阅读说明：本技术 一种高压直流充电系统 (High-voltage direct-current charging system ) 是由 季全亮 王国村 于 2019-11-01 设计创作，主要内容包括：本发明适用于充电设备技术领域,提供了一种高压直流充电系统,包括充电单元、电量分配调控单元和充电管理单元；充电单元包括直流操作终端和充电模块,充电模块包括与高压电连接的多磁路变压器,多磁路变压器通过整流器连接若干个DC/DC变换器,每个DC/DC变换器均对应连接一个直流操作终端。借此,本发明结构简单,充电效率高,生产成本低,环境适应性强,能够满足多标准、多车型的充电需求,且充电过程中的可靠性高。(The invention is suitable for the technical field of charging equipment, and provides a high-voltage direct-current charging system which comprises a charging unit, an electric quantity distribution regulation and control unit and a charging management unit; the charging unit comprises a direct current operating terminal and a charging module, the charging module comprises a multi-magnetic circuit transformer electrically connected with high voltage, the multi-magnetic circuit transformer is connected with a plurality of DC/DC converters through a rectifier, and each DC/DC converter is correspondingly connected with one direct current operating terminal. Therefore, the charging device is simple in structure, high in charging efficiency, low in production cost, strong in environmental adaptability, capable of meeting the charging requirements of multiple standards and multiple vehicle types, and high in reliability in the charging process.)

一种高压直流充电系统

技术领域

本发明涉及充电设备技术领域，尤其涉及一种高压直流充电系统。

背景技术

中国作为全球最大的新能源汽车市场，计划在2020年推广500万辆新能源汽车，并计划建设480万个充电桩与之配套，随着我国新能源汽车应用的快速增长，新能源汽车充电设施的建设已成为当下迫在眉睫的需求。

随着新能源车辆的普及，以及车辆电池容量的增大，越来越多的车主及运营商开始倾向于一种快速的充电模式，大功率直流充电桩势必成为主流。

传统充电桩/站的建设，通常以箱变和充电桩作为两大主要组成部分，因此在充电站建设时，随着充电桩数量的增多与用电需求的增大，不可避免地涉及到电力增容与变压器的购置。

另外，传统充电站/桩的建设存在如下问题：

1、投资成本高：传统的充电站建设，站内设施繁杂，包括户外箱变、充电桩、电缆、开关及其他辅材等，建设过程中，不仅需要对这些设备本身进行投资，还需涵盖设备安装、联调、施工等步骤，整体投入高昂。

2、运行效率低：由于站内设施复杂，环节多，充电桩、箱变、线缆等整体损耗较大，整个场站综合效率较低，效率约为91～92％。

3、故障率高：充电站/桩多为户外使用环境，由于户外环境恶劣，温度变化范围较大，且凝露、盐雾、灰尘等现象较多，大多数充电桩采用的是风冷模块，灰尘堆积现象较为严重，通常2年后就会出现故障，导致后期运营维护成本很高。

综上可知，现有技术在实际使用上显然存在不便与缺陷，所以有必要加以改进。

发明内容

针对上述的缺陷，本发明的目的在于提供一种高压直流充电系统，其结构简单，充电效率高，生产成本低，环境适应性强，能够满足多标准、多车型的充电需求，且充电过程中的可靠性高。

为了实现上述目的，本发明提供一种高压直流充电系统，包括充电单元、电量分配调控单元和充电管理单元；

所述充电单元包括直流操作终端和充电模块，所述充电模块包括与高压电连接的多磁路变压器，所述多磁路变压器通过整流器连接若干个DC/DC变换器，每个所述DC/DC变换器均对应连接一个直流操作终端；

所述电量分配调控单元包括设置在所述直流操作终端上的启停监测器，还包括充电功率计算器和电量调控器；

所述充电管理单元包括设置在所述直流操作终端上的数据采集器，还包括数据库管理器和数据处理器。

根据本发明的一种高压直流充电系统，所述高压电为10KV交流电。

根据本发明的一种高压直流充电系统，所述多磁路变压器的电容量为630KVA。

根据本发明的一种高压直流充电系统，所述DC/DC变换器采用BUCK电路，对所述多磁路变压器传递的电源进行降压处理。

根据本发明的一种高压直流充电系统，所述DC/DC变换器的数量为24台，每台DC/DC变换器输出的电容量为30KW。

根据本发明的一种高压直流充电系统，高压直流充电系统的直流电压输出范围为50～1000VDC。

根据本发明的一种高压直流充电系统，所述充电模块设置在充电箱的内部，所述直流操作终端镶嵌在所述充电箱外壁上。

根据本发明的一种高压直流充电系统，所述直流操作终端包括显示屏、刷卡槽、急停按钮和充电插座。

根据本发明的一种高压直流充电系统，本发明还提供一种对高压直流充电系统进行电量分配调控的方法，包括如下步骤：

A1使用所述启停监测器统计每个所述直流操作终端的工作和关闭情况，并将工作中的所述直流操作终端的数量传输给所述充电功率计算器；

A2所述充电功率计算器对工作中的所述直流操作终端的数量以及总用电负荷进行统计，并判断总用电负荷是否超过所述多磁路变压器的容量值，并将判断结果传输给所述电量调控器；

