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CN212708980U - 一种电动汽车便携式应急充放电装置 - Google Patents

一种电动汽车便携式应急充放电装置 Download PDF

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CN212708980U CN202020753696.6U CN202020753696U CN212708980U CN 212708980 U CN212708980 U CN 212708980U CN 202020753696 U CN202020753696 U CN 202020753696U CN 212708980 U CN212708980 U CN 212708980U
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徐文强
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Abstract

本实用新型公开了一种电动汽车便携式应急充放电装置，包括有与交流电源相连接的有线交流充放电接口、与直流电源相连接的有线直流充放电接口、以及可进行无线充电的无线充放电电路，无线充放电电路包括有无线充放电接口；还包括有控制电路及分别与控制电路相连的桥式双向整流器、双向DC‑DC变换器和超级电容器组。本实用新型具有以下优点和效果：可从不同类型电源中快速得到电能储存在大容量超级电容器中，再对电量不足电动汽车进行快速充电，给电动汽车提供一定的续航电能。

Description

一种电动汽车便携式应急充放电装置
技术领域
本实用新型涉及电能传输技术和新型能量转换技术领域，特别涉及一种电动汽车便携式应急充放电装置。
背景技术
随着电动汽车的普及推广和充电技术的发展，市面上同时存在蓄电池容量和电压不同的电动汽车，以及车载充电、交流充电、直流充电、无线充电等充电装置。电动汽车在行驶过程中，如果储能装置的电量不足，电动汽车将无法继续运行到充电站位置。因此，有必要提供一种便携式电动汽车移动应急充放电设备，给电动汽车提供一定的电能，使电动汽车能继续行驶。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种电动汽车便携式应急充放电装置，可利用不同的电源对超级电容器快速充电，再对电量不足的电动汽车进行快速充电。
本实用新型的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：一种电动汽车便携式应急充放电装置，包括有与交流电源相连接的有线交流充放电接口、与直流电源相连接的有线直流充放电接口、以及可进行无线充电的无线充放电电路，所述的无线充放电电路包括有无线充放电接口；还包括有控制电路及分别与控制电路相连的桥式双向整流器、双向DC-DC变换器和超级电容器组；所述的有线交流充放电接口和无线充放电电路均与桥式双向整流器相连，所述的桥式双向整流器与双向DC-DC变换器相连，所述的双向DC-DC变换器与超级电容器组相连，所述的有线直流充放电接口与双向DC-DC变换器相连，所述的控制电路还与无线充放电电路相连。
进一步设置是：所述的桥式双向整流器由四个整流臂构成，且每一个所述的整流臂均由一个全控器件IGBT与反向并联二极管组成，所述的控制电路与四个整流臂相连，并控制该四个整流臂的通断和电流流向。
进一步设置是：所述的双向DC-DC变换器为由全控器件IGBT与反向并联二极管组成的双向Buck/boost型的双向DC-DC变换器。
进一步设置是：所述的超级电容器组包括有一组超级电容器，且该超级电容器串联有一个用于减少电流波动对充电干扰的电感Lc。
