CN213007682U - 一机多充直流充电桩 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一机多充直流充电桩，属于电动汽车充电领域，该直流充电桩包括功率分配板、控制板和两个以上的充电电路，通过功率分配板负责控制连接各充电电路中的第一正极、负极直流接触器的开关，通过控制板负责控制连接各充电电路的第二正极、负极直流接触器的开关，实现二者的合理搭配，分工控制连接，优化了充电电路中的连接接线，不容易出现接线错误，因而能够避免接线错误导致的误控制问题。并且，一台充电桩可以满足多辆电动汽车的充电需求，同时解决了多个充电枪同时充电时功率分配的问题。

Description

一机多充直流充电桩

技术领域

本实用新型属于电动汽车充电技术领域，具体涉及一机多充直流充电桩。

背景技术

近年来，汽车电动化趋势明显，新能源车辆保有量得到了飞速增长，充电桩已成为电动汽车产业链上重要的环节和基础保障，电动汽车的大力发展也对充电桩建设提出了更高的要求，而充电桩建设不足，已经成为制约电动汽车推广的首要问题。

现有技术中，公告号为CN210183081U的中国实用新型专利，提出了“一种四枪多极功率分配一体式充电机”，该充电机能够实现多极功率分配，但是，由于该充电机的充电模式多，充电电路中的连接线和控制线连接复杂，容易出现连接错误以及误控制的问题，因此，如何实现充电电路的可靠控制和连接，是本实用新型需要解决的问题。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种一机多充直流充电桩，用于解决现有一机多充直流充电桩由于接线复杂导致容易出现接线错误和误控制的问题。

基于上述目的，一种一机多充直流充电桩的技术方案如下：

包括功率分配板、控制板和两个以上的充电电路，其中，各充电电路的输出端连接有对应的充电枪，且各充电电路中均串设有A/D转换模块，A/D转换模块的正极输出端连接有第一正极直流接触器的开关，A/D转换模块的负极输出端连接有第一负极直流接触器的开关；并且，每两个A/D转换模块的正负极输出端之间分别通过第二正极直流接触器的开关、第二负极直流接触器的开关并联；

所述控制板与功率分配板通信连接，该控制板还分别控制连接各第一正极直流接触器的线圈，第一负极直流接触器的线圈；所述功率分配板分别控制连接各第二正极直流接触器的线圈，第二负极直流接触器的线圈。

上述方案的有益效果为：

本实用新型的一机多充直流充电桩，通过功率分配板负责控制连接各充电电路中的第一正极、负极直流接触器的开关，通过控制板负责控制连接各充电电路的第二正极、负极直流接触器的开关，实现二者的合理搭配，分工控制连接，优化了充电电路中的连接接线，不容易出现接线错误，因而能够避免接线错误导致的误控制问题。并且，一台充电桩可以满足多辆电动汽车的充电需求，同时解决了多个充电枪同时充电时功率分配的问题。

进一步的，为了解决充电电路工作过程中A/D转换模块的发热问题，所述功率分配板还控制连接有中间继电器的线圈，中间继电器的开关串设在风扇回路中，所述风扇回路供电连接有用于为各A/D转换模块进行风冷散热的风扇。

进一步的，所述控制板还连接有至少一个温度传感器，各温度传感器布置在A/D转换模块的通风口处，用于检测散热温度，当散热温度高时，开启风扇；当散热温度低时，关闭风扇。

进一步的，为了使出现紧急事故时能够快速关闭充电桩的供电电源，所述功率分配板还控制连接有急停回路，所述急停回路中串设有急停开关和交流接触器的线圈，交流接触器的开关串联在各A/D转换模块的交流侧。

