CN112140933B - 一种充电桩 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种充电桩,包括:设置于箱体内的充电单元和至少一个风冷散热器;箱体包括第一箱体和第二箱体,第一箱体的防护等级高于第二箱体;充电单元设置于第一箱体内;第二箱体中设置有独立的散热风道、以使充电单元能够通过散热风道进行散热;充电单元的输出端为用电设备充电;避免了现有技术中分别为各个功率变换模块均设计散热风道,再对充电桩整体设计散热风道的二次设计,降低了充电桩的成本,使充电桩的防护等级可做到较高。

Description

一种充电桩
技术领域
本发明属于充电桩技术领域,更具体的说,尤其涉及一种充电桩。
背景技术
传统直流充电桩的功率变换部分,基本都是单独设计形成一个功率变换模块,如将功率变换模块当作一个黑匣子来用;不同功率等级通过不同数量的功率变换模块并联得到,每个功率变换模块均有各自的散热模块,传统直流充电桩整体还需要根据其风道的气流方向进行二次散热设计;无形中增加了成本,防护等级也很难做高。
发明内容
有鉴于此,本发明的目的在于提供一种充电桩,用于将充电桩中充电单元内的各个器件作为整体集成在一起,使得其散热设计简单,降低充电桩的成本、防护等级可做到较高。
本发明公开了一种充电桩,包括:设置于箱体内的充电单元和至少一个风冷散热器;
所述箱体包括第一箱体和第二箱体,所述第一箱体的防护等级高于所述第二箱体;
所述充电单元设置于所述第一箱体内;
所述第二箱体内设置有独立的散热风道、以使所述充电单元能够通过所述散热风道进行散热;
所述充电单元用于为用电设备充电。
可选的,所述第一箱体采用密封设计。
可选的,所述充电单元,包括:交流配电单元、功率分配单元和至少一个功率变换单元;其中:
所述交流配电单元的输入端作为所述充电单元的输入端、用于接收交流供电电能;
所述交流配电单元的输出端与所述功率变换单元的交流侧相连;
所述功率变换单元的多个直流侧分别与所述功率分配单元的多个输入端对应相连;
所述功率分配单元的输出端作为所述充电单元的输出端。
可选的,所述充电单元中各个单元按功率流方向排布为:自下而上、自上而下、自左而右和自右而左中的任意一种。
可选的,所述散热风道中气流方向与所述充电单元中的功率流方向平行或垂直。
可选的,所述功率流方向与所述风冷散热器的气流方向相反或相同。
可选的,所述第一箱体在所述充电单元的输入端和输出端处均设置防水端子。
可选的,所述功率变换单元包括:多个发热元件;
在各个所述发热元件分别设置于所述风冷散热器的多侧时,处于所述风冷散热器的不同侧的各个所述发热元件之间通过密封线槽内的线缆实现连接。
可选的,所述第一箱体在所述充电单元的输入端和输出端处均设置防水端子。
可选的,所述风冷散热器包括:至少一个所述散热板和风扇;
所述散热板的一面设置于所述第一箱体内,所述散热板的另一面设置于所述第二箱体内;
所述风扇用于鼓动所述散热风道内的气流。
可选的,所述散热板包括:基板和换热器;
所述基板作为所述第一箱体和所述第二箱体公用的分界板;
所述换热器的一面设置于所述基板上,且设置于所述第二箱体内;
所述换热器的另一面上设置有散热翅片。
可选的,所述充电单元中的功率变换单元设置于所述基板上;或者,
所述充电单元中的功率变换单元下沉于所述换热器内部。
可选的,所述风扇设置于所述第二箱体内所述散热面的底端或顶端。
可选的,所述散热板的个数为2,且两个所述散热板平行;或者,所述散热板的个数为多个,且各个所述散热板构成多棱柱结构;
各个所述散热板之间设置有所述散热风道。
可选的,各个所述散热板均设置有所述发热元件。
可选的,所述第二箱体置于所述箱体的中央,或者中轴位置。
可选的,所述散热风道置于所述箱体的进风口和出风口之间。
可选的,所述散热风道中气流方向为:自下而上、自上而下、自左而右和自右而左中的任意一种。
可选的,在所述散热风道中气流方向为自下而上时,所述箱体的进风口和出风口的设置位置为下述中的一种:
所述进风口位于所述箱体下部侧面或后背板上,所述出风口位于所述箱体的顶端;所述进风口位于所述箱体的下部侧面,所述出风口位于所述箱体的上部侧面;所述进风口位于所述后盖板的下部,所述出风口位于所述后盖板的上部侧面。
可选的,在所述散热风道中气流方向为自上而下时,所述箱体的进风口和出风口的设置位置为下述中的一种:
所述进风口位于所述箱体的顶端,所述出风口位于所述箱体的侧面;所述进风口位于所述箱体的上部侧面,所述出风口位于所述箱体的下部侧面;所述进风口位于所述箱体的后盖板的上部,所述出风口位于所述箱体的后盖板的下部。
可选的,所述交流配电单元和所述功率分配单元的设置位置为下述中的任意一种:
所述功率分配单元和所述交流配电单元分别设置于所述第一箱体内部的顶端和底端;
所述功率分配单元和所述交流配电单元均设置于所述第一箱体内部的顶端或底端;
所述功率分配单元和所述交流配电单元中,一个位于所述功率变换单元的前端且设置于所述第一箱体内部的顶端,另一个设置于所述第一箱体内部的底端;
所述功率分配单元和所述交流配电单元中,一个位于所述功率变换单元的前端且设置于所述第一箱体内部的底端,另一个设置于所述第一箱体内部的顶端;
所述功率分配单元和所述交流配电单元中,均位于功率变换单元的前端且分别置于所述第一箱体内部的顶端和底端。
可选的,所述功率变换单元,包括:一个整流模块和n个DC/DC变换器;n为大于1的整数;
所述整流模块的交流侧作为所述功率变换单元的输入端;
所述整流模块的直流侧分别与n个所述DC/DC变换器的输入端相连;
n个所述DC/DC变换器的输出端分别作为所述功率变换单元的输出端。
可选的,所述所述交流配电单元,包括:开关单元;
所述交流供电的A、B、C三相输入分别与所述开关单元的输入端一一对应相连;
所述开关单元的输出端分别作为所述交流配电单元的输出端。
可选的,所述开关单元包括:驱动电路和交流继电器组;
所述交流继电器组的输入端连接所述开关单元的输入端;
