CN105375598B - 可移动可并联拼接的电动汽车直流充电桩装置 - Google Patents

可移动可并联拼接的电动汽车直流充电桩装置 Download PDF

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Abstract

可移动可并联拼接的电动汽车直流充电桩装置涉及电力技术领域，尤其是电动汽车充电桩技术领域。本发明由直流充电桩固定安装部分和直流充电桩可移动部分组成；直流充电桩固定安装部分由交流输入，交流开关，交流电表，PWM驱动与调节模块，充电控制模块，凹向充电桩接口组成；直流充电桩可移动部分由全桥AC/DC整流器，DC/DC变换器，LC滤波器，凸向充电桩接口，充电控制接口，凹向充电桩接口，国标直流充电接口组成。本发明将快速充电的直流充电桩设计成由造价低的直流充电桩固定安装部分和由造价高的直流充电桩可移动部分组成，并且直流充电桩可移动部分可以并联拼接用以提高充电功率缩减充电时间。本发明的有效实施可以促进电动汽车充电行业区域化运营市场，尤其适合社区，集中办公区的区域化电动汽车充电运营。

Description

可移动可并联拼接的电动汽车直流充电桩装置
技术领域
本发明涉及电力技术领域，尤其是电动汽车充电桩技术领域。
背景技术
根据对2012-2020年的节能与新能源汽车发展规划，到2015年，纯电动汽车和插电式混合动力汽车累计产销量将达到50万辆，到2020年，纯电动汽车和插电式混合动力汽车的年生产能力将达到200万辆，而累计产销量将超过500万辆。与此同时，充电设施的建设力度要跟上新能源汽车产销规模，根据“十三一”规划，预计到2020年，集中式充换电站将增长到1.2万座，而分散式充电桩将增长到450万个。
2015年9月3日，国务院总理李克强主持召开国务院常务会议。会议决定，一是把城市合理规划布局和建设停车场结合起来，加快配建充电桩、城市充换电站、城际快充站等设施。新建住宅停车位建设或预留安装充电设施的比例应达到100%，大型公共建筑物、公共停车场不低于10%。二是放宽准入，鼓励民间资本以独资、PPP等方式参与。三是加大财税、金融、用地、价格等政策扶持，放开社会投资新建停车场收费，允许充电服务企业向用户收费。四是完善相关标准规范，支持移动充电、智能停车等推广应用，通过“互联网+”盘活资源。
2015年9月22日，工信部网站公告，GB/T20234《电动汽车传导充电用连接装置》3项系列国家标准通过全国汽车标准化技术委员会电动车辆分技术委员会的专家审查。国家电网拟重启城市充电设备招标，自2014年1年多以来，国网基本退出城市充电网络建设，专注高速公路业务。总体来看，出于投资回收期考虑，最近一年民间资本投建充电网络的热情低于预期。
目前充电桩分直流充电桩和交流充电桩，直流充电的功率远大于交流充电的功率，普通直流充电桩功率为20KW，一辆存电能力为20KW的电动汽车充满电只需要1个小时，而相同功率的交流充电桩需充10个小时。
直流充电桩正成为一种趋势。2011年之前，国家电网建设原则是慢充为主，2011年至2013年，国家电网建设原则是换电为主，随后在2014年召开的电动汽车充换电设施标准体系完善研讨会上，国家电网提出主导快充、兼顾慢充的建设原则。
目前民间资本投建充电网络的热情低主要原因在于直流充电桩成本高，使用效率低，导致投资回收期过长，无法创造良好的经济效益。
考察目前国内外关于充电桩的专利技术200余项，有部分技术提到结合卫星定位技术和手机APP让电动车主能够定位和寻找距离最近空置充电桩的装置和方法，这种装置和方法在一定程度上可以提高充电桩的使用效率，但是此种方式适合公共场合，并不适合社区化经营，按照国家要求新建小区所有停车位100%安装充电桩的要求，定位技术加APP结合固定式充电桩根本解决不了提高使用效率的目的，民间资本仍然不会参与。
