CN108778823B - 带中压输入的电动车辆充电站 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及一种电动车辆充电站(10)，其包括变压器。该变压器是多绕组变压器(20)，其包括一个初级绕组(22)和多个次级绕组(25)。次级绕组(25)彼此电隔离。电动车辆充电站(10)还包括AC/DC变流器(30)，次级绕组(25)连接到该AC/DC变流器(30)。

Description

带中压输入的电动车辆充电站
技术领域
本发明涉及一种用于电动车辆的充电站，具体涉及一种用于对电动汽车或更大的电动运输车辆充电的充电站。
背景技术
用于电动车辆的常规充电站通常包括至少两个单独的室外壳体单元。存在一种以占地面积几平方米的小房子的形式的变电站壳体，该小房子包含变压器。常规使用的变压器类型是单绕组变压器，其意指初级绕组的数目等于次级绕组的数目。变压器负责从电网提取电力并向若干个变流器提供低压。变流器转而被容纳在邻近变电站壳体定位的较小的室外变流器柜中。变流器向待充电的电动车辆的电池提供DC电流。
发明内容
本发明的目的是提供一种占地面积可以比先前更小的电动车辆充电站。另一目的是促进可扩展性，以使得充电站能够更容易地适于关于待充电的车辆的数目、输出充电功率等的需求。从下文将可以清楚地看出所实现的其他目的和优点。
该目的通过一种电动车辆充电站实现，该电动车辆充电站包括形式为多绕组变压器的变压器。这种变压器包括一个初级绕组和多个次级绕组。重要的是，所述次级绕组彼此电隔离。电动车辆充电站还包括AC/DC变流器，次级绕组连接到该AC/DC变流器。
优选地，初级绕组的额定功率之和低于次级绕组的额定功率之和。这样，可以减小多绕组变压器的尺寸。在所有AC/DC变流器同时被用于为电动车辆充电的情况下，可以降低每个AC/DC变流器的输出功率。这样，确保了由次级侧上的所有AC/DC变流器所汲取的实际功率之和不超过初级侧绕组的额定功率之和。可以提供整体系统控制器以在将整体功率输出考虑在内的情况下控制每个AC/DC变流器的电流。
由于多绕组变压器的次级绕组彼此电隔离并且随后可以被连接到AC/DC变流器，因此不需要在AC/DC变流器中提供次级绕组的隔离，如同今天的充电站的情况一样。电隔离的次级绕组、或者换句话说电位隔离的(galvanically isolated)变压器输出，使得可以使用更简单和更紧凑的变流器。从而减少了充电站的占地面积。
具有电隔离的次级绕组的多绕组变压器进一步使得可以在同一壳体中包括多绕组变压器和变流器。这进一步减少了整个充电站的占地面积。不需要一个或多个单独的室外变流器柜。
本发明的一个关键优点是多个电池充电器(AC/DC变流器)可以同时操作，从而并行地为多个车辆充电。例如，可以提供至少两个AC/DC变流器，其可以同时并行工作以并行地为两个车辆充电。优选地，该至少两个变流器是被单独控制的。
电动车辆充电站还可以被称为电动车辆预制充电站。
附图说明
参照附图，将对本发明进行更详细地说明，其中
图1通过示意性地图示了电动车辆充电站的电气组件和电子组件而示出了本发明的一个实施例，
图2以透视图示出了图1中的站的一个示例，以及
图3示出了本发明的另一实施例。
具体实施方式
图1和图2示出了根据本发明的电动车辆充电站10的一个实施例。
参照图1对站10的内部组件进行描述。在左侧图示了中压(MV)输入开关设备60。该开关设备60被连接到电网(在图2中图示)。开关设备60向位于开关设备60右侧的多绕组变压器20提供电力。
还可以设想其他布局，但是优选解决方案如下：如图1所示，将开关设备60定位在站10的一端，与变压器20紧邻。应当指出，图2仅示意性地图示了来自电网的传入连接以及到两个充电桩的传出连接。许多布局是可能的，但是优选解决方案如下：将站的内部组件如图1所示那样定位。
多绕组变压器20包括一个初级绕组22和多个次级绕组24a、24b、26、28。在所图示的示例中，存在第一次级绕组24a、第二次级绕组24b、第三次级绕组26和第四次级绕组28。次级绕组24a、24b、26、28彼此电流隔离。总体的附图标记25也被用于表示所有次级绕组24a、24b、26、28、29。
如本领域技术人员所理解的，在三相系统中，每相有一个初级绕组，因此总共有三个初级绕组。次级绕组对应地乘以三。为了便于说明，这里仅示出一相。
