本發(fā)明涉及電動(dòng)汽車(chē)充電，尤其涉及一種基于混合功率處理的電動(dòng)汽車(chē)的充電模塊及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、充電系統(tǒng)作為能量補(bǔ)給裝置，是新能源汽車(chē)大規(guī)模推廣應(yīng)用的關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施。電動(dòng)汽車(chē)充電系統(tǒng)推陳出新，種類(lèi)繁多，主要有交流慢充以及大功率直流快充兩類(lèi)解決方案。目前大功率、高壓超充技術(shù)可有效解決充電速度難題。電動(dòng)汽車(chē)大功率充電技術(shù)構(gòu)架可分為三大類(lèi)：基于傳統(tǒng)工頻變壓器的固定功率式、基于電力電子變壓器的固定功率式、基于功率共享的充電堆式。固定功率式架構(gòu)充電機(jī)的輸出功率被設(shè)計(jì)得很大時(shí)，在給儲(chǔ)能容量較小的電電動(dòng)汽車(chē)充電，會(huì)造成充電能力的浪費(fèi)，充電機(jī)的利用率較低；如果充電機(jī)的輸出功率設(shè)計(jì)得較小，雖然可以提高充電機(jī)的利用率，但是在給儲(chǔ)能容量較大的電動(dòng)汽車(chē)充電時(shí)，又延長(zhǎng)了充電時(shí)間，給車(chē)主帶來(lái)不便。隨著動(dòng)力電池技術(shù)的快速發(fā)展，基于功率共享的充電堆式充電技術(shù)架構(gòu)具有較好的發(fā)展前景。

2、現(xiàn)有的基于功率共享的充電堆式包括充電堆全功率處理和充電堆部分功率處理，但是，傳統(tǒng)的充電堆全功率處理技術(shù)方案，比如公開(kāi)號(hào)為cn116494790a的專利，效率低、電能質(zhì)量差，其中采用sic器件的全功率處理方案成本高、功率等級(jí)低；充電堆部分功率處理技術(shù)方案也同樣具有電能質(zhì)量差、效率低、電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜、可靠性差的問(wèn)題?？傊?，現(xiàn)有技術(shù)方案均無(wú)法實(shí)現(xiàn)效率、成本、電能質(zhì)量和可靠性的綜合最優(yōu)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、(一)要解決的技術(shù)問(wèn)題

2、基于上述問(wèn)題，本發(fā)明提供一種基于混合功率處理的電動(dòng)汽車(chē)的充電模塊及系統(tǒng)，解決充電堆的效率、成本、電能質(zhì)量和可靠性無(wú)法兼顧的問(wèn)題。

3、(二)技術(shù)方案

4、基于上述的技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供一種基于混合功率處理的電動(dòng)汽車(chē)的充電模塊，包括第一ac-dc變換器和混合功率處理單元，所述混合功率處理單元為隔離型dc-dc變換器結(jié)構(gòu)，包括隔離變壓器，至少一個(gè)第一si功率處理模塊，至少一個(gè)第二sic功率處理模塊，以及位于隔離變壓器二次側(cè)的第二ac-dc變換器，所述第一si功率處理模塊和第二sic功率處理模塊并聯(lián)在所述第一ac-dc變換器的直流輸出端口和隔離變壓器的一次側(cè)之間，所述第一ac-dc變換器的交流輸入端口連接交流電源，所述第一ac-dc變換器的直流輸出端口和第二ac-dc變換器的直流輸出端口構(gòu)成混合功率處理單元的直流輸出端口，并連接待充電設(shè)備。

5、進(jìn)一步的，所述第一ac-dc變換器采用h橋變換器，包括h型連接的四個(gè)第一類(lèi)功率開(kāi)關(guān)，所述第一類(lèi)功率開(kāi)關(guān)為si基器件；所述第一si功率處理模塊采用h橋dc-ac變換器，包括h型連接的四個(gè)第二類(lèi)功率開(kāi)關(guān)，所述第二類(lèi)功率開(kāi)關(guān)為si基器件；所述第二sic功率處理模塊采用h橋dc-ac變換器，包括h型連接的四個(gè)第三類(lèi)功率開(kāi)關(guān)，所述第三類(lèi)功率開(kāi)關(guān)為sic基器件；所述第二ac-dc變換器采用h橋變換器，包括h型連接的四個(gè)第四類(lèi)功率開(kāi)關(guān)；所述第一ac-dc變換器的直流輸出端口連接所述第一si功率處理模塊和第二sic功率處理模塊的直流輸入端口，第一si功率處理模塊和第二sic功率處理模塊的交流輸出端口均連接所述隔離變壓器的一次側(cè)，所述隔離變壓器的二次側(cè)連接所述第二ac-dc變換器的交流輸入端口，所述第一ac-dc變換器和第二ac-dc變換器的直流輸出端口構(gòu)成混合功率處理單元的直流輸出端口，并連接待充電設(shè)備。

