CN217804367U - 一种充电桩系统及换电站充电系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种充电桩系统及换电站充电系统，涉及充电桩技术领域。本实用新型所述的充电桩系统，包括多个充电桩，任一所述充电桩包括多个充电模组、矩阵开关装置以及充电枪，所述充电模组用于与直流母线连接，所述充电枪与所述矩阵开关装置连接，任一所述充电桩的多个所述充电模组之间和/或多个所述充电桩之间用于通过所述矩阵开关装置连接，以为所述充电枪提供不同的充电电压和不同的充电功率。本实用新型所述的技术方案，可以实现单个充电桩内充电模组的共享，以及充电桩与充电桩之间充电模组的共享，从而可以为充电枪提供不同的充电电压和不同的充电功率，进而满足不同充电电压、充电功率需求的车辆的额定充电需求。

Description

一种充电桩系统及换电站充电系统

技术领域

本实用新型涉及新能源技术领域，具体而言，涉及一种充电桩系统及换电站充电系统。

背景技术

充电桩的功能类似于加油站里面的加油机，可以固定在地面或墙壁，安装于公共建筑和居民小区停车场或充电站内，可以根据不同的电压等级为各种型号的电动汽车充电。充电桩的输入端与交流电网直接连接，输出端一般装有充电插头用于与电动汽车连接。

现有充电桩充电功率固定，在对不同充电电压、充电功率需求的车辆进行充电时，无法满足不同的额定充电电压、充电需求，导致充电时间长、充电桩使用体验差。

实用新型内容

本实用新型解决的问题是如何满足不同充电电压、充电功率需求的车辆的额定充电需求。

为解决上述问题，本实用新型提供一种充电桩系统，包括多个充电桩，任一所述充电桩包括多个充电模组、矩阵开关装置以及充电枪，所述充电模组用于与直流母线连接，所述充电枪与所述矩阵开关装置连接，任一所述充电桩的多个所述充电模组之间和/或多个所述充电桩之间用于通过所述矩阵开关装置连接，以为所述充电枪提供不同的充电电压和不同的充电功率。

可选地，所述矩阵开关装置包括串联开关阵列和并联开关阵列，在同一个所述充电桩内，多个所述充电模组之间用于通过所述串联开关阵列进行串联，以为所述充电枪提供不同的充电电压，多个所述充电模组之间用于通过所述并联开关阵列进行并联，以为所述充电枪提供不同的充电功率。

可选地，所述矩阵开关装置包括共享开关阵列，在不同的所述充电桩之间，一个所述充电桩的所述充电模组与另一个所述充电桩的所述充电模组之间用于通过所述共享开关阵列连接。

可选地，所述矩阵开关装置包括充电枪开关阵列，所述矩阵开关装置用于通过所述充电枪开关阵列与所述充电枪连接，以为所述充电枪提供不同的充电电压和不同的充电功率。

可选地，任一所述充电桩内，所述充电枪设置有多个，任一所述充电枪用于通过所述充电枪开关阵列与单个所述充电模组连接或与多个所述充电模组的组合连接。

本实用新型所述的充电桩系统，通过矩阵开关装置连接单个充电桩的多个充电模组，实现单个充电桩内充电模组的共享，即单个充电桩中各个充电模组进行组合为充电枪供电；通过矩阵开关装置连接各个充电桩，实现充电桩与充电桩之间充电模组的共享，即充电桩之间可相互使用各自的充电模组进行组合为充电枪供电，从而可以为充电枪提供不同的充电电压和不同的充电功率，进而满足不同充电电压、充电功率需求的车辆的额定充电需求。

本实用新型还提供一种换电站充电系统，包括换电站以及上述充电桩系统。

可选地，所述换电站包括固态变压器系统、备用动力电池和光伏系统，所述固态变压器系统用于与输电网连接，所述备用动力电池和所述光伏系统分别与所述固态变压器系统连接。

可选地，所述固态变压器系统包括交流-直流变换器、高频变压器以及直流-直流变换器，所述交流-直流变换器用于与所述输电网连接，所述高频变压器分别与所述交流-直流变换器及所述直流-直流变换器连接，所述直流-直流变换器用于与直流母线连接。

