技術(shù)領(lǐng)域:

本發(fā)明涉及電學(xué)領(lǐng)域，尤其涉及電動汽車技術(shù)，特別涉及電動汽車的充換電技術(shù)，具體的是一種基于非接觸式電能傳輸?shù)膿Q電站用模塊化多電平變換器。

背景技術(shù)：
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能源與環(huán)境已成為當(dāng)前最為關(guān)注的問題，為了解決能源和環(huán)保兩大難題，國家出臺了很多措施發(fā)展電動汽車。但如何給電動汽車充電，是讓它“跑得更遠(yuǎn)”必須面對的一個難題。現(xiàn)有技術(shù)中，充電方式主要有：插充和換充。但是像城市環(huán)衛(wèi)、公交等我國電動汽車的先行者，考慮到時間問題，采用插入充電樁的方式充電不現(xiàn)實。解決大型電動車輛的供電問題，較好的方法是建設(shè)換電站，即利用給汽車更換電池的方法代替漫長的充電過程。然而限制大型換電站建設(shè)的一些關(guān)鍵因素如：資金投入大，占地面積大，換電不方便，換電站地點偏僻，城市中心無閑置空間建設(shè)換電站，換電時間較長，換電效率低等有待解決。

技術(shù)實現(xiàn)要素：
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本發(fā)明的目的在于提供一種基于非接觸式電能傳輸?shù)膿Q電站用模塊化多電平變換器，所述的這種基于非接觸式電能傳輸?shù)膿Q電站用模塊化多電平變換器要解決現(xiàn)有技術(shù)中建設(shè)換電站更換電池代替充電導(dǎo)致資金投入大、占地面積大、換電不方便、換電時間長、換電效率低的技術(shù)問題。

本發(fā)明的這種基于非接觸式電能傳輸?shù)膿Q電站用模塊化多電平變換器，包括三相橋臂、復(fù)數(shù)個橋臂電抗器、復(fù)數(shù)個基于非接觸式電能傳輸?shù)淖幽K系統(tǒng)，其中，所述的三相橋臂上分別各自級聯(lián)有復(fù)數(shù)個橋臂電抗器和復(fù)數(shù)個基于非接觸式電能傳輸?shù)淖幽K系統(tǒng)，所述的基于非接觸式電能傳輸?shù)淖幽K系統(tǒng)內(nèi)設(shè)置有子模塊磁芯、第一橋式電路、儲能電容、第二橋式電路、第一線圈和第一線圈骨架，所述的子模塊磁芯上設(shè)置有第一線圈骨架，所述的第一線圈環(huán)繞在第一線圈骨架上，第一線圈的兩端與第二橋式電路相連，所述的第二橋式電路內(nèi)設(shè)有四個開關(guān)管，所述的四個開關(guān)管分別各自和第二橋式電路內(nèi)的四個二極管反向并聯(lián)，所述的儲能電容與第二橋式電路并聯(lián)，第二橋式電路的輸出端連接第一橋式電路，所述的第一橋式電路內(nèi)設(shè)有四個開關(guān)管，所述的四個開關(guān)管分別和第一橋式電路內(nèi)的四個二極管反向并聯(lián)。

進一步的，基于非接觸式電能傳輸?shù)淖幽K系統(tǒng)連接基于非接觸式電能傳輸?shù)碾姵匕龅碾姵匕鼉?nèi)設(shè)有凹型磁芯、第二線圈、第二線圈骨架、第三橋式電路和電池組，所述的凹型磁芯內(nèi)設(shè)置有第二線圈骨架，所述的第二線圈環(huán)繞在第二線圈骨架上，所述的第二線圈和子模塊的第一線圈耦合，所述的第二線圈的兩端與第三橋式電路相連，第三橋式電路內(nèi)設(shè)有四個開關(guān)管，所述的四個開關(guān)管分別各自和第三橋式電路內(nèi)的四個二極管反向并聯(lián)，所述的第三橋式電路的輸出端和電池組相連。

