CN204559201U - 一种电动汽车分体式直流充电桩及系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种电动汽车分体式直流充电桩及系统，分体式直流充电桩并联于交流端，且每个分体式直流充电桩的充电机屏体内充电模块通过并机接触器将汇流排依次相连，形成环路，各个分体式直流充电桩的总控模块、前置采集模块和后置采集模块连接，后置采集模块通过控制并机接触器的关断闭合实现电能智能负荷分配，分组的充电模块与对应直流充电桩总控模块通过CAN总线通讯，分组的充电模块通过并接中间继电器常开触点，与相邻充电模块连接，形成CAN通讯环路，每个充电模块在响应功率调配时通过中间继电器与需要功率调配的充直流充电桩的总控模块接通，进行集中控制；本实用新型充电组合方式灵活、综合成本较低、充电模块利用率高。

Description

一种电动汽车分体式直流充电桩及系统

技术领域

本实用新型涉及一种电动汽车分体式直流充电桩及系统。

背景技术

石油、煤炭等传统能源危机不断加深，大气环境不断地恶化，节能和减排已经成为未来汽车技术发展的主攻方向。磷酸铁锂、改性锰酸锂等锂离子电池技术的不断突破，为电动汽车的普及开拓的广阔的前景。随之而来的充电设施建设就显得尤为重要，而充电设施的建设又需要良好的运营模式作为支撑。

充电站配备小型储能站在夜间电网谷值期储能，电网峰值期耗能的运营方案，能实现“削峰填谷”享受优惠电价政策，降低电网负担，创造了良好的经济效益和社会效益。在电网峰值期快速消耗储能站电能，且让电动车在较短的时间内获得足够的电能，大功率直流充电机必不可少。但是，单桩大功率充电机在夜间电网谷值期可短时间充满电动车，又造成充电机夜间利用率低下的问题。

就目前市场上的直流充电设施而言：

中国专利CN 103904737 A提出了一种一桩两充的充电方案，这种方案只能实现单枪输出，在其中一枪工作的情况下，另一枪无法工作；

两充且电能智能负荷分配的电动汽车直流充电桩是对上一种充电方案的完善和补充，可以实现双枪同时工作。但是这种方案在功率扩容时需要大量的直流接触器来实现，成本较高，柜体占地面积较大；扩容后也只能实现双枪输出，单枪平均功率较大，同样造成充电机夜间利用率低下的问题。由此可见，这种充电桩在充电站建设方面，具有一定的局限性。

所以，现在市场上急需一种单桩功率小、占地面积小、可并机工作且电能智能负荷分配、功率扩展易实现成本低、充电组合方式灵活、综合成本较低、充电模块利用率高的分体式直流充电桩。

实用新型内容

本实用新型为了解决上述问题，提出了一种电动汽车分体式直流充电桩及系统，本实用新型单桩功率小、占地面积小、可并机工作且电能智能负荷分配、功率扩展易实现成本低、充电组合方式灵活、综合成本较低、充电模块利用率高，能较为完美的解决当前技术难题。

为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种电动汽车分体式直流充电桩，包括充电桩本体、控制系统和充电机屏体，其中，所述充电机屏体连接交流端，充电桩本体连接充电机屏体，控制系统控制充电机屏体和充电桩本体的关断；

所述交流端，包括交流进线总开关、避雷器、交流排，其中交流进线总开关和避雷器并联于交流排上；

所述充电机屏体，包括并机接触器、充电模块、汇流排和TC接线端子，所述汇流排与交流排通过充电模块连接，TC接线端子的一端连接汇流排，另一端连接充电桩本体；所述汇流排上连接有并机接触器，且并机接触器设置于汇流排外侧；

所述充电桩本体，包括TC接线端子、熔断器、分流器和直流充电枪，其中，所述TC接线端子的一端和充电机屏体内的TC接线端子连接，另一端通过分流器和熔断器连接输出接触器，输出接触器连接直流充电枪；

