CN113043866A - 电动汽车快换电池的充电单元、电动汽车换电站及储能站 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电动汽车快换电池的充电单元、电动汽车换电站及储能站，充电单元用于给电动汽车的快换电池充电，包括设于充电空间内的充电机和电连接座；充电机包括直流输出接口，直流输出接口与电连接座电连接；电连接座包括高压极柱，用于实现与快换电池之间的电连接。本发明中的充电单元大大缩短了充电机和电连接座间直流电线的长度，降低了布线难度，也减少了布线成本；另一方面，通过在充电单元将充电机和电连接座直接相连，避免各充电单元间电磁干扰，也进一步使数据传输更为及时、准确。另外，每一电连接座与每一充电机集中布置在一起，每一充电单元分开布置，从而大大增加了散热面积，进一步避免了充电机温度升高造成的充电机的损坏。

Description

电动汽车快换电池的充电单元、电动汽车换电站及储能站

本申请要求申请日为2019年12月26日的申请号为2019224154457的中国专利申请的优先权。本申请引用上述中国专利申请的全文。

技术领域

本发明涉及新能源汽车领域，特别涉及一种电动汽车快换电池的充电单元、电动汽车换电站及储能站。

背景技术

传统换电站采用集中配线方式。充电机采用机柜安装，抽屉式布局。每台充电机柜安装6-7台充电机，每个换电站安装4-5(甚至更多)的充电机柜。为节省安装空间，这些充电机柜集中布置在整个换电站一个单独空间内(这一空间用于布置配电及空调装置)，而电池架布置在换电站的另一空间，称之为充电间。充电机柜内每台充电机输出2颗直流输出电源线和一组充电控制线。申请公开号为CN108128178A的发明公开了一种充电集装箱和申请公开号为CN109703530A的发明公开了一种基于单轨换电机器人的简易换电站，均是将充电机集成在充电机柜内，并通过线路与电连接座连接。

图1出示了传统换电站的充电系统的布局方式，如图1所示，101表示正在充电的电池，102表示充电机，103及104均表示连接电连接座与充电机的电线，其中，电池架布置在图中的左部区间的充电间，电池架中集中摆放有多个充电机102，电连接座集中的摆放在图中的右部的充电机柜中以供若干电池充电，充电机柜与充电间分别摆放在不同的区间，为了使充电机柜中的电池能够充电，需要通过电线103及104将充电间的充电机与充电机柜中的电连接座一一连接。

交流电输入充电机，经过充电机整流变成直流电最终充入电池。整个过程结束，充电机的效率为90％左右，也就是说，约有10％的电量损耗，这些损耗最终会转变成热量进入充电机所处的空间而造成热量堆积，最终导致充电机温度升高从而损坏充电机。

充电机的输出通过单独引线的方式与单个电连接座对应。单块电池直流充电输入线2颗，那么整个站的充电输入线为2n(n为充电机的数量)颗，不仅因为电线数量多会导致各线路之间易被互相干扰，不安全，还会由于不同空间的充电机与电连接座需要有一定长度的电线且直流电线本身粗、体积较大、需要用材多的问题，也进一步导致布线复杂、难度大、成本高。

发明内容

本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术中换电站内充电机布线复杂、成本高难度大、且布线容易积聚热量、控制线间电磁易被干扰的缺陷，提供一种较低成本、简易、不易损伤布线并且各线路间电磁不易被干扰的电动汽车快换电池的充电单元、电动汽车换电站及储能站。

本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题：

本发明提供了一种电动汽车快换电池的充电单元，用于给电动汽车的快换电池充电，形成一充电空间，包括设于所述充电空间内的充电机和电连接座；所述充电机包括直流输出接口，所述直流输出接口与所述电连接座电连接；所述电连接座包括高压极柱，用于实现与所述快换电池之间的电连接。

本发明中，通过将充电机和电连接座设置在同一充电空间内，从而在该充电空间内为电动汽车的快换电池充电，一方面，大大缩短了充电机和电连接座间直流电线的长度，不仅降低了布线难度，也减少了布线成本，另一方面，通过在充电单元将充电机和电连接座直接相连，避免各充电单元间的电磁干扰，也进一步使数据传输更为及时、准确。另外，本发明中，每一电连接座与每一充电机集中布置在一起，每一充电单元分开布置，从而大大增加了散热面积，进一步避免了充电机温度升高造成的充电机的损坏。

