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CN106364348A - 一种充电桩 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种充电桩包括：功率系统与充电终端；功率系统包括第一功率单元，第二功率单元，功率控制单元，散热器；第一功率单元和第二功率单元具有连接关系，且第一功率单元和第二功率单元的输出电压及输出电流均相同，功率控制单元用于控制两个功率单元的输出电压和输出电流；充电终端包括：充电控制模块，直流配电单元，充电枪；充电枪用于连接待充电电池并为其充电，直流配电单元用于为充电枪分配电源，充电控制模块用于对充电情况进行计费和显示。本发明实施例通过利用两个功率单元的灵活连接，为待充电电池提供灵活可变的充电电压及充电电流，从而克服了当前充电桩扩容困难的问题，满足电动车对于充电电压和充电电流日益增高的需求。

Description

一种充电桩
技术领域
本发明涉及能源领域，尤其涉及一种充电桩。
背景技术
随着电动车的大量应用，充电桩也在广泛布局，充电桩分交流充电桩与直流充电桩。其中，直流充电桩根据其形态的不一样分桩枪一体式充电桩与桩枪分体式充电桩，如图1所示，桩枪一体式充电桩主要由IP54室外机柜、交流配电、直流配电、绝缘监测单元、主控单元(计费计量、充电管理)、充电模块、辅助电源、风扇及温控、充电枪等组成。如图2所示，桩枪分体式充电桩一般由两部分组成，一部分为功率柜，另一部分为充电终端。功率柜如果放置在室外需要采用防护等级至少为IP54的室外柜，如果放置在室内，需要有专门的机房放置功率柜，功率柜主要放置充电模块，完成交流到直流的转换。充电终端一般放置在室外，由充电枪、计费计量及人工界面、辅助电源、绝缘监测单元、直流配电等组成。
图1和图2所示的直流充电桩均采用传统的充电模块，且这些充电模块被放置在固定的插框内，输出采用有背板设计，由主控单元或充电模块管理单元控制充电模块的输出，工作时，所有充电模块的输出电压保持一致；充电桩的最高输出电压为由单个充电模块的最高输出电压决定，充电桩的最大输出电流为所有充电模块的输出电流和。
随着电动车充电电压的升高，需要更高的充电电压，这意味着需要充电模块具有更高的电压及更宽的输出电压范围，如当前充电模块大部分为输出电压范围为200～500V或300～750V两种，若未来充电车要求电压升到900V，如果采用现有架构，需要充电模块的输出电压范围会到200V～900V，充电模块达到这么宽的电压范围实现难度大大增加，也会带来成本的升高，且大部分时间充电模块工作于非最优工作状态，造成效率低，能耗大；另外，由于充电电流将是未来充电桩的一个重要指标，而快的充电电流意味着大的充电电流，需要更多的充电模块并联，然而在现有充电桩架构下，一旦现有充电桩的设计完成，其充电模块个数、系统散热能力就已经确定，未来最大输出功率受限于充电模块的槽位数，不能再扩容，无法满足未来功率扩展的需要。
并且，由于现有充电桩在放在户外应用时基于散热及防水的要求，机柜至少需要采用IP54的防护设计，而充电桩热耗大，当前的散热方式大部分为直通风散热，包含防尘网。而采用直通风散热，灰尘、油污等极易进入机柜，导致充电模块年失效率极高，可靠性差。且由于直通风有防尘网设计，需要定期更换，维护成本极高。
发明内容
本发明实施例提供的一种充电桩，用于满足电动车对于充电电压和充电电流日益增高的需求。
第一方面，本发明实施例提供一种充电桩，包括：功率系统与充电终端；
所述功率系统包括：第一功率单元，第二功率单元，功率控制单元，散热器，第一开关管，第二开关管，第三开关管；其中，所述第一功率单元和所述第二功率单元的输出电压值U相同，所述第一功率单元和所述第二功率单元的输出电流值I相同，所述功率控制单元用于控制所述第一功率单元和所述第二功率单元的输出电压和输出电流，所述第一开关管，第二开关管和第三开关管用于实现所述第一功率单元和所述第二功率单元的串联连接或并联连接，所述散热器用于为所述功率系统散热；
