CN111038322B - 安全节能高压充电桩实现方法及产品 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了安全节能高压充电桩实现方法及产品，其有四个单元组成：变电单元BD、变流单元MZ、安全保护单元KG和智能充电终端ZD组成，变电单元BD、变流单元MZ和安全保护单元KG置于主机ZJ箱内，智能充电终端ZD安装在电动汽车充电位；本发明的优点一：没有低压电缆线损，年可节约电费5％‑10％；优点二：安全保护性能好；优点三：将充电过程的连接确认、绝缘检测、计量和人机交互，全部内置于智能充电终端中，优化了充电桩的整体电路和结构，提升了产品的可靠性。

Description

安全节能高压充电桩实现方法及产品
技术领域
本发明关于充电桩设计方案和装置，尤其是安全节能高压充电桩实现方法及产品。
背景技术
2019年南方电网检测数据认为：国内百万根充电桩不符合安全要求，主要原因是：1、现有充电桩为低压直接入充电桩，雨季或工艺缺陷时，安全隐患不可避免；2、现有充电桩为开放式风冷结构，在雨季会导致变流模块损坏故障；3、现有充电站的变电所和充电桩为分体式布局，变电所和充电桩之间的线损高达7-12％，造成极大的能源浪费。
发明内容
本发明目的：提出一种安全节能高压充电桩实现方法及产品，可以解决现有充电桩存在的上述问题。
本发明实现方案是：一种安全节能高压充电桩实现方法及产品，安全节能高压充电桩由四个单元组成，变电单元BD、变流单元MZ、安全保护单元KG和智能充电终端ZD组成；变电单元BD、变流单元MZ和安全保护单元KG置于主机ZJ内，智能充电终端ZD安装在电动汽车充电位；网电高压ACH经过变电单元BD，输出的低压ACL，通过短母排接变流单元MZ；网侧电源ACH由高压电缆连接主机ZJ的变电单元BD，高压电缆损耗为同样长度的低压电缆的几百分之一，由此达到节能效果；变流单元MZ的输出DCN经安全保护单元KG后，再接智能充电终端ZD，异常时安全保护单元KG切断与智能充电终端ZD的全部电气连接，由此保障此时触及智能充电终端ZD的绝对安全；安全保护单元KG切断与智能充电终端ZD时，由智能充电终端ZD的备用电源10保障智能充电终端ZD与主机ZJ的通讯和人机交互，主机ZJ和智能充电终端ZD之间的CAN通讯线路采用光电隔离。
本发明中：变电单元BD由高压开关柜HK、低压开关柜LK和配电变压器TRF组成；高压开关柜HK为气体绝缘柜，高压开关柜HK与配电变压器TRF之间的高压连接，采用套管直接对接，可以避免高压开关柜HK和配电变压器TRF的高压线路裸露；低压开关柜LK的框架断路器与和配电变压器TRF的出线牌直接连接，框架断路器出线ACL与变流单元MZ的进线侧ACL连接。
本发明中：变流单元MZ由M个模块和N路输出排组成，M个模块的M对正负极水平母排和N路正负极输出排组成M*N矩阵，M*N矩阵的交叉节点有M*N个节点开关Knm，由此组成一个全功率M*N切换矩阵；1-M个模块中的一个或多个模块，都可以投切到N路输出排的任一路，任何一个模块不能同时被二个或二个以上的输出排选用；输出排已选用的模块，可以中途退出该母排后，可以被其它输出排再次使用；M*N切换矩阵中部分模块固定给特定输出排后，剩余模块可以组成非全功率M*N切换矩阵；节点开关Knm的工作状态受控于嵌入式计算机MCU2，嵌入式计算机MCU2受控于其CAN通讯口的指令；节点开关Knm为机械和电力电子元件组成的混合结构开关，变流单元MZ和采用空调COOL制冷散热。