较佳地，所述充电空间内还设有电池支架，所述电连接座设于所述的电池支架上。

较佳地，所述电池支架包括上架和下架，所述电连接座设于所述下架上，所述充电机设于所述下架下端或上架下端。

较佳地，所述电池支架包括下架和与所述下架相连的侧架，所述电连接座设于所述下架上，所述充电机设于设所述侧架上，所述充电空间还包括所述侧架。

本发明中，提供了一种新的充电机的设置方式，与传统设置方式不同，本实施例充分利用了充电空间，通过将充电机设置在侧架上，从而在提高充电机的散热面积的同时可降低充电单元的高度，有利于整个换电站内整体空间利用，以在同等高度空间内布设更多的充电单元。

较佳地，所述侧架自所述下架一端沿所述下架的长度方向延伸设置，和/或，所述侧架自所述下架一端沿所述下架的高度方向延伸设置。

本发明中，在侧架自下架一端沿下架长度方向延伸设置的方式下，由于侧架水平设置而充电空间的体积得到较大增加，位于充电空间中的设置在侧架上的充电机能够散热的空间也对应增加，因此，进一步提高了充电机的散热能力。

本发明中，在侧架自下架一端沿下架高度方向延伸设置的方式下，由于侧架的设置而充电空间的体积增加，充电机能够增加散热空间，同时利用了下架的高度空间设置侧架，使得整体充电架的结构设置更为紧凑。

本发明中，在自下架一端沿下架长度方向延伸设置且自下架一端沿下架高度方向延伸设置侧架的方式下，通过竖直及水平方向的侧架单独为充电机构造了放置空间，一方面便于充电架上的充电机进行整体管理与装配，另一方面，也进一步提高了充电机的散热空间。

较佳地，所述充电空间内还设有隔热板，所述隔热板设置于所述充电机与所述快换电池之间以隔开所述充电机与所述快换电池。

本发明中，通过隔热板将充电机和快换电池分隔开，避免互相产生的热量互相影响，有利于各自散热。

较佳地，所述充电机还包括第一通讯接口，所述第一通讯接口通过通信电缆与所述电连接座实现通信连接，所述电连接座还包括低压极柱，用于实现与所述快换电池之间的通信连接；

和/或，

所述充电机通过所述电连接座接收所述快换电池发出的充电请求功率，然后根据所述充电请求功率输出相应功率的直流电并通过所述电连接座给所述快换电池充电。

本发明中，通过在充电单元内通过电缆直接连接充电机和电连接座，避免了由于充电机和电连接座位于不同区间，大量电缆在不同区间相连而导致的电磁干扰、电磁环境恶劣的缺陷，也进一步使数据传输更为及时、准确。

本发明还提供了一种电动汽车换电站，包括上述充电单元。

较佳地，所述电动汽车换电站还包括充电架，所述充电单元矩阵排列设置在充电架上。

所述充电架包括多根间隔设置的横架和竖架，所述横架构成所述充电空间内电池支架的上架和下架。

本发明中，由于充电单元在充电间分散布置，相当于大大增加了散热面积，加大了充电机的冷却效果。在低温的情况下，由于充电机自身的电损相当于整个换电站电池的加热源，因此，每一充电机自身冷却效果的增强相当于提升了整个换电站的能源效率。

较佳地，若干所述充电单元中的所述充电机通过母排外接交流电源；

和/或，

若干所述充电单元中的所述充电机还与所述电动汽车换电站的控制系统通信连接，用于实现与所述电动汽车换电站的控制系统之间的通信。

其中，由于在现有技术中充电机针对单个电池输出直流电，因此不能采用母线式布线，只能单独引线。本发明中，在充电单元中，通过短距离的直流电线将充电机输出的直流电通过电连接座输出至电池，而充电机的交流侧则可以采用母排供电，不仅使布线简单、可靠及快速，也大大减少了布线量。

本发明中通过母排的方式，统一从外接电源获取电流，不仅大大降低了充电机电连接座之间线路布线的复杂性、也避免了电线之间的互相干扰，减少了电线数量、更节约了材料，提高了布线的可靠度。

较佳地，所述充电机包括第二通讯接口，所述第二通讯接口采用CAN(控制器局域网)总线协议通过通讯电缆与所述电动汽车换电站的控制系统实现通信连接。

本发明中，通过CAN总协议，不仅能够充电机与控制系统的实时、低电磁干扰的连接，也进一步有利于控制系统与电动汽车准确、高效的数据传输，以及时、快速地为快充电池充电。

