CN113859011A - 一种适用于大功率充电的输出模块 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种适用于大功率充电的输出模块，涉及充电桩技术领域，包括，绝缘壳体，其上开设有若干个散热孔；模块组件，固定封装在所述绝缘壳体内，所述模块组件包括主控模块和直流供电模块，所述主控模块用于与充电桩主控端以及电动汽车端进行通讯，并控制所述直流供电模块向电动汽车供电；以及，散热风扇，固定设置在所述绝缘壳体上，用于将所述模块组件运行时产生的热量通过所述散热孔输送至所述绝缘壳体外。本发明将输出模块中的各元器件使用绝缘材料进行封装，使其形成一个拥有独立空间的器件，在缩小尺寸的同时简化了装配工作，还根据发热量大小在输出模块的底部安装若干个散热风扇，避免了热量在柜体上方大量堆积形成高温区。

Description

一种适用于大功率充电的输出模块
技术领域
本发明涉及充电桩技术领域，特别是涉及一种适用于大功率充电的输出模块。
背景技术
充电机为了减少充电的时间，提高充电速率，必然朝着提高充电电压和充电电流的方向发展。然而充电电压的提高受到电池电压的限制，只能在电池能接受的电压范围内进行调整。所以通过提高电流来提升充电速率就成了一种可行性更高的方案。然而输出更大的电流，对充电机本身的性能就提出了更高的要求。电气回路中的电气件必然存在内阻和接触电阻，有大电流流过时就会将部分能量转化为热量。由物理学中电能和热能转化关系可知，电阻的发热量是与电流的平方成比例的，随着电流的变大，发热量会成比例的增长，如果没有相应措施优化，将会有超出国标要求的情况出现，会对充电机产生不利的影响。另外，现有的充电机输出回路铜排、电气件主要采用分布式安装方式，由一块非车载充电机控制器统一控制输出元器件，考虑到桩内散热和EMC抗扰度，使强弱电回路可以分离，原有设计的充电桩体积更大，内部空间利用率不高，需要使用过多的导线来构建控制回路，其中的电源供电回路容易对控制信号产生干扰。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，克服现有技术的缺点，提供一种适用于大功率充电的输出模块。
为了解决以上技术问题，本发明的技术方案如下：
一种适用于大功率充电的输出模块，包括，
绝缘壳体，其上开设有若干个散热孔；
模块组件，固定封装在所述绝缘壳体内，所述模块组件包括主控模块和直流供电模块，所述主控模块用于与充电桩主控端以及电动汽车端进行通讯，并控制所述直流供电模块向电动汽车供电；以及，
散热风扇，固定设置在所述绝缘壳体上，用于将所述模块组件运行时产生的热量通过所述散热孔输送至所述绝缘壳体外。
作为本发明所述适用于大功率充电的输出模块的一种优选方案，其中：所述直流供电模块的输入端与所述充电桩内电源模块的输出端连接，所述直流供电模块的输出端与所述电动汽车的供电输入端连接，
所述直流供电模块的输入端设置有若干组，若干组所述输入端依次并联，所述电源模块对应设置有与所述直流供电模块输入端数量一致的输出端，任一所述电源模块的输出端与对应所述直流供电模块的输入端连接，所述电源模块的若干组输出端的输出电压均相同。
作为本发明所述适用于大功率充电的输出模块的一种优选方案，其中：所述模块组件还包括第一直流继电器，所述第一直流继电器连接在所述直流供电模块的输入端与所述直流供电模块的输出端之间，
所述第一直流继电器与所述主控模块连接，所述主控模块用于控制所述第一直流继电器的开闭以控制所述直流供电模块输出回路的通断。
作为本发明所述适用于大功率充电的输出模块的一种优选方案，其中：所述模块组件还包括第二直流继电器，所述第二直流继电器连接在所述直流供电模块中相邻两组输入端之间，
所述第二直流继电器与所述主控模块连接，所述主控模块用于控制所述第二直流继电器的开闭以控制所述直流供电模块中相邻两组输入端之间回路的通断。
作为本发明所述适用于大功率充电的输出模块的一种优选方案，其中：所述模块组件还包括熔断器，所述熔断器连接在所述直流供电模块的输入端与所述直流供电模块的输出端之间，
