CN210337621U - 一种集成式新型配充一体大功率直流充电堆 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于电动汽车充电桩技术领域，公开了一种集成式新型配充一体大功率直流充电堆，设置有箱体，百叶窗防护门嵌装在所述箱体的上端；带通风格栅的精密空调嵌装在所述箱体的外壁上；轴流风机固定安装在所述箱体的顶部；接水槽焊接在所述箱体的外壁上。所述防护门一侧设置有把手和暗锁，所述箱体表面顶部设置有防尘通风的百叶窗防护门，所述箱体的一侧安装了带有通风格栅的精密空调，所述箱体内部表面设置有一系列LED灯，所述LED灯是防护门控自动开闭，所述箱体内部安装有轴流风机。本实用新型充电堆采用性能良好的材料，将箱体分为各个互不干扰的电气设备密室，并且充分考虑隔热、通风、消防、防护门禁、防水、防尘效果。

Description

一种集成式新型配充一体大功率直流充电堆

技术领域

本实用新型属于电动汽车充电桩技术领域，尤其涉及一种集成式新型配充一体大功率直流充电堆。

背景技术

目前，随着电动汽车产业发展的不断加快，我国的电动汽车保有量越来越高，充电设备作为电动汽车最重要的充电基础设施，是推动电动汽车不断发展的重要保障。随着技术的不断发展，单个终端的充电功率也越来越大，充电时间越来越短，基本解决了充电时间过长的问题，但现有充电设备仍然还有改进的空间。现有的充电设备一是集成度不高，一般将高压配电部分、变压器部分、低压配电部分、充电设备分散布置，占地面积大，且不便于现场施工。二是充电功率分配不灵活，一种充电设备一般只有较窄的充电功率范围，不能灵活地进行功率分配。

综上所述，现有技术存在的问题是：

1、充电装备集成度不高，充电设备分散布置，占地面积大，且不便于现场施工，后期维护也非常困难。

2、充电功率分配不灵活，一种充电设备一般只有较窄的充电功率范围，不同种类的电动汽车对充电功率的需求不同，现有单体充电桩单一的功率配置，不能灵活地进行功率分配，过大造成浪费，过小不能满足快速充电的需求。

解决上述技术问题的难度在于：

现有的充电桩集成度不高，高压配电部分、变压器部分、低压配电部分、充电设备部分通常由不同厂家生产，采购也是分别采购，现场施工也是分别实施。如果需要将几个部分集中起来，要进行***化的设计，特别是能够将不同部分组合隔离的集装箱要专门制造，还要保证电气性能、机械工艺、恒温防潮等要求，具有很大的难度。

另外，现有直流充电模块的输出功率通常为15KW、20KW，而电动大巴车的能接受的充电功率为180KW，家用轿车的充电功率为60KW，这就需要把单个充电模块进行合理调配，避免充电功率浪费。

解决上述技术问题的意义在于：

本实用新型将高压配电、低压输电、充电整流、功率管控等单元集中在一个集装箱内，方便了安装运输，提高了设备运行可靠性。同时，能够实现对720KW功率的统一分配，满足不同电动汽车的充电功率需求，避免充电功率的不足或浪费，降低无功消耗，提高设备利用率。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本实用新型提出了一种集成式新型配充一体大功率直流充电堆，将高压配变、低压整流、充电控制等集中在一个集装箱体内，实现集成化的管理，分布式终端完成充电。

本实用新型是这样实现的，该集成式新型配充一体大功率直流充电堆设置有箱体；

百叶窗防护门，嵌装在所述箱体的上端；

带通风格栅的精密空调，嵌装在所述箱体的外壁上；

轴流风机，固定安装在所述箱体的顶部；

接水槽，焊接在所述箱体的外壁上。

进一步，箱体内部将10千伏变压配电***、380V交流低压控制设备、直流整流充电模块和电动汽车充电控制***等集成在一个箱体内；外部电网电源10KV交流接入高压配电柜，经变压器后输出380V到交流低压控制箱，然后经直流整流充电模块整流后，在电动汽车充电控制***的管理下输出到电动汽车充电终端进行充电服务。

