CN208069424U - 柔性充电站 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种柔性充电站，包括集中器、多个充电系统，各充电系统配置有保护装置和一段母线；所述充电系统设置充电桩和1个或多个充电单元；所述充电桩的充电枪与母线连接，充电终端与集中器通信连接；充电单元设置交流接触器、断路器、交流转直流模块；交流接触器与集中器连接，由集中器控制充电单元交流接触器的闭合和断开；母线之间连接母线联接器件，以连接和断开各段母线，所述母线联接器件和集中器连接，集中器控制母线联接器件的闭合断开，以进行智能功率分配。本实用新型能够使充电桩根据情况获得大功率或小功率的充电功率，能够以较小的经济投入既满足不同功率、不同充电倍率的电动汽车充电需求，又提升了充电设备的转换率和利用率。
Description
技术领域
本实用新型涉及充电技术领域，尤其是一种柔性充电站。
背景技术
目前，各种电动汽车的电池容量和充电倍率各不同，对充电输出功率要求很大，为了兼容各类电动汽车的需求，充电机的输出功率设计较大，给容量较小的电动车充电时，将造成浪费，利用率低，充电机的输出功率设计小，可以提高充电机的利用率，但是给大功率车充电时，又延长了充电时间。随着电池技术的高速发展，电动汽车充电功率越来越大，如何优化设计，能够兼容各种需求，同时提高利用率，价格也合理，是需要解决的问题。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题在于提供一种柔性充电站，能够兼顾小功率和大功率充电要求。为此，本实用新型所采用的技术方案是：
一种柔性充电站，其特征在于，所述充电站包括：
集中器、三个以上的多个充电系统，各充电系统配置有保护装置和一段母线；
所述充电系统设置充电桩和1个或多个充电单元；
所述充电桩设置充电终端和充电枪，充电枪与母线连接，充电终端与集中器通信连接，接收电动汽车的需求信息，将信息上传集中器，执行集中器下发的命令，控制充电枪和母线之间的母线联接器件（K1\K2）闭合和断开；
充电单元设置交流接触器、断路器、交流转直流模块；交流接触器与集中器连接，由集中器控制充电单元交流接触器的闭合和断开；
母线之间设置母线联接器件，以连接和断开各段母线，所述母线联接器件和集中器连接，集中器控制母线联接器件的闭合断开，以进行智能功率分配；
所述保护装置安装于交流转直流模块输出正极，进行防反保护；
在母线至充电枪之间的功率线路中还增加熔丝进行短路保护。
进一步地，所述各段母线呈串联关系。
进一步地，设置有三个以上的多个充电系统，所述各段母线中每一段母线均与其余各段母线分别通过母线连接器件连接。
进一步地，所述保护装置采用直流二极管。
进一步地，所述母线联接器件采用直流接触器。
由于采用本实用新型的技术方案，本实用新型能够使充电桩根据情况获得大功率或小功率的充电功率，在充电过程中也能够调度改变充电桩充电功率和提供新的可充电的充电桩，能够以较小的经济投入，根据不同类型电动车的实际需求、充电过程中的动态需求变化自动提供不同充电功率，既满足不同功率、不同充电倍率的电动汽车充电需求，又提升了充电设备的转换率和利用率。
附图说明
图1为本实用新型的流程示意图。
图2为本实用新型实施例1的主回路控制原理图。
图3为本实用新型实施例1的主回路控制实例原理框图。
图4为本实用新型实施例1的主回路控制实例原理图。
图5a为图3、4所示实例的交流接触器控制部分第一示意图。
图5b为图3、4所示实例的交流接触器控制部分第二示意图。
图6a为图3、4所示实例的母线直流接触器控制部分第一示意图。
图6b为图3、4所示实例的母线直流接触器控制部分第二示意图。
图7为本实用新型实施例2的主回路控制实例原理框图。
图8为本实用新型实施例2的母线连接拓扑图。
具体实施方式
为了对本实用新型的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本实用新型的具体实施方式。
实施例1
