專利名稱：電動汽車充電設備的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種充電設備，特別是一種電動汽車充電設備。
背景技術：
目前，中國已經成為全球第一大汽車市場，如果中國的汽車業以當前12 %的年均 增長率發展，到2030年，中國的乘用車總量可達2. 87億輛，約占當時世界汽車總量的30%， 如此龐大的汽車保有數量將對能源和環境產生巨大壓力，如果電動汽車在2030年占中國 全部乘用車的30%，屆時中國將節省其石油總需求量的10%，目前的電動汽車充電設備普 遍采用恒壓、恒流充電，而目前電動汽車所用的免維護鉛酸蓄電池在長期浮充狀態下會出 現活性物質脫落，電解液干涸、柵極腐蝕、極板變形及硫化現象，影響蓄電池的使用壽命。
發明內容本實用新型的目的是提供一種電動汽車充電設備，要解決的技術問題是延長電動 汽車蓄電池的使用壽命。本實用新型采用以下技術方案電動汽車充電設備由順序連接的電源輸入模塊、 功率因數校正模塊、DC/DC變換器模塊、正負極脈沖模塊和輸入/輸出端組成。本實用新型的輸入/輸出端連接顯示模塊，顯示模塊還分別與觸摸按鍵、讀卡器 連接。本實用新型的正負脈沖模塊的第一三極管的發射極和第三三極管的發射極與DC/ DC變換器模塊輸出直流電壓的正極相連，第一三極管的集電極接蓄電池的正極，基極經第 四電阻與第四三極管的集電極相連；第四三極管的發射極分別接地及DC/DC變換器的負 極，基極接微控制器的脈寬調制1端口，第三三極管的發射極經限流器接蓄電池的正極，基 極接微控制器的脈寬調制2端口，第二三極管的集電極經第一電阻分別接蓄電池的正極及 第一三極管的集電極，發射極分別接地及DC/DC變換器的負極，基極接微控制器的脈寬調 制3端口，第二電阻一端分別接蓄電池正極及第一三極管的集電極，另一端一路經第三電 阻接地及DC/DC變換器的負極，另一路與微控制器的Vsense端口相連，蓄電池的負極一路 經電流檢測電阻分別接地及DC/DC變換器的負極，另一路接運算放大器的輸入端，輸出端 接微控制器，所述微控制器還接有溫度傳感器。本實用新型的電源輸入模塊的三相電源經串聯的保險絲、浪涌抑制電路、電磁干 擾濾波器、抑制開機電流電路后輸出給功率因數校正模塊；所述三相電源U、V、W分別經第 三保險絲、第二保險絲和第一保險絲送入由U、V兩相之間連接的第一壓敏電阻，V、W兩相之 間連接的第二壓敏電阻，U、W兩相之間連接的第三壓敏電阻組成的浪涌抑制電路；所述電 磁干擾濾波器由分別串接在每相中的第一濾波電感、第二濾波電感、第三濾波電感和濾波 電感兩端、每相與地之間連接的第一至第六濾波電容以及濾波電感的后端、每兩相之間連 接的第一至第三相間濾波電容組成；所述抑制開機電流電路由分別串聯在每相電路中并聯 的第十一電阻和第一繼電器的觸點、第十二電阻和第二繼電器的觸點、第十三電阻和第三
4繼電器的觸點組成。本實用新型的功率因數校正模塊采用3個單相功率因數校正電路在輸出端并聯 輸出的電路，每個單相的全橋整流輸出正電壓端經第三十一電感分別與第三十一二極管的 正極和第三十一功率開關管的漏極相連；全橋整流輸出負電壓端經第三十二電感分別與第 三十二二極管的負極和第三十一功率開關管的源極相連；第三十一二極管的負極經并聯的 輸出濾波電容和后級負載與第三十二二極管的正極相連。