一种具有快慢枪功率调度功能直流充电机的制作方法

本实用新型涉及供电或配电的电路装置或系统，尤其涉及一种电动汽车四枪直流充电机。

背景技术：

目前的国内外的充电桩都是一机一枪或一机双枪，随着各国政府对新能源汽车支持的力度逐渐加大有越来越多的新能源汽车投放市场，提高电动汽车的车桩比都是各国政府需要面对的课题，用较小的社会资源建设出更多的充电桩来提高车桩比才能让更多的新能源车主较好的使用新能源汽车。一机四枪充电桩是其中较好的解决方案。

为了进一步响应社会节能减排的号召，以更经济的投入来建设具备一机四枪充电功能的充电桩，既能对安装在遮雨遮阳棚下的充电桩的前、后、左、右四个车位做很好的覆盖，单一显示界面和刷卡区域也能让车主很方便的对充电桩机进行操作，同时当有闲置充电枪没有被使用时，充电桩内部能自动调拨充电模块的功率，使在线充电枪以最大功率给电动汽车充电，从而提高充电桩的使用效率。

中国专利CN105990883A揭示了一种多枪头大功率直流充电桩系统，其能够解决一个直流充电桩系统带多个充电枪头，可同时对不同电压等级的不同车辆充电的电路拓扑问题。其核心思想是将充电桩系统内部的多个整流模块分组连接(固定)，然后让分组后的整流模块组与组之间自由连接组合，再与不同的充电枪头连接，形成不同功率的几个充电枪，因而可以同时给不同的电动车充电，满足各类电动车对充电桩的要求，满足一桩多用、同时充电的要求。但由于系统没有明确具体的枪头数量，按该专利揭示的技术方案显然需要的直流接触器的数量过多，4枪系统就需要4*3＝12个直流接触器(控制开关)，若是8枪系统需要8*7＝56个直流接触器，过多的直流接触器数量显然会导致“功率分配模块”的控制IO资源增多会大大增控制软件的难度，同时过多的直流接触器数量也会导致直流接触器的成本过高。

中国专利CN105720660A揭示了一种多枪头直流充电桩系统，其包括n个AC-DC电源模块、m个充电枪、微处理器、m*n个接触器，其中n、m为大于等于2的整数；每个AC-DC电源模块(充电模块) 通过m个接触器连接到微处理器，充电枪与电动汽车连接后通过微处理器获得电动汽车的充电参数，微处理器通过控制相应接触器的常开触点导通来通过与该接触器连接的AC-DC电源模块为电动汽车充电。同上面提到的问题一样，过多的直流接触器数量显然会导致“微处理器”的控制IO资源增多会大大增控制软件的难度，同时过多的直流接触器数量也会导致直流接触器的成本过高。

近期兴起的“充电堆”或者“柔性充电”的方式也离不开直流接触器的整列的控制，成本过高一直是挡在全柔性功率调度多枪充电系统的一个难题。

技术实现要素：

为了解决上述技术问题，本实用新型的目的是提供一种降低控制难度、成本低、可实现充电功率灵活调度的四枪直流充电机。

本实用新型所采用的技术方案是：

一种具有快慢枪功率调度功能直流充电机，包括四把充电枪和四组充电模块，四把充电枪包括两把快枪和两把慢枪，四组充电模块包括两组快枪充电模块和两组慢枪充电模块，所述快枪充电模块通过快枪直流母线连接到快枪，所述慢枪充电模块通过慢枪直流母线连接到慢枪，每条直流母线上均设置有母线直流接触器，所述快枪充电模块的输出功率大于或等于慢枪充电模块的输出功率；所述四组直流母线之间连接有用于将各组充电模块调度输出到各把充电枪的功率调度直流接触器，使得快枪输出的充电功率大于慢枪输出的充电功率，所述充电机还包括机柜，所述机柜左侧和/或右侧和/或正面和/或背面设置有一个可外开的防水柜门。

优选的，所述快枪充电模块的输出功率等于慢枪充电模块的输出功率，所述快枪直流母线与快枪直流母线之间、快枪直流母线与慢枪直流母线之间连接有用于将慢枪充电模块调度到快枪输出或将任一快枪充电模块调度到另一快枪输出的功率调度直流接触器。

