用于电动车辆的DC充电电路和DC充电站的制作方法

用于电动车辆的dc充电电路和dc充电站
1.本技术是发明名称为“电动车辆的dc快速充电站”、申请日为2017年1月5日、申请号为201780082368.9的pct申请进中国国家阶段申请的分案申请，pct申请的国际申请号为pct/cn2017/070267，pct申请进入国家阶段日为2019年7月4日。
技术领域
2.本公开的领域总体上涉及插入式混合动力和电动车辆的充电，更具体地，涉及直流(dc)快速充电站以及其中的能量管理。


背景技术：

3.一般来说，插电式混合动力和电动车辆的所有者希望尽快为电池充电，就像在传统加油站停下来加油一样。许多已知的用于插入式混合动力和电动车辆的充电系统利用车载dc充电器，其将可用的交流(ac)电力转换成dc电力，用于给车辆电池进行充电。快速充电通常需要在短时间内输送高电流。许多dc充电器集成到插入式混合动力和电动车辆中，因此在尺寸、重量和模块化方面受到限制。这种充电器通常效率低且电力密度低。


技术实现要素：

4.一方面，提供了一种用于电动车辆的直流(dc)充电电路。dc充电电路包括中性点钳位(npc)整流器和dc/dc降压转换器。所述npc整流器被配置为在整流器输出级将三相交流(ac)电力转换成第一dc电压。所述dc/dc降压转换器包括耦合到整流器输出级的第一dc级和被配置为耦合到电动车辆的第二dc级。dc/dc降压转换器被配置为将第一dc电压转换成要提供给电动车辆的第二dc电压。
5.另一方面，提供了一种用于电动车辆的直流(dc)充电站。所述dc充电站包括多绕组降压变压器、npc整流器、dc配电总线以及多个第一dc/dc降压转换器。多绕组降压变压器被配置为耦合到三相ac电源。所述多绕组降压变压器被配置为产生第一三相ac电压。npc整流器耦合到所述多绕组降压变压器，并被配置为在整流器输出级将第一三相ac电压转换成第一dc电压。dc配电总线耦合到所述整流器输出级。多个第一dc/dc降压转换器中的每个dc/dc降压转换器包括耦合到dc配电总线的第一dc级以及被配置为耦合到相应电动车辆的第二dc级。每个dc/dc降压转换器被配置为将第一dc电压转换成要提供给相应电动车辆的相应第二dc电压。
6.在另一方面，提供了一种用于电动车辆的dc充电站。该dc充电站包括多绕组降压变压器、ac配电总线以及多个dc快速充电模块。多绕组降压变压器被配置为耦合到三相ac电源。该多绕组降压变压器被配置为产生第一三相ac电压。ac配电总线耦合到所述多绕组降压变压器，并被配置为向多个dc快速充电模块提供第一三相ac电压。该多个dc快速充电模块中的每个dc快速充电模块包括npc整流器和dc/dc降压转换器。npc整流器耦合到所述ac配电总线，并被配置为在整流器输出级将第一三相ac电压转换成第一dc电压。dc/dc降压转换器包括耦合到所述整流器输出级的第一dc级以及被配置为耦合到多个电动车辆中的
相应电动车辆的第二dc级。dc/dc降压转换器被配置为将第一dc电压转换成要提供给相应电动车辆的相应第二dc电压。
附图说明
7.当参考附图阅读以下详细描述时，将会更好地理解本公开的这些和其他特征、方面和优点，在所有附图中，相同的字符表示相同的部分，在附图中：
8.图1是具有用于给电动车辆充电的dc配电总线的示例性dc快速充电站的示意图；
9.图2是具有用于给电动车辆充电的一条或多条dc配电总线的备选dc快速充电站的示意图；
10.图3是具有用于给电动车辆充电的ac配电总线的备选dc快速充电站的示意图；
11.图4是示出用于图1和图2中所示的dc快速充电站的示例性能量管理策略的示意图；
12.图5是图2中所示的包括中央蓄电池的dc快速充电站的示意图；
13.图6是图3中所示的包括专用蓄电池的dc快速充电站的示意图；
14.图7是用于图1至图3所示的dc快速充电站的示例性中性点钳位(npc)整流器的示意图；