进一步，箱体外部连接有多个电动汽车充电终端，所述箱体内将15KW或20KW或30KW的充电模块集中放置在集成箱体充电模块柜中，充电控制***按照充电终端的功率需求，对充电模块进行功率组合，输出到外部多个充电终端进行充电服务。

进一步，所述箱体的底部固定安装有接地端子，所述箱体的开口处活动安装有防护门，所述防护门上活动安装有把手。

进一步，所述箱体的顶部嵌装有若干LED灯。

所述低压开关装置上安装指示灯、按钮和测量仪；低压开关装置的柜内有安全接地构件，安全接地构件安装有接地标记。

低压开关装置的柜内采用了框架式断路器，电动/手动操作方式，具备远程控制功能。柜内安装有框架式断路器，电流互感器，多功能电表以及防雷装置和温湿度控制器。电容补偿柜采用了无功补偿控制器，电容器，电流互感器，电流表。

所述直流充电控制装置安装有显示测量装置、直流充电装置、参数设置装置、告警装置、通讯装置。一体化直流充电装置(以下简称一体化装置)，系0.38～35kV三相交流50Hz成套直流充电装置。主要用于大型新能源汽车充电站，为直流充电桩提供电力。一体化装置满足GB17467、GBT19826、GB1094.11、GB7251.1、GB3906等标准要求。

本实用新型的优点及积极效果为：

(1)箱体高度集成化，高压配电、变压器、低压配电、分体式直流快速充电产品等多个模块高度集成，占地面积小，便于现场施工，同时充电设备高度模块化，便于设备的更换、维修。

(2)多种手段保障充电设备可靠运行，本发明充电设备配备有线通信、无线4G网络、本地化白名单等机制，保障充电设备在无网络环境下也能随时可靠地为用户提供充电服务。

(3)充电功率灵活可调，变压器总容量为800KVA，充电机整流柜总功率720KW，含6台双枪大功率桩，组成一拖12枪集中充电***，可根据实际需求，智能分配充电功率，单枪可进行60kW到180kW自由功率切换(切换粒度最小为单个充电模块功率、如15KW、20KW等)，还可通过双枪并行同时充电，实现单一终端最大功率360kW快速充电，灵活满足大、中、小型车等多种充电模式和应用场景。

附图说明

图1是本实用新型实施例提供的集成式新型配充一体大功率直流充电桩的结构示意图。

图2是本实用新型实施例提供的箱体的轴流风机的安装结构图。

图3是本实用新型实施例提供的集成式新型配充一体大功率直流充电桩内部结构分布图。

图4是本实用新型实施例提供的集成式新型配充一体大功率直流充电桩电气线路连接图。

图5是本实用新型实施例提供的直流充电***图；

其中：A为：10kV或35kV电网；B为一体化直流充电装置；C为直流充电桩。

图6是本实用新型实施例提供的充电控制原理图。

图中：1、箱体；2、接地端子；3、接水槽；4、防护门；5、把手；6、百叶窗防护门；7、通风格栅；8、LED灯；9、轴流风机。

具体实施方式

为能进一步了解本实用新型的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下。

下面结合附图1至附图6对本实用新型的结构作详细的描述。

该集成式新型配充一体大功率直流充电堆集成了高压配电、变压器、低压配电、分体式直流快速充电模块，整体结构如图3所示，各部分的电路连接如图4所示。本实用新型是满足物流运输方便、现场施工快捷及多台电动汽车同时充电等功能在内的高集成度产品。

本发明实例为800KVA大功率直流充电堆，能够对720KW的功率模块实施调配。

一种集成式新型配充一体大功率直流充电堆的变压器总容量为800KVA，充电机整流柜总功率720KW，含6台双枪大功率桩，组成一拖12枪集中充电***。满足不同电池容量多种多台车同时充电，为大型电动汽车提供及时大功率补电的需求，同时可根据实际需求，智能分配充电功率，灵活满足多种充电场景。

