CN213693211U - 一种地面电动车充电系统 - Google Patents
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Abstract
一种地面电动车充电系统，包括充电桩及与充电桩连接的交流供电端，所述交流供电端分别通过第一开关和第二开关连接充电桩和外部变压器交流输出端，所述第一开关和第二开关受开关控制器控制并使两个开关任何时候最多仅闭合一个；所述交流供电端还连接有储能装置，所述储能装置包括多个支路，每一支路包括串联的储能逆变器和电池组，所述电池组和储能逆变器之间、储能逆变器和交流供电端之间串联有支路开关。本实用新型通过蓄电池做为中间储能装置，减少了接入充电瞬间纹波，减轻了充电负载接入对变压器的影响；采用支路开关隔离各路电池，可以通过关闭电池支路消除部分电池组电压过高或过低形成的环流现象。
Description
技术领域
本实用新型属于电子电源领域，涉及一种充电管理技术，具体涉及一种地面电动车充电系统。
背景技术
电动汽车充电桩作为电动汽车的能量补给装置，通常安装在小区、停车场、加油站等场所，电动汽车充电桩由一个能将输入的交流电转换为直流电的整流器和一个能调节直流电功率的功率转换器组成，通过把带电线的插头插入电动汽车上配套的插座中，直流电能就输入蓄电池对其充电。
充电桩的交流电源一般通过地面变压器获取，由于变压器输出功率有限，充电桩在对电动车充电时，单车充电电流一般可达到十安培以上，对于小型变压器形成较重负载，瞬间纹波增大不仅易导致变压器寿命降低，对于充电安全也造成隐患。
实用新型内容
为克服现有技术存在的技术缺陷，本实用新型公开了一种地面电动车充电系统。
本实用新型所述地面电动车充电系统，包括充电桩及与充电桩连接的交流供电端，其特征在于，所述交流供电端分别通过第一开关和第二开关连接充电桩和外部变压器交流输出端，所述第一开关和第二开关受开关控制器控制并使两个开关任何时候最多仅闭合一个；
所述交流供电端还连接有储能装置，所述储能装置包括多个支路，每一支路包括串联的储能逆变器和电池组，所述电池组和储能逆变器之间串联有支路开关，所述支路开关与所述开关控制器控制连接。
优选的，所述电池组包括多个电池组，电池组采用并联或串联或混联方式，每一电池组仅有一组输出电压端。
优选的，所述储能逆变器和交流供电端之间串联有第三开关。
优选的，所有电池组负极接地，每一所述电池组包括一个电压检测装置，所述充电系统还包括均衡电路；所述均衡电路包括连接所有电池组正极的电压均衡端，且电压均衡端与每一电池组通过不同的均衡开关连接，还包括数字信号处理器，所述数字信号处理器与电压检测装置信号连接，并与所述均衡开关控制连接。
优选的，所述数字信号处理装置内置有时钟发生器。
采用本实用新型所述地面电动车充电系统，通过蓄电池作为中间储能装置，减少了接入充电瞬间纹波，减轻了充电负载接入对变压器的影响；采用支路开关隔离各路电池，可以通过关闭电池支路消除部分电池组电压过高或过低形成的环流现象。
附图说明
图1为本实用新型所述充电系统的一种具体实施方式示意图，
图2为本实用新型所述均衡电路的一种具体实施方式示意图，
图中附图标记名称为K1-第一开关、K2-第二开关、K3-第三开关、K4-支路开关、A-交流供电端、PCS-储能逆变器、ADC-模数转换器，DSP-数字信号处理装置，VO-供电端，VEX-电压均衡端，K1A-均衡开关，K1B-供电开关，图2中C1、C2、C3、C4表示不同的电池组，K12、K13、K14表示分别与C2、C3、C4连接的开关组。
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详细说明。
本实用新型所述地面电动车充电系统，包括充电桩及与充电桩连接的交流供电端，所述交流供电端分别通过第一开关和第二开关连接充电桩和外部变压器交流输出端，所述第一开关和第二开关受开关控制器控制并使两个开关任何时候最多仅闭合一个；
所述交流供电端还连接有储能装置，所述储能装置包括多个支路，每一支路包括串联的储能逆变器和电池组，所述电池组和储能逆变器之间串联有支路开关，所述支路开关与所述开关控制器控制连接。
如图1所示，每一充电桩对应连接一个所述充电系统，对于小区等场所，变压器可以同时连接多个所述充电系统，开关控制器通过检测是否有电动车充电控制第一开关和第二开关，当无车充电时，第一开关断开，第二开关闭合，所述充电系统处于充电状态，变压器从电网取电后输入交流电到储能逆变器。各个支路开关闭合，储能逆变器此时作为一个AC/DC转换器将交流电转化为直流电并为电池组充电。
