CN115339341A - 一种充电桩 - Google Patents

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Abstract

本申请实施例公开了一种充电桩，包括：充电桩本体，所述充电桩本体上设有相互电连接的控制器、通信模块、检测模块、功率转换模块和输出接口；所述通信模块，用于与待充电的蓄电装置进行信息交互；所述检测模块，用于对所述待充电的蓄电装置进行检测；所述控制器，用于当所述通信模块的信息交互结果和所述检测模块的检测结果满足预设要求时，向所述功率转换模块发送控制指令；所述功率转换模块，用于根据所述控制指令对所述充电桩的输出功率进行转换，使得所述输出接口的输出功率与所述待充电的蓄电装置的需求功率相匹配。在本申请实施例中，充电桩可以根据蓄电装置的需求调整输出功率，满足电动汽车、低速电动交通工具等不同充电功率需求。

Description

一种充电桩
技术领域
本申请涉及充电技术领域，特别是涉及一种充电桩。
背景技术
随着电动交通工具的发展，电动自行车、电动摩托车和电动三轮车等低速电动交通工具日益普及。但是，由于低速电动交通工具的行驶里程较短，使得用户需要经常为低速电动交通工具充电。目前，低速电动交通工具的充电方案主要包括以下几种。
第一，在固定场所(住所地或工作场所等)使用低速电动交通工具的充电器进行充电。但是充电器的充电速度较慢慢，通常需要4个小时以上才能够将电池充满电，为用户带了不便，使得用户难以长距离行驶。
第二，利用换电柜进行蓄电池更换。目前不少城市已经大量地铺设了蓄电池换电柜，当低速电动交通工具电量不足时，只需要将低速电动交通工具上电量不足的蓄电池与换电柜中充满电的蓄电池进行更换。但是由于低速电动交通工具的蓄电池有48V，60V和72V多种规格，且不同厂家的蓄电池外形尺寸也不尽相同，因此蓄电池换电柜的应用场景和环境具有一定的局限性。
第三，在一些人流较大的区域提供能够充电的接口，用户自备充电器，进行充电。但是由于用户需要随时携带充电器，十分不方便。
发明内容
本申请实施例中提供了一种充电桩，以利于解决现有技术中低速电动交通工具不便于充电的问题。
第一方面，本申请实施例提供了一种充电桩，包括：充电桩本体，所述充电桩本体上设有相互电连接的控制器、通信模块、检测模块、功率转换模块和输出接口；
所述通信模块，用于与待充电的蓄电装置进行信息交互；
所述检测模块，用于对所述待充电的蓄电装置进行检测；
所述控制器，用于当所述通信模块的信息交互结果和所述检测模块的检测结果满足预设要求时，向所述功率转换模块发送控制指令；
所述功率转换模块，用于根据所述控制指令对所述充电桩的输出功率进行转换，使得所述输出接口的输出功率与所述待充电的蓄电装置的需求功率相匹配。
优选地，还包括滤波模块，所述滤波模块用于对所述充电桩中的电源进行滤波。
优选地，所述滤波模块包括第一滤波子模块和第二滤波子模块；
所述第一滤波子模块，用于与电网相连，对所述电网输入的电源进行滤波；
所述第二滤波子模块，用于与所述输出接口相连，在所述输出接口输出电源前进行滤波。
优选地，还包括第一AC/DC转换模块、DC/高频AC转换模块和第二AC/DC转换模块；
所述第一滤波子模块、所述第一AC/DC转换模块、所述DC/高频AC转换模块、所述功率转换模块、所述第二AC/DC转换模块、所述第二滤波子模块和所述输出接口依次连接；
所述第一AC/DC转换模块，用于将所述第一滤波子模块输入的交流电转换为直流电；
所述DC/高频AC转换模块，用于将所述第一AC/DC转换模块输入的直流电转换为高频交流电；
所述第二AC/DC转换模块，用于将所述功率转换模块输入的交流电转换为直流电。
优选地，所述输出接口的数量为两个或两个以上。
优选地，还包括功率分配模块，所述功率分配模块与所述两个或两个以上输出接口相连；
所述功率分配模块，用于为所述两个或两个以上输出接口分配输出功率。
优选地，所述输出接口的输出功率对应的电压范围和电流范围分别为48-600V，10-500A。
优选地，所述输出接口还用于接收蓄电装置输入的电源，使得所述充电桩向电网供电。
本申请实施例提供的技术方案具有以下优点：
1、充电桩可以根据蓄电装置的需求调整输出功率，满足电动汽车、低速电动交通工具等不同充电功率需求；
2、电流可以反向从蓄电装置流入电网给电网供电，从而所有蓄电装置通过电网形成能源互联网，进而通过电网在不同时段和地区间调配电力。