(1)配变与充电***高度一体化集成，结构设计模块化。充电功率总容量720KW，配变800KVA分体6终端12充电枪结构，通过继电装置实现每枪60KW到180KW容量自由切换逻辑，可预设先到优先、均充、时间段管控等控制方式。充电设备采用高度模块化的结构设计，能够通过快速插拔充电模块完成维护配件的更换、维修。

(2)具备本地化存储功能，保障无网络条件下充电功能的正常，通讯配备有线宽带和无线4G，优先使用有线，在无网络条件下通过本地白名单插枪充电，订单记录存储本地，通讯正常时上传订单到充电平台，无通讯时本地可通过以太网口和USB读出本地订单及日志数据。

(3)具备设备运行远程监测功能。支持充电设备运行数据远程传输，将运维数据和业务数据直接传送至管理***，由***后台进行设备运行分析，实现对桩的远程运行状况监控。

产品采用标准集装箱，充分考虑隔热、通风、消防、防护门禁、防水、防尘效果，采用多开防护门4结构。***分为四个部分：高压室、变压器室、低压及整流室、控制室(如图3所示)。集装箱充电装置与外部连接的端子排设在底部支架上，柜体底部开有电缆走线孔，提供用户将现场信号和装置输出信号引入或引出。

箱体1采用标准尺寸集装箱。箱体1采用双层、密封、防腐蚀、隔温结构，内部采用钢板及阻燃绝缘隔板严密分割成高压室、变压器室、低压整流室、控制室，各室防护等级为IP3X。双层的箱体1内层选用冷轧钢板，双层之间有***允许的防火隔温材料。箱体1所有防护门轴采用不锈钢材料制作，防止摩擦部位生锈，箱体1所有锁盒采用户外铝合金锁盒(防水型)。箱体1整体防护等级IP54。箱体1金属构件经过20年内不锈蚀的防腐处理，双层箱体1内层冷轧钢板采用喷砂、热喷锌、喷锌加防腐、喷户外高档聚氨酯面漆防腐处理。金属材料经防腐处理后表面覆盖层有牢固的附着力，并均匀一致。箱体1底架槽钢经过喷砂、喷锌处理后，采用沥青漆重度防腐处理，保证底架20年不生锈。

箱体1密封所采用的密封条是长寿命、高弹性产品，高压和低压的进出线电缆孔采用方便于密封的敲落孔并配有足够数量的密封胶圈。由于采用标准集装箱体1，可以确保在起吊、运输和隧道内搬运、安装时不会变形或损伤；外壳设计有方便钩挂的吊装机构，并保证吊装机构与箱体1重心的协调，不会导致吊装过程中箱变倾斜；设计的外壳形状不易积尘、积水；尽量少用外露紧固件；对穿通外壳的孔，均采取相应的密封措施；外壳防水、防震、防腐、防尘、防电燃。所有防护门4向外开，开启角度大于100°，并设置定位装置。防护门4有密封措施，并装有把手5和暗锁，防护门4的设计尺寸与所装设备的尺寸相配合。设防护门4控自动开闭的照明设施。箱体1顶盖边沿设有接水槽3，防止雨水回流进入箱体1。变压器室采用通风结构，防护门板带有为防尘通风防水百叶窗防护门6。箱体1设专用接地导体，高低压接地贯通，该接地导体上设有与接地网相连接的固定接地端子2，箱体1内部各个隔室接地端子2数量不少于2个，箱体1外部接地端子2数量不少于四个，并有明显的接地标志。接地端子2为直径不小于12mm的钢质螺栓。产品的金属骨架，高压配电装置、低压配电装置和变压器室的金属支架均应有符合技术条件的接地端子2，并与专用接地导体可靠地连接在一起，接地电阻阻值符合标准。