储能逆变器可控制电池组的充电和放电过程，进行交直流的变换。储能逆变器由DC/AC 双向变流器、控制单元等构成。通过通讯接收后台控制指令，对电池组进行充电或放电。
电池组通常包括多个电池组，电池组采用并联或串联或混联方式，主要根据电池组的功率和输出电压决定，例如通常输出200-300V直流电压，每一电池组仅有一组输出电压端。
当有车充电时，开关控制器闭合第一开关，断开第二开关，各个支路的电池组通过储能逆变器输出交流电，此时储能逆变器作为一个DC/AC转换器为充电桩提供交流电，再由充电桩将交流电转化为直流电并为电动车充电。
所述储能逆变器和交流供电端之间可以串联第三开关，当某路储能逆变器工作异常例如输出的直流电压过高或过低时关闭该支路。
为更好的输出波形稳定的交流电，避免电池组输出电压之间的压差造成相位不稳，每一所述电池组可以设置一个电压检测装置，所有电池组负极接地，所述充电系统还包括均衡电路；
所述均衡电路包括连接所有电池组正极的电压均衡端，且电压均衡端与每一电池组通过不同的均衡开关连接，还包括数字信号处理器，所述数字信号处理器与电压检测装置信号连接，并与所述均衡开关控制连接。
为说明均衡电路的工作原理，如图2所示的具体实施方式中，应用在一个四并联电池组上；其中各个电池组C1、C2、C3、C4均连接有两个开关，例如电池组C1连接有均衡开关K1A和供电开关K1B即该路的支路开关K4 ,与电池组C2、C3、C4连接的开关组K12、K13、K14也分别拥有一个均衡开关和该路的支路开关，为简化示图，图2中未分别完整标示，模数转换器作为所述电压检测装置。
假设初始状态下各个供电开关均闭合，各个均衡开关均断开，各个电池组以并联状态与供电端VO连接并向与供电端VO连接的用电设备供电，每一电池组组正极与一个模数转换器ADC连接，模数转换器将检测到的电池正极电压模拟信号转换成数字信号。电池电压检测装置除ADC外，也可以采取更多部件，例如先用运算放大器将检测电压信号与一个基准值误差放大后再输入ADC进行采样，或在电池上串联一个电流采样电阻，通过对采样电阻两端压差检测表征电池电压；由于实际使用的各个电池组都是标定性能相同的电池，电池输出电压及电流之间的差值不会太大，检测电池电压本身的绝对值并无太大意义，但是由于差值的存在，仍然可能导致电池寿命的急剧缩短，因此检测装置的作用主要是检测出一个能表征电池电压值的数字值，从而挑选出电压最高和电压最低的两个电池组。
对于并联电池组，在不考虑导线电阻、接头电阻和开关导通电阻的情况下，由于并联电压处处相等，理论上各个电池的电压连接在一起之后也会相等，由于存在上述电阻，电池组输出电流不同，导致这些电阻上的压降不同，使得各个电池组在供电时的电压不同，因此电池组与电池电压检测装置的位置应最好相同，消除接入点电阻不同对电压采集带来的误差影响。
数字信号处理装置根据输入的数字信号，筛选出具有电压最大值和最小值的两个电池组，例如在图1所示的具体实施方式中，根据检测结果，电池组C1电压最高，电池组C4电压最低，数字信号处理装置控制这两个电池连接的供电开关断开，停止向供电端VO供电，并闭合这两个电池所连接的均衡开关，使得两个电池的正极均与电压均衡端连接，此时高电压的电池C1自动向低电压的电池C4充电，从而实现电池C1和电池C4的电压均衡。所述数字信号处理装置完成以下功能：根据输入的数字信号，判断出各个电池组电压的最高值和最低值，并控制各个供电开关和充电开关网络。数字信号处理装置实现的以上功能，在本领域内为非常简单的程序编制，属于现有技术，本领域技术人员可以轻松实现。
本实用新型中，数字信号处理装置可以采用即时检测技术，随时切换各个开关的工作状态，例如前述电池C1和C4实现电压均衡时，各个ADC仍然持续检测各个电池组电压，实现电压均衡后，电池组C2可能变成四个电池中电压最高的电池，电池组C3可能变成四个电池中电压最低的电池，此时数字信号处理装置则控制连接电池组C2和C3的供电开关断开，并闭合连接电池组C1和C4的供电开关，同时断开连接电池组C1和C4的均衡开关，闭合连接电池组C2和C3的均衡开关，实现C2和C3之间的电压均衡。实现动态均衡控制和即时检测的过程中，可以利用在数字信号处理装置中增加时钟发生器产生时钟信号，对检测电压及切换开关动作进行同步管理，减少误动作及操作冲突发生的可能性，例如可以设置在时钟信号上升沿开始新的电压检测，检测后在本周期下降沿或下一周期的上升沿对各个开关进行控制切换，从而更好的实现时序正确。