本发明还提供了一种储能站，包括若干上述充电单元。

本发明中，将多余的电能通过充电单元储存起来，不仅满足电能供需之间实时平衡的需要，也通过储能的方式，大大减少了远距离输电需要。

本发明的积极进步效果在于：

本发明中的电动汽车换电站的充电单元，通过将充电机和电连接座分散设置在各个充电空间内，首先，大大缩短了充电机和电连接座间直流电线的长度，降低了布线难度，其次，通过在充电单元将充电机和电连接座直接相连，避免各充电单元间的电磁干扰，也进一步使数据传输更为及时、准确，再次，大大增加了散热面积，进一步避免了充电机温度升高造成的充电机的损坏。

附图说明

图1为现有技术中电动汽车换电站内充电系统的模块示意图。

图2为本发明实施例1中电动汽车换电站的充电单元的模块示意图。

图3为本发明实施例2中电动汽车换电站的充电单元的模块示意图。

图4为本发明实施例3中电动汽车换电站的部分模块示意图。

图5为本发明实施例5中电动汽车换电站的充电单元的模块俯视示意图。

图6为本发明实施例5中侧架的第一具体实施方式的侧视图。

图7为本发明实施例5中侧架的第二具体实施方式的侧视图。

图8为本发明实施例5中侧架的第三具体实施方式的侧视图。

具体实施方式

下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。

实施例1

本发明提供了一种电动汽车换电站的充电单元，用于给电动汽车的快换电池充电，如图2所示，充电单元2形成一充电空间，包括设于充电空间内的充电机202和电连接座204，充电机202包括直流输出接口，直流输出接口与电连接座204电连接；电连接座204包括高压极柱，用于实现与快换电池203之间的电连接。

其中，当快充电池203插在电连接座204上时，可以通过高压极柱实现快速充电，201表示直流电线，通过直流电线201将充电机202的直流输出接口与电连接座204的直流输入接口连接，以使得充电机202可以通过电连接座204向电池203提供直流电，本实施例中，充电机202、电池203及直流电线201及电连接座204集成于充电单元2的同一充电空间内。

另外，本实施例中，充电空间内还可以设有电池支架，本实施例中，设置了上架207和下架208，其中，电连接座204设于下架208上，充电机202设于上架207下端。

在本实施例种，还可以进一步在充电机202的下方、上方和/或侧方设置隔热板，使得充电机202与同一充电空间内和/或相邻充电空间内的快换电池203能够分隔开，避免各自产生的热量互相影响，不利于各自散热。应当理解，隔热板的具体结构及材料都可以根据现有技术中隔热板的结构和材料进行实现，本实施例并不对此进行限制。

本实施例中，通过将充电机和电连接座设置在同一充电空间内，从而在该充电空间内为电动汽车的快换电池充电，一方面，大大缩短了充电机和电连接座间直流电线的长度，不仅降低了布线难度，也减少了布线成本，另一方面，通过在充电单元内将充电机和电连接座直接相连，避免各充电单元间的电磁干扰，也进一步使数据传输更为及时、准确。

实施例2

本实施例实在实施例1基础上的进一步改进，如图3所示，充电机202还包括第一通讯接口，第一通讯接口通过通信电缆206与电连接座204实现通信连接，电连接座204还包括低压极柱，用于实现与快换电池203之间的通信连接。

其中，本实施例中的充电单元2中，充电机202包括交流输入接口，用于外接交流电源，其中，交流电源通过交流电线205与充电机202连接，外接交流电源通过交流电线205向充电机202供电。

应当理解，在充电单元2内，通过充电直流电线201直接连接充电机202和电连接座204，每一充电单元2对外提供交流输入接口，通过交流电线205接收交流电。

其中，充电机202还包括通讯输入接口，可以通过控制线连接外部控制模块。

应当理解，在充电单元2内，通过通信电缆206直接连接充电机202和电连接座204，本实施例中，充电机202通过电连接座204接收快换电池203发出的充电请求功率，然后根据充电请求功率输出相应功率的直流电并通过电连接座204给快换电池203充电。

其中，充电机202的功率位于20kw至40kw之间。

本实施例中，通过在充电单元内通过电缆直接连接充电机和电连接座，大大降低了电缆的布线成本，也避免了由于充电机和电连接座位于不同区间，导致大量电缆在不同区间相连而导致的电磁干扰、电磁环境恶劣的缺陷，也进一步使数据传输更为及时、准确。

