一種具有并網(wǎng)功能的充電機的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種電動汽車充電機，尤其涉及一種具有并網(wǎng)功能的充電機。
【背景技術(shù)】
[0002]發(fā)電站為全天候持續(xù)發(fā)電，用電高峰通常在白天，晚上則是低谷，造成白天電不夠用，晚上電用不掉。為了改善這種狀況，一般都建設(shè)儲能電站，在用電低谷時儲存電能，在用電高峰時釋放電能。隨著電動汽車保有量的增加，電動汽車可以作為分散的儲能電站，實現(xiàn)“削峰填谷”功能，減少建設(shè)儲能電站的數(shù)量及費用。
[0003]目前，市場上常規(guī)的電動汽車充電機，僅能實現(xiàn)給電動汽車充電功能，不能實現(xiàn)電動汽車的能量反饋到電網(wǎng)。隨著智能電網(wǎng)的發(fā)展，迫切需要一種能夠與電網(wǎng)互動的充電機，能夠?qū)崿F(xiàn)電動汽車充電功能及并網(wǎng)功能。
【實用新型內(nèi)容】
[0004]為解決現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本實用新型公開了一種具有并網(wǎng)功能的充電機及工作方法，包括輸入前級PWM電路、后級DC/DC充放電電路、采樣電路、CPU控制電路、驅(qū)動電路，能夠?qū)崿F(xiàn)電動汽車的充電功能及并網(wǎng)功能。
[0005]為實現(xiàn)上述目的，本實用新型的具體方案如下:
[0006]—種具有并網(wǎng)功能的充電機，包括前級PWM電路、后級DC/DC充放電電路、采樣電路、CPU控制電路及驅(qū)動電路，前級PWM電路與電網(wǎng)相連，前級PWM電路對輸入的電網(wǎng)進行濾波后傳輸至用于控制電網(wǎng)輸入整流及并網(wǎng)逆變的三相橋式電路，三相橋式電路與后級DC/DC充放電電路相連，后級DC/DC充放電電路給電池充電或者放電；
[0007]前級PffM電路與采樣電路相連，采樣電路用于實現(xiàn)母線電壓采樣、三相電壓采樣及三相電流采樣，采集的母線電壓、三相電壓及三相電流分別傳輸至CHJ控制電路，CPU控制電路的控制環(huán)路根據(jù)采集的母線電壓、三相電流及三相電壓控制波形生成電路，繼而波形生成電路通過驅(qū)動電路控制三相橋式電路的開通及關(guān)閉。
[0008]進一步的，前級PffM電路三相交流輸入分別串聯(lián)三個電感后接三個分流器的一端，三個分流器的另一端分別接上橋臂MOS開關(guān)管的源極，同時分別連接下橋臂MOS開關(guān)管的漏極，上橋臂MOS開關(guān)管的漏極短接在一起接母線電容的正極，下橋臂MOS開關(guān)管的源極短接在一起接母線電容的負極，母線電容正負極接后級DC/DC充放電電路。
[0009]進一步的，采樣電路包括母線電壓采樣電路、三相電壓采樣電路及三相電流采樣電路；
[0010]所述的母線電壓采樣電路包括:母線電容的正極串聯(lián)電阻后連接到運算放大器的同相輸入端，母線電容的負極串聯(lián)電阻后連接到運算放大器的反相輸入端，運算放大器的同相輸入端經(jīng)電阻連接到輸出端，同時連接到CPU控制電路；
[0011]所述的三相電壓采樣電路包括:三相交流輸入分別串聯(lián)三個分壓電阻后接采樣電阻的一端，同時分別串聯(lián)電阻后接運算放大器的同相輸入端，采樣電阻的另一端短接后連接到參考地，運算放大器的反相輸入端分別串聯(lián)電阻后接參考地，運算放大器的同相輸入端分別經(jīng)過電阻后連接運算放大器的輸出端，運算放大器的輸出端連接到CPU控制電路。
[0012]所述的三相電流采樣電路包括:分流器一端分別串聯(lián)電阻后連接到運算放大器的同相輸入端，分流器另一端分別串聯(lián)電阻后連接到運算放大器的反相輸入端，運算放大器的同相輸入端分別串聯(lián)電阻連接到運算放大器的輸出端，運算放大器的輸出端連接到CPU控制電路。
[0013]所述CPU控制電路包括CPU給定模塊、控制環(huán)路及波形生成電路;CPU給定模塊用于給出CPU的信號設(shè)定值；