进一步的，为了方便与充电桩的管理平台进行交互，所述功率分配板还连接有无线传输模块，该无线传输模块用于连接充电桩的管理平台。

进一步的，为了实现各充电电路中的电压监测、绝缘监测和电流监测，各充电电路中均连接有：

绝缘阻抗检测模块，用于检测充电电路的绝缘状态；

分压板，其输出端连接有电压计量回路，用于检测充电电路输出端电压；

分流器，分流器的输出端连接有电流计量回路，用于检测充电电路中的电流；

所述控制板分别通信连接各绝缘阻抗检测模块、电压计量回路和电流计量回路。

进一步的，所述控制板分别通信连接有液晶屏和读卡器，作为实现人机交互的硬件支撑。

进一步的，所述控制板分别控制连接各充电枪内的辅助电源，用于控制辅助电源的通断。

进一步的，所述控制板连接有若干个状态指示灯，用于指示各充电枪的运行状态。

附图说明

图1是本实用新型实施例中一机多充直流充电桩的电气接线图；

图2是本实用新型实施例中一机多充直流充电桩的功率分配及状态指示外围电路原理图；

图3是本实用新型实施例中一机多充直流充电桩的充电枪输出控制原理图；

图4是本实用新型实施例中充电枪的辅助电源控制原理图；

图5是本实用新型实施例中一机多充直流充电桩的充电枪回路电量计量、绝缘检测、电压检测原理图；

图6是本实用新型实施例中一机多充直流充电桩的直流电表连接示意图；

图7是本实用新型实施例中一机多充直流充电桩充电枪接口控制原理图；

图8是本实用新型实施例中一机多充直流充电桩适用充电站示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步的说明。

本实施例提出一种一机多充直流充电桩，包括功率分配板、控制板和四个充电电路，其中，四个充电电路分别对应充电连接四个充电桩，每个充电电路结构相同，控制板控制连接各个充电电路，用于控制各充电电路的通断，实现对充电枪的输出控制；功率分配板控制连接各个充电电路，控制各充电电路中的充电功率的大小；功率分配板与控制板通信连接，根据充电需求，实现对充电模块组输出功率的分配控制，并与无线传输模块通信连接，通过无线传输技术连接到服务端的充电桩管理平台，可提供实时的数据采集、传输、远程管理与控制，实现客户刷卡充电、扫码便捷支付功能。

具体的，该充电桩的电气接线如图1所示，充电桩交流输入侧为三相四线接线方式，断路器QF实现充电桩总电源控制，设置避雷器SPD，用于出现大气高电压和操作高电压时起到保护充电桩作用，并取单相电压用作充电桩的柜内二次电源。

如图1所示，在交流侧，交流接触器KM的开关用于分别连接第一充电电路、第二充电电路、第三充电电路和第四充电电路，其中，第一充电电路中串设有充电模块组1，熔断器FUSE1，分流器FL1，直流接触器KM1、KM2的开关，其中，正极直流接触器KM1的开关串设在充电电路的正极输出端；负极直流接触器KM2的开关串设在充电电路的负极输出端。

充电模块组1由两个直流充电模块并联构成，直流充电模块是一种AC-DC转换模块，将三相电转换为用于为充电设备充电的直流电，充电模块组1的直流输出端连接1#充电枪的正极DC+和负极DC-，实现电动汽车充电桩对电动汽车充电。类似的，第二充电电路、第三充电电路和第四充电电路中均串设有相应的充电模块组、熔断器、分流器和正负极直流接触器的开关。

上述的各充电模块组的直流输出端之间还通过直流接触器的开关并联连接，如图1所示，充电模块组1和充电模块组2的直流输出端之间通过直流接触器KM11和KM12的开关并联，充电模块组2和充电模块组3的直流输出端之间通过直流接触器KM13和KM14的开关并联，类似的，充电模块组3和充电模块组4之间通过直流接触器KM15和KM16的开关并联，充电模块组4和充电模块组1之间通过直流接触器KM17和KM18的开关并联。

图1中，功率分配板和控制板进行CAN通信连接，功率分配板控制连接直流接触器KM11～KM18，还控制连接有中间继电器KA9，中间继电器KA9的开关与风扇串接，形成串联回路，用于控制风扇工作。

并且，功率分配板还与各充电模块组之间进行CAN通信，用于获取各模块的充电信息；该功率分配板还与无线传输模块GPRS之间进行232通信，通过无线传输技术连接到服务端的充电桩管理平台，可提供实时的数据采集、传输、远程管理与控制。

如图1所示，控制板分别控制连接直流接触器KM1～KM8，用于控制各充电回路通断；如图2所示，该控制板与温度传感器D1、D2连接，温度传感器D1、D2分别放置在充电模块组的进风口和出风口，用于将采集到的温度数据传输给控制板，控制板进行采样分析，判定充电模块组的自身散热不能满足柜内温度需求时，通过CAN通信给功率分配板，功率分配板根据启动控制指令，控制继电器KA9动作，使风机运行，实现风冷散热。类似的，当风机运行一段时间，控制板采集到D1，D2传输的温度值满足需求时，发送停机控制指令，由功率分配板根据该指令，控制继电器KA9断开，使风机停止运行。图2中，PE断线检测功能是用于判断充电桩运行前柜内各部分接地良好，无漏电情况，保障客户安全。

