具有交直流电源的充电桩系统的制作方法

本实用新型涉及具有交直流电源的充电桩系统，属于电器设备技术领域。

背景技术：

在全球能源危机和环境危机的严重大背景下，在世界各国政府积极推进新能源汽车的应用与发展的环境下，电动汽车便成为一种发展前景广阔的绿色交通工具，目前普及速度非常迅猛，未来的市场前景也十分巨大，而电动汽车充电桩是发展电动汽车所必须的重要配套基础设施。

现有技术中的充电桩，通常由市电压供电，在用电高峰期市电压电力供应不稳定，会造成充电桩电力供应异常，导致无法对电动车完成充电工作。同时。当电价处于峰波阶段时，电力成本较高，此外，现有技术中的充电桩的充电模块由多个功率模块并联组成，一个功率模块大约为30kw，若实现一辆大车快充需要达到360kw左右的功率，需要十几个功率模块并联，造成充电桩体积过大，设备成本高昂。由于电动车车型的不同，其所需的充电功率也不同，然而，由于充电模块由多个功率模块并联构成，其充电功率无法实现无级调控，对电动车的电池可能造成损害，影响电动车电池的使用寿命。

技术实现要素：

本实用新型的目的就是为了解决现有技术存在的上述问题，从而提供具有交直流电源的充电桩系统，解决充电桩电力提供不稳定、运营成本过高的问题。

本实用新型的技术解决方案是：具有交直流电源的充电桩系统，包括电网、新能源发电系统、整流变电站和充电桩，所述电网的输出端与整流变电站的输入端相连接，所述充电桩的输入端为直流输入，所述整流变电站的输出端以及新能源发电系统的输出端均与充电桩的输入端相连接，且整流变电站输出端与充电桩之间、新能源发电系统输出端和充电桩之间均设有开关装置，所述整流变电站包括变压器、三相整流模块以及整流变电站控制器，所述整流变电站的控制器用于控制其输出电力的通断，所述新能源发电系统包括风能和/或光伏发电储能设备、变压电路以及控制器，所述新能源发电系统的控制器用于控制其电力的通断，所述充电桩的充电系统包括充电模块、主控板、电源板和电子开关驱动器，所述充电模块、电源板和电子开关驱动器均与主控板相连接，所述充电模块包括功率模块和滤波模块，所述功率模块包括电解电容组和电子开关，所述滤波模块包括薄膜电容组，所述电解电容组和薄膜电容组均与主控板相连接，所述电子开关与电子开关驱动器相连接，所述主控板对电子开关进行高频开关控制。

进一步地，上述具有交直流电源的充电桩系统，其中：所述充电桩包括充电枪、控制主机、触摸屏模块、充电系统、IC卡模块，所述触摸屏模块用于用户进行人机交互，同时显示相关数据，所述IC卡模块用于读取和记录费用信息，所述触摸屏模块、IC卡模块和充电系统均与控制主机相连接。

进一步地，上述具有交直流电源的充电桩系统，其中：所述功率模块包括电容C1-C6、电阻R1-R3、二极管D1-D3、电子开关Q1-Q3和电抗器L1-L3，充电系统的输入端正极与电容C1、电容C2、电阻R1的相连接，所述电容C1、电容C3以及电容C5相串联，所述电容C2、电容C4以及电容C6相串联，所述电阻R1、电阻R2以及电阻R3相串联，电容C1、电容C2以及电阻R1相并联，所述电容C3、电容C4以及电阻R2相并联，所述电容C5、电容C6以及电阻R3相并联，所述充电系统的输入端负极与电容C5、电容C6以及电阻R3相连接，电子开关Q1-Q3的集电极均与充电系统输入端正极相连接，电子开关Q1-Q3的栅极均通过电子开关驱动板于主控板相连接，电子开关Q1的发射极与二极管D1的阴极以及电抗器L1的一端相连接，电子开关Q2的发射极与二极管D2的阴极以及电抗器L2的一端相连接、电子开关的Q3的发射极与二极管D3的阴极以及电抗器L3的一端相连接，二极管D1-D3的阳极均与充电系统的输入、输出端负极相连接，所述电抗器L1-L3的另一端与充电系统输出端正极相连接，所述电容C1-C6构成所述电解电容组。

进一步地，上述具有交直流电源的充电桩系统，其中：所述滤波模块包括电阻R4、R5、电抗器L4-L6、电容C7-C16，其中电容C7-C14组成补偿电容组，电容C15和C16构成薄膜电容组，所述电抗器L1-L3的另一端分别与电抗器L4-L6的一端相连接，所述电抗器L4-L6的另一端均与充电系统输出端正极相连接，电阻R4一端与充电系统输出端正极相连接，另一端与电阻R5的一端相连接，电阻R5的另一端与充电系统输出端负极相连接，电容C7-C10依次并联于电阻R4的两端，电容C11-C14依次并联于电阻R5的两端，电容C15以及C16连接于充电系统输出端正极和负极之间，且电容C15和电容C16位于补偿电容组与充电系统输出端之间。