進一步的，基于非接觸式電能傳輸?shù)淖幽K系統(tǒng)以堆疊方式布局。

進一步的，開關(guān)管均采用全控型器件。

進一步的，子模塊磁芯和凹型磁芯采用同樣屬性磁導(dǎo)率相同的材料。本發(fā)明和已有技術(shù)相比較，其效果是積極和明顯的。本發(fā)明的這種基于非接觸式電能傳輸?shù)膿Q電站用模塊化多電平變換器，包括三相橋臂、復(fù)數(shù)個橋臂電抗器、基于非接觸式電能傳輸?shù)淖幽K系統(tǒng)。模塊化多電平變換器由三相構(gòu)成，每相由上橋臂和下橋臂構(gòu)成，各橋臂由n個子模塊和橋臂電抗級聯(lián)而成，并且各橋臂含有一定數(shù)量子模塊作為冗余，隨時可對系統(tǒng)中的問題模塊進行更換。電抗器可以濾除變換器工作過程中產(chǎn)生的諧波并抑制橋臂間環(huán)流。子模塊數(shù)量根據(jù)具體能量等級和子模塊內(nèi)能量需求而定，擴容簡單。子模塊由前級橋式電路，儲能電容，后級橋式電路，發(fā)射線圈，繞有線圈的骨架。所述橋式電路的開關(guān)管（s1、s2、s3、s4、s5、s6、s7和s8）均采用全控型器件，且分別反向并聯(lián)快恢復(fù)二極管。通過控制s1、s2、s3、s4的開關(guān)狀態(tài)從而控制子模塊的投入與切除。每一相的上下橋臂根據(jù)規(guī)模大小以及電池能量等級包含一定數(shù)目的子模塊以及冗余子模塊，冗余模塊可通過控制算法隨時對問題模塊進行切除并更換。正常工作時，單相橋臂，控制每相上橋臂和下橋臂投入的子模塊個數(shù)，即可實現(xiàn)交流側(cè)能量輸出至各個模塊。雖然每個橋臂中各個模塊的投切狀態(tài)不確定，但某一時刻橋臂投入的模塊數(shù)是基本確定的，以使三相橋臂的電壓均衡以抑制三個橋臂間的環(huán)流。

子模塊可連接基于非接觸式電能傳輸?shù)碾姵匕撾姵匕ò夹痛判?、接收線圈、繞有線圈的骨架、與線圈相連的橋式電路、與橋式電路相連的電池組。所述的基于非接觸式電能傳輸?shù)碾姵匕?dāng)需對電池包充電時，可將電池包直接插入子模塊當(dāng)中，位于子模塊當(dāng)中橋式逆變電路的輸出連接發(fā)射線圈，與電池包內(nèi)的接收線圈構(gòu)成變壓器的原副邊線圈，電池包內(nèi)的接收線圈通過橋式整流電路給電池組充電。

當(dāng)電池充電完成，子模塊內(nèi)使s5和s7或者s6和s8處于導(dǎo)通狀態(tài)，使其與電容斷開連接，電池包內(nèi)，使s9和s11或者s10和s12處于通態(tài)，為剩余能量提供回路，同時斷開接收線圈與電池的連接回路。完成此過程后可直接將滿電電池拆卸。在使用過程中，繞有線圈的子模塊磁芯與繞有線圈的電池包磁芯在機械上是非接觸的,保證了拆卸過程中的高效快速，同時避免了電弧的產(chǎn)生。當(dāng)需載入待充電電池時，需使開關(guān)管s5、s6、s7和s8，開關(guān)管s9、s10、s11和s12全部處于斷態(tài)，直接將待充電電池載入，而后進行充電過程。整個過程，電容電壓均衡由具體控制算法保證。

所述的基于非接觸式電能傳輸?shù)陌l(fā)射線圈與接收線圈的匝比數(shù)和繞制方式可根據(jù)需要和實際情況進行一定程度的調(diào)整，使得本發(fā)明中的電池包能夠更好地調(diào)整充電電壓。而且非接觸式的能量傳輸方式，能在全負(fù)載范圍內(nèi)實現(xiàn)開關(guān)管的零電壓開關(guān)，也可通過控制開關(guān)管的時序減小兩個橋式電路之間無功功率的流動，進一步提高電能的傳輸效率。

本發(fā)明提出了基于非接觸式電能傳輸?shù)膿Q電站用模塊化多電平變換器。變換器高度模塊化，可采用堆疊方式進行布局，相比傳統(tǒng)換電站極大的減小了占地面積，可直接建設(shè)在寸土寸金的城市中心。高度模塊化極大的降低了變換器的成本，而且可以隨時對問題模塊進行更換，極大的提高了整個換電站的壽命。電池充電基于非接觸式電能傳輸裝置，多子模塊的串聯(lián)降低了單個子模塊的電壓等級，安全性能大大提高。位于子模塊中的滿電電池可隨時進行拆卸，同時可載入待充電電池，換電迅速便捷。由于采用非接觸式，拆卸載入過程無電弧產(chǎn)生，而且磨損很小，提高了子模塊的壽命。