可选地，所述备用动力电池包括三元锂电池组或磷酸铁锂电池组。

可选地，所述备用动力电池和所述光伏系统均通过双向DC-DC变换器与直流母线连接。

本实用新型所述的换电站充电系统与上述充电桩系统相对于现有技术所具有的优势相同，在此不再赘述。

附图说明

图1为本实用新型实施例的充电桩系统的示意图一；

图2为本实用新型实施例的充电桩系统的示意图二；

图3为本实用新型实施例的充电桩的内部开关结构；

图4为本实用新型实施例的矩阵开关工作方式示例一；

图5为本实用新型实施例的矩阵开关工作方式示例二；

图6为本实用新型实施例的充电桩的工作曲线；

图7为本实用新型实施例的换电站充电系统的示意图；

图8为本实用新型实施例的换电站充电系统的功能示意图；

图9为本实用新型实施例的换电站充电系统的工作原理示意图；

图10为本实用新型实施例的集成式补电站的示意图。

具体实施方式

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本实用新型的具体实施例做详细的说明。

如图1所示，本实用新型提供一种充电桩系统，包括多个充电桩，任一所述充电桩包括多个充电模组、矩阵开关装置以及充电枪，所述充电模组用于与直流母线连接，所述充电枪与所述矩阵开关装置连接，任一所述充电桩的多个所述充电模组之间和/或多个所述充电桩之间用于通过所述矩阵开关装置连接，以为所述充电枪提供不同的充电电压和不同的充电功率。

具体地，在本实施例中，充电桩系统包括多个充电桩，单个充电桩包括多个充电模组(例如DCDC充电模组)、矩阵开关装置以及充电枪，充电模组与直流母线连接，直流母线作为充电桩能量来源，通过充电模组为充电桩供电，其中，每个充电模组的功率容量可以是一样的，也可以是不同的。

单个充电桩的多个充电模组接入矩阵开关装置，实现单个充电桩内充电模组的共享，即单个充电桩中各个充电模组进行组合为充电枪供电，同时也可以通过矩阵开关装置连接各个充电桩，实现充电桩与充电桩之间充电模组的共享，即充电桩之间可相互使用各自的充电模组进行组合为充电枪供电，可以叠加形成具有不同的充电电压和不同的充电功率的充电模组组合，并通过矩阵开关装置将各充电模组组合分配到不同充电需求的充电枪，进而满足不同充电功率需求的车辆的额定充电需求。

在本实施例中，通过矩阵开关装置连接单个充电桩的多个充电模组，实现单个充电桩内充电模组的共享，通过矩阵开关装置连接各个充电桩，实现充电桩与充电桩之间充电模组的共享，从而可以为充电枪提供不同的充电电压和不同的充电功率，进而满足不同充电电压、充电功率需求的车辆的额定充电需求。

可选地，所述矩阵开关装置包括串联开关阵列和并联开关阵列，在同一个所述充电桩内，多个所述充电模组之间用于通过所述串联开关阵列进行串联，以为所述充电枪提供不同的充电电压，多个所述充电模组之间用于通过所述并联开关阵列进行并联，以为所述充电枪提供不同的充电功率。

具体地，在本实施例中，结合图2和图3所示，矩阵开关装置包括串联开关阵列和并联开关阵列，在同一个充电桩内，串联开关阵列可以将多个充电模组(图3中的DC/DC模组1至DC/DC模组1N)自由串联，并联开关阵列可以将多个充电模组自由并联，串联开关阵列和并联开关阵列之间可以单独使用也可以组合使用，即既可以通过串联来提高充电电压，也可以通过并联来提高充电功率，进而满足不同充电电压、充电功率需求的车辆的额定充电需求。

