基于v2g的多功能車載充放電器的制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及一種基于V2G的多功能車載充放電器，解決了制動(dòng)過程中能量浪費(fèi)的問題，包括了依次連接的DC/DC轉(zhuǎn)換器、雙向AC/DC轉(zhuǎn)換器和儲(chǔ)能單元，該雙向AC/DC轉(zhuǎn)換器與交流電網(wǎng)連接，再生制動(dòng)控制單元通過交流電機(jī)與雙向AC/DC轉(zhuǎn)換器相連，以實(shí)現(xiàn)從交流電機(jī)到儲(chǔ)能單元的再生制動(dòng)能量的回饋，采用DC/DC轉(zhuǎn)換器，實(shí)現(xiàn)交流電網(wǎng)到儲(chǔ)能單元的充電、儲(chǔ)能單元到交流電機(jī)的放電、交流電機(jī)制動(dòng)到儲(chǔ)能單元的充電三種模式，有效將制動(dòng)過程中產(chǎn)生的能力加以回收利用，保存到蓄電池中，使得車輛的續(xù)駛里程可得到很大的提高，同時(shí)也能實(shí)現(xiàn)能量的節(jié)約和有效利用。
【專利說明】基于V2G的多功能車載充放電器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及電動(dòng)汽車充放電，特別涉及一種基于V2G的多功能車載充放電器。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著日益嚴(yán)重的能源危機(jī)和環(huán)境污染問題，新能源汽車已經(jīng)成為未來汽車工業(yè)的發(fā)展方向，便捷的充放電系統(tǒng)則成為推動(dòng)電動(dòng)汽車快速發(fā)展的關(guān)鍵因素。根據(jù)相關(guān)統(tǒng)計(jì)，一臺(tái)電動(dòng)汽車95%的時(shí)間處于停駛的狀態(tài)，電動(dòng)汽車充電站可以在電網(wǎng)用電低峰時(shí)期對(duì)電動(dòng)汽車及其備用蓄電池進(jìn)行充電，而在用電高峰期將電動(dòng)汽車電池能量反饋回電網(wǎng)，這種電能在電動(dòng)汽車和電網(wǎng)之間循環(huán)利用的技術(shù)就是V2G技術(shù)。在電動(dòng)汽車大力推廣后，成百上千的電動(dòng)汽車就可以構(gòu)成微電網(wǎng)系統(tǒng)，在緊急狀況下還可以作為應(yīng)急電源，為微電網(wǎng)的安全運(yùn)行提供有效的支撐。
[0003]目前，常用的充電電路采用晶閘管相控整流或不可控整流技術(shù)，電路復(fù)雜，成本高，當(dāng)采用二極管整流電路作為充放電系統(tǒng)的主電路時(shí)，雖然能保證網(wǎng)側(cè)輸入電流的基波分量的相位與電網(wǎng)電壓相位大體相同，從而使得基波功率因數(shù)較高，但其網(wǎng)側(cè)輸入電流中高次諧波分量卻很大，從而使得總的功率因數(shù)變低。另外，相控方式的充電裝置同樣也會(huì)導(dǎo)致網(wǎng)側(cè)電壓波形畸變和向電網(wǎng)注入大量的諧波。因此，充放電裝置的諧波污染和低功率因數(shù)已成為阻礙蓄電池充放電系統(tǒng)發(fā)展和應(yīng)用的重大障礙。
[0004]城市工況下，車輛的平均速度較低、負(fù)荷率的起伏變化較大，還需頻繁的啟動(dòng)制動(dòng)，傳統(tǒng)汽車制動(dòng)過程中的所有能量都是以熱能的行駛散發(fā)了，相關(guān)研宄顯示，汽車制動(dòng)過程中以熱能方式耗散的能量約占驅(qū)動(dòng)總能的50%，另外，家電等負(fù)載在制動(dòng)過程中的能量也會(huì)以熱能的形式散發(fā)掉，如果可以將這部分能量加以回收利用，車輛的續(xù)駛里程可得到很大的提高，同時(shí)也能實(shí)現(xiàn)能量的節(jié)約和有效利用。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0005]為了克服制動(dòng)過程中能量浪費(fèi)的不足，本實(shí)用新型提供一種基于V2G的多功能車載充放電器。
[0006]一種基于V2G的多功能車載充放電器，包括了依次連接的交流電網(wǎng)、DC/DC轉(zhuǎn)換器、雙向AC/DC轉(zhuǎn)換器和儲(chǔ)能單元，再生制動(dòng)控制單元通過交流電機(jī)與雙向AC/DC轉(zhuǎn)換器相連，以實(shí)現(xiàn)從交流電機(jī)到儲(chǔ)能單元的再生制動(dòng)能量的回饋。