进一步设置是：所述的无线充放电电路包括有发射接收线圈Ls、补偿电感Lk、补偿电容Cs、继电器1、继电器2和继电器3，所述的继电器1、继电器2和继电器3用于控制无线充放电电路的拓扑切换，从而对超级电容器组进行不同方式的充电切换。
进一步设置是：所述的无线充放电电路还包括用于调整发射接收线圈Ls与待充电接收发射线圈位置的线圈位置控制装置。
本实用新型的有益效果在于：
1、本实用新型利用一种便携式移动应急充放电装置，从不同类型电源中快速得到电能储存在大容量的超级电容器中，再对电量不足电动汽车进行快速充电，给电动汽车提供一定的电能，使其能继续行驶到最近的充电站(桩)位置。本应急充放电装置适合于附近的不同类型电源，如有线交流充电站(桩)、有线直流充电站(桩)、无线充电站(桩)、有电的电动汽车、有电的蓄电池等。
2、本实用新型涉及到电动汽车便携式移动应急充放电装置，相比现有位置固定的充电站(桩)，具有更好灵活性。同时，本装置也实用于其他类型的电动装置(如电动车、电瓶车等)。体积小、电路简单、便于集成、易于推广。
附图说明
图1为实施例的功能框图；
图2为实施例的结构框图；
图3为实施例的电路图；
图4为实施例中超级电容器充电过程中电流流向示意图；
图5为实施例中超级电容器放电过程中电流流向示意图。
图中：11、有线交流充放电接口；12、有线直流充放电接口；13、无线充放电电路；14、桥式双向整流器；15、双向DC-DC变换器；16、超级电容器组；17、控制电路；18、驱动与保护电路；19、充放电电压电流测量电路；131、线圈位置控制装置。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型作进一步详细说明。
如附图1至附图5所示，一种电动汽车便携式应急充放电装置，包括有与交流电源相连接的有线交流充放电接口11、与直流电源相连接的有线直流充放电接口12、以及可进行无线充电的无线充放电电路13，无线充放电电路13包括有无线充放电接口；还包括有控制电路17及分别与控制电路17相连的桥式双向整流器14、双向DC-DC变换器15和超级电容器组16；有线交流充放电接口11和无线充放电电路13均与桥式双向整流器14相连，桥式双向整流器14与双向DC-DC变换器15相连，双向DC-DC变换器15与超级电容器组16相连，有线直流充放电接口12与双向DC-DC变换器15相连，控制电路17还与无线充放电电路13相连；当然，在本实施例中可设置现有技术中的充放电电压电流测量电路19和驱动与保护电路18，来让本装置的运行更加可靠。
其中，桥式双向整流器14由四个整流臂构成，且每一个整流臂均由一个全控器件IGBT(如附图3中的S1-S4)与反向并联二极管(如附图3中的D1-D4)组成，控制电路17与四个整流臂相连，并控制该四个整流臂的通断和电流流向；上下两个整流臂通断互补，前后两个整流臂通断互补或有可调相位差。用交流电源或无线充电电源对本装置的超级电容器(如附图3中的Sc)充电时，S1-S4和D1-D4形成整流电路，用本装置的超级电容器对待充电的电动汽车进行无线充电或车载充电器充电时，S1-S4和D1-D4形成逆变电路。用于无线充放电时桥式双向整流器14的工作驱动信号通常为80kHz-120kHz高频信号，而用于有线交流充放电时桥式双向整流器14的工作驱动信号通常为50Hz工频信号。
其中，双向DC-DC变换器15为由全控器件IGBT(如附图3中的S5-S6)与反向并联二极管(如附图3中的D5-D6)组成的双向Buck/boost型的双向DC-DC变换器。
超级电容器组16包括有一组超级电容器，且该超级电容器串联有一个用于减少电流波动对充电干扰的电感Lc。
当对本装置的超级电容器充电时，双向DC-DC变换器15中的S5-S6工作于降压Buck模式，当本装置的超级电容器放电时，双向DC-DC变换器15中的S5-S6工作于降压Boost模式。