图1中，控制板与各充电电路上设置的直流电表、绝缘检测模块以及分压采样板进行485通信，分别用于获取各充电电路上的电流检测值、绝缘阻抗值和端电压检测值，进行状态判断；另外，控制板还与能实现人机交互功能的液晶屏YJ和读卡模块DK进行232通信连接，用于实现客户刷卡充电、扫码便捷支付功能。

如图2所示，功率分配板(GLB)能够监测避雷器SPD、交流接触器KM及门控MK的状态。具体为：当避雷器SPD处于正常状态时，反馈触点11-12处于常闭状态，功率分配板检测到高信号；当避雷器SPD处于非正常状态(被雷击)时，反馈触点11-12处于常开状态，功率分配板检测到低信号。交流接触器KM处于不带电状态时，辅助触头F4-11的触点53-54常开，功率分配板检测到低信号；交流接触器KM处于带电状态时，辅助触头F4-11的触点53-54就闭合，功率分配板检测到高信号；当充电桩的柜门处于打开状态时，MK的触点11-14处于常开状态，功率分配板检测到的是低信号；当充电桩的柜门处于关闭状态(即正常工作状态)时，MK的触点11-14就闭合，功率分配板检测到的是高信号。本实施例中，功率分配板接受到的高低型号通过内部程序分析判断可以知道交流接触器KM，门控MK，避雷器SPD的状态。

当KM、SPD处于非正常工作状态时，切断充电桩柜内电源，保护充电桩内部元器件不受损伤；功率分配板和控制板均连接门控和急停开关JT，急停开关JT和交流接触器的线圈串接构成急停回路，交流接触器的开关串联在各充电模块组的交流侧，用于充电桩设备内部出现异常情况和紧急情况时，图1中的急停开关JT动作或设备柜门异常打开时，切断充电桩内部电流回路，保护充电桩设备。本实施例中，用一个中间继电器K10串接在KM线圈回路中，急停开关JT与中间继电器K10串接在控制回路中，当急停动作后，中间继电器K10线圈失电，回路断开，实现KM触点的断开。

如图2中，控制板与状态指示灯连接，包括四组运行指示灯(1HG/2HG/3HG/4HG)、四组故障指示灯(1HY/2HY/3HY/4HY)，分别用于指示四把充电枪的运行状态，电源指示灯HR用于表示充电桩是否处于带电状态；当只有单个充电枪工作时，功率分配板控制直流接触器组(KM11/KM12，KM13/KM14，KM15/KM16，KM17/KM18)动作，调动四组充电模块来配合单枪工作的快充模式。本实施例中，由控制板和功率分配板一起构成保护控制模块，控制多组直流接触器的通断，调动四组充电模块之间的输出，来配合单枪工作的快充模式和双枪工作的均充模式。具体的，如图3所示，直流接触器组KM1、KM2控制1#充电枪工作，直流接触器组KM3、KM4控制2#充电枪的工作，直流接触器组KM5、KM6控制3#充电枪工作，直流接触器组KM7、KM8控制4#充电枪的工作。图3中，X1和X2表示接触器的线圈，符号“2和1”表示开关的端子。

充电枪的工作模式分为单枪充电模式、双枪充电模式、三枪充电模式和四枪充电模式，各个模式的具体控制过程如下：

(一)单枪充电模式：

当只有单个充电枪工作时，控制各个充电枪的直流接触器动作，功率分配板控制直流接触器组KM11/KM12，KM13/KM14，KM15/KM16，KM17/KM18同时动作，以满足充电模块组配合单个充电枪充电的快充模式。

(二)双枪充电模式：

(1)当1#充电枪、2#充电枪同时工作时，控制板控制直流接触器组KM1、KM2，KM3、KM4动作，功率分配板控制直流接触器组KM17、KM18动作，充电模块组1与充电模块组4并联，与1#充电枪导通连接，功率分配板控制直流接触器组KM13、KM14动作，充电模块组2与充电模块组3并联，与2#充电枪导通连接。

(2)当1#充电枪、3#充电枪同时工作时，控制板控制直流接触器组KM1、KM2，KM5、KM6动作，功率分配板控制直流接触器组KM11、KM12动作，充电模块组1与充电模块组2并联，与1#充电枪导通连接，功率分配板控制直流接触器组KM15、KM16动作，充电模块组3与充电模块组4并联，与3#充电枪导通连接。