15.图8是用于图1至图3所示的dc快速充电站的示例性单向三电平dc/dc降压转换器的示意图；
16.图9是用于图1至图3所示的dc快速充电站的示例性双向三电平dc/dc降压转换器的示意图；
17.图10是用于图1至图3所示的dc快速充电站的示例性交错npc三电平dc/dc降压转换器的示意图；
18.图11是用于图1至图3所示的dc快速充电站的示例性交错双向两电平dc/dc降压转换器的示意图；
19.图12是用于图1至图3所示的dc快速充电站的具有部分电力转换dc/dc降压转换器的示例性dc快速充电模块的示意图；
20.图13是用于图12所示的dc快速充电模块的示例性部分电力转换dc/dc降压转换器的示意图；
21.图14是用于图12所示的dc快速充电模块的备选部分电力转换dc/dc降压转换器的示意图；以及
22.图15是用于图12所示的dc快速充电模块的另一备选部分电力转换dc/dc降压转换器的示意图。
23.除非另有说明，本文提供的附图旨在说明本公开的实施例的特征。这些特征被认为适用于包括本公开的一个或多个实施例的多种系统。因此，附图并不意味着包括本领域普通技术人员已知的实施本文公开的实施例所需的所有传统特征。
具体实施方式
24.在下面的说明书和权利要求书中，引用了许多具有以下含义的术语。
25.单数形式“一”、“一个”和“该”也包括复数形式，除非上下文另有明确规定。
[0026]“可选的”或“可选地”是指可能发生或可能不发生随后描述的事件或情况，并且该描述包括发生事件的实例和不发生事件的实例。
[0027]
在整个说明书和权利要求书中使用的近似语言可以用来修饰任何定量表示，该表示可以允许变化，而不会导致与其相关的基本功能的变化。因此，由一个或多个术语修饰的值(例如，“大约”、“近似”和“基本上”)不限于指定的精确值。在至少一些情况下，近似语言可以对应于用于测量值的仪器的精度。在此处以及在整个说明书和权利要求书中，范围限制可以组合和/或互换，识别这样的范围，并且包括其中包含的所有子范围，除非上下文或语言另有指示。
[0028]
一些实施例涉及使用一个或多个电子或计算装置。这种装置通常包括处理器、处理装置或控制器，例如，通用中央处理单元(cpu)、图形处理单元(gpu)、微控制器、精简指令集计算机(risc)处理器、专用集成电路(asic)、可编程逻辑电路(plc)、现场可编程门阵列(fpga)、数字信号处理(dsp)装置和/或能够执行本文描述的功能的任何其他电路或处理装置。本文描述的方法可以被编码为包含在计算机可读介质中的可执行指令，该计算机可读介质包括但不限于存储装置和/或内存装置。当由处理装置执行时，这种指令使得处理装置执行本文描述的方法的至少一部分。上述示例仅是示例性的，因此并不旨在以任何方式限制术语处理器、处理装置和控制器的定义和/或含义。
[0029]
在本文描述的实施例中，存储器可以包括但不限于计算机可读介质(例如，随机存取存储器(ram))和计算机可读非易失性介质(例如，闪存)。或者，也可以使用软盘、光盘只读存储器(cd-rom)、磁光盘(mod)和/或数字多功能光盘(dvd)。此外，在本文描述的实施例中，额外输入通道可以是但不限于与操作者接口相关联的计算机外围装置，例如，鼠标和键盘。或者，也可以使用其他计算机外围装置，其可以包括例如但不限于扫描仪。此外，在示例性实施例中，额外输出通道可以包括但不限于操作员接口监视器。
[0030]
本公开的实施例为电动车辆提供dc快速充电能力。更具体地，本公开描述了dc快速充电站的几种架构，包括具有dc配电总线的站和具有ac配电总线的站。本公开还描述了一种dc快速充电模块，其使得组件的模块化组装能够实现期望的电压和电力需求。本公开还描述了ac/dc转换器和dc/dc转换器的几个实施例，这些转换器共同提供电动车辆所有者所需的快速充电。此外，本公开描述了用于从各种能量存储解决方案中为电动车辆提供充电电流的能量管理策略，包括例如但不限于集中式电池、分布式电池和电动车辆电池。