[0007]所述DC/DC轉(zhuǎn)換器包括可控開關(guān)S1/S2/S3/S4/S5、二極管D1/D2/D3/D4/D5、電感Ls、蓄電池Bat、電容Cl，二極管D1/D2/D3/D4分別反并聯(lián)在可控開關(guān)S1/S2/S3/S4兩端，電容Cl、串聯(lián)后的可控開關(guān)S2/S4均并聯(lián)在雙向AC/DC轉(zhuǎn)換器兩端，可控開關(guān)S1、蓄電池Bat、可控開關(guān)S3依次串聯(lián)后并聯(lián)在交流電網(wǎng)兩端，電感Ls、可控開關(guān)S5、二極管D5串聯(lián)后并聯(lián)在可控開關(guān)SI兩端。
[0008]所述的雙向AC/DC轉(zhuǎn)換器包括三相電壓型PWM整流器和IGBT全控器件。
[0009]還包括電網(wǎng)電力調(diào)度中心，它包括SVPWM發(fā)生器和DSP控制器。
[0010]所述儲(chǔ)能單元包括儲(chǔ)蓄電池Bat和蓄電池管理模塊，所述蓄電池管理模塊包括用于電動(dòng)汽車和蓄電池電流電壓以及SOC的采集的信號(hào)采集模塊和用于處理采集到的信息的MCU處理模塊。
[0011]所述儲(chǔ)能單元還包括監(jiān)測(cè)保護(hù)電路，它包括儲(chǔ)能單元過充電保護(hù)電路和過放電保護(hù)電路。
[0012]所述DC/DC轉(zhuǎn)換器和交流電網(wǎng)之間設(shè)有第一斷路器K1。
[0013]所述雙向AC/DC轉(zhuǎn)換器和交流電機(jī)之間設(shè)有第二斷路器K2。
[0014]本實(shí)用新型的有益效果是:本實(shí)用新型采用DC/DC轉(zhuǎn)換器，實(shí)現(xiàn)交流電網(wǎng)到儲(chǔ)能單元的充電、儲(chǔ)能單元到交流電機(jī)的放電、交流電機(jī)制動(dòng)到儲(chǔ)能單元的充電三種模式，有效將制動(dòng)過程中產(chǎn)生的能力加以回收利用，保存到蓄電池中，使得車輛的續(xù)駛里程可得到很大的提高，同時(shí)也能實(shí)現(xiàn)能量的節(jié)約和有效利用。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1是本實(shí)用新型的電路框圖。
[0016]圖2是本實(shí)用新型的DC/DC轉(zhuǎn)換器電路圖。
[0017]圖3是本實(shí)用新型雙向AC/DC轉(zhuǎn)換器電路圖及雙閉環(huán)控制電路圖。
[0018]圖4是本實(shí)用新型充電電流路徑示意圖。
[0019]圖5是本實(shí)用新型充電電流路徑示意圖。
[0020]圖6是本實(shí)用新型充電電流路徑示意圖。
[0021]圖7是本實(shí)用新型充電電流路徑示意圖。
[0022]圖8是本實(shí)用新型放電電流路徑示意圖。
[0023]圖9是本實(shí)用新型放電電流路徑示意圖。
[0024]圖10是本實(shí)用新型再生制動(dòng)充電電流路徑示意圖。
[0025]圖11是本實(shí)用新型再生制動(dòng)充電電流路徑示意圖。
[0026]圖12是本實(shí)用新型SOC控制流程圖。

【具體實(shí)施方式】
[0027]下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型實(shí)施例作進(jìn)一步說明:
[0028]如圖1所示，一種基于V2G的多功能車載充放電器，包括了依次連接的交流電網(wǎng)、DC/DC轉(zhuǎn)換器、雙向AC/DC轉(zhuǎn)換器和儲(chǔ)能單元，再生制動(dòng)控制單元通過交流電機(jī)與雙向AC/DC轉(zhuǎn)換器相連，以實(shí)現(xiàn)從交流電機(jī)到儲(chǔ)能單元的再生制動(dòng)能量的回饋，有效將制動(dòng)過程中產(chǎn)生的能力加以回收利用，保存到蓄電池中，使得車輛的續(xù)駛里程可得到很大的提高，同時(shí)也能實(shí)現(xiàn)能量的節(jié)約和有效利用。
