电动汽车PWM整流及变压变流脉冲充电系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种电动汽车PWM整流及变压变流脉冲充电系统，属大型蓄电池充电系统，包括整流模块与充电模块，整流模块分别与交流电网和充电模块相连接，所述的充电系统还包括直流充电管理模块，其中充电模块由直流输入模块和直流输出模块所组成；所述的整流模块、直流输入模块、直流输出模块与直流充电管理模块分别都为相互独立的模块，并通过网络总线联系在一起，本实用新型专利技术所提供一种电动汽车PWM整流及变压变流脉冲充电系统结构简单，体积较小，且可适用于所有铅锌蓄电池充电，大大减少了蓄电池的充电时间，应用范围广，适于规模化推广。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及大型蓄电池充电系统，更具体的说是一种电动汽车PWM整流及变压变流脉冲充电系统。
技术介绍
目前电动汽车已经不是一个陌生的名词，电动汽车与内燃汽车相比有着很明显的优越性污染小、噪音小，因此电动汽车的发展相当迅速，电动汽车的电源采用的是大型蓄电池供电，因此对蓄电池进行充电的技术相当重要，普通家用的充电装置功率很小，并且对充电速度要求也不是很高，因此其充电时间普遍较长，但是这种充电装置并不适用于电动汽车使用。用于电动汽车充电的商用充电装置，必须满足蓄电池损耗小、污染小、速度快的要求，由于电动汽车上使用的大型蓄电池都具备容量大、功率大、寿命长等几大特点，所以对其进行充电的设备，尤其是对相当于内燃汽车加油站的商用充电设备的功率要求也很高，这是因为这种充电设备不可能只对一只蓄电池进行充电，而是要对整台车甚至几台车的所有蓄电池进行充电，但是在一味的提高充电设备的功率的同时，也使其在使用过程中对电网的影响很大，其功率较大是影响电网的最主要的因素。传统的大功率充电装置基于相控整流技术，使用晶闸管作为功率器件，除了采用普通的三相整流技术构成充电机外，还发展了多脉波充电机等，但是基于相控整流技术的充电机具有体积笨重、功率因数低、谐波污染大等缺点，如果充电机功率因数较低，在充电机负载增加时，会对电网及其他用电设备产生巨大的影响，这种相控整流充电机为了解决功率因数和谐波污染，必须配备相应的谐波抑制和无功功率补偿设备，但是这样既增加设备体积，又增加了成本，而且即便采取这样的措施，也不能从根本上解决谐波污染和功率因数问题。另外电动汽车的充电好比内燃机汽车的加油，正常情况下需在十分钟左右充电完成。对于电动汽车车载式充电机，其优点是在蓄电池需要充电的任何时候，只要有可用的供电插座，就可以进行充电，而其缺点则是受车上空间所限，因而功率处理能力有限，只能提供小电流慢速充电，充电时间一般较长，如果采用传统的充电技术，电动汽车蓄电池一次充电至少需要12小时以上，还有传统的充电方法充电过于简单，常常会缩短蓄电池的使用寿命，可以想象，采用传统技术对电动汽车进行充电根本无法进行推广。所以解决要大大减少蓄电池充电时间，同时还要保证不对蓄电池产生损坏这一技术问题，有必要研制一种功率因数高、谐波小而又无需配备相应的谐波抑制和无功功率补偿设备的快速充电系统。
技术实现思路
本技术的目的在于解决上述技术问题，提供一种功率因数高，且谐波小而又无需配备相应的谐波抑制和无功功率补偿设备的一种电动汽车PWM整流及变压变流脉冲充电系统。3为解决上述的技术问题，本技术采用以下技术方案本技术提供的一种电动汽车PWM整流及变压变流脉冲充电系统，包括整流模块与充电模块，整流模块分别与交流电网和充电模块相连接，其特征在于所述的充电系统还包括直流充电管理模块，其中充电模块由直流输入模块和直流输出模块所组成；所述的整流模块、直流输入模块、直流输出模块与直流充电管理模块分别都为相互独立的模块，并通过网络总线联系在一起；整流模块对由电源输入的交流电进行整流并经滤波后，形成稳定的直流输出电压，以提供给后续直流输出模块中的变换模块；直流输入模块实现对直流电流进行计量、对直流供电进行控制、对直流输入输出进行安全防护；直流输出模块实现与车载能量管理系统通信，进行输出功率变换，配合输出蓄电池充电所需电压及电流；直流充电管理模块实现人机交互，用于界面显示、身份识别、费用收取、票据打印、 数据管理、控制电流断续、远程监控。