CN109572476A - 一种充电桩装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种充电桩装置，括固定安装组件和移动安装组件，固定安装组件包括至少一个第一功率转换接口以及分别与第一功率转换接口连接的交流输入模块、第一控制模块和直流输出模块，第一控制模块还分别与交流输入模块的输出端和直流输出模块的输入端连接；移动安装组件包括第二功率转换接口以及与第二功率转换接口连接的交直流转换模块，固定安装组件和移动安装组件通过功率转换接口连接。本发明包括相互配合使用的固定安装组件和移动安装组件，固定安装组件结构简单和成本低，适合大范围推广，而成本相对较高的移动安装组件，可根据充电桩利用率的高低进行调配，可以避免充电桩因利用率低导致充电桩建设投资回收困难。

Description

一种充电桩装置
技术领域
本发明涉及充电设备技术领域，具体涉及一种充电桩装置。
背景技术
化石能源短缺加剧，世界化石能源价格体系波动加剧了某些国家的能源压力；此外，由于使用化石能源作为一次能源，导致环境持续恶化，改善环境的压力巨大。
新能源电动汽车以其便捷、安全性、智能化特点，得到了快速发展。电动汽车充电桩是新能源汽车的充电基础设施，国家为推动能源转型，推出大量利好政策刺激民众购买电动汽车，电动汽车数量已超过了建有的电动汽车充电桩数量，新能源汽车车主充电困难，第一批使用新能源出租车的哥也难以坚持。电动汽车充电桩市场的发展背后是新能源汽车的推行，两者互相推动，逐步改变民众出行习惯。
目前的电动汽车充电桩建设的两种模式:
(1)建设交流慢充桩，以220V单相电供电为基础，在停车场建设3.3kW-7kW的交流慢充桩，但是充电时间一般在8小时以上，是由于充电时间过长，因此难以满足电动汽车充电要求，逐渐面临淘汰。
(2)建设直流快充桩，以380V三相供电为基础，在停车场建设30-120kW直流快充桩，充电时长在30-60分钟。但是直流快充桩的成本高，并且需要占用一定空间，部分停车位难以满足要求；目前电动汽车保有量不足，导致充电桩的利用率极低，据统计超过80％的充电站使用率都低于5％，甚至有一部分比例的充电桩使用率为0％，从而导致充电桩建设投资回收困难；直流充电桩功率较大，会对电网构成一定压力，因此在建设过程中还需加强对电网的保护。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种充电桩装置，用于解决直流快充桩的成本高和利用率低从而导致充电桩建设投资回收困难的问题。
本发明的内容如下：
一种充电桩装置，包括固定安装组件和移动安装组件，
固定安装组件包括至少一个第一功率转换接口以及分别与第一功率转换接口连接的交流输入模块、第一控制模块和直流输出模块，第一控制模块还分别与交流输入模块的输出端和直流输出模块的输入端连接；
移动安装组件包括第二功率转换接口以及与第二功率转换接口连接的交直流转换模块，第二功率转换接口匹配于第一功率转换接口，固定安装组件和移动安装组件通过第一功率转换接口、第二功率转换接口连接；
交流输入模块用于提供交流电输入接口并通过功率转换接口将交流电传输至交直流转换模块；交直流转换模块用于将交流电转为直流电并通过功率转换接口传输至直流输出模块；第一控制模块用于实现充电系统的监控和保护；直流输出模块用于输出直流电压。
优选的，所述交流输入模块包括依次连接交流电输入接口、空气开关QF和交流接触器KM1，交流接触器KM1的输出端通过第一功率转换接口与移动安装组件连接。
优选的，所述第一控制模块包括主监控单元、系统供电单元、BMS辅助供电单元、第一通讯单元和绝缘监测单元，直流输出模块包括充电枪接口；
系统供电单元的输入端和BMS辅助供电单元的输入端分别与空气开关QF连接，系统供电单元的输出端与主监控单元连接，BMS辅助供电单元的输出端通过中间继电器K2与充电枪接口连接，中间继电器K2的控制端与主监控单元连接，主监控单元与充电枪接口连接，主监控单元分别连接有第一通讯单元和绝缘监测单元，主监控单元通过第一功率转换接口与移动安装组件连接，移动安装组件通过第一功率转换接口分别连接有直流接触器KM2和直流分流器，直流接触器KM2的输出端和直流分流器的输出端分别与充电枪接口连接，直流接触器KM2的控制端与主监控单元连接，直流分流器通过直流电能表与主监控单元连接。