高压计量柜选用HXGN15A-12柜型，高压计量柜内安装有高压熔断器，电流互感器，电压互感器，电度表以及防雷和带电显示装置。

高压出线柜选用HXGN15A-12柜型，采用了真空断路器方案，电动/手动操作方式，具备远程控制功能。高压出线柜内安装了真空断路器，上隔离开关，电流互感器，电流互感器、继电保护装置以及防雷和带电显示装置。

高压进线柜：

(1)进线柜断路器额定电流630A，短路分断能力不低于31.5kA，进线柜配置电流互感器、继电保护以及必要的防雷和带电显示装置。

(2)进线柜集成10KV进线柜、10KV计量柜、10KV出线柜组成。

(3)高压柜铭牌标识清晰。内部安装的高压电器组件均具有耐久而清晰的铭牌，铭牌安装在运行或检修时易于观察的位置。分合闸指示牌清晰可见、易于观察，寿命同柜内开关。

(4)高压柜内、外表面颜色协调一致，柜防护门4上均有明显的带电警示标志。

(5)高压柜标出主回路的线路图，同时注明操作程序和注意事项。信号灯及仪表的装设位置易于观察和安全更换。电缆室的高度满足安装、试验、维修的要求。

(6)高压单元安装带电显示器，其安装位置便于观察。

(7)高压柜具备完善的五防联锁功能(机械联锁)。

(8)操作机构：电动/手动操作。

高压进线柜选用HXGN15A-12柜型，高压进线柜内安装有高压熔断器，电压互感器以及防雷和带电显示装置。

变压器：

变压器选用国内名优品牌纯铜变压器系列SCB干式变压器，参数如下表所示：

变压器室装设可靠的安全隔网防护门4并设闭锁装置，并在隔网防护门4上粘贴有关闭锁装置的操作提示。变压器室防护门4安装轴流风机9，确保温度过高情况下风机自动启动，降低变压器室温度。

变压器采用了树脂浇注干式变压器，无励磁调压，额定电压比10.5kV/0.4kV。变压器高压绕组采用电缆连接至10kV出线柜，低压绕组采用铜排连接到低压出线柜。

低压开关柜：

(1)柜体：柜体能与充电机配合使用，防护等级：IP3X，柜体进行可靠的防锈处理后，使用耐久性喷塑处理。

(2)柜体仪表防护门4上安装指示灯、按钮、测量仪表等元器件，排列整齐、层次分明、便于维修和拆装。

(3)柜内配线

柜内配线采用聚氯乙烯绝缘电线、铜芯，可动部分过渡柔软，并能承受住挠曲而不致疲劳损伤，柜内配线应有相应的线号。电流线采用2.5mm²，电压线采用1.5mm²，其他线采用1.0mm²。计量用电流线采用4mm²，电压线采用2.5mm²。

(4)端子排的设置

端子排距屏顶及地面均不小于200mm，端子排间距不小于150mm。

端子排的设置应使运行、检修、调试方便，考虑了设备与端子排的位置对应。端子排导电部分为铜质，端子的选用根据回路载流量和所接电缆截面确定。

(5)柜内有安全接地构件，连接处可靠接地并有明显接地标记。

(6)低压主进开关

额定电压:400V。

额定频率：50Hz。

(7)出线开关(手动操作)

型额定电压:400V。

额定频率：50Hz。

直流充电控制***：

直流充电***由箱变部分和终端部分组合而成，其中箱变部分由高压部分、电压器、低压部分、中控柜和功率柜(充电模块)组成。终端部分由人机交互触摸屏、读卡器、电能计量模块、通讯模块(TCU)、充电接口、控制模块和桩体组成。箱变具有本地控制和三遥功能，充电桩具有多重保护功能，输入输出具备双重安全保护措施，充电时可实时监测充电电缆的连接状态，连接异常时立即终止充电，确保充电过程中的人身和车辆安全。人性化的界面显示和控制导引功能，让客户方便完成充电过程；对外提供CAN、以太网、GPRS等多种通信接口，与监控中心、运营管理中心实时通信，实时监测充电状态。