本发明中：智能充电终端ZD由充电枪的连接确认检测、绝缘检测、电子锁控制、BMS供电计量、充电电量计量、车牌车型识别和语音交互的AI影像和语音功能、无感支付、键盘和读卡器、显示屏、人体接近传感器组成；来自充电枪输出接口1的连接确认信号、电子锁控制信号和CAN信号送MCU数据通讯口C1；来自安全节能高压充电桩的主机ZJ的充电电源DC1经过5DC1电能表送充电枪输出接口1，5DC1电能表的充电数据送MCU数据通讯口C5、来自安全节能高压充电桩的主机ZJ的BMS工作电源DC2经过6DC2电能表送充电枪输出接口1，6DC2电能表的用电数据送MCU数据通讯口C6；来自充电枪输出接口11的连接确认信号、电子锁控制信号和BMS的CAN信号送MCU数据通讯口C11；来自安全节能高压充电桩的主机ZJ的充电电源DC11经过5DC11电能表送充电枪输出接口11，5DC11电能表的充电数据送MCU数据通讯口C51、来自安全节能高压充电桩的主机ZJ的BMS供电电源经DC21经过6DC21电能表送充电枪输出接口11，6DC21电能表的数据送MCU数据通讯口C61；影像和语音交互单元2与MCU数据通讯口C2连接，键盘和读卡器及显示屏单元3与MCU数据通讯口C3连接，人体接近传感器4与MCU数据通讯口C4连接；智能充电终端ZD与安全节能高压充电桩的主机ZJ的连接为：安全节能高压充电桩的主机ZJ输出的充电电源和BMS工作电源分别经DC1和DC2连接到智能充电终端ZD，安全节能高压充电桩的主机ZJ的CAN与智能充电终端ZD的MCU的CAN通讯口连接；网线或WIFI或蓝牙通讯天线接口7、智能充电终端ZD的应急停止按钮经MCU的C8和C9数据接口8、9与MCU连接，备用电源10为智能充电终端ZD与主机ZJ切断时提供的备用电源10。
有益效果：
本发明的优点一：没有低压电缆线损，年可节约电费5％-10％；优点二：安全保护性能好；优点三：将充电过程的连接确认、绝缘检测、计量和人机交互，全部内置于智能充电终端中，优化了充电桩的整体电路和结构，提升了产品的可靠性。
附图说明
图1是本发明实施例的原理框图。
图2是本发明实施例的变电单元BD的原理框图。
图3是本发明实施例的变流单元MZ的原理框图。
图4是本发明实施例的智能充电终端ZD的原理框图。
图中：图1中虚框单元组成主机ZJ、BD为变电单元、MZ为变流单元、KG为安全保护单元、ZD为智能充电终端；图2中HK为高压开关柜、LK为低压开关柜、TRF为配电变压器；图3中1-M为模块、1-N为输出排、Knm为节点开关、MCU2为嵌入式计算机、COOL为空调；图4中1和11为充电枪输出接口、2为影像和语音交互单元、3为键盘和读卡器及显示屏单元、4为人体接近传感器、5DC1和5DC11为电能表、6DC2和6DC21为电能表、7为网线或WIFI或蓝牙通讯天线接口、8和9为授电终端应急停止按钮接口、10为备用电源、MCU为嵌入式计算机。
具体实施方式
附图非限制性地公开本发明的原理及其实施结构，以下就本发明方法的具体实施产品做详细说明。
本实施例的一种安全节能高压充电桩实现方法，如图1所示，是本实施例的原理框图，安全节能高压充电桩由四个单元组成，变电单元BD、变流单元MZ、安全保护单元KG和智能充电终端ZD组成，变电单元BD、变流单元MZ和安全保护单元KG置于主机ZJ内，智能充电终端ZD安装在电动汽车充电位；网电高压ACH经过变电单元BD，输出的低压ACL，通过短母排接变流单元MZ；网侧电源ACH由高压电缆连接主机ZJ的变电单元BD；变流单元MZ的输出DCN经安全保护单元KG后，再接智能充电终端ZD，异常时安全保护单元KG切断与智能充电终端ZD的全部电气连接，由此保障此时触及智能充电终端ZD的绝对安全；安全保护单元KG切断与智能充电终端ZD时，由智能充电终端ZD的备用电源10保障智能充电终端ZD与主机ZJ的通讯和人机交互，主机ZJ和智能充电终端ZD之间的CAN通讯线路采用光电隔离。