所述充电终端包括：充电控制模块，直流配电单元，充电枪；其中，所述充电枪用于连接待充电电池并为所述待充电电池进行充电，所述直流配电单元用于为所述充电枪分配电源，所述充电控制模块用于对所述充电情况进行计费和显示。
由于本发明实施例提供的充电桩由第一功率单元，第二功率单元，功率控制单元等组成，两个功率单元通过三个开关管实现串并联关系，为待充电电池提供灵活可变的充电电压及充电电流，从而克服了当前充电桩扩容困难的问题，满足电动车对于充电电压和充电电流日益增高的需求。
结合第一方面，在第一方面的第一种可能的实现方式中，所述第一开关管的第一端连接所述第一功率单元的第一端及所述直流配电单元，所述第一开关管的第二端连接所述第二功率单元的第一端；所述第二开关管的第一端连接所述第一功率单元的第二端，所述第二开关管的第二端连接所述第二功率单元的第一端及所述第一开关管的第二端；所述第三开关管的第一端连接所述第一功率单元的第二端及所述第二开关管的第一端，所述第三开关管的第二端连接所述第二功率单元的第二端及所述直流配电单元。
三个开关管通过这样的连接方式，可以灵活的实现两个功率单元的串并联关系，从而为充电桩的充电电压和充电电流提供灵活可扩展的空间。
结合第一方面的第一种可能的实现方式，在第一方面的第二种可能的实现方式中，所述充电桩包括三种工作模式：
第一工作模式为：所述第一功率单元与所述第二功率单元并联充电模式；
第二工作模式为：所述第一功率单元与所述第二功率单元串联充电模式；
第三工作模式为：所述第一功率单元与所述第二功率单元先并联后串联的混合充电模式。
该充电桩的三种不同工作模式为待充电电池的不同需求提供不同的服务，当电动车上的待充电电池对充电电压和充电电流的需求变动时，该充电桩都可以基于这三种不同的工作模式进行相应的应对。
结合第一方面的第二种可能的实现方式，在第一方面的第三种可能的实现方式中，当所述充电枪连接所述待充电电池，所述充电控制模块与所述待充电电池的电池管理系统BMS(battery management system)通信，并识别所述待充电电池的充电电压及所述待充电电池所需要的充电电流，当所述充电电压的范围在所述U的取值范围以内，且所述待充电电池所需要的充电电流大于或等于第一预设阈值，则所述充电控制模块与所述功率控制单元通信，所述功率控制单元控制所述第二开关管断开、控制所述第一开关管和所述第三开关管闭合，使所述充电桩进入所述第一工作模式。
结合第一方面的第二种可能的实现方式，在第一方面的第四种可能的实现方式中，当所述充电枪连接所述待充电电池，所述充电控制模块与所述待充电电池的电池管理系统BMS通信，并识别所述待充电电池的充电电压及所述待充电电池所需要的充电电流，当所述充电电压的范围超出所述U的取值范围，且小于所述第一功率单元和所述第二功率单元串联后的输出电压，且所述待充电电池所需要的充电电流小于所述所述I值，则所述充电控制模块与所述功率控制单元通信，所述功率控制单元控制所述第二开关管闭合、控制所述第一开关管和所述第三开关管断开，使所述充电桩进入所述第二工作模式。
结合第一方面的第二种可能的实现方式，在第一方面的第五种可能的实现方式中，当所述充电枪连接所述待充电电池，所述充电控制模块与所述待充电电池的电池管理系统BMS通信，并识别所述待充电电池的充电电压及所述待充电电池所需要的充电电流，当所述充电电压的范围超出所述U的取值范围，且所述待充电电池所需要的充电电流大于所述I值，则所述充电控制模块与所述功率控制单元通信，所述功率控制单元控制所述第二开关管断开，控制所述第一开关管和所述第三开关管闭合，使所述第一功率单元和所述第二功率单元并联输出，同时，所述功率控制单元调节所述第一功率单元和所述第二功率单元的输出电压，当所述待充电电池的充电电压达到所述U的最大取值时，则所述功率控制单元控制所述第一开关管和所述第三开关管断开，控制所述第二开关管闭合，使所述第一功率单元和所述第二功率单元串联输出，所述充电桩进入所述第三工作模式。
结合第一方面的上述任意一种可能的实现方式，在第一方面的第六种可能的实现方式中，所述第一功率单元的功率发热器和所述第二功率单元的功率发热器均贴装在所述散热器上。