更进一步地，上述具有交直流电源的充电桩系统，其中：所述充电桩还包括电能表模块，所述电能表模块安装于充电模块和充电枪之间，且所述电能表模块与控制主机电连接。

更进一步地，上述具有交直流电源的充电桩系统，其中：所述充电桩还包括绝缘检测仪，所述绝缘检测仪安装于充电模块和充电枪之间，且所述绝缘检测仪均控制主机电连接。

本实用新型在用电高峰期，通过新能源发电系统给充电桩供电，避免了在高峰期时电网电力供应不稳定而造成充电桩无法正常充电的情况发生；并且，新能源发电系统可自动储能，在电价处于波峰时由新能源发电系统进行供电，在电价处于波谷时，由电网供电，此时风电互不系统自行收集能源进行储能，减少了电费的开支，降低了充电站的运营成本；此外，本实用新型可实现直流电高频开关，输出功率可实现无级别调控，从而实现可以实现自动充电、恒压、恒流自动切换功能。

附图说明

图1是本实用新型充电桩系统示意图；

图2是充电桩各模块通讯示意图；

图3是充电系统原理图。

具体实施方式

以下通过附图结合具体实施方式，对本实用新型做进一步详细说明。

如图1-3所示，本实用新型所述的具有交直流电源的充电桩系统包括电网3、风电互补供电系统4、整流变电站2和充电桩1，所述电网3的输出端与整流变电站3的输入端相连接，所述充电桩1的输入端为直流输入，所述整流变电站3的输出端以及风电互补供电系统4的输出端均与充电桩1的输入端相连接。

所述充电桩1与整流变电站3、充电桩1与新能源发电系统4之间均设有开关装置。所述整流变电站3内包括变压器、三相整流模块以及整流变电站控制器，其控制器用于控制变压器及三相整流模块工作以及控制电力通断，所述新能源发电系统4包括风能和/或光伏发电设备、储能设备、变压电路以及控制器，其控制器用于控制风能和/或光伏发电设备以及储能设备工作，且控制新能源发电系统电力输出的通断，所述充电桩1包括控制主机11、触摸屏模块12、充电系统13、IC卡模块14以及充电枪，所述触摸屏12和IC卡模块14设置于充电桩1壳体的外表面，触摸屏模块12用于用户进行人机交互，同时显示相关数据，IC卡模块14用于读取和记录费用信息。控制主机11和充电系统13均设置于充电桩1的壳体内，所述触摸屏模块12、IC卡模块14和充电系统13均通过通讯总线与控制主机11相连接，所述充电系统13包括一个输入口和一个输出口，所述输入口接850V直流电，所述输出口与充电枪相连接。充电系统包括充电模块、主控板U3、第一电子开关驱动板U6、第二电子开关驱动板U7、第三电子开关驱动板U8、第一电源板U1、第二电源板U2和风机，所述充电模块、第一电子开关驱动板U6、第二电子开关驱动板U7、第三电子开关驱动板U8、第一电源板U1、第二电源板U2和风机均与主控板U3相连接，充电模块包括功率模块和滤波模块，输入端与功率模块相连，功率模块与滤波模块相连，滤波模块与输出端相连。

具体地，整流变电站的变压器为24脉变压器，电网3输出的交流电输入经过24脉变压器，在经过三相不可控整流获得850V的直流电，而后850V直流电输出至充电桩1充电系统13的输入端。新能源发电系统4直接输出直流电，经过变压电路进行升压或降压，而后将850V直流电输出至充电桩1的充电系统。

优选地，所述充电桩还包括电能表模块15和绝缘检测仪16，所述电能表模块15和绝缘检测仪16均安装于充电模块和充电枪之间，且电能表模块15和绝缘检测仪15均与控制主机11电连接。

如图3所示，功率模块包括电容C1-C6、电阻R1-R3、电抗器L1-L3、电子开关Q1-Q3、二极管D1-D3，充电系统的输入端正极与电容C1、电容C2和电阻R1的一端相连接，电容C1的另一端与电容C2的另一端以及电阻R1的另一端相连接，电容C1的另一端与电容C3的一端相连接，电容C2的另一端与电容C4的一端相连接，电阻R1的另一端与电阻R2的一端相连接，电容C3的一端与电容C4的另一端以及电阻R2的另一端相连接，且，电容C3的另一端与电容C5的一端相连接，电容C4的另一端与电容C6的一端相连接，电阻R2的另一端与电阻R3的一端相连接，电容C5的另一端、电容C6的另一端以及电阻R3的另一端均与充电系统输入端负极及充电系统输入端负极相连接，即上述电容C1、C3、C5串联，电容C2、C4、C6串联，电阻R1、R2、R3串联，电容C1、电容C2、电阻R1相并联，电容C3、电容C4、电阻R2相并联，电容C5、电容C6、电阻R3相并联，电容C1-C6为组成电解电容组，电解电容组与主控板U3相连接，电阻R1-R3为均压电阻。电子开关Q1-Q3优选为绝缘栅双极型晶体管(IGBT)，电子开关Q1的栅极与第一电子开关驱动板U6相连接，电子开关Q2的栅极与第二电子开关驱动板U7相连接，电子开关Q3的栅极与第三电子开关驱动板U8相连接，所述电子开关Q1的集电极、电子开关Q2的集电极、电子开关的Q3的集电极均与充电系统输入端正极相连接，电子开关Q1的发射极与二极管D1的阴极以及电抗器L1的一端相连接，电子开关Q2的发射极与二极管D2的阴极以及电抗器L2的一端相连接、电子开关的Q3的发射极与二极管D3的阴极以及电抗器L3的一端相连接，二极管D1-D3的阳极均与充电系统输入端的负极和输出端负极相连接，电抗器L1-L3的另一端与输出端正极相连接。