图2示出了本实用新型的柔性充电站，该柔性充电站可根据不同类型电动车的实际需要自动从“充电站”提取不同功率，既满足了不同功率的电动车充电需求，又进一步提升了充电设备的转换效率和利用率，解决了目前业界要确定目标用车才能建设充电设施的困惑，避免了电池容量增大带来的重复建设。
以图2为例，所述柔性充电站包括：
集中器（也即图3中的主站）、多个充电系统，各充电系统配置有保护装置和一段母线，有n个充电系统即有n段母线（分别为L1+/L1-、L2+/L2-…、Ln-1+/Ln-1-、Ln+/Ln-）。它们为串联关系。
所述充电系统设置充电桩和1个或多个充电单元，设置多个充电单元时，各充电单元并联于母线。各充电系统的充电单元可以是相等的或不等的，也即每段母线的充电功率可以相同或不相同，各充电单元的充电功率可以相同或不相同。
充电桩和充电系统的充电单元可以集成在一个柜体中，或者分体设置，充电单元设置在相应的充电柜中，充电桩设置在外。也即所述充电桩是为了尊重传统的习惯称呼方法而沿用，其本质上是包括充电枪和充电终端的装置。
如前所述，所述充电桩设置充电终端（也即图2中的子站）和充电枪，充电枪与母线连接，充电终端与集中器通信连接，接收电动汽车的需求信息，将信息上传集中器，执行集中器下发的命令，控制充电枪和母线之间的母线联接器件（K1\K2）闭合和断开；
充电单元设置交流接触器、断路器、交流转直流模块；交流接触器与集中器连接，由集中器控制充电单元交流接触器的闭合和断开；
母线之间设置母线联接器件，以连接和断开各段母线，所述母线联接器件和集中器连接，集中器控制母线联接器件的闭合断开，以进行智能功率分配；
所述保护装置安装于交流转直流模块输出正极，进行防反保护；保护装置采用防反二极管D安装于交流转直流模块输出正极，进行防反保护，用于防止母线切换区的母线联接器件等可控开关器件出现故障或者误动作，引发安全事故。母线至充电枪之间的功率线路中增加熔丝进行短路保护。
母线联接器件可采用直流接触器。所述保护装置优选采用直流二极管。
充电终端包括2路CAN通讯模块，一路和集中器通讯，上传需求信息，另一路和电动车电池管理系统BMS进行通讯，以获得电动车电量信息，充电终端还包括16路开关量输出模块，控制充电桩的直流接触器（图3中K1/K2）的断开闭合，充电终端还包括显示屏通讯模块，可以和液晶显示屏（用户界面操作）通讯连接。集中器包括1路CAN通讯模块，和多个充电终端通讯，各充电终端的CAN通讯接口串联连接；集中器还包括16路开关量输出模块，间接控制母线连接器件（图6b中KZ11/KZ12/KZ21/KZ22/KZ31/KZ32/KZ41/KZ42）、交流接触器（图5b中KM1/KM2/KM3/KM4/KM5）的断开和闭合。集中器会在不同时间，接收到不同充电终端的不同信息，根据剩余资源，智能分配，闭合需要的母线联接器件。充电准备完成后，集中器告知充电终端可以进行充电，每个充电桩均可以进行最大功率充电。其可采用以下方法：
（1）、当充电枪与需要充电的电动车可靠连接后，充电终端和电动车进行通讯并接收功率需求，将功率需求信息上传集中器，集中器将需求功率和发出需求的充电终端所属充电桩所连接的单段母线功率进行对比，所述单段母线功率是指该段母线本身所配属的充电单元的功率总和；
（2）、若功率需求超过单段母线功率，集中器计算连入本段母线的其它母线数量，来匹配所缺的功率需求；通过集中器的控制，将准备连入的母线所对应的母线联接器件闭合，使本段母线和连入的母线串联在一起，并发送控制信号给本段母线所连的充电桩的充电终端，可以启动充电，连入的母线所配属的充电单元通过串联的母线向本段母线所连的充电桩提供充电电流；
若功率需求未超过单段母线功率，集中器发送控制信号给本段母线所连的充电桩的充电终端，可以启动充电；
（3）、通过充电终端的控制，闭合充电枪和本段母线之间的母线联接器件，启动充电功能，并且充电终端和电动车实时通讯，将实时的需求充电信息告知集中器，以供集中器根据实时充电需求，调整给该电动车的充电电流值；
（4）、如需求电流增加，集中器重新计算能够连入的母线数量，来匹配增加的电流需求，通过集中器的控制，将准备追加连入的母线所对应的母线联接器件闭合，使追加的母线串联入已在提供充电的串联母线中，追加连入的母线所配属的充电单元通过串联的母线向本段母线所连的充电桩提供充电电流；