[0031]
图1是用于给一个或多个电动车辆110进行充电的示例性dc快速充电站100的示意图。dc快速充电站100包括向整流器130提供三相ac电力的三相ac电源120。在某些实施例中，例如但不限于，提供给整流器130的三相ac电源是中压三相电压。在一个这样的实施例中，三相4160伏ac电力提供给整流器130。整流器130将三相ac电力转换成第一dc电压，在整流器输出级145将该电压提供给dc配电总线140。dc配电总线140向相应电动车辆110的一个或多个充电位置150提供第一dc电压。每个充电位置150包括dc/dc降压转换器160，其将第一dc电压降压至第二dc电压，该第二电压提供给电动车辆110，用于对一个或多个电池进行充电。每个电动车辆110的特征在于其充电要求，包括例如但不限于电流、电压、电力和能量。dc/dc降压转换器160包括耦合到dc配电总线140的dc输入级165和被配置为耦合到电动车辆110的dc输出级170。
[0032]
图2是用于给一个或多个电动车辆110充电的替代dc快速充电站200的示意图。dc
快速充电站200包括三相ac电源120，其向多绕组降压变压器210提供三相ac电力。多绕组降压变压器210在三相ac电源120和dc快速充电站200之间提供电流隔离。多绕组降压变压器210耦合到中间ac总线220，中间ac总线220将中间ac电压分配给一个或多个整流器130。在一个实施例中，例如但不限于，三相ac电源120向多绕组降压变压器210提供三相4160伏ac电力，该变压器将三相4160伏ac电力降压为三相480伏ac电力。例如，在这样的实施例中，每个整流器130被额定为向相应的dc配电总线140提供1兆瓦的电力。
[0033]
每个dc配电总线140相对于dc快速充电站100(图1所示)如上所述操作，以向一个或多个充电位置150提供第一dc电压。dc配电总线140例如但不限于以900伏dc操作，以向每个充电位置150提供高达300千瓦的电力。在替代实施例中，dc配电总线140可以在更高或更低的dc电压下操作，并且dc/dc降压转换器160可以根据dc快速充电站200的实现方式提供更多或更少的电力。
[0034]
图3是用于给一个或多个电动车辆110充电的另一备选dc快速充电站300的示意图。dc快速充电站200包括三相ac电源120，其向多绕组降压变压器210提供三相ac电力。多绕组降压变压器210在三相ac电源120和dc快速充电站300之间提供电流隔离。多绕组降压变压器210耦合到ac配电总线310，ac配电总线310将三相ac电压分配给一个或多个dc快速充电模块320，用于相应的充电位置150。每个dc快速充电模块320包括整流器130，整流器130通过dc总线330耦合到dc/dc降压转换器160。在一个实施例中，例如但不限于，三相ac电源120向多绕组降压变压器210提供三相4160伏的ac电力，该变压器将三相4160伏ac电力降压为加到ac配电总线310上的三相480伏ac电力。在这样的实施例中，每个dc快速充电器模块被配置为向相应的车辆110提供300千瓦。
[0035]
图4是示出在dc快速充电站100和200(图1和图2所示)中使用的示例性能量管理策略的示意图。dc快速充电站200被配置为对具有低荷电状态(soc)的电池的电动车辆410和具有高soc的电池的电动车辆420进行充电。在电动车辆410和420的典型充电期间，电流来自三相ac电源120，并分配到相应的充电位置150。在本文描述的能量管理策略中，提供给电动车辆410的、具有低soc的电池的充电电流430是来自三相ac电源120和电动车辆420的高soc的电池的组合。更具体地，dc/dc降压转换器160双向操作，以使得能够将来自电动车辆420的电池电流440提供到dc配电总线140。另外，整流器130提供由三相ac电源120、多绕组降压变压器210和中间ac总线220提供的电流，也称为栅极电流450。从具有高soc的电池的电动车辆420获得电池电流440，使得dc快速充电站200能够更有效地向电动车辆410提供充电电流430。
