边四个MOS管为同步整流模式，反之，当左边作为输入端时，通过副边四个开关mos管Q5、Q6、Q7、Q8切换的频率控制整个副边LLC回路的频率控制整个副边LLC回路的频率，原边四个MOS管为同步整流模式，双向CLLC电路根据不同的输出状态，采用了PFM控制，移相控制，BOOST升压控制等综合的控制策略方案，以达到最佳的系统输出状态。6.20kW 1000V双向单相/三相兼容电动汽车非车载直流充电模块，其特征在于：包括输入EMC电路、缓启...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘方，张衡，
申请(专利权)人：苏州博沃创新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：