附圖說明：

圖1是本發(fā)明的基于非接觸式電能傳輸?shù)膿Q電站用模塊化多電平變換器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本發(fā)明的基于非接觸式電能傳輸?shù)膿Q電站用模塊化多電平變換器中的子模塊的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3是本發(fā)明的基于非接觸式電能傳輸?shù)膿Q電站用模塊化多電平變換器中子模塊連接電池包的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4是本發(fā)明的基于非接觸式電能傳輸?shù)膿Q電站用模塊化多電平變換器中子模塊堆疊方式布局的示意圖。

圖5是本發(fā)明的基于非接觸式電能傳輸?shù)膿Q電站用模塊化多電平變換器中子模塊未連接電池包時堆疊方式布局的示意圖。

具體實施方式：

實施例1:

如圖1、圖2、圖3、圖4和圖5所示，本發(fā)明的基于非接觸式電能傳輸?shù)膿Q電站用模塊化多電平變換器，包括三相橋臂、復(fù)數(shù)個橋臂電抗器l、復(fù)數(shù)個基于非接觸式電能傳輸?shù)淖幽K系統(tǒng)sm，其中，所述的三相橋臂上分別各自級聯(lián)有復(fù)數(shù)個橋臂電抗器l和復(fù)數(shù)個基于非接觸式電能傳輸?shù)淖幽K系統(tǒng)sm，所述的基于非接觸式電能傳輸?shù)淖幽K系統(tǒng)sm內(nèi)設(shè)置有子模塊磁芯（圖中未示）、第一橋式電路b1、儲能電容c、第二橋式電路b2、第一線圈l1和第一線圈骨架（圖中未示），所述的子模塊磁芯上設(shè)置有第一線圈骨架，所述的第一線圈l1環(huán)繞在第一線圈骨架上，第一線圈l1的兩端與第二橋式電路b2相連，所述的第二橋式電路b2內(nèi)設(shè)有四個開關(guān)管s5、s6、s7、s8，所述的四個開關(guān)管s5、s6、s7、s8分別各自和第二橋式電路b2內(nèi)的四個二極管l5、l6、l7、l8反向并聯(lián)，所述的儲能電容c與第二橋式電路b2并聯(lián)，第二橋式電路b2的輸出端連接第一橋式電路b1，所述的第一橋式電路b1內(nèi)設(shè)有四個開關(guān)管s1、s2、s3、s4，所述的四個開關(guān)管s1、s2、s3、s4分別和第一橋式電路b1內(nèi)的四個二極管l1、l2、l3、l4反向并聯(lián)。

進一步的，基于非接觸式電能傳輸?shù)淖幽K系統(tǒng)sm連接基于非接觸式電能傳輸?shù)碾姵匕?，所述的電池包?nèi)設(shè)有凹型磁芯（圖中未示）、第二線圈l2、第二線圈骨架（圖中未示）、第三橋式電路b3和電池組vcc，所述的凹型磁芯內(nèi)設(shè)置有第二線圈骨架，所述的第二線圈l2環(huán)繞在第二線圈骨架上，所述的第二線圈l2和子模塊sm的第一線圈l1耦合，所述的第二線圈l2的兩端與第三橋式電路b3相連，第三橋式電路b3內(nèi)設(shè)有四個開關(guān)管s9、s10、s11、s12，所述的四個開關(guān)管s9、s10、s11、s12分別各自和第三橋式電路b3內(nèi)的四個二極管l9、l10、l11、l12反向并聯(lián)，所述的第三橋式電路b3的輸出端和電池組vcc相連。

進一步的，基于非接觸式電能傳輸?shù)淖幽K系統(tǒng)sm以堆疊方式布局。

進一步的，開關(guān)管s1、s2、s3、s4、s5、s6、s7、s8、s9、s10、s11、s12均采用全控型器件。

進一步的，子模塊磁芯和凹型磁芯采用同樣屬性磁導(dǎo)率相同的材料。本發(fā)明的變換器高度模塊化，可采用堆疊方式進行布局，相比傳統(tǒng)換電站極大的減小了占地面積，可直接建設(shè)在寸土寸金的城市中心。高度模塊化極大的降低了變換器的成本，而且可以隨時對問題模塊進行更換，極大的提高了整個換電站的壽命。電池充電基于非接觸式電能傳輸裝置，多子模塊的串聯(lián)降低了單個子模塊的電壓等級，安全性能大大提高。位于子模塊中的滿電電池可隨時進行拆卸，同時可載入待充電電池，換電迅速便捷。由于采用非接觸式，拆卸載入過程無電弧產(chǎn)生，而且磨損很小，提高了子模塊的壽命。