CN211918407U - 直流充电桩功率分配一进四出开关模块装置 - Google Patents

直流充电桩功率分配一进四出开关模块装置 Download PDF

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Abstract

本实用新型涉及一种直流充电桩功率分配一进四出开关模块装置，包括：开关模块控制板、8个高压直流接触器、状态指示灯、地址选择拨码开关等。所述的开关模块控制板与地址选择拨码开关电连接，开关模块控制板与高压直流接触器通过镀锡铜排搭接实现电气连接；所述的开关模块控制板具备CAN通讯接口，与直流充电桩主控制器通讯实现8个高压直流接触器的分合控制；所述的高压直流接触器具备反馈触点，开关模块控制板具备反馈触点检测功能。本实用新型可以实现充电模块向任意一把充电枪切换，从而实现功率的动态分配。通过本实用新型，能够很好的解决高压直流接触器数量过多带来的接线与安装不便的问题，同时便于售后维护。

Description

直流充电桩功率分配一进四出开关模块装置
技术领域
本实用新型属于直流充电桩技术领域，具体涉及一种直流充电桩功率分配一进四出开关模块装置，主要应用于一机四枪直流充电桩。
背景技术
随着电池技术的发展，电动汽车充电需求功率的不断增加，大功率一机多枪直流充电桩目前应用越来越多。其中，主要涉及到功率的动态分配。目前，大功率一机多枪直流充电桩的功率分配形式主要采取高压直流接触器的形式，高压直流接触器分立安装在充电桩柜体内部，生产安装接线较为复杂。同时，售后维护方面，不易更换直流接触器，给生产和售后带来了不便。
鉴于此，研发设计出一种直流充电桩功率分配开关模块装置，可以很好的解决生产和售后过程中的诸多问题。此功率分配开关模块装置主要为一进四出的开关形式。
发明内容
为解决上述技术问题，本实用新型设计了一种直流充电桩功率分配开关模块装置，将传统的高压直流接触器分立安装方式升级为开关模块。本实用新型所采用的技术方案如下：
直流充电桩功率分配一进四出开关模块装置，包括：开关模块控制板、8个高压直流接触器、地址选择拨码开关，所述的开关模块控制板与地址选择拨码开关电连接，开关模块控制板与高压直流接触器通过镀锡铜排搭接实现电气连接；接线端子通过线束连接至镀锡铜排；
所述的开关模块控制板具备CAN通讯接口和CAN通讯功能，与直流充电桩主控制器通讯实现8个高压直流接触器的分合控制；所述的高压直流接触器具备反馈触点，开关模块控制板具备反馈触点检测功能。
本实用新型的有益效果：
本实用新型的开关模块装置适用于一机四枪直流充电桩，根据直流充电桩功率等级的不同、配置相应的充电模块；同时，根据需要配置与充电模块同数量的开关模块，可以实现充电模块向任意一把充电枪切换，从而实现功率的动态分配。通过本实用新型，能够很好的解决高压直流接触器数量过多带来的接线与安装不便的问题，同时便于售后维护。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型的具体实施方式、或者现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术的描述中所需要使用的附图作简单的介绍。显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些具体实施方式，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属于本申请保护范围之内的附图。
图1是本实用新型实施例的开关模块装置的结构原理示意图；
图2是本实用新型实施例的开关模块装置的立体结构示意图；
图3是本实用新型实施例的开关模块控制板的结构原理示意图。
图中，1－开关模块控制板，2－高压直流接触器，3－状态指示灯，4－地址选择拨码开关，5－镀锡铜排，6－接线端子，7－手拧螺钉，8－拉手。
具体实施方式
下面结合附图，具体说明本实用新型的实施方式。