优选的，所述第一通讯单元通过后台服务器与移动用户端连接，后台服务器用于接收和处理来自第一通讯单元的数据，并将数据发送给移动用户端，移动用户端用于人机交互以及实现与第一通讯单元的通信。
优选的，所述主监控单元还连接有人机交互单元，人机交互单元包括显示屏和/或操作键盘。
优选的，所述主监控单元还连接有指示灯单元。
优选的，所述交直流转换模块包括依次连接的EMI输入单元、有源PFC单元、DC/DC变换单元和EMI输出单元，EMI输入单元通过输入检测单元连接有DSP控制单元，DSP控制单元分别与有源PFC单元的控制端和DC/DC变换单元的控制端连接，有源PFC单元的输出端还通过第一供电单元与DSP控制单元连接，EMI输出单元通过输出检测单元与DSP控制单元连接，DSP控制单元还连接有第二通讯单元。
优选的，所述DSP控制单元还连接有GPS定位单元。
本发明的有益效果为：本发明包括相互配合使用的固定安装组件和移动安装组件，固定安装组件结构简单和成本低，适合大范围推广，而成本相对较高的移动安装组件，可根据充电桩利用率的高低进行调配，可以避免充电桩因利用率低导致充电桩建设投资回收困难。
附图说明
图1所示为本发明实施例的总体原理框图；
图2所示为本发明实施例的功率转换接口接线图；
图3所示为本发明实施例的固定安装组件的原理框图；
图4所示为本发明实施例的移动安装组件的原理框图。
具体实施方式
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。
请参照图1，本实施例公开的一种充电桩装置，包括固定安装组件11和移动安装组件12，固定安装组件11包括至少一个第一功率转换接口21以及分别与第一功率转换接口21连接的交流输入模块3、第一控制模块4和直流输出模块5，第一控制模块4还分别与交流输入模块3的输出端和直流输出模块5的输入端连接；移动安装组件12包括第二功率转换接口22以及与第二功率转换接口22连接的交直流转换模块6，第一功率转换接口21和第二转换接口22相互匹配。
本实施例的整体工作原理：使用时，固定安装组件11和移动安装组件12通过功率转换接口连接，交流输入模块3提供交流电输入接口、输入交流电并通过第一功率转换接口、第二转换接口将交流电传输至交直流转换模块6；交直流转换模块6将交流电转为直流电并通过功率转换接口传输至直流输出模块5，直流输出模块5输出直流电压；核心控制单元主要用于控制充电电路的通断和充电电量的管理。
请参照图2，第一功率转换接口21和第二功率转换接口22均包括交流电接线端(A、B、C、N)、地线接线端PE、充电通信回路接线端(S+、S-)、直流输出回路接线端(DC+、DC-)和备用接口。
请参照图3，图3中实线表示功率线，虚线表示信号线。本实施例中，固定安装组件11上设置有两个第一功率转换接口21，交流输入模块3包括依次连接交流电输入接口、空气开关QF和交流接触器KM1，交流接触器KM1的输出端与第一功率转换接口21的交流电接线端(A、B、C、N)连接，并通过第一功率转换接口21与移动安装组件12连接。
第一控制模块4包括主监控单元41、系统供电单元42、BMS辅助供电单元43、第一通讯单元45和绝缘监测单元44，直流输出模块5包括充电枪接口51，本实施例的充电枪接口51用于与充电枪连接，充电枪接口51设置在固定安装组件11而非移动安装组件12上，有利于提高移动安装组件12的便携性；
本实施例中，系统供电单元42和BMS辅助供电单元43均采用开关电源，系统供电单元42的输入端和BMS辅助供电单元43的输入端分别与空气开关QF连接，系统供电单元42的输出端与主监控单元41连接。系统供电单元42为主监控单元41供电，BMS辅助供电单元43的输出端通过中间继电器K2与充电枪接口51连接，BMS辅助供电单元43为汽车的电池管理系统供电，中间继电器K2的控制端与主监控单元41连接，主监控单元41通过控制引导线束与充电枪接口51连接，控制引导线束包含充电枪连接信号线、电子锁正极控制线、电子锁负极控制线、电子锁位置反馈信号线、温度传感器信号线，控制引导线束用于实现主监控单元41与电动汽车电池管理系统之间的通讯。