所述熔断器与所述主控模块连接，所述熔断器用于传输状态信号至所述主控模块。
作为本发明所述适用于大功率充电的输出模块的一种优选方案，其中：所述模块组件还包括分流器，所述分流器连接在所述直流供电模块的输入端与所述直流供电模块的输出端之间，所述分流器与所述主控模块连接。
作为本发明所述适用于大功率充电的输出模块的一种优选方案，其中：所述直流供电模块的输出端至少设置有两组。
作为本发明所述适用于大功率充电的输出模块的一种优选方案，其中：所述绝缘壳体上设置有与所述直流供电模块的输入端、输出端以及所述主控模块的通讯端连接有接线端子。
本发明的有益效果是：
（1）本发明将输出模块中的各元器件使用绝缘材料进行封装，使其形成一个拥有独立空间的器件，不仅使输出模块中的各个元器件便于拆装和维护，而且与原先充电桩中主板通过物理接线方式控制所有元器件相比，本方案节约了将近80%的线缆，使充电桩内部空间更加宽敞，在缩小尺寸的同时简化了装配工作，另外，还根据发热量大小在输出模块的底部安装若干个散热风扇，使热空气向下流动，形成一个空气循环，避免了热量在柜体上方大量堆积形成高温区。
（2）本发明中直流供电模块的输入端设置有若干组，且若干组输入端互相并联，通过将多个直流输入端并联可增加输出电流的大小，从而提高充电速率，同时，在相邻两组输入端之间还设置有直流接触器，通过控制直流接触器的开闭可以控制相邻两组输入端之间回路的通断，从而根据需要调整输出电流的大小。
（3）本发明中直流供电模块的输出端至少设置有两组，使输出模块可同时为多辆电动汽车进行供电。
（4）本发明在输出模块中还设置有分流器，分流器连接在直流供电模块的输入端与输出端之间，分流器可作为输出模块内的电压电流采样点，外部的电参量采集设备可通过与分流器连接来对输出电压和输出电流进行采集。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例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性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为本发明提供的适用于大功率充电的输出模块的模块结构示意图；
图2为本发明提供的适用于大功率充电的输出模块的电气架构图。
具体实施方式
为使本发明的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施方式并结合附图，对本发明作出进一步详细的说明。
本实施例提供了一种适用于大功率充电的输出模块，包括绝缘壳体、模块组件和散热风扇。其中，输出模块的各个模块组件均固定封装在绝缘壳体内，使该功能模块可作为一个整体装配在充电桩内。散热风扇固定安装在绝缘壳体上，可将模块组件运行时产生的热量输送至绝缘壳体外，使充电桩在大功率充电时，能够使桩内的输出模块的元器件始终保持在最佳的工作温度范围内，可以理解的是，散热风扇可以根据需要安装在绝缘壳体的内部或者绝缘壳体的外部。
具体的，绝缘壳体由多块绝缘散热板拼装而成。每块绝缘散热板上均开设有若干个散热孔。在本实施例中，绝缘壳体大致呈长方体形状。
模块组件包括主控模块、直流供电模块、第一直流继电器、第二直流继电器、熔断器和分流器。其中，主控模块包括固定封装在绝缘壳体内的PCB控制板以及安装在PCB控制板上的主控芯片。主控模块主要用于与充电桩主控端以及电动汽车端进行通讯，并控制直流供电模块向电动汽车供电。
直流供电模块的输入端与充电桩内的AC/DC电源模块的输出端连接，直流供电模块的输出端与电动汽车的供电输入端连接。充电桩内的AC/DC电源模块将直流电转换为交流电后通过直流供电模块为电动汽车进行充电。在本实施例中，直流供电模块采用直流双枪设计，即直流供电模块设置有两组输出端，输出两组DC+、DC-铜排，可同时为两辆电动汽车供电。直流供电模块设置有四组输入端，即直流供电模块回路的进线设计有四组DC+、DC-输入接口。这四组DC+、DC-输入接口分别与充电桩内AC/DC电源模块的四组输出端对应连接。其中，直流供电模块的四组输入端依次并联，即M1-DC+、M2-DC+、M3-DC+和M4-DC+依次连接，M1-DC-、M2-DC-、M3-DC-和M4-DC-依次连接。直流供电模块直射有两组输出端，分别为DC1+、DC1-和DC2+、DC2-。
