一种可快速扩展型电动汽车柔性直流充电系统技术方案

本发明专利技术提供一种可快速扩展型电动汽车柔性直流充电系统，包括集中式电源柜、多个充电终端；集中式电源柜包括三相交流电输入端、多个用于将三相交流电转换为恒定电压直流电的AC/DC模块、包括两组铜排的直流母排、电源柜管理模组、与直流母排电连接的储能模组；所述的多个充电终端包括DC/DC模块、与DC/DC模块电连接的终端柜管理模块、与DC/DC模块电连接的充电插头。本发明专利技术提供的可快速扩展型电动汽车柔性直流充电系统，采用了类似市电供电网络的电能输送结构，所有充电终端无需考虑输出需求，直接从电源柜直流母排上取电，不但大大节省了大量的继电器阵列成本，也去除了随之而来的大量接线。

A fast expanding flexible DC charging system for electric vehicles

【技术实现步骤摘要】
一种可快速扩展型电动汽车柔性直流充电系统
本专利技术涉及充电桩
，特别是涉及一种可快速扩展型电动汽车柔性直流充电系统。
技术介绍
现有的电动汽车充电设备，按输出能量模式大致可分为直流充电和交流充电两种。而直流充电因为输出功率大，充电速度快，所以在公共充电站、大型公共交通场站、高速公路服务区充电站中，占据了主流位置。直流充电设备，按照目前的主流充电方案，都是采用电源模块(或充电模块)为能量的核心转换元器件。图1所示，为一台典型的一体式直流充电设备的基本原理框图，图1中，虚线以左是充电桩的内部结构部件，虚线以右代表充电设备的用户和需要对其进行充电操作的电动汽车。在这个原理图中，一台直流充电桩最核心的功能如图2所示。图2中，这个核心功能架构里，最重要的部件，就是完成“交流转直流”部分功能的电源模块。它的功能是把三相380V的交流输入电源，转换成按充电桩相关国标规定范围内的直流输出，且电压、电流可根据电动汽车的充电需求(电动汽车和充电桩之间通过符合国标的报文格式进行数据交互通讯)和充电桩的实时状况进行调整，以满足用户的充电需求。目前国内生产电源模块的公司有上百家，基本功能与上述所述基本一致，仅仅是功率大小、额定电压电流、外观尺寸、电器接口类型、外部通讯协议等细节方面稍有不同。对于比较典型的单枪型充电桩(一个直流输出接口)，使用这种充电模块有组建系统便捷、控制逻辑简单、性价比高等优势。但是对于多输出接口的充电系统来说，采用这种充电模块的充电桩(堆)系统，其硬件系统复杂程度和充电控制算法设计就有其难以克服的局限性。以一机双桩带功率自动分配型的充电系统来分析，这种机型的电路原理如图3所示。图3中，功率自动分配的功能需求，通常来自一些大型充电站(如公交场站充电站等)的一种充电需求。如有一台充电桩，它上面装备了10个功率为15KW的电源模块，则这个充电桩最大可以以150KW的直流充电功率输出能量。这台充电桩配置了两把充电枪，对应了两个车位(以下称为A车位(对应的充电输出端口DC1+和DC1-)、B车位(对应的充电输出端口DC2+和DC2-))。首先A车位停下一辆电动汽车(下文简称A车)，开始插入一把充电枪充电，可能会占用到这个充电桩的100KW功率输出；过了一会儿，B车位也停下一辆电动汽车(下文简称B车)，用另一把充电枪开始充电，B车本身的需求功率是100KW，但是目前充电桩能够使用的功率仅剩余50KW(充电桩总功率150KW，A车占用100KW，B车最多只能使用150KW-100KW＝50KW)。当充电进行一段时间后，A车由于接近充满，需求的充电功率也会相应降低，例如降低到50KW；这时充电桩就有了50KW的空闲功率容量，此时充电桩会根据B车的充电需求，将空闲出的功率容量分配给B车。这种把充电桩的功率容量，在多个充电枪(输出接口)之间任意分配的功能，就是功率自动分配。图3中，40代表三相交流输入端口，WB1+、WB1-、WB2+、WB2-代表直流母排(铜线)，且M9～M16对应的用于将交流转为直流的电源模块输出端线汇集到一根线上连接到控制器上，接收控制器的控制。功率自动分配功能，在目前的充电桩上实现，最常用的技术方案都是用直流接触器、ATS(自动转换开关电器)等开关器件，控制各个电源模块(M1～M16)在多把充电枪之间切换。如果模块分为M组，要自动分配给N把充电枪使用，则至少需要2*M*N个直流接触器，而且M需要大于等于N，否则就会出现所有充电枪无法同时工作的情况。如图3中所列，四组电源模块组(第一电源模块组41、第二电源模块组42、第三电源模块组43、第四电源模块组44)，在两把充电枪之间切换。此时，每组电源模块组就要至少4个直流接触器，总计需要16个直流接触器(K1～K16)。如果是4把充电枪，6组电源模块组，就需要采用48个接触器。需要输出的充电枪越多，需要细分的电源模块分组越多，所需要的控制切换用接触器越多，不但占用大量空间，而且接线极其复杂，为售后维护、维修、排查故障带来很大的困难。对于带有功率自动分配功能的直流充电桩内部的元器件的布置和带功率自动分配功能充电桩内部部分实际接线，为完成功率自动分配，需要接入大量直流接触器等器件，出于安全考虑(不同输出接口之间的继电器要求互锁等)，还需要增加专门的监控措施(继电器开关状态监测等电路)。有部分厂家、公司的充电桩产品，采用了开关选择模块；但其本质并未改变，只是把大量的接触器集成在一个电器盒内。这样仅仅是方便了组装(但开关选择模块需要提前制作)，售后维护时出现的故障照样难以排查。以现有的设计原理架构下，充电枪的个数是无法过度扩充的，8个充电枪之间功率自动分配，就足以带来巨大的组装、维护、维修困难了。总结一下，现有的柔性充电(功率自动分配)技术，有以下缺陷和限制：1、控制器件和控制结构，随着充电接口的增加，呈指数趋势增长。这导致参与同一组功率分配的充电接口数量不能太多。2、同时输出的充电接口较多时，其性价比和系统稳定性急剧降低，控制难度大大增加。3、功率自动分配的机型一旦制作完成，想要扩展充电机容量(功率)，或者增加充电接口数量，都需要更改大量接线和控制逻辑。因此，需要提供一种可快速扩展型电动汽车柔性直流充电系统以解决上述技术问题。
技术实现思路
本专利技术主要解决的技术问题是提供一种可快速扩展型电动汽车柔性直流充电系统，根本不需要建立庞大的开关阵列，而是采用了类似市电供电网络的电能输送结构，所有充电终端无需考虑输出需求，直接从电源柜直流母排上取电。不但大大节省了大量的继电器阵列成本，也去除了随之而来的大量接线。系统原理简洁明了、接线方便快捷，组装和售后维护维修难度大大降低。为解决上述技术问题，本专利技术采用的一个技术方案是提供一种可快速扩展型电动汽车柔性直流充电系统，包括集中式电源柜10、多个充电终端20；集中式电源柜10包括三相交流电输入端11、多个用于将三相交流电转换为恒定电压直流电的AC/DC模块12、包括两组铜排的直流母排13、电源柜管理模组14、与直流母排13电连接的储能模组15；所述的多个充电终端20包括DC/DC模块21、与DC/DC模块21电连接的终端柜管理模块22、与DC/DC模块21电连接的充电插头；所述的多个AC/DC模块12并联在三相交流电输入端11和直流母排13之间，电源柜管理模组14电连接AC/DC模块12、储能模组15和终端柜管理模块22；所述的多个充电终端20无法消耗掉的电能储存在储能模组15内，在下次充电需求来临时，先采用储能模组15给充电终端20供电；终端柜管理模块22用于监测DC/DC模块21充电需求并将信号传输给电源柜管理模组14，电源柜管理模组14用于监控AC/DC模块12、储能模组15、DC/DC模块22的工作状态信息，并用于控制AC/DC模块12和储能模组15的工作参数和启动关闭动作。实施例中，优选：所述的可快速扩展型电动汽车柔性直流充电系统进一步包括电能标本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种可快速扩展型电动汽车柔性直流充电系统，其特征在于：/n包括集中式电源柜(10)、多个充电终端(20)；/n集中式电源柜(10)包括三相交流电输入端(11)、多个用于将三相交流电转换为恒定电压直流电的AC/DC模块(12)、包括两组铜排的直流母排(13)、电源柜管理模组(14)、与直流母排(13)电连接的储能模组(15)；/n所述的多个充电终端(20)包括DC/DC模块(21)、与DC/DC模块(21)电连接的终端柜管理模块(22)、与DC/DC模块(21)电连接的充电插头；/n所述的多个AC/DC模块(12)并联在三相交流电输入端11和直流母排(13)之间，电源柜管理模组(14)电连接AC/DC模块(12)、储能模组(15)和终端柜管理模块(22)；/n所述的多个充电终端(20)无法消耗掉的电能储存在储能模组(15)内，在下次充电需求来临时，先采用储能模组(15)给充电终端(20)供电；/n终端柜管理模块(22)用于监测DC/DC模块(21)充电需求并将信号传输给电源柜管理模组(14)，电源柜管理模组(14)用于监控AC/DC模块(12)、储能模组(15)、DC/DC模块(22)的工作状态信息，并用于控制AC/DC模块(12)和储能模组(15)的工作参数和启动关闭动作。/n...