(3)当1#充电枪、4#充电枪同时工作时，控制板控制直流接触器组KM1、KM2，KM7、KM8动作，功率分配板控制直流接触器组KM11、KM12动作，充电模块组1与充电模块组2并联，与1#充电枪导通连接，功率分配板控制直流接触器组KM15、KM16动作，充电模块组3与充电模块组4并联，与4#充电枪导通连接。

(4)当2#充电枪、3#充电枪同时工作时，控制板控制直流接触器组KM3、KM4，KM5、KM6动作，功率分配板控制直流接触器组KM11、KM12动作，充电模块组1与充电模块组2并联，与2#充电枪导通连接，功率分配板控制直流接触器组KM15、KM16动作，充电模块组3与充电模块组4并联，与3#充电枪导通连接。

(5)当2#充电枪、4#充电枪同时工作时，控制板控制直流接触器组KM3、KM4，KM7、KM8动作，功率分配板控制直流接触器组KM11、KM12动作，充电模块组1与充电模块组2并联，与2#充电枪导通连接，功率分配板控制直流接触器组KM15、KM16动作，充电模块组3与充电模块组4并联，与4#充电枪导通连接。

(6)当3#充电枪、4#充电枪同时工作时，控制板控制直流接触器组KM5、KM6，KM7、KM8动作，功率分配板控制直流接触器组KM13、KM14动作，充电模块组2与充电模块组3并联，与3#充电枪导通连接，功率分配板控制直流接触器组KM17、KM18动作，充电模块组1与充电模块组4并联，与4#充电枪导通连接。

(三)三枪充电模式：

当有任意三把充电枪同时工作时，控制板控制对应充电枪的直流接触器组动作，功率分配板控制直流接触器组KM11/KM12,KM13/KM14,KM15/KM16,KM17/KM18动作，3个充电模块组分别与3把充电枪导通连接，剩余的一组充电模块组与其中一个充电枪导通连接。

(四)四枪充电模式：

当1#充电枪，2#充电枪，3#充电枪，4#充电枪同时工作时，控制板控制直流接触器组KM1、KM2，KM3、KM4，KM5、KM6，KM7、KM8同时动作，功率分配板控制直流接触器组KM11/KM12，KM13/KM14,KM15/KM16，KM17/KM18不动作，四个充电模块组平均分配给四把充电枪。

如图4所示，控制板通过继电器KA1～KA8分别控制四把充电枪的辅助电源，每把枪配有两个辅助电源，12V电源用于小型车辆，由继电器KA1、KA3、KA5、KA7控制电源通断，四组电源端口分别为(DY4+V，DY4-V)、(DY5+V，DY5-V)、(DY6+V，DY6-V)、(DY7+V，DY7-V)；24V电源用于大型车辆，由继电器KA2、KA4、KA6、KA8控制通断，四组电源端口分别为(DY2+V，DY2-V)、(DY3+V，DY3-V)、(DY28+V，DY8-V)、(DY9+V，DY9-V)。在充电过程中，为汽车的电池检测系统(BMS)提供低压辅助电源，四组电源端口分别为(CDQA8,CDQA9)、(CDQB8,CDQB9)、(CDQC8,CDQC9)、(CDQD8,CDQD9)，设置这组电源接口的目的，是在充电过程中，为汽车的电池检测系统(BMS)提供低压辅助电源。图4中，ZKB1、ZLB2为控制板的辅助电源控制端口，符号“0和1”表示继电器的线圈两端。

如图5所示，分压采样板包括分压板和电压计量回路，控制板通过电压计量回路采集分压板的电压采样数据，测量直流输出回路的端电压(即图1中充电电路的输出端电压)，四组采集端口分别为(KM1：+A2，KM2：-A1)、(KM3：+A2，KM4：-A1)、(KM5：+A2，KM6：-A1)、(KM7：+A2，KM8：-A1)。

图5中，设置的分压板FYB1、FYB2、FYB3、FYB4，用来增大控制板测量电压的范围，使控制板可以测量0～750V的电压值，同时避免大电压直接流经控制板，保护控制板元器件；绝缘阻抗检测模块与控制板采用485通信方式连接，绝缘阻抗检测模块JYZK1、JYZK2、JYZK3、JYZK4接到充电模块组的直流输出端，充电准备过程中，绝缘阻抗检测模块将绝缘监测结果反馈给控制板，控制板控制充电电路相应的直流接触器(KM1～KM8)断开，进入准备充电状态；两个直流电表ZLDB分别接入两路直流输出回路(即充电电路)的两端，通过采集端口(FL1:2，FL1:1)、(FL2:2，FL2:1)、(FL3:2，FL3:1)、(FL4:2，FL4:1)，分别采集流经分流器FL1、FL2、FL3、FL4(见图1)的电流值，实现计量功能，并与控制板建立485通信，实现电量数据的分析存储。

