[發明專利]電動車輛的非隔離式直流快速充電器

在審

• 申請號: 202110198010.0
• 申請日: 2021-02-22
• 公開（公告）號: CN113291171A
• 公開（公告）日: 2021-08-24
• 發明（設計）人: 威廉·邁克爾·歐爾;周立偉;王偉忠;岑港齊;馬蒂亞斯·普林德爾
• 申請（專利權）人: 紐約市哥倫比亞大學的受托人;溢遠有限公司
• 主分類號: B60L53/30
• 分類號: B60L53/30;H02J7/10;H02M1/12
• 代理公司: 北京高沃律師事務所 11569
• 代理人: 韓雪梅

本發明的系統可減輕電動車輛的非隔離式充電站中的泄漏電流。該系統可包括：逐相電耦合至交流電壓源的一組一個或多個并聯電容器，其中，一個或多個并聯電容器的中性點電耦合至直流地線；逐相電耦合至一個或多個并聯電容器的一組一個或多個電感器，其中，每個電感器與一個電容器串聯并在其下游；電耦合至一個或多個并聯電感器并在其下游的整流器，其中，該整流器將交流電壓源轉換為直流電壓以提供給電池；電耦合至整流器的直流母線；以及控制器，其中，該控制器配置為通過控制該組一個或多個并聯電容器中至少一個的電壓來減輕泄漏電流。

優先權文件

本申請要求申請日為2020年02月21日、申請號為US 62/979,935的美國臨時 申請的優先權，其全部內容全文引用歸并本文。

技術領域

本公開實施例涉及用于減輕電動車輛充電站中泄漏電流的系統和方法。

背景技術

電動車輛持續面臨成本和里程焦慮的挑戰，這會限制它們的普及率。半導體 材料、電池和控制技術的進步正嘗試解決這兩種問題。但仍然存在與里程焦慮癥 內在聯系的第三點主要障礙：充電基礎設施。如果缺乏適用的基礎設施來為電動 車輛快速充電，里程焦慮則仍將成為障礙。例如，特斯拉汽車公司(Tesla Motors) 一直在搭建特斯拉超級充電網絡，在全球主要公路沿線戰略性安置快速充電器， 從而允許長距離全電動行駛。

許多隔離式快速充電器方案中使用了工頻(line frequency)變壓器，但這是 一種體積龐大、成本最高和效率最低的組件。正常情況下，它因尺寸和成本而脫 離車輛，并形成充電站的一部分。由于存在這種組件，快速充電器的尺寸和成本 可能過高。此外，高功率三相工頻變壓器的典型能效值在97％-98％的范圍內，因 此可能導致明顯的功率損耗。然而，充電單元利用傳統電路拓撲結構運行時，隔 離是確保電網電流質量和個人安全的關鍵因素，因為寄生電流會通過兩者之間 的寄生耦合流經大地流到車輛底盤?？s小尺寸或徹底拆除變壓器將會顯著降低 快速充電單元的成本和尺寸。

從充電站上拆除變壓器可能有利于快速充電基礎設施的進一步發展，因此 有利于電動車輛的普及。然而，這樣簡單拆除可能導致共模電壓和接地電流等問 題，進而降低電網電流質量并帶來安全問題。

發明內容

根據本公開一方面，所述系統可包括：逐相電耦合至交流電壓源的一組一個 或多個并聯電容器，其中，一個或多個并聯電容器的中性點可電耦合至直流地 線；逐相電耦合至一個或多個并聯電容器的一組一個或多個電感器，其中，每個 電感器可與一個電容器串聯并在其下游；電耦合至一個或多個并聯電感器并在 其下游的整流器，其中，該整流器可將交流電壓源轉換為直流電壓以提供給電 池；電耦合至整流器的直流母線；以及控制器，其中，該控制器可配置為通過控 制該組一個或多個并聯電容器中至少一個的電壓來減輕泄漏電流。

在一些實施例中，整流器可為三相整流器。在一些實施例中，控制一組一個 或多個并聯電容器的中至少一個的電壓可包括將零序分量電壓穩定在預定值附 近。在一些實施例中，預定值可為直流母線上電壓的二分之一，或為周期波形， 其中該周期波形的平均值為直流母線上電壓的二分之一。在一些實施例中，穩定 零序分量電壓可包括通過一個或多個并聯電感器中至少一個的電流零序分量驅 動為期望電流值。在一些實施例中，通過一個或多個并聯電感器中至少一個驅動 電流零序分量可包括通過整流器施加直流偏移電壓。在一些實施例中，至少一個 電感器可包括E芯、44匝利茲線和高頻鐵氧體材料。在一些實施例中，控制器可 為比例積分(PI)控制器。在一些實施例中，控制器可配置為限制由整流器提供 的電流以保護系統中的開關器件。