优选的，所述快枪充电模块的输出功率大于慢枪充电模块的输出功率，所述快枪直流母线与快枪直流母线之间、快枪直流母线与慢枪直流母线之间、慢枪直流母线与慢枪直流母线之间，连接有用于将慢枪充电模块调度到快枪输出或将任一快枪充电模块调度到另一快枪输出或将任一慢枪充电模块调度到另一慢枪输出的功率调度直流接触器。

优选的，所述快枪充电模块的输出功率大于慢枪充电模块的输出功率，所述快枪直流母线与快枪直流母线之间、快枪直流母线与慢枪直流母线之间，连接有用于将慢枪充电模块调度到快枪输出或将任一快枪充电模块调度到另一快枪输出的功率调度直流接触器。

优选的，所述快枪充电模块的输出功率等于慢枪充电模块的输出功率，快枪直流母线与慢枪直流母线之间，连接有用于将慢枪充电模块调度到快枪输出的功率调度直流接触器。

优选的，还包括计费管理单元、监控板和对应于四把充电枪的四个接口板；所述计费管理单元的输出端连接有指示灯和显示屏，所述计费管理单元的输入端连接有读卡器，所述计费管理单元通过CAN总线分别与四个接口板连接；所述接口板均连接有用于检测充电枪电流的直流电能表，所述四个接口板均通过CAN总线与监控板连接；所述监控板通过CAN总线与四组充电模块通信连接；所述母线直流接触器和功率调度直流接触器的通断状态分别受监控板和/或接口板的控制。

优选的，所述直流电能表通过RS485通信方式与对应接口板连接。

优选的，所述充电机还包括用于指示充电状态的指示灯板，所述指示灯板通过SPI通信方式与接口板连接。

优选的，所述充电模块为AC-DC模块或DC-DC模块。

优选的，所述充电机包括机柜，所述机柜的正面包括可左右打开的双开柜门，所述双开柜门的左柜门上设置有指示灯板、急停按钮、显示屏和读卡器，所述双开柜门的左柜门和右柜门上均设置有通风百叶；所述机柜的两个侧面均设置有出线口、挂线勾和挂枪空座。

本实用新型的有益效果是：

本实用新型通过两快两慢的充电枪设置及对应的功率调度直流接触器设置，通过控制直流母线上的母线直流接触器和对应的功率调度直流接触器，调度各组充电模块输出电流到快速充电枪或慢速充电枪，克服了现有技术中直流器接触器成本过高、软件控制复杂度高的技术问题，实现了一种降低控制难度、成本低、可实现充电功率灵活调度的多枪直流充电机。

本实用新型可广泛应用于各种四枪直流充电系统。

附图说明

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步说明：

图1是本实用新型第一种实施例的系统拓扑图；

图2是本实用新型第二种实施例的系统拓扑图；

图3是本实用新型第三种实施例的系统拓扑图；

图4是本实用新型第四种实施例的系统拓扑图。

图5是本实用新型第一种实施例的柜门未打开状态正面结构示意图；

图6是本实用新型第一种实施例的柜门打开状态正面结构示意图；

图7是本实用新型第一种实施例的柜门打开状态背面结构示意图；

图8是本实用新型第一种实施例的柜门打开状态俯向结构示意图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

本实用新型构建能四枪任意功率调度的充电系统，所有充电模块 (AC-DC模块或DC-DC模块。)分为四组共功率调度单元(CL5899-MNU 监控板)需要控制4*3＝12个直流接触器，其中6个为正极直流接触器，6个为负极直流接触器。为了降低软件系统的控制难度并且能提高系统的可靠性，根据充电站既要满足社会车辆中小型乘用车的充电需要又要满足专用大巴车的供电需要，把四枪系统细分为两快两慢的配置能更好的迎合这种对各种车辆充电的场站的需要，同时系统成本还能降低，系统软件的可靠性还能提高。本实用新型一机四枪两快两慢直流充电机，通过两快两慢的分配方式减少了直流接触器的数量同时也降低了部分直流接触器的过电流要求，对于软件控制的逻辑也按实际的需求逐层级降低了软件控制的逻辑难度。