如需求电流降低，则集中器计算可退出的母线数量，来匹配减小的电流需求；通过集中器的控制，将准备退出的母线所对应的母线联接器件断开，则退出的母线及所配属的充电单元恢复为自由，可用于自身所连的充电桩或别的充电桩提供充电电流。
现以图4、图5a、图5b、图6a、图6b为例，该充电站具有5段母线、5个充电桩，具体介绍如下：
所有充电系统（充电桩无车停靠充电）均闲置，此时任何充电桩的充电枪均可进行30KW、60KW、90KW、120KW、150KW充电，如果充电桩1需求为150KW：则第一步、集中器的输出继电器ZHM1-3闭合，使中间继电器KJ1闭合，然后中间继电器KJ1使交流接触器KM1闭合，从而给交流转直流模块UPR1/ UPR2供电，同理，通过闭合输出继电器ZHM1-4\ ZHM1-5\ ZHM1-6\ZHM1-7，使中间继电器KJ2\ KJ3\ KJ4\ KJ5闭合，从而使交流接触器KM2\ KM3\ KM4\ KM5闭合，从而给交流转直流模块UPR3-UPR10供电；第二步、集中器的输出继电器ZHM1-8闭合，使中间继电器KL1闭合，然后中间继电器KL1使直流接触器KZ11\ KZ12闭合，同理，通过闭合输出继电器ZHM1-9\ ZHM1-10\ ZHM1-11，使中间继电器KL2\ KL3\ KL4闭合，从而使直流接触器KZ21\ KZ22\ KZ31 \KZ32 \KZ41 \KZ42全部闭合，从而给充电桩1提供功率150KW，其余充电桩只能处于预约状态，待有充电单元释放，才可以充电。
如果充电桩1需求60KW，则第一步、集中器的输出继电器ZHM1-3\4闭合，使中间继电器KJ1\ KJ2闭合，然后中间继电器KJ1\ KJ2使交流接触器KM1\ KM2闭合，从而给交流转直流模块UPR1-UPR4供电; 第二步、集中器的输出继电器ZHM1-8闭合，使中间继电器KL1闭合，然后中间继电器KL1使直流接触器KZ11\ KZ12闭合，从而给充电桩1提供功率60KW，其余3个充电桩（充电桩3、4、5）可再自由分配90KW。
如果充电桩3需求60KW，则可以闭合直流接触器KZ21\ KZ22，或者直流接触器KZ31\ KZ32，控制逻辑同上所述，如果闭合直流接触器KZ21\ KZ22，则充电桩1只能输出30KW，充电桩4/5最大可输出60KW；如果闭合直流接触器KZ31\ KZ32，则充电桩5只能输出30KW。
如果充电桩2在进行大功率150KW充电，别的桩仍可以和待充电电动车连接，并在充电终端（子站：充电桩端监控）进行预约充电设置，当充电桩2需求功率降低，例如降低到60KW，则可以释放直流接触器KZ21\ KZ22\ KZ31 \KZ32 \KZ41 \KZ42，其余桩可进行充电。
以下例举动态分配功率的优选方式：
所述集中器具有预约功能，所述集中器根据收到的电动车的预约充电要求及其充电功率信息，所述集中器进行动态分配功率，控制某几段母线的母线联接器件闭合，使这几段母线串联接通，匹配所需的充电功率，并除了其中一段母线所连的充电桩作为预留充电桩外，控制其他的充电桩的充电终端，使这些充电终端控制其所在的充电桩的充电枪和母线之间的母线联接器件断开；
并提示其他需充电的电动车进入其它母线所连的充电系统的充电桩充电。
当第一充电桩对第一电动车进行大功率充电，占用了几段母线，导致这几段母线上所配属的充电系统的充电桩当前无法充电；
第一充电桩的充电终端和电动车实时通讯，将实时的需求充电信息告知集中器，以供集中器根据实时充电需求，调整给该电动车的充电电流值；
如果这时有其它电动车需要在这些当前无法充电的第二充电桩充电并和充电枪可靠连接后，
根据第一充电桩的充电终端和电动车实时通讯，如需求电流降低，则集中器计算可退出的母线数量，来匹配减小的电流需求；通过集中器的控制，将准备退出的母线所对应的母线联接器件断开，当第二充电桩所连的母线被退出后，该母线及所配属的充电单元恢复为自由，第二充电桩自动启动充电功能。
实施例2
参见图7、8。在本实施例中，所述各段母线中每一段母线均与其余各段母线分别通过母线连接器件连接，形成环网式柔性充电站。