其中，无线充放电电路13包括有发射接收线圈Ls、补偿电感Lk、补偿电容Cs、继电器1、继电器2和继电器3，继电器1、继电器2和继电器3用于控制无线充放电电路13的拓扑切换，从而对超级电容器组16进行不同方式的充电切换。继电器1、继电器2闭合而继电器3断开时为LCL拓扑形成超级电容器恒流充电方式，继电器1、继电器2断开而继电器3闭合时为S拓扑形成超级电容器恒压充电方式。
其中，无线充放电电路13还包括用于调整发射接收线圈Ls与待充电接收发射线圈位置的线圈位置控制装置131。线圈位置控制装置131属于现有的技术领域，是发射接收线圈Ls与待充电接收发射线圈位置对准系统，一般由2个微步进电机和十字形螺杆组成。
对本装置进行快速充电的过程为：对于电源是交流充电桩或交流电源，采用有线充电模式，将电源接入有线交流充放电接口11，经过桥式双向整流器14和双向DC-DC变换器15，给超级电容器进行充电；对于电源是直流充电桩或蓄电池，将电源接入有线直流充放电接口12，经过双向DC-DC变换器15，给超级电容器进行充电；对于电源是无线充电桩或无线充电的电动汽车，将电源接入无线充放电接口，利用线圈位置控制装置131调整发射接收线圈Ls与充电桩或有电电动汽车的发射线圈对准，发射接收线圈Ls接收到充电桩或附近有电电动汽车发射的高频磁场而感应出高频交流电圧，经过桥式双向整流器14和双向DC-DC变换器15，对超级电容器进行充电。本装置中的无线充放电电路13可以通过继电器1-3接通与断开，来改变谐振网络的拓扑结构，实现对超级电容器恒流或恒压充电。用其他电源对超级电容器充电时，可以通过控制电路17控制双向DC-DC变换器15来实现对超级电容器恒流或恒压充电。
本装置对电量不足的电动汽车进行快速充电的过程为：对于有车载充电器的电量不足的电动汽车，采用有线充电模式，将车载充电器接到本装置的有线交流充放电接口11，超级电容器经过双向DC-DC变换器15和桥式双向整流器14得到与市电相同的交流电，通过车载充电器对电量不足的电动汽车进行充电；对于没有车载充电器的电量不足电动汽车，将待充电的蓄电池连接到本装置的有线直流充放电接口12，超级电容器通过双向DC-DC变换器15，直接对电量不足电动汽车的蓄电池进行充电；对于有无线充电器的电量不足电动汽车，采用无线充电模式，将本装置的无线充放电接口接到电动汽车的无线充电接口，利用线圈位置控制装置131调整发射接收线圈Ls与电量不足电动汽车的接收线圈对准，超级电容器经过双向DC-DC变换器15和桥式双向整流器14产生高频电流，发射交变磁场，电量不足的电动汽车无线充电器中的接收线圈发生电磁感应得到高频电压，再经过桥式双向整流器14和双向DC-DC变换器15，给电量不足电动汽车的蓄电池进行充电。
参考附图3至附图5，进一步进行说明：
本装置充电方式1：附近电源为交流充电桩(站)，本装置的转换开关A转接到有线交流充放电接口11(附图3中的B)位置，转换开关D和D′分别转接到E和E′位置。四个全控器件S1-S4构成桥式整流电路，两个全控器件S5-S6构成双向Buck/Boost型DC-DC变换电路，全控器件选用IGBT。交流电S经过由S1-S4整流得到直流电Ud，电容器C用于滤波。直流电压Ud经过DC-DC变换，得到符合超级电容器要求的充电电压和电流。超级电容器的荷电状态SOC近似于电压成正比，当超级电容器电量较少时，电压也较低，采用恒流模式对其充电。当超级电容器电量较大时，电压也较高，采用恒压模式对其充电。通过控制电路17控制S1-S4和S5-S6的通断占空比，分别实现对超级电容器的恒流和恒压充电。
