[實用新型]一種高效率的電動汽車直流快充系統

有效

• 申請號: 201820888976.0
• 申請日: 2018-06-08
• 公開（公告）號: CN208646623U
• 公開（公告）日: 2019-03-26
• 發明（設計）人: 陸帥;宋揚
• 申請（專利權）人: 重慶聚陸新能源有限公司
• 主分類號: B60L53/14
• 分類號: B60L53/14;H02J7/02;H02M7/219;H02M1/12
• 代理公司: 北京同恒源知識產權代理有限公司 11275
• 代理人: 趙榮之

本實用新型涉及一種高效率的電動汽車直流快充系統，屬于新能源汽車領域。該系統包含直流快充樁的樁體與輸出直流母線、AC/DC變換器、DC/DC變換器、電容、配電變壓器和電網；配電變壓器的一端連接至電網，另一端連接至AC/DC變換器的AC端，AC/DC變換器的DC端與電動車直流快充樁的輸出直流母線相連；DC/DC變換器的一端與電容相連，另一端與直流快充樁輸出直流母線相連并通過控制來吸收AC/DC直流輸出電流中的低次諧波。本實用新型僅需單級AC/DC功率變換，小功率DC/DC只吸收諧波電流，避免了全部充電功率流過額外的DC/DC變換器，從而節省了成本和提高了直流快充系統的效率。

技術領域

本實用新型屬于新能源汽車領域，涉及一種高效率的電動汽車直流快充系統。

背景技術

近幾年，電動汽車市場飛速擴張，各個國家也在積極推動電動汽車的發展。當前歐洲多個國家已經啟動并制定燃油車禁售時間表，我國在已出臺了相關政策。然而電動汽車充電基礎設施的建設相對滯后，且電動汽車充電時間遠遠長于傳統燃油車的加油時間，造成電動汽車用戶體驗較差，短期內無法取代燃油車。在兩類主要的充電方式中，交流充電樁通常被稱為慢充樁，主要是提供單相交流電的接插與計量，而交直流的變換則依靠車載的幾個千瓦的充電機對電池組充電；直流充電樁通常被稱為快充樁，大功率(幾十到上百千瓦)的三相交流到直流充電功率的變換在直流樁系統中完成，直流樁的輸出直流母線連接電動汽車電池組實現大功率充電，通常在一小時內完成充電。因此，電動汽車用戶體驗接近燃油車的關鍵在于發展直流快速充電技術，推動直流快充設施的建設。

目前的直流快充樁實現方式都是采用兩級功率變換的電源實現方式(如圖1)，且大多數為單向功率流，其中的AC/DC通常采用三相維也納整流器，而DC/DC采用LLC諧振的隔離型結構(如圖2)。為滿足電動汽車與電網互動(V2G)的需求，雙向功率流的電源拓撲結構也在一些示范項目或工程中有應用(如圖3)。一般來說，380V的三相電壓經過AC/DC整流環節后，其輸出直流電壓(公共直流母線電壓)將大于537V，后級的DC/DC變換器將公共直流母線電壓向電動汽車電池組(主流車型的電池電壓范圍為250V-400V)一側降壓。直流快充由于其功率等級較高，可達幾十甚至上百千瓦，因此其效率問題至關重要。目前的充電樁從三相交流側到直流輸出的功率變換的額定工作點效率普遍為94-95％。在這種系統結構下，進一步提高功率變換的效率需要大幅度增加系統的成本。

目前尚沒有直流快充樁的功率變換系統去掉后級的DC/DC功率變換而采用單級AC/DC來對電動汽車電池組進行快充。這樣做實際上可以減少一級功率變換環節，提高效率且節省成本，但將會遇到以下三個問題：

第一，是充電電流的低次諧波問題：一方面電網側的電壓含有5、7、11、13次等主要諧波，造成電壓的正弦度的偏差；另一方面快充樁及所有的電氣設備(負載或并網)的交流網側的負載(或并網)電流必須滿足充電標準的要求，即保持設備網側電流的良好的正弦度；于是電壓電流的乘積所得的功率中就含有了低次諧波；這個低次諧波功率在單級ACDC變換中，只能到DC側，而DC側的電壓在相對穩定的前提下(如直流充電樁的母線電壓是由所連接的電動汽車電池組電壓所決定)，DC側的充電電流就會有低次諧波，從而違反充電標準。在傳統充電樁的兩級功率變換的拓撲結構下，全部的功率都必須通過DCDC，這樣可以通過DCDC來穩定充電樁一側的輸出電流的穩定性，其物理實質是由ACDC與DCDC之間的公共直流母線上的電容來吸收低次諧波功率。

第二，是需要解決較大范圍的輸出直流電壓的變化的問題。單級AC/DC的直流輸出電壓是一個升壓式的，在三相交流電壓為380V時，直流側輸出電壓將大于537V。因此，原有的兩級功率變換中的后級DC/DC進行降壓變換可以實現輸出直流電壓的較大幅度范圍的變化以適配電動汽車電池組的(250V-400V)的端電壓變化范圍。因此，輸入電壓為三相380V的單級AC/DC則無法滿足電動汽車充電的典型電壓范圍。