附图说明
为了更清楚地说明本申请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，对于本领域普通技术人员而言，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为本申请实施例提供的一种充电桩的结构示意图；
图2为本申请实施例提供的一种充电总体流程示意图；
图3为本申请实施例提供的一种充电桩的结构框图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都应当属于本申请保护的范围。
参见图1，为本申请实施例提供的一种充电桩的结构示意图。充电桩通常作为电动汽车的能量补给装置，可以为电动汽车的蓄电池快速充电。但是，现有的充电桩并不支持电动摩托车、电动自行车和电动三轮车等低速电动交通工具的充电。基于此，本申请实施例提供了一种广域电流和电压输出的充电桩，可以支持电动汽车、电动摩托车、电动自行车和电动三轮车等蓄电装置的功率需求。
参见图2，为本申请实施例提供的一种充电总体流程示意图。如图2所示，采用充电桩对电动汽车进行充电的整个过程包括六个阶段：物理连接完成、低压辅助上电、充电握手阶段、充电参数配置阶段、充电阶段和充电结束阶段。
其中，充电握手阶段分为握手启动阶段和握手辨识阶段，当充电桩和电动汽车物理连接完成并上电后，开启低压辅助电源，进入握手启动阶段发送握手报文，再进行绝缘监测。绝缘监测结束后进入握手辨识阶段，双方发送辨识报文，确定充电桩和电动汽车的必要信息。
充电握手阶段完成后，充电桩和电动汽车进入充电参数配置阶段。在此阶段，充电桩向电动汽车发送充电桩最大输出能力的报文，电动汽车根据充电桩最大输出能力判断是否能够进行充电。
充电配置阶段完成后，充电桩和电动汽车进入充电阶段。在整个充电阶段，电动汽车实时向充电桩发送电池充电需求，充电桩根据电池充电需求来调整充电电压和充电电流以保证充电过程正常进行。在充电过程中，充电桩和电动汽车相五发送各自的充电状态。除此之外，电动汽车可以根据要求向充电桩发送动力蓄电池具体状态信息及电压、温度等信息。
电动汽车根据充电过程是否正常、电池状态是否达到电动汽车自身设定的充电结束条件以及是否收到充电桩中止充电报文来判断是否结束充电；充电桩根据是否收到停止充电指令、充电过程是否正常、是否达到人为设定的充电参数值，或者是否收到电动汽车中止充电报文来判断是否结束充电。
当充电桩和电动汽车停止充电后，双方进入充电结束阶段。在此阶段电动汽车向充电桩发送整个充电过程中的充电统计数据，包括:初始SOC、终了SOC、电池最低电压和最高电压；充电桩收到电动汽车的充电统计数据后，向电动汽车发送整个充电过程中的输出电量、累计充电时间等信息，最后停止低压辅助电源的输出。
上述充电总体流程为充电桩对电动汽车的充电过程。但是，本申请实施例提供的充电桩不仅需要对电动汽车充电，还需要对电动摩托车、电动自行车和电动三轮车等低速电动交通工具。以下进行详细说明。
参见图3，为本申请实施例提供的一种充电桩的结构框图。如图3所示，本申请实施例提供的充电桩包括第一滤波子模块、第一AC/DC转换模块、DC/高频AC转换模块、功率转换模块、第二AC/DC转换模块、第二滤波子模块和输出接口。所述第一滤波子模块、第一AC/DC转换模块、DC/高频AC转换模块、功率转换模块、第二AC/DC转换模块、第二滤波子模块和输出接口通过电流传输线路依次连接，进行电流的传输。
另外，所述第一滤波子模块、第一AC/DC转换模块、DC/高频AC转换模块、功率转换模块、第二AC/DC转换模块、第二滤波子模块和输出接口还分别连接至控制总线，该通信总线上还挂载有控制器、通信模块、信号检测模块和功率分配模块，便于各模块之间的信息传输。
在本申请实施例中，电源既可以由电网输入为蓄电装置充电，又可以由蓄电装置输入为电网充电，以下以电网输入电源为蓄电装置充电为例进行说明。
当通过电网为蓄电装置充电时，第一滤波子模块对所述电网输入的电源进行滤波，并将滤波后的电源传输至第一AC/DC转换模块。可理解，由于电网输出的电源为交流电，因此，此时传输至第一AC/DC转换模块的电源同样为交流电。第一AC/DC转换模块将第一滤波子模块输入的交流电转换为直流电，然后将该直流电传输至DC/高频AC转换模块；DC/高频AC转换模块将该直流电转换为高频交流电，传输至功率转换模块；功率转换模块将将高频交流电转换为与蓄电装置相匹配的功率后，传输至第二AC/DC转换模块；第二AC/DC转换模块将所述功率转换模块输入的交流电转换为直流电后，传输至第二滤波子模块；第二滤波子模块将直流电滤波后传输至输出接口；输出接口输出直流电，为与所述直流接口相连的蓄电装置充电。至此，完成整个电源的传输及转换过程。
