CN111251930A - 一种直流充电桩设备 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种直流充电桩设备，包括主控制板系统、直流充电电源系统以及多个充电桩，所述直流充电电源系统包括依次连接的双绕组变压器模块、AC/DC整流器模块、直流母线以及并联在所述直流母线上的多个直流充电输出模块；所述AC/DC整流器模块为12脉冲整流器，所述所述双绕组变压器模块的输入端与所述交流输入端之间还设有11次谐波滤波器。通过配置11次谐波滤波器，抑制12脉冲整流产生的低次谐波，可以滤除13次以下谐波，不易产生谐振，并且可靠性、耐用性更高；双绕组变压器模块副边绕组电压为AC500V，整流后的电压不会超过520V～850V之间，满足充电桩的输入电压范围。

Description

一种直流充电桩设备
技术领域
本发明涉及电子技术领域，尤其涉及一种直流充电桩设备。
背景技术
目前制约新能源汽车发展的原因除了新能源汽车的电池技术之外，基础配套充电设施的发展也是制约新能源汽车发展的一个重要因素。其中，充电桩的数量、安全性及其充电控制智能化的水平，是较为关键的几个要素。
目前市场上的充电桩为交流充电桩和直流充电桩，交流充电桩因其较慢的充电速度又称为慢充；因此，大力发展直流快充技术，建设直流充电桩更符合当今的发展趋势。但是，直流充电桩的电源系统电源不稳定，且安全性能不够理想。
有鉴于此，有必要提出一种性能安全，扩展性较好、对电网容量的要求低的直流充电桩设备。
发明内容
本发明提供一种直流充电桩系统，以解决上述技术问题。
为了实现上述目的，本发明提供一种直流充电桩设备，包括主控制板系统、直流充电电源系统以及多个充电桩，所述直流充电电源系统包括依次连接的双绕组变压器模块、AC/DC整流器模块、直流母线以及并联在所述直流母线上的多个直流充电输出模块，所述双绕组变压器的输入端与用于提供市电电源的交流输入端连接，所述双绕组变压器模块的副边绕组电压为AC500V，所述双绕组变压器的输出端与所述AC/DC整流器模块的输入端连接，所述AC/DC整流器模块的接入所述直流母线，所述直流充电输出模块用于与所述充电桩连接；
所述AC/DC整流器模块为12脉冲整流器，所述所述双绕组变压器的输入端与所述交流输入端之间还设有11次谐波滤波器；
每个所述直流充电输出模块包括依次连接的输入直流熔断器单元、浪涌抑制器单元、滤波器单元、软启动器单元、DCDC变压器单元、高频隔离变压器单元以及输出端子，其中所述软启动器与所述直流充电桩设备的主控制板系统连接；
所述充电桩包括直流输入模块以及两个并联的充电电路模块，所述直流输入模块与所述所述直流充电输出模块的输出端子电连接，每个所述充电电路模块均包括依次串联的直流整流模块、充电输出模块以及充电枪；所述充电输出模块包括串联的接触器和高压熔断器。
优选地，还包括串联在所述直流母线上的储能电池和光伏发电设备；所述AC/DC整流器模块为双向逆变器；所述直流充电桩设备还包括与所述双向逆变器、多个所述直流充电输出模块、所述储能电池以及所述光伏发电设备连接的能量管理芯片系统。
优选地，所述高频隔离变压器单元与所述输出端子之间还串联有直流熔断器。
优选地，所述直流充电输出模块的个数为4个，所述充电桩的额定输出功率为30KW，所述直流充电桩设备为120KW系统；或者所述直流充电输出模块的个数为8个，所述充电桩的额定输出功率为30KW，所述直流充电桩设备为240KW系统。
优选地，所述直流整流模块包括多个并联的直流整流电路单元以及汇流排，每个所述直流整流电路单元的直流输入端与所述直流充电输出模块的所述输出端子连接，多个并联的所述直流整流电路单元的输出端经所汇流排汇接。
优选地，所述直流整流模块还与所述主控制板系统连接。
优选地，还包括并联在所述充电输出模块上的有功电度表