A3当总用电负荷没有超过所述多磁路变压器的容量值时，电量调控器按正常分配每个所述直流操作终端的输出功率；当总用电负荷超过所述多磁路变压器的容量值时，所述电量调控器按照总用电负荷的超出量，按一定比例降低每个所述直流操作终端的输出功率。

根据本发明的一种高压直流充电系统，本发明还提供一种对高压直流充电系统进行充电管理的方法，包括如下步骤：

B1所述数据采集器对所述直流操作终端上的交易费用信息、工作和关闭情况、电价等信息，所述多磁路变压器、整流器、DC/DC变换器的工作情况等信息进行采集，并将采集的数据传输给所述数据库管理器；

B2所述数据处理器对采集的数据进行分类处理和统计，并将分类处理结果传输给所述数据库管理器；

B3所述数据库管理器对各项数据进行分析，实现对所述多磁路变压器、整流器、DC/DC变换器等设备的实时工作状态进行监测，并对故障设备发出警示。

本发明的目的在于提供一种高压直流充电系统，通过设置充电单元、电量分配调控单元和充电管理单元；充电单元包括直流操作终端和充电模块，充电模块包括与高压电连接的多磁路变压器，多磁路变压器通过整流器连接若干个DC/DC变换器，每个DC/DC变换器均对应连接一个直流操作终端；多磁路变压器能够省去一级PFC整流电路的损耗；DC/DC变换器采用BUCK电路模式，省去LLC电路的损耗；通过多磁路变压器和DC/DC变换器的设置使本发明的高压直流充电系统模块化、标准化，结构简单，故障率低，供电效率高；电量分配调控单元能够对电量进行有序分配和综合调控，充电管理单元能够对直流充电系统进行充电管理，提高本发明系统充电的稳定性，安全性和高效性，使用户充电更加高效、便利。综上所述，本发明的有益效果是：系统结构简单，充电效率高，生产成本低，环境适应性强，能够满足多标准、多车型的充电需求，且充电过程中的可靠性高。

附图说明

图1是本发明高压直流充电原理图；

图2是本发明充电箱正视结构示意图；

图3是本发明充电箱纵切面结构示意图；

在图中，1-直流操作终端，2-充电模块，3-充电箱。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明提供了一种高压直流充电系统，包括充电单元、电量分配调控单元和充电管理单元。

充电单元包括直流操作终端1和充电模块2，充电模块2包括与高压电连接的多磁路变压器，多磁路变压器通过整流器连接若干个DC/DC变换器，每个DC/DC变换器均对应连接一个直流操作终端1。

电量分配调控单元包括设置在直流操作终端1上的启停监测器，还包括充电功率计算器和电量调控器。

充电管理单元包括设置在直流操作终端1上的数据采集器，还包括数据库管理器和数据处理器。

多磁路变压器通过多个磁路传递能量，有效地利用了材料；本发明的多磁路变压器采用直接二极管整流的方式和无源滤波的模式，省去一级PFC整流电路的电损耗，电能传递效率可达98.5％左右，高于传统变压器1个百分点以上。本发明的多磁路变压器的厚度为360～440mm，仅为传统变压器的1/3或1/4，占用空间小；变压器的工作温度为-20～50℃，同等状态下，可降低20℃以上；绕组的电阻能够降低20％，绕组的热损耗降低40％；本发明中，多磁路变压器的电容量为630KVA，高压电为10KV交流电。

DC/DC变换器采用BUCK电路，省去LLC电路的损耗，使本发明的高压直流充电系统的电路形式更加直接，提高供电效率；DC/DC变换器对多磁路变压器的电源进行降压处理，增大电压输出范围，本发明高压直流充电系统的直流电压输出范围为50～1000VDC，可实现恒功率输出，能够满足多标准、多车型的充电需求。本发明中，DC/DC变换器的数量为24台，每台DC/DC变换器输出的电容量为30KW。

充电模块2设置在充电箱3的内部，直流操作终端1镶嵌在充电箱3外壁上，直流操作终端1包括显示屏、刷卡槽、急停按钮、充电插座，用户直接通过操作终端进行刷卡、付费、状态查看等操作。本发明的充电箱3可以为集装箱，也可以为充电板房，本领域技术人员也可以根据实际需要设置其他形式的具有本发明功能的充电箱。

