一種採用直流環路的電動汽車充電系統的製作方法

2023-11-07 05:35:33 2

本發明涉及電動汽車充電領域，具體涉及一種採用直流環路的電動汽車充電系統。

背景技術：

對於電動汽車的充電系統，大多數廠家都是採用獨立的系統，一般是在一個充電樁內，設置一個或兩個充電槍。單獨的充電樁之間沒有功率迴路的聯繫。這種形式的充電樁有分體的形式，將充電模塊與其它部分分離；也有一體的形式，充電模塊與其它部分集中在一個櫃體內。

採用多個這種單個獨立的充電系統構成的充電站，最顯著的問題是充電模塊不能充分利用。典型的情況是，當需要充電的功率大於單獨系統的最大功率時，儘管其它充電樁沒有佔用，其充電模塊也無法利用。這個問題的另一方面是，為提供足夠的充電功率，每個單獨系統的充電模塊的配置都要足夠大，導致總投入增加。

其次是在構成大功率系統時，難於解決在戶外環境下充電模塊散熱問題。充電系統太大時，充電模塊的發熱太大，為解決散熱問題，往往需要增大機櫃體積，增加排風等散熱裝置的投入。

為充分利用充電模塊，也有個別廠家嘗試不同的方式。其中最為常見的一種是將一定數量的充電模塊集中起來，根據每一個與其連接的充電終端的要求進行功率分配。這就是所謂的「充電堆」或「柔性充電」的方式。這個方式能 夠解決充電模塊的充分利用問題，但是又帶來新問題。

首先是熱問題。這種方式集中的模塊數量比單獨系統的更多，充電模塊發熱的問題更加突出，因此安裝充電模塊的櫃體更大，排風等散熱投入更大。這就要求更大的佔地面積才能實施。

其次是無法標準化問題。每一個充電站的需求都有差異，充電終端的數量和充電功率配置都不同，充電系統都需要重新定製。定製設備的成本較高，軟硬體設計難度大，每次充電系統都難以充分驗證，存在系統可靠性風險。

再有，這種方法在充電模塊與充電終端之間，需要一個切換陣列，切換陣列的邏輯複雜，切換器件較多，也存在可靠性風險。

「充電堆」或者「柔性充電」的方式，或者其它的充電模塊的連接方式，都面臨一個問題，一組或一個充電模塊，可以接受來自多個充電接口的控制單元的控制，每一個控制單元，要求可以控制在其選擇範圍內的任何一個或者一組充電模塊。目前大多廠家解決這個通信組合問題，都是採用物理斷開和閉合的方式，例如，一組充電模塊要與某一個控制單元的通信，就把這組充電模塊的通信總線通過繼電器與該控制單元的總線接通，這種投切的方式最大的問題是不可靠，因為通信信號是微弱的電子信號，物理閉合點的電阻往往因種種隨機原因過大而將其阻斷。

技術實現要素：

本發明採用直流環路的連接方式，把多個獨立的充電系統連接起來，使任何一個單獨系統，都可以從與其連接的其它充電單元中取得充電功率，相互連接的充電單元構成一個直流環路充電系統，充電模塊得以充分利用。

本發明是通過以下技術方案來實現的：一種採用直流環路的電動汽車充電系統，其特徵為：包括將一個以上獨立的充電單元採用直流環路連接方式組成的一個直流環路充電系統，一個或者一個以上的充電單元安裝於一個或者一個以上的櫃體中，

所述的充電單元，包括交流輸入單元A、充電模塊或充電模塊組B、直流配電單元C、控制單元D、通信總線E以及充電單元所在的櫃體F。

作為優選的技術方案，交流輸入單元A，將輸入的交流電源分配給充電模塊或模塊組B，以及其它用電裝置；交流輸入單元A分配交流電源的電路設有保護、測量裝置。

作為優選的技術方案，充電模塊或充電模塊組B，將交流電源變換為直流電源，充電模塊的變換參數受控制單元D控制，一個充電單元包含若干個所述的充電模塊或充電模塊組B，所述充電模塊組由若干個充電模塊組成，同一組的充電模塊在通信協議內有一個共同的地址段，以便於其它裝置在通信中對其的識別。

