CN211151590U - 一种可集成化通用充电单元 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种可集成化通用充电单元，属于充电设备技术领域。本实用新型包括箱体和集成于箱体中的器件，所述箱体设置有前面板和后面板，所述器件包括高频变压器10、支撑电容3、散热器8、IGBT模块5、充电电阻14、放电电阻15、三相整流桥模块13、两个单相整流桥模块11、两个输出滤波电容12、谐振电容1、连接母排4、接触器6；其特征在于，所述器件中的大体积器件，即变频高压器10与支撑电容3并列安装在散热器8一侧，以尽可能减少可集成化通用充电单元的体积。本实用新型提高了空间利用率、可方便实现集成化装配，进行温度保护、具备一定的环境通用性，同时能够满足不同储能电源对电压等级及功率的要求。

Description

一种可集成化通用充电单元

技术领域

本实用新型属于充电设备技术领域，具体涉及一种可集成化通用充电单元。

背景技术

随着分布式电源在航天，交通，船舶等领域的发展，与之配套的充电设备也得到了快速发展。然而分布式电源所带负载对充电设备的尺寸大小、功率大小、环境等要求并不一致，目前充电设备行业还没有做到统一标准，存在充电设备结构散乱、装配效率低下等问题。因此，设计一种通用的、可靠性高，同时方便集成化的充电单元，成为分布式电源充电模块研究的焦点。

发明内容

本实用新型目的是提供一种可集成化通用充电单元，提高空间利用率、可方便实现集成化装配，进行温度保护、具备一定的环境通用性，同时能够满足不同储能电源对电压等级及功率的要求。

具体地说，本实用新型提供了一种可集成化通用充电单元，包括箱体和集成于箱体中的器件，所述箱体设置有前面板和后面板，所述器件包括高频变压器10、支撑电容3、散热器8、IGBT模块5、充电电阻14、放电电阻15、三相整流桥模块13、两个单相整流桥模块11、两个输出滤波电容12、谐振电容1、连接母排4、接触器6；

所述变频高压器10与支撑电容3为大体积器件，并列安装在散热器8一侧，以尽可能减少可集成化通用充电单元的体积。

进一步地，所述IGBT模块5、充电电阻14、放电电阻15、三相整流桥模块13和单相整流桥模块11为发热严重器件，排列安装在散热器8上，以尽可能散热。

进一步地，所述可集成化通用充电单元还包括：

波导窗24，设置在前面板上；

通风孔26，排布在后面板上；

风机25，设置在后面板上，与波导窗24配合，形成风道，对散热器8进行强迫风冷散热。

进一步地，所述风机25安装在散热器8的正后方。

进一步地，所述可集成化通用充电单元还包括设置在前面板的电航插，所述电航插包括直流输出P极电航插18和直流输出N极电航插19，能够通过外接铜排将直流输出P极电航插18和直流输出N极电航插19串并联。

进一步地，所述可集成化通用充电单元还包括二次电路，对可集成化通用充电单元的器件和电气参数进行检测。

进一步地，所述二次电路包括：

电压传感器2，设置于IGBT模块5与后面板之间，用于检测支撑电容3的电压；和/或

谐振电流传感器16，设置于高频变压器10上，用于检测高频变压器10的输出电流；和/或

输出电流传感器9，设置于高频变压器10上，用于检测直流输出P极的电流；和/或

温度及状态检测盒7，检测散热器的温度。

进一步地，所述二次电路还包括：

电源及电信号通信航插21，为所述电压传感器、谐振电流传感器、输出电流传感器、温度及状态检测盒供电，并将所述电压传感器、谐振电流传感器、输出电流传感器的检测数据通过电源及电信号通信航插21上传至外部控制器；

光信号通信航插20，将支撑电容3的充放电状态、IGBT模块5的状态及温度信号发送至外部控制器，从外部控制器接收IGBT模块控制信号。

进一步地，所述两个输出滤波电容12分别安装在两个单相整流桥模块11一侧；

所述连接母排4安装在支撑电容3和IGBT模块5之间；

所述温度及状态检测盒7及接触器6从后至前依次安装在谐振电容1和前面板之间的空间中。

进一步地，所述谐振电容1安装在支架上，使谐振电容1与相邻接线的器件等高。

本实用新型的可集成化通用充电单元，具有以下有益效果：

根据高频开关电路原理及器件体积，避免出现相邻器件之间间隙接线的情况，可使空间利用率最大化，减少可集成化通用充电单元的体积，可方便实现集成化装配，能够满足不同储能电源对电压等级及功率的要求；