由于在本发明实施例提供的充电桩中，利用散热器进行散热，整个系统内部可以没有风扇进行散热，与现有的直通风散热相比，这种散热方式不需要防尘网，在实现整个系统自然散热的基础上，还能节约成本。
结合第一方面的上述任意一种可能的实现方式，在第一方面的第七种可能的实现方式中，所述功率系统采用IP65的防护设计进行防护。
与传统的充电桩采用IP54的防护设计对比，本发明实施例提供的充电桩采用IP65的防护设计，旨在提升可靠性，减少维护成本。
结合第一方面的上述任意一种可能的实现方式，在第一方面的第八种可能的实现方式中，所述充电桩包括两个或两个以上的功率系统。
由此实现充电桩的扩容，使其能适应日益增长的对充电电压和充电电流的需求。
第二方面，本发明实施例提供一种充电桩，包括：功率系统与充电终端；
所述功率系统包括：第一功率单元，第二功率单元，功率控制单元，散热器；其中，所述第一功率单元和所述第二功率单元具有连接关系，且所述第一功率单元和所述第二功率单元的输出电压值U相同，所述第一功率单元和所述第二功率单元的输出电流值I相同，所述功率控制单元用于控制所述第一功率单元和所述第二功率单元的输出电压和输出电流；
所述充电终端包括：充电控制模块，直流配电单元，充电枪；其中，所述充电枪用于连接待充电电池并为所述待充电电池进行充电，所述直流配电单元用于为所述充电枪分配电源，所述充电控制模块用于对所述充电情况进行计费和显示。
由于本发明实施例提供的充电桩由第一功率单元，第二功率单元，功率控制单元等组成，两个功率单元具有连接关系，为待充电电池提供灵活可变的充电电压及充电电流，从而克服了当前充电桩扩容困难的问题，满足电动车对于充电电压和充电电流日益增高的需求。
结合第二方面，在第二方面的第一种可能的实现方式中，所述第一功率单元和所述第二功率单元的连接关系为并联连接，或，所述第一功率单元和所述第二功率单元的连接关系为串联连接。
由于本发明实施例提供的充电桩由第一功率单元，第二功率单元，功率控制单元等组成，两个功率单元具有串联或并联的连接关系，为待充电电池提供灵活可变的充电电压及充电电流，从而克服了当前充电桩扩容困难的问题，满足电动车对于充电电压和充电电流日益增高的需求。
结合第二方面的第一种可能的实现方式，在第二方面的第二种可能的实现方式中，所述充电桩还包括：第一开关管，第二开关管和第三开关管，所述第一开关管，第二开关管和第三开关管用于实现所述第一功率单元和所述第二功率单元的串联连接或并联连接；其中，所述第一开关管的第一端连接所述第一功率单元的第一端及所述直流配电单元，所述第一开关管的第二端连接所述第二功率单元的第一端；所述第二开关管的第一端连接所述第一功率单元的第二端，所述第二开关管的第二端连接所述第二功率单元的第一端及所述第一开关管的第二端；所述第三开关管的第一端连接所述第一功率单元的第二端及所述第二开关管的第一端，所述第三开关管的第二端连接所述第二功率单元的第二端及所述直流配电单元。
三个开关管通过这样的连接方式，可以灵活的实现两个功率单元的串并联关系，从而为充电桩的充电电压和充电电流提供灵活可扩展的空间。
值得说明的是，该三个开关管可以设置在所述功率系统内，还可以作为一个类似开关盒的开关模块单独设置在功率系统外部，本发明实施例不做限定。
结合第二方面的第二种可能的实现方式，在第二方面的第三种可能的实现方式中，所述充电桩包括三种工作模式：
第一工作模式为：所述第一功率单元与所述第二功率单元并联充电模式；
第二工作模式为：所述第一功率单元与所述第二功率单元串联充电模式；
第三工作模式为：所述第一功率单元与所述第二功率单元先并联后串联的混合充电模式。
该充电桩的三种不同工作模式为待充电电池的不同需求提供不同的服务，当电动车上的待充电电池对充电电压和充电电流的需求变动时，该充电桩都可以基于这三种不同的工作模式进行相应的应对。