主监控单元41连接有第一通讯单元45，第一通讯单元45通过后台服务器与移动用户端连接，主监控单元41用于将充电桩的实时充电数据、状态数据等通过第一通讯单元45发送后台服务器，状态数据包括充电桩是否闲置，后台服务器用于控制充电桩、接受并发送数据给移动用户端，实现移动用户端与充电桩的人机交互，即通过移动用户端便可实现充电桩的充电操作。第一通讯单元45用于负责充电桩到后台服务器的数据上传与下载，本实施例中第一通讯单元45可以采用4G通讯方式或2G通讯方式。
主监控单元41连接有用于监测直流输出回路绝缘状态的绝缘监测单元44，绝缘监测单元44的输入回路线分别与第一功率转换接口21的直流输出线正极DC+和直流输出线负极DC-连接，主监控单元41与第一功率转换接口21的充电通信回路接线端(S+、S-)连接，并通过第一功率转换接口21与移动安装组件12连接以及进行充电通信控制，本实施例的主监控单元41通过充电通信回路接线端(S+、S-)即可对移动安装组件12进行充电控制，电路结构简单实用。
移动安装组件12通过第一功率转换接口21分别连接有直流接触器KM2和直流分流器46，直流接触器KM2的输出端和直流分流器46的输出端分别与充电枪接口51连接，直流接触器KM2的控制端与主监控单元41连接，主监控单元41还通过急停开关ST与直流接触器KM2的控制端连接，直流分流器46通过直流电能表47与主监控单元41连接，主监控单元41用于判别固定安装组件11和移动安装组件12的连接状态，连接状态包括是否连接、移动安装组件12的连接数量、充电枪是否与电动汽车连接以及用户是否付费为电动汽车充电；只有在固定安装组件11连接了至少一个移动安装组件12并且充电枪连接了电动汽车，同时用户完成付费的情况下，主监控单元41控制直流接触器KM2闭合，主监控单元41还连接有指示灯单元48和人机交互单元49，指示灯单元48用于指示充电桩的充电状态，人机交互单元49包括显示屏和/或操作键盘，若显示屏采用触摸式显示屏，充电桩可以不设置操作键盘。
请参照图4，交直流转换模块6包括依次连接的EMI输入单元61、有源PFC单元62、DC/DC变换单元63和EMI输出单元64，EMI输入单元61通过输入检测单元66连接有DSP控制单元65，DSP控制单元65分别与有源PFC单元62的控制端和DC/DC变换单元63的控制端连接，有源PFC单元62的输出端还通过第一供电单元67与DSP控制单元65连接，EMI输出单元64通过输出检测单元68与DSP控制单元65连接，DSP控制单元65还连接有第二通讯单元69。
交直流转换模块的工作原理：由功率转换接口输入的交流电依次经过EMI输入单元61和有源PFC单元62，EMI输入单元61和有源PFC单元62对交流电进行滤波整流和功率因素校正，以满足EMC标准和得到小于5％的电流总谐波含量(THDi)，DSP控制单元65根据交流输入电压，对有源PFC单元62的输入电流进行功率因素校正，使其跟随交流输入电压，DSP控制单元65产生PWM信号对有源PFC单元62进行驱动，并执行过压、过流、短路、欠压和欠流等保护；DC/DC变换单元63将有源PFC单元62输出的直流电压通过内置的高频变压器输出后再经过整流滤波输出，从而将整流后的电压转换成充电桩所要求的稳定直流电压。
第一供电单元67利用有源PFC单元62的直流输出，产生DSP控制单元65所需的工作电压。输入检测单元66实现交流输入电压、电流的检测，并将输入检测信号发送给DSP控制单元65，DSP控制单元65根据输入检测信号实现有源PFC单元62的控制和保护。输出检测单元68用于实现输出电压、电流和温度的检测等，并将输出检测信号发送给DSP控制单元65，DSP控制单元65根据输出检测信号实现DC/DC变换单元63的控制和保护。
DSP控制单元65还连接有GPS定位单元610，GPS定位单元610负责实时定位交直流转换模块6的地理位置，防止交直流转换模块6丢失。