本实施例中，充电机通过接收的充电请求功率为快换电池输出相应功率的直流电，从而大大增加了充电效率。

实施例3

本实施例提供了一种电动汽车换电站，图4出示了本实施例中的电动汽车换电站的部分模块示意图。如图4所示，本实施例中的电动汽车换电站包括若干实施例2中的充电单元2。

其中，电动汽车换电站包括充电架30，充电单元2矩阵排列设置在充电架30上。

其中，充电架30包括多根间隔设置的横架和竖架，所述横架构成充电空间内电池支架的上架和下架，在充电架30中，上下相邻两层充电单元之间共用一个横架，对于上层充电单元而言，该横架为下架，对于下层充电单元而言，该横架为上架。图4示出了充电机设置于各充电单元的上架下端的示意安装方式，但是也可以采用将充电机设置于各充电单元的下架下端的安装方式，即上一层充电单元的充电机位于下一层充电单元的上架下端，底层的充电单元充电机则位于该层充电单元的下架下端。

其中，若干充电单元2中的充电机202通过母排301外接交流电源。

其中，若干充电单元2中的充电机202还与电动汽车换电站的控制系统通信连接，用于实现与电动汽车换电站的控制系统之间的通信。

应当理解，充电机202包括第二通讯接口，第二通讯接口采用CAN总线协议通过通讯电缆与电动汽车换电站的控制系统实现通信连接。

应当理解，每一充电单元2中，交流电线205的一端连接充电机202，而全部的充电单元的交流电线205的另一端汇集连接充电机交流供电母排301，而后，通过充电机交流供电母排301与外接交流电源302连接，从而从外接交流电源302获取电能。

通过本实施例中充电系统的布线方式，可以大大减少直流电线的数量及长度，因此，也在简化布线难度的同时，大大节约了布线成本，另一方面，也改变了布线杂乱无章的现状，而简化布线，避免线路之间的互相干扰。

应当理解，本实施例中通过直流电线201连接每一充电单元2中充电机202的直流输出接口与电连接座204的直流输入接口。

通过通信电缆206连接每一充电单元2中充电机202的通讯输出接口与电连接座204的通讯输入接口。

通过母排301将充电架30中的每一充电单元2的交流输入接口连接在一起，经由母排301通过外接电源302向每一充电单元2供电。

本实施例中，充电机随充电单元分散布置在充电架上，相当于大大增加了散热面积，加大了充电机的冷却效果。在低温的情况下，由于充电机自身的电损相当于整个换电站电池的加热源，因此，每一充电机自身冷却效果的增强相当于提升了整个换电站的能源效率。

其中，由于在现有技术中充电机的针对单个电池输出直流电，因此不能采用母线式布线，只能单独引线。本发明中，在充电单元中，通过短距离的直流电线将充电机输出的直流电输出至电池，而充电机的交流侧则可以采用母排供电，不仅使布线简单、可靠及快速，也大大减少了布线量，降低了布线成本。

本实施例中通过母排的方式，统一从外接电源获取电流，不仅大大降低了充电机与电池之间线路布线的复杂性、也避免了电线之间的互相干扰，更节约了材料，提高了布线的可靠度，从而实现安全可靠快速配电。

实施例4

本实施例提供了一种储能站，包括若干实施例1或实施例2中的充电单元2。

传统的电力系统一直以来都是发、供、用同时完成。本实施例中，可以通过包含充电单元2中的储能站，在电力富余的时候，如低谷时段、满电电池充足时将多余的电量存储，在电力短缺的时候再释放出来，以满足供需之间实时平衡的需要。

实施例5

本发明提供了一种电动汽车换电站的充电单元的俯视图，本实施例基于上述任意一实施例，本实施例与上述任意一实施例不同之处在于，如图5所示，本实施例中的电池支架包括下架208和与下架相连的侧架209，其中，电连接座204设于下架208上，充电机202设置于侧架209上，设置于侧架209上的充电机202与设于下架208上的电连接座204形成一充电空间，当需要充电时，将快换电池将放置于对应的充电空间中，通过将快换电池的充电口与电连接座204的充电端口连接以向快换电池提供电能。

在一种具体的实施方式中，如图5所示，侧架为左侧架，即侧架209设置在相对于下架208的左边的位置上，设置在左侧架的充电机202与设置在下架的电连接座204电连接，并向连接在电连接座204上的电池203供电。

在另一种具体的实施方式中，侧架为右侧架，即侧架209设置在相对于下架208的右边的位置上。

充电架30可以包括若干含有左侧架的充电单元，或包括若干含有右侧架的充电单元，从而可以同时为若干电池提供电能。本实施例中，提供了一种新的充电机的设置方式，与传统设置方式不同，本实施例充分利用了充电空间，通过将充电机设置在侧架上，从而在提高充电机的散热面积的同时可降低充电单元的高度，有利于整个换电站内整体空间利用，以在同等高度空间内布设更多的充电单元。