所述交流继电器组的输出端连接所述开关单元的输出端;
所述交流继电器组受控于所述驱动电路。
可选的,所述交流继电器组,包括:分别设置于所述交流继电器组中的各相线缆上的开关子单元。
可选的,所述开关子单元,包括:至少一个继电器。
可选的,所述开关子单元,包括:两个串联连接的继电器。
可选的,所述开关单元,还包括:断路器;
所述断路器设置于所述开关单元的输入端与所述交流继电器组的输入端之间。
可选的,所述交流配电单元,还包括:防雷器;
所述交流供电的A、B、C三相输入通过所述防雷器接地。
可选的,所述充电单元,还包括:集中式控制单元,用于:
向所述交流配电单元发送控制信号、以使所述交流配电单元实现投切;
向所述功率变换单元发送PWM信号、以使所述功率变换单元实现电能变换;以及,
向所述功率分配单元发送控制信号、以使所述功率分配单元实现输出功率的分配。
可选的,所述充电单元,还包括:分布式控制单元;
所述分布式控制单元,包括:一个系统控制器和多个分控制器;
各个所述分控制器分别与所述系统控制器通信连接。
可选的,还包括:设置于所述箱体外部的至少一个充电枪;
所述充电单元通过所述充电桩为用电设备充电。
从上述技术方案可知,本发明提供的一种充电桩,包括:设置于箱体内的充电单元和至少一个风冷散热器;箱体包括第一箱体和第二箱体,所述第一箱体的防护等级高于所述第二箱体;充电单元设置于第一箱体内;第二箱体中设置有独立的散热风道、以使充电单元能够通过通过散热风道进行散热;充电单元用于为用电设备充电;避免了现有技术中分别为各个功率变换模块均设计散热风道,再对充电桩整体设计散热风道的二次设计,降低了充电桩的成本,使充电桩的防护等级可做到较高。
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获得其他的附图。
图1-图7是本发明实施例提供的一种充电桩的示意图;
图8-图19是本发明实施例提供的一种充电桩中各个单元的设置位置的示意图;
图20-图26是本发明实施例提供的一种充电桩中充电单元的示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,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,所描述的实施例是本发明一部分实施例,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做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。
在本申请中,术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含,从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素,而且还包括没有明确列出的其他要素,或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下,由语句“包括一个……”限定的要素,并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
本实施例提供了一种充电桩,用于解决现有技术中,每个功率变换模块均有各自的散热模块,传统直流充电桩整体还需要根据其风道的气流方向进行二次散热设计,无形中增加了成本,防护等级也很难做高的问题。
参见图1,该充电桩,包括:设置于箱体内的充电单元和至少一个风冷散热器。
箱体包括第一箱体11和第二箱体12;第一箱体的防护等级高于第二箱体;充电单元设置于第一箱体11内。在实际应用中,该第一箱体可以采用密封设计。
充电单元用于为用电设备充电;具体的,充电单元直接或间接连接用电设备、以使充电单元能够为用电设备充电。
在实际应用中,该充电桩还可以包括设至少一个充电枪,充电单元的各个输出端分别与箱体外部的相应充电枪相连、该充电枪用于连接用电设备,如电动汽车,以使充电单元能够通过相应的充电枪为用电设备充电。
第二箱体12内设置有独立的散热风道、以使充电单元能够通过散热风道进行散热。具体的,风冷散热器中的散热板的一面设置于第一箱体11内,该散热板的另一面设置于第二箱体12内。具体的,风冷散热器中的散热板的一面朝向第一箱体11内,风冷散热器中的散热板的另一面朝向第二箱体12内。也即,该第一箱体11和第二箱体12之间的热量可以相互传导;进而可以对第二箱体12进行散热、以实现对第一箱体11的散热功能。充电单元工作时产生的热量通过朝向第一箱体11内的散热面传导到朝向第二箱体12内的散热面上,再由风冷散热器鼓动散热风道内的气流将热量带走、完成散热。
本实施例充电单元中的功率变换单元,其内部无需设置散热模块,比如其可以为采用一个整流模块后级挂接多个DC/DC变换器来实现的集成变换设备,即本实施例通过集成式的大功率变换设备代替现有技术中的多并联功率变换模块,直接通过该风冷散热器进行散热,进而避免了现有技术中分别为各个功率变换模块均设计散热风道,再对充电桩整体设计散热风道的二次设计,降低了充电桩的成本,使充电桩的防护等级可做到较高。
值得说明的是,现有技术中功率变换模块的技术来源是通讯电源,对工作环境要求比较严苛,在高温、高湿、高盐雾或者强风沙的环境中很容易失效;而本实施中,将充电单元设置在采用密封设计的第一箱体11内,且独立的散热风道为充电单元散热,进而避免充电单元处于高温、高湿、高盐雾或者强风沙的环境中而导致失效的问题,即避免了内冷散热与防护相互矛盾的痛点,防护等级较传统方案会有显著的提高。
在上述实施例中,参见图20,该充电单元包括:交流配电单元1、功率分配单元3和至少一个功率变换单元2;其中:
交流配电单元1的输入端作为充电桩的充电单元的输入端,用于接收交流供电电能。交流配电单元1的输出端与功率变换单元2的交流侧相连;功率变换单元2的各个直流侧分别与所述功率分配单元3的多个输入端对应相连。功率分配单元3的各个输出端分别作为充电桩的充电单元的各个输出端,用于连接充电桩的对应充电枪。具体的,该功率分配单元3的各个输出端通过相应的充电枪为相应的用电设备,如电动汽车,提供电能、为其充电。