第二直流继电器设置有三组，每组第二直流继电器连接在直流供电模块相邻的两组输入端之间。以M1-DC+、M1-DC-和M2-DC+、M2-DC-这两组输入接口为例，一组第二直流继电器中的两个继电器组件KM7和KM8分别连接在 M1-DC+与M2-DC+之间和M1-DC-与M2-DC-之间。三组第二直流继电器均与主控模块连接。主控模块可通过控制第二直流继电器的开闭来控制直流供电模块中相邻两组输入端之间回路的通断，从而满足不同场景需求下功率分配的要求，实现充电桩的四段分配功能。
具体功率分配说明如下：
若控制M1-DC+、M1-DC-和M2-DC+、M2-DC-之间的一组第二直流继电器断开，其余两组第二直流继电器闭合，则此时直流供电模块中M1输入端输出的功率从直流供电模块的第一输出端即DC1+、DC1-输出接口处输出，而直流供电模块中M2输入端、M3输入端和M4输入端并联后从直流供电模块的第二输出端即DC2+、DC2-输出接口处输出。
若控制M2-DC+、M2-DC-和M3-DC+、M3-DC-之间的一组第二直流继电器断开，其余两组第二直流继电器闭合，则此时直流供电模块中M1输入端和M2输入端并联后从直流供电模块的第一输出端即DC1+、DC1-输出接口处输出，而直流供电模块中M3输入端和M4输入端并联后从直流供电模块的第二输出端即DC2+、DC2-输出接口处输出。
若控制M3-DC+、M3-DC-和M4-DC+、M4-DC-之间的一组第二直流继电器断开，其余两组第二直流继电器闭合，则此时直流供电模块中M1输入端、M2输入端和M3输入端并联后从直流供电模块的第一输出端即DC1+、DC1-输出接口处输出，而直流供电模块中M4输入端从直流供电模块的第二输出端即DC2+、DC2-输出接口处输出。
另外，当直流供电模块只有一个输出端为电动汽车进行供电时，若将三组第二直流继电器均闭合，则直流供电模块中M1输入端、M2输入端、M3输入端和M4输入端并联后从该输出端输出。
需要说明的是，AC/DC电源模块的若干组输出端的输出电压均相同。
第一直流继电器连接在直流供电模块的输入端与输出端之间。该第一直流继电器与主控模块连接。主控模块可通过控制第一直流继电器的开闭来控制直流供电模块输出回路的通断，从而控制直流供电模块是否向电动汽车供电。可以理解的是，直流供电模块有两组输出端，则在每组输出端所在的回路上均设置有第一直流继电器。
熔断器连接在直流供电模块的输入端与直流供电模块的输出端之间。当直流供电模块中输出回路的电流超过预设值时，熔断器可以自身产生的热量使熔体熔断，从而断开直流供电模块的输出回路，对设备进行保护。熔断器与主控模块连接。熔断器可传输状态信号至主控模块，主控模块根据接收到的熔断器的状态信息判断熔断器是处于正常工作状态还是已发生熔断，需要检修，从而可在熔断器熔断后及时通知工作人员进行检修。
分流器连接在直流供电模块的输入端与直流供电模块的输出端之间。分流器可作为输出模块内的电压电流采样点，外部的电参量采集设备可通过与分流器连接来对输出电压和输出电流进行采集。分流器与主控模块连接，主控模块可接收分流器信号，然后转接输出至外部的电参量采集设备，使外部的电参量采集设备只需与主控模块连接即可对电压电流等电参量进行采集。
另外，输出模块被封装成整体之后，输出模块的输入输出接口以及通讯接口均以插接件形式预留在模块外侧，使用时以插接件的形式进行对接。如接口功能无需使用，则空置即可，对输出模块的功能并无影响。
参见图1，输出模块将外部通讯和输入输出接口以插接件的形式设置，一体化设计使输入模块成为一个整体，其内的模块组件便于拆装和维护。而且通过散热风扇以及输出模块内风道的设计，使内部气流循环，达到对模块降温的目的。与传统的主控板通过物理接线方式直接控制所有与元器件相比，本实施例所采用的方案节约了将近80%的电缆，只需使用少量的导线，使充电桩内部空间更为宽敞，在缩小尺寸的同时简化了装配工作。
