CN207670214U - 一种直流充电桩多枪功率分配系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种直流充电桩多枪功率分配系统，包括多个充电电源模块，所述充电电源模块的输出端分别经过一功率分配板卡、高压直流接触器与充电枪连接；所述功率分配板卡包括控制电路、与门、交流继电器、多路选择器及保护电路，所述与门及多路选择器的输入端与控制电路连接，与门及多路选择器的输出端与交流继电器的输入端连接，交流继电器的输出端与直流接触器的输入端连接；所述充电电源模块的负极与交流继电器之间串联有电流采样电阻R1，所述保护电路的输入端与电流采样电阻R1连接，其输出端与控制电路连接。本实用新型能够实现一台充电桩同时给几辆电动车充电，采用交流继电器代替直流接触器作为功率分配切换开关，大大降低系统成本，减小桩体体积。

Description

一种直流充电桩多枪功率分配系统

技术领域

本实用新型涉及充电桩功率分配技术领域，具体涉及一种直流充电桩多枪功率分配系统。

背景技术

随着能源和环保问题的日益突出，车辆的电动化已经成为必然趋势。电动汽车直流充电桩具有充电功率大、充电时间短等优点，适用于电动公交车、长途汽车等需要快速充电且电池容量大的车型。由于直流充电桩造价高，占地空间大，而充电过程又有均充到浮充，重载到轻载的过程，为了提高充电桩的利用率，普遍采用一台直流充电桩对应两把、四把或者更多充电枪，通过智能功率分配机制，在车辆充电需求足够时，根据多辆车的不同充电功率需求，通过功率分配开关进行切换，给每辆车分配一定数量的充电电源模块，使充电桩一直处于重载工作状态，提高充电桩的利用率。

直流充电桩包含多个充电电源模块，要实现功率分配，根据车辆的不同功率需求分配充电电源模块，并随着车辆功率需求的变化动态调整，同时保证车辆之间彼此隔离，需要给每个充电电源模块均配备多组切换开关，每组2个，一组切换开关对应一把充电枪，这样可以计算出，所需要的功率分配切换开关的数量为2倍的充电电源模块数量乘以充电枪数量。例如，150kW的充电桩，需要10个15kW充电模块，若配套4个充电枪头，那么需要多达80个切换开关。由于直流充电桩是高电压大电流直流充电，在功率分配机制中，切换开关通常使用直流接触器，直流接触器可以在高电压大电流情况下闭合和断开，具备很强的直流灭弧能力，可靠性高。

但是，直流接触器由于其特殊的灭弧工艺，成本高，体积大，并且基本上都是螺钉式安装固定方式，以及螺栓式电气连接。前面提到，每台充电桩需要数量众多的切换开关，螺钉式安装固定方式，需要大量的固定附件，以及更大的机柜空间以便安装，这将很大程度上增加系统的硬件成本，增大机柜整体的重量，增大了桩体的占地面积；螺栓式电气连接，需要大量额外的线缆，更好的电气隔离措施，而安装这些线缆又是费时费力的工作，接触器的数量众多，增加了安装出错的概率，降低了产能；此外，由于接触器安装固定及电气连接的工艺复杂性，导致后期维护成本也将大大增加。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种直流充电桩多枪功率分配系统，采用交流继电器代替直流接触器作为功率分配切换开关，大大降低系统成本，减小桩体体积，保证系统安全性和可靠性。

为实现上述目的，本实用新型采用了以下技术方案：包括多个充电电源模块、功率分配板卡及高压直流接触器，所述充电电源模块的输出端分别经过一功率分配板卡与所述高压直流接触器的输入端连接，所述高压直流接触器的输出端与充电枪连接；所述功率分配板卡包括控制电路、与门、交流继电器、多路选择器及保护电路，所述与门及多路选择器的输入端与控制电路连接，与门及多路选择器的输出端与交流继电器的线圈连接，交流继电器的开关输入端与充电电源模块的输出端连接，交流继电器的开关输出端与直流接触器的输入端连接；所述充电电源模块的负极与交流继电器之间串联有电流采样电阻R1，所述保护电路的输入端与电流采样电阻R1连接，其输出端与控制电路连接。

作为上述技术方案的进一步改进：

所述保护电路包括电流采样模拟信号调理电路、过流比较保护电路及光耦隔离电路，所述电流采样模拟信号调理电路的输入端与交流继电器的输出端连接，其输出端通过过流比较保护电路与光耦隔离电路的输入端连接，光耦隔离电路的输出端与控制电路连接。

