CN209963958U - 一种功率变换装置及共享充换电池柜 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及了一种共享充换电池柜及功率变换装置，该功率变换装置包括PFC电路、直流变换电路及与充电监控单元通讯连接的控制电路，其特征在于，还包括与多个蓄电池的充电回路一一对应的多个BUCK电路，而且，每个BUCK电路均连接在所述直流变换电路输出的直流母线上，并在所述控制电路的控制下对相应充电回路的充电电压、充电电流进行独立控制，并输出至相应蓄电池。实施本实用新型的技术方案，可保证对电网的友好，而且，多个蓄电池充电回路就可共用一个功率变换装置，且每个充电回路均可独立控制充电，可大大节省成本，且提高了利用率。

Description

一种功率变换装置及共享充换电池柜

技术领域

本实用新型涉及蓄电池充电领域，尤其涉及一种功率变换装置及共享充换电池柜。

背景技术

电动车(电动自行车、电动摩托车等)在人们的日常生活中扮演越来越重要的作用，是短途出行的重要交通工具之一。目前，饿了么、美团外卖等疯狂增长，加之达达等众包运营平台的发展，行业对电动车和骑手的需求巨大。同时，骑手私带电池、胡乱充电的情况也很多，非常危险，有的引起了自燃和爆炸，因此，共享充换电作为一种新的充换电模式应运而生。

共享充换电池柜是针对骑士、外包派送小哥、快递小哥等电动车使用人群推出的一款快速换电池的产品，能够帮助这些用户快速完成的电动车电池的更换。从产品形态上看，这种共享充换电模式类似“共享充电宝”+“智能快递柜”的组合，共享充换电池柜包括多个用于放置电池的电池单元格，且每个电池单元格都带有一个柜门，通过控制每个柜门的开启来完成电池的借和还。当用户使用时，通过扫码支付押金取出电池，使用完后将老电池还回并取出新电池。另外，通常将共享充换电池柜放到电动车维修点或已有的充电点，也就是电动车聚集比较多的地方，这样方便骑士人群进行借还，同时也支持异步借还。此外，为了避免用户到了共享充换电池柜前却发现没有电池，共享充换电池柜还支持电池预约，用户可以提前线上预约电池，规定时间内到共享充换电池柜前再进行借或还。

功率变换装置作为共享充换电池柜的核心装置之一，其作用是将交流市电转换成直流电，从而给电动车上的蓄电池充电，是共享充换电池柜中成本占比最高的组件。目前电动车共享充换电行业中功率变换装置方案多样，主流方案主要是如下两种：

第一种：如图1所示，交流市电经输入EMC滤波器后，再经不控整流电路进行整流，然后经直流变换电路进行降压，最后经输出EMC滤波器后输出至所连接的蓄电池，此方案的优点是成本低，但是对电网会造成污染，可靠性也一般，而且，每一充电回路都需要一个功率变换装置，成本高；

第二种：如图2所示，交流市电经输入EMC滤波器后，再经采用PFC电路进行功率因数校正及整流，然后经直流变换电路进行电压变换，最后经输出EMC滤波器后输出至所连接的蓄电池，此方案的优点是对电网友好，可靠性高，但每一充电回路仍是需要一个功率变换装置，成本高；

第三种：如图3所示，在图2方案的基础上，通过在后级设置多个继电器来实现功率变换装置与蓄电池一对多充电，此方案的优点是可靠性高，对电网友好，而且，一个功率变换装置可以对多路蓄电池充电，但是无法实现对多路蓄电池同时进行可控制的充电，因此利用率较低。

综上，以上功率变换装置要么需要为每一个蓄电池充电回路配置一功率变换装置，要么无法实现对多路蓄电池同时进行可控制的充电，给运营商带来了运营和成本的压力。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题在于，针对现有技术中成本大、利用率低的缺陷，提供一种共享充换电池柜及功率变换装置。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种功率变换装置，用于为多个蓄电池进行充电控制，所述功率变换装置包括PFC电路、直流变换电路及与充电监控单元通讯连接的控制电路，还包括与多个蓄电池的充电回路一一对应的多个BUCK电路，而且，每个BUCK电路均连接在所述直流变换电路输出的直流母线上，并在所述控制电路的控制下对相应充电回路的充电电压、充电电流进行独立控制，并输出至相应蓄电池。

优选地，所述控制电路通过CAN总线或RS485总线与所述充电监控单元通讯连接。

优选地，

所述控制电路包括：用于控制所述PFC电路的第一控制单元；用于控制所述直流变换电路的第二控制单元；以及，用于控制多个BUCK电路的第三控制单元；

或者，

所述控制电路包括：用于控制所述PFC电路和所述直流变换电路的第四控制单元；以及，用于控制多个BUCK电路的第五控制单元；

或者，

所述控制电路包括：用于控制所述PFC电路的第六控制单元；以及，用于控制所述直流变换电路及多个BUCK电路的第七控制单元；

或者，

所述控制电路包括：用于控制所述PFC电路、所述直流变换电路及多个BUCK电路的第八控制单元。

优选地，所述第三控制单元或第五控制单元的数量为多个，且与多个BUCK电路一一对应，每个BUCK电路在相应第三控制单元或第五控制单元的控制下对相应充电回路的充电电压、充电电流进行独立控制。