6、進(jìn)一步的，所述第一ac-dc變換器包括h型連接的四個(gè)第一類(lèi)功率開(kāi)關(guān)qai1、qai2、qai3、qai4，qai1的第一端和qai2的第二端串聯(lián)，qai1與qai2之間設(shè)有交流側(cè)的第一交流輸入端口，qai3的第一端和qai4的第二端串聯(lián)，qai3與qai4之間設(shè)有交流側(cè)的第二交流輸入端口，qai1的第二端與qai3的第二端串聯(lián)，并連接直流側(cè)的第一直流輸出端口，qai2的第一端與qai4的第一端串聯(lián)，并連接直流側(cè)的第二直流輸出端口，第一直流輸出端口連接第一si功率處理模塊的第一直流輸入端口、第二sic功率處理模塊的第三直流輸入端口以及待充電單元的正極，第二直流輸出端口連接第一si功率處理模塊的第二直流輸入端口、第二sic功率處理模塊的第四直流輸入端口以及待充電單元的負(fù)極；其中，qai1、qai2、qai3、qai4的第一端為發(fā)射極，第二端為集電極。

7、進(jìn)一步的，所述第一si功率處理模塊包括h型連接的四個(gè)第二類(lèi)功率開(kāi)關(guān)sai1、sai2、sai3、sai4，每個(gè)第二類(lèi)功率開(kāi)關(guān)并聯(lián)有對(duì)應(yīng)的電容；sai1的第二端與sai3的第二端串聯(lián)，并連接第一直流輸入端口，第一直流輸入端口連接所述第一直流輸出端口，sai2的第一端與sai4的第一端串聯(lián)，并連接第二直流輸入端口，第二直流輸入端口連接所述第二直流輸出端口，sai1的第一端和sai2的第二端串聯(lián)，sai1與sai2之間設(shè)有第一交流輸出端口，sai3的第一端和sai4的第二端串聯(lián)，sai3與sai4之間設(shè)有第二交流輸出端口，第一交流輸出端口和第二交流輸出端口之間連接所述隔離變壓器的一次側(cè)，其中，sai1、sai2、sai3、sai4的第一端為發(fā)射極，第二端為集電極。

8、進(jìn)一步的，所述第二sic功率處理模塊包括h型連接的四個(gè)第三類(lèi)功率開(kāi)關(guān)tai1、tai2、tai3、tai4，每個(gè)第三類(lèi)功率開(kāi)關(guān)并聯(lián)有對(duì)應(yīng)的電容；tai1的第二端與tai3的第二端串聯(lián)，并連接第三直流輸入端口，第三直流輸入端口連接所述第一直流輸出端口，tai2的第一端與tai4的第一端串聯(lián)，并連接第四直流輸入端口，第四直流輸入端口連接所述第一直流輸出端口，tai1的第一端和tai2的第二端串聯(lián)，tai1與tai2之間設(shè)有第三功率交流端口，tai3的第一端和tai4的第二端串聯(lián)，tai3與tai4之間設(shè)有第四交流輸出端口，第三交流輸出端口和第四交流輸出端口之間連接所述隔離變壓器的一次側(cè)，其中，tai1、tai2、tai3、tai4的第一端為源極，第二端為漏極。

9、進(jìn)一步的，所述第一si功率處理模塊、隔離變壓器和第二ac-dc變換器采用的結(jié)構(gòu)形式包括dab變換器、llc諧振變換器、移相全橋變換器和cllc諧振變換器，所述第二sic功率處理模塊、隔離變壓器和第二ac-dc變換器采用的結(jié)構(gòu)形式包括dab變換器、llc諧振變換器、移相全橋變換器和cllc諧振變換器。

10、進(jìn)一步的，當(dāng)采用dab變換器時(shí)，所述第二ac-dc變換器包括h型連接的四個(gè)第四類(lèi)功率開(kāi)關(guān)，所述第四類(lèi)功率開(kāi)關(guān)為igbt；所述第一si功率處理模塊或第二sic功率處理模塊的兩個(gè)交流輸出端口之間串聯(lián)電感l(wèi)ri和隔離變壓器一次側(cè)對(duì)應(yīng)的電感器。

