基于高頻隔離技術的模塊化多端口型電動汽車快速充電站的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明是一種基于高頻隔離技術的模塊化多端口型電動汽車快速充電站，其特點是，包括：10kV/0.38kV交流變壓器；0.38kV/0.38kV隔離型變壓器；還包括：模塊化整流裝置、高頻隔離直流變壓器、DC-DC變換器、新能源發(fā)電系統(tǒng)、儲能系統(tǒng)和實時監(jiān)控的后臺監(jiān)控及智能管理系統(tǒng)。具有占地面積小，系統(tǒng)變換效率高，電網(wǎng)諧波污染低，使用安全、方便、快捷，新能源系統(tǒng)直流并網(wǎng)更方便，且系統(tǒng)一體化集成度高等優(yōu)點。
【專利說明】基于高頻隔離技術的模塊化多端口型電動汽車快速充電站
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于電動汽車快速充電基礎設施領域，是一種基于高頻隔離技術的模塊化多端口型電動汽車快速充電站。
【背景技術】
[0002]現(xiàn)有的電動汽車充電方式主要有三種，分別為慢充模式，快充模式，換電模式。三種充電模式合理布局并相互配合可以更好的提高電動汽車普及率。
[0003]因此，電動汽車快速充電裝置同樣屬于電動汽車產(chǎn)業(yè)鏈中不可替代的一部分。
[0004]目前，如圖1所示，現(xiàn)有電動汽車快速充電站所采用的系統(tǒng)結構多為一對一充電模式，輸出功率為50kW左右，可以在15分鐘到30分鐘內充滿電動汽車電池容量的80%。
[0005]現(xiàn)階段電動汽車快速充電站主要存在以下幾個問題:1充電站占地面積大；2系統(tǒng)變換效率低；3較高的電網(wǎng)諧波污染；4新能源發(fā)電系統(tǒng)不易直接接入；5系統(tǒng)一體化集成度低。

【發(fā)明內容】

[0006]本發(fā)明的目的是，克服現(xiàn)有技術的不足，提供了一種占地面積小，系統(tǒng)變換效率高，電網(wǎng)諧波污染低，使用安全、方便、快捷，新能源系統(tǒng)直流并網(wǎng)更方便，且系統(tǒng)一體化集成度高的基于高頻隔離技術的模塊化多端口型電動汽車快速充電站。
[0007]實現(xiàn)上述目的所采用的技術方案是:一種基于高頻隔離技術的模塊化多端口型電動汽車快速充電站，包括:通過工頻降壓實現(xiàn)IOkV中壓交流配電網(wǎng)與380V交流配電網(wǎng)之間功率相互變換的10kV/0.38kV交流變壓器；兩組能夠使一次側與二次側的電氣完全絕緣，并實現(xiàn)一次側與二次側回路隔離的0.38kV/0.38kV隔離型變壓器；兩組能夠對三相交流電能進行整流變換，輸出直流電能的模塊化整流裝置，所述的整流裝置為一個或多個整流模塊，同時兩組整流裝置的直流側進行串聯(lián)組成雙極性直流網(wǎng)；采用高頻隔離技術，對整流后的直流電能進行降壓變換，滿足電動汽車快速充電電壓等級要求的高頻隔離型直流變壓器；能夠對直流電能進行變換，滿足電動汽車快速充電裝置對直流電能的質量要求的DC-DC變換器；為提高能源供給綠色化，采用光伏發(fā)電、風力發(fā)電的直流并網(wǎng)型新能源發(fā)電系統(tǒng)直接接入低電壓等級的直流側；能夠對接入所述的新能源發(fā)電系統(tǒng)之后的整個電動汽車快速充電系統(tǒng)進行能量調節(jié)，維持系統(tǒng)可靠運行的儲能系統(tǒng)。
[0008]所述的高頻隔離型直流變壓器包括:一次側回路、高頻變壓器和二次側回路依次電連接，所述的一次側回路為輸入串聯(lián)的兩組主動開關管IGBT或Mosfet構成的逆變橋臂；所述的二次側回路為輸出并聯(lián)的兩組二極管D構成的整流橋臂；高頻變壓器采取LLC諧振原理進行傳能，使得一次側回路主動開關實現(xiàn)ZVS開通，二次側回路二極管ZCS關斷。