需要说明的是,第一箱体11内在充电单元的输入端和输出端处均处设置防水端子30。
具体的,交流配电单元1和功率分配单元3的设置位置为下述中的任意一种:
(1)如图8所示,功率分配单元3和交流配电单元1分别设置于第一箱体11内部的顶端和底端。具体的,功率分配单元3设置于第一箱体11内部的顶端,交流配电单元1设置于第一箱体11内部的底端;或者,功率分配单元3设置于第一箱体11内部的底端,交流配电单元1设置于第一箱体11内部的顶端。
(2)如图9和图10所示,功率分配单元3和交流配电单元1均设置于第一箱体11内部的顶端或底端;具体的,如图9所示,功率分配单元3和交流配电单元1均设置于第一箱体11内部的顶端;或者,如图10所示,功率分配单元3和交流配电单元1均设置于第一箱体11内部的底端。
(3)如图11所示,功率分配单元3和交流配电单元1中,一个位于功率变换单元2的前端且设置于第一箱体11内部的顶端,另一个设置于第一箱体11内部的底端。具体的,功率分配单元3位于功率变换单元2的前端且设置于第一箱体11内部的顶端,交流配电单元1设置于第一箱体11内部的底端;或者,交流配电单元1位于功率变换单元2的前端且设置于第一箱体11内部的顶端,功率分配单元3设置于第一箱体11内部的底端。
(4)如图12所示,功率分配单元3和交流配电单元1中,一个位于功率变换单元2的前端且设置于第一箱体11内部的底端,另一个设置于第一箱体11内部的顶端;具体的,功率分配单元3位于功率变换单元2的前端且设置于第一箱体11内部的底端,交流配电单元1设置于第一箱体11内部的顶端;或者,交流配电单元1位于功率变换单元2的前端且设置于第一箱体11内部的底端,功率分配单元3设置于第一箱体11内部的顶端。
(5)如图13所示,功率分配单元3和交流配电单元1中,均置于功率变换单元2的前端且分别置于第一箱体11内部的顶端和底端。具体的,功率分配单元3位于功率变换单元2的前端且分别置于第一箱体11内部的顶端,交流配电单元1位于功率变换单元2的前端且分别置于第一箱体11内部的底端;或者,功率分配单元3位于功率变换单元2的前端且分别置于第一箱体11内部的底端,交流配电单元1位于功率变换单元2的前端且分别置于第一箱体11内部的顶端。
在实际应用中,具体的,按照功率流的方向依次排布为:三相交流电缆输入--第一箱体11内充电单元的输入端处的防水端子30--充电单元的交流配电单元1--充电单元的整流模块--充电单元的DC/DC变换器2-3--充电单元的功率分配单元3--第一箱体11内充电单元的输出端处的防水端子30--充电枪。
充电单元中功率流方向可以为自下而上(如图1和图2所示),也即交流供电电能由第一箱体11的下端直接进线;或者,充电单元中功率流方向也可以自上而下(如图3所示),也即交流供电电能由第一箱体11的上端直接进线;又或者,充电单元中功率流方向也可以自左而右(如图4所示),也即交流供电电能由第一箱体11的左端直接进线;再或者,充电单元中功率流方向也可以自右而左(如图5所示)也即交流供电电能由第一箱体11的右端直接进线;充电单元中功率流方向在此不做具体限定,视实际情况而定即可,均在本申请的保护范围内。
在实际应用中,充电单元内的各个单元按照功率流方向排布;具体的,各个单元依次排布为:三相交流电电缆输入--第一箱体11接入口处的防水端子30--充电单元的交流配电单元1--充电单元的整流模块--充电单元的DC/DC变换器2-3--充电单元的功率分配单元3--设置于充电枪接口处的防水端子30--充电枪;也即,上述排布在功率流方向可以为自下而上时,上述排布为自下而上;其他功率流方向同理,在此不再一一赘述,均在本申请的保护范围内。
需要说明的是,图1-图5中的21为整流模块;22为DC/DC变换器;图7中的100为散热风道。
在本实施例中,充电单元集成化设计,减少传统充电桩中不必要的冗余设计,整桩体积可以做得更小,重量可以做得更轻,功率密度更大。另外,充电单元内各个单元按照功率流方向的合理排布,使得各个单元之间的连接线更短,结构也更加合理。
在上述任一实施例中,风冷散热器200包括:至少一个散热板和风扇13。
风扇13用于鼓动散热风道内的气流。
该风扇13为高防护等级的散热风扇;其具体选型在此不做具体限定,视实际情况而定即可,均在本申请的保护范围内。
该散热板包括:基板10-2和换热器10-1;基板10-2作为第一箱体11和第二箱体12公用的分界板;换热器10-1的一面设置于基板10-2上,且设置于第二箱体12内;换热器10-1的另一面上设置有散热翅片,以增大热接触面积,便于散热风道内的气流将热量带走,提高散热效率。
充电单元中的功率变换单元2设置于基板10-2上;或者,充电单元中的功率变换单元2下沉于换热器10-1内部,如功率变换部分的开关与磁性元件沉入换热器10-1内部。该换热器10-1设置于散热风道内。
具体的,充电单元工作时产生的热量通过散热器中置于第一箱体11内的散热面传导到置于第二箱体12内的散热面,接着传导到换热器10-1的翅片上,由风扇13鼓动散热风道内的气流将热量带走,完成散热。
风扇13设置于第二箱体12内散热面的底端;或者,风扇13设置于第二箱体12内散热面顶端;也即,设置于与该换热器10-1的底端或顶端。
在本实施例中,功率变换单元2采用整体设计,另外风冷散热器200采用散热风道设计,避免内冷散热与防护相互矛盾的痛点,防护等级较于传统方案会有显著的提高,且由于液冷散热效果更好,有利于功率等级的提升。
需要说明的是,该功率变换单元2包括:多个发热元件,如开关元件和磁性元件;各个发热元件分别设置于风冷散热器200的外表面。在各个发热元件分别设置于所述风冷散热器的多侧外表面时;设置于不同外表面的各个发热元件之间通过密封线槽内的线缆实现连接。密封线槽包括:用于设置交流线缆的交流密封线槽111,以及,用于设置直流线缆的直流密封线槽112。