[0036]
图5是dc快速充电站200(图2所示)的示意图，并且还包括中央蓄电池510。dc快速充电站200被配置为从包括三相ac电源120和中央蓄电池510的电源的组合对电动车辆110进行充电。更具体地，中央蓄电池510通过dc/dc转换器520耦合到dc配电总线140，以向dc配电总线140提供电池电流530。如上所述，三相ac电源120通过多绕组降压变压器210向中间ac总线220提供三相ac电力。整流器130将三相ac电力转换成第一dc电压。整流器130向dc配电总线140提供栅极电流。dc配电总线140将第一dc电压提供给一个或多个充电位置150，用于对电动车辆110进行充电。dc/dc转换器520在高峰需求时间段向dc配电总线140提供电池电流530，以减少为电动车辆110充电所需的栅极电流540。相反，当需求较低时，dc/dc转换器520对中央蓄电池510充电，以存储能量，用于以后的峰值需求时间。
[0037]
图6是dc快速充电站300(如图3所示)的示意图，并且还包括用于每个充电位置150的专用蓄电池610。dc快速充电站300被配置为从包括三相ac电源120和专用蓄电池610的电源的组合对电动车辆110充电。更具体地，每个专用蓄电池610通过dc/dc转换器620耦合到相应的dc快速充电模块320的相应的第一dc总线330。如上所述，三相ac电源120通过多绕组降压变压器210向ac配电总线310提供三相ac电源。三相ac电力提供给每个dc快速充电模块320，该模块使用整流器130将三相ac电力转换成第一dc电压。整流器130向dc总线330提供栅极电流。专用蓄电池610通过dc/dc转换器620向dc总线330提供电池电流，以在高峰需求时间段对电动车辆110充电。相反，当需求较低时，dc/dc转换器620对专用蓄电池610充电，以存储来自整流器130的能量，用于以后的峰值需求时间。
[0038]
图7是用于dc快速充电站100、200和300(分别在图1至图3中示出)的示例性整流器700的示意图。整流器700是中性点钳位(npc)三电平整流器，具有包括第一输出电平704、第二输出电平706和中点708的输出级702。整流器700包括输入滤波器710，输入滤波器710被配置为耦合到提供相a、相b和相c的三相ac电源。整流器700包括用于相a、相b和相c中的每一相的一对半导体开关712。用于相应相的每对半导体开关712协作，以在输出级702将交流信号整流成dc电压。每个半导体开关712可以包含在例如但不限于绝缘栅双极晶体管(igbt)、金属氧化物半导体场效应晶体管(mosfet)、双极结型晶体管(bjt)、栅极关断(gto)晶闸管、集成栅极换向晶闸管(igct)、金属氧化物半导体(mos)控制晶体管(mct)或任何其他合适的晶闸管或任何其他合适的开关装置中。此外，上述半导体装置可以使用任何合适的材料来实现，包括但不限于硅(si)和宽带隙材料，例如，碳化硅(sic)和氮化镓(gan)。整流器700包括相应的反向阻断装置714，例如但不限于，用于相a、相b和相c的igbt、mosfet、bjt、gto、igct、mct或任何其他合适的开关装置。
[0039]
