CN108372791A - 一种柔性直流充电设备 - Google Patents

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Abstract

一种柔性直流充电设备，包括充电桩和充电柜，充电柜和充电桩通过线缆连接，充电桩上设有充电枪，充电柜包括主控制器单元、20KW功率模块群单元和显示单元，20KW功率模块群单元和显示单元与主控制器单元连接；充电桩包括桩控制器单元和充电枪，充电枪连接桩控制器单元。本发明的柔性直流充电设备，容量超前，配置超前，保证充电桩模块运行在效率最佳点的运行期。通过休眠技术，使大部分的状态下充电桩模块运行在70%的负载率下，延长模块的使用寿命。通过智能功率动态分配技术，可根据车辆充电需求，自动识别并进行功率分配，满足每台被充电车辆的充电需求，能合理缩短充电时间。

Description

一种柔性直流充电设备
技术领域
本发明涉及电动汽车充电技术领域。
背景技术
直流充电设备是一种用户终端产品。但我国目前充电设备布局建设面临着，一边是大规模规划，一边是利用率极低的两难困境。根据国家发改委等多部门下发的《电动汽车充电基础设施发展指南（2015-2020年）》，到2020年，全国新增集中式充换电站超过1.2万座，分散式充电桩超过480万个，以满足全国500万辆电动汽车的充电需求。
利用率低是指由于电动汽车行业的前期充电标准不统一，我国各类电动汽车的储能电池容量和充电倍率各不相同，对充电机输出功率要求差异较大。为满足各类电动汽车的充电需求，充电机的输出功率被设计得很大，在给储能容量较小的电动汽车充电时，将造成充电能力的浪费；如果充电机输出功率设计得较小，虽然可以提高充电机的利用率，但在给储能容量较大的电动汽车充电时，又延长了充电时间，给车主带来不便。数据显示，现阶段国家电网公司运营充电桩单桩日均充电时长为0.35小时，整体利用率仅为1.46%。若按传统的充电设备技术进行布局建设，将造成巨量投资浪费。
发明内容
本发明专利的目的在于提供一种柔性直流充电设备，以解决上述背景技术中提出的问题。
本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：一种柔性直流充电设备，包括充电桩2和充电柜1，充电柜1和充电桩2通过线缆连接，充电桩2上设有充电枪3，充电柜1包括主控制器单元12、20KW功率模块群单元13和显示单元11，20KW功率模块群单元13和显示单元11与主控制器单元12连接，20KW功率模块群单元13的20KW功率模块131、预留模块133连接矩阵控制器及开关单元132，矩阵控制器及开关单元132连接充电枪3；充电桩2包括桩控制器单元23和充电枪3，充电枪连接桩控制器单元23。
所述充电柜1还包括三相交流电能表14，三相交流电能表14连接主控制器12；主控制器12包括充电柜MCU17、通信单元15和数字输入输出单元16，通信单元15和数字输入输出单元16连接充电柜MCU17。
所述充电桩2还包括触摸屏21、读卡器22、低压辅助电源24和直流电能表25，触摸屏21、读卡器22、低压辅助电源24和直流电能表25连接桩控制器单元23。
本发明的柔性直流充电设备，容量超前，配置超前，保证充电桩模块运行在效率最佳点的运行期。通过休眠技术，使大部分的状态下充电桩模块运行在70%的负载率下，延长模块的使用寿命。通过智能功率动态分配技术，可根据车辆充电需求，自动识别并进行功率分配，满足每台被充电车辆的充电需求，能合理缩短充电时间。
附图说明
图1是本发明柔性直流充电设备整体原理图。
图2是本发明柔性直流充电设备充电柜原理图。
图3是本发明柔性直流充电设备充电柜主控制器原理图。
图4是本发明柔性直流充电设备充电柜20kw功率模块群单元原理图。
图5是本发明柔性直流充电设备充电桩原理图。
图6是本发明柔性直流充电设备充电桩桩控制单元原理图。
图中：1、充电柜，2、充电桩，3、充电枪，11、显示单元，12、主控制器，13、20kw功率模块群单元，14、三相交流电能表，15、通信单元，16、数字输入输出单元，17、充电柜MCU，131、20kw功率模块，132、矩阵控制器及开关单元，133、预留模块，134、冗余模块，21、触摸屏，22、读卡器，23、桩控制器单元，24、低压辅助电源，25、直流电能表，231、通讯单元，232、温度检测单元，233、MCU，234、执行单元，235、绝缘检测单元，236、BMS低压辅助控制单元，237、网络单元，238、电压电流模拟量采集单元。
具体实施方式
本发明的柔性直流充电设备如图1所示，包括充电桩2和充电柜1，充电柜1和充电桩2通过线缆连接，充电桩2上设有充电枪3。如图2所示充电柜1包括主控制器单元12、20KW功率模块群单元13、显示单元11和三相交流电能表14， 20KW功率模块群单元13、三相交流电能表14和显示单元11与主控制器单元12连接；如图3所示，主控制器12包括充电柜MCU17、通信单元15和数字输入输出单元16，通信单元15和数字输入输出单元16连接充电柜MCU17。如图4所示20KW功率模块群单元13的20KW功率模块131、预留模块133连接矩阵控制器及开关单元132，矩阵控制器及开关单元132连接充电枪3；充电桩2包括桩控制器单元23、充电枪3、触摸屏21、读卡器22、低压辅助电源24和直流电能表25，充电枪、触摸屏21、读卡器22、低压辅助电源24和直流电能表25连接桩控制器单元23。
容量超前设计，是指20KW功率模块群单元13中的预留模块，预留模块133的设计，为日后充电桩扩充容量的平滑扩展提供了超前设计。在充电站不改变厂站布局，厂站不需暂停运营即可实现容量扩充。配置超前，是指20KW功率模块群单元13中的功率模块与矩阵控制器及开关单元132之前的配线，电气器件的配置做了超前设计，能够满足扩容后的额定需求。还设有系统监控模块，是指主控制器12的功能子模块（未示出），其通过CAN与与20KW功率模块群单元13相连，将功率模块的实时状态进行收集，当模块出现故障，其会通知主控制器12，主控制器通过计算，将故障模块的模块号，故障代码，通过显示11进行故障报告显示，同时通过网络通信上传到后台，使后台及时接受到故障报告，第一时间安排工作人员对故障模块进行更换，或问题排查。并将故障时间，故障信息记录到历史记录中，便于充电设备的维护，及故障统计，作长久分析。此外，主控制器会发出指令切断故障模块，切断过程是自动完成的，不会对其他运行的功率模块及整机造成干扰。当然本发明具备其他故障报警能力，比如急停，通讯异常，过流，过压等。
延长模块的使用寿命是主控制器12与20KW功率模块群单元13合作实现，其通过检测实际负载的变化，对空闲模块进行软关断或开启，使正在运行的模块工作在比较高的效率点，提高电源转换工作效率。当充电设备功率处于轻负载情况，也就是充电设备所能提供的功率大于目前车端复制所需要的输出功率。当轻载率大于50%，则关断部分模块，保证其他运行模块工作在70%负载率的最优状态，延长模块的使用寿命。当轻载率小于50%，则实施每个模块分摊功率，所有模块均流，达到负荷最轻，减小功率模块中的铝电解温升，降低风扇转速，提高功率模块的寿命。
安全节能控制是指，当有模块空闲时，不是对其进行休眠，而是通过主控制器12与20KW功率模块群单元13合作对空闲的模块的输入直接切出，减少待机功耗，以进行节能目的。所述安全是指，当功率模块被判断处于闲置状态，则将其的交流输入，及直流输出均从其相应线路上切断，没有电气接触。可避免在恶劣的雷雨天气，防雷保护失效后，功率模块全部或过多烧毁情况，减少极端状况的损失。
智能功率动态分配技术，以一个柜四个桩的配置，其整机功率为200KW，10个20KW功率模块，每枪最大187.5KW的输出的环境为例进行说明。当同时有50座位的客运电动车需求电压600V电流130A，20座位的中巴电动车需求620V电流78A，12座位的小巴电动车需求电压400V电流52A以及4座位的电动小汽车需求电压350V电流52A在同时充电，因各车型配备的电池的容量的差异，及需求电压及电流的不同。通过智能功率动态分配技术，首先将10个20KW的模块每辆车分1个，则每车得到26A；余下的6个模块，再每辆分1个，此时每辆车得到52A；此时小巴车和小汽车已满足最大需求；则将剩余的2个模块均分给客运汽车与大巴，此时大巴得到78A,已满足其全部需求，客运得到78A并处于欠需求状态。在充电过程中，当车辆处于充满电的状态，电流需求减小，当减小达到一个模块的程度，则只能将其分配给欠需求的车辆。