11、進(jìn)一步的，當(dāng)采用llc諧振變換器時(shí)，所述第二ac-dc變換器包括h型連接的四個(gè)第四類(lèi)功率開(kāi)關(guān)，所述第四類(lèi)功率開(kāi)關(guān)為igbt；第一si功率處理模塊或第二sic功率處理模塊的兩個(gè)交流輸出端口之間串聯(lián)電容cri、電感l(wèi)ri和隔離變壓器一次側(cè)對(duì)應(yīng)的電感器。

12、進(jìn)一步的，當(dāng)采用移相全橋變換器時(shí)，所述第二ac-dc變換器包括h型連接的四個(gè)第四類(lèi)功率開(kāi)關(guān)，所述第四類(lèi)功率開(kāi)關(guān)為二極管；所述第一si功率處理模塊或第二sic功率處理模塊的兩個(gè)交流輸出端口之間串聯(lián)電容cri、電感l(wèi)ri和隔離變壓器一次側(cè)對(duì)應(yīng)的電感器。

13、本發(fā)明也公開(kāi)了一種基于混合功率處理的電動(dòng)汽車(chē)的充電系統(tǒng)，包括依次連接的三相級(jí)聯(lián)型多端口ac-dc變流器、功率分配單元和電動(dòng)汽車(chē)充電槍，所述三相級(jí)聯(lián)型多端口ac-dc變流器包括n個(gè)獨(dú)立的級(jí)聯(lián)型輸出端口的如權(quán)利要求1-9任一項(xiàng)所述的基于混合功率處理的電動(dòng)汽車(chē)的充電模塊，所述充電模塊中，a相/b相/c相的第i個(gè)混合功率處理單元的直流輸入端口連接對(duì)應(yīng)相的第i個(gè)第一ac-dc變換器的直流輸出端口，a相的第i個(gè)混合功率處理單元的直流輸出端口與b相的第i個(gè)混合功率處理單元的直流輸出端口、c相的第i個(gè)混合功率處理單元的直流輸出端口相連，共同形成端口i，1≤i≤n；三相級(jí)聯(lián)型多端口ac-dc變流器的交流輸入端口直掛中壓電網(wǎng)配電配電。

14、(三)有益效果

15、本發(fā)明的上述技術(shù)方案具有如下優(yōu)點(diǎn)：

16、(1)本發(fā)明通過(guò)第一ac-dc變換器的直流輸出端并聯(lián)第一si功率處理模塊和第二sic功率處理模塊，且第一ac-dc變換器的輸出端和第二ac-dc變換器的輸出端均連接待充電設(shè)備，使得本發(fā)明的傳輸功率流分成三個(gè)部分：直功率流、主功率流和輔功率流，直功率流直接輸出到待充電設(shè)備，損耗最小，提高效率；主功率流利用大功率低成本的si主功率處理單元低頻處理，使得主功率的輸出波形大致接近輸出期望值，且降低系統(tǒng)開(kāi)關(guān)損耗提高充電能效；輔功率流利用第二sic功率處理模塊的高頻、低損耗的優(yōu)勢(shì)進(jìn)行高頻調(diào)制，調(diào)制出更小塊的功率包，補(bǔ)償因第一si功率處理模塊低頻動(dòng)作引起的高輸出紋波，充分發(fā)揮si結(jié)合sic的混合功率處理單元的異頻交錯(cuò)調(diào)控優(yōu)勢(shì)，抑制充電堆輸出電流紋波、提升電動(dòng)汽車(chē)充電電能質(zhì)量，有助于保障電動(dòng)汽車(chē)蓄電池長(zhǎng)運(yùn)行壽命，且保證系統(tǒng)的高電能轉(zhuǎn)換效率，且混合功率處理單元兼顧si基器件與sic基器件的優(yōu)點(diǎn)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)充電堆性能和成本的綜合最優(yōu)；

17、(2)本發(fā)明的混合功率處理單元為并聯(lián)結(jié)構(gòu)，即第一ac-dc變換器的直流輸出端并聯(lián)第一si功率處理模塊和第二sic功率處理模塊，且第一ac-dc變換器的輸出端和第二ac-dc變換器的輸出端均連接待充電設(shè)備，三種功率輸出方式，具備較好的冗余容錯(cuò)能力，具有高可靠性；

18、(3)本發(fā)明的混合功率處理單元具有四種不同構(gòu)型，使得分別側(cè)重于低成本的中小功率場(chǎng)合、低成本的大功率的應(yīng)用場(chǎng)合、高電能質(zhì)量的高效率的應(yīng)用場(chǎng)合以及、高電能質(zhì)量的大功率的應(yīng)用場(chǎng)合，用戶能根據(jù)不同的需求及構(gòu)型特點(diǎn)選用最合適的混合功率處理單元構(gòu)型，具有較廣的適用性。