除了电源的传输和转换外，在充电桩工作时，还需要对充电桩进行相应的控制及信息检测和交互。在一种可能的实现方式中，控制器、通信模块、信号检测模块、功率分配模块、第一滤波子模块、第一AC/DC转换模块、DC/高频AC转换模块、功率转换模块、第二AC/DC转换模块、第二滤波子模块和输出接口通过通信总线相连。所述第一滤波子模块、第一AC/DC转换模块、DC/高频AC转换模块、功率转换模块、第二AC/DC转换模块、第二滤波子模块和输出接口可以基于通信总线进行信息的传输。当然，本领域技术人员可以根据实际需要采用其它的通信方式，本申请实施例对此不作具体限制。
具体地，通信模块用于与待充电的蓄电装置进行信息交互。例如，按照预设的通信协议或规则，通信模块与蓄电装置完成充电握手和充电参数配置。该充电参数配置具体可以为充电桩向蓄电装置发送充电桩最大输出能力的报文，蓄电装置根据充电桩最大输出能力判断是否能够进行充电；或者蓄电装置向充电桩发送充电需求，以便充电桩根据该充电需求控制输出对应的电流和电压。
检测模块用于对所述待充电的蓄电装置进行检测，例如对蓄电装置的蓄电池的相关参数进行检查，包括蓄电池的电压、温度、等信息。
可理解，当控制器判断所述通信模块的信息交互结果和所述检测模块的检测结果满足预设要求时，可以控制输出端口输出相应功率电源，为蓄电装置充电；当控制器判断所述通信模块的信息交互结果和所述检测模块的检测结果不满足预设要求时，可以拒绝为蓄电装置充电。具体地，当所述通信模块的信息交互结果和所述检测模块的检测结果满足预设要求时，向所述功率转换模块发送控制指令，功率转换模块，用于根据所述控制指令对所述充电桩的输出功率进行转换，使得所述输出接口的输出功率与所述待充电的蓄电装置的需求功率相匹配。
在一种可选实施例中，所述输出接口的数量为两个或两个以上，以便于同时为两个或两个以上蓄电装置进行充电。实际应用中，该两个或两个以上蓄电装置对充电功率的需求可能不同，因此，本申请实施例通过功率分配模块为两个或两个以上输出接口分配输出功率。
在一种可选实施例中，输出接口的输出功率对应的电压范围和电流范围分别为48-600V，10-500A，相应的输出功率为5kw-50kw。可以根据蓄电装置对充电功率、电压和电流的需求进行相应调整。
另外，本申请实施例提供的充电桩还可以反向为电网供电。此时，输出接口用于接收蓄电装置输入的电源。可理解，相对电网为蓄电装置充电，当蓄电装置为电网供电时，电流反向传输，具体内容可以参见上述“电网为蓄电装置充电”实施例的描述，为了表述简洁，在此不再赘述。在本申请实施例中，由于电流可以反向从蓄电装置流入电网给电网供电，从而所有蓄电装置通过电网形成能源互联网，进而通过电网在不同时段和地区间调配电力。
在一种可选实施例中，充电桩中各功能模块中的半导体器件采用GaN和/或SiC半导体器件，例如GaN三极管、SiC三极管等。由于GaN和SiC相比Si具有较低的静态通态电阻(StaticDrain-to-SourceOn-Resistance,RDS(ON))和内部电容(Coss)，进而可以减少导通损耗和开关损耗(switchingloss)提高电源的效率。另外，由于GaN和/SiC半导体器件可以支持较高的工作频率，因此充电装置中的变压器空载损耗减小，输出功率增大，进而提高变压器的效率。由于GaN和/SiC半导体器件可以支持较高的工作频率，在高频下，电容和电感可以做的较小，因此可以减轻充电装置的体积和总量，提高充电装置的能量密度。在同等尺寸下，电流密度更大，充电电流可以提高数倍，充电速度提高数倍。
需要指出的是，本申请实施例涉及的高频通常是指频率高于100M，甚至可以高达1G。而传统的Si器件通常频率低于100K。可理解，频率越高充电装置可以做到的尺寸越小，能量密度越大。
另外，本申请实施例通过第一AC/DC转换模块、DC/高频AC转换模块和第二AC/DC转换模块实现交流到直流的转换。也就是说，在本申请实施例中，首先将交流电转换为直流电，然后将直流电转换为高频交流电。由于高频是降低充电装置体积和总量的主要原因，因此，采用该设置方式可以降低充电装置体积和总量。相反，若直接采用一个AC/DC转换模块实现交流电到直流电的转换，则充电装置失去高频优势。