监控单元的主要功能是监测充电站输入断路器的状态、直流输出状态，控制充电模块的运行状态、管理风扇运行、监测和控制充电桩与电动汽车中BMS连接、充电和停止充电等状态，支持计费刷卡功能，提供充电工作、报警及历史记录查询。监控单元还能适应充电机各种运行方式，实现恒流限压充电→恒压充电→停止充电的正确充电流程。

触摸屏在充电过程中，充电桩依据蓄电池管理***提供的数据动态调整充电参数，执行相应操作，完成充电过程。触摸屏可以实时显示充电电压、充电电流、SOC、充电时间、计量计费、电池信息等多种信息；在出现故障时显示相应的提示信息；能对应显示充电桩各状态下的相关信息；能显示监控单元输出的其它相关信息；能显示电动汽车的电池信息。

(1)显示测量功能

显示采用真彩高亮触摸屏，实时测量并显示设备的各种信息，包括车、用户信息、充电机输出电压、充电电流、电池电压、已充时间、已充容量SOC；每台模块输出电流等参数及与BMS等通信状态，通过触摸翻阅菜单，查看整个***的运行情况。

(2)充电功能

充电模块：

电动汽车充电模块为交流电压输入，直流电压输出可调的AC-DC模块，模块的特点如下：

输出电压范围宽——200V—750VDC，适用于各种车辆。

恒功率曲线宽——600V 25A～750V 20A，不同电压等级下的车型充电速度更快。

超高的工作温度——满载工作温度高达60℃。

高效率——满载效率高于95.5％，全工作范围高效率，更省电。

超低待机功耗——NXR系列模块待机功耗8W以内。

操作维护简单——电源模块可以实现热插拔，并机自主均流。

通讯功能完善——具有CAN通信接口，可以实现与监控器之间的通讯功能，实现电源模块的远程开、关机，实现电源模块输出电流和输出电压的监测，以及交流输入故障、输出故障和风扇故障等信息的上报。

直流充电机满足GB/T20234-2015《电动汽车传导充电用连接装置》和GB/T27930-2015《电动汽车非车载充电机监控单元与电池管理***通信协议》对充电接口的要求。充电机具有为电动汽车安全自助式充满电的能力，充电机能依据电动汽车BMS提供的数据，动态调整充电参数、执行相应动作，完成充电过程、计量计费功能。充电机具备手动启动、即插即充、定时充电等充电启动模式。

(3)大功率充电功能

本实施例中充电整流模块采用单个20KW模块36个，合计总输出功率720KW，配置了6个充电终端，每个终端2把枪，共计12把枪。按照GB/T27930-2015的规定，单枪最大输出180KW,但不同种类的电动汽车因为所携带电池组容量的不同，以及电池组所处的电量状态，通常接受功率为30～180KW不等。本实施例中，通过直流充电控制***组成的容量继电器切换矩阵，能够将输出功率在20～180KW自由调节(调节粒度20KW)，从而满足大、中、小型电动汽车不同电池电量状态下的充电需求，最大效率的调用充电模块，即使在未来电动汽车提高电池组容量时，也能保证充电桩在大功率快充需求的情况下，不需要更换和升级硬件设备依然能满足市场需求。

(4)安全保护功能

充电控制***及充电终端具备输入过压和欠压保护、输入缺相保护，输出过压保护和过流保护，过温保护，输出反接保护，BMS通信中断保护，绝缘监测等保护功能。充电终端能够判断充电连接器、充电电缆是否正确连接。当充电连接器与电动汽车蓄电池***正确连接后，充电控制***才允许启动充电过程；当充电终端检测到与电动汽车蓄电池***的连接不正常时，立即停止充电，并发出报警信息。

充电控制***能自动识别与车辆的对接，保证在充电插头未***电动汽车时或拔下充电插头时，充电插头不带电。充电控制***具有主动安全保护功能，在BMS出现问题时，能够防止车载蓄电池过充电。

(5)参数设置功能

可通过充电终端触摸屏本地或充电后台信息管理***远程设置充电参数如充电电流、充电电压等，并且在充电过程中，上位机或直流充电机(BMS)可对充电参数进行修改。充电终端触摸屏参数设置采用密码方式允许或禁止操作，增加***的安全性及管理的方便性。