图8是示例性dc快速充电模块800的示意图，包括用于dc快速充电站100、200和300(如图1至图3所示)的单向三电平dc/dc降压转换器802。dc快速充电模块800包括整流器700，整流器700在输出级702耦合到单向三电平dc/dc降压转换器802。整流器700将第一dc电压提供给单向三电平dc/dc降压转换器802的dc输入级804，该转换器以降压模式操作，将第一dc电压降低到较低的第二dc电压，并增加dc输出级806的电流输出。单向三电平dc/dc降压转换器802包括与二极管810串联耦合并设置在第一分支812和第二分支814中的半导体开关808。分支812和814中的每一个包括半导体开关808和串联耦合的二极管810，二极管810耦合在第一输出电平704和中点708之间以及第二输出电平706和中点708之间。每个半导体开关808可以包含在例如但不限于igbt、mosfet、bjt、gto、igct、mct或任何其他合适的开关装置中。此外，上述半导体装置可以使用任何合适的材料来实现，包括但不限于硅(si)和宽带隙材料，例如，碳化硅(sic)和氮化镓(gan)。
[0040]
第一分支812和第二分支814中的每一个的输出在dc输出级806交错，以提高单向三电平dc/dc降压转换器802的效率并减少电流纹波。降压模式下的操作使得dc快速充电模块800能够与电动车辆110(如图1至图3所示)的电池的各种额定电压接合。此外，dc快速充电模块800可从10千瓦扩展到1兆瓦，并且可与额外的dc快速充电模块相结合，以实现期望的电压和额定电力。
[0041]
图9是备选dc快速充电模块900的示意图，包括用于dc快速充电站100、200和300(如图1至图3所示)的双向三电平dc/dc降压转换器902。dc快速充电模块900包括整流器
700，整流器700在输出级702耦合到双向三电平dc/dc降压转换器902。双向三电平dc/dc降压转换器902使得电流能够从电动车辆110的一个或多个电池流回整流器700。在正常操作中，整流器700向双向三电平dc/dc降压转换器902的dc输入级904提供第一dc电压，该转换器以降压模式操作，将第一dc电压降低到较低的第二dc电压，并增加dc输出级906的电流输出。双向三电平dc/dc降压转换器902包括串联耦合并设置在第一分支910和第二分支912中的半导体开关908。半导体开关908中的每一个可以包含在例如但不限于igbt、mosfet、bjt、gto、igct、mct或任何其他合适的开关装置中。此外，上述半导体装置可以使用任何合适的材料来实现，包括但不限于硅(si)和宽带隙材料，例如，碳化硅(sic)和氮化镓(gan)。
[0042]
分支910和912中的每一个包括串联耦合的半导体开关908，其耦合在第一输出电平704和中点708之间以及第二输出电平706和中点708之间。第一分支910和第二分支912中的每一个的输出在dc输出级906交错，以提高双向三电平dc/dc降压转换器902的效率并减少电流纹波。在降压模式下的操作使得dc快速充电模块900能够与电动车辆110的电池的各种额定电压接合(如图1至图3所示)。此外，dc快速充电模块900可从例如但不限于10千瓦扩展到1兆瓦，并且可与其他dc快速充电模块组合，以实现期望的电压和额定电力。
[0043]
图10是另一备选dc快速充电模块1000的示意图，包括用于dc快速充电站100、200和300(如图1至图3所示)的交错的npc三电平dc/dc降压转换器1002。dc快速充电模块1000包括整流器700，整流器700在输出级702耦合到npc三电平dc/dc降压转换器1002。整流器700将第一dc电压提供给npc三电平dc/dc降压转换器1002的dc输入级1004，该转换器以降压模式操作，将第一dc电压降低到较低的第二dc电压，并增加dc输出级1006的电流输出。npc三电平dc/dc降压转换器1002包括串联耦合并设置在第一分支1010、第二分支1010、1012和第三分支1014中的半导体开关1008。半导体开关1008中的每一个可以包含在例如但不限于igbt、mosfet、bjt、gto、igct、mct或任何其他合适的开关装置中。此外，上述半导体装置可以使用任何合适的材料来实现，包括但不限于硅(si)和宽带隙材料，例如，碳化硅(sic)和氮化镓(gan)。