本装置充电方式2：附近电源为无线充电桩(站)，或为带无线充电的有电电动汽车，本装置的转换开关A转接到无线充放电接口C位置，转换开关D和D′分别转接到E和E′位置；无线充电桩或带无线充电的有电电动汽车的发射线圈发射出高频电磁场，本装置的发射接收线圈Ls感应出高频电压，经过S1-S4整流和S5-S6的Buck型DC-DC变换，为超级电容器提供合适的充电电压和电流。无线充放电电路13由发射接收线圈Ls、补偿电感Lk、补偿电容Cs和常开开关1、2、3(采用继电器)构成，用于控制无线充放电电路13的拓扑切换。根据超级电容器的剩余电量(荷电状态SOC)近似于电压成正比的特点，检测超级电容器的电压，若低于设定电压，继电器1、2闭合而继电器3断开，此时系统为LCL拓扑而进入恒流充电模式，为超级电容器进行恒流充电。超级电容器的电压随充电时间的增加而逐渐升高，当检测到超级电容器电压升高到设定电压时，通过继电器1、2断开而继电器3闭合，此时系统为S拓扑而进入恒压充电阶段，为超级电容器进行恒压充电直至充电结束。
本装置充电方式3：附近电源为直流充电桩(站)或不可移动的蓄电池，本装置的功能转换开关D和D′分别转接到直流充电桩(站)或不可移动的蓄电池接口F和F′位置，控制电路17控制Buck型DC-DC变换电路中两个全控器件S5和S6的通断占空比，得到符合超级电容器Sc要求的充电电压和电流，实现对超级电容器快速充电。
本装置充电电压和电流大小的控制：对超级电容器充电时，全控器件S5和S6构成双向Buck/Boost型DC-DC变换电路工作于Buck电路，即降压斩波电路。在充电过程中，S5导通，S6关断，线路中的电流方向经过D-S5-Lc-Sc-D′，实现为超级电容器充电，如图4(a)所示。在充电中S5首先导通，充电电流逐渐增大，充电一段时间后S5关断D6导通，线路中的电流方向经过D6-Lc-Sc，充电电流正在逐渐下降，如图4(b)所示。在一个充电周期内，S5的导通时间为ton，关断时间为toff，直流环节电压为Ud(即DD′电压)超级电容器充电电压的平均值Usc为USC＝Udton/(ton+toff)＝αUd，α＝ton/(ton+toff)为占空比取值小于1。图3和图4表明，对于交流充电电源(接到B接口)或无线充电电源(接到C接口)，通过控制整流器S1-S4的占空比，可以控制直流环节电压Ud大小，再通过控制DC-DC变换器S5-S6的占空比，可以控制对超级电容器Sc的充电电压和充电电流的大小。对于直流充电电源(接到FF′接口)，通过控制S5-S6占空比，可以控制对超级电容器Sc的充电电压和充电电流的大小。
本装置对待充电的电动汽车快速充电(即本装置超级电容器放电)方式1：待充电的电动汽车有车载充电器，将车载充电器接到本装置有线交流充放电接口(如附图3中的B)B位置，转换开关A转接到B位置，转换开关D和D′分别转接到E和E′位置。已充电的超级电容器Sc电压经过Boost型DC-DC变换电路和S1-S4桥式逆变电路，为车载充电器提供与市电相同的220V、50Hz交流电，对电量不足电动汽车进行充电。
本装置对待充电的电动汽车快速充电(即本装置超级电容器放电)方式2：待充电的电动汽车正常情况下只适合于直流充电桩充电，将本装置F接口与待充电的电动汽车充电接口连接，转换开关D和D′分别转接到F和F′位置。已充电的超级电容器Sc电压经过Boost型DC-DC变换电路，对待充电的电动汽车进行充电。
本装置对电量不足电动汽车快速充电(即本装置超级电容器放电)方式3：待充电的电动汽车为无线充电模式，本装置的转换开关A转接到无线充放电接口C位置，转换开关D和D′分别转接到E和E′位置。利用线圈位置控制装置中的步进电机和螺杆，将发射接收线圈Ls与待充电电动汽车的接收线圈调整对准。已充电的超级电容器Sc电压经过双向S5-S6形成的Boost型DC-DC变换和S1-S4形成的逆变电路，得到高频交流电流，经谐振网络和发射线圈发射高频磁场，待充电的电动汽车无线接收线圈感应出高频电压，再经过接收端的整流，实现对电量不足的电动汽车进行充电。继电器1、2闭合而继电器3断开，发射端为LCL拓扑的恒流模式。