[0009]還包括用于將串口數(shù)據(jù)轉換為IP數(shù)據(jù)或將IP數(shù)據(jù)轉換為串口數(shù)據(jù)通過無線通信網(wǎng)絡進行傳送，以實現(xiàn)對電動汽車快速充電站內的充電設施進行實時監(jiān)控的后臺監(jiān)控及智能管理系統(tǒng)。[0010]本發(fā)明的基于高頻隔離技術的模塊化多端口型電動汽車快速充電站，突破現(xiàn)有電動汽車快速充電站的傳統(tǒng)系統(tǒng)結構概念，將“高頻隔離技術”弓I入到電動汽車充電站模塊化多端口結構設計中，來賦予其“新的系統(tǒng)結構概念”，具有占地面積小，系統(tǒng)變換效率高，電網(wǎng)諧波污染低，使用安全、方便、快捷，新能源系統(tǒng)直流并網(wǎng)更方便，且系統(tǒng)一體化集成度高等優(yōu)點。同時，作為電動汽車產(chǎn)業(yè)的配套設施，在國家政策的大力扶持下，必將快速發(fā)展迎來新的發(fā)展機遇。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]圖1為現(xiàn)有的快速充電站結構框圖。
[0012]圖2為本發(fā)明的基于高頻隔離技術的模塊化多端口型電動汽車快速充電站結構框圖。
[0013]圖3為高頻隔離型直流變壓器電路拓撲結構圖。
[0014]圖4為圖3中高頻變壓器一、二次側的回路拓撲結構圖。
【具體實施方式】
[0015]下面結合附圖和實例對本發(fā)明進行進一步詳細說明。
[0016]參照圖2，本發(fā)明的基于高頻隔離技術的模塊化多端口型電動汽車快速充電站，包括:現(xiàn)有技術常用的10kV/0.38kV降壓變壓器:為電動汽車快速充電裝置提供電能的是城市IOkV配電網(wǎng)，傳統(tǒng)降壓變壓器的作用是將電壓降低至380V，為電動汽車快速充電站提供電能；交流0.38kV/0.38kV隔離型變壓器:輸出的交流380V電壓再經(jīng)過0.38kV/0.38kV隔離型變壓器進行隔離變換，隔離變壓器的主要作用是:使一次側與二次側的電氣完全絕緣，也使該回路隔離，能夠使得兩組整流裝置的直流側進行串聯(lián)；另一個很重要的作用就是保護人身安全，隔離危險電壓；模塊化AC-DC變換裝置:經(jīng)過隔離變換的380V交流電進行整流變換，輸出直流電。在整流過程中，采用模塊化設計，可以經(jīng)過一個或多個整流裝置進行整流，可以根據(jù)實際情況的負荷要求決定是由一個模塊還是多個模塊進行整流變換，進行整流變換之后輸出的直流電匯集到正負直流母線上，采用雙極性拓撲結構，經(jīng)過整流變換后，輸出的直流電匯集到正負兩條母線上，而雙極性型結構理念是多個模塊化整流裝置整流過程結束后，共用一條負極母線，其結構具有的優(yōu)點是:節(jié)約建設成本；增加電動汽車充電裝置的使用可靠性；方便新能源設備及儲能設備接入系統(tǒng)；高頻隔離直流變壓器是采用高頻隔離技術的直流變壓器，它能夠將經(jīng)過模塊化整流過程之后所產(chǎn)生的直流電進行變換，并應用高頻隔離技術，以滿足電動汽車快速充電技術要求；DC-DC變換裝置:對直流電進行變換，使充電過程中的直流電能滿足美國汽車工程師學會(Society of AutomotiveEngineers, SAE)電動汽車快速充電LEVEL-3標準；光伏發(fā)電、風力發(fā)電的新能源發(fā)電系統(tǒng):光伏變換器是一個單向隔離型DC-DC變換器，工作在最大功率點跟蹤(Maximum PowerPoint Tracking, MPPT)模式下，風力變換器是一個三相變頻有源整流器，同樣工作在MPPT模式下；在特殊情況下，都可以對直流側母線電壓進行調節(jié)控制；電池能量儲備系統(tǒng)(BESS):當三相有源前端控制器進行調壓控制時，BESS工作在電流模式下；當交流網(wǎng)側發(fā)生異常時，BESS可以負責直流母線電壓的調節(jié)，保持局部供電的可靠性；后臺監(jiān)控及智能管理系統(tǒng):在常規(guī)后臺監(jiān)控及管理系統(tǒng)條件下，加裝數(shù)據(jù)傳輸單元(Data Transfer unit簡稱DTU)，DTU是專門用于將串口數(shù)據(jù)轉換為IP數(shù)據(jù)或將IP數(shù)據(jù)轉換為串口數(shù)據(jù)通過無線通信網(wǎng)絡進行傳送的無線終端設備，例如:遙測、遙信、遙控以實現(xiàn)對電動汽車快速充電的智能化要求。