[0044]
分支1010、1012和1014中的每一个包括耦合在第一输出电平704和第二输出电平706之间的串联耦合的半导体开关1008。每个分支1010、1012和1014的中点在第二dc级1006交错，以提高npc三电平dc/dc降压转换器1002的效率并减少电流纹波。分支1010、1012和1014中的每一个都包括反向阻断装置1016，例如但不限于igbt、mosfet、bjt、gtos、igct、mct或任何其他合适的开关装置。此外，上述半导体装置可以使用任何合适的材料来实现，包括但不限于硅(si)和宽带隙材料，例如，碳化硅(sic)和氮化镓(gan)。降压模式下的操作使得dc快速充电模块1000能够与电动车辆110的电池的各种额定电压接合(如图1至图3所示)。此外，dc快速充电模块1000可从例如但不限于10千瓦扩展到1兆瓦，并且可与额外的dc快速充电模块组合，以实现期望的电压和额定电力。
[0045]
图11是另一替代dc快速充电模块1100的示意图，包括用于dc快速充电站100、200和300(如图1至图3所示)的交错的两电平dc/dc降压转换器1102。dc快速充电模块1100包括整流器700，整流器700在输出级702耦合到交错的两电平dc/dc降压转换器1102。整流器700将第一dc电压提供给交错的两电平dc/dc降压转换器1102的dc输入级1104，该转换器以降压模式操作，将第一dc电压降低到较低的第二dc电压，并增加dc输出级1106的电流输出。交错的两电平npc三电平dc/dc降压转换器1102包括串联耦合并设置在第一分支1110、第二分
支1112和第三分支1114中的半导体开关1108。每个半导体开关1108可以包含在例如但不限于igbt、mosfet、bjt、gto、igct、mct或任何其他合适的开关装置中。此外，上述半导体装置可以使用任何合适的材料来实现，包括但不限于硅(si)和宽带隙材料，例如，碳化硅(sic)和氮化镓(gan)。
[0046]
分支1110、1112和1114中的每一个包括耦合在第一输出电平704和第二输出电平706之间的串联耦合的半导体开关1108。每个分支1110、1112和1114的中点在第二dc级1106交错，以提高npc三电平dc/dc降压转换器1102的效率并减少电流纹波。降压模式下的操作使得dc快速充电模块1100能够与电动车辆110的电池的各种额定电压接合(如图1至图3所示)。此外，dc快速充电模块1100可从例如但不限于10千瓦扩展到1兆瓦，并且可与额外的dc快速充电模块组合，以实现期望的电压和额定电力。
[0047]
图12是示例性dc快速充电模块1200的示意图，包括用于dc快速充电站100、200和300(如图1至图3所示)的部分电力转换dc/dc降压转换器1202。dc快速充电模块1200包括在输出级702耦合到部分电力转换dc/dc降压转换器1202的npc整流器700。npc整流器700将第一dc电压提供给部分电力转换dc/dc降压转换器1202，该转换器以降压模式操作，将第一dc电压降低到较低的第二dc电压，并增加dc输出级1204的电流输出。npc整流器700向dc输出级1204提供第二输出电平706，而部分电力转换dc/dc降压转换器1202调节dc输出级1204处的第二dc电压。
[0048]