将所有发热严重器件依次排列安装在散热器上，可有效实现可集成化通用充电单元中主要器件的散热，实现了散热器的散热效率最大化利用，降低了器件成本，同时又实现了对发热较为严重的器件的温度保护，具备一定的环境通用性；

将支撑电容的充放电状态、IGBT状态及温度信号以光信号的形式发送至外部控制器，可以有效避免电磁干扰。

附图说明

图1是可集成化通用充电单元的内部器件排布示意图。

图2是可集成化通用充电单元的内部俯视图。

图3是可集成化通用充电单元的内部左视图。

图4是可集成化通用充电单元的内部右视图。

图5是可集成化通用充电单元的箱体前面板示意图。

图6是可集成化通用充电单元的箱体后面板示意图。

图7是可集成化通用充电单元的箱体立体图。

图中的标号：1-谐振电容，2-电压传感器，3-支撑电容，4-连接母排，5-IGBT模块，6-接触器，7-温度及状态检测盒，8-散热器，9-输出电流传感器，10-高频变压器，11-单相整流桥模块，12-输出滤波电容，13-三相整流桥模块，14-充电电阻，15-放电电阻，16-谐振电流传感器，17-指示灯，18-直流P极输出电航插，19-直流N极输出电航插，20-光信号通信航插，21-电源及电信号通信航插，22-定位安装螺孔，23-前把手，24-波导窗，25-风机，26-通风孔，27-后把手，28-定位销。

具体实施方式

下面结合实施例并参照附图对本实用新型作进一步详细描述。

实施例：

本实用新型的一个实施例，为一种可集成化通用充电单元。

主电路主要采用“工频整流—充电回路—逆变回路—高频变压—高频整流”的高频开关电路，集成化安装配置了三相整流桥、充放电电阻、支撑电容、IGBT模块、高频变压器、单相整流桥、散热器及接触器等器件，高频开关电路的主要优点在于所需器件尺寸较小，效率较高，可最大化提高空间利用率及充电效率。

在主电路集成化基础上，增加并集成化安装二次电路，主要包括电压传感器、电流传感器、温度及状态检测盒，可实现充电单元主要器件和电气参数的检测。

可集成化通用充电单元的箱体采用标准化长方体结构，箱体前面板上预留风扇进风口，风扇进风口采用波导窗24，后面板预留出风口，箱体整体采用强迫风冷式散热，除前面板和后面板分别预留通风口外，整个箱体采用密闭式结构。

如图1～图4所示，可集成化通用充电单元的箱体内部采用如下布局。将高频开关电源电路器件高度集成化在一个长方体箱体中，其中体积较大的器件如高频变压器10与支撑电容3并列安装在散热器8右侧；所有发热严重器件如IGBT模块5、充电电阻14、放电电阻15、三相整流桥模块13和两个单相整流桥模块11从后至前依次排列安装在散热器8上，这样可有效实现可集成化通用充电单元中主要器件的散热，实现了散热器8的散热效率最大化利用，降低了器件成本，同时又实现了发热较为严重的器件的温度保护。根据高频开关电路原理及器件体积，将两个输出滤波电容12分别安装在两个单相整流桥模块11左侧，连接母排4安装在支撑电容3和IGBT模块5之间，温度及状态检测盒7及接触器6从后至前依次安装在谐振电容1和前面板之间的空间中，谐振电容1可以安装在支架上，使谐振电容1与相邻接线的器件等高。采用支架可以更好的固定圆柱形的谐振电容1，还可以使得谐振电容与相邻器件间接线更方便。综上，采用这种器件安装方式可在器件上方预留足够的空间进行接线，避免出现相邻器件之间间隙接线的情况，可使空间利用率最大化，减少可集成化通用充电单元的体积，提高功率密度，并保证主要功率器件对散热的需求。

