CN215042193U - 一种功率分配单元、功率分配总成和充电桩 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种功率分配单元、功率分配总成和充电桩，所述功率分配单元包括：壳体、PCB基板、输入端子、正负切换开关组合、直流正负输出汇流排和控制模块；所述PCB基板设置于所述壳体；所述输入端子、所述正负切换开关组合、所述直流正负输出汇流排和所述控制模块设置于所述PCB基板。有益效果在于：将输入端子、正负切换开关组合集成于PCB基板，还将PCB基板设置于箱体，提高了集成化和模块化程度，一方面，简化了分配单元的结构，降低了组装及维护成本；另一方面，有效解决功率分配单元结构种类繁多的局面，更利于标准化生产及质量管控。

Description

一种功率分配单元、功率分配总成和充电桩

技术领域

本实用新型涉及充电设施技术领域，特别涉及一种功率分配单元、功率分配总成和充电桩。

背景技术

随着电动汽车行业的兴起，配套的充电设施需求日益增加，充电桩借此良机应运而生。配备在充电桩内的功率分配单元，可调节功率之大小，用以解决车辆充电过程中充电桩功率不足的问题。

然而，目前市面上充电桩的功率分配单元中输入功率线和输出功率线数量固定，不便于充电端口灵活扩展；还存在集成化和模块化程度低的问题，一方面，导致产品结构复杂，组装及维护成本较高。另一方面，导致功率分配单元结构种类繁多，不便于标准化生产及质量管控。

因此，如何提高功率分配单元的集成化和模块化，成为本领域技术人员亟待解决的重要技术问题。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型提供了一种功率分配单元，具有集成化和模块化程度高的优点。

本实用新型还提供了一种应用上述功率分配单元的功率分配总成和充电桩。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种功率分配单元及充电桩，包括：壳体、PCB基板、输入端子、正负切换开关组合、直流正负输出汇流排和控制模块；

所述PCB基板设置于所述壳体；

所述输入端子、所述正负切换开关组合、直流正负输出汇流排和控制模块设置于所述PCB基板。

进一步地，所述输入端子包括：正极输入端子和负极输入端子；所述正负切换开关组合包括：正极投切开关组合和负极投切开关；

所述正极输入端子电连接于所述正极投切开关组合，所述负极输入端子电连接于所述负极投切开关。

进一步地，所述正级切换开关组合包括：第一切换开关、第二切换开关和第三切换开关；

所述第一切换开关为机械开关，所述第二切换开关为电子开关，所述第三切换开关为机械开关。

进一步地，所述直流正负输出汇流排包括：正极输出汇流铜排和负极输出汇流铜排；

所述正极输出汇流铜排的前端和所述负极输出汇流铜排的前端分别与所述正负切换开关组合电连接；

所述正极输出汇流铜排的后端设有用于与充电枪配合的正极输出端子，所述负极输出汇流铜排的后端设有用于与充电枪配合的负极输出端子。

进一步地，所述控制模块包括：主控单元、开关控制检测单元、母线检测单元、绝缘检测单元、通信单元和充电控制单元；

所述主控单元用于收集各个子单元的信息，经过处理器综合处理并向子单元下发指令；

所述开关单元用于实时检测若干个开关的状态和控制开关的通断；

所述母线检测单元用于实时检测母线铜排上的电压、电流和充电电量信息；

所述绝缘检测单元用于检测母线对大地的绝缘参数；

所述通信单元用于和车辆进行通信或与充电模块、后台系统进行通信；

所述充电控制单元用于监测及控制电子锁状态、检测充电枪温度和确认充电枪连接状态，或采集充电逻辑、充电流程的控制和状态。

进一步地，还包括：设置于所述PCB基板的接线端子；

所述接线端子一端连接所述控制模块的充电控制单元，另一端用于与充电通讯线、电子锁控制、状态采集线和充电枪温控线连接。

进一步地，还包括：螺栓组件；

所述壳体与所述PCB基板通过所述螺栓组件固定连接。

一种功率分配总成，多个并联的功率分配单元；

所述功率分配单元为如上述任意一项所述的功率分配单元。

进一步地，多个所述功率分配单元手拉手并联。

一种充电桩，包括功率分配单元；

所述功率分配单元为上述任意一项所述的功率分配单元。

从上述的技术方案可以看出，本实用新型提供的一种功率分配单元，有益效果在于，将输入端子、正负切换开关组合等组件集成于PCB基板，设置于PCB基板的组件采用了模块化设计，与现有技术相比，具有集成化程度高和模块化程度高的特点；