作為優選的技術方案，所述直流配電單元C，將充電模塊或充電模塊組B輸 出的直流電分配到充電槍，所述的直流分配電路，設有保護、測量和控制裝置，直流電分配到的充電槍；

所述直流配電單元C，含有直流環路的第1連接點A和第2連接點B，以及可分合裝置C、D，用於將本充電單元與組成充電系統的其它充電單元連接成為直流環路。

作為優選的技術方案，所述的控制單元D，包含人機互操作裝置、主控板、絕緣檢測裝置、通信裝置，控制單元D的主控板從人機互操作裝置以及通過通信裝置從上位機取得信息，與絕緣檢測裝置、交流輸入單元A和直流配電單元C的智能裝置通信，與充電單元的交流輸入單元A和已經與電動汽車相連接的直流配電單元C的檢測裝置連接進行採樣，根據通信和採樣取得的信息，進行信息處理，輸出控制信號，控制交流輸入單元A和直流配電單元C的可控制裝置，完成與電動汽車的導引過程。

作為優選的技術方案，所述的人機互操作裝置，包括讀卡器、電子操作屏等。所述電子操作屏，作為優選的技術方案，採用觸控螢幕，既可以輸入信息，也可以通過顯示輸出信息。

作為優選的技術方案，所述的絕緣檢測裝置，用於直流配電單元C的正負極母線對地的絕緣檢測，所述的通信裝置用於控制單元與上位機的通信。

作為優選的技術方案，所述的可控制裝置，包括交流接觸器和直流接觸器、繼電器。

作為優選的技術方案，所述的通信總線E，用於直流環路充電系統內智能單 元的通信。

作為優選的技術方案，所述的充電單元所在的櫃體F，用於安裝構成充電單元的所有裝置。

作為優選的技術方案，所述直流環路連接方式，是在充電單元的直流配電單元C內，在充電模塊或充電模塊組B輸出與充電槍之間的正負電路上，都分別設有第一連接點A和第二連接點B,作為直流環路連接的公共連接點；公共連接點設在模塊或模塊組B輸出與直流配電單元C內的充電單元的電流檢測裝置之間，所述電流檢測裝置可檢測流出充電單元的總電流，包括從其它充電單元經過直流環路送來的電流，所述的電流檢測裝置，包括分流器或霍爾傳感器。

作為優選的技術方案，所述的電動汽車充電系統包含一個1到N個充電單元；直流環路的連接方式，採用第1充電單元的第一連接點A1連接所述充電單元的可分合裝置C1的第1連接點T1，可分合裝置C1的第2連接點T2與第2充電單元的可分合裝置D1的第1連接點T1相連,所述分合裝置D1的第2連接點T2與第2充電單元的第2連接點B2相連，第2連接單元的第1連接點A2與所述充電單元的可分合裝置C2的第1連接點T1相連，所述的可分合裝置C2的第2連接點T2與下一個充電單元的第2連接點B相連，如此循環，直到第N充電單元；第N充電單元的第2連接點BN與第N-1充電單元的可分合裝置C(N-1)的第2連接點T2連接，第N單元的第1連接點AN與所述的充電單元的可分合裝置CN的第1連接點T1相連，所述的可分合裝置CN的第2連接點T2與第1充電單元的第2連接點B1相連，從第1充電單元到第N充電單元的第1連接點、 第2連接點、可分合裝置C的首尾相連所構成的電路為直流環路。

作為優選的技術方案，所述的第N個充電單元，N的最小數量為3。

作為優選的技術方案，所述所述的可分合裝置C，具有兩個連接端子T1和T2，在兩個連接端子之間，是一個可以閉合和斷開的觸點，其閉合或斷開受控制單元D的控制，接觸器可用作所述的可分合裝置；所述的第1連接點A和第2連接點B，既是指充電單元直流正極母線上的連接點，也指負極母線的連接點，所述的可分合裝置C，既在正極母線上連接，也在負極母線上連接。