所述控制电路包括MUC控制器，所述与门与交流继电器的输入端与MCU控制器的IO口连接，所述光耦隔离电路的输出端与MCU控制器输入端连接。

所述交流继电器采用双线圈控制磁保持式交流继电器。

所述保护电路还包括用于向电流采样模拟信号调理电路、过流比较保护电路及光耦隔离电路供电的隔离电源。

所述MCU控制器通过RS485与充电桩主控制器通讯。

所述控制电路还包括与MCU控制器连接的拨码地址开关，所述拨码地址开关用于将功率分配板卡的地址与充电电源模块的地址对应分配。

由上述技术方案可知，本实用新型所述的直流充电桩多枪功率分配系统，能够实现一台充电桩同时给几辆电动车充电，采用交流继电器代替直流接触器作为功率分配切换开关，大大降低系统成本，减小桩体体积。交流继电器没有直流高电压大电流断开的能力，本实用新型加入断开保护电路，当流过继电器的电流大于设定阈值时，继电器无法断开；只有当流过继电器的电流小于该阈值时，继电器才能响应断开指令，确保交流继电器可靠稳定工作。

附图说明

图1是本实用新型的电路框图；

图2是本实用新型的功率分配板卡的电路图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步说明：

如图1所示，本实施例的直流充电桩多枪功率分配系统，包括多个充电电源模块1及数量与充电电源模块1相对应的功率分配板卡2及高压直流接触器3，充电电源模块1的输出端分别经过一功率分配板卡2与高压直流接触器3的输入端连接，高压直流接触器3的输出端分别充电枪连接；该功率分配板卡2包括控制电路、与门22、交流继电器23、多路选择器24及保护电路，与门22及多路选择器24的输入端与控制电路连接，与门22及多路选择器24的输出端与交流继电器23的线圈连接，交流继电器23的开关输入端与充电电源模块1的输出端连接，交流继电器23的开关输出端与直流接触器3的输入端连接；充电电源模块1的负极与交流继电器23之间串联有电流采样电阻R1，保护电路的输入端与电流采样电阻R1连接，保护电路的输出端与控制电路连接。

本实施例的，保护电路包括电流采样模拟信号调理电路25、过流比较保护电路26、光耦隔离电路27及用于向电流采样模拟信号调理电路25、过流比较保护电路26及光耦隔离电路27供电的隔离电源28，电流采样模拟信号调理电路25的输入端与交流继电器23的输出端连接，其输出端通过过流比较保护电路26与光耦隔离电路27的输入端连接，光耦隔离电路27的输出端与控制电路连接。

控制电路采用MUC控制器21，与门22与交流继电器23的输入端与MCU控制器的IO口连接，光耦隔离电路27的输出端与MCU控制器输入端连接。交流继电器23采用双线圈控制磁保持式继电器，磁保持式继电器的闭合和断开分别由闭合高电平脉冲和断开高电平脉冲控制，逻辑控制电路简单，增强系统的可靠性；过流信号只作为MCU控制器21控制继电器断开信号的使能信号，而不直接参与继电器断开逻辑控制，也不参与继电器的闭合控制，这可以增强系统的抗干扰性能；即使控制系统突然掉电，处于闭合状态的继电器依然保持闭合，消除带电流断开的情况，而且继电器线包不需要长时间通电，降低了功耗，延长了使用寿命。

MCU控制器通过RS485与充电桩主控制器通讯，接收充电桩主机开通关断继电器指令和对应充电电源模块的电压电流值，出现逻辑错误时，向充电桩主机传送故障信息。本实施例的控制电路还包括与MCU控制器21连接的拨码地址开关29，拨码地址开关29用于将功率分配板卡2的地址与充电电源模块1的地址对应分配。

本实用新型采用交流继电器23代替直流接触器，来实现功率分配功能。在电路中加入断开保护电路，当交流继电器23的电流大于设定阈值时，交流继电器23无法断开；只有当流过交流继电器23的电流小于该阈值时，交流继电器23才能响应断开指令，从而避免交流继电器在带电流时断开而产生大电弧，影响继电器的寿命需要MCU控制器与充电桩主机通信，接收充电桩主机开通关断继电器指令和对应充电电源模块的电压电流值，出现逻辑错误时，向主机传送故障信息。

如图1所示，每个充电电源模块对应一块功率分配板卡，通过地址拨码开关将功率分配板卡的地址与充电电源模块的地址一一对应，所有功率分配板卡通过RS485总线与充电桩的主控制器相连，由主控制器下发指令，同时，功率分配板卡的MCU控制器21也需要向充电桩的主控制器发送状态信号，通过控制直流接触器的通断来控制充电枪充电。

如图2所示，充电桩的主控制器能够通过CAN通信得知每个充电电源模块1的电压电流信息，并将这些信息分别发送给对应的功率分配板卡2。同时，每块功率分配板2卡能够采集到过流状态信号，当采集到的过流状态为低电平时，且对应电源模块1处于充电状态，则有电压电流输出，视为正常充电状态，此时交流继电器1正常工作；当采集到的电源模块1处于充电状态，有电压电流输出，且电流为过流状态时，则表示保护电路现了故障，此时功率分配板卡2中的MCU控制器21控制交流继电器23为闭合状态，并上传故障信号，使主控制板给对应充电电源模块1发出关机指令，待对应电源模块关机后，才能断开交流继电器；若充电电源模块1处于关闭状态，但过流状态为低，则保护电路出现故障，应上传故障信号。当主机给每一块功率分配板卡发送交流继电器闭合与断开指令，当接受到的指令要求同时闭合两组继电器时，或者一组继电器还没有断开，收到闭合另一组继电器的指令，应不执行闭合指令，且给主控制板上报错误。若对应电源模块处于充电状态，充电电源模块有电压电流输出，且电流大于保护电流阈值，但输入的过流状态信号为假，表示流过分流器电流小于保护电流阈值，则说明信号调理电路或者比较电路出现了故障，此时不能断开继电器，并上传故障信号，让主控制板给对应电源模块发出关机指令，待对应电源模块关机后，才能断开继电器。