本实用新型还提供了一种功率分配总成，从上述的技术方案可以看出，有益效果在于，通过多个所述功率分配单元手拉手并联，使整机作为一个模块单元进行灵活并联的同时，还实现了充电枪扩枪(增加充电枪数量)的灵活性，与现有技术相比，具有模块化程度高的特点；

本实用新型还提供了一种充电桩，由于采用了上述的功率分配单元和/或功率分配总成，因此其也就具有相应的有益效果，具体可以参照前面说明，在此不再赘述。

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。

图1为本实用新型实施例提供的功率分配单元的正视图；

图2为本实用新型实施例提供的功率分配单元的右视图；

图3a为本实用新型实施例提供的功率分配单元的整体示意图；

图3b为图1中位于正负切换开关组合处的A处的局部放大图；

图4为本实用新型实施例提供的应用场景示例图；

图5为本实用新型实施例提供的功率分配单元系统拓扑图。

其中，1-壳体，2-PCB基板，3-输入端子，4-正负切换开关组合，5-正极输出汇流铜排，6-负极输出汇流铜排，7-控制模块，8-螺栓组件，9-接线端子；31-正极输入端子，32-负极输入端子，41-正极投切开关组合，42-负极投切开关组合，411-第一切换开关，412-第二切换开关，413-第三切换开关，51-正极输出端子，61-负极输出端子；A1-第一充电枪，B1-第二充电枪，C1-第三充电枪，D1第四充电枪，A2-第一功率分配单元，B2-第二功率分配单元，C2-第三功率分配单元，D2-第四功率分配单元；H-正极桥连线，I-负极桥连线。

具体实施方式

本实用新型提出一种功率分配单元技术方案，本技术方案主要包括壳体、PCB基板、输入端子、直流正负开关组合、控制模块及输出端子等组成，采用高度集成、模块化设计方案，有效解决了上面所述问题。

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型实施例提供的功率分配单元，如图1所示，包括：

壳体1、PCB基板2、输入端子3、正负切换开关组合4直流正负输出汇流排和控制模块7；

PCB基板2设置于所述壳体1；

输入端子3、正负切换开关组合4、直流正负输出汇流排和控制模块7设置于PCB基板2。

从上述的技术方案可以看出，本实用新型提供的功率分配单元中，将输入端子3、正负切换开关组合4、直流正负输出汇流排和控制模块7设置于PCB基板2；与现有技术相比，提高了集成化和模块化程度，一方面，简化了分配单元的结构，降低了组装及维护成本；另一方面，有效解决功率分配单元结构种类繁多的局面，更利于标准化生产及质量管控。

在本方案中，输入端子3前端连接充电模块直流输出端；用于获得电能。输入端子3和正负切换开关组合4电连接。

具体地，如图2及图3b所示，输入端子3包括：正极输入端子31和负极输入端子32；正负切换开关组合4包括：正极投切开关41和负极投切开关42。

正极输入端子31一端电连接于正极投切开关组合4，负极输入端子32一端电连接于负极投切开关。

需要说明的是，正极输入端子31和负极输入端子32位置可互换，正负切换开关组合4的数量可根据实际应用需求进行选择配置，本方案如此设计，使得正负输入端子位置可根据实际情况灵活调整，此外，由于正负切换开关组合4的数量配置多样化，可改变输入功率线和输出功率线固定的现状，有利于充电功率的灵活扩展，与现有技术相比，具有灵活性高、安装方便和结构简单的特点。

为了优化上述技术方案，如图3b所示，正极切换开关组合41包括：第一切换开关411、第二切换开关412和第三切换开关413；

第一切换开关411为机械开关，第二切换开关为电子开关，第三切换开关为机械开关。

需要说明的是，机械开关可选择高压接触器和低压接触器组合，电子开关可选择可控性半导体器件MOSFET、IGBT、晶闸管。本方案如此设计，既能降低开关组的成本、减小体积，又能通过控制开关的开合来有效的分配电流，进而达到功率分配的效果，与现有技术相比，具有成本低和体积小的特点。

