阅读说明：本技术 一种基于串联数字化稳压器的中高压一体化汽车充电系统 (Medium-high voltage integrated automobile charging system based on serial digital voltage stabilizer ) 是由 王建华 范建华 徐鹏飞 李健勋 王嘉伟 王庆园 李鸿儒 张建 李伟 吴雪梅 卢峰 于 2020-05-30 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种基于串联数字化稳压器的中高压一体化汽车充电系统,属于汽车充电技术领域。其结构包括网侧滤波器一端与电网相连,另一端接入输入级交流侧,模组输入级相级联后与数字化稳压器交流侧相连,最后三相的数字化稳压器交流侧剩余端连接到一点,构成星型结构,输入级高压直流侧和数字化稳压器的直流侧分别与中间隔离级的高压直流侧相接,各模组隔离级低压直流侧相并联,与充电桩输入直流侧相接。本发明通过增加调制出的电平数量,来减少电流中的纹波,可大大降低滤波电感的感值,从而减少滤波成本,也有利于提升系统运行效率,也会降低输入级高压模组的数量和开关频率,提升系统效率。(The invention discloses a medium-high voltage integrated automobile charging system based on a series digital voltage stabilizer, and belongs to the technical field of automobile charging. The structure of the high-voltage direct-current charging pile comprises that one end of a network side filter is connected with a power grid, the other end of the network side filter is connected to an input stage alternating-current side, module input stages are connected with a digital voltage stabilizer alternating-current side after being cascaded, the remaining ends of the three-phase digital voltage stabilizer alternating-current side are connected to one point to form a star-shaped structure, the input stage high-voltage direct-current side and the direct-current side of the digital voltage stabilizer are respectively connected with the high-voltage direct-current side of a middle isolation stage, and the low-voltage direct-current sides of. The invention reduces ripple waves in current by increasing the number of modulated levels, can greatly reduce the inductance value of a filter inductor, thereby reducing the filter cost, being beneficial to improving the system operation efficiency, reducing the number of input-stage high-voltage modules and the switching frequency, and improving the system efficiency.)

一种基于串联数字化稳压器的中高压一体化汽车充电系统

技术领域

本发明涉及中高压汽车充电系统技术领域，尤其涉及一种基于串联数字化稳压器的中高压一体化汽车充电系统。

背景技术

中高压一体化汽车充电系统是通过将电网10kV交流电先通过输入级部分，将电网三相交流电变为高压直流电，再通过隔离级部分实现电压等级变换和电气隔离，将高压直流电转变为低压直流电，最后通过充电桩模块来实现给电动汽车充电，根据充电桩的不同功率来实现不同的充电速度。汽车充电系统不仅可以给电动汽车充电，还可以实现高压直流输电、静止无功补偿、有源电力滤波等功能，同时对电网电能质量也有一定改善。但现有的汽车充电系统输入级部分由于模块数较多，会产生控制难易程度较高、成本高、体积大等问题。而且输入级部分对电压进行调制过程中由于产生的电平数量较少，会产生高频纹波，增加系统损耗，不利于电气设备的正常运行，虽然增加模块数量可以增加电平数量，但会带来成本问题。

传统的去除高频纹波的方法包括加大电感和输出电容进行滤波、增加控制来抑制纹波、增加模组数量产生更多的电平数量，这些方法都可以在一定程度上抑制高频纹波，但会增加系统成本和控制难度，实现时间较长。

发明内容

本发明针对上述缺陷及需求，提供了一种基于串联数字化稳压器的中高压一体化汽车充电系统，该汽车充电系统通过加入一个数字化稳压器，用稳压器中的H桥来替换输入级中的H桥结构，减少模组的数目，增加输入级调制的电平数，来减少电流纹波，提高系统效率和运行稳定性。

为了实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：一种基于串联数字化稳压器的中高压一体化汽车充电系统，其特征在于，包括电网侧的滤波器、高压侧输入级变换器、数字化稳压器、中间隔离级变换器、充电桩模块，电网侧滤波器一端与电网相连，另一端接入单模组输入级交流侧其中一端，该单模组输入级交流侧另一端与其他输入级模组相级联，最后一个输入级模组交流侧剩余一端与数字化稳压器交流侧一端相连，最后三相的数字化稳压器交流侧剩余端连接到一点，输入级高压直流侧和数字化稳压器的直流侧分别与中间隔离级的高压直流侧相接，各模组隔离级低压直流侧相并联，与充电桩输入直流侧相接，三相相同。

进一步地，数字化稳压器由直流侧电压VdcN不同的H桥结构串联构成，H桥分为左右两个桥臂，每个桥臂有两个串联的IGBT模块，每个IGBT模块由一个IGBT和一个反并联二极管组成，数字化稳压器串联到输入级的交流侧结构中，输入级每相有n个H桥结构相串联，其直流侧电压为Udc，数字化稳压器的H桥直流侧电压VdcN取决于数字化稳压器的H桥结构数N和输入级直流侧电压Udc，计算公式为：