本发明的另一实施例的安全节能高压充电桩实现产品，它是由四个单元组成：变电单元BD、变流单元MZ、安全保护单元KG和智能充电终端ZD组成；变电单元BD、变流单元MZ和安全保护单元KG置于主机ZJ内，智能充电终端ZD安装在电动汽车充电位；网电高压ACH经过变电单元BD，输出的低压ACL，通过短母排接变流单元MZ；网侧电源ACH由高压电缆连接主机ZJ的变电单元BD，高压电缆损耗为同样长度的低压电缆的几百分之一，由此达到节能效果；变流单元MZ的输出DCN经安全保护单元KG后，再接智能充电终端ZD，异常时安全保护单元KG切断与智能充电终端ZD的全部电气连接，由此保障此时触及智能充电终端ZD的绝对安全；安全保护单元KG切断与智能充电终端ZD时，由智能充电终端ZD的备用电源10保障智能充电终端ZD与主机ZJ的通讯和人机交互，主机ZJ和智能充电终端ZD之间的CAN通讯线路采用光电隔离。
本发明的具体实施产品中：变电单元BD由高压开关柜HK、低压开关柜LK和配电变压器TRF组成；如图2所示，是本实施例的变电单元BD的原理框图，高压开关柜HK为气体绝缘柜，高压开关柜HK与配电变压器TRF之间的高压连接，采用套管直接对接，可以避免高压开关柜HK和配电变压器TRF的高压线路裸露；低压开关柜LK的框架断路器与和配电变压器TRF的出线牌直接连接，框架断路器出线ACL与变流单元MZ的进线侧ACL连接。
本发明的具体实施产品中：变流单元MZ由M个模块和N路输出排组成，图3中所示的M个模块的M对正负极水平母排和N路正负极输出排组成M*N矩阵，M*N矩阵的交叉节点有M*N个节点开关Knm，由此组成一个全功率M*N切换矩阵；如图3所示，是本实施例的变流单元MZ的原理框图，1-M个模块中的一个或多个模块，都可以投切到N路输出排的任一路，任何一个模块不能同时被二个或二个以上的输出排选用；输出排已选用的模块，可以中途退出该母排后，可以被其它输出排再次使用；M*N切换矩阵中部分模块固定给特定输出排后，剩余模块可以组成非全功率M*N切换矩阵；节点开关Knm的工作状态受控于嵌入式计算机MCU2，嵌入式计算机MCU2受控于其CAN通讯口的指令；节点开关Knm为机械和电力电子元件组成的混合结构开关，变流单元MZ和采用空调COOL制冷散热。
本发明的具体实施产品中：智能充电终端ZD由充电枪的连接确认检测、绝缘检测、电子锁控制、BMS供电计量、充电电量计量、车牌车型识别和语音交互的AI影像和语音功能、无感支付、键盘和读卡器、显示屏、人体接近传感器组成；来自充电枪输出接口1的连接确认信号、电子锁控制信号和CAN信号送MCU数据通讯口C1；来自安全节能高压充电桩的主机ZJ的充电电源DC1经过5DC1电能表送充电枪输出接口1，5DC1电能表的充电数据送MCU数据通讯口C5、来自安全节能高压充电桩的主机ZJ的BMS工作电源DC2经过6DC2电能表送充电枪输出接口1，6DC2电能表的用电数据送MCU数据通讯口C6；来自充电枪输出接口11的连接确认信号、电子锁控制信号和BMS的CAN信号送MCU数据通讯口C11；来自安全节能高压充电桩的主机ZJ的充电电源DC11经过5DC11电能表送充电枪输出接口11，5DC11电能表的充电数据送MCU数据通讯口C51、来自安全节能高压充电桩的主机ZJ的BMS供电电源经DC21经过6DC21电能表送充电枪输出接口11，6DC21电能表的数据送MCU数据通讯口C61；影像和语音交互单元2与MCU数据通讯口C2连接，键盘和读卡器及显示屏单元3与MCU数据通讯口C3连接，人体接近传感器4与MCU数据通讯口C4连接；智能充电终端ZD与安全节能高压充电桩的主机ZJ的连接为：安全节能高压充电桩的主机ZJ输出的充电电源和BMS工作电源分别经DC1和DC2连接到智能充电终端ZD，安全节能高压充电桩的主机ZJ的CAN与智能充电终端ZD的MCU的CAN通讯口连接；网线或WIFI或蓝牙通讯天线接口7、智能充电终端ZD的应急停止按钮经MCU的C8和C9数据接口8、9与MCU连接，备用电源10为智能充电终端ZD与主机ZJ切断时提供的备用电源10。