[0014]所述的控制環(huán)路包括abc/dq坐標變換模塊、電流PI調(diào)節(jié)器、dq/abc坐標變換模塊及電壓PI調(diào)節(jié)器，采樣電路的三相電壓信號接PLL鎖相環(huán)電路，PLL鎖相環(huán)電路輸出為電網(wǎng)電壓相位信號且接abc/dq坐標變換模塊及dq/abc坐標變換模塊，采樣電路的母線電壓信號與CPU給出的信號設(shè)定值比較判斷后接到電壓PI調(diào)節(jié)器，電壓PI調(diào)節(jié)器輸出及CPU的信號設(shè)定值作為電網(wǎng)電流的給定信號與經(jīng)過abc/dq坐標變換的電流信號比較判斷后接電流PI調(diào)節(jié)器，電流PI調(diào)節(jié)器的輸出接dq/abc坐標變換模塊，dq/abc坐標變換模塊的輸出接波形生成電路，波形生成電路的輸出端接驅(qū)動電路。
[0015]所述的波形生成電路包含三個比較器，dq/abc坐標變換模塊的三相控制信號分別連接三個比較器的同相輸入端，三個比較器的反相輸入端連接三角波載波，三個比較器的輸出端接驅(qū)動電路。
[0016]所述的PLL鎖相環(huán)實現(xiàn)三相電網(wǎng)電壓相位的鎖相及檢測功能。
[0017]所述的abc/dq坐標變換模塊實現(xiàn)三相靜止坐標系到兩相旋轉(zhuǎn)坐標系的變換功能，將交流信號變換為直流信號。
[0018]所述的dq/abc坐標變換模塊實現(xiàn)兩相旋轉(zhuǎn)坐標系到三相靜止坐標系的變換功能，將直流信號變換為交流信號。
[0019]所述的電壓PI調(diào)節(jié)器實現(xiàn)電壓的比例積分調(diào)節(jié)功能。
[0020]所述的電流PI調(diào)節(jié)器實現(xiàn)電流的比例積分調(diào)節(jié)功能。
[0021]所述驅(qū)動電路用于將波形生成電路的控制信號隔離放大，控制MOS開關(guān)管的通斷，驅(qū)動電路輸出6路隔離的驅(qū)動信號，分別連接MOS開關(guān)管的柵極。
[0022]所述的后級DC/DC充放電電路可以是雙向BUCK/BOOST電路，實現(xiàn)電池充電及放電功能。
[0023]—種具有并網(wǎng)功能的充電機的工作方法，包括充電機充電模式及充電機逆變并網(wǎng)模式，
[0024]工作在充電機充電模式時，交流輸入經(jīng)濾波電感、分流器后供電到開關(guān)管組成的橋式電路，此時母線電壓采樣電路工作，采集母線電容兩端的電壓與CPU給定值進行比較，將比較結(jié)果通過電壓PI調(diào)節(jié)器調(diào)整，輸出電流參考信號，三相電壓采樣電路工作，將采集到的電壓信號經(jīng)過PLL鎖相環(huán)電路得到電壓相位，三相電流采樣電路工作，將采集的電流信號經(jīng)abc/dq坐標變換模塊，得到反饋信號id、iq，將id信號與電壓PI調(diào)節(jié)器輸出信號比較，將比較結(jié)果通過電流PI調(diào)節(jié)器，將iq信號與CPU給定信號比較，將比較結(jié)果通過電流PI調(diào)節(jié)器，將調(diào)整結(jié)果經(jīng)過dq/abc坐標變換模塊產(chǎn)生三路控制信號，經(jīng)過波形產(chǎn)生電路接驅(qū)動電路，驅(qū)動橋式開關(guān)管工作在整流模式，實現(xiàn)能量從電網(wǎng)流向充電機的充電電池。
[0025]工作在充電機逆變并網(wǎng)模式時，充電機連接的電池端作為輸入，三相交流端作為輸出端，電池能量經(jīng)過DC/DC充放電電路將能量輸出到母線電容，直流電經(jīng)過開關(guān)管組成的橋式逆變電路輸出三相交流電，經(jīng)過分流器、電感后連接到電網(wǎng)，三相電壓采樣電路工作，將采集到的電壓信號經(jīng)過PLL鎖相環(huán)電路得到電壓相位，三相電流采樣電路工作，將采集的電流信號經(jīng)abc/dq坐標變換模塊，得到反饋信號id、iq，反饋信號id、iq與CPU控制電路產(chǎn)生的給定信號形成反饋控制，經(jīng)過PI調(diào)節(jié