另外，在一种可选实施例中也可以将第一AC/DC转换模块和DC/高频AC转换模块进行结合，直接在低频交流电商调制一个高频交流电，但是该设置方式容易导致电信号的质量变差。
可理解，图3所示仅为本申请所列举的一种可能的实现方式，并不应当将其作为本申请保护范围的限制，本领域技术人员可以根据实际需求对相关功能模块进行删减、补充、组合、拆解，或者调整模块的前后顺序等，其均应当落入本申请的保护范围之内。
例如，在一种可选实施例中，可以仅采用一个滤波模块，设置在前段(靠近电网一侧)或后端(靠近输出接口一侧)进行滤波，或者不设置滤波模块。
本申请实施例提供的技术方案具有以下优点：
1、充电桩可以根据蓄电装置的需求调整输出功率，满足电动汽车、低速电动交通工具等不同充电功率需求；
2、电流可以反向从蓄电装置流入电网给电网供电，从而所有蓄电装置通过电网形成能源互联网，进而通过电网在不同时段和地区间调配电力。
需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，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。
以上所述仅是本发明的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的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。
本说明书中各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。尤其，对于终端实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例中的说明即可。
以上所述的本申请实施方式并不构成对本申请保护范围的限定。

Claims (8)

1.一种充电桩，其特征在于，包括：充电桩本体，所述充电桩本体上设有相互电连接的控制器、通信模块、检测模块、功率转换模块和输出接口；
所述通信模块，用于与待充电的蓄电装置进行信息交互；
所述检测模块，用于对所述待充电的蓄电装置进行检测；
所述控制器，用于当所述通信模块的信息交互结果和所述检测模块的检测结果满足预设要求时，向所述功率转换模块发送控制指令；
所述功率转换模块，用于根据所述控制指令对所述充电桩的输出功率进行转换，使得所述输出接口的输出功率与所述待充电的蓄电装置的需求功率相匹配。
2.根据权利要求1所述的充电桩，其特征在于，还包括滤波模块，所述滤波模块用于对所述充电桩中的电源进行滤波。
3.根据权利要求2所述的充电桩，其特征在于，所述滤波模块包括第一滤波子模块和第二滤波子模块；
所述第一滤波子模块，用于与电网相连，对所述电网输入的电源进行滤波；
所述第二滤波子模块，用于与所述输出接口相连，在所述输出接口输出电源前进行滤波。
4.根据权利要求3所述的充电桩，其特征在于，还包括第一AC/DC转换模块、DC/高频AC转换模块和第二AC/DC转换模块；
所述第一滤波子模块、所述第一AC/DC转换模块、所述DC/高频AC转换模块、所述功率转换模块、所述第二AC/DC转换模块、所述第二滤波子模块和所述输出接口依次连接；
所述第一AC/DC转换模块，用于将所述第一滤波子模块输入的交流电转换为直流电；
所述DC/高频AC转换模块，用于将所述第一AC/DC转换模块输入的直流电转换为高频交流电；
所述第二AC/DC转换模块，用于将所述功率转换模块输入的交流电转换为直流电。
5.根据权利要求1所述的充电桩，其特征在于，所述输出接口的数量为两个或两个以上。
6.根据权利要求5所述的充电桩，其特征在于，还包括功率分配模块，所述功率分配模块与所述两个或两个以上输出接口相连；
所述功率分配模块，用于为所述两个或两个以上输出接口分配输出功率。
7.根据权利要求1所述的充电桩，其特征在于，所述输出接口的输出功率对应的电压范围和电流范围分别为48-600V，10-500A。
8.根据权利要求1所述的充电桩，其特征在于，所述输出接口还用于接收蓄电装置输入的电源，使得所述充电桩向电网供电。
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