在本实施例中，通过串联开关阵列将多个充电模组自由串联，通过并联开关阵列将多个充电模组自由并联，满足不同充电电压、充电功率需求的车辆的额定充电需求。

可选地，所述矩阵开关装置包括共享开关阵列，在不同的所述充电桩之间，一个所述充电桩的所述充电模组与另一个所述充电桩的所述充电模组之间用于通过所述共享开关阵列连接。

具体地，在本实施例中，结合图2和图3所示，矩阵开关装置还包括共享开关阵列，共享开关阵列可以将任意充电模组自由共享给其他充电桩，也可以接受其他充电桩的充电模组接入，实现充电桩之间充电模组的共享，使得充电桩与充电桩之间能够进行双向功率传输，满足不同充电功率需求的车辆的额定充电需求。

在本实施例中，通过共享开关阵列实现充电桩之间充电模组的共享，使得充电桩与充电桩之间能够进行双向功率传输，满足不同充电功率需求的车辆的额定充电需求。

可选地，所述矩阵开关装置包括充电枪开关阵列，所述矩阵开关装置用于通过所述充电枪开关阵列与所述充电枪连接，以为所述充电枪提供不同的充电电压和不同的充电功率。

具体地，在本实施例中，结合图2和图3所示，矩阵开关装置还包括充电枪开关阵列，充电枪开关阵列能够将具有不同充电电压和不同充电功率的充电模组组合分配到不同充电需求的充电枪，为充电枪提供不同的充电电压和不同的充电功率，进而满足不同充电电压、充电功率需求的车辆的额定充电需求。

其中，串联开关阵列、并联开关阵列、共享开关阵列和充电枪开关阵列均由矩阵开关控制器控制方式或者手动调配方式来分配不同充电需求。

在本实施例中，通过充电枪开关阵列为充电枪提供不同的充电电压和不同的充电功率，满足不同充电电压、充电功率需求的车辆的额定充电需求。

可选地，任一所述充电桩内，所述充电枪设置有多个，任一所述充电枪用于通过所述充电枪开关阵列与单个所述充电模组连接或与多个所述充电模组的组合连接。

具体地，在本实施例中，任一充电桩包括多个充电枪，当单个充电模组能够满足车辆充电需求时，充电枪开关阵列只需要将单个充电模组分配到对应充电需求的充电枪即可，若单个充电模组无法满足充电需求，则通过多个充电模组的组合为充电枪提供相应的充电电压和充电功率。

在本实施例中，通过充电枪开关阵列将各充电枪与单个充电模组或多个充电模组的组合连接，为各个充电枪提供不同的充电电压和不同的充电功率，满足不同充电电压、充电功率需求的车辆的额定充电需求。

可选地，所述充电模组的充电电压为400V，所述充电模组的充电功率为50kW。

具体地，在本实施例中，结合图4所示，每个充电桩由4个400V-50kW DCDC模组构成，最大功率容量为200kW。每个充电桩分配有两个充电枪，可分别输出不同功率、不同电压等级的充电标准，例如应用于目前800V至1000V高压快充平台。

若此时有6辆电动汽车需要充电，充电需求分别为：400V-100KW、800V-100KW、三辆400V-50KW、400V-150kW，每个充电桩可提供两个充电枪，即每个充电桩提供两个停车位。

(1)400V-100KW电动汽车可由充电桩#1的DCDC模组1和DCDC模组2(图4中任一充电桩从左至右DCDC模组的序号分别为1-4)并联使用提供400V-100KW充电功率。

(2)800V-100KW电动汽车停在充电桩#1的位置，但是充电桩#1无法提供100kW-800V充电需求(也可以是故障时无法提供充电需求)，此时需要共享其他充电桩DCDC模组，可由充电桩#1的DCDC模组3和DCDC模组4串联与充电桩#2的DCDC模组1和DCDC模组2串联后再并联构成800V-100KW充电功率。

(3)400V-150kW电动汽车停在充电桩#2的位置，但此时充电桩#2的DCDC模组1和DCDC模组2被充电桩#1使用，无法提供150kW功率，可由充电桩#2的DCDC模组4、充电桩#N的DCDC模组1和DCDC模组2并联后提供400V-150KW充电功率。