目前建设充电桩和充电站都以固定安装的方式进行，提高方便程度就必须大量增加投资，按照国家要求在新建小区停车位100%安装充电桩还是一笔天文数字的投资，而这种天文数字的投资从电费的分成中回收成为不可能，电动汽车百公里消耗的电费不超过10元，一台好的固定式直流充电桩造价10万，一般的固定式直流充电桩造价2万，一个车位一个充电桩的方式会造成电动汽车运行10年投资尚未收回，这严重限制了电动汽车的方便性，从而阻碍了电动汽车的发展。
本发明从民间投资者运营的角度出发，提出区域经营的概念，将固定式直流充电桩拆分成成本低廉可以一个停车位布置一套的直流充电桩固定安装部分和造价较高可以并联拼接的直流充电桩可移动部分。这样做的好处是可以进行区域化运营，在方圆2至5公里的密集生活区或者工作区每个车位设置直流充电桩固定安装部分，再根据比例配置直流充电桩可移动部分，直流充电桩可移动部分可以根据客户充电时间的需要进行并联拼接，并联拼接二台直流充电桩可移动部分可以将充电时间缩减到二分之一，并联拼接三台直流充电桩可移动部分可以将充电时间缩减到三分之一。本发明最大化提高了区域运营时充电桩的使用效率同时最大化降低了投资成本，投资运营者可以根据使用效率配置造价较高的直流充电桩可移动部分的数量而普及价格便宜的直流充电桩固定安装部分。
本发明用到如下共有技术：
交流开关，晶闸管交流开关具有快速、能实现高电压大电流电路的通断等特点 ，是一种比较理想的交流开关，在电力电子技术领域交流开关属于已普及的共有技术。
交流电表，三相交流电表我国已制定国标，属于已普及的共有技术，市场上有大量的产品可供选择。
PWM驱动与调节模块，PWM控制技术以其控制简单，灵活和动态响应好的优点而成为电力电子技术最广泛应用的控制方式。其根据相应载荷的变化来调制晶体管基极或MOS管栅极的偏置，来实现晶体管或MOS管导通时间的改变，从而实现开关稳压电源输出的改变。这种方式能使电源的输出电压在工作条件变化时保持恒定，是利用微处理器的数字信号对模拟电路进行控制的一种非常有效的技术。脉宽调制（PWM）基本原理：控制方式就是对逆变电路开关器件的通断进行控制，使输出端得到一系列幅值相等的脉冲，用这些脉冲来代替正弦波或所需要的波形。也就是在输出波形的半个周期中产生多个脉冲，使各脉冲的等值电压为正弦波形，所获得的输出平滑且低次谐波少。按一定的规则对各脉冲的宽度进行调制，即可改变逆变电路输出电压的大小，也可改变输出频率。PWM驱动与调节模块属于已普及的共有技术，市场上有大量的产品可供选择。
全桥AC/DC整流器，一般在AC/DC开关电源的输入级会加入一个全桥整流器,将电网的交流电压变为脉动的直流,以便之后DC/DC变换器的处理。全桥AC/DC整流器属于已普及的共有技术，市场上有大量的产品可供选择。
DC/DC变换器由高频DC/AC逆变器、高频变压器、高频AC/DC整流器组成，DC/DC变换器的组成和设计是大学电力电子专业的本科学习内容，属于已普及的共有技术，市场上有大量的10KW功率DC/DC变换器产品可供选择，本专利的DC/DC变换器采用500V/20A的升压DC/DC变换器。
LC滤波器，又称无源滤波器，是利用电感、电容和电阻的组合设计构成的滤波电路，可滤除某一次或多次谐波，最普通易于采用的无源滤波器结构是将电感与电容串联，可对主要次谐波（3、5、7）构成低阻抗旁路，LC滤波器属于已普及的共有技术，市场上有大量的产品可供选择。
发明内容
针对上述现有技术中存在的问题，本发明的目的是提供可移动可并联拼接的电动汽车直流充电桩装置，本发明将快速充电的直流充电桩设计成由造价低的直流充电桩固定安装部分和由造价高的直流充电桩可移动部分组成，并且直流充电桩可移动部分可以并联拼接用以提高充电功率缩减充电时间。本发明的有效实施可以促进电动汽车充电行业区域化运营市场，尤其适合社区，集中办公区的区域化电动汽车充电运营，投资者可以根据区域内充电汽车的保有量来配置造价高的直流充电桩可移动部分，同时投资者可以在经营区域内广泛部署造价低的直流充电桩固定安装部分。本发明的有效实施能够最大限度的提高快速充电桩的使用效率，配合相应的管理软件和定位系统以及自动导轨可以完成充电桩在特定区域的满负荷使用，从而快速盈利，促进产业发展。