Claims (3)

1.一种柔性直流充电设备，其特征在于：包括充电桩（2）和充电柜（1），充电柜（1）和充电桩（2）通过线缆连接，充电桩（2）上设有充电枪（3），充电柜（1）包括主控制器单元（12）、20KW功率模块群单元（13）和显示单元（11），20KW功率模块群单元（13）和显示单元（11）与主控制器单元（12）连接，20KW功率模块群单元（13）的20KW功率模块（131）、预留模块（133）连接矩阵控制器及开关单元（132），矩阵控制器及开关单元（132）连接充电枪（3）；充电桩（2）包括桩控制器单元（23）和充电枪（3），充电枪连接桩控制器单元（23）。
2.根据权利要求1所述的一种柔性直流充电设备，其特征在于：所述充电柜（1）还包括三相交流电能表（14），三相交流电能表（14）连接主控制器（12）；主控制器（12）包括充电柜MCU（17）、通信单元（15）和数字输入输出单元（16），通信单元（15）和数字输入输出单元（16）连接充电柜MCU（17）。
3.根据权利要求1所述的一种柔性直流充电设备，其特征在于：所述充电桩（2）还包括触摸屏（21）、读卡器（22）、低压辅助电源（24）和直流电能表（25），触摸屏（21）、读卡器（22）、低压辅助电源（24）和直流电能表（25）连接桩控制器单元（23）。
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