一种基于两级式固态变压器的电动汽车快速充电系统

本发明涉及电动汽车充电领域，特别是一种基于两级式固态变压器的电动汽车快速充电系统。

背景技术：

1、基于固态变压器(sst)的电动汽车快速充系统的电架构在系统效率、初期建设成本和后期运营经济性等方面相比工频交流架构具有巨大优势。其主要包括固态变压器(sst)、充电dc/dc变换器以及可根据需要进行配置的光伏和储能系统。其中sst在系统中承担了功率变换、电气隔离和直流母线电压控制等功能，是整个系统的核心关键设备。充电dc/dc变换器根据电动汽车的需求调节其输出电压、电流及功率。

2、当前工业界研制的基于sst的电动汽车快速充电系统主要为基于三级式sst，其结构中除了整流级ac/dc变换器和隔离级dc/dc变换器，还需第三级dc/dc变换器用于控制电动汽车的充电功率。然而，第三级dc/dc变换器即使采用基于sic mosfet的非隔离型拓扑，高电压和低压输出工况下均会导致以偶定的效率损失。而采用两级式结构的sst，将隔离级dc/dc同时作为电动汽车的充电功率变换器，可减少一级功率变换，有利于系统整体效率的提升。但基于两级式sst的充电系统存在整流级变换器子模块的电压不平衡问题，现有解决该问题的两种方法分别为：一种是通过注入无功电流来实现子模块电压的平衡，但是无功电流的注入不可避免的增加了系统的损耗，同时，该方法也增加系统控制的复杂度且系统输出电压纹波较大，且基于该方法的sst中独立端口的数量和输出功率仍然受限；另外一种方法是采用基于多绕组中频变压器(mft)的隔离型dc/dc变换器作为隔离级，在多绕组mft中增加额外的绕组采用可控或不可控的方式来平衡不同子模块传输的功率，从实现子模块电压的平衡，但是该方法不可避免的需要增加隔离变压器的体积、成本和损耗。

技术实现思路

1、本发明的目的就是提供一种基于两级式固态变压器的电动汽车快速充电系统。用于解决现有基于两级式固态变压器sst的充电系统整流级变换器子模块间电压不平衡的问题。

2、一种基于两级式固态变压器的电动汽车快速充电系统，包括两级式固态变压器sst和柔性功率切换单元；

3、所述两级式固态变压器sst包括依次连接的整流级模块和隔离级模块，所述整流级模块的输入端与电网连接，所述隔离级模块的输出端与所述柔性功率切换单元的输入端连接，所述柔性功率切换单元包括若干输出端口，若干所述输出端口分别与若干充电终端连接。

4、可选的，所述整流级模块包括若干依次级联的整流级ac/dc变换器；

5、所述隔离级模块包括若干隔离级子模块，若干隔离级子模块的输入端分别与若干整流级ac/dc变换器的输出端连接，若干隔离级子模块的输出端均与所述柔性功率切换单元的输入端连接。

6、可选的，所述隔离级子模块包括依次连接的dc/ac变换器、原边补偿网络、中频变压器、副边补偿网络、隔离级ac/dc变换器。

7、可选的，若干所述隔离级子模块输出端口通过柔性功率切换单元进行电气连接的重构。

8、可选的，所述dc/ac变换器为基于h桥的dc/ac变换器或基于半桥的dc/ac变换器；

9、所述整流级ac/dc变换器和隔离级ac/dc变换器均为基于h桥的ac/dc变换器或基于半桥的ac/dc变换器。

10、可选的，所述整流级ac/dc变换器为三电平二极管箝位全桥子模块或三电平有源箝位全桥子模块；

11、所述dc/ac变换器为串联双半桥或有源箝位三电平半桥或二极管箝位三电平半或电容箝位三电平半桥结构的dc/ac变换器；所述隔离级ac/dc变换器为串联双半桥或有源箝位三电平半桥或二极管箝位三电平半桥或电容箝位三电平半桥结构的ac/dc变换器。

12、可选的，若干所述中频变压器的副边线圈两两之间通过继电器k1连接。

13、可选的，所述中频变压器采用多绕组变压器，若干所述中频变压器副边线圈两两线圈之间通过继电器k1和k2连接。

14、可选的，还包括光伏模块和储能模块，所述光伏模块和储能模块分别与多绕组变压器的某个低压绕组连接。

15、由于采用了上述技术方案，本发明具有如下的优点：

16、本申请通过设置柔性功率切换单元解决了基于两级式sst的新型电动汽车快速充电系统中整流级变换器子模块电压不平衡的问题，从而实现基于sst的电动汽车快速充电系统高效、灵活、低成本的功率变换。

17、本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。

技术特征：

1.一种基于两级式固态变压器的电动汽车快速充电系统，其特征在于，包括两级式固态变压器sst和柔性功率切换单元；

2.根据权利要求1所述的一种基于两级式固态变压器的电动汽车快速充电系统，其特征在于，所述整流级模块包括若干依次级联的整流级ac/dc变换器；

3.根据权利要求2所述的一种基于两级式固态变压器的电动汽车快速充电系统，其特征在于，所述隔离级子模块包括依次连接的dc/ac变换器、原边补偿网络、中频变压器、副边补偿网络、隔离级ac/dc变换器。

4.根据权利要求3所述的一种基于两级式固态变压器的电动汽车快速充电系统，其特征在于，若干所述隔离级子模块输出端口通过柔性功率切换单元进行电气连接的重构。

5.根据权利要求3所述的一种基于两级式固态变压器的电动汽车快速充电系统，其特征在于，所述dc/ac变换器为基于h桥的dc/ac变换器或基于半桥的dc/ac变换器；

6.根据权利要求3所述的一种基于两级式固态变压器的电动汽车快速充电系统，其特征在于，所述整流级ac/dc变换器为三电平二极管箝位全桥子模块或三电平有源箝位全桥子模块；

7.根据权利要求3所述的一种基于两级式固态变压器的电动汽车快速充电系统，其特征在于，若干所述中频变压器的副边线圈两两之间通过继电器k1连接。

8.根据权利要求3所述的一种基于两级式固态变压器的电动汽车快速充电系统，其特征在于，所述中频变压器采用多绕组变压器，若干所述中频变压器副边线圈两两线圈之间通过继电器k1和k2连接。

9.根据权利要求8所述的一种基于两级式固态变压器的电动汽车快速充电系统，其特征在于，还包括光伏模块和储能模块，所述光伏模块和储能模块分别与多绕组变压器的某个低压绕组连接。

技术总结本申请提供一种基于两级式固态变压器的电动汽车快速充电系统，用于解决现有基于两级式固态变压器SST的充电系统整流级变换器子模块间电压不平衡的问题。包括两级式固态变压器SST和柔性功率切换单元，所述两级式固态变压器SST包括依次连接的整流级模块和隔离级模块，所述整流级模块的输入端与电网连接，所述隔离级模块的输出端与所述柔性功率切换单元的输入端连接，所述柔性功率切换单元包括若干输出端口，若干所述输出端口分别与若干充电终端连接。本申请通过设置柔性功率切换单元解决了基于两级式SST的新型电动汽车快速充电系统中整流级变换器子模块电压不平衡的问题，从而实现基于SST的电动汽车快速充电系统高效、灵活、低成本的功率变换。技术研发人员：鲁思兆,李思奇,刘哲受保护的技术使用者：昆明理工大学技术研发日：技术公布日：2024/7/23