图2所示的具体实施方式中，充电开关网络由多个与各个电池组正极连接的均衡开关组成，各个均衡开关另一端连接在一起，即与图1中所示的电压均衡端VEX连接，通过控制不同均衡开关，可以实现任意两个电池组正极的相互连接，并且与其他未选电池的正极隔离。充电开关网络当然也可以以其他更加复杂或不同的方式实现，本实用新型中公开的这种方式较为简便。
由此可见，本实用新型中采用开关网络实现开关复用和电池的分时复用，使得任何时间段内，电池的均衡始终在动态进行，同时不影响电池的动态平衡供电，对于N个并联电池组，任何时候都有N-2个电池为供电端持续供电，同时不断的实现电压动态平衡，相对传统的电池电压检测需要使用昂贵的高精度ADC精确检测电池电压的绝对值；本实用新型中，由于只关心电池组之间的电压差值，且采用动态平衡，使得对ADC检测精度的要求大幅降低，即使ADC检测存在误差，该误差也被差值计算所抵消，并且由于动态平衡方式，使得ADC的检测误差几乎不会对平衡状态产生实质性影响，降低了产品成本。
前文所述的为本实用新型的各个优选实施例，各个优选实施例中的优选实施方式如果不是明显自相矛盾或以某一优选实施方式为前提，各个优选实施方式都可以任意叠加组合使用，所述实施例以及实施例中的具体参数仅是为了清楚表述实用新型人的实用新型验证过程，并非用以限制本实用新型的专利保护范围，本实用新型的专利保护范围仍然以其权利要求书为准，凡是运用本实用新型的说明书及附图内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本实用新型的保护范围内。
Claims (5)
1.一种地面电动车充电系统，包括充电桩及与充电桩连接的交流供电端，其特征在于，所述交流供电端分别通过第一开关和第二开关连接充电桩和外部变压器交流输出端，所述第一开关和第二开关受开关控制器控制并使两个开关任何时候最多仅闭合一个；
所述交流供电端还连接有储能装置，所述储能装置包括多个支路，每一支路包括串联的储能逆变器和电池组，所述电池组和储能逆变器之间串联有支路开关，所述支路开关与所述开关控制器控制连接。
2.如权利要求1所述的地面电动车充电系统，其特征在于，所述电池组包括多个电池组，电池组采用并联或串联或混联方式，每一电池组仅有一组输出电压端。
3.如权利要求1所述的地面电动车充电系统，其特征在于，所述储能逆变器和交流供电端之间串联有第三开关。
4.如权利要求1所述的地面电动车充电系统，其特征在于，所有电池组负极接地，每一所述电池组包括一个电压检测装置，所述充电系统还包括均衡电路；所述均衡电路包括连接所有电池组正极的电压均衡端，且电压均衡端与每一电池组通过不同的均衡开关连接，还包括数字信号处理装置，所述数字信号处理装置与电压检测装置信号连接，并与所述均衡开关控制连接。
5.如权利要求4所述的地面电动车充电系统，其特征在于，所述数字信号处理装置内置有时钟发生器。
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| CN202022269816.8U CN213693211U (zh) | 2020-10-13 | 2020-10-13 | 一种地面电动车充电系统 |
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Publications (1)
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Family Applications (1)
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| CN202022269816.8U Active CN213693211U (zh) | 2020-10-13 | 2020-10-13 | 一种地面电动车充电系统 |
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2020
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