CN218771390U - 基于固态开关柜的园区有序充电桩集群 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于配电装置领域，具体涉及了一种基于固态开关柜的园区有序充电桩集群，旨在解决现有的电动车充电设备资源损耗过大，电网负荷过高时难以稳定进行单独关断的问题。本实用新型包括：固态开关柜和N个交流充电桩；所述固态开关柜，为基于固态开关构建的配电柜，所述配电柜内置通讯模块、主控制器、N个计量传感器和N个固态开关；所述交流充电桩，与园区车位一一对应设置。本实用新型通过固态开关柜将通讯模块、主控制器、计量传感器和与停车位对应的固态开关集中设置，只在对应的停车位上设置简单的充电枪和底座结构，实现通过一个配电柜即对整个片区的停车位进行配电，提高资源的利用率。

Description

基于固态开关柜的园区有序充电桩集群

技术领域

本实用新型属于配电装置领域，具体涉及了一种基于固态开关柜的园区有序充电桩集群。

背景技术

近年来，电动汽车被更多的家庭选择。电动汽车作为高度灵活的移动储能单元，在缓解不可再生能源的使用方面，有着巨大潜力。电动汽车能够大量普及，除了需要充足的充电站外，充电设备体系的不断完善也非常关键。

对于目前常用的传统园区有序交流充电桩，从传统配电柜引出数条支路，支路末端的交流充电桩内部各自装有一套充电智能系统，系统包含主控制器、机械接触器、传统熔断器等。以传统的充电桩装置为每一个停车位设置可充电设备会造成极大的资源损耗，铺设成本昂贵，且设置了充电设备的车位容易被非电动车辆或已充满车辆占用的情况，导致充电设备的资源利用率不高。创造一种提高充电桩建设资源利用率，只用少量资源即可实现停车位充电桩全覆盖并且在电网配电超负荷时仍能保障部分支路正常充电的装置具有重大意义。

实用新型内容

为了解决现有技术中的上述问题，即现有的电动车充电设备资源损耗过大，电网负荷过高时难以稳定进行单独关断的问题，本实用新型提供了一种基于固态开关柜的园区有序充电桩集群，包括：

固态开关柜和N个交流充电桩；

所述固态开关柜，为基于固态开关构建的配电柜，所述配电柜内置通讯模块、主控制器、N个计量传感器和N个固态开关，所述配电柜通过充电支路与所述交流充电桩连接；N为预设的整数；

所述交流充电桩，与园区车位一一对应设置，包括充电枪头和底座。

在一些优选的实施方式中，所述固态开关，设置于每个充电支路上，根据主控制器的指令闭合或关断，进而控制各交流充电桩的工作状态。

在一些优选的实施方式中，所述固态开关，当供电负荷达到预设的电网负荷阈值，单独断开选定的支路，其他支路正常充电。

在一些优选的实施方式中，所述固态开关，当主控制器判断待充电车辆与对应交流充电桩的额定功率不匹配时，通过主控制器对固态开关的时间电流曲线进行软件自定义调整，使充电支路供给带充电车辆额定电流。

本实用新型的有益效果为：

(1)本实用新型通过固态开关柜将通讯模块、主控制器、计量传感器和与停车位对应的固态开关集中设置，只在对应的停车位上设置简单的充电枪和底座结构，能够实现通过一个配电柜即对整个片区的停车位进行配电，降低了铺设成本，提高了资源的利用率，即使停车位被油车或已充满的电车占用也不会对资源造成浪费。

(2)本实用新型通过选用固态开关使得充电桩集群能够在配电负荷过高时及时关断部分支路并保障其余支路正常充电。

(3)传统的充电桩的输出容量是由电网来预先分配的，即每个充电桩的输出能力是固定的，本实用新型通过配置固态开关可以在原电网分配的功率下调整电流阈值，能够适应不同的充电功率进而兼容电车的升级或充电桩本身的升级带来的额定功率的改变。