作為優選的技術方案，所述的電動汽車充電系統包含若干個充電單元，從第1個到第N個；所述的直流環路的連接方式採用第1充電單元的第一連接點A1連接所述充電單元的可分合裝置C1的第1連接點T1，所述可分合裝置C1的第2連接點T2與第2充電單元的可分合裝置D2的第1連接點T1相連，所述的分合裝置D2的第2連接點T2，與第2充電單元的第2連接點B2相連；第2充電單元的第1連接點A2與所述充電單元的可分合裝置C2的第1連接點T1相連，所述的可分合裝置C2的第2連接點T2與下一個充電單元的可分合裝置D的第1連接點T1相連，所述的可分合裝置D的第2連接點T2與所述的充電單元第2連接點B相連；如此循環，直到第N充電單元；第N充電單元的第2連接點B與第N充電單元的可分合裝置DN的第2連接點T2相連，所述的可分合裝置DN的第1連接點T1，與第N-1充電單元的可分合裝置C(N-1)的第2連接點T2連接，第N單元的第1連接點AN與所述的充電單元的可分合裝置CN的第1連接點T1相連，所述的可分合裝置CN的第2連接點T2與第1充電單元的可合分 裝置D1的第1連接點T1相連，所述的可合分裝置D1的第2連接點T2，與第1充電單元的第2連接點B1相連。所述從第1充電單元到第N充電單元的第1連接點、第2連接點、可分合裝置C、可分合裝置D的首尾相連所構成的電路就是直流環路。

作為優選的技術方案，所述所述的第N個充電單元，N的最小數量為3，可分合裝置C、D使用接觸器；第1連接點A和第2連接點B，既是指充電單元直流正極母線上的連接點，也指負極母線的連接點，所述的可分合裝置C、D，分別在正極母線、負極母線上連接；每個被所述連接方式連接的充電單元的充電模塊或充電模塊組B，均可以通過所述的直流環路輸出功率到其它充電單元。

作為優選的技術方案，直流環路所連接的可分合裝置C、D，既可以連接在直流環路的正極母線和負極母線，也可以僅連接在正極母線或負極母線；

作為優選的技術方案，所述的可分合裝置連接在正極母線，第1到第N充電單元所連接的直流環路，正極母線由第1到第N充電單元的第一連接點A、第二連接點B、可分合裝置C、D的連接構成；負極母線上，第1充電單元的負極第1連接點A1，與第2充電單元的第2連接點B2連接，第2充電單元的第1連接點A2，與下一個充電單元的第2連接點B相連，如此循環，直到第N充電單元的第2連接點BN，與第N-1充電單元的第1連接點A(N-1)連接，第N充電單元的第1連接點AN，與第1充電單元的第2連接點B1連接。所述從第1充電單元到第N充電單元，正極母線上所述的充電單元的第1連接點、第2連接點、可分合裝置C、D的首尾相連，負極母線上所述的充電單元的第1連接點、第2 連接點首尾相連所構成的電路也是直流環路。

作為優選的技術方案，所述的可分合裝置連接在負極母線，第1到第N充電單元所連接的直流環路，負極母線由第1到第N充電單元的第一連接點A、第二連接點B、可分合裝置C、D的連接構成；正極母線上，第1充電單元的負極第1連接點A1，與第2充電單元的第2連接點B2連接，第2充電單元的第1連接點A2，與下一個充電單元的第2連接點B相連，如此循環，直到第N充電單元的第2連接點BN，與第N-1充電單元的第1連接點A(N-1)連接，第N充電單元的第1連接點AN，與第1充電單元的第2連接點B1連接。所述從第1充電單元到第N充電單元，負極母線上所述的充電單元的第1連接點、第2連接點、可分合裝置C、D的首尾相連，正極母線上所述的充電單元的第1連接點、第2連接點首尾相連所構成的電路也是直流環路。

作為優選的技術方案，所有充電單元採用一個共同的控制單元D，統一控制所有充電單元；或者每一個充電單元採用單獨的控制單元D。

作為優選的技術方案，採用單獨控制的控制單元D，其中一個預先設置為承擔所有控制單元的總協調功能，總協調功能用於完成超出各充電單元控制任務之外的任務，接收所有控制單元的信息，根據充電的工作狀態及各充電單元的充電要求，發布控制指令，控制各充電單元輸出功率，控制直流環路可分合裝置的分合，控制充電單元的充電引導指示。

作為優選的技術方案，採用獨立的總協調裝置承擔總協調功能；所述的總協調裝置連接在通信總線E上，具有智能功能，可與所有控制單元D通信，獲 取各充電單元的充電信息，對信息進行處理，輸出控制指令。

作為優選的技術方案，用於直流環路充電系統通信的通信總線E，是直流環路充電系統中的所有單元內的所有充電模塊或模塊組B和控制單元D使用的統一的公共通信總線，所述的充電模塊或通信模塊組B和控制單元D與通信總線採用固定的連接，共享同一公共的物理連接。

作為優選的技術方案，所述充電系統的所有充電單元的充電模塊或充電模塊組之間、充電模塊與充電模塊組B與控制單元D之間的通信，其通信總線所運行的通信協議上，在裝置的地址欄位中，設有充電模塊組組號欄位，以便於多個充電模塊組成一組進行控制。