如图1所示，是本实用新型实施例的开关模块装置的结构原理示意图；如图2所示，是本实用新型实施例的开关模块装置的立体结构示意图。一种直流充电桩功率分配开关模块装置，包括：开关模块控制板1、8个高压直流接触器2、状态指示灯3、地址选择拨码开关4、镀锡铜排5、接线端子6、手拧螺钉7、拉手8。开关模块控制板1分别与状态指示灯3、地址选择拨码开关4电连接，开关模块控制板1与高压直流接触器2之间的电气连接通过镀锡铜排5搭接实现。其中，高压直流接触器2的线圈电压与开关模块控制板1的电源均为12V，通过外部12V开关电源供电。开关模块控制板1具备CAN通讯接口，与直流充电桩主控制器通讯实现8个高压直流接触器的分合控制。同时，高压直流接触器2具备反馈触点，开关模块控制板1具备反馈触点检测功能，实现高压直流接触器2的状态反馈。状态指示灯3分为运行指示灯与故障指示灯，运行时，绿灯秒闪；故障时，红灯秒闪。地址选择拨码开关4为6位拨码开关，可以设置不同的设备地址，能够实现多个开关模块与直流充电桩主控制器的CAN通讯。手拧螺钉7起到固定开关模块的作用，拉手8方便开关模块安装使用。接线端子6通过线束连接至镀锡铜排5，用来实现电压电流的输出，同时，起到与外部其他装置的连接作用。
如图3所示，为本实用新型实施例的开关模块控制板的结构原理示意图，开关模块控制板主要由隔离电源模块、DC/DC电源管理电路、MCU核心系统模块、光耦隔离电路、继电器输出控制模块、遥信状态检测模块、485调试通讯接口、运行状态指示接口、地址选择拨码开关接口组成。隔离电源模块实现12V转12V的电源隔离，然后经过DC/DC电源管理电路给MCU核心系统模块供电；MCU核心系统模块经过光耦隔离电路，然后经过继电器输出控制模块实现继电器的控制；遥信状态检测模块作为遥信的输入接口，通过光耦隔离电路后输入给MCU核心系统模块遥信状态信号；MCU核心系统模块通过485调试接口，主要实现开关模块装置的出厂调试等；MCU核心系统模块通过运行状态指示接口与状态指示灯电连接。地址选择拨码开关经过地址选择拨码开关接口输入给MCU核心系统模块，实现地址设置的功能。
其中，隔离电源模块部分充分考虑电源隔离，MCU核心系统模块与继电器输出控制模块、遥信状态检测模块通过光耦隔离电路实现完全隔离，电源输入接口考虑到电源滤波与过压保护。
隔离电源模块选用金升阳URF2412隔离模块，输入12V，输出隔离电压12V。然后经过DC/DC电源转换电路，实现12V输入，5V输出。最后，经过线性稳压芯片，实现5V转3.3V。其中，DC/DC电源转换电路的转换芯片可选用型号为MP4423，采用同步降压整流技术，开关频率可达410kHZ，输入电压范围为4-36V，输出电流可达3A。输出电压可以设置反馈电阻进行调节，反馈输入为MP4423的FB引脚。输出部分增加滤波电容。由MP4423构成的BUCK电路滤波电感的设计选型可以根据输入输出电压、输出电流的波动百分比、开关频率等进行计算，本电路可采用47uH贴片功率电感。MP4423外围BST与SW之间设计自举电容，用于转换芯片内部MOS管的导通控制提供电源。
继电器输出控制模块为8路16A/250V的继电器输出，用于驱动外围功率分配单元的高压直流接触器。电路设计上考虑隔离，与MCU核心系统模块通过光耦TLP291隔离电路进行隔离，采用专门的继电器驱动芯片ULN2803进行8路继电器驱动。其中，在每路驱动电路都设计有指示灯，方便观察继电器的输出状态。
遥信状态检测模块为16路遥信检测，其电路通过金升阳隔离电源模块与光耦TLP291隔离电路实现电源与信号的隔离。设计16路遥信状态检测模块，不仅可以检测8路高压直流接触器的开合状态，同时预留8路，方便以后扩展。
MCU核心系统模块以STM32F407ZET6为主控芯片，内置2路CAN通讯、6路串口通讯、主频可达168MHZ，片内FLASH高达512K，外置144PIN引脚，满足硬件系统的设计要求。