[0029]如圖2所示，所述DC/DC轉(zhuǎn)換器包括可控開關(guān)S1/S2/S3/S4/S5、二極管D1/D2/D3/D4/D5、電感Ls、蓄電池Bat、電容Cl，二極管D1/D2/D3/D4分別反并聯(lián)在可控開關(guān)S1/S2/S3/S4兩端，電容Cl、串聯(lián)后的可控開關(guān)S2/S4均并聯(lián)在雙向AC/DC轉(zhuǎn)換器兩端，可控開關(guān)S1、蓄電池Bat、可控開關(guān)S3依次串聯(lián)后并聯(lián)在交流電網(wǎng)兩端，電感Ls、可控開關(guān)S5、二極管D5串聯(lián)后并聯(lián)在可控開關(guān)SI兩端，該DC/DC轉(zhuǎn)換器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可以在推進(jìn)和循環(huán)模式中具有升壓能力，可以在剎車回收能量模式提供步增后退功能，在再生制動(dòng)模式中具有降壓能力，滿足充電、放電和直流/直流變頻器的要求，在基于V2G的多功能車載充放電器中加入軟開關(guān)，減少整個(gè)系統(tǒng)的開關(guān)損耗，縮小器件體積，通過進(jìn)一步的提高開關(guān)頻率來減少輸出能量中的諧波含量，減少濾波器的使用容量，提高輸出功率的效率，且交流輸出電壓電流穩(wěn)定，在大容量的充放電系統(tǒng)中能夠輸出失真度較小的正弦波，安全可靠。
[0030]充電操作時(shí)，該轉(zhuǎn)換器包含有兩個(gè)不對(duì)稱的等效電路，該等效電路基于充電操作時(shí)電網(wǎng)電壓的極性來定。
[0031]如圖4、圖5所示，當(dāng)電網(wǎng)電壓的方向是正時(shí)，在電網(wǎng)的半個(gè)周期中，S5轉(zhuǎn)向“開”，同時(shí)根據(jù)電網(wǎng)電力調(diào)度中心的控制系統(tǒng)，S2切換至“關(guān)”，電感Ls電流受到VBat-Vs的影響而減少，類似于典型的升壓操作，此時(shí)電流的路徑是D3-LS-D2，此時(shí)存在另外一路電流的路徑是Ls_S5_D5_D3，由此路電流對(duì)儲(chǔ)能蓄電池進(jìn)彳丁充電。
[0032]如圖6、圖7所示，當(dāng)電網(wǎng)電壓的方向是負(fù)時(shí)，在電網(wǎng)的半個(gè)周期中，S5轉(zhuǎn)向“關(guān)”，同時(shí)根據(jù)電網(wǎng)電力調(diào)度中心的控制系統(tǒng)，S2切換至“開”，電感Ls存儲(chǔ)能量，此時(shí)電流的路徑是D2_Ls_D3。此時(shí)存在另外一路電流的路徑是Ls_Dl_D2，由此路電流對(duì)儲(chǔ)能蓄電池進(jìn)行充電。
[0033]在推進(jìn)過程中升壓操作時(shí)，電網(wǎng)電力調(diào)度中心將儲(chǔ)能蓄電池電壓提高到直流母線電壓，由升壓開關(guān)S2的狀態(tài)來確定傳導(dǎo)路徑，在這個(gè)操作過程中，S2作為主開關(guān)，SI導(dǎo)通允許電流通過。
[0034]放電操作時(shí)，該轉(zhuǎn)換器包含有兩個(gè)不對(duì)稱的等效電路。
[0035]如圖8所示，根據(jù)電網(wǎng)電力調(diào)度中心的控制系統(tǒng)，S2切換至“關(guān)”，此時(shí)電流的路徑是D1-LS-D4，儲(chǔ)能蓄電池和電感Ls將存儲(chǔ)的能量釋放到電機(jī)中，產(chǎn)生高電壓使D4導(dǎo)通，對(duì)高壓母線電容Cl進(jìn)行充電，同時(shí)對(duì)交流電機(jī)進(jìn)行供電。
[0036]如圖9所示，根據(jù)電網(wǎng)電力調(diào)度中心的控制系統(tǒng)，S2切換至“開”，此時(shí)電流的路徑是D1-LS-D4，由此將儲(chǔ)能蓄電池中的能力儲(chǔ)存到電感Ls中。
[0037]再生制動(dòng)的降壓操作中，由于最高的制動(dòng)能量出現(xiàn)在高速行駛時(shí)，因此，降壓操作用來誘導(dǎo)推進(jìn)機(jī)終端兩端的高電壓，是至關(guān)重要的模式。
[0038]如圖10所示，根據(jù)電網(wǎng)電力調(diào)度中心的控制系統(tǒng)，S4切換至“開”，此時(shí)電流的路徑是D4-LS-D1，通過切換S4來降低逆變器的輸出高電壓。在S4導(dǎo)通期間，電感Ls存儲(chǔ)的能量和高壓母線電容Cl的能量從高壓直流母線通過Dl傳給電池。
