CN109353239B - 一种用于千吨级以上电动船充电的户外集中式交直流岸电箱 - Google Patents

一种用于千吨级以上电动船充电的户外集中式交直流岸电箱 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于千吨级以上电动船充电的户外集中式交直流岸电箱，包括箱体、直流出口单元、直流充电枪、交流出口单元、交流充电枪、光电转换器；直流出口单元、交流出口单元、光电转换器均设置在箱体内；所述直流充电枪通过直流出口单元与后方充电站内的直流充电机连接，直流充电枪向靠岸船舶提供直流电源；所述交流充电枪通过交流出口单元与后方充电站内的交流充电机连接，交流充电枪向靠岸船舶提供充电交流电源；交直流出口单元通过光电转换器、通信光纤分别与后方的后方充电站内的交直流充电机电连接。本发明能同时提供交直流电源，能有效减少岸电箱在码头岸基的占用面积，能为千吨级以上的电动船提供所需的功率。本发明适用于电动船充电领域。

Description

一种用于千吨级以上电动船充电的户外集中式交直流岸电箱
技术领域
本发明涉及电动船充电设备领域，更具体的，涉及一种千吨级以上电动船充电的户外集中式交直流岸电箱。
背景技术
电动船舶是一种利用船载储能电池输出电力推进的新型运载工具，具有零排放无污染、绿色环保及节能等显著优点，在未来将会得到广泛的推广应用。
目前，已有企业开始研发建造内河千吨级以上的大型纯电动船，需要研发建设配套的岸电设施，为电动船充电以续航。不同于以往船舶使用小功率的三相三线制交流岸电，千吨级以上电动船需要使用大功率的交流或直流岸电，且船岸间的充电输电全过程需实时在线监控，以确保充电过程的安全性和快捷性。而又不同于现有陆基专用电动汽车充电桩及充电站的技术设计与布置方案，综合性港口码头岸基沿线布置往往布置有大量的装卸、起吊或转运设备设施，实际可利用的剩余空间与面积十分有限，码头岸基现场不能布置为数众多的岸电设施与充电机。因此，必需有针对性地研发解决千吨级以上电动船岸电设施的技术设计与布置方案。
现有的船用岸电箱存在的缺点及不足：1）电源型制单一，仅为常规机动或油电船舶提供三相三线制交流电源；2）常规岸电箱供电容量小，适用的船型范围窄。受岸电箱供电功率的限制，仅可作为500吨级以下小型机动船舶靠岸时的替代电源；3）仅输送电源上船，无法实现船岸在线通信及信息交互功能，供电过程不能实时反馈与有效监控。
发明内容
本发明为了解决岸电箱只能提供交流电源，且供电功率小，无法供应千吨级以上的电动船充电的问题，提供了一种用于千吨级以上电动船充电的户外集中式交直流岸电箱，其适宜在港口码头现场集中布置，而且单体岸电箱的电力传输功率大；能同时为电动船提供交直流电源，能为千吨级以上的电动船提供所需的功率。
为实现上述本发明目的，采用的技术方案如下：一种用于千吨级以上电动船充电的户外集中式交直流岸电箱，包括箱体、直流出口单元、直流充电枪、交流出口单元、交流充电枪、光电转换器；所述直流出口单元、交流出口单元、光电转换器均设置在箱体内；
所述直流充电枪的电源线通过直流出口单元用于与后方充电站内的直流充电机连接，直流充电枪向靠岸船舶提供充电所需的直流电源；所述直流出口单元控制直流充电枪的电源通断，同时通过直流充电枪与船的电池管理系统通信连接；
所述交流充电枪的电源线通过交流出口单元用于与后方充电站内的交流充电机连接，交流充电枪向靠岸船舶提供充电所需的交流电源；所述交流出口单元控制交流充电枪的电源通断，同时通过交流充电枪与船的电池管理系统通信连接；
所述直流出口单元、交流出口单元通过光电转换器、通信光纤分别与后方充电站内的直流充电机、交流充电机电连接，用于与后方充电站内的直流充电机、交流充电机CAN通信连接。
优选地，所述直流出口单元根据电动船舶充电功率要求设有多组，分别通过17芯柔性电缆与直流充电枪连接；所述交流出口单元设有多组，分别通过14芯柔性电缆与交流充电枪连接。
进一步地，所述直流出口单元设置8组，交流出口单元设置2组，光电转换器10个。
