一种斩波式充电桩的制作方法

1.本发明涉及充电桩的技术领域，尤其涉及一种斩波式充电桩。


背景技术：

2.随着充电汽车数量不断增多，汽车充电桩在生活中逐渐普及。现有的新能源汽车充电桩多采用逆变电源实现，多组电源并联提供大功率的输出。利用多个逆变电源逆变输出，由于受条件所限制，现时的逆变电源的功率只有20、30、40千瓦，如充电功率需要达到100千瓦时，需使用6个20千瓦、3个40千瓦或4个20千瓦并联组合而成，多组电源并联无法安装安全漏电标准开关。三相交流输入电压通过整流后，通过两个功率元件分别以脉冲方式向变压器的初级两组线圈轮流供电，原端的直流电压转化为交流电压向变压器供电，频率一般在10khz以上，再通过变压器的次级线圈输出，经整流后以直流方式往后供电。由于脉冲电流通过变压器初级线圈时会产生一电压尖峰，形成对控制电路及功率元件的干扰，所以在逆变电路中需在变压器的初级线圈一端通过抗干扰电容接地，从而将干扰信号通过地线消除，同时也形成一个对地的漏电电流。以一个20千瓦的逆变电源为例，其漏电值可达40毫安，所以一个拥有6个20千瓦电源模组的120千瓦快速充电桩，其漏电值高达240毫安，无法安装漏电值30毫安以下的安全漏电开关。在实际例子中，深圳电力公司规定充电桩的漏电开关的漏电值为300毫安。
3.同时，现有充电桩通过并联多个电源模组提高功率，而大部分充电桩单个电源模组的功率为20千瓦，单个电源模组的价格为1200元，制造一个120千瓦的快速充电桩需要6个20千瓦的直流模组，所需费用增加6倍，制造成本较高，故障率比单电源模组故障率高出6倍，若一个充电站，拥有10个120千瓦快速充电桩，电源模组的数量高达60个，故障率偏高。此外，由于使用逆变式电源模组，现有充电桩的输入输出电压固化，如现有的逆变式充电桩的规格包括ac380v转dc750v、ac380转dc500v及ac380转dc1000v三种，若需从500v升级750v或750v升级1000v，需要将充电桩整体更换，方能满足升级的电压要求，成本较大。
4.例如公开号为cn207345518u的实用新型公开了一种带有源滤波功能的交流充电桩，包括刷卡器、充电桩控制器、电表、接触器、逆变模块和充电枪头，充电桩控制器包括充电桩控制单元和逆变模块控制器，充电桩控制单元连接电表，电表通过接触器连接充电枪头，逆变模块控制器通过逆变模块接入接触器和充电枪头之间，电表还连接相线和零线，充电桩控制单元通过电表及刷卡器实现充电桩计费，逆变模块控制器控制逆变模块实现交流充电桩的单位功率因数与低谐波运行。逆变模块控制器使用了双零点比例谐振控制实现了高精度谐波电流控制。该实用新型的交流充电桩具有谐波抑制与无功补偿功能，无需外置有源电力滤波器，且补偿点位于电表后端，降低因为谐波电流而引起的电表计费误差。但该实用新型所提出的充电桩采用逆变模块，存在安全隐患。