优选地，还包括设置在所述PFC电路前端的输入EMC滤波器。

优选地，还包括与多个蓄电池的充电回路一一对应的多个输出EMC滤波器，且每个输出EMC滤波器对相应BUCK电路的输出电压进行滤波后再输出至相应蓄电池。

优选地，每个BUCK电路与其所对应的输出EMC滤波器集成设置。

优选地，多个BUCK电路与多个输出EMC滤波器集成设置。

优选地，所述直流变换电路为LLC电路、移相全桥电路、双管正激电路、双全桥电路。

本实用新型还构造一种共享充换电池柜，包括充电监控单元及多个用于放置蓄电池的电池单元格，其特征在于，还包括以上所述的功率变换装置。

实施本实用新型的技术方案，首先，由于前级采用PFC电路，可保证对电网的友好；其次，由于直流变换电路输出的直流母线上连接有多个BUCK电路，每个BUCK电路均可对相应蓄电池的充电电压、充电电流进行独立控制，即，多个BUCK电路可同时工作，这样，多个蓄电池充电回路就可共用一个功率变换装置，且每个充电回路均可独立控制充电，可大大节省成本，而且提高了利用率。

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。附图中：

图1是现有的第一种功率变换装置的结构图；

图2是现有的第二种功率变换装置的结构图；

图3是现有的第三种功率变换装置的结构图；

图4是本实用新型功率变换装置实施例一的结构图；

图5是本实用新型功率变换装置实施例二的结构图；

图6是本实用新型功率变换装置中直流变换电路实施例一的电路图；

图7是本实用新型功率变换装置中直流变换电路实施例二的电路图。

具体实施方式

图4是本实用新型功率变换装置实施例一的结构图，首先说明的是，该实施例的功率变换装置可为多个蓄电池进行充电控制，可应用在为多个充电功率较小的蓄电池进行充电的充电装置中，例如，电动车的共享充换电池柜、共享充电宝等。该实施例的功率变换装置包括：PFC电路12、直流变换电路13、控制电路16、多个BUCK电路141、142、…、143。其中，BUCK电路141、142、…、143的数量与蓄电池充电回路的数量相同，且每一个充电回路对应一个BUCK电路。

在该实施例中，控制电路16与充电装置的充电监控单元通讯连接，优选通过CAN总线或RS485总线进行通讯连接。当需要为某个蓄电池进行充电时，首先将其与充电装置连接，这样，充电监控单元就可获取到该待充电的蓄电池的充电需求电压、充电需求电流，结合充电装置可输出的最大功率，来确定向该蓄电池提供的充电功率，并将该充电功率所对应的充电电压、充电电流发送至控制电路16。控制电路16在接收到指令后对PFC电路12、直流变换电路13以及多个BUCK电路141、142、…、143进行控制。

另外，市电被送入PFC电路12时，PFC电路12对交流电进行功率因数校正及整流，直流变换电路13对整流后的电压进行电压变换后输出一个直流母线，多个BUCK电路141、142、…、143均连接在该直流母线上，且每个BUCK电路均在控制电路16的控制下对相应充电回路的充电电压、充电电流进行独立控制，再输出至相应蓄电池。

在该实施例的功率变换装置中，首先，由于前级采用PFC电路，可保证对电网的友好；其次，由于直流变换电路输出的直流母线上连接有多个BUCK电路，每个BUCK电路均可对相应蓄电池的充电电压、充电电流进行独立控制，即，多个BUCK电路可同时工作，这样，多个蓄电池充电回路就可共用一个功率变换装置，且每个充电回路均可独立控制充电，从而实现多个蓄电池可同时进行充电，因此，大大节省了成本，而且提高了利用率。

控制电路的形态结构可有多种实现方式，在第一种实现方式中，控制电路包括第一控制单元和第二控制单元，其中，第一控制单元用于控制所述PFC电路和所述直流变换电路；第二控制单元用于控制多个BUCK电路。在第二种实现方式中，控制电路包括第三控制单元、第四控制单元和第五控制单元，其中，第三控制单元用于控制所述PFC电路；第四控制单元用于控制所述直流变换电路；第五控制单元用于控制多个BUCK电路。在第三种实现方式中，控制电路包括第六控制单元和第七控制单元，其中，第六控制单元用于控制所述PFC电路；第七控制单元用于控制所述直流变换电路及多个BUCK电路。在第四种实现方式中，控制电路包括第八控制单元，该第八控制单元用于控制所述PFC电路、所述直流变换电路及多个BUCK电路。最后需说明的是，在其它的实现方式中，控制电路还可为主从设置的多个控制单元，这也在本实用新型的保护范围内。

进一步地，对于第一种实现方式和第二种实现方式，第二控制单元或第五控制单元的数量为多个，且与多个BUCK电路一一对应，每个BUCK电路在相应第二控制单元或第五控制单元的控制下对相应充电回路的充电电压、充电电流进行独立控制。