本实施例中，电压计量回路、电流计量回路分别与直流电表的连接关系如图6所示，以图1中的充电模块组1和和充电模块组2连接的直流电表为例，标记a～f的线都是去直流电表的采样线，其中ae和bf分别通过各自的电压计量回路采样连接到直流电表，ce和df分别通过各自的电流计量回路采样连接到直流电表。

如图7所示，充电枪的电磁锁控制反馈信号、枪温度监测数据、充电连接确认信号都将传输到控制板，控制板通过CAN通信控制检测充电枪状态，通过整体系统配合实现电动汽车充电功能。图7中，ZKB为控制板的连接端口，CDQ为其中一个充电枪中的连接端口。

如图8所示，本实用新型的充电桩尤其适用于地形方正的充电站，可以将充电桩置于充电桩中心，周围分别四个停车位，分别为停车位1～停车位4，可供四台车辆同时充电，以节省充电桩成本投入，同时供给前后停车位电动汽车充电。

本实施例中，温度传感器设置两个，作为其他实施方式，还可以设置多个，依次设置在各充电模块组进行风冷散热的通风口处。

本实施例中，以八个充电模块组成四个充电模块组，但并不限于八个充电模块，可以由不同数量的充电模块组成充电模块组。另外，本实施例中以四个充电电路为例，介绍了一机四枪的充电桩，作为其他实施方式，还可以采用两个、三个或四个以上的充电电路，实现一机两枪、三枪或多枪的充电桩。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本实用新型进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本实用新型的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本实用新型精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本实用新型的权利要求保护范围之内。

Claims (9)

1.一机多充直流充电桩，其特征在于，包括功率分配板、控制板和两个以上的充电电路，其中，各充电电路的输出端连接有对应的充电枪，且各充电电路中均串设有A/D转换模块，A/D转换模块的正极输出端连接有第一正极直流接触器的开关，A/D转换模块的负极输出端连接有第一负极直流接触器的开关；并且，每两个A/D转换模块的正负极输出端之间分别通过第二正极直流接触器的开关、第二负极直流接触器的开关并联；

所述控制板与功率分配板通信连接，该控制板还分别控制连接各第一正极直流接触器的线圈，第一负极直流接触器的线圈；所述功率分配板分别控制连接各第二正极直流接触器的线圈，第二负极直流接触器的线圈。

2.根据权利要求1所述的一机多充直流充电桩，其特征在于，所述功率分配板还控制连接有中间继电器的线圈，中间继电器的开关串设在风扇回路中，所述风扇回路供电连接有用于为各A/D转换模块进行风冷散热的风扇。

3.根据权利要求2所述的一机多充直流充电桩，其特征在于，所述控制板还连接有至少一个温度传感器，各温度传感器布置在A/D转换模块的通风口处，用于检测散热温度。

4.根据权利要求1或2所述的一机多充直流充电桩，其特征在于，所述功率分配板还控制连接有急停回路，所述急停回路中串设有急停开关和交流接触器的线圈，交流接触器的开关串联在各A/D转换模块的交流侧。

5.根据权利要求1或2所述的一机多充直流充电桩，其特征在于，所述功率分配板还连接有无线传输模块，该无线传输模块用于连接充电桩的管理平台。

6.根据权利要求1或3所述的一机多充直流充电桩，其特征在于，各充电电路中均连接有：

绝缘阻抗检测模块，用于检测充电电路的绝缘状态；

分压板，其输出端连接有电压计量回路，用于检测充电电路输出端电压；

分流器，分流器的输出端连接有电流计量回路，用于检测充电电路中的电流；

所述控制板分别通信连接各绝缘阻抗检测模块、电压计量回路和电流计量回路。

7.根据权利要求6所述的一机多充直流充电桩，其特征在于，所述控制板分别通信连接有液晶屏和读卡器。

8.根据权利要求6所述的一机多充直流充电桩，其特征在于，所述控制板分别控制连接各充电枪内的辅助电源。

9.根据权利要求6所述的一机多充直流充电桩，其特征在于，所述控制板连接有若干个状态指示灯，用于指示各充电枪的运行状态。

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