(6)告警功能

充电管理监控***具有各类告警功能，告警值可根据用户需要进行设置。监控***可储存不少于一个月的历史告警记录。每条告警记录包括时间、告警类型等。

(7)通讯功能

充电管理***具备通过CAN网络与BMS通信的功能，用于判断电池类型，获得动力电池***参数、充电前和充电过程中动力电池的状态参数；充电管理***通过工业以太网和4G网络与充电站监控***通信，并且在现场临时断网的情况下可以存储信息，等网络接通后将充电信息自主上传到网络，且自主改造符合用户相关要求，上传充电终端和动力电池的工作状态、工作参数、故障报警等信息，并接受充电站监控***的控制命令，执行遥控动作。

充电管理模块具有对外以太网口，实现了远程通讯，并能提供开放的数据接口，方便接入用户自己的充电运营管理平台，实现充电桩的集中式管理。充电终端可通过SNTP网络对时装置连接进行对时，时间精度为1秒。

(8)急停功能

充电终端具备急停按钮，以便在紧急情况时能够强行终止充电。

(9)充电操作方式

支持多种方式的充电操作，支持电动汽车Vin码、刷卡、扫码等方式进行充电控制。

(10)每一个充电模块的交流输入都有断路器保护。

本实用新型实例外部结构实施：

本实用新型旨在实用新型一种高度集成化、模块化以及功率灵活可调的电动汽车充电设备产品，满足各种大、中、小型车的充电应用场景。

外部箱体1结构原理：

所述箱体1外部设置有接地端子2，所述接地端子2数量不少于四个，所述箱体1顶盖边沿设有接水槽3，所述箱体1中间设置防护门4，所述防护门4向外开且开启角度大于100度，所述防护门4一侧设置有把手5和暗锁，所述箱体1表面顶部设置有防尘通风的百叶窗防护门6，所述箱体1的一侧设置有通风格栅7，所述箱体1内部表面设置有一系列LED灯8，所述LED灯8是防护门4控自动开闭，所述箱体1内部安装有轴流风机9。通过接地端子2与地面连接在一起，雨水沿着箱体1的接水槽3流到地面上，通过把手5和暗锁打开防护门4，LED灯8会自动关闭，当箱体1内部的设备运行时，温度过高情况下轴流风机9自动启动，降低变压器室温度。

以上所述仅是对本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制，凡是依据本实用新型的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改，等同变化与修饰，均属于本实用新型技术方案的范围内。

Claims (5)

1.一种集成式新型配充一体大功率直流充电堆，其特征在于，所述集成式新型配充一体大功率直流充电堆设置有箱体，所述箱体内部安装有依次电连接的高压进线装置、变压器、低压开关装置、直流充电控制装置；

百叶窗防护门，嵌装在所述箱体的上端；

带通风格栅的精密空调，嵌装在所述箱体的外壁上；

轴流风机，固定安装在所述箱体的顶部；

接水槽，焊接在所述箱体的外壁上。

2.如权利要求1所述的集成式新型配充一体大功率直流充电堆，其特征在于，所述箱体的底部固定安装有接地端子，所述箱体的开口处活动安装有防护门，所述防护门上活动安装有把手。

3.如权利要求1所述的集成式新型配充一体大功率直流充电堆，其特征在于，所述箱体的顶部嵌装有若干LED灯。

4.如权利要求1所述的集成式新型配充一体大功率直流充电堆，其特征在于，所述高压进线装置包括进线柜、计量柜和出线柜，所述进线柜、计量柜和出线柜内均安装有电流互感器、继电保护以及防雷和带电显示装置。

5.如权利要求1所述的集成式新型配充一体大功率直流充电堆，其特征在于，所述变压器外侧安装有安全隔网防护门，所述安全隔网防护门上安装有闭锁装置和操作提示装置；所述变压器的防护门上安装轴流风机。

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