[0039]如圖11所示，在慣性滑行的操作中，高壓母線電容Cl對(duì)儲(chǔ)能蓄電池放電的同時(shí)，電感Ls也將能量轉(zhuǎn)移給儲(chǔ)能蓄電池，電流的路徑是D2-LS-D1。
[0040]如圖3所示，所述的雙向AC/DC轉(zhuǎn)換器包括三相電壓型PWM整流器和IGBT全控器件，控制三相電壓型PWM整流電路，以獲得網(wǎng)側(cè)電流接近正弦化、單位功率因數(shù)控制、能量的雙向流動(dòng)，真正實(shí)現(xiàn)“綠色電能變化”，三相電壓型PWM整流器既需在整流狀態(tài)工作，又需在逆變狀態(tài)工作，也可稱之為整流/逆變變換器。
[0041]所述的三相電壓型PWM整流器采用電壓電流雙閉環(huán)控制結(jié)構(gòu)，電壓外環(huán)的作用是輸出穩(wěn)定的直流電壓，電流內(nèi)環(huán)是按電壓外輸出的直流電流指令進(jìn)行電流控制，實(shí)現(xiàn)整流變換器單位功率因數(shù)正弦波，同時(shí)為了改善系統(tǒng)的抗干擾能力，減少母線電壓產(chǎn)生的波動(dòng)，對(duì)整流變換器部分采用負(fù)載電流和電網(wǎng)電壓前饋補(bǔ)償?shù)目刂品椒ǎ行У亟档土素?fù)載電流和電網(wǎng)電壓對(duì)直流母線電壓的波動(dòng)。
[0042]如圖1、圖2所示，還包括電網(wǎng)電力調(diào)度中心，它包括SVPWM發(fā)生器和DSP控制器，SVPWM發(fā)生器可以產(chǎn)生PWM信號(hào)對(duì)三相電壓型PWM整流器進(jìn)行控制，DSP控制器控制能量雙向流動(dòng)的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)諧波治理。
[0043]所述儲(chǔ)能單元包括蓄電池Bat和蓄電池管理模塊，所述蓄電池Bat包括儲(chǔ)能蓄電池和備用電池，所述蓄電池管理模塊包括MCU處理模塊和信號(hào)采集模塊；信號(hào)采集模塊主要用于交流電機(jī)、儲(chǔ)能單元電流電壓以及SOC的采集，采集來的信號(hào)傳送到MCU處理模塊進(jìn)行計(jì)算后向電網(wǎng)電力調(diào)度中心發(fā)出控制指令，蓄電池的充電和放電共用一個(gè)變換電路，減少電力電子接口成本。
[0044]如圖12所示，所述的以當(dāng)前SOC為依據(jù)進(jìn)行控制主要通過以下方式:
[0045]當(dāng)SOC彡70%時(shí)，電網(wǎng)電力調(diào)度中心發(fā)出控制信號(hào)，控制斷路器K1/K2，控制接通相關(guān)電路，此時(shí)根據(jù)負(fù)載需求由儲(chǔ)能蓄電池供電給交流電機(jī)，及交流電機(jī)制動(dòng)給儲(chǔ)能蓄電池充電。
[0046]當(dāng)SOC > 90%，需要適當(dāng)放電時(shí)，接通備用電池的開關(guān)，將釋放的電能儲(chǔ)存在備用電池中。
[0047]當(dāng)70%彡SOC彡30%，電網(wǎng)電力調(diào)度中心發(fā)出控制信號(hào)，控制斷路器K1/K2，控制接通相關(guān)電路，此時(shí)根據(jù)負(fù)載需求由儲(chǔ)能蓄電池供電給交流電機(jī)。
[0048]當(dāng)SOC彡30%，電網(wǎng)電力調(diào)度中心發(fā)出控制信號(hào)，控制斷路器K1/K2，控制接通相關(guān)電路，此時(shí)由交流電網(wǎng)對(duì)儲(chǔ)能蓄電池進(jìn)行充電。
[0049]所述儲(chǔ)能單元還包括監(jiān)測(cè)保護(hù)電路，它包括儲(chǔ)能單元過充電保護(hù)電路和過放電保護(hù)電路，以保護(hù)儲(chǔ)能單元的過充電和過放電。
[0050]所述DC/DC轉(zhuǎn)換器和交流電網(wǎng)之間設(shè)有第一斷路器K1。
[0051]所述雙向AC/DC轉(zhuǎn)換器和交流電機(jī)之間設(shè)有第二斷路器K2。
[0052]使用時(shí)，交流電網(wǎng)通過雙向AC/DC轉(zhuǎn)換器和DC/DC轉(zhuǎn)換器對(duì)儲(chǔ)能單元進(jìn)行充電，將電能存儲(chǔ)在儲(chǔ)能單元中。儲(chǔ)能單元可以是電動(dòng)汽車、儲(chǔ)能蓄電池和超級(jí)電容。當(dāng)儲(chǔ)能單元中通過電池管理單元檢測(cè)到電池容量達(dá)到充滿的要求時(shí)，閉合斷路器K1，停止充電。在交流電機(jī)啟動(dòng)的時(shí)候，閉合斷路器K2，通過再生制動(dòng)控制單元，將交流電機(jī)再生制動(dòng)的能量反饋到儲(chǔ)能單元中。保持?jǐn)嗦菲鞯拈]合狀態(tài)，由儲(chǔ)能單元通過雙向AC/DC轉(zhuǎn)換器和DC/DC轉(zhuǎn)換器對(duì)交流電機(jī)供電，直到電機(jī)關(guān)閉。