以上所述，只是本发明的较佳实施例而已，本发明并不局限于上述实施方式，只要其以相同的手段达到本发明的技术效果，都应属于本发明的保护范围。在本发明的保护范围内其技术方案和/或实施方式可以有各种不同的修改和变化。

Claims (8)

1.一种充电桩装置，其特征在于：包括固定安装组件(11)和移动安装组件(12)，
固定安装组件(11)包括至少一个第一功率转换接口(21)以及分别与第一功率转换接口(21)连接的交流输入模块(3)、第一控制模块(4)和直流输出模块(5)，第一控制模块(4)还分别与交流输入模块(3)的输出端和直流输出模块(5)的输入端连接；
移动安装组件(12)包括第二功率转换接口(22)以及与第二功率转换接口(22)连接的交直流转换模块(6)，第二功率转换接口(22)匹配于第一功率转换接口(21)，固定安装组件(11)和移动安装组件(12)通过第一功率转换接口(21)、第二功率转换接口(22)连接；
交流输入模块(3)用于提供交流电输入接口并通过功率转换接口将交流电传输至交直流转换模块(6)；交直流转换模块(6)用于将交流电转为直流电并通过功率转换接口传输至直流输出模块(5)；第一控制模块(4)用于控制充电电路的通断和充电电量的管理；直流输出模块(5)用于输出直流电压。
2.如权利要求1所述的充电桩装置，其特征在于：所述交流输入模块(3)包括依次连接交流电输入接口、空气开关QF和交流接触器KM1，交流接触器KM1的输出端通过第一功率转换接口(21)与移动安装组件(12)连接。
3.如权利要求2所述的充电桩装置，其特征在于：所述第一控制模块(4)包括主监控单元(41)、系统供电单元、BMS辅助供电单元(43)、第一通讯单元(45)和绝缘监测单元(44)，直流输出模块(5)包括充电枪接口(51)；
系统供电单元的输入端和BMS辅助供电单元(43)的输入端分别与空气开关QF连接，系统供电单元的输出端与主监控单元(41)连接，BMS辅助供电单元(43)的输出端通过中间继电器K2与充电枪接口(51)连接，中间继电器K2的控制端与主监控单元(41)连接，主监控单元(41)与充电枪接口(51)连接，主监控单元(41)分别连接有第一通讯单元(45)和绝缘监测单元(44)，主监控单元(41)通过第一功率转换接口(21)与移动安装组件(12)连接，移动安装组件(12)通过第一功率转换接口(21)分别连接有直流接触器KM2和直流分流器(46)，直流接触器KM2的输出端和直流分流器(46)的输出端分别与充电枪接口(51)连接，直流接触器KM2的控制端与主监控单元(41)连接，直流分流器(46)通过直流电能表(47)与主监控单元(41)连接。
4.如权利要求3所述的充电桩装置，其特征在于：所述第一通讯单元(45)通过后台服务器与移动用户端连接，后台服务器用于接收和处理来自第一通讯单元(45)的数据，并将数据发送给移动用户端，移动用户端用于人机交互以及实现与第一通讯单元(45)的通信。
5.如权利要求3所述的充电桩装置，其特征在于：所述主监控单元(41)还连接有人机交互单元(49)，人机交互单元包括显示屏和/或操作键盘。
6.如权利要求3所述的充电桩装置，其特征在于：所述主监控单元(41)还连接有指示灯单元(48)。
7.如权利要求1所述的充电桩装置，其特征在于：所述交直流转换模块(6)包括依次连接的EMI输入单元(61)、有源PFC单元(62)、DC/DC变换单元(63)和EMI输出单元(64)，EMI输入单元(61)通过输入检测单元(66)连接有DSP控制单元(65)，DSP控制单元(65)分别与有源PFC单元(62)的控制端和DC/DC变换单元(63)的控制端连接，有源PFC单元(62)的输出端还通过第一供电单元(67)与DSP控制单元(65)连接，EMI输出单元(64)通过输出检测单元(68)与DSP控制单元(65)连接，DSP控制单元(65)还连接有第二通讯单元(69)。
8.如权利要求7所述的充电桩装置，其特征在于：所述DSP控制单元(65)还连接有GPS定位单元(610)。
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