本申请的方案中的直流充电桩设备，包括主控制板系统、直流充电电源系统以及多个充电桩，所述直流充电电源系统包括依次连接的双绕组变压器模块、AC/DC整流器模块、直流母线以及并联在所述直流母线上的多个直流充电输出模块，所述双绕组变压器的输入端与用于提供市电电源的交流输入端连接，所述双绕组变压器模块的副边绕组电压为AC500V，所述双绕组变压器的输出端与所述AC/DC整流器模块的输入端连接，所述AC/DC整流器模块的接入所述直流母线，所述直流充电输出模块用于与所述充电桩连接；所述AC/DC整流器模块为12脉冲整流器，所述所述双绕组变压器的输入端与所述交流输入端之间还设有11次谐波滤波器；每个所述直流充电输出模块包括依次连接的输入直流熔断器单元、浪涌抑制器单元、滤波器单元、软启动器单元、DCDC变压器单元、高频隔离变压器单元以及输出端子，其中所述软启动器与所述直流充电桩设备的主控制板系统连接；所述充电桩包括直流输入模块以及两个并联的充电电路模块，每个所述充电电路模块均包括依次串联的直流整流模块、充电输出模块以及充电枪；所述充电输出模块包括串联的接触器和高压熔断器。
通过配置11次谐波滤波器，抑制12脉冲整流产生的低次谐波，可以滤除13次以下谐波，以保证输入谐波电流小于5％；与传统的有源PFC维也纳整流方案相比，12脉冲整流对电网的适应性更好，不易产生谐振，并且可靠性、耐用性更高。变压器副边绕组电压为AC500V，考虑到电网电压±20％波动，以及负载变化引起的10％波动，整流后的电压不会超过520V～850V之间，满足充电桩的输入电压范围。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
图1为本发明一实施例的直流充电桩设备的模块结构示意图；
图2为本发明一实施例的直流充电桩设备的电路模块示意图；
图3为本发明一实施例的直流充电桩设备的双绕组变压器模块和AC/DC整流器模块的电路连接关系示意图；
图4为本发明一实施例的直流充电电源系统的直流充电输出模块电路结构示意图；
图5为本发明一实施例的直流充电电源系统的电路模块示意图；
图6为本发明一实施例的直流充电电源系统的电路结构示意图。
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
另外，在本发明中涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
请参照图1，本发明提供一种直流充电桩设备1，包括主控制板系统201、直流充电电源系统202以及多个充电桩203。
请参照图1～图4，所述直流充电电源系统202包括依次连接的双绕组变压器模块210、AC/DC整流器模块220、直流母线(图未标示)以及并联在所述直流母线上的多个直流充电输出模块240。所述双绕组变压器210的输入端与用于提供市电电源的交流输入端(图未标示)连接，所述双绕组变压器模块210的副边绕组电压为AC500V，所述双绕组变压器模块210的输出端与所述AC/DC整流器模块220的输入端连接，所述AC/DC整流器模块220的接入所述直流母线，所述直流充电输出模块240用于与所述充电桩203连接。
所述AC/DC整流器模块220为12脉冲整流器，所述所述双绕组变压器模块10的输入端与所述交流输入端之间还设有11次谐波滤波器11；
每个所述直流充电输出模块240包括依次连接的输入直流熔断器单元401、浪涌抑制器单元402、滤波器单元403、软启动器单元404、DCDC变压器单元405、高频隔离变压器单元406以及输出端子(图未标示)，其中所述软启动器404与所述直流充电桩设备100的主控制板系统101连接.具体的，本领域技术人员可以知道，上述的输入直流熔断器单元401、浪涌抑制器单元402、滤波器单元403、软启动器单元404、DCDC变压器单元405、高频隔离变压器单元406均为本领域技术人员可实现的方式，在此不再赘述。其中，所述滤波器单元403可以抑制电源与直流母线之间的有害震荡，保证系统供电稳定，单个模块内部出现短路等故障不会影响系统正常运行。
所述充电桩203包括直流输入模块281以及两个并联的充电电路模块282，每个所述充电电路模块282均包括依次串联的直流整流模块821、充电输出模块822以及充电枪823；所述充电输出模块822包括串联的接触器290和高压熔断器291。
本实施例中的直流充电桩设备1通过配置11次谐波滤波器，抑制12脉冲整流产生的低次谐波，可以滤除13次以下谐波，以保证输入谐波电流小于5％；与传统的有源PFC维也纳整流方案相比，12脉冲整流对电网的适应性更好，不易产生谐振，并且可靠性、耐用性更高。变压器副边绕组电压为AC500V，考虑到电网电压±20％波动，以及负载变化引起的10％波动，整流后的电压不会超过520V～850V之间，满足充电桩的输入电压范围。