在实际应用中,该散热风道为至少一个散热板围成的多边形风道,具体的,散热风道可以由风冷散热器的散热板与第二箱体12的另外三个侧面构成,也即散热板仅作为第二箱体12的一个侧面;散热风道也可以由两个散热板与第二箱体12的另外两个侧面构成,也即散热板作为第二箱体12的两个侧面;散热风道也可以由多个散热板构成,也即第二箱体12的各个侧面均为散热板。
风冷散热器200可以采用双面设计,即有两面可实现热交换的接触面;也可以是采用多面设计,即有多面可实现热交换的接触面。
具体的,在充电桩中风冷散热器200个数为1时,风冷散热器200采用单面或双面设计;如图1-图3所示,在风冷散热器200采用单面设计时,风冷散热器200中散热板的个数为1,风冷散热器200具有一个可实现热交换的接触面;该接触面设置有功率变换单元2的发热元件;或者,如图6和图7所示,在风冷散热器200采用双面设计时,风冷散热器200中散热板的个数为2,且2个散热板平行,风冷散热器200具有两个可实现热交换的接触面;两个散热板的接触面上均设置有功率变换单元2的发热元件。功率变换单元2的热量分别传导至两个接触面;该风冷散热器200内的散热风道带走风冷散热器200的热量,进而带走两个散热板的热量;当然,也可以是只有一个散热板的接触面设置有功率变换单元2的发热元件。需要说明的是,分别设置于不同接触面发热元件均设置于密封的壳体内,也即第一箱体11包括两个子箱体,两个功率变换单元2内的一部分发热元件分别设置于一个箱体内,功率变换单元2内的一部分的发热元件设置于另一个箱体内;两个子箱体且两个箱体中的一侧均为散热板;两个子箱体均采用密封设计。当然,该风冷散热器200也采用多面设计,如图18所示,该风冷散热器200中的三个散热板构成三棱柱结构,如图19所示,该风冷散热器200中的四个散热板构成四棱柱结构,在此不再一一赘述,均在本申请的保护范围内。
在充电桩中风冷散热器200个数不为1时,如两个,各个风冷散热器200之间可以采用双面或多面设计;具体的,在充电桩中风冷散热器200个数为2个时,两个风冷散热器200之间可以采用双面设计,即两个风冷散热器200中的散热板平行;在充电桩中风冷散热器200个数为多个时,各个风冷散热器200之间可以采用多面设计,即各个风冷散热器200中的散热板之间构成多棱柱结构,如三棱柱结构;需要说明的是,各个风冷散热器200中的风扇的风向一致,以使散热风道内只有一个方向的气流(如图17所示),当然也不排除各个风冷散热器200中的风扇的风向不一致,在此不再一一赘述,均在本申请的保护范围内。
需要说明的是,若充电单元中功率变换单元2的个数为m个,功率变换单元2中发热元件的个数为h,则h*m个发热元件分别设置于相应的接触面上,具体的,同一个功率变换单元2中的全部发热元件均设置于同一面接触面上。不同的功率变换单元2中的全部发热元件可以均设置于同一面接触面上,如h*m个发热元件均设置于同一面接触面;或者,也可以是以功率变换单元2作为单位,将各个功率变换单元2分别设置于不同的接触面上,如m个功率变换单元2与m个接触面一一对应,每个功率变换单元2分别设置于各自对应的接触面上;各个功率变换单元2的具体设置方式,在此不做具体限定,视实际情况而定即可,均在本申请的保护范围内。
一个子箱体内设置有交流配电单元1、整流模块、DC/DC变换器2-3和功率分配单元3。另一个箱体内设置有整流模块和DC/DC变换器2-3;也即,两个子箱体共用一套交流配电单元1和功率分配单元3。
两个子箱体分别为第一子箱体和第二子箱体;第一子箱体的三相交流输入端通过箱体一侧下方的交流密封线槽111设置有三相交流配电线输入。第二箱体12直流输入端通过箱体两侧上方的直流密封线槽112设置有直流配电线端口,且输出到第一子箱体的功率分配单元3。
第一子箱体内的功率流方向依次排布:三相交流电的A、B、C三相--第一子箱体处的防水端子30--交流配电单元1--整流模块--DC/DC变换器2-3--接功率分配单元3--充电枪接口的防水端子30--充电枪。第二子箱体内的功率流方向依次排布同理,在此不再一一赘述,均在本申请的保护范围内。
在风冷散热器200采用多面设计时,风冷散热器200包括多个散热板,各个散热板构成多棱柱结构;风冷散热器200具有多个接触面。具体的,该风冷散热器200为三棱柱结构、具有三个接触面;该风冷散热器200为四棱柱结构、具有四个接触面。风冷散热器200的多个接触面中至少一个接触面设置有发热元件;当然,也可以是多个接触面均设置有发热元件。为了避免风冷散热器200的资源浪费,以及,成本和重量的增加,优选各个接触面均设置有发热元件。
该第二箱体12设置于箱体的中央,或者,中轴位置(如图7和图14所示);相应的,散热风道设置于箱体的中央,或者,中轴位置。
在实际应用中,散热风道置于箱体的进风口14和出风口15之间。
散热风道中气流方向为自下而上、自上而下、自左而右和自右而左中的一种。具体的,散热风道中的气流方向可以是根据充电单元的功率流而定;如散热风道中气流方向与充电单元中的功率流方向平行;其中,散热风道中气流方向与充电单元中的功率流方向可以是相同方向也可以是相反方向;例如,功率流方向为自上而下方向时,气流方向可以是自上而下或自下而上;功率流方向为自左而右时,气流方向可以是自左而右或自右而左;功率流方向为自下而上方向或自右而左同理,在此不再一一赘述。当然,散热风道中气流方向也可以与充电单元中的功率流方向相交,如垂直;散热风道中的气流方向,在此不再一一赘述,均在本申请的保护范围内。
在散热风道中气流方向为自下而上时,箱体的进风口14和出风口15的设置位置为下述中的一种:
如图15所示,进风口14位于箱体下部侧面,出风口15位于箱体的顶端,当然进风口14可以位于后背板上,出风口15位于箱体的顶端(未进行图示);如图16所示,进风口14位于箱体的下部侧面,出风口15位于箱体的上部侧面;如图17所示,进风口14位于后盖板的下部,出风口15位于后盖板的上部侧面。