所述控制系统，包括总控模块、前置采集控制模块和后置采集控制模块，前置采集控制模块和后置采集控制模块连接总控模块，总控模块还连接有充电机屏体内的充电模块。

所述总控模块与管理中心通信。

所述总控模块连接有显示屏、读卡器，所述显示屏与总控模块通过并口通讯，读卡器与总控模块通过RS232串口通讯。

所述后置采集模块通过RS485连接有直流电能表。

所述后置采集模块对并机接触器的闭合关断进行控制。

所述汇流排连接有泄放继电器，泄放继电器连接泄放电阻，用于控制泄放掉充电模块的电容电压。

一种电动汽车分体式直流充电桩系统，包括多个如上所述的分体式直流充电桩，所述分体式直流充电桩并联于交流端，且每个分体式直流充电桩的充电机屏体内充电模块通过并机接触器将汇流排依次相连，形成环路，各个分体式直流充电桩的总控模块、前置采集模块和后置采集模块通过CAN总线连接，后置采集模块通过控制并机接触器的关断闭合实现电能智能负荷分配，分体式直流充电桩的充电模块与对应直流充电桩总控模块通过CAN总线通讯，分体式直流充电桩的充电模块通过并接中间继电器常开触点，与相邻分体式直流充电桩的充电模块连接，形成CAN通讯环路，每个分体式直流充电桩的充电模块在响应功率调配时通过中间继电器与需要功率调配的充直流充电桩的总控模块接通，由其集中控制。

所述总控模块包括三路CAN总线，第一路CAN总线负责总控模块间通讯及本机前置、后置采集控制模块通讯，第二路负责分组的充电模块通讯，第三路负责电动汽车BMS通讯。

所述总控模块连接管理中心，实时监控分体式直流充电桩工作状态并上传业务数据。

所述多个分体式直流充电桩互联通讯，各单桩总控模块采用实时广播本机忙闲及故障状态的方式工作；多个分体式直流充电桩中的任一单桩总控，可以抢占总线控制权，向其他处于闲置状态单桩进行功率调配。

所述总控模块根据BMS对充电电流的需求和各分体式直流充电桩的状态，响应BMS的负荷需求，后置采集模块控制并机接触器和充电模块通讯切换中间继电器，进行功率调配。

本实用新型的有益效果为：

(1)单桩功率小、占地面积小、可组内并机工作且电能智能负荷分配、功率扩展易实现成本低、充电组合方式灵活、综合成本较低、充电模块利用率高；

(2)为充电站建设实现“削峰填谷”的运营方案提供了合理的充电设施解决方案；

(3)单桩功率、组内桩体数量和充电站规划组数灵活多变，适用于各种小型、中型和大型充电站建设。

附图说明

图1为本实用新型充电桩及系统一次系统图；

图2为本实用新型充电桩总控模块通讯示意图；

图3为本实用新型充电桩及系统模块间通讯示意图；

图4为本实用新型充电桩系统的总控模块、充电模块通讯示意图。

具体实施方式：

下面结合附图与实施例对本实用新型作进一步说明。

如图1所示，以4台单桩功率为30KW充电桩组成小组为例(但不仅限于4台，可以根据实际需求进行多桩并机)，对充电桩实现小组并机工作的核心技术进行说明。

一种电动汽车分体式直流充电桩及系统，包括充电机屏体和直流充电桩；

充电机屏体包括交流进线总开关、避雷器、交流排、分组的充电模块、1#正负汇流排、2#正负汇流排、3#正负汇流排、4#正负汇流排、并机接触器、TC接线端子、泄放继电器、泄放电阻、充电模块通讯切换中间继电器、温控器、过滤风扇、小型断路器、开关电源，其中交流进线总开关和避雷器并联于交流排上，交流排与汇流排通过充电模块连接，并机接触器连接在汇流排上；

直流充电桩包括TC接线端子、熔断器、分流器、直流充电枪、直流电能表、总控模块、前置采集控制模块、后置采集控制模块、监控电源、辅助电源、显示屏和读卡器，其中，TC接线端子和充电机屏体内的TC接线端子连接，总控模块连接显示屏、读卡器，前置采集控制模块和后置采集控制模块通过CAN总线连接总控模块，总控模块于管理中心通信，总控模块还连接有充电机屏体内的充电模块。

显示屏与总控模块通过并口通讯，读卡器与总控模块通过RS232串口通讯。

后置采集模块通过RS485连接有直流电能表。

后置采集模块对并机接触器的闭合关断进行控制。

一种电动汽车分体式直流充电桩系统，包括多个分体式直流充电桩，所述充电机屏体内充电模块通过并机接触器将汇流排依次相连，形成环路，各个分体式直流充电桩的总控模块、前置采集模块和后置采集模块通过CAN总线连接，后置采集模块通过控制并机接触器的关断闭合实现电能智能负荷分配，分组的充电模块与对应直流充电桩总控模块通过CAN总线通讯，分组的充电模块通过并接中间继电器常开触点，与相邻分组的充电模块连接，形成CAN通讯环路，每个分组的充电模块在响应功率调配时通过中间继电器与需要功率调配的充直流充电桩的总控模块接通，由其集中控制。