交流继电器23闭合保护原理：如图2所示，四组继电器加入多路选择器24，使得四组继电器最多只能有1组闭合，这样能够保证在多辆车同时充电时，车与车的电池之间不会接通，保证电气隔离。当交流继电器23处于闭合充电状态时，流过交流继电器23的电流将通过保护电路中的电流采样电阻转换成电压，经过保护电路输出过流保护信号。当采样电流大于电流阈值时，过流保护输出为高电平，代表处于断开保护状态，经过光耦隔离后，屏蔽信号为0，将屏蔽所有交流继电器23的断开控制信号，此时，若MCU控制器21受到干扰，给出错误的断开控制信号，由于屏蔽信号的存在，交流继电器23将不响应MCU控制器21的错误断开指令，这样能保证交流继电器23不会在大电流情况下断开，保证交流继电器23安全可靠工作。当采样电流小于电流阈值时，过流保护信号处于不保护状态，该信号经过光耦隔离后，送入到MUC控制器21中，交流继电器23的断开由MCU控制器21控制，当MCU控制器21受到干扰给出断开指令时，交流继电器23断开，由于是小电流断开，不会对交流继电器23产生危害。本实施例中，选择的电流电流采样电阻不能太大，因为正常充电时需要流过大的充电电流，电阻太大会导致功耗太大；同时阻抗又不能太小，否则对于小电流保护阈值来说，采样电压会非常小，这对运放的输入失调电压要求过高。当控制系统意外断电，而充电机在正常工作且没有来得及关机，同时枪头大电流直流接触器也没有来得及断开时，闭合的继电器由于磁保持特性，能保持闭合状态，保证不会出现大电流断开的情况。

以上所述的实施例仅仅是对本实用新型的优选实施方式进行描述，并非对本实用新型的范围进行限定，在不脱离本实用新型设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本实用新型的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本实用新型权利要求书确定的保护范围内。

Claims (7)

1.一种直流充电桩多枪功率分配系统，其特征在于：包括多个充电电源模块（1）、功率分配板卡（2）及高压直流接触器（3），所述充电电源模块（1）的输出端分别经过一功率分配板卡（2）与所述高压直流接触器（3）的输入端连接，所述高压直流接触器（3）的输出端与充电枪连接；

所述功率分配板卡（2）包括控制电路、与门（22）、交流继电器（23）、多路选择器（24）及保护电路，所述与门（22）及多路选择器（24）的输入端与控制电路连接，与门（22）及多路选择器（24）的输出端与交流继电器（23）的线圈连接，交流继电器（23）的开关输入端与充电电源模块（1）的输出端连接，交流继电器（23）的开关输出端与直流接触器（3）的输入端连接；所述充电电源模块（1）的负极与交流继电器（23）之间串联有电流采样电阻R1，所述保护电路的输入端与电流采样电阻R1连接，其输出端与控制电路连接。

2.根据权利要求1所述的直流充电桩多枪功率分配系统，其特征在于：所述保护电路包括电流采样模拟信号调理电路（25）、过流比较保护电路（26）及光耦隔离电路（27），所述电流采样模拟信号调理电路（25）的输入端与交流继电器（23）的输出端连接，其输出端通过过流比较保护电路（26）与光耦隔离电路（27）的输入端连接，光耦隔离电路（27）的输出端与控制电路连接。

3.根据权利要求2所述的直流充电桩多枪功率分配系统，其特征在于：所述控制电路包括MUC控制器（21），所述与门（22）与交流继电器（23）的输入端与MCU控制器的IO口连接，所述光耦隔离电路（27）的输出端与MCU控制器输入端连接。

4.根据权利要求1所述的直流充电桩多枪功率分配系统，其特征在于：所述交流继电器（23）采用双线圈控制磁保持式交流继电器。

5.根据权利要求1所述的直流充电桩多枪功率分配系统，其特征在于：所述保护电路还包括用于向电流采样模拟信号调理电路（25）、过流比较保护电路（26）及光耦隔离电路（27）供电的隔离电源（28）。

6.根据权利要求3所述的直流充电桩多枪功率分配系统，其特征在于：所述MCU控制器通过RS485与充电桩主控制器通讯。

7.根据权利要求3所述的直流充电桩多枪功率分配系统，其特征在于：所述控制电路还包括与MCU控制器（21）连接的拨码地址开关（29），所述拨码地址开关（29）用于将功率分配板卡（2）的地址与充电电源模块（1）的地址对应分配。