在散热风道中气流方向为自下而上时,箱体的进风口14和出风口15的设置位置为下述中的一种:
如图15所示,进风口14位于箱体的顶端,出风口15位于箱体的侧面;如图16所示,进风口14位于箱体的上部侧面,出风口15位于箱体的下部侧面;如图17所示,进风口14位于箱体的后盖板的上部,出风口15位于箱体的后盖板的下部。
需要说明的是,图15-图17所示结构仅为风冷散热器200采用双面设计的一种示例,在充电单元内的功率分配单元3和交流配电单元1的设置可以有多种,具体参见上述相关实施例,在此不再一一赘述,均在本申请的保护范围内。
在本实施例中,多个接触面均设置有发热元件,从而加大功率变换单元2与风冷散热器200的接触面积;进而提高功率变换单元2的散热速度。
在上述实施例中,参见图20,该充电单元中的具体连接关系为:
交流配电单元1的输入端作为充电桩的充电单元的输入端,用于接收交流供电电能。该交流供电电能可以是三相交流电电能;具体的,交流配电单元1具有三相输入端,分别为A相输入端、B相输入端和C相输入端,分别作为充电桩的充电单元的A相输入端、B相输入端和C相输入端;该交流配电单元1的A相输入端用于接收交流供电电能中的A相交流电,该交流配电单元1的B相输入端用于接收交流供电电能中的B相交流电,以及,该交流配电单元1的C相输入端用于接收交流供电电能中的C相交流电;当然,交流供电电能可以是其他相交流电电能,如单相等,在此不做具体限定,视实际情况而定即可;本实施例中的图示结构,以及相关的器件的具体说明均以三相交流供电电能为例进行说明,其他相交流供电电能下,其图示及相关器件的具体说明,与上述说明类似,不再一一赘述,均在本申请的保护范围内。
交流配电单元1的输出端与功率变换单元2的交流侧相连;功率变换单元2的各个直流侧分别与所述功率分配单元3的多个输入端对应相连。
在实际应用中,该功率变换单元2包括:一个整流模块和n个DC/DC变换器;n为大于1的整数。
整流模块的交流侧作为功率变换单元2的交流侧。具体的,交流配电单元1具有三相输出端,分别为A相输出端、B相输出端和C相输出端,整流模块的交流侧也具有三相交流侧,分别为交流侧A相、交流侧B相和交流侧C相;该交流配电单元1的A相输出端与整流模块的交流侧A相相连,该交流配电单元1的B相输出端与整流模块的交流侧B相相连,该交流配电单元1的C相输出端与整流模块的交流侧C相相连。
该功率变换单元2的整流模块的直流侧分别与该功率变换单元2的n个DC/DC变换器的输入端相连;也即,一个整流模块能够挂接多个DC/DC变换器。在实际应用中,DC/DC变换器可以是隔离型DC/DC变换器,以使能够实现高压电网侧与用户侧的隔离,以及充电时两受电用户间的隔离,提供充电桩的安全性。
功率变换单元2的n个DC/DC变换器的输出端分别作为功率变换单元2的输出端、分别与功率分配单元3的多个输入端对应相连。在实际应用中,功率变换单元的n个DC/DC变换器的输出端与所述功率分配单元的多个输入端的连接关系为一一对应、多对一和一多对中的任意一种;具体的,可以是功率变换单元2的n个输出端与功率分配单元3的n个输入端一一对应相连;也可以是功率变换单元2的至少两个输出端,也即至少两个DC/DC变换器的输出端,与该功率分配单元3的一个输入端相连;具体的,存在一个功率变换单元2的至少两个输出端与功率分配单元3的一个输入端并联相连,或者至少两个功率变换单元2的至少一个输出端与功率分配单元3的一个输入端并联相连;还可以是存在功率变换单元2的一个输出端与功率分配单元3的多个输入端相连;在此不做具体限定,视实际情况而定即可,均在本申请的保护范围内。
功率变换单元2的个数可以是一个(如图21所示),也可以是多个或两(如图22所示),其具体结构在此不再一一赘述,均在本申请的保护范围内。需要说明的是,若充电单元内功率变换单元2的个数为m、一个功率变换单元2内DC/DC变换器个数为n个,则充电单元内的DC/DC变换器个数为n×m;其中,m为大于0的整数。
在功率变换单元2的个数为1时,功率变换单元2内整流模块的交流侧与交流配电单元1的输出端相连,功率变换单元2内n个DC/DC变换器的输出端分别与功率分配单元3的多个输入端对应相连。
在功率变换单元2的个数不为1时,各个功率变换单元2内整流模块的交流侧均与交流配电单元1的输出端相连,各个功率变换单元2内n个DC/DC变换器的输出端,也即,n×m个DC/DC变换器的输出端分别与功率分配单元3的多个输入端对应相连。
功率分配单元3的各个输出端分别作为充电桩的充电单元的各个输出端,用于为用电设备充电;具体的,功率分配单元3的各个输出端连接充电桩的充电枪,该功率分配单元3的各个输出端通过相应的充电枪连接相应的用电设备,如电动汽车,以使该功率分配单元3为相应的用电设备提供充电电能。
在实际应用中,功率分配单元3,包括:多路开关,以使功率分配单元3的多路输入电能以独立或者串并联形式输出。也就是说,该功率分配单元3可以将其输入端的电能进行整合或直接输出。功率分配单元3具体的输入输出关系可以是:功率分配单元3中的一路输入仅为一路输出提供电能、功率分配单元3中的多路输入均为一路输出提供电能、或者,功率分配单元3中的一路输入分别为多路输出提供电能,在此不再一一赘述,均在本申请的保护范围内。
本实施例摒弃了传统的模块化堆砌的方案,将模块打散重新组合,不再将各个模块当做黑匣子来使用,而是采用集成化设计思路,通过一个整流模块挂接多个DC/DC变换器,降低系统的复杂度,提高充电桩的集成度,降低充电桩的成本、体积和重量。而且,整流模块的集成度更高,有助于提高整流模块可靠性,整流模块的输出端挂载多路DC/DC变换器,使得功率变换单元2的输出功率分配可以做到更细。
在上述实施例中,交流配电单元1,包括:开关单元(包括如图23所示1-2、1-3和1-4)。
交流供电的A、B、C三相输入,即交流供电的A、B、C三相交流电缆,通过防雷器1-1接地,并与开关单元的输入端一一对应相连。