附图说明

通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1是本实用新型基于固态开关的充电桩集群装置的布设原理示意图；

图2是现有技术中的智能充电桩集群装置的布设原理示意图；

图3是现有技术中的智能充电桩集群装置的电路原理图；

图4是本实用新型基于固态开关的充电桩集群装置的电路原理图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅用于解释相关实用新型，而非对该实用新型的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与有关实用新型相关的部分。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。

为了更清晰地对本实用新型基于固态开关柜的园区有序充电桩集群进行说明，下面结合图1对本实用新型实施例中各部分展开详述。

实施例1：

本实用新型的实施例在具体实施时，每个负责的配电区域只设置1个固态开关柜，将园区的配电区域内的停车位数量设置为N个，则需要设置N个交流充电桩，每1个交流充电桩设置1个充电支路与固态开关柜连接，在每个固态开关柜中为每一个充电支路都设置有1个固态开关，即固态开关柜中设置有1个通讯模块、1个主控制器、N个计量传感器和N个固态开关。

现有的充电桩集群装置如图2所示，从传统的配电柜中引出数条支路，每条支路通过一个空气开关进行线路保护，每条支路连接着一个交流慢充桩，现有充电桩集群装置的电路连接如图3所示，每个充电桩内部均需要装配一套智能充电系统，包括主控制器、机械接触器、传统熔断器、通讯模块和计量传感器，电网经过机械开关连接至单独的充电桩，并接回零线，单独的充电桩通过单独设立的主控制器控制对应充电支路的机械开关控制充电枪头供电，每个充电支路需要额外设置一个熔断器才可保障安全阻断。当电车到达充电位置时，通过通讯模块实现人机交互与云端交互，并通过充电桩内部各自的主控制器控制内部机械开关的闭合进行充电。为保证电网安全，一个充电桩同时只可为一辆电车进行充电，当充电过程出现故障时，通过熔断触发阻断故障电流。若需要进行有序充电，还需要增加相应的模块。现有的智能充电桩集群装置每一条支路的充电桩都装有一套智能充电系统，安装扩充成本高，终端设备体积大；受配网容量约束，不利于建设高密度充电桩，存在被充满电的电动汽车或者油车占用车位，无法满足所有用户的充电需求；导致充电桩利用率偏低的问题；通过机械接触器(继电器)控制充电桩电流关断，但是机械接触器(继电器)能断开的电流值有限，无法断开故障短路电流，需要额外的熔断器提供故障电流阻断功能，此外配电柜仍需要安装空气开关进行各充电桩支路的控制和保护，增加成本，且保护后无法自行恢复，需要人为操作及更换熔断器；机械接触器(继电器)自身寿命短，且容易出现新能源汽车升级后的不兼容问题，需要对已有充电桩进行更换；每个充电桩内的电子器件、接触器等敏感器件都需要应对恶劣天气，增加防护设计成本。

而本实用新型的电路电路连接如图4所示，电网分别经过固态开关连接至充电桩，充电桩由固态开关柜中的一个主控制器统一控制，且无需设置额外的熔断器即可保障电路安全；本实用新型只需要在内部装配一套主控充电系统，与现有技术的充电桩比少了N-1套通讯模块、N个断路器和N个机械接触器，降低了布设成本和扩增难度。并且本实施例采用固态开关对充电桩进行控制与保护，兼顾了机械接触器与断路器的保护功能，使结构更简单，能在固定配网容量下，建设大量高密度充电桩，同时对大量固态开关进行闭合/关断控制，解决油车与满电车辆占用问题，保证后续到达车辆充电需求，提高个体利用率与能源利用率，并且可通过对固态开关软件自定义保护值，兼容后续新能源车型升级。并且本实施例仅在集成式配电柜端安装1套控制系统，充电桩终端不包含控制系统，无需额外的高防护设计，降低制造与安装成本。