为实现上述发明的目的，本发明的技术方案以如下方式实现：
可移动可并联拼接的电动汽车直流充电桩装置由直流充电桩固定安装部分和直流充电桩可移动部分组成；直流充电桩固定安装部分由交流输入，交流开关，交流电表，PWM驱动与调节模块，充电控制模块，凹向充电桩接口组成；直流充电桩可移动部分由全桥AC/DC整流器，DC/DC变换器，LC滤波器，凸向充电桩接口，充电控制接口，凹向充电桩接口，国标直流充电接口组成；直流充电桩可移动部分的DC/DC变换器由高频DC/AC逆变器，高频变压器，高频AC/DC整流器组成；
交流输入是从电网引入的交流电，我国电网使用三相交流电，相间电压380V；
充电控制模块直接由交流电输入提供电力，充电控制模块控制交流开关；
交流开关接到充电控制模块闭合指令闭合，交流开关接到充电控制模块打开指令打开；
交流电表负责在交流开关闭合状态下统计整个交流电路所消耗的电能；
PWM驱动与调节模块在直流充电桩固定安装部分没有连接直流充电桩可移动部分时不工作，当直流充电桩固定安装部分连接直流充电桩可移动部分时，PWM驱动与调节模块为直流充电桩可移动部分的全桥AC/DC整流器提供三相PWM整流功能；
充电控制模块负责判别直流充电桩固定安装部分与直流充电桩可移动部分的连接状态，包括是否连接，有几台直流充电桩可移动部分并联到直流充电桩固定安装部分，直流充电桩可移动部分是否连接电动汽车，车主是否付费为电动汽车充电；只有在直流充电桩固定安装部分连接了至少一台直流充电桩可移动部分并且直流充电桩可移动部分连接了电动汽车，同时车主完成付费的情况下，充电控制模块对交流开关发送闭合指令；
直流充电桩固定安装部分的凹向充电桩接口负责与直流充电桩可移动部分的凸向充电桩接口连接；
充电桩可移动部分的全桥AC/DC整流器将电网的交流电压变为脉动的直流电压，以便之后DC/DC变换器的处理；
DC/DC变换器完成将AC/DC整流器输送的脉动的直流电压转变成稳定输出的直流电压，其中的高频DC/AC逆变器将脉动的直流电压转换成高频的交流电压，其中的高频变压器将高频的交流电压变换成高压的高频交流电压，其中的高频AC/DC整流器将高压的高频交流电压转换成500V高压20A的直流电；
LC滤波器对500V高压20A的直流电进行整流将稳定的500V高压20A的直流电输送给直流充电桩可移动部分的凹向充电桩接口、国标直流充电接口、凸向充电桩接口；
直流充电桩可移动部分的凸向充电桩接口负责向上连接直流充电桩固定安装部分的凹向充电桩接口；当直流充电桩可移动部分并联拼接时，直流充电桩可移动部分的凸向充电桩接口负责向上连接其他直流充电桩可移动部分的凹向充电桩接口；
充电控制接口负责连接和传导来自充电控制模块的信号；
国标直流充电接口负责将来自充电控制接口的充电控制信号和来自LC滤波器的稳定的500V高压20A的直流电整合成国家标准的直流电充电接口为电动汽车充电；
直流充电桩可移动部分的凹向充电桩接口负责当直流充电桩可移动部分并联拼接时，向下连接其他直流充电桩可移动部分凸向充电桩接口；
直流充电桩固定安装部分的凹向充电桩接口与直流充电桩可移动部分的凹向充电桩接口结构相同，凹向充电桩接口的结构如图所示包括a01连接三相交流电的L线，a02连接三相交流电的N线，a03连接三相交流电的PE线，a04和a07连接来自充电控制模块的控制引导线，a05和a06连接来自充电控制模块的辅助电源线，a09连接来自充电控制模块的通信传输线，a08和a10作为备用接口线，a11通过b11连接直流充电桩可移动部分最终输出500V高压20A直流电的PE线，a12通过b12连接直流充电桩可移动部分最终输出500V高压20A直流电的负极，a13通过b13连接直流充电桩可移动部分最终输出500V高压20A直流电的正极；