在一个可选实施例中，该功率变换装置还包括设置在PFC电路12前端的输入EMC滤波器，用于对输入的市电进行滤波。当然在其它实施例中，也可不在该功率变换装置中设置输入EMC滤波器，而是将输入EMC滤波器独立设置。

在一个可选实施例中，该功率变换装置还包括与多个蓄电池的充电回路一一对应的多个输出EMC滤波器，且每个输出EMC滤波器对相应BUCK电路的输出电压进行滤波后再输出至相应蓄电池。当然在其它实施例中，也可不在该功率变换装置中设置输出EMC滤波器，而是将输出EMC滤波器独立设置。

进一步地，每个BUCK电路与其所对应的输出EMC滤波器集成设置，即，将每个BUCK电路与相应的输出EMC滤波器独立做成一个模块。在另一个可选实施例中，多个BUCK电路与多个输出EMC滤波器集成设置，即，将后级所有的BUCK电路和输出EMC滤波器做成一个模块。

图5是本实用新型功率变换装置实施例二的结构图，该实施例的功率变换装置100包括依次连接的输入EMC滤波器11、PFC电路12、直流变换电路13，还包括控制电路16、多个BUCK电路141、142、…、143及多个输出EMC滤波器151、152、…、153。其中，BUCK电路141、142、…、143的数量及输出EMC滤波器151、152、…、153的数量分别与蓄电池充电回路的数量相同，且每一个充电回路对应一个BUCK电路和一个输出EMC滤波器。控制电路16包括第一控制单元161和第二控制单元162，其中，第一控制单元161用于控制所述PFC电路12和所述直流变换电路13；第二控制单元162用于控制多个BUCK电路141、142、…、143。

进一步地，上述实施例中的直流变换电路13为LLC电路、移相全桥电路、双管正激电路、双全桥电路等具有隔离功能的直流/直流变换器。优选图6所示的LLC电路或图7所示的移相全桥电路。

本实用新型还构造一种共享充换电池柜，该共享充换电池柜包括充电监控单元、以上所述的功率变换装置。而且，在该共享充换电电池柜中，仅需设置一个功率变换装置就可实现多个蓄电池的充电控制，而且，多个蓄电池可同时进行充电，因此，降低了成本较、提高了利用率。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，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和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何纂改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的权利要求范围之内。

Claims (10)

1.一种功率变换装置，用于为多个蓄电池进行充电控制，所述功率变换装置包括PFC电路、直流变换电路及与充电监控单元通讯连接的控制电路，其特征在于，还包括与多个蓄电池的充电回路一一对应的多个BUCK电路，而且，每个BUCK电路均连接在所述直流变换电路输出的直流母线上，并在所述控制电路的控制下对相应充电回路的充电电压、充电电流进行独立控制，并输出至相应蓄电池。

2.根据权利要求1所述的功率变换装置，其特征在于，所述控制电路通过CAN总线或RS485总线与所述充电监控单元通讯连接。

3.根据权利要求1所述的功率变换装置，其特征在于，

所述控制电路包括：用于控制所述PFC电路和所述直流变换电路的第一控制单元；以及，用于控制多个BUCK电路的第二控制单元；

或者，

所述控制电路包括：用于控制所述PFC电路的第三控制单元；用于控制所述直流变换电路的第四控制单元；以及，用于控制多个BUCK电路的第五控制单元；

或者，

所述控制电路包括：用于控制所述PFC电路的第六控制单元；以及，用于控制所述直流变换电路及多个BUCK电路的第七控制单元；

或者，

所述控制电路包括：用于控制所述PFC电路、所述直流变换电路及多个BUCK电路的第八控制单元。

4.根据权利要求3所述的功率变换装置，其特征在于，所述第二控制单元或第五控制单元的数量为多个，且与多个BUCK电路一一对应，每个BUCK电路在相应第二控制单元或第五控制单元的控制下对相应充电回路的充电电压、充电电流进行独立控制。

5.根据权利要求1所述的功率变换装置，其特征在于，还包括设置在所述PFC电路前端的输入EMC滤波器。

6.根据权利要求1所述的功率变换装置，其特征在于，还包括与多个蓄电池的充电回路一一对应的多个输出EMC滤波器，且每个输出EMC滤波器对相应BUCK电路的输出电压进行滤波后再输出至相应蓄电池。

7.根据权利要求6所述的功率变换装置，其特征在于，每个BUCK电路与其所对应的输出EMC滤波器集成设置。

8.根据权利要求6所述的功率变换装置，其特征在于，多个BUCK电路与多个输出EMC滤波器集成设置。

9.根据权利要求1-8任一项所述的功率变换装置，其特征在于，所述直流变换电路为LLC电路、移相全桥电路、双管正激电路、双全桥电路。

10.一种共享充换电池柜，包括充电监控单元及多个用于放置蓄电池的电池单元格，其特征在于，还包括权利要求1-9任一项所述的功率变换装置。

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