应当理解本实施例中为了便于说明，下面均采用含有左侧架的充电单元作为举例进行说明。图6、图7及图8分别示出了3种侧架的具体实施方式的侧视图。

在一种具体的实施方式中，如图6所示，侧架209自下架208一端沿下架208长度方向延伸设置，在这种设置方式下，由于侧架209水平设置而充电空间的体积得到较大增加，位于充电空间中的设置在侧架上的充电机能够散热的空间也对应增加，因此，进一步提高了充电机的散热能力。

在另一种具体的实施方式中，如图7所示，侧架209自下架208一端沿下架208高度方向延伸设置，通过将充电机设置在侧架209上而充电空间的体积有所增加，充电机能够增加散热空间，同时利用了下架208的高度空间设置侧架209，使得整体充电架的结构设置更为紧凑。

在第三种方式下，如图8所示，侧架包括自下架208一端沿下架208长度方向延伸设置的部分，也包括自下架208一端沿下架208高度方向延伸设置的部分，在这种设置方式下，通过竖直及水平方向的侧架单独为充电机构造了放置空间，一方面便于充电架上的充电机进行整体管理与装配，另一方面，也进一步提高了充电机的散热空间。

在如图6、图7、图8所示的方式中，为了避免充电机散发的热量与电池散发的热量互相影响，在充电机和电池之间还可以进一步设置隔热板210以将每一充电空间中的充电机与对应的电池隔开。在侧架209或侧架209的部分沿下架208高度方向延伸时，隔热板210既可以单独设置，如图7；也可以是侧架209的一部分，如图8。应当理解，隔热板的具体结构及材料都可以根据现有技术中隔热板的结构和材料进行实现，本实施例并不对此进行限制。

在另一个较佳实施例中，隔热板还以包围充电机空间的形式进行隔热。

虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。

Claims (13)

1.一种电动汽车快换电池的充电单元，用于给电动汽车的快换电池充电，其特征在于，形成一充电空间，包括设于所述充电空间内的充电机和电连接座；所述充电机包括直流输出接口，所述直流输出接口与所述电连接座电连接；所述电连接座包括高压极柱，用于实现与所述快换电池之间的电连接。

2.如权利要求1所述的充电单元，其特征在于，所述充电空间内还设有电池支架，所述电连接座设于所述的电池支架上。

3.如权利要求2所述的充电单元，其特征在于，所述电池支架包括上架和下架，所述电连接座设于所述下架上，所述充电机设于所述下架下端或上架下端。

4.如权利要求2所述的充电单元，其特征在于，所述电池支架包括下架和与所述下架相连的侧架，所述电连接座设于所述下架上，所述充电机设于设所述侧架上。

5.如权利要求4所述的充电单元，其特征在于，所述侧架自所述下架一端沿所述下架的长度方向延伸设置，和/或，所述侧架自所述下架一端沿所述下架的高度方向延伸设置。

6.如权利要求1所述的充电单元，其特征在于，所述充电空间内还设有隔热板，所述隔热板设置于所述充电机与所述快换电池之间以隔开所述充电机与所述快换电池。

7.如权利要求1所述的充电单元，其特征在于，所述充电机还包括第一通讯接口，所述第一通讯接口通过通信电缆与所述电连接座实现通信连接，所述电连接座还包括低压极柱，用于实现与所述快换电池之间的通信连接；

和/或，

所述充电机通过所述电连接座接收所述快换电池发出的充电请求功率，然后根据所述充电请求功率输出相应功率的直流电并通过所述电连接座给所述快换电池充电。

8.一种电动汽车换电站，其特征在于，包括若干如权利要求1-7中任意一项所述的充电单元。

9.如权利要求8所述的电动汽车换电站，其特征在于，包括充电架，所述充电单元矩阵排列设置在充电架上。

10.如权利要求9所述的电动汽车换电站，其特征在于，所述充电架包括多根间隔设置的横架和竖架，所述横架构成所述充电空间内电池支架的上架和下架。

11.如权利要求8所述的电动汽车换电站，其特征在于，若干所述充电单元中的所述充电机通过母排外接交流电源；

和/或，

若干所述充电单元中的所述充电机还与所述电动汽车换电站的控制系统通信连接，用于实现与所述电动汽车换电站的控制系统之间的通信。

12.如权利要求8所述的电动汽车换电站，其特征在于，所述充电机包括第二通讯接口，所述第二通讯接口采用CAN总线协议通过通讯电缆与所述电动汽车换电站的控制系统实现通信连接。

13.一种储能站，包括若干如权利要求1-7中任意一项所述的充电单元。

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