在本方案中，如图2所示，所述直流正负输出汇流排包括：正极输出汇流铜排5和负极输出汇流铜排6；

正极输出汇流铜排5的前端和负极输出汇流铜排6的前端分别与正负切换开关组合4电连接；

正极输出汇流铜排5的后端设有用于与充电枪配合的正极输出端子51，所述负极输出汇流铜排6的后端设有用于与充电枪配合的负极输出端子61。

需要说明的是，正极输出汇流铜排5的前端和负极输出汇流铜排6的前端分别与正负切换开关组合4电连接，用于获取电能；正极输出汇流铜排5的后端设有用于与充电枪配合的正极输出端子51，负极输出汇流铜排6的后端设有用于与充电枪配合的负极输出端子61，用于将电能输出给充电枪，为用户提供电力输出。本方案如此设计，不仅有利于提高集成化，还便于安装,进而简化了功率分配单元的结构，降低组装及维护成本，与现有技术相比，具有结构简单、安装便利和集成化高的特点。

在本方案中，如图2所示，控制模块7包括：主控单元、开关控制检测单元、母线检测单元、绝缘检测单元、通信单元和充电控制单元；

主控单元用于收集各个子单元的信息，经过处理器综合处理并向子单元下发指令；

开关单元用于实时检测若干个开关的状态和控制开关的通断；

母线检测单元用于实时检测母线铜排上的电压、电流和充电电量信息；绝缘检测单元用于检测母线对大地的绝缘参数；

通信单元用于和车辆进行通信或与充电模块、后台系统进行通信；

充电控制单元用于监测及控制电子锁状态、检测充电枪温度和确认充电枪连接状态，或采集充电逻辑、充电流程的控制和状态。

需要说明的是，控制模块7设于PCB基板2，是体现集成化程度高的一面；将主控单元、开关控制检测单元、母线检测单元、绝缘检测单元、通信单元和充电控制单元又集成在控制模块上，既提高了集成化，又凸显模块化高的一面。本方案如此设计，不仅缩小了产品尺寸，降低了组装及维护成本，还提高了产品的灵活性。

从上述技术方案可以看出，本实用新型提供的一种功率分配单元，通过集成化和模块化的设计，在降低了控制模块7的体积、组装及维护成本的同时，又提高了分配单元整体运行的灵活性，与现有技术相比，具有结构简单、集成化高、模块化高和组装及维护成本低的特点。

本实用新型提供的一种功率分配单元，如图3a所示，还包括：设置于PCB基板2的接线端子9；

接线端子9一端连接所述控制模块7的充电控制单元，另一端用于与充电通讯线、电子锁控制、状态采集线和充电枪温控线连接。

需要说明的是，接线端子9的安装位设于PCB基板，提高了集成化程度。而其连接关系上，一端连接控制模块内的充电控制单元，另一端连接充电汽车；为充电控制单元与充电汽车通讯连接提供媒介，便于充电控制单元和充电汽车之间双向传递信息，进一步提高了充电的可靠性与安全性；与现有技术相比，具有集成化程度高、成本低廉和安全性高的特点。

本实用新型还提供了一种功率分配总成，如图4所示，包括：多个功率分配单元手拉手并联；此处的功率分配单元为上述任意一项所述的功率分配单元。

由于本方案采用了上述的功率分配单元，因此其也就具有相应的有益效果，具体可以参照前面说明，在此不再赘述。

需要说明的是，本方案将多个功率分配单元通过手拉手并联，旨在可根据实际情况，灵活合理的整合分配单元数量，使其作为一个模块单元，实现充电桩扩枪(即增加充电枪数量)的灵活性和便捷性。

从上述的技术方案可以看出，本实用新型提供的功率分配总成中，采用模块化设计，使整机可作为一个模块单元进行模块单元进行灵活的并联，相比现有技术，具有集成化高、模块化高的特点，进一步地，并联结构方案简单，可实现低成本增加充电枪数量的需求。