本實用新型的DC/DC變換器模塊采用移相控制全橋變換器，輸入電壓的正極分別 與第一功率開關管的漏極、第一電容、第二功率開關管的漏極相連，第一電容的另一端分別 與第一功率開關管的源極、第三功率開關管的漏極、第二電容、變壓器的A端相連，第二電 容的另一端分別與第三功率開關管的源極、輸入電壓的負極、第四功率開關管的源極相連， 第四功率開關管的漏極分別與第二功率開關管的源極、變壓器的B端相連；變壓器輸出側A 同名端分別與第一二極管的正極和第三二極管的負極相連，變壓器輸出側B同名端分別與 第二二極管的正極和第四二極管的負極相連；第一二極管的負極分別與第二二極管的負極 和第三電容相連并通過第四十二電感分別與第六二極管的負極、第四電容、后級負載相連； 第三電容的另一端分別與第六二極管的正極和第五二極管的負極相連，第四電容的另一端 分別與第三二極管的正極、第四二極管的正極、第五二極管的正極和后級負載的另一端相 連。本實用新型與現有技術相比，采用正負脈沖組合活化充電，延長電動汽車蓄電池 的使用壽命。
圖1是本實用新型的電路框圖。圖2是本實用新型實施例的電源輸入模塊電路圖。圖3是本實用新型實施例的功率因數校正模塊電路圖。圖4是本實用新型實施例的DC/DC變換器模塊電路圖。圖5是本實用新型實施例的正負脈沖模塊電路圖。
具體實施方式
以下結合附圖和實施例對本實用新型作進一步詳細說明。如圖1所示，本實用新型的電動汽車充電設備，具有順序連接的電源輸入模塊、功 率因數校正模塊、DC/DC變換器模塊、正負極脈沖模塊、輸入/輸出端，輸入/輸出端連接顯 示模塊，顯示模塊還分別與觸摸按鍵、讀卡器連接。三相交流電經過電源輸入模塊后輸出給功率因數校正模塊，經過功率因數校正后 輸出高壓直流電給DC/DC變換器模塊，DC/DC變換器模塊將高壓直流電變換成合適電壓的 直流電輸出給正負極脈沖模塊，正負脈沖模塊用正負組合脈沖對蓄電池進行充電，正負脈 沖模塊通過輸入/輸出端連接顯示模塊，顯示模塊還分別與觸摸按鍵、讀卡器連接以實現 智能計費。如圖2所示，電源輸入模塊由保險絲、浪涌抑制電路、電磁干擾濾波器、抑制開機 電流電路構成。三相電源經串聯的保險絲、浪涌抑制電路、電磁干擾濾波器、抑制開機電流電路后輸出給功率因數校正模塊。三相電源U、V、W分別經第三保險絲F3、第二保險絲F2 和第一保險絲F1送入由U、V兩相之間連接的第一壓敏電阻M0V1，V、W兩相之間連接的第 二壓敏電阻M0V2，U、W兩相之間連接的第三壓敏電阻M0V3組成的浪涌抑制電路，對輸電線 路中的浪涌電壓進行吸收。電磁干擾濾波器由分別串接在每相中的第一濾波電感L1、第二 濾波電感L2、第三濾波電感L3和濾波電感兩端、每相與地之間連接的第一至第六濾波電容 CY1 CY6以及濾波電感的后端、每兩相之間連接的第一至第三相間濾波電容CX1 CX3組 成，用以對輸入電源的電磁噪聲及雜波信號進行抑制。所述抑制開機電流電路由分別串聯 在每相電路中并聯的第十一電阻R11和第一繼電器K1的觸點、第十二電阻R12和第二繼電 器K2的觸點、第十三電阻R13和第三繼電器K3的觸點組成，用以抑制開機電流，從而有效 的避免大電流沖擊，延長設備使用壽命。如圖3所示，功率因數校正模塊采用3個單相功率因數校正電路，在其輸出端并聯 輸出。每個單相功率因數校正電路的全橋整流輸出正電壓端經第三十一電感L31分別與第 三十一二極管D31的正極和第三十一功率開關管S31的漏極相連；全橋整流輸出負電壓端 經第三十二電感L32分別與第三十二二極管D32的負極和第三十一功率開關管S31的源極 相連；第三十一二極管D31的負極經并聯的輸出濾波電容Co和后級負載R與第三十二二極 管D32的正極相連。第三十一電感L31、第三十一二極管D31、輸出濾波電容Co和第三十一 功率開關管S31組成典型的boost功率校正電路，R是后級負載，第三十二電感L32、第 三十二二極管D32起隔離作用。