)器產(chǎn)生調(diào)整后的信號接入dq/abc坐標變換模塊產(chǎn)生三路控制信號，經(jīng)過波形產(chǎn)生電路接驅(qū)動電路，驅(qū)動橋式開關(guān)管工作在逆變并網(wǎng)模式；當電池放電導(dǎo)致母線電壓升高時，電壓采樣電路采集到的母線電壓增大，接入CPU控制電路的信號Ud增大，CPU給定信號ud*不變，產(chǎn)生的反饋誤差信號變大，經(jīng)過電壓PI調(diào)節(jié)器后的信號變大，即電流給定信號增大，經(jīng)過電流PI調(diào)節(jié)器、dq/abc坐標變換模塊、波形產(chǎn)生電路后的驅(qū)動信號占空比增大，控制輸出端電流增大，從而保持母線電容兩端電壓不變。
[0026]本實用新型的有益效果:
[0027](I)本實用新型采樣電路實現(xiàn)電壓電流采樣，PLL鎖相環(huán)電路實現(xiàn)電網(wǎng)電壓相位鎖相，電壓電流反饋值與(PU控制電路給定值進行比較判斷，將得到的誤差信號進行PI調(diào)節(jié)后送入波形生成電路，通過驅(qū)動電路驅(qū)動MOS開關(guān)管工作在整流或者逆變并網(wǎng)狀態(tài)，實現(xiàn)充電機的充電及并網(wǎng)功能。
[0028](2)在前級PWM電路，通過控制MOS開關(guān)管的開通關(guān)斷能夠?qū)崿F(xiàn)整流及逆變并網(wǎng)功能，能夠?qū)崿F(xiàn)母線電壓升壓功能。
[0029](3)控制環(huán)路使用電壓外環(huán)和電流內(nèi)環(huán)的雙環(huán)控制方法，使得充電機工作更加穩(wěn)定、可靠。
【附圖說明】
[0030]圖1為本實用新型實施例的電路原理框圖；
[0031]圖2為本實用新型實施例的電路原理圖；
[0032]其中，LI?L3輸入電感，Rl?R3分流器，Ql?Q6 MOS開關(guān)管，R4?R6分壓電阻，R7?R9采樣電阻，RlO?R27電阻，Ul?U7運算放大器，U8?UlO比較器，Ull PLL鎖相環(huán)，U12 abc/dq坐標變換模塊，U13電流PI調(diào)節(jié)器，U14dq/qbc坐標變換模塊，U15電壓PI調(diào)節(jié)器。
【具體實施方式】
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[0033]下面結(jié)合附圖對本實用新型進行詳細說明:
[0034]—種具有并網(wǎng)功能的充電機，如圖1所示，包括輸入前級PWM電路、后級DC/DC充放電電路、采樣電路、CPU控制電路、驅(qū)動電路，其特征在于:所述前級PWM電路包括用于電網(wǎng)電流濾波的輸入電感1^1、1^、1^3、用于電網(wǎng)電流采樣的分流器1?1、1?2、1?3、用于控制電網(wǎng)輸入整流及并網(wǎng)逆變的三相橋式祖^開關(guān)管譏、02、03、04、05、06、用于儲能及濾波的母線電容(:1;
[0035]如圖2所示，前級Pmi電路三相交流輸入分別串聯(lián)三個電感L1、L2、L3后接分流器R1、R2、R3的一端，分流器R1、R2、R3的另一端分別接上橋臂MOS開關(guān)管Q1、Q2、Q3的源極，同時分別連接下橋臂MOS開關(guān)管Q4、Q5、Q6的漏極，上橋臂MOS開關(guān)管Q1、Q2、Q3的漏極短接在一起接母線電容Cl的正極，下橋臂MOS開關(guān)管Q4、Q5、Q6的源極短接在一起接母線電容Cl的負極，母線電容Cl正負極接后級DC/DC充放電電路，其輸出端用于連接電動汽車電池；
[0036]采樣電路包括母線電壓采樣電路、三相電壓采樣電路、三相電流采樣電路。
[0037]母線電壓采樣電路是這樣的:母線電容Cl的正極串聯(lián)電阻R25后連接到運算放大器U7的同相輸入端，母線電容Cl的負極串聯(lián)電阻R26后連接到運算放大器U7的反相輸入端，運算放大器U7的同相輸入端經(jīng)電阻R28連接到輸出端，同時連接到CPU控制電路；
[0038]三相電壓采樣電路是這樣的:三相交流輸入分別串聯(lián)三個分壓電阻R4、R5、R