本实用新型的基本构思为：一种具有快慢枪功率调度功能直流充电机，包括四把充电枪和四组充电模块，四把充电枪包括两把快枪和两把慢枪，四组充电模块包括两组快枪充电模块和两组慢枪充电模块，所述快枪充电模块通过快枪直流母线连接到快枪，所述慢枪充电模块通过慢枪直流母线连接到慢枪，每条直流母线上均设置有母线直流接触器，所述快枪充电模块的输出功率大于或等于慢枪充电模块的输出功率；所述四组直流母线之间连接有用于将各组充电模块调度输出到各把充电枪的功率调度直流接触器，使得快枪输出的充电功率大于慢枪输出的充电功率。

如图1至4所示，本实施例中，充电机还包括计费管理单元 5899-TCU、监控板和对应于多把充电枪的多个接口板5899-CCU；所述计费管理单元5899-TCU的输出端连接有指示灯和显示屏，指示灯通过SPI通信方式与计费管理单元5899-TCU连接，所述计费管理单元5899-TCU的输入端连接有读卡器，所述计费管理单元5899-TCU通过CAN总线分别与多个接口板5899-CCU连接；所述接口板5899-CCU 均连接有用于检测充电枪电流的直流电能表，所述多个接口板 5899-CCU均通过CAN总线与监控板连接；所述监控板通过CAN总线与多组充电模块(图1至4中简称模块)通信连接；所述母线直流接触器和功率调度直流接触器的通断状态分别受监控板和/或接口板 5899-CCU的控制。所述充电机还包括机柜，所述机柜左侧和/或右侧和/或正面和/或背面设置有一个可外开的防水柜门。

如图5至图8所示，所述充电机包括机柜，所述机柜的正面包括可左右打开的双开柜门，所述双开柜门的左柜门上设置有指示灯板 40、急停按钮39、显示屏27和读卡器42，所述双开柜门的左柜门和右柜门上均设置有通风百叶44。所述机柜的两个侧面均设置有出线口43、挂线勾45和挂枪空座9，挂枪空座9用于挂载充电枪33。打开机柜，内部包括断路器隔板2，电流互感器3，开关电源5～6，门磁开关8，PG头13，计费管理单元TCU 29，显示屏27，监控板30，接口板31，灯板40，加长手柄41。

实施例一

如图1所示，每把慢枪最多只能调用对应的直流母线下挂载的 AC-DC充电模块的功率，这样慢枪和车之间的母线直流接触器、慢枪连接快枪的功率调度直流接触器、慢枪连接慢枪的直流接触都可以采用过电流能力较小的直流接触器。每把快充枪可以调用任意一条直流母线上下挂载的AC-DC充电模块的功率，这样快枪和车之间的母线直流接触器、快枪连接快枪的功率调度直流接触器都必须采用过电流能力较强的直流接触器。

两个快枪和车之间的母线直流接触器、一个快枪连接快枪的功率调度直流接触器，三个直流接触器的三类状态，1.三个都断开，此时两把快枪都处于空闲状态。2.两个快枪和车之间的母线直流接触器中任意一个吸合，其它直流接触器断开，此时一把快枪被占用状态，另一快枪空闲，且空闲快枪母线下的AC-DC模块功率没有被另一使用中的快枪所调用。3.两个快枪和车之间的母线直流接触器和其中一个快枪和车之间的母线直流接触器两个同时闭合，其它一个直流接触器断开，枪和车之间的那个直流接触器吸合对应的快枪就在使用中，且没有投入使用的快枪对应的直流母线下的AC-DC模块功率被在使用中的快枪所调用。4.两个快枪和车之间的母线直流接触器同时吸合，一个快枪连接快枪的功率调度直流接触器断开，两把快枪都投入使用，且快枪对应的直流母线下的AC-DC模块功率仅被“直联”的快枪所调用。

