CN112937345A - 一种大功率分体式多枪集成化充电*** - Google Patents

一种大功率分体式多枪集成化充电*** Download PDF

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Abstract

本发明提供一种大功率分体式多枪集成化充电***，包括含有电模块的电源***和充电终端，所述的充电模块采用集成化电路包括左右对称的3H桥电路，所述H桥臂上的12个开关管由12路调制信号控制。控制左边H桥臂与右边相应的H桥臂的调制信号一一对应，同频同相位，控制每个H桥臂中上、下桥臂中的开关的调制信号两两互为反相。本发明中，充电桩内的所有部件采用集成化、模块化，大大简化了充电***结构。克服目前分体式充电***生产繁杂，成本高，运行噪声大，维护难、成本高的不足。

Description

一种大功率分体式多枪集成化充电***
技术领域
本发明涉及汽车充电领域，特别是一种大功率分体式多枪集成化充电***。
背景技术
目前，大功率充电***一般为分体式充电***，即电源***和充电桩(终端)。一个电源***可以带多个充电桩(终端)如图1所示。
目前，市场上的电源***一般设置在一个单独的电源柜中，常见的有由20KW模块组成200∽1000KW的电源***。主要部件有充电模块，监控模块，直流接触器，交流接触器，塑壳空开，散热风扇，电源柜体等，如图2所示，这些模块按照传统思路设计组装。充电模块没有集成，交流输入没有集成，控制及功率分配没有集成，散热方式没有创新。
同样，目前充电终端(充电桩)的拓扑结构如图3所示，分体式充电***中，充电终端是指不含有充电模块、散热***的充电桩。由计量、辅助电源、BMS-PWR1、BMS-PWR2、充电控制板、熔断器、绝缘监测、电子锁驱动、通信模块、充电枪、机柜、线束、显示屏、读卡器、急停按钮等组成。无论设计、选材、组装都是按传统思路做。
总之，目前的分体式充电***具有如下不足：由于没有集成化、没有标准化，且技术没有进步，设计理念没有提升；导致生产繁杂，成本高，运行噪声大，维护难、成本高。
发明内容
本发明针对传统的分体式充电***的不足，提供一种大功率分体式多枪集成化充电***。
本发明为实现以上技术要求而采用的技术方案是：一种大功率分体式多枪集成化充电***，包括含有充电模块的电源***和充电终端，所述的充电模块采用左右对称的三相H桥拓扑，所述H桥臂上的开关管由12路调制信号控制，控制左边H桥臂与右边相应的H桥臂的调制信号一一对应，同频同相位，控制每个H桥臂中上、下桥臂中的开关的调制信号两两互为反相。
进一步的，上述的大功率分体式多枪集成化充电***中：所述的充电模块拓扑电路包括三对H桥臂，每对H桥臂分别对称设置在左右两侧；左右两侧中，每个三相H桥臂的调制信号互差120°。
进一步的，上述的大功率分体式多枪集成化充电***中：充电模块拓扑电路中左右两边的变换器输出整流后并联形成低压输出；左右两边的变换器输出整流后串联形成高压输出。
进一步的，上述的大功率分体式多枪集成化充电***中：采用的是集成充电控制模块；所述的集成充电控制模块将充电桩内部的功能单元集成在一起，形成一个完整的充电控制模块；所述的充电桩内部的功能模块包括计量单元、辅助电源、BMS电源、中间继电器、电子锁驱动单元、充电控制板、通信单元、绝缘监测单元。
进一步的，上述的大功率分体式多枪集成化充电***中：还包括集成功率分配模块。将复杂的功率分配电路模块化，标准化。
进一步的，上述的大功率分体式多枪集成化充电***中：还包括集成交流输入模块，所述的集成交流输入模块有8路输入、输出(三相)，一路单相输入、输出。
进一步的，上述的大功率分体式多枪集成化充电***中：还包括集成终端显示模块，所述的集成终端显示模块将功能单元集成在一起组成一个集成显示模块；所述的功能单元包括带触摸屏的LCD显示屏、读卡器、指示灯、网络接口、4G模块。
本发明中，充电***的部件采用多个集成化、模块化设计思路，克服目前分体式充电***生产繁杂，成本高，运行噪声大，维护难、成本高的不足。
以下将结合附图和实施例，对本发明进行较为详细的说明。
附图说明
附图1为目前常用的分体式充电***拓扑结构图。
附图2为目前常用的分体式充电***电源***结构框图。
附图3为目前分体式充电***充电终端(充电桩)的拓扑结构框图。
附图4为本发明大功率分体式多枪集成化充电***中充电模块DC/DC拓扑图。
附图5为本发明大功率分体式多枪集成化充电***中功率分配示意图。
附图6为图5中功率分配模块结构图。
附图7为本发明大功率分体式多枪集成化充电***中交流输入模块结构图。
附图8为图7中交流输入模块内部每路电路图。
附图9为本发明大功率分体式多枪集成化充电***中散热***结构图。
附图10为本发明大功率分体式多枪集成化充电***中集成充电控制模块图。
附图11为本发明大功率分体式多枪集成化充电***中人工终端集成模块。
附图12为本发明大功率分体式多枪集成化充电***中集成电源***示意图。
附图13为本发明大功率分体式多枪集成化充电***中集成充电终端示意图。
具体实施方式
实施例1，本实施例是一种大功率分体式多枪集成化充电***，它是本申请人根据多年的充电桩研发、生产经验发明的全新的大功率分体式集成化充电***。该大功率分体式多枪集成化充电***的结构拓扑与目前常用的分体式充电***一致，如图1所示。