结合第二方面的第三种可能的实现方式，在第二方面的第四种可能的实现方式中，当所述充电枪连接所述待充电电池，所述充电控制模块与所述待充电电池的电池管理系统BMS(battery management system)通信，并识别所述待充电电池的充电电压及所述待充电电池所需要的充电电流，当所述充电电压的范围在所述U的取值范围以内，且所述待充电电池所需要的充电电流大于或等于第一预设阈值，则所述充电控制模块与所述功率控制单元通信，所述功率控制单元控制所述第二开关管断开、控制所述第一开关管和所述第三开关管闭合，使所述充电桩进入所述第一工作模式。
结合第二方面的第三种可能的实现方式，在第二方面的第五种可能的实现方式中，当所述充电枪连接所述待充电电池，所述充电控制模块与所述待充电电池的电池管理系统BMS通信，并识别所述待充电电池的充电电压及所述待充电电池所需要的充电电流，当所述充电电压的范围超出所述U的取值范围，且小于所述第一功率单元和所述第二功率单元串联后的输出电压，且所述待充电电池所需要的充电电流小于所述所述I值，则所述充电控制模块与所述功率控制单元通信，所述功率控制单元控制所述第二开关管闭合、控制所述第一开关管和所述第三开关管断开，使所述充电桩进入所述第二工作模式。
结合第二方面的第三种可能的实现方式，在第二方面的第六种可能的实现方式中，当所述充电枪连接所述待充电电池，所述充电控制模块与所述待充电电池的电池管理系统BMS通信，并识别所述待充电电池的充电电压及所述待充电电池所需要的充电电流，当所述充电电压的范围超出所述U的取值范围，且所述待充电电池所需要的充电电流大于所述I值，则所述充电控制模块与所述功率控制单元通信，所述功率控制单元控制所述第二开关管断开，控制所述第一开关管和所述第三开关管闭合，使所述第一功率单元和所述第二功率单元并联输出，同时，所述功率控制单元调节所述第一功率单元和所述第二功率单元的输出电压，当所述待充电电池的充电电压达到所述U的最大取值时，则所述功率控制单元控制所述第一开关管和所述第三开关管断开，控制所述第二开关管闭合，使所述第一功率单元和所述第二功率单元串联输出，所述充电桩进入所述第三工作模式。
结合第二方面的上述任意一种可能的实现方式，在第二方面的第七种可能的实现方式中，所述功率系统采用IP65的防护设计进行防护。
与传统的充电桩采用IP54的防护设计对比，本发明实施例提供的充电桩采用IP65的防护设计，旨在提升可靠性，减少维护成本。
结合第二方面的上述任意一种可能的实现方式，在第二方面的第八种可能的实现方式中，所述充电桩包括两个或两个以上的功率系统。
由此实现充电桩的扩容，使其能适应日益增长的对充电电压和充电电流的需求。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1示出了现有技术中的桩枪一体式充电桩。
图2示出了现有技术中的桩枪分体式充电桩。
图3示出了本发明实施例提供的一种充电桩结构图。
图4示出了本发明实施例提供的另一种充电桩结构图。
图5示出了本发明实施例提供的又一种充电桩结构图。
图6示出了本发明实施例提供的再一种充电桩结构图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
还应当理解，尽管在本文中可能采用术语第一、第二等来描述各种元件，但这些术语仅用来将元件或其他相关对象彼此区分开。例如，在不脱离本发明的范围的情况下，第一功率单元也可以被称为第二功率单元，类似地，第二功率单元也可以被称为第一功率单元。
在本发明的说明中使用的术语是仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本发明。在本发明的说明书和所附权利要求中所使用的单数形式的"一个"和"该"也可以包括复数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语"和/或"是指包含一个或多个相关联的特征的任何或所有可能组合。
图3示出了本发明实施例一提供的一种充电桩300。该充电桩300包括：功率系统与充电终端；