直流充电桩可移动部分的凸向充电桩接口的结构如图所示包括b01连接三相交流电的L线，b02连接三相交流电的N线，b03连接三相交流电的PE线，b04和b07连接来自充电控制接口的控制引导线，b05和b06连接来自充电控制接口的辅助电源线，b09连接来自充电控制接口的通信传输线，b08和b10作为备用接口线， b11连接直流充电桩可移动部分最终输出500V高压20A直流电的PE线， b12连接直流充电桩可移动部分最终输出500V高压20A直流电的负极，连接直流充电桩可移动部分最终输出500V高压20A直流电的正极；
直流充电桩固定安装部分的凹向充电桩接口与直流充电桩可移动部分的凹向充电桩接口结构相同，凹向充电桩接口与直流充电桩可移动部分的凸向充电桩接口相互扣合。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明的凹向充电桩接口与凸向充电桩接口结构示意图；
图3是本发明的直流充电桩可移动部分可并联拼接的结构示意图；
图例：
A 直流充电桩固定安装部分，B 直流充电桩可移动部分，C电动汽车，
a1交流输入，a2 交流开关，a3 交流电表，a4 PWM驱动与调节模块，
a5 充电控制模块，a6 凹向充电桩接口，
a51 控制引导线，a52 辅助电源线，a53 通信传输线，a54备用接口线，
b1 全桥AC/DC整流器，b2 DC/DC变换器，b3 LC滤波器，
b4 充电控制接口，b5 国标直流充电接口，b6 凸向充电桩接口，
b21 高频DC/AC逆变器，b22 高频变压器，b23 高频AC/DC整流器。
具体实施方式
参看图1至图3，本发明的可移动可并联拼接的电动汽车直流充电桩装置由直流充电桩固定安装部分A和直流充电桩可移动部分B组成；直流充电桩固定安装部分A由交流输入a1，交流开关a2，交流电表a3，PWM驱动与调节模块a4，充电控制模块a5，凹向充电桩接口组成a6；直流充电桩可移动部分B由全桥AC/DC整流器b1，DC/DC变换器b2，LC滤波器b3，凸向充电桩接口b6，充电控制接口b4，凹向充电桩接口a6，国标直流充电接口b5组成；直流充电桩可移动部分B的DC/DC变换器b2由高频DC/AC逆变器b21，高频变压器b22，高频AC/DC整流器b23组成；
交流输入a1是从电网引入的交流电，我国电网使用三相交流电，相间电压380V；
充电控制模块a5直接由交流电输入提供电力，充电控制模块a5控制交流开关a2；
交流开关a2接到充电控制模块a5闭合指令闭合，交流开关a2接到充电控制模块a5打开指令打开；
交流电表a3负责在交流开关a2闭合状态下统计整个交流电路所消耗的电能；
PWM驱动与调节模块a5在直流充电桩固定安装部分A没有连接直流充电桩可移动部分B时不工作，当直流充电桩固定安装部分A连接直流充电桩可移动部分B时，PWM驱动与调节模块a5为直流充电桩可移动部分B的全桥AC/DC整流器b1提供三相PWM整流功能；
充电控制模块a5负责判别直流充电桩固定安装部分A与直流充电桩可移动部分B的连接状态，包括是否连接，有几台直流充电桩可移动部分B并联到直流充电桩固定安装部分A，直流充电桩可移动部分B是否连接电动汽车C，车主是否付费为电动汽车C充电；只有在直流充电桩固定安装部分A连接了至少一台直流充电桩可移动部分B并且直流充电桩可移动部分B连接了电动汽车C，同时车主完成付费的情况下，充电控制模块a5对交流开关a2发送闭合指令；
直流充电桩固定安装部分A的凹向充电桩接口a6负责与直流充电桩可移动部分B的凸向充电桩接口b6连接；
充电桩可移动部分B的全桥AC/DC整流器b1将电网的交流电压变为脉动的直流电压，以便之后DC/DC变换器b2的处理；