如图1所示，在充电单元内IGBT模块5和后面板之间安装一个电压传感器2，可检测支撑电容3的电压。在高频变压器10上安装两个电流传感器，其中后侧的谐振电流传感器16，可检测高频变压器10的输出电流，前侧的输出电流传感器9，可检测直流输出P极的电流。通过电压传感器2、谐振电流传感器16、输出电流传感器9得到充电单元检测电流及电压的电信号，这些检测到的数据可通过前面板的电源及电信号通信航插21上传至外部控制器。温度及状态检测盒7可通过埋在散热器8中的铂电阻检测散热器8的温度，并将温度信号转换成光信号输出到前面板的光通信航插20，后者将光信号传送给外部控制器。可以理解，温度及状态检测盒7也可以通过将铂电阻贴片在散热器8上检测散热器8的温度；也可以采用温度及状态检测盒之外的其他方式对散热器8的温度进行检测，如采用光纤测温或红外传感器测温，采用红外传感器测温时需将检测结果信号转化成光信号后输出到光通信航插20。通过IGBT模块5的驱动板检测IGBT开关状态，其输出的光信号，输出到前面板的光通信航插20，后者将光信号传送给外部控制器，并接收外部控制器的IGBT控制信号。由于IGBT模块5在高频开关电路内属于关键器件，其控制精度直接影响输出电压电流参数，采用光信号进行控制，可以有效避免电磁干扰。综上，可集成化通用充电单元的二次电路主要采用光通信航插20和电源及电信号通信航插21与外部通信。光通信航插20主要用来将支撑电容充放电状态、IGBT状态及温度信号以光信号的形式发送至外部控制器，从外部控制器接收IGBT控制信号。电源及电信号通信航插21主要是将接收到的电流、电压等电信号发送至外部控制器，并对二次电路中的传感器及温度及状态检测盒7供电。

可集成化通用充电单元的主电路主要通过电航插形式与可集成化通用充电单元外部进行交互，包括：

电源及电信号通信航插21，作为输入航插，主要用于为可集成化通用充电单元的主功率回路及电压传感器、电流传感器提供电源及进行电信号通信；

直流输出P极电航插18，作为可集成化通用充电单元直流输出P极的出线；

直流输出N极电航插19，作为可集成化通用充电单元直流输出N极的出线；直流输出P极电航插18和直流输出N极电航插19可根据实际充电设备需求，通过外接铜排进行简单的串并联。

为方便统一安装和拆卸，所有航插统一安排在前面板，也可以根据实际需要安排在箱体的其他面板上。

一般一个外部控制器可以控制四个可集成化通用充电单元，外部控制器将可集成化通用充电单元的光电信号发送给上位机，并接收上位机的指令。采用上述光电航插作为连接器，既保证了操作人员在上位机可以了解核心器件如IGBT模块5、谐振电容1和支撑电容3的电气参数，又尽可能地减少了通信信号，从而有效提高连接的可靠程度，兼顾了通信的成本和可靠性，同时增加了充电单元的环境适应性。

如图5所示，可集成化通用充电单元的前面板上安装指示灯17，包含380V供电指示灯及支撑电容电压指示灯，可帮助操作人员在现场操作时迅速判断是否存在电源故障、整个充电单元是否带电。

如图6所示，针对主要散热器件高频变压器10及散热器8，在前面板上相应位置安装波导窗24，可提高可集成化通用充电单元的抗电磁干扰性能，并能够阻止异物进入可集成化通用充电单元。在后面板上整齐排布有通风孔26，优选地，较小的通风孔道可以帮助防止异物进入可集成化通用充电单元。后面板上还设置有风机25，优选地，风机25安装在散热器8的正后方。波导窗24与后面板的通风孔及风机25配合，形成完整的风道，对散热器8进行强迫风冷散热，实现对充电单元内部器件的散热。

