CN208411434U

CN208411434U - 一种大功率的群充充电系统

Info

Publication number: CN208411434U
Application number: CN201820797289.8U
Authority: CN
Inventors: 丁刘根; 孙运杰; 张亚平; 王恺
Original assignee: Xian Tgood Intelligent Charging Technology Co Ltd
Current assignee: Xi'an Telai Intelligent Charging Technology Co.,Ltd.
Priority date: 2018-05-25
Filing date: 2018-05-25
Publication date: 2019-01-22
Anticipated expiration: 2028-05-25

Abstract

本实用新型涉及一种大功率的群充充电系统，该大功率的群充充电系统包括高压柜，还包括：多绕组的变压器，变压器的原边绕组通过高压柜接入电网；至少两个充电枪；至少两个非隔离式的充电模块，其中，每个充电模块的输入端连接变压器的其中一个副边绕组，每个充电模块的输出端通过相应充电枪连接相应的电动汽车；连接于充电枪及每个充电模块，用于实时获取变压器的剩余调配功率及电动汽车的需求功率，并根据剩余调配功率及电动汽车的需求功率实时调整充电模块的输出功率的功率分配模块。实施本实用新型的技术方案，大大降低了系统的初期投资成本及提高了系统可靠性。

Description

一种大功率的群充充电系统

技术领域

本实用新型涉及电动汽车领域，尤其涉及一种大功率的群充充电系统。

背景技术

随着环保节能意识的增强，电动汽车由于以车载电源为动力，能够解决燃油汽车尾气排放污染环境、高能耗等问题而逐步受到青睐。而电动汽车的充电问题是人们非常关注的问题，其关系到电动汽车的普及和推广。

目前，大功率的群充充电系统均建立在充电模块拓扑的基础上的。如图1所示的现有的一种大功率的群充充电系统，在该群充充电系统中，变压器为双绕组变压器，变压器的原边绕组通过高压柜接入电网，变压器的副边绕组上并联有多个充电模块，且每个充电模块均通过一充电枪连接一电动汽车。为了实现电网侧和电动汽车的电气隔离，充电模块需设计为隔离式的充电模块，即，在充电模块中设置LLC变换器。但是，由于LLC变换器存在功率应用等级范围受限的问题，目前常用的功率等级为20kW以下，如果要实现更高的功率等级，需要在充电模块中设置多个并联的由整流器+LLC变换器构成的功率单元，这样，就使得群充充电系统的成本很高。而且，由于充电模块中包括有多个相并联的功率单元，功率分配模块(PDU)在实现功率分配时，其切换电路和控制逻辑也需要进行复杂的设计，例如，每一路的输出继电器通常需要并联电力电子开关，这也无形中提高了整个系统的成本，且降低了系统可靠性。

实用新型内容

为解决现有技术中成本高、可靠性差的问题，本实用新型提供一种大功率的群充充电系统，成本低，且可靠性高。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种大功率的群充充电系统，包括高压柜，还包括：

多绕组的变压器，所述变压器的原边绕组通过所述高压柜接入电网；

至少两个充电枪；

至少两个非隔离式的充电模块，其中，每个充电模块的输入端连接所述变压器的其中一个副边绕组，每个充电模块的输出端通过相应充电枪连接相应的电动汽车；

连接于所述充电枪及每个充电模块，且用于实时获取所述变压器的剩余调配功率及所述电动汽车的需求功率，并根据所述剩余调配功率及所述电动汽车的需求功率实时调整所述充电模块的输出功率的功率分配模块。

优选地，所述充电模块包括第一整流器和BUCK变换器，其中，所述第一整流器的输入端连接所述变压器的其中一个副边绕组，所述第一整流器的输出端连接所述BUCK变换器的输入端，所述BUCK变换器的输出端通过其中一个充电枪连接相应的电动汽车。

优选地，所述第一整流器为T型三电平的三相PWM整流器，或，三相维也纳PFC整流器。

优选地，所述充电模块包括第二整流器，其中，所述第二整流器的输入端连接所述变压器的其中一个副边绕组，所述第二整流器的输出端通过其中一个充电枪连接相应的电动汽车。

优选地，所述第二整流器为T型三电平的三相PWM整流器，或，三相维也纳PFC整流器。

优选地，所述至少两个充电模块包括至少一个第一充电模块及至少一个第二充电模块，所述第一充电模块包括第一整流器和BUCK变换器，所述第二充电模块包括第二整流器，其中，所述第一整流器的输入端连接所述变压器的其中一个副边绕组，所述第一整流器的输出端连接所述BUCK变换器的输入端，所述BUCK变换器的输出端通过其中一个充电枪连接相应的电动汽车，所述第二整流器的输入端连接所述变压器的其中一个副边绕组，所述第二整流器的输出端通过其中一个充电枪连接相应的电动汽车。