在本实施例中，所有充电单元均闲置，此时任何一个充电终端的充电枪均可进行30KW、60KW、90KW、120KW、150KW充电。
如果充电桩1的充电枪需求为150KW：集中器在开启所有的模块并将各母线段的电压调整一致后，根据一定的原则或计算方法在4组母线联接器组KZ121\ KZ122 或KZ131\KZ132或 KZ141 \KZ142 或KZ151 \KZ152中选择一组与KZ231\ KZ232或 \KZ241\ KZ242或KZ251 \KZ252中选择一组与KZ341\ KZ342或 KZ351 \KZ352选择一组与KZ451 \KZ452 同时闭合，将5段母线连接起来，满足充电桩1的充电枪的工作需求。此时其余充电枪只能处于预约状态。待有充电子单元释放，才可以充电；当充电桩1的充电枪充电功率不断减小时，再从远到近依次断开相应的母联接触器。例如：同时闭合的是KZ121\ KZ122、KZ241\ KZ242、KZ351 \KZ352和KZ451 \KZ452，则会依次优先断开KZ351 \KZ352、KZ451 \KZ452、KZ241\KZ242、KZ121\ KZ122。
如果充电桩1的充电枪需求90KW，集中控制器在开启所有的模块并将各母线段的电压调整一致后，根据一定的原则或计算方法在母联接触器组KZ121\ KZ122 或KZ131\KZ132或 KZ141 \KZ142 或KZ151 \KZ152中任意选择两组同时闭合，将相邻的母联连接起来满足充电桩1的充电枪的需求。或者在母联接触器组KZ121\ KZ122 或KZ131\ KZ132或KZ141 \KZ142 或KZ151 \KZ152中选择一组闭合，同时再闭合一组和选中的母联相邻的接触器组也可以满足需求。例如：同时闭合接触器组KZ131\ KZ132和 KZ341\ KZ342将L1+/L1-、L3+/L3-、L4+/L4-三段母线连接起来，满足充电枪1的工作需求。此时未被选中的母线段L2+/L2-、L5+/L5-可以分别输出30KW，或者通过闭合KZ251\KZ252输出60KW。
此实用新型的柔性充电站还支持指定快慢充，例如可指定任何一把枪为30KW、60KW、90KW、120KW、150KW.根据需要闭合相应的母联接触器组。
在图7中的整流模块控制和保护单元也即实施例1中的交流接触器和断路器。
以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改、组合和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的权利要求范围之内。
Claims (5)
1.一种柔性充电站，其特征在于，所述充电站包括：
集中器、多个充电系统，各充电系统配置有保护装置和一段母线；
所述充电系统设置充电桩和1个或多个充电单元；
所述充电桩设置充电终端和充电枪，充电枪与母线连接，充电终端与集中器通信连接，接收电动汽车的需求信息，将信息上传集中器，执行集中器下发的命令，控制充电枪和母线之间的母线联接器件（K1\K2）闭合和断开；
充电单元设置交流接触器、断路器、交流转直流模块；交流接触器与集中器连接，由集中器控制充电单元交流接触器的闭合和断开；
母线之间设置母线联接器件，以连接和断开各段母线，所述母线联接器件和集中器连接，集中器控制母线联接器件的闭合断开，以进行智能功率分配；
所述保护装置安装于交流转直流模块输出正极，进行防反保护；
在母线至充电枪之间的功率线路中还增加熔丝进行短路保护。
2.根据权利要求1所述的柔性充电站，其特征在于，所述各段母线呈串联关系。
3.根据权利要求1所述的柔性充电站，其特征在于，设置有三个以上的多个充电系统，所述各段母线中每一段母线均与其余各段母线分别通过母线连接器件连接。
4.根据权利要求1所述的柔性充电站，其特征在于，所述保护装置采用直流二极管。
5.根据权利要求1所述的柔性充电站，其特征在于，所述母线联接器件采用直流接触器。
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