[发明专利]一种全数字化高效多频快速充电电源

说明书

技术领域

本发明是一种涉及电力电子与电力传动、电池充电技术及电动汽车等新能源领域的全数字化高效多频快速充电电源，属于充电电源的创新技术。 

背景技术

 现有动力电池充电通常采用恒流充电、恒压充电的方法；恒流充电时，由于电池可接受电流的能力随着充电过程而下降，充电后期电流主要用于电解水，析出气体而不能有效地转化为化学能，充电效率下降；恒压充电时，由于电池电压不确定，造成充电电流过大，易出现电池极柱弯曲等问题而影响电池寿命。实际应用多采用恒流、恒压分段式充电的方式，要求较长的充电时间。

采用工频交流电作为输入的充电电源中，往往功率因数低，电流失真率大，脉冲充电对电网产生的谐波干扰比较强，大功率充电电源尤其如此；此外，输出部分的DC/DC变换模块效率也成为影响充电电源往大功率快速充电方向发展的瓶颈。

为此，现有技术中出现了对动力电池进行正负脉冲快速充电的一些方法，并且也有一些较高效率的充电电源出现，例如中国专利200710020300，200710022012.4，201010202827.2等都提及了对电池进行快速充电的技术方案，中国专利200710000451.5，200510091141.x提及了提高功率因数与效率的技术方案，但各自的技术方案各不相同，未见同时将高功率因数高效整流与快速充电结合在一起的技术方案。

发明内容

本发明的目的在于考虑上述问题而提供一种解决大容量电池快速充电的问题的全数字化高效多频快速充电电源。本发明设计合理，方便实用。

本发明的技术方案是：本发明的全数字化高效多频快速充电电源，包括有高功率因数高效整流模块及双向DC/DC变换模块，其中高功率因数高效整流模块包括有滤波电路、有源功率因数校正电路、网压检测电路、输入电流检测电路、PFC数字控制系统、母线电压检测电路、功率因数校正驱动电路及母线超级电容，网压检测电路连接电压保护电路，母线电压检测电路、输入电流检测电路、电压保护电路一起连接至PFC数字控制系统中，PFC数字控制系统通过功率因数校正驱动电路与有源功率因数校正电路连接；双向DC/DC变换模块包括有双向DC/DC变换器、输出滤波电路、双向DC/DC变换器数字控制系统，输出电流检测电路、输出电压检测电路、双向DC/DC变换器驱动电路，输出电流检测电路、输出电压检测电路均连接双向DC/DC变换器数字控制系统，双向DC/DC变换器数字控制系统通过双向DC/DC变换器驱动电路与双向DC/DC变换器连接，双向DC/DC变换器（10）与输出滤波电路相互连接后输出至电池。

上述有源功率因数校正电路包括有电感L1、L2、L3、二极管D1～D18，功率开关管 Q1、Q2、Q3、电容C3、C4，母线超级电容C1、C2、双向DC/DC变换器包括有功率开关管 VT1～VT8、二极管D19～D26、电容C5～C12，电感L4～L7及电容C13、C14，电感L1、L2、L3，二极管D1～D18，功率开关管Q1、Q2、Q3母线中超级电容C1、C2连接构成有源功率因数校正电路；后级由功率开关管 VT1～VT8、二极管D19～D26、电容C5～C12、电感L4～L7及电容C13相互连接构成DC/DC变换器；有源功率因数校正电路中，二极管D7、D8、D9、D10与Q1构成R相的双向开关， D11、D12、D13、D14与Q2构成S相的双向开关，D15、D16、D17、D18与Q3构成T相的双向开关，双向开关的左边分别与输入电感L1、L2、L3相连接，右边同时连接至母线电容的中点，与二极管D1～D6共同构成三相三电平三开关的结构形式，功率开关管 VT1～VT8与反并联的二极管D19～D26、电容C5～C12构成四相桥式的电路，四相上桥臂漏极均与连接有超级电容的直流母线正极连接，四相下桥臂源极均与连接有超级电容的直流母线负极连接，中点分别连接电感L4、L5、L6、L7的左侧，电感L4～L7右侧均接至输出电容C13正极。

上述双向DC/DC变换器中采用的耦合电感L4～L7，L4与L5、L6与L7分别绕在同一个EE磁芯的两边，从左往右看按顺时针方向绕线，电流由b、c流向a或电流由b1、c1流向a1时，所产生的磁通方在磁芯中柱的方向一致，磁芯留有气隙，以确保电感工作时不进入饱和状态，耦合电感的a、a1均接至电容C13正极。

上述VT1、VT2与VT3、VT4驱动信号相位相差180度，VT1、VT2与VT5、VT6驱动信号相位相差90度，VT5、VT6与VT7、VT8驱动信号相位相差180度。