结合图5所示，高倍率充电时，并不是所有时间段都会维持在高功率阶段，充电功率会随着时间的增加呈现出先增大后减小的趋势。为了提高充电桩中充电模组的利用率以及改善充电体验，充电桩可采用柔性功率分配策略。例如，结合图6所示工作曲线，充电桩#2中400V-150kW电动汽车充电进入功率下降阶段时，当充电功率达到100kW以下时，可将充电桩#2的DCDC模组4并接到充电桩#2的DCDC模组3，此时可以满足400V-100KW电动汽车充电需求。

在本实施例中，通过设置充电模组的充电电压为400V，充电功率为50kW，实现800V高压快充平台对相应充电需求车辆的充电。

本实用新型另一实施例提供一种换电站充电系统，包括换电站以及上述充电桩系统。

可选地，所述换电站包括固态变压器系统、备用动力电池和光伏系统，所述固态变压器系统用于与输电网连接，所述备用动力电池和所述光伏系统分别与所述固态变压器系统连接。

具体地，在本实施例中，结合图7所示，换电站包括固态变压器系统(固态变压器SST AC/DC)、备用动力电池(备用电池组)和光伏系统(光伏阵列)，固态变压器系统与输电网(Gird；MV表示电压等级)连接，备用动力电池和光伏系统分别与固态变压器系统连接，以作为储能站和充电桩能量来源。

在本实施例中，通过设置换电站包括固态变压器系统、备用动力电池和光伏系统，为充电桩系统提供能量来源和储能站，满足充电桩系统长期稳定运行需求。

可选地，所述固态变压器系统包括交流-直流变换器、高频变压器以及直流-直流变换器，所述交流-直流变换器用于与所述输电网连接，所述高频变压器分别与所述交流-直流变换器及所述直流-直流变换器连接，所述直流-直流变换器用于与直流母线连接。

具体地，在本实施例中，结合图7所示，固态变压器系统包括交流-直流变换器(AC/DC)、高频变压器以及直流-直流变换器，交流-直流变换器与输电网连接，高频变压器分别与交流-直流变换器及直流-直流变换器连接，直流-直流变换器与直流母线连接，充电桩系统、备用动力电池和光伏系统与直流母线连接。

在本实施例中，通过设置固态变压器系统的具体组成，有利于将输电网能量稳定传输到充电桩系统，满足充电桩系统长期稳定运行需求。

可选地，所述备用动力电池包括三元锂电池组或磷酸铁锂电池组。

具体地，在本实施例中，备用动力电池主要由三元锂电池组或磷酸铁锂电池组构成，一方面可为换电车型提供换电电池，另一方面，结合图8所示，多块备用电池组可构成大容量储能站，可作为电网与充电负载设备之间的缓冲装置，即根据实际使用情况进行串并联充电或者作为电网缓冲装置。

在本实施例中，通过设置备用动力电池包括三元锂电池组或磷酸铁锂电池组，在提供换电电池的同时，构成大容量储能站作为电网与充电负载设备之间的缓冲装置，满足充电桩系统长期稳定运行需求。

可选地，所述备用动力电池和所述光伏系统均通过双向DC-DC变换器与直流母线连接。

具体地，在本实施例中，结合图7所示，备用动力电池和光伏系统均通过双向DC-DC变换器(双向DC/DC模块)连接至直流母线，保证了能量的双向传输。

其中，光伏系统组件可用于额外功率分担，所产生的能量可以供给换电站备用动力电池组和充电桩使用。

1、当阳光充足时，光伏阵列发电通过DCDC装置为备用电池组充电或提供充电桩能量来源，平衡电网峰谷用电，缓解电网压力。

2、当电网检修或故障时，换电站备用电池组可作为充电桩能量来源，解决停电时充电桩无法使用的情况，提高充电桩使用体验。

3、当多辆电动汽车接入或切出、大功率快充电动汽车接入或切出时，换电站备用电池组可以作为电网缓冲装置，避免瞬间大功率对电网的危害。

结合图9所示，假设有三辆相同充电功率的电动汽车分别再在不同时间间隔接入和切出，当电网中无缓冲电池组存在时，随着三辆电动汽车的接入和切出，电网端电压出现了不同程度的欠冲和过充波动，因此不符合IEEE电网互连标准；当电网中接入动力电池组后，三辆电动车依次接入时，动力电池组进行快速放电补充一部分电网能量，减轻电网瞬间负荷；三辆电动车依次切出时，动力电池组进行快速充电吸收一部分电网能量，缓解电网大负载切换时的功率波动，从而使得电网电压得到稳定，满足IEEE电网互连标准。