具体的，外部接口采用插接式端子设置，输出模块上集成有母端子，外部器件使用公端子对插来完成模块有外部器件的功能交互。参见图2，充电枪枪线中主要电缆为DC+、DC-、A+、A-电源线，以及S+、S-以及温度传感器、电子锁等信号线。A+、A-电源线为辅助电源输入输出电源线。A+、A-使用单独的插接端子，辅助电源同时输入12V/24V给主控模块，在与电动汽车连接时，主控模块通过CAN通讯识别车辆辅源需求，再由主控模块判断输出12V或24V。枪端控制信号接口S+、S-、CC1、温度传感器以及电子锁等信号线使用一组插接端子，按照定义的引脚功能，枪线可直接设计成辅源和控制信号两组公端子形式，节约大量接线时间。
由此，本发明通过输出模块的模块化设计，将充电桩内部器件分解为几个部分，单独装配，最终整合为一个整体，可大大提高装配效率，节省人力成本，而且模块化设计大大节约了空间，减少了重点桩柜体尺寸。同时根据发热量大小在输出模块的底部安装若干个散热风扇，使热空气向下流动，形成一个空气循环，避免了热量在柜体上方大量堆积形成高温区，解决了充电桩在大功率充电过程中发热量大，导致分流器、熔断器端子连接处温度超标的问题，散热性能优异。

Claims (8)

1.一种适用于大功率充电的输出模块，其特征在于：包括，
绝缘壳体，其上开设有若干个散热孔；
模块组件，固定封装在所述绝缘壳体内，所述模块组件包括主控模块和直流供电模块，所述主控模块用于与充电桩主控端以及电动汽车端进行通讯，并控制所述直流供电模块向电动汽车供电；以及，
散热风扇，设置在所述绝缘壳体内，用于将所述模块组件运行时产生的热量通过所述散热孔输送至所述绝缘壳体外。
2.根据权利要求1所述的适用于大功率充电的输出模块，其特征在于：所述直流供电模块的输入端与所述充电桩内电源模块的输出端连接，所述直流供电模块的输出端与所述电动汽车的供电输入端连接，
所述直流供电模块的输入端设置有若干组，若干组所述输入端依次并联，所述电源模块对应设置有与所述直流供电模块输入端数量一致的输出端，任一所述电源模块的输出端与对应所述直流供电模块的输入端连接，所述电源模块的若干组输出端的输出电压均相同。
3.根据权利要求2所述的适用于大功率充电的输出模块，其特征在于：所述模块组件还包括第一直流继电器，所述第一直流继电器连接在所述直流供电模块的输入端与所述直流供电模块的输出端之间，
所述第一直流继电器与所述主控模块连接，所述主控模块用于控制所述第一直流继电器的开闭以控制所述直流供电模块输出回路的通断。
4.根据权利要求2所述的适用于大功率充电的输出模块，其特征在于：所述模块组件还包括第二直流继电器，所述第二直流继电器连接在所述直流供电模块中相邻两组输入端之间，
所述第二直流继电器与所述主控模块连接，所述主控模块用于控制所述第二直流继电器的开闭以控制所述直流供电模块中相邻两组输入端之间回路的通断。
5.根据权利要求2所述的适用于大功率充电的输出模块，其特征在于：所述模块组件还包括熔断器，所述熔断器连接在所述直流供电模块的输入端与所述直流供电模块的输出端之间，
所述熔断器与所述主控模块连接，所述熔断器用于传输状态信号至所述主控模块。
6.根据权利要求2所述的适用于大功率充电的输出模块，其特征在于：所述模块组件还包括分流器，所述分流器连接在所述直流供电模块的输入端与所述直流供电模块的输出端之间，所述分流器与所述主控模块连接。
7.根据权利要求2所述的适用于大功率充电的输出模块，其特征在于：所述直流供电模块的输出端至少设置有两组。
8.根据权利要求2所述的适用于大功率充电的输出模块，其特征在于：所述绝缘壳体上设置有与所述直流供电模块的输入端、输出端以及所述主控模块的通讯端连接有接线端子。
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