优选地，所述第一整流器和/或所述第二整流器为T型三电平的三相PWM整流器，或，三相维也纳PFC整流器。

优选地，所述功率分配模块的数量为一个。

优选地，还包括至少两个第一开关模块，且每个第一开关模块的第一端连接所述变压器的其中一个副边绕组，每个第一开关模块的第二端连接其中一个充电模块的输入端，每个第一开关模块的控制端连接所述功率分配模块。

优选地，还包括至少两个第二开关模块，且每个第二开关模块的第一端连接其中一个充电模块的输出端，每个第二开关模块的第二端通过其中一个充电枪连接相应的电动汽车，每个第二开关模块的控制端连接所述功率分配模块。

实施本实用新型的技术方案，利用多绕组变压器的隔离功能实现电网侧和电动汽车侧的电气隔离，使得充电模块可选用非隔离式的充电模块，即，不再需要在其中设置LLC变换器，这样，可避免出现由LLC变换器所造成的功率应用等级受限的问题。基于此，在设计高功率的群充充电系统时，每一路充电模块不再需要采用多个功率单元并联的拓扑结构，进而功率分配模块也不需要设计复杂的切换电路及控制逻辑，因此，大大降低了系统的初期投资成本及提高了系统可靠性。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型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，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是现有技术的一种大功率的群充充电系统的逻辑结构图；

图2是本实用新型大功率的群充充电系统实施例一的逻辑结构图；

图3是本实用新型大功率的群充充电系统实施例二的逻辑结构图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

图2是本实用新型大功率的群充充电系统实施例一的逻辑结构图，该实施例的群充充电系统包括：高压柜10、多绕组的变压器20、N个充电枪(未示出)、N个非隔离式的充电模块31、32、…、3N及功率分配模块40，其中，N为大于等于2的自然数。而且，变压器20的原边绕组通过高压柜10接入电网。每个充电模块31、32、…、3N的输入端连接变压器20的其中一个副边绕组，每个充电模块31、32、…、3N的输出端通过其中一个充电枪连接相应的电动汽车。功率分配模块40连接每个充电枪及每个充电模块31、32、…、3N，且用于实时获取变压器20的剩余调配功率及电动汽车的需求功率，并根据剩余调配功率及电动汽车的需求功率实时调整充电模块31、32、…、3N的输出功率。在该实施例中，若变压器的额定功率小于所有充电模块的额定功率之和，功率分配模块对该变压器的副边绕组进行分时复用。

通过实施该实施例的技术方案，利用多绕组变压器的隔离功能实现电网侧和电动汽车侧的电气隔离，使得充电模块可选用非隔离式的充电模块，不再需要在其中设置LLC变换器，因此，在设计高功率等级的群充充电系统时，可降低初期投资成本及提高系统可靠性。

在一种对初期设备投资要求较高场合，存在充电枪数多于充电模块数，即N个充电模块，M个充电枪，N<M，在这种情况下，基于本申请大功率的群充充电系统，可以通过优先级控制策略，对优先级高的充电枪实现优先大功率高效充电，对于优先级低的充电枪实现经济策略(用户充电成本最低策略)充电，从而可以解决充电枪被闲置不能用，而造成资源浪费的问题，达到对充电模块的高效利用，提高资源利用率。

图3是本实用新型大功率的群充充电系统实施例二的逻辑结构图，该实施例的群充充电系统相比图2所示的实施例，所不同的仅是：多个充电模块31、32、…、3N中包括两种类型的充电模块，其中，第一类型的充电模块(以充电模块31为例)为二级充电模块，且包括第一整流器311和BUCK变换器312，而且，第一整流器311的输入端连接变压器20的其中一个副边绕组，第一整流器311的输出端连接BUCK变换器312的输入端，BUCK变换器312的输出端通过其中一个充电枪连接相应的电动汽车。第二类型的充电模块(以充电模块32为例)为一级充电模块，且包括第二整流器321，而且，第二整流器321的输入端连接变压器20的其中一个副边绕组，第二整流器321的输出端通过其中一个充电枪连接相应的电动汽车。在实际应用中，可根据具体情况分别设置两种类型的充电模块的数量，而且，不同类型的电动汽车在充电时可选用不同拓扑的充电模块。

在一个具体例子中，若电网为10kv电网，电网电压通过高压柜10接入变压器20，该变压器将电网电压降至315V。对于充电模块31，第一整流器311及BUCK变换器312对相应副边绕组的电压进行转换，可实现输出电压的范围为50V～1000V，从而可匹配各种类型电动汽车(包括大巴车和小汽车)的大功率充电；对于充电模块32，第二整流器321对相应副边绕组的电压进行转换，可实现输出电压的范围为500V～1000V，从而实现大巴车的充电。