在本实施例中，所述固态开关，设置于每个充电支路上，根据主控制器的指令闭合或关断，进而控制各交流充电桩的工作状态。所述固态开关，由机械触点和半导体功率器件组成，可通过软件自定义设定电流保护阈值。所述半导体功率器件可选用IGBT、IGCT、SiCMOSFET。

当用户将电动车停入车位时，可通过扫码连接或app选定的方式将电动车状态信息传输至固态开关柜的通讯模块，通讯模块将电动车状态信息传递至主控制器，主控制器根据预设的调度方式控制各固态开关的通断，在固态开关导通的状态下，通过计量传感器实时监测各充电中的电动车的充电进度SOC或电量状态，并实时给主控制器进行反馈促使主控制器控制固态开关保持原状态或改变通断状态。

在本实施例中，所述固态开关，当供电负荷达到预设的电网负荷阈值，单独断开选定的支路，其他支路正常充电。传统的充电桩由于对应多个停车位的充电插口，并且每一个停车位分别设置机械开关，难以根据电网总负荷自行设定单个开关的通断。而本实施例可通过对固态开关进行自定义编码使之在电网负荷过大时自动断开某个或某些设定的固态开关，比如已经接近充满的或者持续充电时间最长的，并在负荷降低后自动闭合，同时保障其余充电桩正常充电。

在本实施例中，所述固态开关，当主控制器判断待充电车辆与对应交流充电桩的额定功率不匹配时，通过主控制器对固态开关的时间电流曲线进行软件自定义调整，使充电支路供给带充电车辆额定电流。传统的充电桩的额定功率是根据电网进行分配的，每个充电桩的额定功率均为固定值，比如额定输出功率为3.5kw，额定输出电流为1kA，在电动车进行升级或者品牌更换后，可能会出现额定需求功率7kw的情况，充电桩会固定分配7kw的电能，通过固态开关可以根据电网分配的功率7kw来自定义电流阈值，是指不会出现超过1kA就关断的现象，能够适应不同的充电功率兼容更多的电车类型。不同的车型也有不同的额定功率，比如用户更换电车后，电车的额定需求功率为10kw，而充电桩的额定功率为20kw，可通过本实施例中的固态开关使电桩的输出功率稳定在10kw范围内，避免了能源的浪费。更进一步的，本实施例可根据电网分配的总功率来自定义固态开关的阈值，保证电车的充能，不管未来升级的电车对电桩的额定需求功率是多少，都能够实现很好的兼容。

虽然已经参考优选实施例对本实用新型进行了描述，但在不脱离本实用新型的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件，尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本实用新型并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。

此外，还需要说明的是，在本实用新型的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

术语“包括”或者任何其它类似用语旨在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、物品或者设备/装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其它要素，或者还包括这些过程、物品或者设备/装置所固有的要素。

至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本实用新型的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本实用新型的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本实用新型的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征做出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本实用新型的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种基于固态开关柜的园区有序充电桩集群，其特征在于，包括：

固态开关柜和N个交流充电桩；

所述固态开关柜，为基于固态开关构建的配电柜，所述配电柜内置通讯模块、主控制器、N个计量传感器和N个固态开关，所述配电柜通过充电支路与所述交流充电桩连接；N为预设的整数；

所述交流充电桩，与园区车位一一对应设置，包括充电枪头和底座。

2.根据权利要求1所述的基于固态开关柜的园区有序充电桩集群，其特征在于，所述固态开关，设置于每个充电支路上，根据主控制器的指令闭合或关断，进而控制各交流充电桩的工作状态。

3.根据权利要求1所述的基于固态开关柜的园区有序充电桩集群，其特征在于，所述固态开关，当供电负荷达到预设的电网负荷阈值，单独断开选定的支路，其他支路正常充电。

4.根据权利要求1所述的基于固态开关柜的园区有序充电桩集群，其特征在于，所述固态开关，当主控制器判断待充电车辆与对应交流充电桩的额定功率不匹配时，通过主控制器对固态开关的时间电流曲线进行软件自定义调整，使充电支路供给带充电车辆额定电流。

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