[发明专利]一种可快速扩展型电动汽车柔性直流充电系统

说明书

本发明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。

技术领域

本发明涉及充电桩技术领域，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。

背景技术

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。