本发明的高压直流充电系统内，组成部件简单，集成度和部署灵活度高，各组件均采用标准化设计，集成于户外式集装箱中，可实现随需扩展、动态成长。系统中设备的降温可采用直冷、水冷、隔离风冷多种方式，系统中的内部元件不与空气直接接触，不易积尘，提高元件对抗盐雾、凝露等户外复杂环境的能力，提高设备运行的稳定性，降低故障率。本发明可同时为24台新能源车辆提供充电服务，每路输出容量为30KW。

本发明共配置多个直流操作终端1，当所有终端同时充电，用电负荷超出多磁路变压器的容量时，需要对电量进行有序分配和综合调控，因此，本发明还提供一种对高压直流充电系统进行电量分配调控的方法，包括如下步骤：

A1使用启停监测器统计每个直流操作终端1的工作和关闭情况，并将工作中的直流操作终端1的数量传输给充电功率计算器；

A2充电功率计算器对工作中的直流操作终端1的数量以及总用电负荷进行统计，并判断总用电负荷是否超过多磁路变压器的容量值，并将判断结果传输给电量调控器；

A3当总用电负荷没有超过多磁路变压器的容量值时，电量调控器按正常分配每个直流操作终端1的输出功率；当总用电负荷超过多磁路变压器的容量值时，电量调控器按照总用电负荷的超出量，按一定比例降低每个直流操作终端1的输出功率。

当然，为了更好的对电量进行有序分配和综合调控，还可以从宏观上调节本发明高压直流充电系统的电量，调节方法如下：

1、在满足充电时间要求的前提下，工作人员可对充电时间进行调整，尽可能使充电集中在电价低谷时段，优先利用低谷电价充电，在减少电网供电压力的同时，也降低用电费用开支。

2、用户可根据实际需要，预约充电开始的具体时刻，选择最优惠电价时段充电，节省充电成本。

3、工作人员根据用户的优先级(出价金额，开卡金额等)，优先级高的用户有权先安排充电，或优先安排大功率充电。

4、根据电网的三相平衡程度，可对负荷相对较小的某一相进行大功率充电，以达到更优的电网平衡。

为了更好的对本发明的高压直流充电系统进行充电管理，本发明还提供了一种充电管理方法，包括如下步骤：

B1数据采集器对直流操作终端1上的交易费用信息、工作和关闭情况、电价等信息，多磁路变压器、整流器、DC/DC变换器的工作情况等信息进行采集，并将采集的数据传输给数据库管理器；

B2数据处理器对采集的数据进行分类处理和统计，并将分类处理结果传输给数据库管理器；

B3数据库管理器对各项数据进行分析，实现对多磁路变压器、整流器、DC/DC变换器等设备的实时工作状态进行监测，并对故障设备发出警示；数据库管理器还能够实现对电价的增降幅度，直流操作终端1的工作状况，充电交易的费用、时间、交易高峰期等信息进行管理输出，并可以制成相应的报表。

本发明的高压直流充电系统的充电管理终端可以设置为电脑终端，方便系统管理人员进行统计分析，查询、管理、打印相关报表，设置模板管理、计划任务等，也可以设置为手机APP软件，方便充电用户实现充电站的查询、导航、充电、预约、移动支付等等全方位的充电服务。

电动汽车的充电过程是电能转移的过程，而非电能消耗的过程，电网与用电终端的变换环节越多，所产生的非电能损耗就会越大，造成电能的浪费。本发明的高压直流充电系统减少了电压变换环节，提高电能转换的效率，本发明高压直流充电系统的整体供电效率可达95％，相较于传统的充电站/桩，提高4～5个百分点。另外，由于本发明高压直流充电系统简化设备种类及电路结构，降低了生产成本，发明人经过统计，相较于现有技术，设备投资可节省30％，施工投资可节省20％。

综上所述，本发明通过设置充电单元、电量分配调控单元和充电管理单元；充电单元包括直流操作终端和充电模块，充电模块包括与高压电连接的多磁路变压器，多磁路变压器通过整流器连接若干个DC/DC变换器，每个DC/DC变换器均对应连接一个直流操作终端；多磁路变压器能够省去一级PFC整流电路的损耗；DC/DC变换器采用BUCK电路模式，省去LLC电路的损耗；通过多磁路变压器和DC/DC变换器的设置使本发明的高压直流充电系统模块化、标准化，结构简单，故障率低，供电效率高；电量分配调控单元能够对电量进行有序分配和综合调控，充电管理单元能够对直流充电系统进行充电管理，提高本发明系统充电的稳定性，安全性和高效性，使用户充电更加高效、便利。综上所述，本发明的有益效果是：系统结构简单，充电效率高，生产成本低，环境适应性强，能够满足多标准、多车型的充电需求，且充电过程中的可靠性高。

当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。