[发明专利]电动车辆的非隔离式直流快速充电器

说明书

本发明的系统可减轻电动车辆的非隔离式充电站中的泄漏电流。该系统可包括：逐相电耦合至交流电压源的一组一个或多个并联电容器，其中，一个或多个并联电容器的中性点电耦合至直流地线；逐相电耦合至一个或多个并联电容器的一组一个或多个电感器，其中，每个电感器与一个电容器串联并在其下游；电耦合至一个或多个并联电感器并在其下游的整流器，其中，该整流器将交流电压源转换为直流电压以提供给电池；电耦合至整流器的直流母线；以及控制器，其中，该控制器配置为通过控制该组一个或多个并联电容器中至少一个的电压来减轻泄漏电流。

优先权文件

本申请要求申请日为2020年02月21日、申请号为US 62/979,935的美国临时 申请的优先权，其全部内容全文引用归并本文。

技术领域

本公开实施例涉及用于减轻电动车辆充电站中泄漏电流的系统和方法。

背景技术

电动车辆持续面临成本和里程焦虑的挑战，这会限制它们的普及率。半导体 材料、电池和控制技术的进步正尝试解决这两种问题。但仍然存在与里程焦虑症 内在联系的第三点主要障碍：充电基础设施。如果缺乏适用的基础设施来为电动 车辆快速充电，里程焦虑则仍将成为障碍。例如，特斯拉汽车公司(Tesla Motors) 一直在搭建特斯拉超级充电网络，在全球主要公路沿线战略性安置快速充电器， 从而允许长距离全电动行驶。

许多隔离式快速充电器方案中使用了工频(line frequency)变压器，但这是 一种体积庞大、成本最高和效率最低的组件。正常情况下，它因尺寸和成本而脱 离车辆，并形成充电站的一部分。由于存在这种组件，快速充电器的尺寸和成本 可能过高。此外，高功率三相工频变压器的典型能效值在97％-98％的范围内，因 此可能导致明显的功率损耗。然而，充电单元利用传统电路拓扑结构运行时，隔 离是确保电网电流质量和个人安全的关键因素，因为寄生电流会通过两者之间 的寄生耦合流经大地流到车辆底盘。缩小尺寸或彻底拆除变压器将会显著降低 快速充电单元的成本和尺寸。

从充电站上拆除变压器可能有利于快速充电基础设施的进一步发展，因此 有利于电动车辆的普及。然而，这样简单拆除可能导致共模电压和接地电流等问 题，进而降低电网电流质量并带来安全问题。

发明内容

根据本公开一方面，所述系统可包括：逐相电耦合至交流电压源的一组一个 或多个并联电容器，其中，一个或多个并联电容器的中性点可电耦合至直流地 线；逐相电耦合至一个或多个并联电容器的一组一个或多个电感器，其中，每个 电感器可与一个电容器串联并在其下游；电耦合至一个或多个并联电感器并在 其下游的整流器，其中，该整流器可将交流电压源转换为直流电压以提供给电 池；电耦合至整流器的直流母线；以及控制器，其中，该控制器可配置为通过控 制该组一个或多个并联电容器中至少一个的电压来减轻泄漏电流。

在一些实施例中，整流器可为三相整流器。在一些实施例中，控制一组一个 或多个并联电容器的中至少一个的电压可包括将零序分量电压稳定在预定值附 近。在一些实施例中，预定值可为直流母线上电压的二分之一，或为周期波形， 其中该周期波形的平均值为直流母线上电压的二分之一。在一些实施例中，稳定 零序分量电压可包括通过一个或多个并联电感器中至少一个的电流零序分量驱 动为期望电流值。在一些实施例中，通过一个或多个并联电感器中至少一个驱动 电流零序分量可包括通过整流器施加直流偏移电压。在一些实施例中，至少一个 电感器可包括E芯、44匝利兹线和高频铁氧体材料。在一些实施例中，控制器可 为比例积分(PI)控制器。在一些实施例中，控制器可配置为限制由整流器提供 的电流以保护系统中的开关器件。