作為優選的技術方案，所述的充電單元，設有優先充電引導指示裝置，引導電動汽車按照所指示的可充電單元依次進行充電，提高直流環路充電系統的充電利用率，指示裝置受控制單元控制。作為優選的技術方案，優先指示裝置可以採用燈光指示也可以採用聲音指示，或同時採用燈光和聲音知識。而採用燈光指示，作為優選的技術方案，可以採用間斷閃爍的方式。

作為優選的技術方案，一個或者一個以上的充電單元安裝於一個櫃體F中，組成一體式結構。

作為優選的技術方案，一個以上的充電單元的交流部分和充電模塊放置在一個櫃體中，直流部分、控制單元放置在另一個櫃體中，作為充電終端單獨安裝，組成一個分體式結構。

作為優選的技術方案，構成充電系統的每一個充電單元，輸出的充電槍的 數量配置1把以上，配置若干把充電槍的充電單元，充電槍的輸出受控制單元D控制，多把充電槍採用輪流工作的方式，共享充電單元的輸出功率。

本發明的有益效果是：本發明通過採用直流環路的連接方式，把多個獨立的充電單元連接起來，使任何一個充電單元，都可以從與其連接的其它充電單元中取得充電功率，充電模塊得以充分利用；同時由於充電模塊分散在不同的充電單元中，散熱問題被分散解決；更為重要的是，充電單元可以標準化，採用標準化的充電單元的組合滿足不同的充電需要，避免定製所帶來的問題。

附圖說明

為了更清楚地說明本發明的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對於本領域普通技術人員來說，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其它的附圖。

圖1為本發明的原理方框圖；

圖2為本發明的實施例的原理圖。

具體實施方式

本說明書中公開的所有特徵，或公開的所有方法或過程中的步驟，除了互相排斥的特徵和/或步驟以外，均可以以任何方式組合。

本說明書(包括任何附加權利要求、摘要和附圖)中公開的任一特徵，除非特別敘述，均可被其他等效或具有類似目的的替代特徵加以替換。即，除非特別敘述，每個特徵只是一系列等效或類似特徵中的一個例子而已。

本實施例中,如圖1和圖2所示，總共設置了4個充電單元，2個充電單元共用1個櫃體，4個充電單元2個櫃體。將4個充電單元採用直流環路的連接方式組成的一個直流環路充電系統。每一個櫃體內的充電單元共用交流輸入單元。

每一個充電單元，均包括交流輸入單元、充電模塊組、直流配電單元、控制單元、通信總線、直流環路。

其中，交流輸入部分，配置斷路器及功率線路將交流電源分配給充電模塊及輔助電路。對於本領域普通技術人員來說，在不付出創造性勞動的前提下，都可以在交流輸入單元配置浪湧保護器、電度表。

每個充電單元配置2個充電模塊為一組，充電模塊受控制單元控制。

直流配電單元配置了接觸器、分流器、充電槍、直流電度表。

直流配電單元中，設置直流環路連接點，4個充電單元的正負極母線通過環路連接點、接觸器的首尾相連構成直流環路。

本實施例中，直流環路連接點的位置，選在充電模塊直流輸出與分流器之間，分流器可以檢測所有通過充電單元的電流。

本實施例中，直流環路充電系統中的所有的4個充電單元內，所有充電模塊和控制單元使用統一的公共通信總線，以便實現不同的控制單元，與不同的充電模塊組之間的通信，充電模塊和控制單元與總線都採用固定連接，不通過繼電器切換。

在充電模塊與控制器的通信協議中，設有充電模塊組組號欄位，以便於多個充電模塊組成一組進行控制，通信總線上的控制單元通過組號就可以便捷控 制整組充電模塊，通信效率大為提高。

控制單元的信號迴路通過輸出連接點與充電槍連接，通過充電槍與電動車連接，控制單元通過充電槍與電動汽車進行交互控制，以及信息通信，從而根據電動汽車的要求，控制充電模塊及直流輸出部分的其它裝置，根據與電動汽車的充電協議約定的標準及程序，實現電動汽車的充電功能。

本實施例中，安裝在一個充電櫃內的兩個控制單元，共用一個觸控螢幕，而每個控制單元，含有獨立的讀卡器、主控板、絕緣檢測裝置。設定第1充電單元的控制單元為總協調控制單元，協調控制所有控制單元。