图13至图15是用于dc快速充电模块1200(如图12所示)的示例性部分电力转换dc/dc降压转换器1202的示意图。图13示出了部分电力转换dc/dc降压转换器1202的一个示例性实施例，包括第一dc级1302和第二dc级1304。dc输入电压在第一dc级1302接收，并在第二dc级1304转换成dc输出电压。部分电力转换dc/dc降压转换器1202还包括变压器1306和半导体开关1308，用于执行dc/dc转换。每个半导体开关1308可以包含在例如但不限于igbt、mosfet、bjt、gto、igct、mct或任何其他合适的开关装置中。此外，上述半导体装置可以使用任何合适的材料来实现，包括但不限于硅(si)和宽带隙材料，例如，碳化硅(sic)和氮化镓(gan)。
[0049]
图14示出了部分电力转换dc/dc降压转换器1202的替代实施例，包括第一dc级1402和第二dc级14304。dc输入电压在第一dc级1402接收，并在第二dc级1404转换成dc输出电压。部分电力转换dc/dc降压转换器1202还包括变压器1406和半导体开关1408，用于执行dc/dc转换。每个半导体开关1408可以包含在例如但不限于igbt、mosfet、bjt、gto、igct、mct或任何其他合适的开关装置中。此外，上述半导体装置可以使用任何合适的材料来实现，包括但不限于硅(si)和宽带隙材料，例如，碳化硅(sic)和氮化镓(gan)。
[0050]
图15示出了部分电力转换dc/dc降压转换器1202的另一备选实施例，包括第一dc级1502和第二dc级1504。dc输入电压在第一dc级1502接收，并在第二dc级1504转换成dc输出电压。部分电力转换dc/dc降压转换器1202还包括变压器1506和半导体开关1508，用于执行dc/dc转换。每个半导体开关1508可以包含在例如但不限于igbt、mosfet、bjt、gto、igct、mct或任何其他合适的开关装置中。此外，上述半导体装置可以使用任何合适的材料来实现，包括但不限于硅(si)和宽带隙材料，例如，碳化硅(sic)和氮化镓(gan)。
[0051]
本公开的上述实施例为电动车辆提供了dc快速充电能力。更具体地，本公开描述了dc快速充电站的几种架构，包括具有dc配电总线的站和具有ac配电总线的站。本公开还
描述了dc快速充电模块，其使得组件的模块化组装能够实现期望的电压和电力需求。本公开还描述了ac/dc转换器和dc/dc转换器的几个实施例，这些转换器共同提供电动车辆所需的快速充电。此外，本公开描述了用于从各种能量存储解决方案中为电动车辆提供充电电流的能量管理策略，包括例如但不限于集中式电池、分布式电池和电动车辆电池。
[0052]
本文描述的方法、系统和设备的示例性技术效果包括以下至少一个：(a)减少提供给电动车辆的电流纹波；(b)提高dc/dc的转换效率；(c)提供模块化dc快速充电装置，以适应电动车辆更多样的电力和电压需求；(d)不需要集成在电动车辆中的dc快速充电装置，从而减轻重量并提高电动车辆效率；(e)提供可调dc电压；(f)提高dc快速充电站的电力密度；(g)通过在每个充电位置使用集中式电池或专用蓄电池，减少高峰时段的栅极电流需求；以及(h)至少部分地从高soc电动车辆电池中为低soc电动车辆电池提供充电电流。
[0053]
用于dc快速充电站的方法、系统和设备的示例性实施例不限于本文描述的特定实施例，而是系统的组件和/或方法的步骤可以独立于本文描述的其他组件和/或步骤来使用。例如，这些方法也可以与其他非传统快速充电器结合使用，并且不限于仅用本文描述的系统和方法来实践。相反，示例性实施例可以结合许多其他应用、设备和系统来实现和利用，这些应用、设备和系统可以受益于提高的效率、降低的操作成本和降低的资本支出。
[0054]
虽然本公开的各种实施例的具体特征可以在一些附图中示出，而在其他附图中没有示出，但是这仅仅是为了方便。根据本公开的原理，附图的任何特征可以结合任何其他附图的任何特征来引用和/或要求保护。
[0055]