本发明的多绕组变压器可以是三相多绕组变压器。更准确地是三相多绕组降压变压器。多绕组变压器还可以被称为多个绕组的变压器(multiple winding transformer)。
次级绕组24a、24b、26、28被连接到低压(LV)配电盘40，其包括若干个开关42。这里仅图示了一个开关42。每个次级绕组24a、24b、26、28或多绕组变压器输出被连接到配电盘40内的单独开关。所述开关42可以是断路器或熔断器式隔离开关。如这里所示，开关设备优选地紧邻多绕组变压器20定位。
在配电盘40后面、图1所图示的站10的最右端，有若干个AC/DC变流器30。可以看出，每个次级绕组24a、24b、26、28被电连接到AC/DC变流器。然而，如将参照图3所描述的，一个或多个次级绕组29可以备选地被连接到另一负载，诸如辅助设备。辅助设备的示例包括控制系统、冷却系统和灭火系统。此外，辅助设备可以包括物理地位于充电站外部的设备，诸如路灯、安全摄像机、商业标志等。
上文所提及的控制系统可以包括系统控制器(未示出)，其被布置在容纳外壳70内，以控制尤其是变流器30中的每个变流器。
在这里未示出的备选实施例中，次级绕组24a、24b、26、28可以在没有中间配电盘40的情况下直接连接到变流器30。
然而，配电盘带来的优点如下：变流器30可以被单独地隔离以用于维护和可扩展(在站交付之后，增加附加的变流器)。
图1中的垂直虚线表示可选的隔离壁。这种壁可以被用于为站10的组件提供分离的隔间。在图1所图示的示例中，有中压隔间、变压器隔间和低压隔间。壁可以由钢或混凝土制成。提供这种隔间的一个优点如下：可以单独地控制各隔间中的温度和湿度，这可能是有益的，因为设备需要不同的环境条件。此外，可能存在适用于不同隔间的不同安全规定。例如，可以授权一位操作员进入低压隔间，但不能进入中压隔间。
变流器30输出DC，以用于为电动车辆的电池充电。在各个图中，由变流器30馈电的充电桩被图示为类似于被标记为“EV”的常规汽油泵。充电桩设置有用于为电动车辆充电的接口。接口可以例如是电缆连接(如附图所图示的)或感应连接(无线)。
从图1中可以看出，最上面的次级绕组24由两个次级绕组24a、24b组成。所述两个次级绕组24a、24b经由配电盘40内的各个开关被连接到同一变流器30。同样，在配电盘中仅示出了一个开关42(两个次级绕组中靠上的次级绕组24a被连接到该开关42)，但是存在位于该开关42旁边的、用于将所述两个次级绕组24a、24b中的另一个次级绕组(24b)连接到变流器30的另一开关。
通过将两个次级绕组24a、24b连接到同一变流器，实现了6相(2个绕组、3相)输出。该输出被连接到一个变流器30的输入，产生更少的纹波，由此DC电流中的谐波含量更少并且因此需要更小的滤波器。备选地，还可以存在连接到同一变流器的三个次级绕组(未示出)，其形成9相输出，从而进一步减小所述纹波。
如可以从图1中进一步看出的，位于前述次级绕组24a、24b下方的次级绕组26独自被连接到一个变流器30。
如图1中的站10的最右下角所示，站10还可以包括能量存储器50。能量存储器可以是电池50。一个次级绕组28经由变流器30而被连接到能量存储器50。通过提供能量存储器50，可以在站10中存储例如可再生能量，该可再生能量在需要的情况下可以被馈送到负载(例如车辆或辅助设备)。存储在能量存储器50中的能量还可以用于在系统波动的情况下确保高电能质量。此外，能量存储器50可以用于减少所谓的电费，因为可以平滑充电后的车辆的峰值电力需求。该站可以被连接到或甚至配备有为能量存储器50充电的太阳能电池板或风力发电机。
在上文所提及的所有设备周围，存在容纳外壳70。充电桩可以与容纳外壳70分开定位、附接到容纳外壳70、或者在容纳外壳70内。所述容纳外壳还可以被称为电动汽车充电站容纳外壳70，以反映充电站的所有电力设备均被包围在其内。
将中压(MV)输入开关设备60、多绕组变压器20、低压(LV)配电盘40、变流器30和可选的能量存储器50容纳在同一容纳外壳70中的优点如下：完整的电动车辆充电站10可以在工厂中被组装和测试，然后被交付以备现场安装。由此，大大减少了现场工作。此外，如已经提及的，电动车辆充电站10非常紧凑。
图3中示出了根据本发明的电动车辆充电站10的另一实施例。图3的上半部分示意性地图示了电动车辆充电站10的电气组件和电子组件(与图1相当)，而图3的下半部分以透视图示出了站10的一个示例(与图2相当)。
