一种10kV直挂式直流充电装置的制作方法

本实用新型涉及一种10kV直挂式直流充电装置，涉及一种10kV直挂式直流充电装置。

背景技术：

作为电动汽车大规模商用的前提与基础，电动汽车快速充电装置的建设起着决定性的作用。目前，越来越多的电力电子设备投入电网，由于不可控整流器在大功率电源设备中的广泛应用，其对电网造成的谐波污染日益严重，使得电能生产、传输和利用的效率降低，并影响电网的安全运行。为了保证电网的正常运行，现在采取的办法往往是限制接入电网的整流设备的容量，这就限制了一些大功率直流电源的使用。目前市面上的10kV直挂式直流充电装置多采用图1所示的拓扑结构，主要存在以下问题：

1.工业用电进线侧为高压，需要使用降压变压器，因此带来较大的功率损耗，并且整体装置体积较大。

2.前级AC/DC电路多采用三相半桥不可控整流，运行时带来较大的谐波污染，电网功率因数一般只能达到0.9左右。

3.由系统的拓扑结构决定了每个充电桩都必须包含一套整流装置和一套DC/DC变换装置，造成装置成本难以降低。

技术实现要素：

目的：为了克服现有技术中存在的不足，本实用新型提供一种10kV直挂式直流充电装置，为一种基于级联结构的高压直挂式电动汽车充电设备，前端使用级联高压变流器实现直挂10kV电网，后端的直流充电模块直接接在级联变流器各H桥模块的直流侧，该充电设备易于模块化产生，且由于级联变流器的低谐波，高功率因数运行特性，降低了直流充电装置的建设成本。

技术方案：为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案为：

一种10kV直挂式直流充电装置，其特征在于：包括级联变流器、直流充电模块、直流充电桩计费控制器，上位机监控系统；所述的级联变流器，通过滤波电感L直接接入10kV高压电网，直流充电模块接入级联变流器的后端，所述的直流充电桩计费控制器通过直流充电模块尾端的充电枪头与电动汽车电池BMS通讯，并控制直流充电模块完成相应的功率变换与计费功能，所述的上位机监控系统通过与直流充电桩计费控制器通讯，实现后台的充电桩运营功能。

作为优选方案，所述的10kV直挂式直流充电装置，其特征在于：所述级联变流器为级联H桥变流器，直接接入10kV电网，实现高功率因数整流功能，其具有根据不同负载稳定直流侧电压的功能，保障了直流充电模块的前端输入电压的稳定。

使用级联变流器，实现了直流充电装置直挂10kV电网，无需另外安装10kV/0.4kV降压变压器，减小了装置体积。级联变流器具有低谐波，高功率因数运行的特点，直流充电装置无需另外安装无功补偿与谐波抑制装置，减小了直流充电装置的建设成本。具有稳定直流侧电压的功能，在电动汽车电池充电过程中针对不同的负荷，保证了每个H桥链节不会因为负载变化而引起均压失败，进而造成直流充电模块过压损坏。

作为优选方案，所述的10kV直挂式直流充电装置，其特征在于：所述的直流充电模块采用模块化热插拔结构，易于生产与后期维护。

作为优选方案，所述的10kV直挂式直流充电装置，其特征在于：所述直流充电模块的接入点位于级联变流器的直流侧，通过隔离DC/DC变换，实现直流设定电压，完成对电动汽车车载电池的充电功能。

作为优选方案，所述的10kV直挂式直流充电装置，其特征在于：所述的直流充电控制器的接入点位于级联变流器的H桥直流输出侧，输入电压为直流电压。相比目前运营中的直流充电桩，减少了整体装置的整流环节，降低了建设成本。

作为优选方案，所述的10kV直挂式直流充电装置，其特征在于：所述的直流充电控制器通过与车载电池的BMS进行通讯，得到电池包的运行参数，通过对应的报文控制直流充电模块的输出功率，实现充电系统的稳定运行，并根据实际输出电量完成相应的计费功能。

作为优选方案，所述的10kV直挂式直流充电装置，其特征在于：所述的上位机监控系统，通过与直流充电模块进行通讯，得到各充电模块的实时参数进行统一监控与管理。

有益效果：本实用新型提供的一种10kV直挂式直流充电装置，为一种基于级联结构的高压直挂式电动汽车充电设备，使用了级联变流器，无需安装无功补偿与谐波抑制装置，且后端的直流充电模块易于模块化产生，相比传统的低压三相直流充电桩具有以下优点：

1、采用了级联变流器直接接入10kV电网，无需外置降压变压器，减小了充电设备的体积。

2、由于级联变流器的低谐波与单位功率因数特性，本专利所述的直流充电装置无需外置无功补偿与谐波抑制装置，大大降低了充电桩的建设与运营成本。

3、相比传统的三相直流充电桩AC/DC/DC变换电路，本专利减少了AC/DC整流电路，直流充电模块接入点位于级联变流器H桥的直流侧，因此无需AC/DC整流电路，减小了建设成本。

4、直流充电模块采用模块化设计，集成度高，支持热插拔，设备故障时，便于维护，降低了充电装置的后期维护成本。

附图说明

图1是现有电动汽车汽车充电装置拓扑结构；

图2是本实用新型装置拓扑结构。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本实用新型作更进一步的说明。

如图2所示，本实用新型一种10kV直挂式直流充电装置，包括级联变流器1、直流充电模块2、直流充电桩计费控制器3，上位机监控系统4。所述的级联变流器1，通过滤波电感L直接接入10kV高压电网，直流充电模块2接入级联变流器1的后端，所述的直流充电桩计费控制器3通过直流充电模块2尾端的充电枪头与电动汽车电池BMS通讯，并控制直流充电模块2完成相应的功率变换与计费功能，所述的上位机监控系统4通过与直流充电桩计费控制器3通讯，实现后台的充电桩运营功能。

所述级联变流器1为级联H桥变流器，直接接入10kV电网，实现高功率因数整流功能，其具有根据不同负载稳定直流侧电压的功能，保障了直流充电模块2的前端输入电压的稳定。使用级联变流器1，实现了直流充电装置直挂10kV电网，无需另外安装10kV/0.4kV降压变压器，减小了装置体积。级联变流器具有低谐波，高功率因数运行的特点，直流充电装置无需另外安装无功补偿与谐波抑制装置，减小了直流充电装置的建设成本。具有稳定直流侧电压的功能，在电动汽车电池充电过程中针对不同的负荷，保证了每个H桥链节不会因为负载变化而引起均压失败，进而造成直流充电模块2过压损坏。

所述的直流充电模块2采用模块化热插拔设计，易于生产与后期维护。直流充电模块2的接入点位于级联变流器1的直流侧，通过隔离DC/DC变换，实现直流设定电压，完成对电动汽车车载电池的充电功能。

所述的直流充电控制器3，设备接入点位于级联变流器1的H桥直流输出侧，输入电压为直流电压，相比目前运营中的直流充电桩，减少了整体装置的整流环节，降低了建设成本。通过与车载电池的BMS进行通讯，得到电池包的运行参数，通过对应的报文控制直流充电模块2的输出功率，实现充电系统的稳定运行，并根据实际输出电量完成相应的计费功能。

所述的上位机监控系统4，通过与直流充电模块2进行通讯，得到各充电模块的实时参数进行统一监控与管理。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。