功率因數校正的目的是為了避免充電站工作時產生的高次 諧波對電網造成污染，減少無功功率損耗。如圖4所示，DC/DC變換器模塊采用移相控制全橋變換器，輸入電壓VIN的正極分 別與第一功率開關管S1的漏極、第一電容C1、第二功率開關管S2的漏極相連，第一電容C1 的另一端分別與第一功率開關管S1的源極、第三功率開關管S3的漏極、第二電容C2、變壓 器T的A端相連。第二電容C2的另一端分別與第三功率開關管S3的源極、輸入電壓VIN 的負極、第四功率開關管S4的源極相連，第四功率開關管S4的漏極分別與第二功率開關管 S2的源極、變壓器T的B端相連。變壓器T輸出側A同名端分別與第一二極管D1的正極 和第三二極管D3的負極相連，變壓器T輸出側B同名端分別與第二二極管D2的正極和第 四二極管D4的負極相連。第一二極管D1的負極分別與第二二極管D2的負極和第三電容 C3相連并通過第四十二電感L42分別與第六二極管D6的負極、第四電容C4、負載RL相連。 第三電容C3的另一端分別與第六二極管D6的正極和第五二極管D5的負極相連，第四電容 C4的另一端分別與第三二極管D3的正極、第四二極管D4的正極、第五二極管D5的正極和 負載RL(正負脈沖模塊)的另一端相連。第三電容C3、第五二極管D5、第六二極管D6組成 的輔助電路復位電流，實現了超前橋臂的ZVS和滯后橋臂的ZCS。VIN是功率因數校正電路 的輸出電壓，第一電容C1、第二電容C2為超前橋臂的并聯電容，Ls是變壓器的漏感，第一至 第四二極管D1 D4是整流二極管，第四電容C4為輸出濾波電容。工作時，首先第一功率開關管S1、第四功率開關管S4導通，原邊向副邊輸出能量， 第三電容C3被充電至最大值。關斷第一功率開關管S1，原邊電流Ip給第一電容C1充電， 給第三電容C3放電，由于第一電容C1的存在，第一功率開關管S1為零電壓關段，此時漏感 和第四十二電感L42串聯，共同提供能量；原邊電壓和副邊電壓均下降，當副邊電壓下降至 箝位電容電壓時，由于第三電容C3的作用，使變壓器副邊電壓下降速度比原邊慢，導致電壓差，作用于漏感Ls使原邊電流下降。第三電容C3放電至零，為第三功率開關管S3提供 零電壓開通的條件。二次側感應電壓作用于漏感Ls，加速了原邊電流Ip的下降，直至Ip完 全復位，開關切換方式為+1/0，0狀態處于電流復位模式。第三電容C3提供負載電流，副邊 電壓下降。第三電容C3放電完全，整流二極管D1 D4全部導通續流，在續流期間由于原 邊電流已經復位，此時關段第四功率開關管S4,開通第二功率開關管S2，由于漏感Ls原邊 電流不能突變，第四功率開關管S4零電流關段，第二功率開關管S2零電流開通。如圖5所示，第一三極管Q1的發射極和第三三極管Q3的發射極與DC/DC變換器 模塊輸出直流電壓的正極相連，第一三極管Q1的集電極接蓄電池(被充電電池)的正極， 基極經第四電阻R4與第四三極管Q4的集電極相連。第四三極管Q4的發射極分別接地及 DC/DC變換器的負極，基極接微控制器MCU的脈寬調制PWM1端口，第三三極管Q3的發射極 經限流器接蓄電池的正極，基極接微控制器MCU的PWM2端口，第二三極管Q2的集電極經第 一電阻R1分別接蓄電池的正極及第一三極管Q1的集電極，發射極分別接地及DC/DC變換 器的負極，基極接微控制器MCU的PWM3端口，第二電阻R2 —端分別接蓄電池正極及第一三 極管Q1的集電極，另一端一路經第三電阻R3接地及DC/DC變換器的負極，另一路與微控制 器MCU的Vsense端口相連，蓄電池的負極一路經電流檢測電阻Rsense分別接地及DC/DC變 換器的負極，另一路接運算放大器U2的輸入端，輸出端接微控制器MCU，所述微控制器MCU 還接有溫度傳感器TH1。