一种典型的一机四枪两快两慢充电机，系统拓扑如图1所示(图1只表达了正极直流接触器的布局配置，负极接触器的布局配置完全一致，下文实施例二至实施例四也只表达了正极直流接触器的布局配置，这里不再重述)，系统只配置两快两慢四把充电枪，快充电枪对应的直流母线下挂载的AC-DC模块数量要大于等于慢充电枪对应的直流母线下挂载的AC-DC模块数量，其中两把充电枪都配置能通过 250A的枪线，为快枪，另外两把充电枪能配置能通过150A的枪线，为慢枪。

每把慢枪最多只能调用对应的直流母线下挂载的AC-DC充电模块的功率，这样慢枪和车之间的母线直流接触器Ka和Kd，慢枪连接快枪的功率调度直流接触器K1、K2、K4、K5，都可以采用过电流能力150A的直流接触器。

当慢枪和车之间的母线直流接触器Ka或Kd吸合时，所有一端接在对应慢枪直流母线上另一端接在快枪直流母线上的直流接触器K1、 K4或K2、K5必须断开；当慢枪和车之间的母线直流接触器Ka或Kd 断开时，所有一端接在对应慢枪直流母线上另一端接在快枪直流母线上的直流接触器K1、K4或K2、K5可以吸合也可以断开。简单说只能让慢枪母线上的电流向快枪母线去导流，不允许快枪母线上的电流向慢枪母线导流，这样就可减小慢枪和车之间的母线直流接触器的过电流能力。

每把快充枪可以调用任意一条直流母线上下挂载的AC-DC充电模块的功率，这样快枪和车之间的母线直流接触器Kb和Kc，快枪连接快枪的功率调度直流接触器K3，都必须采用过电流能力250A的直流接触器。Kb、Kc、K3三个直流接触器三类状态，1.三个都断开，此时两把快枪都处于空闲状态。2.Kb或Kc任意一个吸合，其它直流接触器断开，此时快枪B或C处于被占用状态，另一快枪空闲，且空闲快枪母线下的AC-DC模块功率没有被另一使用中的快枪所调用。 3.Kb、K3或Kc、K3两个个直流接触器同时闭合其它一个断开，枪和车之间的那个直流接触器Kb或Kc吸合对应的快枪就在使用中，且没有投入使用的快枪对应的直流母线下的AC-DC模块功率被在使用中的快枪所调用。4.Kb、Kc同时吸合，K3断开，两把快枪都投入使用，且快枪对应的直流母线下的AC-DC模块功率仅被“直联”的快枪所调用。

这样有了两快两慢枪的区分后，相比全部是快充枪的四枪系统，可以把原本用20个250A的直流接触器，变成用12个150A的直流接触器加上6个250A的直流接触器，降低了成本。

实施例二

当一机四枪两快两慢直流充电机，整机功率较小时，两慢枪之间还可以进一步进行功率调度，两把慢枪直流母线下挂载的AC-DC充电模块可以相互调度。两个慢枪和车之间的母线直流接触器、一个慢枪和慢枪之间的直流接触器，三个直流接触器的三类状态，1.三个都断开，此时两把慢枪都处于空闲状态。2.两个慢枪和车之间的母线直流接触器任意一个吸合，此时对应的慢枪处于被占用状态，另一慢枪空闲，且空闲慢枪母线下的AC-DC模块功率没有被另一使用中的慢枪所调用。3.慢枪和慢枪之间的直流接触器和其中一个慢枪和车之间的母线直流接触器两个同时闭合，另一个慢枪和车之间的母线直流接触器断开，枪和车之间的那个直流接触器吸合对应的慢枪就在使用中，且没有投入使用的慢枪对应的直流母线下的AC-DC模块功率被在使用中的慢枪所调用。4.两个慢枪和车之间的母线直流接触器同时吸合，慢枪和慢枪之间的直流接触器断开，两把慢枪都投入使用，且慢枪对应的直流母线下的AC-DC模块功率仅被“直联”的快枪所调用。

一种典型的一机四枪两快两慢充电机，系统拓扑如图2所示，系统配置两快两慢4把充电枪。快充电枪对应的直流母线下挂载的 AC-DC模块数量要大于等于慢充电枪对应的直流母线下挂载的AC-DC 模块数量的两倍，其中两把充电枪都配置能通过250A的枪线，为快枪，另外两把充电枪能配置能通过150A的枪线，为慢枪。