优选地，在一较佳的实施方式中，直流充电桩设备1还包括串联在所述直流母线上的储能电池204和光伏发电设备205；所述AC/DC整流器模块220为双向逆变器；所述直流充电桩设备1还包括与所述双向逆变器、多个所述直流充电输出模块240、所述储能电池204以及所述光伏发电设备205连接的能量管理芯片系统206。如果直流充电桩设备1配置了储能电池、光伏发电、双向逆变器等组件，由于涉及到能源调度管理、削峰填谷、充放电控制、光伏发电等功能需求，因此系统此时还需要配置一个能量管理系统(EMS)，以调度管理电网、充电桩、储能电池、光伏发电等单元。
优选地，在一较佳的实施方式中，所述高频隔离变压器单元与所述输出端子之间还串联有直流熔断器。
优选地，在一较佳的实施方式中，所述直流充电输出模块40的个数为4个，所述充电桩的额定输出功率为30KW，所述直流充电桩设备为120KW系统；或者所述直流充电输出模块的个数为8个，所述充电桩的额定输出功率为30KW，所述直流充电桩设备为240KW系统。另外，最多可以直流充电输出模块40实现32个并联，组成1MW系统，本领域技术人员可以根据需要设置。整个系统方案属于智能化柔性供电系统，具有很好的可扩展性，可以降低对电网容量的需求，具有很好的经济效益。
优选地，在一较佳的实施方式中，所述直流整流模块821还与所述主控制板系统201连接。
优选地，在一较佳的实施方式中，还包括并联在所述充电输出模块240上的有功电度表。
优选地，在一较佳的实施方式中，所述直流整流模块821包括多个并联的直流整流电路单元以及汇流排，每个所述直流整流电路单元的直流输入端与所述直流充电输出模块的所述输出端子连接，多个并联的所述直流整流电路单元的输出端经所汇流排汇接。
请参照图5和图6，本发明中的充电桩203为一种直流双枪同充一体机，包括壳体(图未示出)、两只充电枪(图未示出)以及设置在所述壳体内且与所述两只充电枪连接的DCDC充电电源系统100。所述DCDC充电电源系统100包括直流输入模块10、直流D级防雷模块40、两个并联的充电电路模块20以及单双枪切换接触器模块；每个所述充电电路模块20包括整流模块30、充电输出模块50、辅助供电输出模块60以及输出端子70。
其中，所述直流输入模块10包括正极输入线以及负极输入线，所述直流输入模块10与所述所述直流充电输出模块240的输出端子电连接；
所述直流D级防雷模块40的浪涌防雷器41的输入线接入所述正极输入线以及负极输入线，所述浪涌防雷器41的PE线与所述直流双枪同充一体机的机柜(图未示出)PE端连接；
所述充电电路模块20与所述直流D级防雷模块40并联。
所述整流模块30包括多个并联的第一直流整流电路单元31(DCDC1、DCDC2、DCDC3、DCDC4、DCDC5、DCDC6)以及汇流排(图未标示)，每个所述第一直流整流电路单元31的直流输入端与所述正极输入线以及负极输入线连接，多个并联的所述第一直流整流电路单31元的输出端经所汇流排汇接。
所述输出端子70包括充电输出端子(DC+和DC-)以及辅助供电输出端子(S+和S-)。
所述充电输出模块50连接在所述汇流排的输出端以及所述充电输出端子(DC+和DC-)之间，所述充电输出模块50包括高压熔断器51连接在所述汇流排的输出端以及所述充电输出端子(DC+和DC-)之间；
所述辅助供电输出模块60包括第二直流整流电路单元61，所述第二直流整流电路单元61的输入端以并联的方式连接所述正极输入线以及负极输入线连接，所述第二直流整流电路单元61的输出端连接所述辅助供电输出端子(S+和S-)；
所述单双枪切换接触器模块包括连接在所述两个并联的充电电路模块20的整流模块30的输出端的正极端之间的正极接触器K7，以及连接在所述两个并联的充电电路模块20的整流模块30的输出端的负极端之间的负极接触器K8。
本实施例中的直流双枪同充一体机由直流电源供电，直流D级防雷器断路器，并联于整流器,提供额定20KA(最大泄放电流40KA)直流防雷；一体机最大输出功率160KW，输出0-1000Vdc可调电压；两个充电电路模块20可以独立双枪工作，也可以单枪工作，当正、负极接触器K7、K8断开时，A、B两组模块可独立给A枪、B枪供电；正、负极接触器K7、K8闭合时，系统可满功率给A枪/B枪中的一把枪供电(此时只能是单枪工作)。
优选地，在一较佳的实施例中，所述充电输出模块50还包括第一接触器52(K3、K4、K5、K6)，所述第一接触器52与所述高压熔断器51串联，例如，所述第一接触器52连接在所述充电输出端子的正极端DC+与所述高压熔断器51之间，或者所述第一接触器52连接在所述整流模块30的所述汇流排的输出端与所述高压熔断器51之间。