本实用新型还提供了一种充电桩，如图5所示，包括：功率分配单元；所述功率分配单元为上述任意一项所述的功率分配单元。

需要说明的是，本方案中的充电枪一端连接输出端子，输出电源于充电的车辆；一端连接控制模块中的通信单元和充电控制单元，其中，通信单元一方面用作建立与充电车辆联系，另一方面用作与充电模块及后台系统联系；充电控制单元负责控制及检测电子锁状态、充电枪温度检测、充电枪连接确认和充电逻辑、流程相关的状态采集。此外，本方案采用上述功率分配单元，通过并联成上述功率分配总成，在此基础上，可根据实际需求，将所需功率分配单元一一对应配备充电枪。

由于本方案采用了上述的功率分配单元，因此其也就具有相应的有益效果，具体可以参照前面说明，在此不再赘述。

下面再结合具体实施例对本方案作进一步介绍：

如图1、图2及图3a所示，本功率分配单元由壳体1、PCB基板2、输入端子3、正负切换开关组合4、正极输出汇流铜排5、负极输出汇流铜排6和控制模块7组成。

其中：PCB基板2上设有输入端子3、正负切换开关组合4、正极输出汇流铜排5、负极输出汇流铜排6、控制模块7、接线端子9；

PCB基板2与壳体1通过螺栓组件8固定连接；输入端子3与PCB基板2焊接连接；输入端子3与正负切换开关组合4电连接。

如图1所示，输入端子3包括正极输入端子31和负极输入端子32；

其中正极输入端子31和负极输入端子32位置可互换；输入端子3前端连接充电模块直流输出端，用于获得电能。

如图2所示，正负切换开关组合4与PCB基板2焊接连接；正负切换开关组合4与所述正极输出汇流铜排5和负极输出汇流铜排6电连接。

正极输出汇流铜排5后端设有正极输出端子51；正极输出端子51用于与充电枪连接；

负极输出汇流铜排后端6设有负极输出端子61；负极输出端子61用于与充电枪连接。

如图2所示，控制模块7包括主控单元、开关控制检测单元、母线检测单元、绝缘检测单元、通信单元、充电控制单元；

其中，开关控制检测单元用于控制多个输入端子开关的通断，并实时检测多个开关的状态；

母线检测单元用于实时检测母线铜排上的电压、电流以及充电电量等信息；

绝缘检测单元用于检测母线对大地的绝缘电阻值等绝缘参数，绝缘检测的方法可以为电桥法或注入法等；

通信单元用于与车辆进行通信，还可以与充电模块、后台系统以及其他装置进行通信，通信方式可以为CANBUS、RS485或RS232等；

充电控制单元用于控制和监测电子锁状态、充电枪温度检测、充电枪连接确认等与充电逻辑、流程相关的控制和状态采集；

主控模块用于收集各个子单元的信息，综合处理并向各个子单元下发指令。

如图3a所示，接线端子9用于充电控制单元与充电汽车之间的通讯连接。

如图3b所示，正负切换开关组合4包括正极投切开关组合41和负极投切开关42；正极投切开关41又包括第一切换开关411、第二切换开关412和第三切换开关413；

优选的，第一切换开关411为机械开关，如高压接触器，低压继电器等；第二切换开关412为电子开关，如可控性半导体器件MOSFET、IGBT、晶闸管等；第三切换开关413为机械开关，如高压接触器，低压继电器等。

本实用新型所提出的一种功率分配单元，应用场景如下：

1、一个一种功率分配单元对应一把充电枪；

2、功率分配单元可根据需求左右并联扩展；增加直流输出接口和充电枪数量；扩展灵活；

3、功率分配单元中正负切换开关组合4的数量可根据实际应用需求进行选择配置。

应用场景示例1：

如图4所示，本应用示例配置四个功率分配单元，功率分配单元之间手拉手并联，每个功率分配单元可输入10路直流电源，可配置4把充电枪，或者可根据需求灵活配置充电枪数量，最多配置十把充电枪。

综上所述，本实用新型的关键点为：

提供了一种集成度高、模块化程度高的功率分配单元、功率分配总成及充电桩；将功率切换单元、主控单元、开关控制检测单元、母线检测单元、绝缘检测单元、通信单元、充电控制单元集成为一体，缩小了产品尺寸，降低了产品成本，提高了产品的灵活性；