另外，在上述方案的基础上，可将换电站充电系统优化为如图10所示的集成式补电站，换电站、充电桩一体式补电，满足不同车型补电需求。可解决换电站无车辆换电时，充电设备空闲导致换电站的经济效益降低的问题。另外由于充电桩和换电站单独布局会增加占地面积，不利于管理和环境规划。而采用一体式补电站，便于规划电网容量布局，便于管理，同时多设备共用提高利用率。

在本实施例中，通过设置备用动力电池和光伏系统均通过双向DC-DC变换器连接至直流母线，保证了能量的双向传输，满足充电桩系统长期稳定运行需求。

虽然本实用新型公开披露如上，但本实用新型公开的保护范围并非仅限于此。本领域技术人员在不脱离本实用新型公开的精神和范围的前提下，可进行各种变更与修改，这些变更与修改均将落入本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种充电桩系统，其特征在于，包括多个充电桩，任一所述充电桩包括多个充电模组、矩阵开关装置以及充电枪，所述充电模组用于与直流母线连接，所述充电枪与所述矩阵开关装置连接，任一所述充电桩的多个所述充电模组之间和/或多个所述充电桩之间用于通过所述矩阵开关装置连接，以为所述充电枪提供不同的充电电压和不同的充电功率。

2.根据权利要求1所述的充电桩系统，其特征在于，所述矩阵开关装置包括串联开关阵列和并联开关阵列，在同一个所述充电桩内，多个所述充电模组之间用于通过所述串联开关阵列进行串联，以为所述充电枪提供不同的充电电压，多个所述充电模组之间用于通过所述并联开关阵列进行并联，以为所述充电枪提供不同的充电功率。

3.根据权利要求1所述的充电桩系统，其特征在于，所述矩阵开关装置包括共享开关阵列，在不同的所述充电桩之间，一个所述充电桩的所述充电模组与另一个所述充电桩的所述充电模组之间用于通过所述共享开关阵列连接。

4.根据权利要求1所述的充电桩系统，其特征在于，所述矩阵开关装置包括充电枪开关阵列，所述矩阵开关装置用于通过所述充电枪开关阵列与所述充电枪连接，以为所述充电枪提供不同的充电电压和不同的充电功率。

5.根据权利要求4所述的充电桩系统，其特征在于，任一所述充电桩内，所述充电枪设置有多个，任一所述充电枪用于通过所述充电枪开关阵列与单个所述充电模组连接或与多个所述充电模组的组合连接。

6.一种换电站充电系统，其特征在于，包括换电站以及权利要求1至5任一项所述的充电桩系统。

7.根据权利要求6所述的换电站充电系统，其特征在于，所述换电站包括固态变压器系统、备用动力电池和光伏系统，所述固态变压器系统用于与输电网连接，所述备用动力电池和所述光伏系统分别与所述固态变压器系统连接。

8.根据权利要求7所述的换电站充电系统，其特征在于，所述固态变压器系统包括交流-直流变换器、高频变压器以及直流-直流变换器，所述交流-直流变换器用于与所述输电网连接，所述高频变压器分别与所述交流-直流变换器及所述直流-直流变换器连接，所述直流-直流变换器用于与直流母线连接。

9.根据权利要求7所述的换电站充电系统，其特征在于，所述备用动力电池包括三元锂电池组或磷酸铁锂电池组。

10.根据权利要求7所述的换电站充电系统，其特征在于，所述备用动力电池和所述光伏系统均通过双向DC-DC变换器与直流母线连接。

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