进一步地，直流出口单元包括直流接触器、第一出口继电器、直流检测控制模块、直流电压采集器、直流电流采样器、直流电源指示灯、直流故障指示灯、直流急停开关；所述直流电压采集器、直流电流采样器、直流电源指示灯、直流故障指示灯、直流急停开关均与直流检测控制模块电连接；所述直流接触器串联在直流充电枪的电源线上，直流接触器的控制端通过第一出口继电器与直流检测控制模块电连接；所述直流检测控制模块通过控制第一出口继电器进而控制直接接触器通断。
进一步地，所述直流充电枪通过17芯柔性电缆与直流出口单元中的直流接触器连接，直流充电枪上设置温度检测模块、电子锁检测模块、CAN通信接口；所述温度检测模块、电子锁检测模块、CAN通信接口均与直流检测控制模块电连接；所述CAN通信接口用于与电动船舶的电池管理系统CAN通信连接，从而实现直流充电过程信息交互及闭环控制。
进一步地，所述交流出口单元包括交流接触器、第二出口继电器、交流电流采集器、交流电压采集器、交流电源指示灯、交流故障指示灯、交流急停开关、交流检测控制模块；所述交流电流采集器、交流电压采集器、交流电源指示灯、交流故障指示灯、交流急停开关均与交流检测控制模块电连接；所述交流接触器串联在交流充电枪的电源线上，交流接触器的控制端通过第二出口继电器与交流检测控制模块。
进一步地，所述交流充电枪通过14芯柔性电缆与交流出口单元中的交流接触器连接，交流充电枪上设置温度检测模块、电子锁检测模块、CAN通信接口；所述温度检测模块、电子锁检测模块、CAN通信接口均与交流检测控制模块电连接；所述CAN通信接口用于与电动船舶的电池管理系统CAN通信连接，从而实现交流充电过程中信息交互及闭环控制。
优选地，所述箱体采用铝合金结构。
本发明的有益效果如下：本发明后方充电主机与交直流出口单元分开，交直流出口单元可集中布置在户外集中式交直流岸电箱内；户外集中式交直流岸电箱与充电主机之间采用光纤通信方式，最远传输距离可达2.5km以上，岸电箱在码头岸侧的布置位置及其与充电主机的间距基本不受限制，且光纤通信方式较好地解决了远距离传输的信号衰减及干扰现象；交直流出口单元集中设计布置在岸电箱内，可传输的电源种类与功率大小多样，适用的船型范围更广，技术经济性更优。
附图说明
图1是本发明的系统结构图。
图2是图1中的直流出口单元、直流充电枪电气原理图。
图3是图1中的交流出口单元、交流充电枪电气原理图。
图4是本发明的箱体外观图。
图5是充电枪与箱体的连接图。
其中：1.箱体、2.直流电源指示灯、3.直流故障指示灯、4.直流事故急停开关、5.交流电源指示灯、6. 交流故障指示灯、7.工作电源灯、8. 交流事故急停开关、9.17 芯柔性电缆、10.直流充电枪、11. 14 芯柔性电缆、12. 交流充电枪。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明做详细描述。
实施例1
如图1、图2、图3所示，一种用于千吨级以上电动船充电的户外集中式交直流岸电箱，包括箱体1、直流出口单元、直流充电枪10、交流出口单元、交流充电枪12、光电转换器；所述直流出口单元、交流出口单元、光电转换器均设置在箱体内；
所述直流充电枪10的电源线通过直流出口单元用于与后方充电站内的直流充电机连接，直流充电枪10向靠岸船舶提供充电所需的直流电源；所述直流出口单元控制直流充电枪10的电源通断，同时通过直流充电枪10与船的电池管理系统通信连接；所述直流出口单元通过光电转换器、通信光纤分别与后方充电站内的直流充电机电连接，用于与后方充电站内的直流充电机CAN通信连接。
所述交流充电枪12的电源线通过交流出口单元用于与后方充电站内的交流充电机连接，交流充电枪12向靠岸船舶提供充电所需的交流电源；所述交流出口单元控制交流充电枪12的电源通断，同时通过交流充电枪12与船的电池管理系统通信连接；所述交流出口单元通过光电转换器、通信光纤分别与后方充电站内的交流充电机电连接，用于与后方充电站内的交流充电机CAN通信连接。
本实施例户外集中式交、直流岸电箱输入端通过普通电力电缆与充电站内交直流充电机连接，输出端则通过14芯柔性电缆11、17芯柔性电缆9分别与交流充电枪12、直流充电枪10连接，交流充电枪12、直流充电枪10再与电动船的电池管理系统连接，构成了交、直流充电主机到岸电箱、再到电动船的整个电力传输与监控通信回路。