如图5所示，在前面板的上下两侧安装有前把手23，在前面板的左右两侧安装有定位安装螺孔22，有助于方便地根据实际情况对可集成化通用充电单元进行安装固定和拆卸。

如图6所示，在后面板两端安装有后把手27及定位销28，有助于方便地从可集成化通用充电单元箱体后侧对可集成化通用充电单元进行安装固定和拆卸。

如图7所示，整个可集成化通用充电单元整体采用钣金件密封包装，并在上面板和后面板设有通气孔进行散热。

总体来说，本实施例的可集成化通用充电单元具有安装固定及使用简单方便的优点，同时具备一定的抗冲击震动及抗电磁干扰性能，适用于各类环境及充电设备。

虽然本实用新型已以较佳实施例公开如上，但实施例并不是用来限定本实用新型的。在不脱离本实用新型之精神和范围内，所做的任何等效变化或润饰，同样属于本实用新型之保护范围。因此本实用新型的保护范围应当以本申请的权利要求所界定的内容为标准。

Claims (10)

1.一种可集成化通用充电单元，包括箱体和集成于箱体中的器件，所述箱体设置有前面板和后面板，所述器件包括高频变压器(10)、支撑电容(3)、散热器(8)、IGBT模块(5)、充电电阻(14)、放电电阻(15)、三相整流桥模块(13)、两个单相整流桥模块(11)、两个输出滤波电容(12)、谐振电容(1)、连接母排(4)、接触器(6)；其特征在于，

所述高频变压器(10)与支撑电容(3)并列安装在散热器(8)一侧。

2.根据权利要求1所述的可集成化通用充电单元，其特征在于，所述器件中的发热严重器件，即所述IGBT模块(5)、充电电阻(14)、放电电阻(15)、三相整流桥模块(13)和单相整流桥模块(11)排列安装在散热器(8)上。

3.根据权利要求2所述的可集成化通用充电单元，其特征在于，还包括：

波导窗(24)，设置在前面板上；

通风孔(26)，排布在后面板上；

风机(25)，设置在后面板上，与波导窗(24)配合，形成风道，对散热器(8)进行强迫风冷散热。

4.根据权利要求3所述的可集成化通用充电单元，其特征在于，所述风机(25)安装在散热器(8)的正后方。

5.根据权利要求1所述的可集成化通用充电单元，其特征在于，还包括设置在前面板的电航插，所述电航插包括直流输出P极电航插(18)和直流输出N极电航插(19)，能够通过外接铜排将直流输出P极电航插(18)和直流输出N极电航插(19)串并联。

6.根据权利要求1所述的可集成化通用充电单元，其特征在于，还包括二次电路，对可集成化通用充电单元的器件和电气参数进行检测。

7.根据权利要求6所述的可集成化通用充电单元，其特征在于，所述二次电路包括：

电压传感器(2)，设置于IGBT模块(5)与后面板之间，用于检测支撑电容(3)的电压；和/或

谐振电流传感器(16)，设置于高频变压器(10)上，用于检测高频变压器(10)的输出电流；和/或

输出电流传感器(9)，设置于高频变压器(10)上，用于检测直流输出P极的电流；和/或

温度及状态检测盒(7)，检测散热器的温度。

8.根据权利要求7所述的可集成化通用充电单元，其特征在于，所述二次电路还包括：

电源及电信号通信航插(21)，为所述电压传感器、谐振电流传感器、输出电流传感器、温度及状态检测盒供电，并将所述电压传感器、谐振电流传感器、输出电流传感器的检测数据通过电源及电信号通信航插(21)上传至外部控制器；

光信号通信航插(20)，将支撑电容(3)的充放电状态、IGBT模块(5)的状态及温度信号发送至外部控制器，从外部控制器接收IGBT模块控制信号。

9.根据权利要求7所述的可集成化通用充电单元，其特征在于，

所述两个输出滤波电容(12)分别安装在两个单相整流桥模块(11)一侧；

所述连接母排(4)安装在支撑电容(3)和IGBT模块(5)之间；

所述温度及状态检测盒(7)及接触器(6)从后至前依次安装在谐振电容(1)和前面板之间的空间中。

10.根据权利要求9所述的可集成化通用充电单元，其特征在于，所述谐振电容(1)安装在支架上，使谐振电容(1)与相邻接线的器件等高。

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