每把慢枪最多只能调用对应的直流母线下挂载的AC-DC充电模块的功率，这样慢枪和车之间的母线直流接触器Ka和Kd，慢枪连接快枪的功率调度直流接触器K1、K2、K4、K5，慢枪连接慢枪的功率调度直流接触器K6，都可以采用过电流能力150A的直流接触器。

只能让慢枪母线上的电流向快枪母线去导流，不允许快枪母线上的电流向慢枪母线导流，这样就可减小慢枪和车之间的母线直流接触器的过电流能力。

引入了慢枪连接慢枪的功率调度直流接触器K6之后，两把慢枪直流母线下挂载的AC-DC充电模块可以相互调度。Ka、Kd、K6三个直流接触器三类状态，1.三个都断开，此时两把慢枪都处于空闲状态。 2.Ka或Kd任意一个吸合，此时慢枪A或D处于被占用状态，另一慢枪空闲，且空闲慢枪母线下的AC-DC模块功率没有被另一使用中的慢枪所调用。3.Ka、K6或Kd、K6两个直流接触器同时闭合，其它一个断开，枪和车之间的那个直流接触器Ka或Kd吸合对应的慢枪就在使用中，且没有投入使用的慢枪对应的直流母线下的AC-DC模块功率被在使用中的慢枪所调用。4.Ka、Kd同时吸合，K6断开，两把慢枪都投入使用，且慢枪对应的直流母线下的AC-DC模块功率仅被“直联”的快枪所调用。

每把快充枪可以调用任意一条直流母线上下挂载的AC-DC充电模块的功率。

这样有了两快两慢枪的区分后，相比全部是快充枪的四枪系统，可以把原本用20个250A直流接触器，变成用14个150A的直流接触器加上6个250A的直流接触器，降低了成本。

以上两个实施例的直流接触器相对来说还是过多，对于部分充电场站，有明确快充车位和慢充车位，这种运营场景下可以对功率调度的策略进行大幅简化，软件和硬件的可靠性能得到提高。

实施例三

当一机四枪两快两慢直流充电机，整机功率较大时，例如整机大于180kw功率，可以对功率调度的策略进行大幅简化，四条直流母线以慢、快、快、慢的方式进行布置，相邻的直流母线之间才有功率调度直流接触器，这样仅仅需要6个功率调度直流接触器配合8个充电枪和车之间的母线直流接触器即可实现灵活功率调度。

一种典型的一机四枪两快两慢充电机，系统拓扑如图3所示，系统配置两快两慢4把充电枪。快充电枪对应的直流母线下挂载的 AC-DC模块数量要大于等于慢充电枪对应的直流母线下挂载的AC-DC 模块数量，其中两把充电枪都配置能通过250A的枪线，为快枪，另外两把充电枪能配置能通过50A的枪线，为慢枪。

每把慢枪最多只能调用对应的直流母线下挂载的AC-DC充电模块的功率，这样慢枪和车之间的母线直流接触器Ka和Kd，慢枪连接快枪的功率调度直流接触器K1、K2，都可以采用过电流能力50A的直流接触器。

当慢枪和车之间的母线直流接触器Ka或Kd吸合时，所有一端接在对应慢枪直流母线上另一端接在快枪直流母线上的直流接触器K1 或K2必须断开；当慢枪和车之间的母线直流接触器Ka或Kd断开时，所有一端接在对应慢枪直流母线上另一端接在快枪直流母线上的直流接触器K1或K2可以吸合也可以断开。简单说只能让慢枪母线上的电流向快枪母线去导流，不允许快枪母线上的电流向慢枪母线导流，这样就可减小慢枪和车之间的母线直流接触器的过电流能力。

每把快充枪可以调用“相邻”的任意一条直流母线上下挂载的 AC-DC充电模块的功率，这样快枪和车之间的母线直流接触器Kb和 Kc，都必须采用过电流能力250A的直流接触器，快枪和快枪之间的直流接触器K3由于只可能把电流从一把快枪直流母线往另一把快枪母线上导流，所以只需要能确保通过一条母线下挂载的所有AC-DC充电模块的总电流即可，根据图3所示，K3确保能承受150A即可。