第一三極管Q1用以給電池提供正脈沖充電，第二三極管Q2和第一電阻R1對蓄電 池進行放電，第三三極管Q3對電池進行修復性充電，第三三極管Q3輸出端接有限流器。第 二電阻R2、第三電阻R3組成電壓檢測電路，當微處理器MCU檢測到被充電的蓄電池電壓太 低時，蓄電池不適合立刻進行大電流充電，這時需要以較小的恒定電流給蓄電池作修復性 充電。只有當蓄電池電壓上升到一定值時，第一三極管Q1才能給電池提供大電流正脈沖充 電；電流檢測電阻Rsense和運算放大器U2用來在均充時設定恒定充電電流。溫度傳感器 TH1用來檢測蓄電池的溫度，用以調整正脈沖充電時間。工作時，首先微控制器MCU通過第二電阻R2、第三電阻R3組成的電壓檢測電路檢 測電動汽車蓄電池組的電壓，當檢測的電壓低于預設值時，表明蓄電池放電過度，需修復。 此時微控制器MCU的PWM2端口輸出信號驅動第三三極管Q3導通，通過限流器后對蓄電池 進行修復充電。微控制器MCU通過電流檢測電阻Rsense和運算放大器U2組成的電流檢測 電路檢測流過蓄電池的電流，通過PWM2端口來控制第三三極管Q3的導通率來控制充電電 流，實現小電流恒流充電。當微控制器MCU檢測到蓄電池電壓達到預設值時，PWM2端口輸 出截止，第三三極管Q3截止，停止小電流恒流充電；同時微控制器MCU的PWM1端口輸出PWM 正脈沖信號，通過驅動第四三極管Q4使第一三極管Q1導通，對蓄電池進行正脈沖充電。在 每個正脈沖截止時微控制器MCU的PWM3輸出一個脈沖，第二三極管Q2短時導通，通過第一 電阻R1使蓄電池放電。溫度傳感器TH1用來檢測蓄電池的溫度，當溫度達到預定值時停止 充電，保護蓄電池。本實用新型通過在電動汽車充電設備中加入具備蓄電池活化功能的正負脈沖模 塊，延長了蓄電池壽命，減少了蓄電池的更換，從而可以減少資源的消耗以及對環境的污 染。適用于為鉛酸蓄電池充電。
權利要求一種電動汽車充電設備，其特征在于所述電動汽車充電設備由順序連接的電源輸入模塊、功率因數校正模塊、DC/DC變換器模塊、正負極脈沖模塊和輸入/輸出端組成。
2.根據權利要求1所述的電動汽車充電設備，其特征在于所述輸入/輸出端連接顯 示模塊，顯示模塊還分別與觸摸按鍵、讀卡器連接。
3.根據權利要求2所述的電動汽車充電設備，其特征在于所述正負脈沖模塊的第 一三極管(Q1)的發射極和第三三極管(Q3)的發射極與DC/DC變換器模塊輸出直流電壓的 正極相連，第一三極管(Q1)的集電極接蓄電池的正極，基極經第四電阻(R4)與第四三極管 (Q4)的集電極相連；第四三極管(Q4)的發射極分別接地及DC/DC變換器的負極，基極接微 控制器(MCU)的脈寬調制1(PWM1)端口，第三三極管(Q3)的發射極經限流器接蓄電池的正 極，基極接微控制器(MCU)的脈寬調制2(PWM2)端口，第二三極管(Q2)的集電極經第一電 阻(R1)分別接蓄電池的正極及第一三極管(Q1)的集電極，發射極分別接地及DC/DC變換 器的負極，基極接微控制器(MCU)的脈寬調制3(PWM3)端口，第二電阻(R2) —端分別接蓄 電池正極及第一三極管(Q1)的集電極，另一端一路經第三電阻(R3)接地及DC/DC變換器 的負極，另一路與微控制器(MCU)的Vsense端口相連，蓄電池的負極一路經電流檢測電阻 (Rsense)分別接地及DC/DC變換器的負極，另一路接運算放大器(U2)的輸入端，輸出端接 微控制器(MCU)，所述微控制器(MCU)還接有溫度傳感器(TH1)。