在实际应用中,交流配电单元1还包括:防雷器1-1;该交流供电的A、B、C三相输入,即交流供电的A、B、C三相交流电缆,通过防雷器1-1接地。
具体的,交流供电电能中的A相交流电Vin_A分别与防雷器1-1的A相输入端和开关单元的A相输入端相连,交流供电电能中的B相交流电Vin_B分别与防雷器1-1的B相输入端和开关单元的B相输入端相连,交流供电电能中的C相交流电Vin_C分别与防雷器1-1的C相输入端和开关单元的C相输入端相连;该防雷器1-1的接地端接地。
开关单元的输出端分别作为交流配电单元1的输出端。具体的,开关单元的A相输出端、B相输出端和C相输出端分别作为交流配电单元1的A相输出端、B相输出端和C相输出端。
在实际应用中,该开关单元,包括:驱动电路1-3和交流继电器组1-4。
该交流继电器组1-4的输入端连接开关单元的输入端,具体的,交流继电器组1-4的三相输入端与交流供电的三相交流电缆一一对应相连;该交流继电器组1-4的输出端连接开关单元的输出端;交流继电器组1-4受控于驱动电路。交流继电器组1-4的输出端作为开关单元的输出端;也即,交流继电器组1-4的三相输出端分别作为开关单元的三相输出端、与功率变换单元2的三相输入端一一对应相连;需要说明的是,该开关单元向功率变换单元2输出三相交流电。交流继电器组1-4的控制端与该驱动电路1-3相连、以使交流继电器组1-4受控于驱动电路1-3。
在实际应用中,该开关单元还包括:断路器1-2;该断路器1-2设置于开关单元的输入端与交流继电器组1-4的输入端之间;也即,断路器1-2的三相输入端分别作为开关单元的三相输入端、分别与交流供电的三相交流电缆一一对应相连;断路器1-2的三相输出端分别与交流继电器组1-4的三相输入端一一对应连接。
上述交流继电器组1-4,包括:分别设置于交流继电器组1-4中的各相线缆上的开关子单元。具体的,在交流继电器组1-4中的A相线缆上设置开关子单元,在交流继电器组1-4中的B相线缆上设置开关子单元,在交流继电器组1-4中的C相线缆上设置开关子单元。
该开关子单元,包括:至少一个继电器。
具体的,开关子单元可以仅包括:一个继电器(如图24所示的KM1-1、KM1-2或KM1-3),如图24所示,驱动电路1-3分别与继电器KM1-1、KM1-2和KM1-3相连,该继电器KM1-1、KM1-2和KM1-3均受控于该驱动电路1-3,驱动电路1-3控制继电器KM1-1、KM1-2和KM1-3完成开通和关断。
或者,开关子单元也可以包括多个依次串联连接的继电器,如两个串联连接的继电器(如图23所示KM1-1和KM2-1、KM1-2和KM2-2、或KM1-3和KM2-3),在开关子单元包括多个依次串联连接的继电器时,该开关子单元中的各个继电器相互备份,避免其中一个继电器失效后该开关子单元无法可靠的开断。如图23所示,驱动电路1-3与继电器KM1-1、KM1-2和KM1-3相连的同时,还与继电器KM2-1、KM2-2和KM2-3相连,继电器KM1-1、KM1-2、KM1-3、KM2-1、KM2-2和KM2-3均受控于该驱动电路1-3。驱动电路1-3控制每个开关子单元中的两个继电器分别开通和同时关断。
在本实施例中,交流配电单元1采用继电器进行投切,使得交流配电单元1的占用体积更小、重量更轻、成本也更有优势。另外,开关子单元包括多组继电器进行投切时,能够防止继电器粘连导致的投切失败。
在实际应用中,整流模块,包括:EMC电路2-1和AC/DC变换器2-2。
EMC电路2-1的输入端作为整流模块的交流侧、与交流配电单元1的输出端相连,该EMC电路2-1用于实现EMC滤波,防止整流模块中产生的杂波或噪声输送到电网或者通过空间辐射出去;EMC电路2-1的输出端与AC/DC变换器2-2的交流侧相连;AC/DC变换器2-2的直流侧作为整流模块的直流侧;该AC/DC变换器2-2用于对交流供电电能进行AC/DC转换和功率因数控制。
在实际应用中,整流模块,还包括:PFC单元;具体的,该PFC单元的存在形式有多种,下面分别PFC单元的三种存在形式进行说明:PFC单元独立设置于AC/DC变换器的前级;或者,PFC单元集成于AC/DC变换器内;又或者,AC/DC变换器集成于PFC单元内。PFC单元的存在形式在此不做具体限定,视实际情况而定即可,均在本申请的保护范围内。
该PFC单元可以为硬件电路,也可以为软件模块;在此不做具体限定,视实际情况而定即可,均在本申请的保护范围内。
需要说明的是,EMC电路2-1具有三相输入输出,带有PFC功能的AC/DC变换器2-2也具有三相交流侧,以使该充电单元能够接收三相交流电能。
在实际应用中,该充电单元,可以采用集中控制,也可以采用分布式控制,下面分别对集中控制和分布式控制进行说明。
(1)如图25所示,在该充电单元采用集中控制时,该充电单元还包括:集中式控制单元4。该集中式控制单元4分别直接控制交流配电单元1、功率变换单元2和功率分配单元3执行相应的动作。
具体的,集中式控制单元4向交流配电单元1发送控制信号来控制交流配电单元1中的开关器件的通断、以使交流配电单元1实现投切,进而实现功率变换单元2是否接入交流供电电能;具体的,集中式控制单元4向交流配电单元1驱动电路1-3发送控制信号,该驱动电路1-3依据该控制信号,控制相应的继电器开通或关断。
集中式控制单元4向功率变换单元2发送PWM信号来控制功率变换单元2中的开关器件通断的占空比、以使功率变换单元2实现电能变换。具体的,集中式控制单元4直接控制AC/DC变换器2-2中的开关器件通断的占空比;以及,集中式控制单元4直接控制各个DC/DC变换器2-3中的开关器件的通断的占空比和开关频率。
集中式控制单元4向功率分配单元3发送控制信号来控制功率分配单元3中的中的开关器件的通断、以使功率分配单元3实现输出功率的分配。具体的,该集中式控制单元4依据实际需求,即用电设备供电需求,控制功率分配单元3内的相应开关通断,进而实现相应DC/DC变换器2-3的串并联输出或独立输出,以完成不同电压及不同功率的输出。