优选地，在一较佳的实施例中，所述直流整流电路单元31包括2个高效整流电路单元和至少一个普通高效整流电路单元。例如采用2个高效整流电路单元，采用并联方式工作，整流模块30的直流输出经汇流排汇接，经高压直流接触器52后，输通过高压熔断器51保护，经所述充电输出端子(DC+和DC-)接入充电枪输出；一体机最大输出功率160KW，输出0-1000Vdc可调电压。
优选地，在一较佳的实施例中，所述辅助供电输出模块60还包括二级防雷模块(图未示出)以及第二接触器62，所述第二接触器62连接在所述辅助供电输出端子的正极端S+与所述所述第二直流整流电路单元62的输出端的正极端之间。
优选地，在一较佳的实施例中，所述辅助供电输出模块60还包括至少一个第三直流整流电路单元63，所述第三直流整流电路单元63的输入端以并联的方式连接所述正极输入线以及负极输入线；所述第三直流整流电路单元63的输出端输出电压可以为风扇的供电电压、音频装置的供电电压等。可以理解的是，在其他实施方式中，所述第三直流整流电路单元63的个数可以更多，以满足其他的电源输出需要。
优选地，在一较佳的实施例中，所述输出端子70还包括通信端子。
优选地，在一较佳的实施例中，还包括并联在所述充电输出模块50上的有功电度表53。
优选地，在一较佳的实施例中，所述直流输入模块10与所述两个并联的充电电路模块20之间还设置有负荷开关90以及高压熔断器91。
以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (7)

1.一种直流充电桩设备，包括主控制板系统、直流充电电源系统以及多个充电桩，所述直流充电电源系统包括依次连接的双绕组变压器模块、AC/DC整流器模块、直流母线以及并联在所述直流母线上的多个直流充电输出模块，所述双绕组变压器的输入端与用于提供市电电源的交流输入端连接，其特征在于，
所述双绕组变压器模块的副边绕组电压为AC500V，所述双绕组变压器模块的输出端与所述AC/DC整流器模块的输入端连接，所述AC/DC整流器模块的接入所述直流母线，所述直流充电输出模块用于与所述充电桩连接；
所述AC/DC整流器模块为12脉冲整流器，所述所述双绕组变压器模块的输入端与所述交流输入端之间还设有11次谐波滤波器；
每个所述直流充电输出模块包括依次连接的输入直流熔断器单元、浪涌抑制器单元、滤波器单元、软启动器单元、DCDC变压器单元、高频隔离变压器单元以及输出端子，其中所述软启动器与所述直流充电桩设备的主控制板系统连接；
所述充电桩包括直流输入模块以及两个并联的充电电路模块，所述直流输入模块与所述所述直流充电输出模块的输出端子电连接，每个所述充电电路模块均包括依次串联的直流整流模块、充电输出模块以及充电枪；所述充电输出模块包括串联的接触器和高压熔断器。
2.根据权利要求1所述的直流充电桩设备，其特征在于，还包括串联在所述直流母线上的储能电池和光伏发电设备；所述AC/DC整流器模块为双向逆变器；所述直流充电桩设备还包括与所述双向逆变器、多个所述直流充电输出模块、所述储能电池以及所述光伏发电设备连接的能量管理芯片系统。
3.根据权利要求1所述的直流充电桩设备，其特征在于，所述高频隔离变压器单元与所述输出端子之间还串联有直流熔断器。
4.根据权利要求1所述的直流充电桩设备，其特征在于，所述直流充电输出模块的个数为4个，所述充电桩的额定输出功率为30KW，所述直流充电桩设备为120KW系统；或者所述直流充电输出模块的个数为8个，所述充电桩的额定输出功率为30KW，所述直流充电桩设备为240KW系统。
5.根据权利要求1所述的直流充电桩设备，其特征在于，所述直流整流模块包括多个并联的直流整流电路单元以及汇流排，每个所述直流整流电路单元的直流输入端与所述直流充电输出模块的所述输出端子连接，多个并联的所述直流整流电路单元的输出端经所汇流排汇接。
6.根据权利要求5所述的直流充电桩设备，其特征在于，所述直流整流模块还与所述主控制板系统连接。
7.根据权利要求1所述的直流充电桩设备，其特征在于，还包括并联在所述充电输出模块上的有功电度表。
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