本实施例14芯柔性电缆11、17芯柔性电缆9采用型号分别为EVDC-REYS90-1000V-3×120+2×4+2×(2×0.75)(P2)+8×0.75(P2)、EVDC-REYS90-1000V-2×95+1×25+2×4+2×(2×0.75)(P2)+8×0.75(P2)，交流充电枪12、直流充电枪10均统一采用铝合金材质，防护等级为IP66，技术规格分别为AC1000V/500A、DC750V/250A。
本实施例所述直流出口单元根据电动船舶充电功率要求设有多组，分别通过17芯柔性电缆9与直流充电枪10连接；所述交流出口单元设有多组，分别通过14芯柔性电缆与交流充电枪12连接。
所述的集中式户外交直流岸电箱，箱体1内设置有直流出口单元共计8组、交流出口单元共计2组、光电转换器共计10个。每组直流出口单元技术规格为DC600V/200A，2组交流出口单元技术规格分别为AC400V/480A、AC400V/250A。
如图2所示，直流出口单元包括直流接触器、第一出口继电器、直流检测控制模块、直流电压采集器、直流电流采样器、直流电源指示灯2、直流故障指示灯3、直流急停开关4；所述直流电压采集器、直流电流采样器、直流电源指示灯2、直流故障指示灯3、直流急停开关4均与直流检测控制模块电连接；所述直流接触器串联在直流充电枪10的电源线上，直流接触器的控制端通过第一出口继电器与直流检测控制模块电连接；所述直流检测控制模块通过控制第一出口继电器进而控制直接接触器通断。
所述直流充电枪10通过14芯柔性电缆9与直流出口单元中的直流接触器连接，直流充电枪10上设置温度检测模块、电子锁检测模块、CAN通信接口；所述温度检测模块、电子锁检测模块、CAN通信接口均与直流检测控制模块电连接；所述CAN通信接口用于与电动船舶的电池管理系统CAN通信连接，从而实现直流充电过程信息交互及闭环控制。
所述的直流检测控制模块，根据后方充电站内的直流充电机发送来的启停信号控制第一出口继电器及直流接触器的闭合与分断，同时对直流电流采集器和直流电压采样器采集的模拟信号转换为数字信号反馈上传至充电主机，实现电动船与充电机之间在充电过程中电源输出的自动调节与中断控制，并具有电源输出指示、故障输出指示及接收内、外部事故急停信号跳闸的功能。本实施直流电流采集器可采用霍尔传感器或分流器对直流电流进行采集，直流电流采集器串联在直流充电枪与直流接触器之间的电缆线上；直流电压采集器用于采集直流充电枪的电源线上的电压。
如图2所示，所述交流出口单元包括交流接触器、第二出口继电器、交流电流采集器、交流电压采集器、交流电源指示灯5、交流故障指示灯6、交流急停开关8、交流检测控制模块；所述交流电流采集器、交流电压采集器、交流电源指示5灯、交流故障指示灯6、交流急停开关8均与交流检测控制模块电连接；所述交流接触器串联在交流充电枪12的电源线上，交流接触器的控制端通过第二出口继电器与交流检测控制模块。交流电流采集器串联在交流接触器与交流充电枪之间的电缆线上，交流电压采集器用于采集交流充电枪的电源线上的电压。
如图3所示，所述交流充电枪12通过14芯柔性电缆11与交流出口单元中的交流接触器连接，交流充电枪12上设置温度检测模块、电子锁检测模块、CAN通信接口；所述温度检测模块、电子锁检测模块、CAN通信接口均与交流检测控制模块电连接；所述CAN通信接口用于与电动船舶的电池管理系统CAN通信连接，从而实现交流充电过程中信息交互及闭环控制。
所述的交流检测控制模块，根据后方充电主机发送来的启停信号控制第二出口继电器及交流接触器的闭合与分断，同时对交流电流采集器和电压采样器采集的模拟信号转换为数字信号反馈上传至后方充电站内的交流充电机，实现电动船与交流充电机之间在充电过程中电源输出的自动调节与中断控制，并具有电源输出指示、故障输出指示及接收内、外部事故急停信号跳闸的功能。
本实施例所述的交直流检测控制模块上均集成了ARM处理器（LPC2388）作为主控制器、E2PROM存储器（CAT24WC64）、32位开关量I/O接口电路、8通道模拟量AI/AO接口电路、CAN网络接口电路、串行接口电路及显示电路。
如图4、图5所示，所述箱体1采用铝合金结构，所述直流电源指示灯2、直流故障指示灯3、直流急停开关4、交流电源指示灯5、交流故障指示灯6、交流急停开关8均设置在箱体1上，所述的交流充电枪12、直流充电枪10均统一采用铝合金材质，防护等级为IP66，技术规格分别为AC1000V/500A、DC750V/250A。14芯柔性电缆11、17芯柔性电缆9均采用“电力+控制+通信三合一”型式的多芯柔性电缆，该型电缆不仅具有较强的抗拉伸、抗腐蚀老化和抗污特性，还能同步传输船岸间的控制与通信信号。