CAN通讯接口模块电路同样采用电源与信号隔离。选用金升阳TD301MCAN隔离收发模块，实现电源与信号的隔离，大大简化了电路的设计复杂性，采用3.3V供电。CAN通讯接口设计共模扼流线圈，有效滤除共模干扰信号。CAN通讯接口设计热敏电阻，用于CAN通讯接口的过压、过流保护。CAN通讯接口设计气体放电管，接入系统PE，有效进行浪涌保护。CAN通讯接口设计双向TVS管，可以实现CANH、CANL之间的浪涌、静电保护，同时实现CANH、CANL对地的静电保护。
485调试通讯接口的调试电路同样采用电源与信号隔离，选用隔离485通讯芯片ISO3082，由PNP组成的三极管控制电路用于实现数据收发的使能处理。电源隔离采用金升阳隔离电源模块，实现5V输入、5V输出之间的隔离。485调试通讯接口设计热敏电阻，用于调试通讯接口的过压、过流保护。调试通讯接口设计双向TVS管，可以实现调试通讯接口的浪涌与静电防护。
开关模块装置由8个高压直流接触器组成一进四出的电气原理形式，如图3所示，1K1、1K2、2K1、2K2、3K1、3K2、4K1、4K2为8个高压直流接触器，由此构成一进四出电气原理形式。同时受开关模块控制板的控制，其分合状态反馈触点同样能够传达给开关模块控制板。
本开关模块装置适用于一机四枪直流充电桩。直流充电桩通过配置与充电模块相同数量，可以实现每个充电模块切换到任意一把直流充电枪，从而实现直流充电桩的功率动态分配。例如，以240kW一机四枪直流充电桩为例，充电模块的功率等级一般分为15kW或20kW。以20kW举例，240kW一机四枪直流充电桩需要配备12个充电模块。同样配置12个一进四出开关模块，可以实现每个充电模块任意切换到每把枪。12个一进四出开关模块所包含总的高压直流接触器的数量为96个，如果采取传统分立安装形式，不仅不利于安装接线，而且不易后期维护。采用本实用新型，可以将复杂的接线简化，同时便于安装与后期维护，同时提高直流充电桩产品结构设计的美观性。
如图1所示，整个开关模块装置由开关模块控制板作为核心，开关模块控制板可以由外部地址选择拨码开关进行地址设置，主要通过检测拨码开关的状态来实现。同时，通过外部地址选择拨码开关设置不同的开关模块地址，可以实现多个开关模块与直流充电桩主控制器之间的CAN通讯。开关模块控制板通过三极管驱动电路实现运行故障指示灯的显示，红色秒闪代表故障，绿色秒闪代表正常运行。调试通讯接口为485串口调试接口，主要通过串口通讯与上位机软件实现开关模块控制板对高压直流接触器的控制与状态反馈的指示。
应用本实用新型的开关模块装置，整个充电过程中开关模块控制板与直流充电桩主控制器之间的通讯过程与工作流程，步骤如下：
S1、开关模块控制板上电时，与直流充电桩主控制器进行心跳交互，发送周期为1S，双方之间的心跳交互主要用于通讯中断连接的检测。
S2、开关模块控制板工作时，需要采集8个高压直流接触器的工作状态，并以1S的发送周期上送给直流充电桩主控制器。高压直流接触器采集状态主要分为：开关闭合、开关分断、开关拒动、开关误动。遥信状态数据上送格式采用位定义的形式，简化通讯数据长度。
S3、开关模块控制板工作时，需要接收直流充电桩主控制器的遥控指令，并作出应答。通过对遥控指令进行解析，解析出8个高压直流接触器下一步的工作状态并执行。同时，将新的高压直流接触器的工作状态上送给直流充电桩主控制器。
同时，开关模块控制板具有定值设置与定值查询的功能。定值设置主要为设备型号、设备出厂序号、硬件版本号、软件版本号等信息。
最后，本实用新型的开关模块装置具备485调试通讯接口，通过外接触摸屏调试工具或计算机上位机软件，能够实现开关模块装置的出厂测试与调试。包括：高压直流接触器动作执行情况的测试、反馈触点是否异常等测试。
最后需要说明的是：以上实施例，仅为本实用新型的具体实施方式，用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制，本实用新型的保护范围并不局限于此。本领域技术人员应该理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，其可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims (8)