技术实现要素：

5.针对现有逆变式充电桩的漏电值较大且充电电压升级成本较高的技术问题，本发
明提出一种斩波式充电桩，成本较低同时漏电电流极少，安全性高。
6.为了达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：一种斩波式充电桩，包括机壳，机壳内设置三相电磁开关、整流斩波式直流模组和真空继电器，三相电磁开关的两端分别与三相电源和整流斩波式直流模组相连接，整流斩波式直流模组与真空继电器相连接，真空继电器与充电枪接口相连接，充电枪接口设置在机壳；所述三相电磁开关、整流斩波式直流模组、真空继电器和充电枪接口均与主控板相连接，主控板分别与宽电压控制电源和无线模块相连接，宽电压控制电源与三相电源相连接，无线模块与云端服务器相连接。
7.优选地，所述真空继电器包括正极真空继电器和负极真空继电器，整流斩波式直流模组的正极输出端与正极真空继电器的输入端子相连接，整流斩波式直流模组的负极输出端与负极真空继电器的输入端子相连接，正极真空继电器的输出端子与充电枪接口的充电正极相连接，负极真空继电器的输出端子与充电枪接口的充电负极相连接；所述正极真空继电器和负极真空继电器的控制端均与主控板相连接。
8.优选地，所述宽电压控制电源通过12v电源线与主控板的电源输入端相连接，主控板的电源输出端通过12v电源线与充电枪接口的电源端相连接，主控板通过can总线与充电枪接口的通信端口相连接，充电枪接口的电源端和通信端口均与充电汽车的电池管理系统相连接。
9.优选地，所述整流斩波式直流模组为三相整流斩波式直流模组或单相整流斩波式直流模组优选地，所述整流斩波式直流模组输入的交流电压为320v-740v，所述整流斩波式直流模组输出的最高直流电压为输入的交流电压的1.35倍。
10.优选地，所述整流斩波式直流模组的输出功率为10k千瓦至400k千瓦。
11.优选地，所述整流斩波式直流模组包括功率控制电路和充电电路，功率控制电路分别与主控板和充电电路相连接。
12.优选地，所述充电电路包括整流器，整流器的输入端与三相电磁开关的输出端相连接，整流器的输出端并联有储能电容，储能电容的正极通过开关元件与电抗的输入端相连接，开关元件与电抗的输入端之间的中点与续流二极管的负极相连接，续流二极管的正极与电容的负极相连接，电抗的输出端与续流二极管的正极之间设有负载；所述开关元件与功率控制电路相连接。
13.本发明所提出的充电桩输出电压范围值较宽，可使用的电压为320v至740v均可的宽电压；三相电力整流斩波式模组的输出电压随输入电压变化，调整输入交流电压可调整输出最高直流的充电电压，不需要更换整个充电桩，容易实现电压升级，大大降低了成本；利用三相电力整流斩波式模组对连接电路中的电流进行处理，利用续流二极管使电抗所储的能量转化为续流电流并消失，不会产生电压尖峰，对地电流小于5毫安，可使用符合安全标准漏电值为5-10毫安漏电开关，漏电电流较小，安全性更高，有效保证使用者的人身安全；同时，三相电力整流斩波式模组内不会产生电压尖峰，单个三相电力整流斩波式模组即可产生较高功率，每个电源功率可达10k千瓦至400k千瓦，无需要多电源并联每个充电枪接口，故障率大大减少。
附图说明
14.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
15.图1为本发明的结构示意图。
16.图2为图1中三相整流斩波式模组的结构示意图。
17.图中，1为三相电磁开关，2为宽电压控制电源，3为主控板，4为充电枪接口，5为整流斩波式直流模组，6为正极真空继电器，7为负极真空继电器，8为上网模块。
具体实施方式
18.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
19.如图1所示，一种斩波式充电桩，包括机壳，机壳内设置三相电磁开关1、整流斩波式直流模组5和真空继电器，整流斩波式直流模组5为三相整流斩波式直流模组，三相电磁开关1的两端分别与三相电源和整流斩波式直流模组5相连接，三相电磁开关1用于三相电源的开启或关闭，控制三相电源与整流斩波式直流模组5之间是否导通。整流斩波式直流模组5与真空继电器相连接，真空继电器与充电枪接口4相连接，真空继电器用于控制整流斩波式直流模组5是否向充电枪接口4提供输出电压。充电枪接口4设置在机壳，用于连接待充电的新能源汽车的充电口，获取新能源汽车的充电信息并向新能源汽车充电。三相电磁开关1、整流斩波式直流模组5、真空继电器和充电枪接口4均与主控板3相连接，主控板3通过控制三相电磁开关1、整流斩波式直流模组5、真空继电器和充电枪接口4控制充电连接电路的通断。主控板3分别与宽电压控制电源2和无线模块8相连接，宽电压控制电源2与三相电源相连接，宽电压控制电源2负责将三相电源输入的线电压的a相和b相转化为12v的控制电压，供主控板3使用。无线模块8与云端服务器相连接，无线模块8为wifi模块或5g通信模块，通过无线模块8上传充电枪接口4的充电信息，同时通过云端服务器遥控主控制板3，控制充电枪接口4充电的启停、功率及异常报警等。