本实施例箱体1上还设置有工作电源灯7，用于提示岸电箱是否处于工作状态，工作电源灯7与交流检测模块连接。户外集中式交直流岸电箱在码头前沿布置的技术设计方案，极大地节省了岸电箱在码头布置的占用空间，又可作为岸基同时向靠岸的多艘船舶传输电力的中间枢纽与标准化接口，进而可有效解决船岸电力传输的电源适配差异与连接过渡技术问题，而在户外集中式交直流岸电箱与后方充电站内的交直流电机之间优选地采用了光纤通信方式，又科学有效地解决了因船岸电力传输距离远存在的通信干扰与衰减障碍。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种用于千吨级以上电动船充电的户外集中式交直流岸电箱，其特征在于：包括箱体（1）、直流出口单元、直流充电枪（10）、交流出口单元、交流充电枪（12）、光电转换器；所述直流出口单元、交流出口单元、光电转换器均设置在箱体内；
所述直流充电枪（10）的电源线通过直流出口单元与后方充电站内的直流充电机连接，直流充电枪（10）向靠岸船舶提供充电所需的直流电源；所述直流出口单元控制直流充电枪（10）的电源通断，同时通过直流充电枪（10）与船的电池管理系统通信连接；
所述交流充电枪（12）的电源线通过交流出口单元用于与后方充电站内的交流充电机连接，交流充电枪（12）向靠岸船舶提供充电所需的交流电源；所述交流出口单元控制交流充电枪（12）的电源通断，同时通过交流充电枪（12）与船的电池管理系统通信连接；
所述直流出口单元、交流出口单元通过光电转换器、通信光纤分别与后方的后方充电站内的直流充电机、交流充电机电连接；
所述直流出口单元根据电动船舶充电功率要求设有多组，分别通过17芯柔性电缆（9）与直流充电枪（10）连接；所述交流出口单元设有多组，分别通过14芯柔性电缆（11）与交流充电枪（12）连接；
所述箱体（1）采用铝合金结构；
所述直流出口单元包括直流接触器、第一出口继电器、直流检测控制模块、直流电压采集器、直流电流采样器、直流电源指示灯2、直流故障指示灯3、直流急停开关4；所述直流电压采集器、直流电流采样器、直流电源指示灯2、直流故障指示灯3、直流急停开关4均与直流检测控制模块电连接；所述直流接触器串联在直流充电枪（10）的电源线上，直流接触器的控制端通过第一出口继电器与直流检测控制模块电连接；所述直流检测控制模块通过控制第一出口继电器进而控制直接接触器通断；
所述直流充电枪（10）通过17芯柔性电缆（9）与直流出口单元中的直流接触器连接，直流充电枪（10）上设置温度检测模块、电子锁检测模块、CAN通信接口；所述温度检测模块、电子锁检测模块、CAN通信接口均与直流检测控制模块电连接；所述CAN通信接口用于与电动船舶的电池管理系统通信连接。
2.根据权利要求1所述的用于千吨级以上电动船充电的户外集中式交直流岸电箱，其特征在于：所述直流出口单元设置8组，交流出口单元设置2组，光电转换器10个。
3.根据权利要求2所述的用于千吨级以上电动船充电的户外集中式交直流岸电箱，其特征在于：所述交流出口单元包括交流接触器、第二出口继电器、交流电流采集器、交流电压采集器、交流电源指示灯（5）、交流故障指示灯（6）、交流急停开关（8）、交流检测控制模块；所述交流电流采集器、交流电压采集器、交流电源指示灯（5）、交流故障指示灯（6）、交流急停开关（8）均与交流检测控制模块电连接；所述交流接触器串联在交流充电枪（12）的电源线上，交流接触器的控制端通过第二出口继电器与交流检测控制模块。
4.根据权利要求3所述的用于千吨级以上电动船充电的户外集中式交直流岸电箱，其特征在于：所述交流充电枪（12）通过14芯柔性电缆（11）与交流出口单元中的交流接触器连接，交流充电枪（12）上设置温度检测模块、电子锁检测模块、CAN通信接口；所述温度检测模块、电子锁检测模块、CAN通信接口均与交流检测控制模块电连接；所述CAN通信接口用于与电动船舶的电池管理系统通信连接。
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