在图3的实施例中，变流器30(图3的上半部分中所图示的两个变流器)没有被容纳在前述容纳外壳70内。相反，变流器要么被定位在单独的变流器外壳中要么被定位在容纳外壳70室外的公共的变流器外壳70'中。在图3的下半部分图示了这种公共的变流器外壳70'。这里，公共的变流器外壳70'包含树形变流器30。
从图3中可以看出，最下面的次级绕组29被直接连接到辅助负载50或辅助设备50。“直接”意指次级绕组29在没有穿过变流器的情况下被连接到辅助设备50。
容纳外壳70优选地由混凝土、钢或复合材料制成。
在本公开中，中压通常意指1kV AC至72kV AC。然而，该站将被连接到的最可能的中压电平是10kV AC或20kV AC。典型地，多绕组变压器的初级绕组电压至少是次级绕组电压的10倍。由站充电的电动汽车的典型功率输出为150kW至350kW。

Claims (14)

1.一种电动车辆充电站(10)，包括变压器，其中：
-所述变压器是多绕组变压器(20)，其包括一个初级绕组(22)和多个次级绕组(25)，
-所述次级绕组(25)彼此电隔离，以及
-所述电动车辆充电站(10)还包括AC/DC变流器(30)，次级绕组(25)连接到所述AC/DC变流器(30)，
其特征在于，所述电动汽车充电站(10)还包括：
-具有多个开关(42)的配电盘(40)，每个次级绕组(25)被连接到所述配电盘(40)的相应的开关(42)，以及
-中压输入开关设备(60)，所述中压输入开关设备(60)被连接到所述多绕组变压器(20)的所述初级绕组(22)，其中所述中压的电平为1kV AC至72kV AC。
2.根据权利要求1所述的电动车辆充电站(10)，其中至少一个次级绕组(24、26、28)被连接到AC/DC变流器(30)，并且另一次级绕组(29)被直接连接到所述电动车辆充电站(10)的辅助设备(50)，以使得所述另一次级绕组(29)在没有穿过AC/DC变流器(30)的情况下被连接到所述辅助设备(50)。
3.根据权利要求1所述的电动车辆充电站(10)，其中四个次级绕组(24a、24b、26、28)被连接到AC/DC变流器(30)。
4.根据权利要求1所述的电动车辆充电站(10)，还包括容纳外壳(70)，所述多绕组变压器(20)、所述配电盘(40)和所述中压输入开关设备(60)被布置在所述容纳外壳内。
5.根据权利要求4所述的电动车辆充电站(10)，包括至少两个AC/DC变流器(30)，每个AC/DC变流器(30)均被连接到所述次级绕组(24、26、28)中的单独的一个次级绕组。
6.根据权利要求5所述的电动车辆充电站(10)，其中所述至少两个AC/DC变流器(30)被布置在所述容纳外壳(70)内。
7.根据前述权利要求中的任一项所述的电动车辆充电站(10)，还包括连接到所述次级绕组(28)中的一个次级绕组的能量存储器(50)。
8.根据权利要求7所述的电动车辆充电站(10)，其中所述能量存储器(50)被布置在所述容纳外壳(70)内。
9.根据权利要求1-6中的任一项所述的电动车辆充电站(10)，其中所述多绕组变压器(20)和所述次级绕组(25)被配置为：使得所述多绕组变压器(20)的输出能够是3相、6相或9相中的一种或几种。
10.根据权利要求1-6中的任一项所述的电动车辆充电站(10)，还包括：容纳外壳(70)，以及均与所述多绕组变压器(20)一起被容纳在同一个所述容纳外壳(70)中的至少两个AC/DC变流器(30)、中压输入开关设备(60)和低压配电盘(40)。
11.根据权利要求1-6中的任一项所述的电动车辆充电站(10)，其中所述多绕组变压器(20)是三相多绕组变压器(20)，在前述权利要求中提及的所有数目的绕组均可适用于所述三相中的一相。
12.根据权利要求1-6中的任一项所述的电动车辆充电站(10)，其中每个AC/DC变流器向待充电的电动车辆的功率输出处于150kW至350kW的范围内。
13.根据权利要求1-6中的任一项所述的电动车辆充电站(10)，还包括隔离壁，所述隔离壁为所述电动车辆充电站(10)的不同组件提供至少两个分离的隔间。
14.根据权利要求1-6中的任一项所述的电动车辆充电站(10)，还包括控制器，所述控制器用于控制每个AC/DC变流器(30)的电流，以使得所有AC/DC变流器(30)所汲取的功率之和不超过所述初级绕组(22)的额定功率。
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