(2)如图26所示,在该充电单元采用分布式控制时,该充电单元还包括:分布式控制单元;该分布式控制单元,包括:一个系统控制器4和多个分控制器。
各个分控制器分别与系统控制器4通信连接。具体的,各个分控制器通过通信总线6与系统控制器4通信连接。
需要说明的是,各个分控制器可以是相对简单、低成本的控制器,以降低充电桩的成本。
在实际应用中,各个分控制器包括:一个第一分控制器5-1、m个第二分控制器5-2、n*m个第三分控制器5-3以及一个第四分控制器5-4;m为功率变换单元2的数量,m为正整数。
第一分控制器5-1用于向交流配电单元1发送控制信号、以使交流配电单元1实现投切。具体的,系统控制器4控制器将开通/关断信号通过通讯总线发送到第一分控制器5-1,该分控制器通过交流配电单元1内的驱动电路1-3控制交流继电器组1-4完成开通或关断。
第二分控制器5-2用于向对应整流模块发送PWM信号、以使整流模块实现功率因数控制及交直流变换。具体的,系统控制器4将PWM信号通过通讯总线发送到第二分控制器5-2,由该第二分控制器5-2控制功率变换单元2内整流模块的开关管发波来实现交直流变换,需要说明的是,该第二分控制器5-2可以是该整流模块内的控制器,也可以是独立于该整流模块的控制器;在此不做具体限定,视实际情况而定即可,均在本申请的保护范围内。
第三分控制器5-3用于向对应DC/DC变换器2-3发送PWM信号、以使DC/DC变换器2-3实现电能变换。具体的,系统控制器4将PWM信号通过通讯总线发送到第三分控制器5-3,该第三分控制器5-3控制DC/DC变换器2-3内的开关管发波来实现DC/DC变换。
第四分控制器5-4用于向功率分配单元3发送控制信号、以使功率分配单元3实现输出功率的分配。具体的,系统控制器4根据实际需求,即用电设备供电需求,控制功率分配单元3内的相应开关通断,进而实现相应DC/DC变换器2-3的串并联输出或独立输出,以完成不同电压及不同功率的输出。
需要说明的是,该分布式控制单元和该集中式控制单元4还可以通过通讯接口与上位机进行通信,在此不再一一赘述,均在本申请的保护范围内。
在本实施例中,充电单元中各个器件的集成化设计,使得充电单元的控制方式可以是有多种,充电单元的控制主要由集中式控制单元4或分散控制单元中的系统控制器4完成;控制过程简单。
本说明书中的各个实施例中记载的特征可以相互替换或者组合,各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可,每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其,对于系统或系统实施例而言,由于其基本相似于方法实施例,所以描述得比较简单,相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的系统及系统实施例仅仅是示意性的,其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的,作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元,即可以位于一个地方,或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下,即可以理解并实施。
专业人员还可以进一步意识到,结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤,能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现,为了清楚地说明硬件和软件的可互换性,在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行,取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能,但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
对所公开的实施例的上述说明,使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的,本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下,在其它实施例中实现。因此,本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例,而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (28)

1.一种充电桩,其特征在于,包括:设置于箱体内的充电单元和至少一个风冷散热器;
所述箱体包括第一箱体和第二箱体,所述第一箱体的防护等级高于所述第二箱体;
所述充电单元设置于所述第一箱体内;
所述第二箱体内设置有独立的散热风道、以使所述充电单元能够通过所述散热风道进行散热;
所述充电单元用于为用电设备充电;
所述风冷散热器包括:至少一个散热板和风扇;
所述散热板的一面设置于所述第一箱体内,所述散热板的另一面设置于所述第二箱体内;
所述风扇用于鼓动所述散热风道内的气流;
所述散热板包括:基板和换热器;
所述基板作为所述第一箱体和所述第二箱体公用的分界板;
所述换热器的一面设置于所述基板上,且设置于所述第二箱体内;
所述换热器的另一面上设置有散热翅片;
所述充电单元中的功率变换单元设置于所述基板上;或者,
所述充电单元中的功率变换单元下沉于所述换热器内部。
2.根据权利要求1所述的充电桩,其特征在于,所述第一箱体采用密封设计。
3.根据权利要求1所述的充电桩,其特征在于,所述充电单元,包括:交流配电单元、功率分配单元和至少一个功率变换单元;其中:
所述交流配电单元的输入端作为所述充电单元的输入端、用于接收交流供电电能;
所述交流配电单元的输出端与所述功率变换单元的交流侧相连;
所述功率变换单元的多个直流侧分别与所述功率分配单元的多个输入端对应相连;
所述功率分配单元的输出端作为所述充电单元的输出端。
4.根据权利要求3所述的充电桩,其特征在于,所述充电单元中各个单元按功率流方向排布为:自下而上、自上而下、自左而右和自右而左中的任意一种。
5.根据权利要求4所述的充电桩,其特征在于,所述散热风道中气流方向与所述充电单元中的功率流方向平行或垂直。
6.根据权利要求4所述的充电桩,其特征在于,所述功率流方向与所述风冷散热器的气流方向相反或相同。
7.根据权利要求3所述的充电桩,其特征在于,所述功率变换单元包括:多个发热元件;在各个所述发热元件分别设置于所述风冷散热器的多侧时,处于所述风冷散热器的不同侧的各个所述发热元件之间通过密封线槽内的线缆实现连接。
8.根据权利要求1所述的充电桩,其特征在于,所述第一箱体在所述充电单元的输入端和输出端处均设置防水端子。
9.根据权利要求1所述的充电桩,其特征在于,所述风扇设置于所述第二箱体内所述散热面的底端或顶端。
10.根据权利要求1所述的充电桩,其特征在于,所述散热板的个数为2,且两个所述散热板平行;或者,所述散热板的个数为多个,且各个所述散热板构成多棱柱结构;
各个所述散热板之间设置有所述散热风道。
11.根据权利要求10所述的充电桩,其特征在于,各个所述散热板均设置有发热元件。
12.根据权利要求10所述的充电桩,其特征在于,所述第二箱体置于所述箱体的中央,或者中轴位置。
13.根据权利要求10所述的充电桩,其特征在于,所述散热风道置于所述箱体的进风口和出风口之间。
14.根据权利要求13所述的充电桩,其特征在于,所述散热风道中气流方向为:自下而上、自上而下、自左而右和自右而左中的任意一种。
15.根据权利要求14所述的充电桩,其特征在于,在所述散热风道中气流方向为自下而上时,所述箱体的进风口和出风口的设置位置为下述中的一种:
所述进风口位于所述箱体下部侧面或后背板上,所述出风口位于所述箱体的顶端;所述进风口位于所述箱体的下部侧面,所述出风口位于所述箱体的上部侧面;所述进风口位于后盖板的下部,所述出风口位于所述后盖板的上部侧面。
16.根据权利要求14所述的充电桩,其特征在于,在所述散热风道中气流方向为自上而下时,所述箱体的进风口和出风口的设置位置为下述中的一种:
所述进风口位于所述箱体的顶端,所述出风口位于所述箱体的侧面;所述进风口位于所述箱体的上部侧面,所述出风口位于所述箱体的下部侧面;所述进风口位于所述箱体的后盖板的上部,所述出风口位于所述箱体的后盖板的下部。
17.根据权利要求3-8任一项所述的充电桩,其特征在于,所述交流配电单元和所述功率分配单元的设置位置为下述中的任意一种:
所述功率分配单元和所述交流配电单元分别设置于所述第一箱体内部的顶端和底端;
所述功率分配单元和所述交流配电单元均设置于所述第一箱体内部的顶端或底端;
所述功率分配单元和所述交流配电单元中,一个位于所述功率变换单元的前端且设置于所述第一箱体内部的顶端,另一个设置于所述第一箱体内部的底端;
所述功率分配单元和所述交流配电单元中,一个位于所述功率变换单元的前端且设置于所述第一箱体内部的底端,另一个设置于所述第一箱体内部的顶端;
所述功率分配单元和所述交流配电单元中,均位于功率变换单元的前端且分别置于所述第一箱体内部的顶端和底端。
18.根据权利要求3-8任一项所述的充电桩,其特征在于,所述功率变换单元,包括:一个整流模块和n个DC/DC变换器;n为大于1的整数;
所述整流模块的交流侧作为所述功率变换单元的输入端;
所述整流模块的直流侧分别与n个所述DC/DC变换器的输入端相连;
n个所述DC/DC变换器的输出端分别作为所述功率变换单元的输出端。
19.根据权利要求3-8任一项所述的充电桩,其特征在于,所述交流配电单元,包括:开关单元;
交流供电的A、B、C三相输入分别与所述开关单元的输入端一一对应相连;
所述开关单元的输出端分别作为所述交流配电单元的输出端。
20.根据权利要求19所述的充电桩,其特征在于,所述开关单元包括:驱动电路和交流继电器组;
所述交流继电器组的输入端连接所述开关单元的输入端;
所述交流继电器组的输出端连接所述开关单元的输出端;
所述交流继电器组受控于所述驱动电路。
21.根据权利要求20所述的充电桩,其特征在于,所述交流继电器组,包括:分别设置于所述交流继电器组中的各相线缆上的开关子单元。
22.根据权利要求21所述的充电桩,其特征在于,所述开关子单元,包括:至少一个继电器。
23.根据权利要求22所述的充电桩,其特征在于,所述开关子单元,包括:两个串联连接的继电器。
24.根据权利要求20所述的充电桩,其特征在于,所述开关单元,还包括:断路器;
所述断路器设置于所述开关单元的输入端与所述交流继电器组的输入端之间。
25.根据权利要求19所述的充电桩,其特征在于,所述交流配电单元,还包括:防雷器;
所述交流供电的A、B、C三相输入通过所述防雷器接地。
26.根据权利要求3-8任一项所述的充电桩,其特征在于,所述充电单元,还包括:集中式控制单元,用于:
向所述交流配电单元发送控制信号、以使所述交流配电单元实现投切;
向所述功率变换单元发送PWM信号、以使所述功率变换单元实现电能变换;以及,
向所述功率分配单元发送控制信号、以使所述功率分配单元实现输出功率的分配。
27.根据权利要求3-8任一项所述的充电桩,其特征在于,所述充电单元,还包括:分布式控制单元;
所述分布式控制单元,包括:一个系统控制器和多个分控制器;
各个所述分控制器分别与所述系统控制器通信连接。
28.根据权利要求1-8任一项所述的充电桩,其特征在于,还包括:设置于所述箱体外部的至少一个充电枪;所述充电单元通过所述充电枪为用电设备充电。
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