[实用新型]基于非接触式电能传输的换电站用模块化多电平变换装置

说明书

技术领域:

本实用新型涉及电学领域，尤其涉及电动汽车技术，特别涉及电动汽车的充换电技术，具体的是一种基于非接触式电能传输的换电站用模块化多电平变换装置。

背景技术:

能源与环境已成为当前最为关注的问题，为了解决能源和环保两大难题，国家出台了很多措施发展电动汽车。但如何给电动汽车充电，是让它“跑得更远”必须面对的一个难题。现有技术中，充电方式主要有：插充和换充。但是像城市环卫、公交等我国电动汽车的先行者，考虑到时间问题，采用插入充电桩的方式充电不现实。解决大型电动车辆的供电问题，较好的方法是建设换电站，即利用给汽车更换电池的方法代替漫长的充电过程。然而限制大型换电站建设的一些关键因素如：资金投入大，占地面积大，换电不方便，换电站地点偏僻，城市中心无闲置空间建设换电站，换电时间较长，换电效率低等有待解决。

实用新型内容：

本实用新型的目的在于提供一种基于非接触式电能传输的换电站用模块化多电平变换装置，所述的这种基于非接触式电能传输的换电站用模块化多电平变换装置要解决现有技术中建设换电站更换电池代替充电导致资金投入大、占地面积大、换电不方便、换电时间长、换电效率低的技术问题。

本实用新型的这种基于非接触式电能传输的换电站用模块化多电平变换装置，包括三相桥臂、复数个桥臂电抗器、复数个基于非接触式电能传输的子模块系统，其中，所述的三相桥臂上分别各自级联有复数个桥臂电抗器和复数个基于非接触式电能传输的子模块系统，所述的基于非接触式电能传输的子模块系统内设置有子模块磁芯、第一桥式电路、储能电容、第二桥式电路、第一线圈和第一线圈骨架，所述的子模块磁芯上设置有第一线圈骨架，所述的第一线圈环绕在第一线圈骨架上，第一线圈的两端与第二桥式电路相连，所述的第二桥式电路内设有四个开关管，所述的四个开关管分别各自和第二桥式电路内的四个二极管反向并联，所述的储能电容与第二桥式电路并联，第二桥式电路的输出端连接第一桥式电路，所述的第一桥式电路内设有四个开关管，所述的四个开关管分别和第一桥式电路内的四个二极管反向并联。

进一步的，基于非接触式电能传输的子模块系统连接基于非接触式电能传输的电池包，所述的电池包内设有凹型磁芯、第二线圈、第二线圈骨架、第三桥式电路和电池组，所述的凹型磁芯内设置有第二线圈骨架，所述的第二线圈环绕在第二线圈骨架上，所述的第二线圈和子模块的第一线圈耦合，所述的第二线圈的两端与第三桥式电路相连，第三桥式电路内设有四个开关管，所述的四个开关管分别各自和第三桥式电路内的四个二极管反向并联，所述的第三桥式电路的输出端和电池组相连。

进一步的，基于非接触式电能传输的子模块系统以堆叠方式布局。

进一步的，开关管均采用全控型器件。

进一步的，子模块磁芯和凹型磁芯采用同样属性磁导率相同的材料。本实用新型和已有技术相比较，其效果是积极和明显的。本实用新型的这种基于非接触式电能传输的换电站用模块化多电平变换装置，包括三相桥臂、复数个桥臂电抗器、基于非接触式电能传输的子模块系统。模块化多电平变换器由三相构成，每相由上桥臂和下桥臂构成，各桥臂由N个子模块和桥臂电抗级联而成，并且各桥臂含有一定数量子模块作为冗余，随时可对系统中的问题模块进行更换。电抗器可以滤除变换器工作过程中产生的谐波并抑制桥臂间环流。子模块数量根据具体能量等级和子模块内能量需求而定，扩容简单。子模块由前级桥式电路，储能电容，后级桥式电路，发射线圈，绕有线圈的骨架。所述桥式电路的开关管（S₁、S₂、S₃、S₄、S₅、S₆、S₇和S₈）均采用全控型器件，且分别反向并联快恢复二极管。通过控制S₁、S₂、S₃、S₄的开关状态从而控制子模块的投入与切除。每一相的上下桥臂根据规模大小以及电池能量等级包含一定数目的子模块以及冗余子模块，冗余模块可通过控制算法随时对问题模块进行切除并更换。正常工作时，单相桥臂，控制每相上桥臂和下桥臂投入的子模块个数，即可实现交流侧能量输出至各个模块。虽然每个桥臂中各个模块的投切状态不确定，但某一时刻桥臂投入的模块数是基本确定的，以使三相桥臂的电压均衡以抑制三个桥臂间的环流。