总控模块包括三路CAN总线，第一路CAN总线负责总控模块间通讯及本机前置、后置采集控制模块通讯，第二路负责分组的充电模块通讯，第三路负责电动汽车BMS通讯。

总控模块连接管理中心，实时监控分体式直流充电桩工作状态并上传业务数据。

多个分体式直流充电桩互联通讯，各单桩总控模块采用实时广播本机忙闲及故障状态的方式工作；多个分体式直流充电桩中的任一单桩总控，可以抢占总线控制权，向组内其他处于闲置状态单桩进行功率调配。

总控模块根据BMS对充电电流的需求和各分体式直流充电桩的状态，响应BMS的负荷需求，后置采集模块控制并机接触器和充电模块通讯切换中间继电器，进行功率调配。

在屏体内分组的充电模块连接汇流排，汇流排之间使用无极性并机接触器依次联络，形成环路，对应桩体的后置采集模块对并机接触器的闭合关断控制能够实现充电机的智能并机工作。桩体内直流侧主回路元器件按照最大电流250A选型设计，有分流器和熔断器，方便直流电流采集、直流电能计费和回路保护。

如图1所示，当并机接触器全部处于断开状态，小组内各单桩为独立的30KW充电桩，可4台同时工作；闭合1#桩控制的并机接触器，可以实现互联任一单桩60KW功率输出，同时不影响3#桩和4#桩独立工作或者互联并机工作；闭合1#桩和4#桩控制的并机接触器，可以实现互联任一单桩90KW功率输出，同时不影响3#桩单桩独立工作；闭合1#桩、2#桩和4#桩控制的并机接触器，可以实现互联任一单桩120KW功率输出。因为各充电桩对应的汇流排通过无极性并机接触器互联实现了环路，所以组内充电桩对4车、3车、2车和1车能以30KW、60KW、90KW和120KW的灵活充电组合方式，既能满足充电站在电网高峰期使用大功率快速充电消耗储能站电能，缩短电动车充电时间，又能实现在夜间电网低谷期对4车同时以30KW的功率慢充，提高充电模块的利用率。

如图2、图3所示，总控模块使用3路CAN总线，第一路CAN总线负责单桩间通讯及本机前置、后置采集控制模块通讯，第二路负责分组的充电模块通讯，第三路负责电动汽车BMS通讯。显示屏使用并口通讯，读卡器使用RS232串口通讯，直流电能表和后置采集模块通过RS485通讯，实现电能计费。通过以太网，后台可以实现对小组充电机的集中监控和管理。

在组内互联通讯方面，各单桩总控模块采用实时广播本机忙闲及故障状态的方式工作，较主动巡检应答，提高了效率。组内任一单桩总控，可以抢占总线控制权，向组内其他处于闲置状态单桩进行功率调配，满足电动汽车充电的功率需求。同时，支持并响应功率调配的单桩对应的充电模块CAN通讯总线也使用中间继电器由本桩切换至调配充电桩的总控，由调配充电桩集中控制所有调配的充电模块，提高通讯效率及对充电模块电压电流调整的同时性。

整个直流充电过程包括四个阶段：充电握手阶段、参数配置阶段、充电阶段和充电结束阶段。在参数配置阶段，本实用新型充电桩总控模块可以根据BMS对充电电流的需求和小组各充电桩的状态，智能响应BMS的负荷需求，控制并机接触器和充电模块通讯中间继电器，实现功率调配。

如图4所示，分体式直流充电桩的充电模块与对应直流充电桩总控模块通过CAN总线通讯，分体式直流充电桩的充电模块通过并接中间继电器常开触点，与相邻分体式直流充电桩的充电模块连接，形成CAN通讯环路，每个分体式直流充电桩的充电模块在响应功率调配时通过中间继电器与需要功率调配的充直流充电桩的总控模块接通，由其集中控制，功率调配充直流充电桩的总控模块是1,2,3,4#充电桩其中的一个，指的是在进行充电操作的这个充电桩(每个充电桩内部都有自己的总控模块，总控模块和其对应的充电模块是一直有CAN总线通讯连接的(其实就是第二路CAN总线)，他们之间的CAN总线也可以通过中间继电器和其他桩体的CAN总线接通)，如果它需要调配其他充电桩对应连接的充电模块，则接通中间继电器把他们的CAN总线接通，执行充电操作桩体的总控模块，控制所有接通了的充电模块。