DC/DC变换器b2完成将AC/DC整流器b1输送的脉动的直流电压转变成稳定输出的直流电压，其中的高频DC/AC逆变器b21将脉动的直流电压转换成高频的交流电压，其中的高频变压器b22将高频的交流电压变换成高压的高频交流电压，其中的高频AC/DC整流器b23将高压的高频交流电压转换成500V高压20A的直流电；
LC滤波器b3对500V高压20A的直流电进行整流将稳定的500V高压20A的直流电输送给直流充电桩可移动部分B的凹向充电桩接口a6、国标直流充电接口b5、凸向充电桩接口b6；
直流充电桩可移动部分B的凸向充电桩接口b6负责向上连接直流充电桩固定安装部分A的凹向充电桩接口a6；当直流充电桩可移动部分B并联拼接时，直流充电桩可移动部分B的凸向充电桩接口b6负责向上连接其他直流充电桩可移动部分B的凹向充电桩接口a6；
充电控制接口b4负责连接和传导来自充电控制模块a5的信号；
国标直流充电接口b5负责将来自充电控制接口b4的充电控制信号和来自LC滤波器b3的稳定的500V高压20A的直流电整合成国家标准的直流电充电接口为电动汽车充电；
直流充电桩可移动部分B的凹向充电桩接口a6负责当直流充电桩可移动部分B并联拼接时，向下连接其他直流充电桩可移动部分B凸向充电桩接口b6；
直流充电桩固定安装部分A的凹向充电桩接口a6与直流充电桩可移动部分B的凹向充电桩接口a6结构相同，凹向充电桩接口a6的结构如图所示包括a01连接三相交流电的L线，a02连接三相交流电的N线，a03连接三相交流电的PE线，a04和a07连接来自充电控制模块a5的控制引导线a51，a05和a06连接来自充电控制模块a5的辅助电源线a52，a09连接来自充电控制模块a5的通信传输线a53，a08和a10作为备用接口线a54，a11通过b11连接直流充电桩可移动部分B最终输出500V高压20A直流电的PE线，a12通过b12连接直流充电桩可移动部分B最终输出500V高压20A直流电的负极，a13通过b13连接直流充电桩可移动部分B最终输出500V高压20A直流电的正极；
直流充电桩可移动部分B的凸向充电桩接口b6的结构如图所示包括b01连接三相交流电的L线，b02连接三相交流电的N线，b03连接三相交流电的PE线，b04和b07连接来自充电控制接口b4的控制引导线a51，b05和b06连接来自充电控制接口b4的辅助电源线a52，b09连接来自充电控制接口b4的通信传输线a53，b08和b10作为备用接口线a54， b11连接直流充电桩可移动部分B最终输出500V高压20A直流电的PE线， b12连接直流充电桩可移动部分B最终输出500V高压20A直流电的负极，连接直流充电桩可移动部分B最终输出500V高压20A直流电的正极；
直流充电桩固定安装部分A的凹向充电桩接口a6与直流充电桩可移动部分B的凹向充电桩接口a6结构相同，凹向充电桩接口a6与直流充电桩可移动部分B的凸向充电桩接口b6相互扣合。

Claims (2)

1.可移动可并联拼接的电动汽车直流充电桩装置，其特征在于由直流充电桩固定安装部分和直流充电桩可移动部分组成；直流充电桩固定安装部分由交流输入，交流开关，交流电表，PWM驱动与调节模块，充电控制模块，凹向充电桩接口组成；直流充电桩可移动部分由全桥AC/DC整流器，DC/DC变换器，LC滤波器，凸向充电桩接口，充电控制接口，凹向充电桩接口，国标直流充电接口组成；直流充电桩可移动部分的DC/DC变换器由高频DC/AC逆变器，高频变压器，高频AC/DC整流器组成；
交流输入是从电网引入的交流电，我国电网使用三相交流电，相间电压380V；
充电控制模块直接由交流输入提供电力，充电控制模块控制交流开关；
交流开关接到充电控制模块闭合指令闭合，交流开关接到充电控制模块打开指令打开；
交流电表负责在交流开关闭合状态下统计整个交流电路所消耗的电能；
PWM驱动与调节模块在直流充电桩固定安装部分没有连接直流充电桩可移动部分时不工作，当直流充电桩固定安装部分连接直流充电桩可移动部分时，PWM驱动与调节模块为直流充电桩可移动部分的全桥AC/DC整流器提供三相PWM整流功能；