进一步的技术方案是所述的整流模块包含变压器、整流器、控制部分、开关电源、 接触器或断路器，接触器或断路器与变压器对主电源输入输出进行隔离和电压的升降，整流器完成主电源由交流到直流的转换，控制部分生成整流器所需的PWM脉冲信号，完成对功率器件的控制及各种逻辑保护，开关电源提供控制所需的各个等级的电压。上述进一步的技术方案是所述的变压器采用环氧树脂浇注干式变压器，一次侧和二次侧均采用星形连接，变压器的一次侧连接交流电网，二次侧连接整流器的输入端；所述的整流器是PWM整流器，通过PWM整流器实现变压器交流电网侧电流为正弦、功率因数可控、电能双向传输。上述进一步的技术方案是所述的控制部分由控制器和PWM整流器控制板组成， PWM整流器控制板为由电流内环、电压外环构成的双闭环控制系统，以DSP作为主控制芯片，采用电压空间矢量调制算法对输入电流、输出电压的进行控制，实现变压器交流电网侧的电流正弦化、单位功率因数和直流输出电压恒定的功能；控制器则用于实现人机交互界面，采用主从式RS485总线与PWM整流器控制板进行通讯，发送运行指令给PWM整流器控制板，控制PWM整流器运行并获得PWM整流器运行状态和参数。上述进一步的技术方案是所述的直流输入模块由功率控制部分、充电电能计量模块、控制板、控制电源板组成。更进一步的技术方案是所述的功率控制部分采用接触器和保护器件实现，使整流后的电路与后级电路安全隔离且可被控制，其控制信号来自于直流充电管理模块；充电电能计量模块采用高精度传感器对电压、电流进行采样，对充电电能进行计量，并通过 RS485通讯接口将电能数据上传给直流充电管理模块；控制板采用16位的DSP作为主控芯片的单片机，完成通讯与驱动功能；控制电源板采用多个集成化的电源模块，将220V交流电源电压转换为多种不同等级的直流电源电压，为控制板、传感器提供稳定的工作电源。再进一步的技术方案是所述的直流输出模块由直流变换模块、控制板、控制电源板组成。上述进一步的技术方案是所述的直流变换模块中采用双向DC-DC变换器，实现4对电动汽车蓄电池的多种模式充电，包含有恒压限流充电、恒流限压充电、三阶段充电、脉冲间歇充电、正负脉冲充电充电模式，多种充电模式可以自由选择；控制板采用16位的DSP 作为主控芯片的单片机，完成通讯、驱动的功能；控制电源板采用多个集成化的电源模块， 将220V交流电源电压转换为多种不同等级的直流电源电压，为控制板提供稳定的工作电源。上述更进一步的技术方案是所述的直流充电管理模块由嵌入式控制器、显示屏、 射频卡读卡器、CAN通信卡、远程监控通信扩展卡、微型打印机组成；直流充电管理模块作为充电系统的控制中心，通过CAN或RS485总线与各个模块进行联系，向各个模块发出各类工作指令、接收模块各类反馈信息，协调模块间的工作时序和逻辑。上述还进一步的技术方案是所述的直流充电管理模块通过射频卡读卡器读取用户信息，并显示IC卡信息，提示用户正确连接充电插头，选择充电时间、充电方式，并确认启动充电；在充电过程中，嵌入式控制器定时获取电量数据，当达到用户设置的充电时间或充电电量时，发送停止充电指令给直流输入模块，控制直流输入模块中接触器执行动作，切断电源，并在显示屏上提示用户充电结束，用户拔下插头后，可以进行付款、查看消费信息、 打印票据的操作。与现有技术相比，本技术的有益效果是在电动汽车的充电过程中能够实现电网侧电流正弦化、单位功率因数恒定，且提高充电系统的功率因数，同时在功率转换控制中实现零压零流的控制，系统效率最高可达95 %，从而减少了电动汽车在充电过程中充电系统中的谐波含量，减小了充电系统及设备对电网的污染，起到节能环保的作用。同时充电系统中的直流输出本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种电动汽车ＰＷＭ整流及变压变流脉冲充电系统，包括整流模块与充电模块，整流模块分别与交流电网和充电模块相连接，其特征在于：所述的充电系统还包括直流充电管理模块，其中充电模块由直流输入模块和直流输出模块所组成；所述的整流模块、直流输入模块、直流输出模块与直流充电管理模块分别都为相互独立的模块，并通过网络总线联系在一起。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：邵泽华，牟慧文，魏小军，
申请(专利权)人：成都秦川科技发展有限公司，
类型：实用新型
国别省市：90