上述虽然结合附图对本实用新型的具体实施方式进行了描述，但并非对本实用新型保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本实用新型的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本实用新型的保护范围以内。

Claims (10)

1.一种电动汽车分体式直流充电桩，其特征是：包括充电桩本体、控制系统和充电机屏体，其中，所述充电机屏体连接交流端，充电桩本体连接充电机屏体，控制系统控制充电机屏体和充电桩本体的关断；

所述交流端，包括交流进线总开关、避雷器、交流排，其中交流进线总开关和避雷器并联于交流排上；

所述充电机屏体，包括并机接触器、充电模块、汇流排和TC接线端子，所述汇流排与交流排通过充电模块连接，TC接线端子的一端连接汇流排，另一端连接充电桩本体；所述汇流排上连接有并机接触器，且并机接触器设置于汇流排外侧；

所述充电桩本体，包括TC接线端子、熔断器、分流器和直流充电枪，其中，所述TC接线端子的一端和充电机屏体内的TC接线端子连接，另一端通过分流器和熔断器连接输出接触器，输出接触器连接直流充电枪；

所述控制系统，包括总控模块、前置采集控制模块和后置采集控制模块，前置采集控制模块和后置采集控制模块连接总控模块，总控模块还连接有充电机屏体内的充电模块。

2.如权利要求1所述的一种电动汽车分体式直流充电桩，其特征是：所述总控模块与管理中心通信。

3.如权利要求1所述的一种电动汽车分体式直流充电桩，其特征是：所述总控模块连接有显示屏、读卡器，所述显示屏与总控模块通过并口通讯，读卡器与总控模块通过RS232串口通讯。

4.如权利要求1所述的一种电动汽车分体式直流充电桩，其特征是：所述后置采集模块通过RS485连接有直流电能表。

5.如权利要求1所述的一种电动汽车分体式直流充电桩，其特征是：所述后置采集模块对并机接触器的闭合关断进行控制。

6.一种电动汽车分体式直流充电桩系统，包括多个如权利要求1-5中任一项所述的分体式直流充电桩，其特征是：所述分体式直流充电桩并联于交流端，且每个分体式直流充电桩的充电机屏体内充电模块通过并机接触器将汇流排依次相连，形成环路，各个分体式直流充电桩的总控模块、前置采集模块和后置采集模块通过CAN总线连接，后置采集模块通过控制并机接触器的关断闭合实现电能智能负荷分配，分体式直流充电桩的充电模块与对应直流充电桩总控模块通过CAN总线通讯，分体式直流充电桩的充电模块通过并接中间继电器常开触点，与相邻分体式直流充电桩的充电模块连接，形成CAN通讯环路，每个分体式直流充电桩的充电模块在响应功率调配时通过中间继电器与需要功率调配的充直流充电桩的总控模块接通，由其集中控制。

7.如权利要求6所述的一种电动汽车分体式直流充电桩系统，其特征是：所述总控模块包括三路CAN总线，第一路CAN总线负责总控模块间通讯及本机前置、后置采集控制模块通讯，第二路负责分组的充电模块通讯，第三路负责电动汽车BMS通讯。

8.如权利要求6所述的一种电动汽车分体式直流充电桩系统，其特征是：所述总控模块连接管理中心，实时监控分体式直流充电桩工作状态并上传业务数据。

9.如权利要求6所述的一种电动汽车分体式直流充电桩系统，其特征是：所述分体式直流充电桩互联通讯，各单桩总控模块采用实时广播本机忙闲及故障状态的方式工作；多个分体式直流充电桩中的任一单桩总控，抢占总线控制权，向其他处于闲置状态单桩进行功率调配。

10.如权利要求6所述的一种电动汽车分体式直流充电桩系统，其特征是：所述总控模块根据BMS对充电电流的需求和各分体式直流充电桩的状态，响应BMS的负荷需求，后置采集模块控制并机接触器和充电模块通讯切换中间继电器，进行功率调配。