如图4所示，是本实施例的智能充电终端ZD的原理框图。
上述具体实施产品公开如上，实施产品和附图并不是用来限定本发明，在不脱离本发明之精神和范围内，尽可作各种变化或润饰，同样在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种安全节能高压充电桩实现方法，安全节能高压充电桩由四个单元组成，变电单元（BD）、变流单元（MZ）、安全保护单元（KG）和智能充电终端（ZD）组成，其特征是：变电单元（BD）、变流单元（MZ）和安全保护单元（KG）置于主机（ZJ）内，智能充电终端（ZD）安装在电动汽车充电位；网电高压ACH经过变电单元（BD），输出的低压ACL，通过短母排接变流单元（MZ）；网侧电源ACH由高压电缆连接主机（ZJ）的变电单元（BD）；变流单元（MZ）的输出DCN经安全保护单元（KG）后，再接智能充电终端（ZD），异常时安全保护单元（KG）切断与智能充电终端（ZD）的全部电气连接，由此保障此时触及智能充电终端（ZD）的绝对安全；安全保护单元（KG）切断与智能充电终端（ZD）的全部电气连接时，由智能充电终端（ZD）的备用电源（10）保障智能充电终端（ZD）与主机(ZJ)的通讯和人机交互，主机（ZJ）和智能充电终端（ZD）之间的CAN通讯线路采用光电隔离；
智能充电终端（ZD）由充电枪的连接确认检测、绝缘检测、电子锁控制、BMS供电计量、充电电量计量、车牌车型识别和语音交互的AI影像和语音功能、无感支付、键盘和读卡器、显示屏、人体接近传感器组成；来自充电枪输出接口（1）的连接确认信号、电子锁控制信号和CAN信号送MCU数据通讯口C1；来自安全节能高压充电桩的主机(ZJ)的充电电源DC1经过5DC1电能表送充电枪输出接口(1)，5DC1电能表的充电数据送MCU数据通讯口C5、来自安全节能高压充电桩的主机(ZJ)的BMS工作电源DC2经过6DC2电能表送充电枪输出接口（1），6DC2电能表的用电数据送MCU数据通讯口C6；来自充电枪输出接口（11）的连接确认信号、电子锁控制信号和BMS的CAN信号送MCU数据通讯口C11；来自安全节能高压充电桩的主机(ZJ)的充电电源DC11经过5DC11电能表送充电枪输出接口（11），5DC11电能表的充电数据送MCU数据通讯口C51、来自安全节能高压充电桩的主机(ZJ)的BMS供电电源经DC21经过6DC21电能表送充电枪输出接口（11），6DC21电能表的数据送MCU数据通讯口C61；影像和语音交互单元（2）与MCU数据通讯口C2连接，键盘和读卡器及显示屏单元（3）与MCU数据通讯口C3连接，人体接近传感器（4）与MCU数据通讯口C4连接；智能充电终端（ZD）与安全节能高压充电桩的主机(ZJ)的连接为：安全节能高压充电桩的主机（ZJ）输出的充电电源和BMS工作电源分别经DC1和DC2连接到智能充电终端（ZD），安全节能高压充电桩的主机（ZJ）的CAN与智能充电终端(ZD)的MCU的CAN通讯口连接；网线或WIFI或蓝牙通讯天线接口（7）、智能充电终端（ZD）的应急停止按钮经MCU的C8和C9数据接口（8、9）与MCU连接，备用电源（10）为智能充电终端(ZD)与主机(ZJ)切断时提供的备用电源（10）。
2.如权利要求1所述的安全节能高压充电桩实现方法，其特征是：变电单元（BD）由高压开关柜（HK）、低压开关柜（LK）和配电变压器（TRF）组成；高压开关柜（HK）为气体绝缘柜，高压开关柜（HK）与配电变压器（TRF）之间的高压连接，采用套管直接对接，避免高压开关柜（HK）和配电变压器（TRF）的高压线路裸露；低压开关柜（LK）的框架断路器与配电变压器（TRF）的出线排直接连接，框架断路器出线ACL与变流单元（MZ）的进线侧ACL连接。