其中，电源***一般设置在一个单独的电源柜中，常见的有由20KW模块组成200∽1000KW的电源***。主要部件有充电模块，监控模块，直流接触器，交流接触器，塑壳空开，散热风扇，电源柜体等，如图2所示，这些模块按照传统思路设计组装。其中，关键的是充电模块，本实施例中，对充电模块进行了集成。如图4所示：是本实施例的充电模块的新型拓扑电路，它采用新的油冷散热模式，研发大功率60KW(30KW+30KW)充电模块。其拓扑电路入图4所示：充电模块采用包括左右对称的三相H桥变换拓扑电路，H桥臂上的开关由调制信号控制，控制左边H桥臂与右边相应的H桥臂的调制信号一一对应，同频同相位，控制每个H桥臂中上、下桥臂中的开关的调制信号两两互为反相。具体的，本实施例中，充电模块拓扑电路包括三对H桥臂，每对H桥臂分别对称设置在左右两侧；左右两侧中，每组三相H桥臂的调制信号互差120°。左右两边的变换器输出整流后并联形成低压输出；左右两边的变换器输出整流后串联形成高压输出。
如图4所示，本实施例的充电模块左右对称，采用12路调制信号控制，左边六个控制信号与右边六个控制信号一一对应，同频同相位。其中控制每个H桥臂的上桥臂、下桥臂的开关管的调制信号两两互为反相，每个三相H桥臂的调制信号互差120°，左右两边一样。另外，左右两边的变换器输出整流后可以并联(低压输出)，也可以串联(高压输出)。
如图4所示，在整流输出的+400V和-400V母线之间每根桥臂的上桥臂和下桥臂开关设置在中间，右边两个开关MS1和MS2组成第一相桥臂、两个开关MS3和MS4组成第二相桥臂、两个开关MS5和MS6组成第三相桥臂；在左边，同样，两个开关MS7和MS8组成第一相桥臂、两个开关MS9和MS10组成第二相桥臂、两个开关MS11和MS12组成第三相桥臂；每个开关上还并联了一个电容，如开关MS上并联有电容C1，每根臂中间接隔离变压器，右边分别有隔离变压器TR1、TR2、TR3的铁芯是从一块铁芯上伸出的如E字形状，左边隔离变压器TR4、TR5、TR6也是一样，每一原边线圈与地之间还串联有电感、电容，如隔离变压器TR1原边线圈串联有电感LR 1、电容CR1，隔离变压器TR2原边线圈串联有电感LR2、电容CR2，┄隔离变压器TR6原边线圈串联有电感LR6、电容CR6。在+400V与-400V的母线之间设置有二极管，两个二极管串联，二极管的P向着-400V的母线。
本实施例中，上述拓扑电路每个桥臂可以输出10KW(单管)，六路总功率60KW，电压范围300-1000VDC。电流180A(低压)到60A(高压)；分段恒功率输出。
本实施例中，电源柜控制与功率分配集成是重要控制内容，电源柜控制及功率分配是电源柜的核心部件之一，完成与充电终端的通信联系，控制模块的输出电压、电流。功率分配是根据充电电流需求将充电模块的输出分配给对应的充电终端。随着电源柜功率的增大，充电终端数量的增加，功率分配难度大幅增加。使其算法及与之配套的直流接触器阵列非常复杂。为此本发明将这部分简化、集成、模块化。以4桩八枪480KW的充电***为例，最优配置有要求：如图5和图6所示，充电枪数量与模块数量(或者模块组)一致，充电终端数量为充电模块(或者模块组)数量的一半。则电源***功率分配模块数量等于充电模块数量减一。本实施例中，将功率分配方案简化、实用化。有两个充电枪的功率60KW+60KW。即这两个充电枪工作时只有2个60KW的充电模块为其供电；其余六个充电枪的功率为60KW+60KW+60KW。也就是说这六个充电枪工作时可以有3个60KW的充电模块为其供电。按照这个方案的功率分配模块电路图如下图6。J1-J6直流接触器闭合后，输出功率180KW，J3-J6直流接触器闭合后，输出功率120KW。
本实施例中，电源柜交流输入集成模块是将大功率接触器，塑壳空开分解为与充电模块对应的多路输入，集成并模块化。可以做到小型化，可控化，标准化。如图7和图8所示。交流输入集成模块如图7所示。A、B、C、N、G为三相五线制市电输入端。ab c为每个充电模块的三相交流输入。本例中有8个充电模块，所以交流输入集成模块有8路输出。每一路输出对应的内部电路如下图8所示。控制接口为充电控制模块发来的控制信号，控制每个充电模块的开启，关闭等。
本实施例中，电源***中具有散热***，电源柜散热集成模块如图9所示，组成完整的散热模组，可以根据需求增减冷凝器，改变散热功率。集成散热模组。图中冷凝器是用于散热，闸阀用于开通或关闭散热油路的，油泵用于将充电模块内部的热油抽出并送到冷凝器中散热。冷油送回到充电模块内部，储油箱是补充导热油的损失及泄放油路的压力(热胀冷缩)。风扇是将冷凝器散出的热量吹出到机柜外部。
本实施例中，充电终端如图10所示，是一种充电终端集成充电控制模块，将计量单元，通信单元，辅助电源，充电控制板，BMS电源，绝缘监测，电子锁驱动等集成化、模块化形成充电控制模块。本实施例中，集成充电控制模块是将充电桩内部的计量元件、辅助电源、中间继电器、BMS电源，电子锁驱动，充电控制板，通信模块，绝缘监测等功能模块集成在一起，形成一个完整的充电控制模块。形成一个标准的充电控制模块。
本实施例中，对充电终端人工界面集成，如图11所示，集成显示模块如图11所示。将带触摸屏的LCD显示屏，读卡器，指示灯，网络接口，4G模块几个功能单元集成在一起组成一个集成显示模块。集成模块化后的电源***，如图12所示，模块化之后电源***变得非常简单，扩展也非常方便。集成模块化充电终端如图13所示，充电控制标准化，集成化，生产及维护简单、方便、低成本。