[0053]以上結(jié)合附圖所描述的實(shí)施例僅是本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施方式，而并非對(duì)本實(shí)用新型的保護(hù)范圍的限定，任何基于本實(shí)用新型精神所做的改進(jìn)都理應(yīng)在本實(shí)用新型保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種基于V2G的多功能車載充放電器，其特征在于:包括了依次連接的交流電網(wǎng)、DC/DC轉(zhuǎn)換器、雙向AC/DC轉(zhuǎn)換器和儲(chǔ)能單元，再生制動(dòng)控制單元通過交流電機(jī)與雙向AC/DC轉(zhuǎn)換器相連，以實(shí)現(xiàn)從交流電機(jī)到儲(chǔ)能單元的再生制動(dòng)能量的回饋。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于V2G的多功能車載充放電器，其特征在于:所述DC/DC轉(zhuǎn)換器包括可控開關(guān)S1/S2/S3/S4/S5、二極管D1/D2/D3/D4/D5、電感Ls、電容Cl，二極管Dl/D2/D3/D4分別反向并聯(lián)在可控開關(guān)S1/S2/S3/S4兩端，電容Cl和串聯(lián)后的可控開關(guān)S2/S4均并聯(lián)在雙向AC/DC轉(zhuǎn)換器兩端，可控開關(guān)S1、蓄電池Bat、可控開關(guān)S3依次串聯(lián)后并聯(lián)在交流電網(wǎng)兩端，電感Ls、可控開關(guān)S5、二極管D5串聯(lián)后并聯(lián)在可控開關(guān)SI兩端。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于V2G的多功能車載充放電器，其特征在于:所述雙向AC/DC轉(zhuǎn)換器包括三相電壓型PWM整流器和IGBT全控器件。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于V2G的多功能車載充放電器，其特征在于:還包括電網(wǎng)電力調(diào)度中心，它包括SVPWM發(fā)生器和DSP控制器。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于V2G的多功能車載充放電器，其特征在于:所述儲(chǔ)能單元包括蓄電池Bat和蓄電池管理模塊，所述蓄電池管理模塊包括用于電動(dòng)汽車和蓄電池電流電壓以及SOC的采集的信號(hào)采集模塊和用于處理采集到的信息的MCU處理模塊。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于V2G的多功能車載充放電器，其特征在于:所述儲(chǔ)能單元還包括監(jiān)測(cè)保護(hù)電路，它包括儲(chǔ)能單元過充電保護(hù)電路和過放電保護(hù)電路。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于V2G的多功能車載充放電器，其特征在于:所述DC/DC轉(zhuǎn)換器和交流電網(wǎng)之間設(shè)有第一斷路器K1。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于V2G的多功能車載充放電器，其特征在于:所述雙向AC/DC轉(zhuǎn)換器和交流電機(jī)之間設(shè)有第二斷路器K2。
【文檔編號(hào)】H02J7/02GK204179732SQ201420675878
【公開日】2015年2月25日 申請(qǐng)日期:2014年11月13日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月13日
【發(fā)明者】范壽銘, 錢祥忠, 張克玲, 沈弋丁, 高秀梅, 張文霞 申請(qǐng)人:溫州大學(xué)