【技术特征摘要】
1.一种可快速扩展型电动汽车柔性直流充电系统，其特征在于：
包括集中式电源柜(10)、多个充电终端(20)；
集中式电源柜(10)包括三相交流电输入端(11)、多个用于将三相交流电转换为恒定电压直流电的AC/DC模块(12)、包括两组铜排的直流母排(13)、电源柜管理模组(14)、与直流母排(13)电连接的储能模组(15)；
所述的多个充电终端(20)包括DC/DC模块(21)、与DC/DC模块(21)电连接的终端柜管理模块(22)、与DC/DC模块(21)电连接的充电插头；
所述的多个AC/DC模块(12)并联在三相交流电输入端11和直流母排(13)之间，电源柜管理模组(14)电连接AC/DC模块(12)、储能模组(15)和终端柜管理模块(22)；
所述的多个充电终端(20)无法消耗掉的电能储存在储能模组(15)内，在下次充电需求来临时，先采用储能模组(15)给充电终端(20)供电；
终端柜管理模块(22)用于监测DC/DC模块(21)充电需求并将信号传输给电源柜管理模组(14)，电源柜管理模组(14)用于监控AC/DC模块(12)、储能模组(15)、DC/DC模块(22)的工作状态信息，并用于控制AC/DC模块(12)和储能模组(15)的工作参数和启动关闭动作。


2.根据权利要求1所述的可快速扩展型电动汽车柔性直流充电系...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘涛，张晓丹，李志民，于维平，周浩洁，柳水莲，
申请(专利权)人：广州东方电科自动化有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44