充电控制模块负责判别直流充电桩固定安装部分与直流充电桩可移动部分的连接状态，包括是否连接，有几台直流充电桩可移动部分并联到直流充电桩固定安装部分，直流充电桩可移动部分是否连接电动汽车，车主是否付费为电动汽车充电；只有在直流充电桩固定安装部分连接了至少一台直流充电桩可移动部分并且直流充电桩可移动部分连接了电动汽车，同时车主完成付费的情况下，充电控制模块对交流开关发送闭合指令；
直流充电桩固定安装部分的凹向充电桩接口负责与直流充电桩可移动部分的凸向充电桩接口连接；
充电桩可移动部分的全桥AC/DC整流器将电网的交流电压变为脉动的直流电压，以便之后DC/DC变换器的处理；
DC/DC变换器完成将AC/DC整流器输送的脉动的直流电压转变成稳定输出的直流电压，其中的高频DC/AC逆变器将脉动的直流电压转换成高频的交流电压，其中的高频变压器将高频的交流电压变换成高压的高频交流电压，其中的高频AC/DC整流器将高压的高频交流电压转换成500V高压20A的直流电；
LC滤波器对500V高压20A的直流电进行滤波，将稳定的500V高压20A的直流电输送给直流充电桩可移动部分的凹向充电桩接口、国标直流充电接口、凸向充电桩接口；
直流充电桩可移动部分的凸向充电桩接口负责向上连接直流充电桩固定安装部分的凹向充电桩接口；当直流充电桩可移动部分并联拼接时，直流充电桩可移动部分的凸向充电桩接口负责向上连接其他直流充电桩可移动部分的凹向充电桩接口；
充电控制接口负责连接和传导来自充电控制模块的信号；
国标直流充电接口接入来自充电控制接口的充电控制信号和来自LC滤波器的稳定的500V高压20A的直流电，以国家标准的直流电充电接口连接电动汽车充电；
直流充电桩可移动部分的凹向充电桩接口负责当直流充电桩可移动部分并联拼接时，向下连接其他直流充电桩可移动部分凸向充电桩接口。
2.根据权利要求1所述的可移动可并联拼接的电动汽车直流充电桩装置，其特征在于直流充电桩固定安装部分的凹向充电桩接口与直流充电桩可移动部分的凹向充电桩接口结构相同，凹向充电桩接口的结构包括连接三相交流电的L线的接口(a01)，连接三相交流电的N线的接口(a02)，连接三相交流电的PE线的接口(a03)，连接来自充电控制模块的控制引导线的接口第一接口(a04)和第二接口(a07)，连接来自充电控制模块的辅助电源线的第一接口(a05)和第二接口(a06)，连接来自充电控制模块的通信传输线的接口(a09)，作为连接备用接口线的第一接口(a08)和第二接口(a10)，连接直流充电桩可移动部分最终输出500V高压20A直流电的PE线的接口(b11)的连接接口(a11)，连接直流充电桩可移动部分最终输出500V高压20A直流电的负极的接口(b12)的连接接口(a12)，连接直流充电桩可移动部分最终输出500V高压20A直流电的正极的接口(b13)的连接接口（a13）；
直流充电桩可移动部分的凸向充电桩接口的结构包括连接三相交流电的L线的接口(b01)，连接三相交流电的N线的接口(b02)，连接三相交流电的PE线的接口(b03)，连接来自充电控制模块的控制引导线的第一接口(b04)和第二接口(b07)，连接来自充电控制模块的辅助电源线的第一接口(b05)和第二接口(b06)，连接来自充电控制模块的通信传输线的接口(b09)，作为连接备用接口线的第一接口(b08)和第二接口(b10)，连接直流充电桩可移动部分最终输出500V高压20A直流电的PE线的接口(b11)，连接直流充电桩可移动部分最终输出500V高压20A直流电的负极的接口(b12)，连接直流充电桩可移动部分最终输出500V高压20A直流电的正极的接口(b13)；
凹向充电桩接口与直流充电桩可移动部分的凸向充电桩接口相互扣合。
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