优选地，在电子开关Q1的发射极和电抗器L1之间、电子开关Q2的发射极和电抗器L2之间、电子开关Q3的发射极和电抗器L3之间均连接有电流互感器。输入端和输出端的正负极均连接有熔断器，输入端正极连接有预充电回路，预充电回路包括充电二极管Dt、充电电阻Rt和继电器K1，继电器K1连接于输入端正极和电容C1之间，充电二极管Dt和充电电阻Rt串联，充电二极管Dt和充电电阻Rt串联所形成的支路并联于继电器K1的两端，继电器K1通过继电器扩展板U5与主控板U3相连接，充电系统输出端连接有继电器K2，且继电器K2通过继电器扩展板U5与主控板U3相连接，在充电系统发生异常时，主控板U3控制K2断开，即可停止充电。

第一电源板U1和第二电源板U2接220V交流电，经整流变压后，第一电源板U1用于给主控板U3供电，第二电源板U2与风机4相连接，用于给风机4供电，主控板3通过继电器扩展板U4与风机相连接，且主控板3连接有温度传感器，通过温度传感器监测充电机内部温度，当温度过高时，控制风机4工作。

上述电子元件中，电容C1、电容C2、电阻R1、电子开关Q1、二极管D1和电抗器L1构成第一BUCK电路，电容C3、电容C4、电阻R2、电子开关Q2、二极管D2和电抗器L2构成第二BUCK电路，电容C5、电容C6、电阻R3、电子开关Q3、二极管D3和电抗器L3构成第三BUCK电路，即相当于第一BUCK电路、第二BUCK电路、第三BUCK电路之间相互并联构成一个三相BUCK电路。这里需要说明的是，上述方案采用三相BUCK电路仅为优选方案，其数量不受限制，只要有至少一组BUCK电路即可，例如可选为两相BUCK电路并联或者四相BUCK电路并联，相应地，各电子元器件的连接方式也可按照上述描述类推。

所述滤波模块包括电阻R4、R5、电抗器L4-L6、电容C7-C16，其中电容C7-C14组成补偿电容组，所述电抗器L1-L3的另一端通过连接铜排分别与电抗器L4-L6的一端相连接，充电系统输入端负极通过连接铜排与输出端负极相连接，所述电抗器L4-L6的另一端均与电阻R4的一端以及充电系统输出端正极相连接，电阻R4的另一端与电阻R5的一端相连接，电阻R5的另一端与充电系统输出端负极相连接，电容C7-C10依次并联于电阻R4两端，电容C11-C14依次并联于电阻R5两端，且电容C7和电容C11相连接，电容C8和电容C12相连接，电容C9和电容C13相连接，电容C10和电容C14相连接，电容C15以及C16连接于充电系统输出端正极和负极之间，且电容C15和电容C16位于补偿电容组与充电系统输出端之间，所述电容C15和C16构成薄膜电容组，所述薄膜电容组与主控板U3相连接。

使用本实用新型时，在用电高峰期，通过新能源发电系统4给充电桩1供电，电网1与充电桩1之间的开关装置断开，避免了在高峰期时电网电力供应不稳定而造成充电桩1无法正常充电的情况发生。并且，新能源发电系统4可自动储能，在电价处于波峰时由新能源发电系统4进行供电，在电价处于波谷时，由电网供电，此时风电互不系统4自行收集能源进行储能，减少了电费的开支，降低了充电站的运营成本。此外，充电桩中充电系统的主控板U3通过输出PWM波经电子开关驱动板U6-U8从而对电子开关Q1-Q3进行控制，并根据电解电容组和薄膜电容组的反馈予以调节，实现直流电高频开关，从而实现可以实现自动充电（与BMS实时通讯，实现对锂电池的充电功能）、恒压、恒流自动切换功能，输出功率可实现无级别调控。

当然，以上只是本实用新型的典型实例，除此之外，本实用新型还可以有其它多种具体实施方式，凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本实用新型要求保护的范围之内。