本装置放电电压和电流大小的控制：对电量不足的电动汽车充电时，超级电容器放电。放电过程中S5关断，S6导通。S6关断时，电流经过路径为D′-Sc-Lc-D5-D，为待充电的电动汽车充电，充电电流为Isc，如图5(a)所示。S6导通时，电流经过路径为Sc-Lc-S6，电感Lc储能，线路中的放电电流为Isc，如图5(b)所示。当线路处在稳定状态时，一个周期中电感Lc吸收的能量和放出的能量是相等的，S6导通时间记为ton，S6关断时间为toff，得到的放电电压为：UD＝USC(ton+toff)/toff＝USC/(1-α)，电压的输出值UD大于超级电容的两侧电压Usc，双向DC-DC变换器15工作于Boost状态。图3和图5表明，对于待充电的电动汽车有车载充电器(接到B接口)或有无线充电器(接到C接口)，通过控制DC-DC变换器S5-S6的占空比可以控制直流环节电压UD大小，再控制逆变器S1-S4的占空比，可以控制超级电容器Sc的放电电压和电流，即控制对待充电电动汽车的充电电压和电流。对于只适合于直流充电桩充电的待充电电动汽车(接到FF′接口)，通过控制DC-DC变换器S5-S6的占空比，可以控制对超级电容器Sc的放电电压UD的大小，即控制对待充电电动汽车的充电电压和电流。
本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (6)

1.一种电动汽车便携式应急充放电装置，其特征在于：包括有与交流电源相连接的有线交流充放电接口(11)、与直流电源相连接的有线直流充放电接口(12)、以及可进行无线充电的无线充放电电路(13)，所述的无线充放电电路(13)包括有无线充放电接口；
还包括有控制电路(17)及分别与控制电路(17)相连的桥式双向整流器(14)、双向DC-DC变换器(15)和超级电容器组(16)；
所述的有线交流充放电接口(11)和无线充放电电路(13)均与桥式双向整流器(14)相连，所述的桥式双向整流器(14)与双向DC-DC变换器(15)相连，所述的双向DC-DC变换器(15)与超级电容器组(16)相连，所述的有线直流充放电接口(12)与双向DC-DC变换器(15)相连，所述的控制电路(17)还与无线充放电电路(13)相连。
2.根据权利要求1所述的一种电动汽车便携式应急充放电装置，其特征在于：所述的桥式双向整流器(14)由四个整流臂构成，且每一个所述的整流臂均由一个全控器件IGBT与反向并联二极管组成，所述的控制电路(17)与四个整流臂相连，并控制该四个整流臂的通断和电流流向。
3.根据权利要求1所述的一种电动汽车便携式应急充放电装置，其特征在于：所述的双向DC-DC变换器(15)为由全控器件IGBT与反向并联二极管组成的双向Buck/boost型的双向DC-DC变换器。
4.根据权利要求1所述的一种电动汽车便携式应急充放电装置，其特征在于：所述的超级电容器组(16)包括有一组超级电容器，且该超级电容器串联有一个用于减少电流波动对充电干扰的电感Lc。
5.根据权利要求1所述的一种电动汽车便携式应急充放电装置，其特征在于：所述的无线充放电电路(13)包括有发射接收线圈Ls、补偿电感Lk、补偿电容Cs、继电器1、继电器2和继电器3，所述的继电器1、继电器2和继电器3用于控制无线充放电电路(13)的拓扑切换，从而对超级电容器组(16)进行不同方式的充电切换。
6.根据权利要求5所述的一种电动汽车便携式应急充放电装置，其特征在于：所述的无线充放电电路(13)还包括用于调整发射接收线圈Ls与待充电接收发射线圈位置的线圈位置控制装置(131)。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN118282008A (zh) * 2024-05-31 2024-07-02 深圳市特瑞华腾新能源有限公司 一种电动汽车多功能车载充电电路

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