在一个可选实施例中，结合图3，多个充电模块31、32、…、3N可同时为第一类型的充电模块。例如，每个充电模块均包括第一整流器和BUCK变换器，而且，第一整流器的输入端连接变压器20的其中一个副边绕组，第一整流器的输出端连接BUCK变换器的输入端，BUCK变换器的输出端通过其中一个充电枪连接相应的电动汽车。该实施例群充充电系统的每个充电枪既能为大巴车进行充电，也能为小汽车进行充电。

在一个可选实施例中，结合图3，多个充电模块31、32、…、3N可同时为第二类型的充电模块。例如，每个充电模块均包括第二整流器，而且，第二整流器的输入端连接变压器20的其中一个副边绕组，第二整流器的输出端通过其中一个充电枪连接相应的电动汽车。该实施例的群充充电系统的每个充电枪仅能为大巴车进行充电。

在上述实施例中，优选地，第一整流器可为T型三电平的三相PWM整流器，也可为三相维也纳PFC整流器。同样地，第二整流器可为T型三电平的三相PWM整流器，也可为三相维也纳PFC整流器。

另外，还需说明的是，在图2和图3所示实施例中，均是以一个功率分配模块40为例进行说明的，这样，可使得功率分配模块对所有的充电模块31、32、…、3N进行集中控制，可节省系统的成本及空间。当然，在其它实施例中，功率分配模块40的数量可为N个，且每一功率分配模块均对应一充电模块和充电枪，这样，便于实际应用中的装配和维修。

在一个可选实施例中，为了防止电动汽车的电流倒灌，也为了方便充电模块的维修及更换，本申请的群充充电系统还包括N个第一开关模块及N个第二开关模块，而且，每个第一开关模块的第一端连接变压器的其中一个副边绕组，每个第一开关模块的第二端连接其中一个充电模块的输入端，每个第一开关模块的控制端连接功率分配模块。每个第二开关模块的第一端连接其中一个充电模块的输出端，每个第二开关模块的第二端通过其中一个充电枪连接相应的电动汽车，每个第二开关模块的控制端连接功率分配模块。这样，只有在确认某一充电模块所对应的充电枪接入电动汽车，且可以开始充电时，才控制该充电模块所对应的第一开关模块和第二开关模闭合。而在需要对某一充电模块进行维修或更换时，只需断开该充电模块所对应的第一开关模块和第二开关模块即可。

另外，在上述实施例中，关于功率分配模块40，还需说明的是，其可通过以下方式来获取变压器20剩余调配功率：由于变压器20的额定功率是已知的，功率分配模块40在实时获取每个充电模块31、32、…、3N的当前输出功率之后，将其额定功率减去所有充电模块31、32、…、3N的当前输出功率之和，便可获取剩余调配功率。另外，还需说明的是，在对每个充电模块31、32、…、3N的输出功率进行实时调整时，可根据预设的功率分配策略确定每个充电模块31、32、…、3N待分配的功率，预设的功率分配策略例如为优先级分配策略或先到先得分配策略，下面以优先级分配策略为例进行说明：

首先，获取正在充电的电动汽车和待充电的电动汽车的需求功率及优先级。然后，获取各个充电模块的输出功率，并根据变压器的额定功率计算出变压器的剩余调配功率。再对剩余调配功率与需求功率进行比较：

当剩余调配功率大于等于需求功率时，对各个电动汽车进行满功率充电，直至结束。

当剩余调配功率小于需求功率时，则逐次判断各个电动汽车是否需要优先充电，如需优先充电，则进行优先充电序列排队；如不需优先充电，判断下一辆汽车，依次类推，直到所有电动汽车的优先级均判断完毕。功率分配模块通过对多绕组的变压器进行分时复用，实现充电功率的实时调配，以优先满足优先级高的电动汽车的充电需求，如果在满足了优先级高的电动汽车的充电需求之后，还有剩余调配功率，则对无优先级需求的电动车进行均充，通过合理的功率分配可以实现多电动汽车均充和少数电动车大功率充电；能快速实现优先充电策略，实现快速、智能地功率分配效果。

下面以一个具体例子来说明功率分配的过程：

假如某一群充充电系统采用额定功率为300kW变压器，多绕组的变压器包括1路原边绕组及6路副边绕组，每路副边绕组对应一充电模块及一充电枪，且每一路充电模块的额定功率为120kW，该群充充电系统可通过功率分配模块实现6辆电动汽车的调度充电，结合下表，分别说明以下六种情况：