Claims (7)

1.一种大功率分体式多枪集成化充电***，包括含有充电模块的电源***和充电终端，其特征在于：所述的充电模块包括H桥电路、隔离变压器、整流输出电路；所述的H桥电路包括左右对称的H桥臂，所述H桥上的开关管由调制信号控制，控制左边H桥臂与右边相应的H桥臂的调制信号一一对应，同频同相位，控制每个H桥臂中上、下桥臂中的开关管的调制信号两两互为反相。
2.根据权利要求1所述的大功率分体式多枪集成化充电***，其特征在于：所述的充电模块包括两对三相H桥臂，每对H桥臂分别对称设置在左右两侧；左右两侧中，每个三相H桥的每个桥臂的调制信号互差120°。
3.根据权利要求2所述的大功率分体式多枪集成化充电***，其特征在于：充电模块拓扑结构中左右两边的变换器输出整流后并联形成低压输出；左右两边的变换器输出整流后串联形成高压输出。
4.根据权利要求1或2或3所述的大功率分体式多枪集成化充电***，其特征在于：采用的是集成充电控制模块；所述的集成充电控制模块将充电桩内部的功能模块集成在一起，形成一个完整的充电控制模块；所述的充电桩内部的功能模块包括计量单元、辅助电源、BMS电源、中间继电器、电子锁驱动单元、充电控制板、通信单元、绝缘监测单元。
5.根据权利要求1或2或3所述的大功率分体式多枪集成化充电***，其特征在于：还包括集成功率分配模块。
6.根据权利要求1或2或3所述的大功率分体式多枪集成化充电***，其特征在于：还包括集成交流输入模块，所述的集成交流输入模块有8路输入、输出；另外带一路单相输出。
7.根据权利要求1或2或3所述的大功率分体式多枪集成化充电***，其特征在于：还包括集成终端显示模块，所述的集成终端显示模块将功能单元集成在一起组成一个集成显示模块；所述的功能单元包括带触摸屏的LCD显示屏、读卡器、指示灯、网络接口、4G模块。
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