3.一种安全节能高压充电桩产品，安全节能高压充电桩由四个单元组成，变电单元（BD）、变流单元（MZ）、安全保护单元（KG）和智能充电终端（ZD）组成，其特征是：变电单元（BD）、变流单元（MZ）和安全保护单元（KG）置于主机（ZJ）内，智能充电终端（ZD）安装在电动汽车充电位；网电高压ACH经过变电单元（BD），输出的低压ACL，通过短母排接变流单元（MZ）；网侧电源ACH由高压电缆连接主机（ZJ）的变电单元（BD）；变流单元(MZ)的输出DCN经安全保护单元（KG）后，再接智能充电终端（ZD），异常时安全保护单元（KG）切断与智能充电终端（ZD）的全部电气连接，由此保障此时触及智能充电终端（ZD）的绝对安全；安全保护单元（KG）切断与智能充电终端（ZD）的全部电气连接时，由智能充电终端（ZD）的备用电源（10）保障智能充电终端（ZD）与主机(ZJ)的通讯和人机交互，主机（ZJ）和智能充电终端（ZD）之间的CAN通讯线路采用光电隔离；
智能充电终端（ZD）由充电枪的连接确认检测、绝缘检测、电子锁控制、BMS供电计量、充电电量计量、车牌车型识别和语音交互的AI影像和语音功能、无感支付、键盘和读卡器、显示屏、人体接近传感器组成；来自充电枪输出接口（1）的连接确认信号、电子锁控制信号和CAN信号送MCU数据通讯口C1；来自安全节能高压充电桩的主机(ZJ)的充电电源DC1经过5DC1电能表送充电枪输出接口(1)，5DC1电能表的充电数据送MCU数据通讯口C5、来自安全节能高压充电桩的主机(ZJ)的BMS工作电源DC2经过6DC2电能表送充电枪输出接口（1），6DC2电能表的用电数据送MCU数据通讯口C6；来自充电枪输出接口（11）的连接确认信号、电子锁控制信号和BMS的CAN信号送MCU数据通讯口C11；来自安全节能高压充电桩的主机(ZJ)的充电电源DC11经过5DC11电能表送充电枪输出接口（11），5DC11电能表的充电数据送MCU数据通讯口C51、来自安全节能高压充电桩的主机(ZJ)的BMS供电电源经DC21经过6DC21电能表送充电枪输出接口（11），6DC21电能表的数据送MCU数据通讯口C61；影像和语音交互单元（2）与MCU数据通讯口C2连接，键盘和读卡器及显示屏单元（3）与MCU数据通讯口C3连接，人体接近传感器（4）与MCU数据通讯口C4连接；智能充电终端（ZD）与安全节能高压充电桩的主机（ZJ）的连接为：安全节能高压充电桩的主机(ZJ)输出的充电电源和BMS工作电源分别经DC1和DC2连接到智能充电终端（ZD），安全节能高压充电桩的主机(ZJ)的CAN与智能充电终端(ZD)的MCU的CAN通讯口连接；网线或WIFI或蓝牙通讯天线接口（7）、智能充电终端（ZD）的应急停止按钮经MCU的C8和C9数据接口（8、9）与MCU连接，备用电源（10）为智能充电终端(ZD)与主机(ZJ)切断时提供的备用电源（10）。
4.如权利要求3所述的安全节能高压充电桩产品，其特征是：变电单元（BD）由高压开关柜（HK）、低压开关柜（LK）和配电变压器（TRF）组成；高压开关柜（HK）为气体绝缘柜，高压开关柜（HK）与配电变压器（TRF）之间的高压连接，采用套管直接对接，避免高压开关柜（HK）和配电变压器（TRF）的高压线路裸露；低压开关柜（LK）的框架断路器与配电变压器（TRF）的出线排直接连接，框架断路器出线ACL与变流单元（MZ）的进线侧ACL连接。
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