V_dcN＝U_dc/3^N。

进一步地，输入级由H桥模块构成，H桥分为左右两个桥臂，每个桥臂有两个串联的IGBT模块，每个IGBT模块由一个IGBT和一个反并联二极管组成。

进一步地，滤波器由每相一个电感组成，滤波电感一端与电网相连，另一端接入输入级的H桥左桥臂中点，右桥臂中点与后一个模组输入级左桥臂中点相级联。

进一步地，隔离级由两个H桥结构和一个中频变压器构成，两个H桥分别位于中频变压器原边和副边，用于直流变交流和交流变直流，隔离级高压直流侧与输入级直流侧相接，经过中频变压器后，各相隔离级低压直流侧输出相并联，形成低压直流母线。

进一步地，充电桩模块由功率器件组成，低压直流母线连接到充电桩的输入端，充电桩的直流变换输出端连接到电动汽车上，给电动汽车充电。

进一步地，传统的汽车充电系统在输入级高压模组数为n的情况下，可调制出2*n+1种电平数量，加入数字化稳压器后的调制电平数为m，m取决于数字化稳压器的低压模组N和每相的输入级的高压模组数n，计算公式为:

与现有汽车充电系统相比，本发明的优点和积极效果在于：通过增加调制出的电平数量，来减少电流中的纹波，可大大降低滤波电感的感值，从而减少滤波成本，也有利于提升系统运行效率和稳定性，也会降低输入级高压模组的数量和开关频率，提升系统效率。

附图说明

图1是汽车充电系统总体结构图；

图2是发明实施例的数字化稳压器拓扑图；

图3是本发明实施例的基于串联数字化稳压器的中高压一体化汽车充电系统电路拓扑图；

图4是两个输入级直流侧电压为Udc高压模组调制电压图；

图5是一个输入级直流侧电压为Udc高压模组和一个直流侧电压为Udc/3的数字化稳压器调制电压图。

具体实施方式

以下，结合附图对本发明的具体实施方式进行进一步的描述。

本发明应用的汽车充电系统结构如图1所示，分为三级结构。输入级将10kV交流电转换为高压直流电；中间隔离级将高压直流电转换为低压直流电，并带有电气隔离的作用；输出级为充电桩模块，将直流电进行等级变化，来给汽车充电。

图2为数字化稳压器具体拓扑结构，由直流侧电压不同的H桥拓扑结构构成。基于串联数字化稳压器的中高压一体化汽车充电系统电路拓扑结构如图3所示，其结构包括网侧的滤波器、高压侧输入级变换器、数字化稳压器、中间隔离级变换器、充电桩模块。网侧滤波器一端与电网相连，另一端接入单模组输入级交流侧其中一端，该单模组输入级交流侧另一端与其他输入级模组相级联，最后一个输入级模组交流侧剩余一端与数字化稳压器交流侧一端相连，最后三相的数字化稳压器交流侧剩余端连接到一点，输入级高压直流侧和数字化稳压器的直流侧分别与中间隔离级的高压直流侧相接，各模组隔离级低压直流侧相并联，与充电桩输入直流侧相接，三相相同。

所述的输入级由H桥模块构成，H桥分为左右两个桥臂，每个桥臂有两个串联的IGBT模块，每个IGBT模块由一个IGBT和一个反并联二极管组成，所述的滤波器由每相一个电感组成，滤波电感一端与电网相连，另一端接入输入级的H桥左桥臂中点，右桥臂中点与后一个模组输入级左桥臂中点相级联；

所述的隔离级由两个H桥结构和一个中频变压器构成，两个H桥分别位于中频变压器原边和副边，起着直流变交流和交流变直流的作用，隔离级高压直流侧与输入级直流侧相接，经过中频变压器后，各相隔离级低压直流侧输出相并联，形成低压直流母线。所述的充电桩模块由功率器件组成，低压直流母线连接到充电桩的输入端，充电桩的直流变换输出端连接到电动汽车上，给电动汽车充电；

所述的数字化稳压器由直流侧电压VdcN不同的H桥结构串联构成，H桥分为左右两个桥臂，每个桥臂有两个串联的IGBT模块，每个IGBT模块由一个IGBT和一个反并联二极管组成，将数字化稳压器串联到输入级的交流侧结构中去应用，而输入级每相有n个H桥结构相串联，其直流侧电压为Udc，数字化稳压器的H桥直流侧电压VdcN可由数字化稳压器的H桥结构数N和输入级直流侧电压Udc计算得出，计算公式为V_dcN＝U_dc/3^N。基于串联数字化稳压器的中高压一体化汽车充电系统相比于传统的汽车充电系统每相多了一个数字化稳压器，用于增加输入级调制电平数量和降低输入级高压模组的数量，来提高系统性能。

所述的基于串联数字化稳压器的中高压一体化汽车充电系统相较于传统的汽车充电系统提高了调制的电平数。传统的汽车充电系统在输入级高压模组数为n的情况下，可调制出2*n+1种电平数量，而数字化稳压器可以形成更多不同直流侧电压的低压模组，从而使调制产生更多的电平数。加入数字化稳压器后的调制电平数为m，可由数字化稳压器的低压模组N和每相的输入级的高压模组数n计算得出，具体为图4为两个输入级直流侧电压为Udc高压模组调制电压图，图5为一个输入级直流侧电压为Udc高压模组和一个直流侧电压为Udc/3的数字化稳压器调制电压图，图4和图5对比分析可得，加入数字化稳压器可提高调制电平数。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。