其中，该功率分配单元采用模块化设计，内部布局模块化设计，同时整机也可作为一个模块单元进行灵活的并联，实现充电桩扩枪(增加充电枪数量)的灵活性和便捷性。

综上所述，可得本实用新型的欲保护点为：

该功率分配单元采用模块化设计，主要由壳体1、PCB基板2、输入端子3、若干正负切换开关组合4、正极输出汇流铜排5、负极输出汇流铜排6、控制模块7和接线端子9等组成。

其中，输入端子3、若干正负切换开关组合4、正极输出汇流铜排5、负极输出汇流铜排6、控制模块7及接线端子9设置于PCB基板2上；

控制模块7包括主控单元、开关控制检测单元、母线检测单元、绝缘检测单元、通信单元、充电控制单元。

本实用新型所提出的一种功率分配单元，优点如下：

1、输入端子数量可根据实际应用需求进行配置，方案灵活性高；

2、功率分配单元可无限手拉手并联，并联结构方案简单可靠，低成本实现增加充电枪数量的需求；

3、功率分配单元集成化程度高，集成了母线检测、绝缘检测、通讯及充电控制等功能，降低了产品的成本；

4、可实现每个模块可输出至每个充电枪，提高模块的使用效率。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种功率分配单元，其特征在于，包括：壳体(1)、PCB基板(2)、输入端子(3)、正负切换开关组合(4)、直流正负输出汇流排和控制模块(7)；

所述PCB基板(2)设置于所述壳体(1)；

所述输入端子(3)、所述正负切换开关组合(4)、所述直流正负输出汇流排和所述控制模块(7)设置于所述PCB基板(2)。

2.根据权利要求1所述的功率分配单元，其特征在于，所述输入端子(3)包括：正极输入端子(31)和负极输入端子(32)；所述正负切换开关组合(4)包括：正极投切开关组合(41)和负极投切开关(42)；

所述正极输入端子(31)电连接于所述正极投切开关组合(41)，所述负极输入端子(32)电连接于所述负极投切开关(42)。

3.根据权利要求2所述的功率分配单元，其特征在于，所述正极切换开关组合(41)包括：第一切换开关(411)、第二切换开关(412)和第三切换开关(413)；

所述第一切换开关(411)为机械开关，所述第二切换开关(412)为电子开关，所述第三切换开关(413)为机械开关。

4.根据权利要求1所述的功率分配单元，其特征在于，所述直流正负输出汇流排包括：正极输出汇流铜排(5)和负极输出汇流铜排(6)；

所述正极输出汇流铜排(5)的前端和所述负极输出汇流铜排(6)的前端分别与所述正负切换开关组合(4)电连接；

所述正极输出汇流铜排(5)的后端设有用于与充电枪配合的正极输出端子(51)，所述负极输出汇流铜排(6)的后端设有用于与充电枪配合的负极输出端子(61)。

5.根据权利要求1所述的功率分配单元，其特征在于，所述控制模块(7)包括：主控单元、开关控制检测单元、母线检测单元、绝缘检测单元、通信单元和充电控制单元；

所述主控单元用于收集各个子单元的信息，经过处理器综合处理并向子单元下发指令；

所述开关单元用于实时检测若干个开关的状态和控制开关的通断；

所述母线检测单元用于实时检测母线铜排上的电压、电流和充电电量信息；

所述绝缘检测单元用于检测母线对大地的绝缘参数；

所述通信单元用于和车辆进行通信或与充电模块、后台系统进行通信；

所述充电控制单元用于监测及控制电子锁状态、检测充电枪温度和确认充电枪连接状态，或采集充电逻辑、充电流程的控制和状态。

6.根据权利要求5所述的功率分配单元，其特征在于，还包括：设置于所述PCB基板(2)的接线端子(9)；

所述接线端子(9)一端连接所述控制模块(7)的充电控制单元，另一端用于与充电通讯线、电子锁控制、状态采集线和充电枪温控线连接。

7.根据权利要求1所述的功率分配单元，其特征在于，还包括：螺栓组件(8)；

所述壳体(1)与所述PCB基板(2)通过所述螺栓组件(8)固定连接。

8.一种功率分配总成，其特征在于，包括：多个并联的功率分配单元；

所述功率分配单元为如权利要求1-7任意一项所述的功率分配单元。

9.根据权利要求8所述的功率分配总成，其特征在于，多个所述功率分配单元手拉手并联。

10.一种充电桩，其特征在于，包括：如权利要求1-7任意一项所述的功率分配单元。

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