[0017]參照圖3和圖4，高頻隔離型直流變壓器采取了 LLC諧振變換原理，實現(xiàn)其高頻隔離，能量傳遞和降壓的功能。同時可以使得變壓器一次側回路的逆變橋臂主動開關管IGBT/Mosfet等開關器件實現(xiàn)ZVS開通，二次側回路的整流橋臂二極管D實現(xiàn)ZCS關斷，提高了其變換效率。因此高頻變壓器可工作在較高的交流頻率下，減小了體積、降低了成本、節(jié)約了空間，同時所用電子元器件均為市售產(chǎn)品。
[0018]本發(fā)明的基于高頻隔離技術的模塊化多端口型電動汽車快速充電站可以對電動汽車進行快速充電，使電動汽車可以在短時間內完成充電，增加電動汽車續(xù)航能力。
[0019]【具體實施方式】僅是對本發(fā)明的說明，并不構成對權利要求保護范圍的限制，本領域技術人員不經(jīng)過創(chuàng)造性勞動的等同替代，均在本發(fā)明保護范圍內。
【權利要求】
1.一種基于高頻隔離技術的模塊化多端口型電動汽車快速充電站，其特征是，包括:通過工頻降壓實現(xiàn)IOkV中壓交流配電網(wǎng)與380V交流配電網(wǎng)之間功率相互變換的10kV/0.38kV交流變壓器；兩組能夠使一次側與二次側的電氣完全絕緣，并實現(xiàn)一次側與二次側回路隔離的0.38kV/0.38kV隔離型變壓器；兩組能夠對三相交流電能進行整流變換，輸出直流電能的模塊化整流裝置，所述的整流裝置為一個或多個整流模塊，同時兩組整流裝置的直流側進行串聯(lián)組成雙極性直流網(wǎng)；采用高頻隔離技術，對整流后的直流電能進行降壓變換，滿足電動汽車快速充電電壓等級要求的高頻隔離型直流變壓器；能夠對直流電能進行變換，滿足電動汽車快速充電裝置對直流電能的質量要求的DC-DC變換器；為提高能源供給綠色化，采用光伏發(fā)電、風力發(fā)電的直流并網(wǎng)型新能源發(fā)電系統(tǒng)，可直接接入低電壓等級的直流側；能夠對接入所述的新能源發(fā)電系統(tǒng)之后的整個電動汽車快速充電系統(tǒng)進行能量調節(jié)，維持系統(tǒng)可靠運行的儲能系統(tǒng)。
2.根據(jù)權利要求1所述的基于高頻隔離技術的模塊化多端口型電動汽車快速充電站，其特征是，所述的高頻隔離型直流變壓器包括:一次側回路、高頻變壓器和二次側回路依次電連接，所述的一次側回路為輸入串聯(lián)的兩組主動開關管IGBT或Mosfet構成的逆變橋臂；所述的二次側回路為輸出并聯(lián)的兩組二極管D構成的整流橋臂；高頻變壓器采取LLC諧振原理進行傳能，使得一次側回路主動開關實現(xiàn)ZVS開通，二次側回路二極管ZCS關斷。
3.根據(jù)權利要求1所述的基于高頻隔離技術的模塊化多端口型電動汽車快速充電站，其特征是，還包括用于將串口數(shù)據(jù)轉換為IP數(shù)據(jù)或將IP數(shù)據(jù)轉換為串口數(shù)據(jù)通過無線通信網(wǎng)絡進行傳送，以實現(xiàn)對電動汽車快速充電站內的充電設施進行實時監(jiān)控的后臺監(jiān)控及智能管理系統(tǒng)。
【文檔編號】H02J7/02GK103795132SQ201410069928
【公開日】2014年5月14日 申請日期:2014年2月28日 優(yōu)先權日:2014年2月28日
【發(fā)明者】劉闖, 蔡國偉, 趙賀雍 申請人:東北電力大學