本實施例中，各充電單元採用指示燈閃爍的形式，作為優先充電引導指示，按照所指示的可充電單元依次進行充電，直流環路充電系統的充電能力利用率最高，每一次充電的可充電功率最大，指示裝置受控制單元控制。

本實施例中，充電模塊每個為15kw，一組充電模塊的功率為30kw。每個充電單元的充電功率為30kw，4個充電單元總充電功率為120kw。

本實例中，每一個充電槍，可輸出功率為：30kw、60kw、90kw、120kw四種功率，通過直流環路，每一個充電單元可以取相鄰兩個方向上的其它充電單元的功率。例如當充電單元2採用本單元的30kw充電模塊功率給接在本單元的電動汽車充電，充電單元1有車來到需要充電，需求功率60kw，充電單元1可以通過直流環路取用充電單元4的充電功率，充電單元4的充電模塊組通過其接觸器閉合後併入充電單元1，充電單元1的控制單元通過公共總線控制充電單元4的充電模塊組，充電單元1輸出達到60kw。

在僅有充電單元2被佔用，且充電功率恰好為本充電單元的30kw，此時充電單元1和充電單元3的優先充電引導指示燈閃爍，指示最優的充電位置。因為如果第二輛來車選擇充電單元4後，如果充電需求只是本充電單元的30kw，則充電單元1和3最大輸出只能為其充電單元的充電功率30kw，都不能增加。但是來車在1或3充電，如果僅使用30kw，則剩餘的兩個充電位置均還可以輸出60kw，最大程度利用充電功率。

本例的總充電功率為120kw，分別配置在兩個充電櫃中，每個柜子的充電總功率為60kw，功率為總功率的一半，這樣將原來120kw充電的集中發熱，分隔為兩個60kw的櫃體處理，難度大大下降。

從本例子可以看到，所有充電櫃都是同一配置，是一個標準櫃，兩套充電櫃構成一個120kw 4槍充電系統，組成一個大模塊，以這兩種標準模塊，可以滿足不同充電站的不同充電功率的需求，以達到充電功率的最有效利用。

相對於「充電堆」或「柔性充電」，其4組充電模塊與4路輸出搭配，總共需要建立4x4x2的切換陣列，需要32個切換器件才能達到任一充電槍都可以輸出120kw的目的。採用直流環路充電方式，只需要8個切換器件即可，切換控制邏輯大為簡化，可靠性大大提高。

其中，交流輸入單元A，將輸入的交流電源分配給充電模塊或模塊組B，以及其它用電裝置；交流輸入單元A分配交流電源的電路設有保護、測量裝置。

充電模塊或充電模塊組B，將交流電源變換為直流電源，充電模塊的變換參數受控制單元D控制，一個充電單元包含若干個所述的充電模塊或充電模塊組B， 所述充電模塊組由若干個充電模塊組成，同一組的充電模塊在通信協議內有一個共同的地址段，以便於其它裝置在通信中對其的識別。

直流配電單元C，將充電模塊或充電模塊組B輸出的直流電分配到充電槍，所述的直流分配電路，設有保護、測量和控制裝置，直流電分配到的充電槍；

直流配電單元C，含有直流環路的第1連接點A和第2連接點B，以及可分合裝置C、D，用於將本充電單元與組成充電系統的其它充電單元連接成為直流環路。

絕緣檢測裝置，用於直流配電單元C的正負極母線對地的絕緣檢測，所述的通信裝置用於控制單元與上位機的通信。

通信總線E，用於直流環路充電系統內智能單元的通信。

本發明的有益效果是：本發明通過採用直流環路的連接方式，把多個獨立的充電系統連接起來，使任何一個單獨系統，都可以從與其連接的其它系統中取得充電功率，這樣所連接在一起的單獨的充電單元構成一個直流環路充電系統，充電模塊得以充分利用，同時由於充電模塊分散在不同的單獨充電系統中，散熱問題被分散解決；更為重要的是，每一個單獨的充電系統都可以標準化，作為一個單獨的模塊構建所需要的充電系統，避免定製所帶來的問題。

以上所述，僅為本發明的具體實施方式，但本發明的保護範圍並不局限於此，任何不經過創造性勞動想到的變化或替換，都應涵蓋在本發明的保護範圍之內。因此，本發明的保護範圍應該以權利要求書所限定的保護範圍為準。