4.根據權利要求3所述的電動汽車充電設備，其特征在于所述電源輸入模塊的三相 電源經串聯的保險絲、浪涌抑制電路、電磁干擾濾波器、抑制開機電流電路后輸出給功率因 數校正模塊；所述三相電源U、V、W分別經第三保險絲(F3)、第二保險絲(F2)和第一保險絲 (F1)送入由U、V兩相之間連接的第一壓敏電阻(M0V1)，V、W兩相之間連接的第二壓敏電阻 (M0V2)，U、W兩相之間連接的第三壓敏電阻(M0V3)組成的浪涌抑制電路；所述電磁干擾濾 波器由分別串接在每相中的第一濾波電感(L1)、第二濾波電感(L2)、第三濾波電感(L3)和 濾波電感兩端、每相與地之間連接的第一至第六濾波電容(CY1 CY6)以及濾波電感的后 端、每兩相之間連接的第一至第三相間濾波電容(CX1 CX3)組成；所述抑制開機電流電路 由分別串聯在每相電路中并聯的第十一電阻(R11)和第一繼電器(K1)的觸點、第十二電阻 (R12)和第二繼電器(K2)的觸點、第十三電阻(R13)和第三繼電器(K3)的觸點組成。
5.根據權利要求4所述的電動汽車充電設備，其特征在于所述功率因數校正模塊采 用3個單相功率因數校正電路在輸出端并聯輸出的電路，每個單相的全橋整流輸出正電 壓端經第三十一電感(L31)分別與第三十一二極管(D31)的正極和第三十一功率開關管 (S31)的漏極相連；全橋整流輸出負電壓端經第三十二電感(L32)分別與第三十二二極管 (D32)的負極和第三十一功率開關管(S31)的源極相連；第三十一二極管(D31)的負極經 并聯的輸出濾波電容(Co)和后級負載(R)與第三十二二極管(D32)的正極相連。
6.根據權利要求5所述的電動汽車充電設備，其特征在于所述DC/DC變換器模塊采 用移相控制全橋變換器，輸入電壓(VIN)的正極分別與第一功率開關管(S1)的漏極、第一 電容(C1)、第二功率開關管(S2)的漏極相連，第一電容(C1)的另一端分別與第一功率開關 管(S1)的源極、第三功率開關管(S3)的漏極、第二電容(C2)、變壓器(T)的A端相連，第 二電容(C2)的另一端分別與第三功率開關管(S3)的源極、輸入電壓(VIN)的負極、第四功 率開關管(S4)的源極相連，第四功率開關管(S4)的漏極分別與第二功率開關管(S2)的源 極、變壓器(T)的B端相連；變壓器(T)輸出側A同名端分別與第一二極管(D1)的正極和第三二極管(D3)的負極相連，變壓器(T)輸出側B同名端分別與第二二極管(D2)的正極 和第四二極管(D4)的負極相連；第一二極管(Dl)的負極分別與第二二極管(D2)的負極和 第三電容(C3)相連并通過第四十二電感(L42)分別與第六二極管(D6)的負極、第四電容 (C4)、負載(RL)相連；第三電容(C3)的另一端分別與第六二極管(D6)的正極和第五二極 管(D5)的負極相連，第四電容(C4)的另一端分別與第三二極管(D3)的正極、第四二極管 (D4)的正極、第五二極管(D5)的正極和負載(RL)的另一端相連。
專利摘要本實用新型公開了一種電動汽車充電設備，要解決的技術問題是延長電動汽車蓄電池的使用壽命。本實用新型采用以下方案一種電動汽車充電設備，由順序連接的電源輸入模塊、功率因數校正模塊、DC/DC變換器模塊、正負極脈沖模塊和輸入/輸出端組成。本實用新型與現有技術相比，采用正負脈沖組合活化充電，延長電動汽車蓄電池的使用壽命。
文檔編號H02J7/00GK201656508SQ20102005665
公開日2010年11月24日 申請日期2010年1月18日 優先權日2010年1月18日
發明者韋皓文 申請人:深圳市攀極科技有限公司