20.如图1所示，真空继电器包括正极真空继电器6和负极真空继电器7，整流斩波式直流模组5的正极输出端与正极真空继电器6的输入端子相连接，整流斩波式直流模组5的负极输出端与负极真空继电器7的输入端子相连接，正极真空继电器6的输出端子与充电枪接口4的充电正极相连接，负极真空继电器7的输出端子与充电枪接口4的充电负极相连接；所述正极真空继电器6和负极真空继电器7的控制端均与主控板3相连接。正极真空继电器6主要用于控制充电枪接口的正极开合，负极真空继电器7主要用于控制充电枪接口的负极开合。
21.如图1所示，宽电压控制电源2通过12v电源线与主控板3的电源输入端相连接，12v电源线包括正极电源线和负极电源线，正极电源线与主控板3的电源输入端的正极相连接，负极电源线与主控板3的电源输入端的负极相连接，从而为主控板3提供电能。主控板3的电
源输出端通过12v电源线与充电枪接口4的电源端相连接，即12v电源线的正极和负极分别与充电枪接口4的电源端的正极和负极相连接，从而将主控板3的12v控制电源传送至充电枪接口4的电源端。主控板3通过can总线与充电枪接口4的通信端口相连接，充电枪接口4的电源端和通信端口均通过充电枪与充电汽车的电池管理系统相连接，通过充电枪接口4的电源端激活电池管理系统bms，通过通信端口读取电池管理系统bms。充电枪接口4内置至少6个接点，实现主控板与充电汽车的电池管理系统的通信、控制电源供给以及充电连接。
22.所述整流斩波式直流模组5输入的交流电压为320v-740v，所述整流斩波式直流模组5输出的最高直流电压为输入的交流电压的1.35倍，整流斩波式直流模组不需设有升压或降压变压器。所述整流斩波式直流模组5的输出功率为10k千瓦至400k千瓦，每个充电枪接口4只连接一个整流斩波式直流模组即可实现，故障率大大减少。
23.如图2所示，整流斩波式直流模组5包括功率控制电路和充电电路，功率控制电路通过通信接口与主控板3相连接，功率控制电路和充电电路相连接，功率控制电路用于调整充电电路中元器件的参数，从而输出不同的电压。所述充电电路包括整流器，整流器的输入端与三相电磁开关1的输出端相连接，整流器的输出端并联有储能电容51，储能电容51的正极通过开关元件52与电抗54的输入端相连接，开关元件52与电抗54的输入端之间的中点与续流二极管的负极相连接，续流二极管的正极与电容51的负极相连接，电抗54的输出端与续流二极管的正极之间设有负载55，负载55的两端分别为整流斩波式直流模组5的正负极输出端；开关元件52均与功率控制电路相连接。
24.整流器为三相整流电路，三相整流电路的输入端通过三相电磁开关1与三相电源相连接。三相电源经三相电磁开关1流入三相整流斩波式直流模组5的三相整流电路后，首先通过三相整流电路整流后，通过储能电容51储能，随后经过开关元件52，以脉冲方式向电抗54供电产生电流i1，频率在10khz至20khz之间；当脉冲处于基极状态时，开关元件关闭，电抗54的输出端通过负载产生续流电流i2，续流电流i2通过续流二极管53回到电抗器的输入端。由于三相整流斩波式直流模组5内设置有续流二极管53，电抗中存储的能量转化为续流电流并消失，三相整流斩波式直流模组5的充电电路内不会产生电压尖峰，因此不需要安装抗干扰电容，且对地的漏电电流极少，一般低于0.5毫安，充电桩安全系数较高。同时，如需增加充电电路中的功率，只需更换或增加电抗、开关元件与续流二极管，无需对功率控制电路进行更换，使三相整流斩波式直流模组5的自身成本不会随所需功率的增大而倍增。
25.三相整流斩波式直流电源模组内部不设有变压器，其输出的最高直流电压与输入的交流电压按一定的比例关联，根据桥式整流直流电学电压公式计算：udc＝1.35uac，其中udc为输出的直流电压，uac为输入的交流电压，1.35是换算函数，即udc/1.35＝uac，所以，当需要最高直流电压为750v时，输入的交流电压为750v除1.35等于555v。当输入的交流电压为740v时，输出的直流电压为740v*1.35=999v。因此当需要调节输出电压时只需调整交流输入电压即可，不会像现时使用逆变电源的充电桩整体更换，方能改变最高输出直流电压，进一步降低了充电桩的成本。
26.控制电路包括宽电压控制电源2、主控板3和上网模块8，三相电磁开关1、整流斩波式直流模组5、正极真空继电器6、负极真空继电器7、宽电压控制电源2和上网模块8均与主控板3相连接，主控板3与充电枪接口4相连接，宽电压控制电源2与三相电源相连接，上网模块8与云端服务器相连接。其中，宽电压控制电源2负责从三相电源处获得输入电压，并将输
