[发明专利]高电能质量电动汽车充电系统

说明书

技术领域

本发明属于电力配电系统领域，尤其涉及一种高电能质量电动汽车充电系统。

背景技术

截止2011年底，南方电网公司已在广州、深圳、珠海、中山、南宁、柳州、桂林、昆明、海口、肇庆共建成15座充换电站、2953个充电桩，累计充换电次数约4.9万次，充换电电量约244万千瓦时。目前，广州赛马场、科学城电动汽车换电站体验中心项目正在如期建设中，为电动汽车的推广使用起到良好的示范、引导、服务作用；而国家电网公司共建成了111座电动汽车充换电站，8930台充电机，7245台交流充电桩，覆盖国网范围内26个省市。2008年北京奥运会电动汽车采用电池更换方式进行电能补给，共采用2台快速换电机器人，30组备用电池，能满足50-100辆电动公交车的换电需求。2010年上海世博会，共运营120辆纯电动公交车，配套换电站具有8台快速换电机器人，112组备用电池；2012年3月15日，位于北京朝阳区高安屯循环经济产业园的高安屯电动汽车充换电站正式投运，该站是国际上规模最大、服务能力最强的电动汽车充换电站，标志着国家电网公司智能充换电服务网络建设取得重大成果。其中，电动汽车充电设施的性能成为电动汽车产业顺利推进的要素之一，它不仅决定了电动汽车蓄电池的稳定性、充电次数、寿命长短，还直接影响到用户的驾车体验。

然而，目前运营的电动汽车直流充电机是由电力电子变换电路等组成，导致谐波产生及功率因数较低，影响电网的电能质量。因此，需要投入无功补偿装置和滤波装置以配合使用，从而加大了占地面积，并增加了额外的资金投入。此外，已经充满电的电动汽车电池包放电，通过放电电阻负载进行放电，不能有效利用电能。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种高电能质量电动汽车充电系统，以减少电动汽车充电系统对电网的谐波电流含量和无功功率，改善电网电能质量，此外，还能实现能量正反两个方向的流动，即可运行在整流状态，从电网侧输送能量，也可运行在逆变状态，向负载输送能量，使系统接近单位功率因数运行，提高电力资源的利用效率。

为解决上述技术问题，本发明所采用以下技术方案：高电能质量电动汽车充电系统，主要由动力电池包柜、空调负载、充电机柜、充放电监控系统、后台主站、漏电断路器等组成，动力电池包柜包括电池管理系统（BMS）及高压器件单元、电动汽车电池包、直流充电接口，充电机柜包括充电监控单元、直流充电机、交流输入及保护单元、电能计量装置、逆变器；动力电池包柜通过线缆连接充放电监控系统，电池管理系统（以下简称BMS）通过CAN转以太网接入PC机实现对电池实时监控，充电监控单元通过以太网接入后台主站系统和主站建立通信信道；充电机柜的逆变器连接漏电断路器再连接空调负载，用于对已经充满电的电动汽车电池包放电并给空调负载供电；充电机柜从三相四线电网取电，直流充电机将交流电变换为直流电，为电动汽车电池包充电；充电机柜的面板主要包括工作状态指示单元、触摸屏、插卡槽、急停按钮、充电主控板、辅助电源等；直流充电机采用基于电压型PWM整流器的电动汽车充电机，包括三相逆变器和高频DC/DC变换器；三相逆变器为一般电压型逆变器，由3个开关臂共6个功率开关组成，其交流侧通过三相电感并网，直流侧通过电容连接下一级电路；高频DC/DC变换器由单相全桥逆变器、高频耦合变压器和低压全波整流器构成，单相全桥逆变器为电压型逆变器，由2个桥臂共4个功率开关管组成；PWM整流器的控制系统采用传统PI调节电压外环和无差拍控制电流内环的双闭环控制结构；此外，系统增加逆变器环节使系统能根据电网的负荷变化情况（即高峰、低谷等时段）与电池包连接进行充电，或者与空调负载连接进行放电，实现能量正反两个方向的流动（即可运行在整流状态，从电网侧输送能量，也可运行在逆变状态，向负载输送能量，使系统接近单位功率因数运行，提高电力资源的利用效率）。

通信信道通过485通信总线将直流充电机模块的输出电压和电流、模块保护和告警信息上传给充电监控单元；直流充电机也通过485通信总线接受并执行充电监控单元下发的控制命令。

充电机柜与电动汽车的电池管理系统（BMS）信息交互的监控终端使用CAN与电动汽车电池柜连接进行通信，监控电池箱工作状态以保证充电安全，获取动力电池充电参数；获取电池充电需求参数，并实时调整充电参数；获取充电过程中充电电池状态；获取蓄电池单体的工作状态信息；接收BMS终端充电请求；获取BMS统计的充电信息；监控动力电池包整包的充电电压、充电电流等数据，监控单体电池的最高电压、最低电压、最高温度，监控充电SOC等。