该书面描述使用示例来公开实施例，包括最佳模式，并且还使得本领域的任何技术人员能够实践实施例，包括制造和使用任何装置或系统以及执行任何包含的方法。本公开的可取得的专利范围由权利要求限定，并且可以包括本领域技术人员想到的其他示例。如果这些其他示例具有与权利要求的字面语言没有不同的结构元件，或者如果包括与权利要求的字面语言没有实质差异的等同结构元件，则这些其他示例旨在在权利要求的范围内。

技术特征：
1.一种用于电动车辆的直流dc充电电路，所述dc充电电路包括：中性点钳位npc整流器，被配置为在整流器输出级将三相交流ac电力转换成第一dc电压；以及dc/dc降压转换器，包括：第一dc级，耦合到所述整流器输出级；以及第二dc级，被配置为耦合到所述电动车辆，所述dc/dc降压转换器被配置为将所述第一dc电压转换成将提供到所述电动车辆的第二dc电压。2.根据权利要求1所述的dc充电电路，其中，所述npc整流器包括npc三电平转换器和反向阻断绝缘栅双极晶体管igbt。3.根据权利要求1所述的dc充电电路，其中，所述dc/dc降压转换器包括：第一单向三电平降压转换器，包括第一dc输出级；以及第二单向三电平降压转换器，包括与所述第一dc输出级交错的第二dc输出级。4.根据权利要求1所述的dc充电电路，其中，所述dc/dc降压转换器包括：第一双向三电平降压转换器，包括第一dc输出级；以及第二双向三电平降压转换器，包括与所述第一dc输出级交错的第二dc输出级。5.根据权利要求1所述的dc充电电路，其中，所述dc/dc降压转换器包括：npc三电平转换器；以及三个交错的dc输出级，被配置为耦合到所述车辆。6.根据权利要求1所述的dc充电电路，其中，所述dc/dc降压转换器包括：第一双向两电平降压转换器，包括第一dc输出级；以及第二双向两电平降压转换器，包括与所述第一dc输出级交错的第二dc输出级。7.根据权利要求1所述的dc充电电路，其中，所述整流器输出级进一步耦合到所述第二dc级，以将所述第一dc电压部分地提供至所述电动车辆。8.根据权利要求7的dc充电电路，其中，所述dc/dc降压转换器包括部分电力转换dc/dc转换器。9.一种用于电动车辆的直流dc充电站，所述dc充电站包括：多绕组降压变压器，被配置为耦合到三相交流ac电源，所述多绕组降压变压器被配置为产生第一三相ac电压；中性点钳位npc整流器，耦合到所述多绕组降压变压器，并且npc整流器被配置为在整流器输出级将所述第一三相ac电压转换成第一dc电压；dc配电总线，耦合到所述整流器输出级；以及多个第一dc/dc降压转换器，所述多个第一dc/dc降压转换器中的每个dc/dc降压转换器包括耦合到所述dc配电总线的第一dc级以及被配置为耦合到相应电动车辆的第二dc级，所述第二dc级进一步被配置为将所述第一dc电压转换成要提供给所述相应电动车辆的相应第二dc电压。10.根据权利要求9所述的dc充电站，进一步包括：第二中性点钳位npc整流器，耦合到所述多绕组降压变压器并且第二npc整流器被配置为在第二整流器输出级将所述第一三相ac电压转换成所述第一dc电压；
第二dc配电总线，耦合到所述第二整流器输出级；以及多个第二dc/dc降压转换器，所述多个第二dc/dc降压转换器中的每个dc/dc降压转换器包括：第一dc级，耦合到所述第二dc配电总线；以及第二dc级，被配置为耦合到所述相应电动车辆，所述第二dc级进一步被配置为将所述第一dc电压转换为要提供给所述相应电动车辆的相应第二dc电压。

技术总结
本申请涉及一种用于电动车辆的DC充电电路和DC充电站。该DC充电电路包括中性点钳位(NPC)整流器和DC/DC降压转换器。所述NPC整流器被配置为在整流器输出级将三相AC电力转换成第一DC电压。DC/DC降压转换器包括耦合到整流器输出级的第一DC级和被配置为耦合到电动车辆的第二DC级。DC/DC降压转换器被配置为将第一DC电压转换成要提供给电动车辆的第二DC电压。电压。电压。


技术研发人员：许飞 阿梅德
受保护的技术使用者：通用电气公司
技术研发日：2017.01.05
技术公布日：2023/9/23