情况一：当有六辆电动汽车同时充电时，每辆汽车的最大充电需求功率为120kW，且均无优先充电需求，此时，功率分配模块可通过控制六个充电模块的输出功率实现六辆汽车满足50kW均功率充电；

情况二：当有六辆电动汽车同时充电时，每辆汽车的最大充电需求功率为120kW，且仅汽车1有优先充电需求，此时，功率分配模块通过控制六个充电模块的输出功率，实现为汽车1进行最大功率120kW充电，其它五辆汽车采用36kW均功率充电；

情况三：当有四辆电动汽车同时充电时，每辆汽车的最大充电需求功率为120kW，且仅汽车1、2有优先充电需求，此时，功率分配模块通过控制四个充电模块的输出功率，实现为汽车1、2进行最大功率120kW充电，其它两辆汽车采用30kW均功率充电；

情况四：当有三辆电动汽车同时充电时，每辆汽车的最大充电需求功率为120kW，且仅汽车1有优先充电需求，此时，功率分配模块通过控制三个充电模块的输出功率，实现为汽车1进行最大功率120kW充电，其它两辆汽车采用90kW均功率充电；

情况五：当有三辆电动汽车同时充电时，每辆汽车的最大充电需求功率为120kW，且仅汽车1、2有优先充电需求，此时，功率分配模块通过控制三个充电模块的输出功率，实现为汽车1、2进行最大功率120kW充电，第三辆汽车采用60kW均功率充电；

情况六：当有三辆电动汽车同时充电时，每辆汽车的最大充电需求功率为120kW，且这三辆汽车均有优先充电需求，此时，功率分配模块通过控制三个充电模块的输出功率，实现这三辆汽车满足100kW均功率充电。

以上所揭露的仅为本实用新型的较佳实施例而已，当然不能以此来限定本实用新型的权利范围，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分流程，并依本实用新型权利要求所作的等同变化，仍属于实用新型所涵盖的范围。

Claims

1.一种大功率的群充充电系统，包括高压柜，其特征在于，还包括：

至少两个充电枪；

2.根据权利要求1所述的大功率的群充充电系统，其特征在于，所述充电模块包括第一整流器和BUCK变换器，其中，所述第一整流器的输入端连接所述变压器的其中一个副边绕组，所述第一整流器的输出端连接所述BUCK变换器的输入端，所述BUCK变换器的输出端通过其中一个充电枪连接相应的电动汽车。

3.根据权利要求2所述的大功率的群充充电系统，其特征在于，所述第一整流器为T型三电平的三相PWM整流器，或，三相维也纳PFC整流器。

4.根据权利要求1所述的大功率的群充充电系统，其特征在于，所述充电模块包括第二整流器，其中，所述第二整流器的输入端连接所述变压器的其中一个副边绕组，所述第二整流器的输出端通过其中一个充电枪连接相应的电动汽车。

5.根据权利要求4所述的大功率的群充充电系统，其特征在于，所述第二整流器为T型三电平的三相PWM整流器，或，三相维也纳PFC整流器。

6.根据权利要求1所述的大功率的群充充电系统，其特征在于，所述至少两个充电模块包括至少一个第一充电模块及至少一个第二充电模块，所述第一充电模块包括第一整流器和BUCK变换器，所述第二充电模块包括第二整流器，其中，所述第一整流器的输入端连接所述变压器的其中一个副边绕组，所述第一整流器的输出端连接所述BUCK变换器的输入端，所述BUCK变换器的输出端通过其中一个充电枪连接相应的电动汽车，所述第二整流器的输入端连接所述变压器的其中一个副边绕组，所述第二整流器的输出端通过其中一个充电枪连接相应的电动汽车。

7.根据权利要求6所述的大功率的群充充电系统，其特征在于，所述第一整流器和/或所述第二整流器为T型三电平的三相PWM整流器，或，三相维也纳PFC整流器。

8.根据权利要求1-7任一项所述的大功率的群充充电系统，其特征在于，

所述功率分配模块的数量为一个。

9.根据权利要求1-7任一项所述的大功率的群充充电系统，其特征在于，还包括至少两个第一开关模块，且每个第一开关模块的第一端连接所述变压器的其中一个副边绕组，每个第一开关模块的第二端连接其中一个充电模块的输入端，每个第一开关模块的控制端连接所述功率分配模块。

10.根据权利要求1-7任一项所述的大功率的群充充电系统，其特征在于，还包括至少两个第二开关模块，且每个第二开关模块的第一端连接其中一个充电模块的输出端，每个第二开关模块的第二端通过其中一个充电枪连接相应的电动汽车，每个第二开关模块的控制端连接所述功率分配模块。