1.直流充电桩功率分配一进四出开关模块装置，其特征在于，包括：开关模块控制板、8个高压直流接触器、地址选择拨码开关，所述的开关模块控制板与地址选择拨码开关电连接，开关模块控制板与高压直流接触器通过镀锡铜排搭接实现电气连接；接线端子通过线束连接至镀锡铜排；
所述的开关模块控制板具备CAN通讯接口和CAN通讯功能，与直流充电桩主控制器通讯实现8个高压直流接触器的分合控制；所述的高压直流接触器具备反馈触点，开关模块控制板具备反馈触点检测功能。
2.根据权利要求1所述的直流充电桩功率分配一进四出开关模块装置，其特征在于，还包括状态指示灯，所述的开关模块控制板与状态指示灯电连接，状态指示灯分为运行指示灯与故障指示灯。
3.根据权利要求1或2所述的直流充电桩功率分配一进四出开关模块装置，其特征在于，所述的开关模块控制板包括：隔离电源模块、DC/DC电源管理电路、MCU核心系统模块、光耦隔离电路、继电器输出控制模块、遥信状态检测模块、485调试通讯接口、运行状态指示接口、地址选择拨码开关接口，隔离电源模块实现12V转12V的电源隔离，经过DC/DC电源管理电路给MCU核心系统模块供电；MCU核心系统模块经过光耦隔离电路、继电器输出控制模块实现继电器的控制；遥信状态检测模块作为遥信的输入接口，通过光耦隔离电路后输入给MCU核心系统模块遥信状态信号；MCU核心系统模块通过485调试接口实现开关模块装置的出厂调试；MCU核心系统模块通过运行状态指示接口与状态指示灯电连接，地址选择拨码开关经过地址选择拨码开关接口输入给MCU核心系统模块、实现地址设置。
4.根据权利要求3所述的直流充电桩功率分配一进四出开关模块装置，其特征在于，所述的隔离电源模块选用金升阳URF2412隔离模块，输入12V、输出隔离电压12V；经过DC/DC电源转换电路，实现12V输入、5V输出；最后，经过线性稳压芯片，实现5V转3.3V。
5.根据权利要求3所述的直流充电桩功率分配一进四出开关模块装置，其特征在于，所述的继电器输出控制模块为8路16A/250V的继电器输出，采用专门的继电器驱动芯片ULN2803进行8路继电器驱动。
6.根据权利要求3所述的直流充电桩功率分配一进四出开关模块装置，其特征在于，所述的遥信状态检测模块设计16路遥信状态检测模块，其电路通过金升阳隔离电源模块与光耦TL291实现电源与信号的隔离。
7.根据权利要求3所述的直流充电桩功率分配一进四出开关模块装置，其特征在于，所述的MCU核心系统模块以STM32F407ZET6为主控芯片，内置2路CAN通讯、6路串口通讯；
CAN通讯接口模块电路选用金升阳TD301MCAN隔离收发模块，设计共模扼流线圈、热敏电阻、气体放电管、双向TVS管；
485调试通讯接口的调试电路选用隔离485通讯芯片ISO3082，由PNP组成的三极管控制电路用于实现数据收发的使能处理。
8.根据权利要求3所述的直流充电桩功率分配一进四出开关模块装置，其特征在于，所述的地址选择拨码开关为6位拨码开关。
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CN115303101A (zh) * 2022-08-30 2022-11-08 泰盛能源技术有限公司 一种多枪充电过程通过38译码动态分配输出功率的充电桩

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