Kb、Kc、K3三个直流接触器三类状态，1.三个都断开，此时两把快枪都处于空闲状态。2.Kb或Kc任意一个吸合，其它直流接触器断开，此时快枪B或C处于被占用状态，另一快枪空闲，且空闲快枪母线下的AC-DC模块功率没有被另一使用中的快枪所调用。3.Kb、K3 或Kc、K3两个个直流接触器同时闭合其它一个断开，枪和车之间的那个直流接触器Kb或Kc吸合对应的快枪就在使用中，且没有投入使用的快枪对应的直流母线下的AC-DC模块功率被在使用中的快枪所调用。4.Kb、Kc同时吸合，K3断开，两把快枪都投入使用，且快枪对应的直流母线下的AC-DC模块功率仅被“直联”的快枪所调用。

这样有了两快两慢枪的区分后，相比全部是快充枪的四枪系统，可以把原本用20个250A直流接触器，变成用8个50A的直流接触器加上2个150A的直流接触器再加上4个250A的直流接触器，降低了成本。

实施例四

GB/T18487.1-2015中明确约定，直流充电机的输出电压目前限定于不超过750V，充电枪的输出电流不超过250A，也就是说但单电枪最大的输出功率不能超过750V*250A＝187.5kW，行业内俗称直流单枪功率不超过180kW。以上实施例三的直流接触器在整机功率大于360kw的一机四枪两快两慢直流充电机的配置下，可以进一步减少直流接触器的数量。

当一机四枪两快两慢直流充电机，整机功率较大时，以一快枪加一慢枪作为一个功率调度半区，当功率调度半区全功率输出功率大于 180kw是，可以对功率调度的策略进一步简化，四条直流母线仅配置慢枪和快枪之间的功率调度直流接触器，这样仅仅需要4个功率调度直流接触器配合8个充电枪和车之间的母线直流接触器即可实现灵活功率调度。

一种典型的一机四枪两快两慢充电机，系统拓扑如图4所示，系统配置两快两慢4把充电枪。快充电枪对应的直流母线下挂载的 AC-DC模块数量要大于等于慢充电枪对应的直流母线下挂载的AC-DC 模块数量，其中两把充电枪都配置能通过250A的枪线，为快枪，另外两把充电枪能配置能通过150A的枪线，为慢枪。

相对于实施例三，去掉了快枪和快枪之间的直流接触器K3。在一快一慢两把充电枪对应的直流母线下挂在的AC-DC充电模块形成的功率调度半区，如图4所示,A、B枪和对应的直流母线下挂载的所有AC-DC充电模块形成的功率调度半区,C、D枪和对应的直流母线下挂载的所有AC-DC充电模块形成的功率调度半区。两个功率调度半区内，所有模块的总功率已经达到180kW，一个半区内的快枪已经能对外输出国标所约定的单枪最大功率180kW，这样再用实施例三中快枪和快枪之间的直流接触器K3来从一个半区调度到另一个半区也就没有意义，进一步减少直流接触器的数量有助于提升软件和硬件的可靠性。

在整机功率大于360kw的一机四枪两快两慢直流充电机的配置下，这样有了两快两慢枪的区分后，相比全部是快充枪的四枪系统，可以把原本用20个250A直流接触器，变成用8个150A的直流接触器加上4个250A的直流接触器，降低了成本。

以上四个典型一机四枪两快两慢直流充电机实施例，最核心的思想就是通过两快两慢的分配方式减少了直流接触器的数量同时也降低了部分直流接触器的过电流要求，对于软件控制的逻辑也按实际的需求逐层级降低了软件控制的逻辑难度。实施例三、实施例四，接触器数量较少，在软件确保相关直流接触器互锁的同时还能通过电气互锁(直流接触器自身带有遥信状态触点和控制输入触点，通过遥信状态触点的输出状态可以作为其它直流接触器的控制输入触点，这样就实现了直流接触器之间的电气互锁。)实施例一、实施例二直流接触器稍多，但约定了电流只能从慢枪母线向快枪母线流动，还是降低了软件的逻辑复杂难度。

以上是对本实用新型的较佳实施进行了具体说明，但本实用新型创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本实用新型精神的前提下还可做出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。