入电压转化为控制电压，供主控板3使用，宽电压控制电源2的输入电压可使用320v-740v。主控板3主要用于根据电动汽车bms电池管理系统的控制连接电路最高充电电压、最大充电电流以及正极真空继电器6和负极真空继电器7的断开与闭合。上网模块8主要用于从主控板3处获取充电桩信息并将充电桩信息传输至云端服务器，并将来自云端服务器信息传输至主控板3控制充电的启动与停止功率，在充电桩出现异常情况时，上网模块8向云端服务器上传异常报警信息。
27.当充电枪接口4上的充电枪插入汽车充电口时，汽车的电池管理系统bms通过信号线与主控板3通讯，主控板3通过充电枪接口4接收电池管理系统bms需要的充电电压及电流信息，经处理后，通过无线模块传送至云端服务器，云端服务器发送控制指令给主控板，主控板3通过can总线控制整流斩波式直流模组打开、三相电磁开关关闭以及正极真空继电器6和负极真空继电器7的线圈闭合，主控板3控制最高的充电电压、最大的充电电流使整流斩波式直流模组按照电池管理系统bms的充电电压及电流信息对汽车进行充电。当电池管理系统bms检测汽车的电池电压达到要求时，发出停止充电指令，通过通信线发出控制指令，主控板断开三相电磁开关、整流斩波式直流模组5关闭以及正极真空继电器6和负极真空继电器7断开，停止充电。
28.以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种斩波式充电桩，其特征在于，包括机壳，机壳内设置三相电磁开关（1）、整流斩波式直流模组（5）和真空继电器，三相电磁开关（1）的两端分别与三相电源和整流斩波式直流模组（5）相连接，整流斩波式直流模组（5）与真空继电器相连接，真空继电器与充电枪接口（4）相连接，充电枪接口（4）设置在机壳；所述三相电磁开关（1）、整流斩波式直流模组（5）、真空继电器和充电枪接口（4）均与主控板（3）相连接，主控板（3）分别与宽电压控制电源（2）和无线模块（8）相连接，宽电压控制电源（2）与三相电源相连接，无线模块（8）与云端服务器相连接。2.根据权利要求1所述的斩波式充电桩，其特征在于，所述真空继电器包括正极真空继电器（6）和负极真空继电器（7），整流斩波式直流模组（5）的正极输出端与正极真空继电器（6）的输入端子相连接，整流斩波式直流模组（5）的负极输出端与负极真空继电器（7）的输入端子相连接，正极真空继电器（6）的输出端子与充电枪接口（4）的充电正极相连接，负极真空继电器（7）的输出端子与充电枪接口（4）的充电负极相连接；所述正极真空继电器（6）和负极真空继电器（7）的控制端均与主控板（3）相连接。3.根据权利要求1或2所述的斩波式充电桩，其特征在于，所述宽电压控制电源（2）通过12v电源线与主控板（3）的电源输入端相连接，主控板（3）的电源输出端通过12v电源线与充电枪接口（4）的电源端相连接，主控板（3）通过can总线与充电枪接口（4）的通信端口相连接，充电枪接口（4）的电源端和通信端口均与充电汽车的电池管理系统相连接。4.根据权利要求3所述的斩波式充电桩，其特征在于，所述整流斩波式直流模组（5）为三相整流斩波式直流模组或单相整流斩波式直流模组。5.根据权利要求4所述的斩波式充电桩，其特征在于，所述整流斩波式直流模组（5）输入的交流电压为320v-740v，所述整流斩波式直流模组（5）输出的最高直流电压为输入的交流电压的1.35倍。6.根据权利要求5所述的斩波式充电桩，其特征在于，所述整流斩波式直流模组（5）的输出功率为10k千瓦至400k千瓦。7.根据权利要求5或6所述的斩波式充电桩，其特征在于，所述整流斩波式直流模组（5）包括功率控制电路和充电电路，功率控制电路分别与主控板（3）和充电电路相连接。8.根据权利要求7所述的斩波式充电桩，其特征在于，所述充电电路包括整流器，整流器的输入端与三相电磁开关（1）的输出端相连接，整流器的输出端并联有储能电容（51），储能电容（51）的正极通过开关元件（52）与电抗（54）的输入端相连接，开关元件（52）与电抗（54）的输入端之间的中点与续流二极管（53）的负极相连接，续流二极管（53）的正极与电容（51）的负极相连接，电抗（54）的输出端与续流二极管（53）的正极之间设有负载（55）；所述开关元件（52）与功率控制电路相连接。

技术总结
本发明提出了一种斩波式充电桩，包括机壳，机壳内设置三相电磁开关、整流斩波式直流模组和真空继电器，三相电磁开关的两端分别与三相电源和整流斩波式直流模组相连接，整流斩波式直流模组与真空继电器相连接，真空继电器与充电枪接口相连接，充电枪接口设置在机壳；所述三相电磁开关、整流斩波式直流模组、真空继电器和充电枪接口均与主控板相连接，主控板分别与宽电压控制电源和无线模块相连接，宽电压控制电源与三相电源相连接，无线模块与云端服务器相连接。本发明容易实现电压升级，大大降低了成本；漏电电流较小，安全性更高；单个三相电力整流斩波式直流模组即可产生较高功率，无需要多电源并联每个充电枪接口，故障率大大减少。减少。减少。


技术研发人员：申英强
受保护的技术使用者：何惠平
技术研发日：2023.06.16
技术公布日：2023/8/24