所述功率系统包括：第一功率单元，第二功率单元，功率控制单元，散热器，第一开关管Q1，第二开关管Q2，第三开关管Q3；其中，所述第一功率单元和所述第二功率单元的输出电压值U相同，所述第一功率单元和所述第二功率单元的输出电流值I相同，所述功率控制单元用于控制所述第一功率单元和所述第二功率单元的输出电压和输出电流，所述第一开关管Q1，第二开关管Q2和第三开关管Q3用于实现所述第一功率单元和所述第二功率单元的串联连接或并联连接，所述散热器用于为所述功率系统散热；
所述充电终端包括：充电控制模块，直流配电单元，充电枪；其中，所述充电枪用于连接待充电电池并为所述待充电电池进行充电，所述直流配电单元用于为所述充电枪分配电源，所述充电控制模块用于对所述充电情况进行计费和显示。
由于本发明实施例一提供的充电桩300由第一功率单元，第二功率单元，功率控制单元等组成，两个功率单元通过三个开关管实现串并联关系，为待充电电池提供灵活可变的充电电压及充电电流，从而克服了当前充电桩扩容困难的问题，满足电动车对于充电电压和充电电流日益增高的需求。
图中所示的功率线是用于传输电流信号的，图中所示的控制线是用于传输控制信令的，后面的图中都是如此，不再基于此赘述。
在上述实施例一的基础上，进一步的，所述第一开关管Q1的第一端连接所述第一功率单元的第一端及所述直流配电单元，所述第一开关管Q1的第二端连接所述第二功率单元的第一端；所述第二开关管Q2的第一端连接所述第一功率单元的第二端，所述第二开关管Q2的第二端连接所述第二功率单元的第一端及所述第一开关管Q1的第二端；所述第三开关管Q3的第一端连接所述第一功率单元的第二端及所述第二开关管Q2的第一端，所述第三开关管Q3的第二端连接所述第二功率单元的第二端及所述直流配电单元。
三个开关管通过这样的连接方式，可以灵活的实现两个功率单元的串并联关系，从而为充电桩的充电电压和充电电流提供灵活可扩展的空间。
更具体的，上述实施例一所提供的充电桩300包括三种工作模式：
第一工作模式为：所述第一功率单元与所述第二功率单元并联充电模式；
第二工作模式为：所述第一功率单元与所述第二功率单元串联充电模式；
第三工作模式为：所述第一功率单元与所述第二功率单元先并联后串联的混合充电模式。
该充电桩的三种不同工作模式为待充电电池的不同需求提供不同的服务，当电动车上的待充电电池对充电电压和充电电流的需求变动时，该充电桩都可以基于这三种不同的工作模式进行相应的应对。
下面分别介绍三种不同的工作模式的触发条件及具体控制逻辑：
1、当所述充电枪连接所述待充电电池，所述充电控制模块与所述待充电电池的电池管理系统BMS(battery management system)通信，并识别所述待充电电池的充电电压及所述待充电电池所需要的充电电流，当所述充电电压的范围在所述U的取值范围以内，且所述待充电电池所需要的充电电流大于或等于第一预设阈值，则所述充电控制模块与所述功率控制单元通信，所述功率控制单元控制所述第二开关管Q2断开、控制所述第一开关管Q1和所述第三开关管Q3闭合，使所述充电桩进入所述第一工作模式。
同时，所述功率控制单元调节所述第一功率单元和所述第二功率单元的输出电压和输出电流，满足大电流(大于或等于所述第一预设阈值)给待充电电池充电，以使得快速充满待充电电池的电，充电过程中所述第一功率单元和所述第二功率单元之间需要进行均流，保持负载均分，充电结束后所述第一开关管Q1，第二开关管Q2和第三开关管Q3均断开。
或，
2、当所述充电枪连接所述待充电电池，所述充电控制模块与所述待充电电池的电池管理系统BMS通信，并识别所述待充电电池的充电电压及所述待充电电池所需要的充电电流，当所述充电电压的范围超出所述U的取值范围，且小于所述第一功率单元和所述第二功率单元串联后的输出电压，且所述待充电电池所需要的充电电流小于所述所述I值，则所述充电控制模块与所述功率控制单元通信，所述功率控制单元控制所述第二开关管Q2闭合、控制所述第一开关管Q1和所述第三开关管Q3断开，使所述充电桩进入所述第二工作模式。
同时，所述功率控制单元调节所述第一功率单元和所述第二功率单元的输出电压和输出电流，满足待充电电池的充电需求，充电过程中所述第一功率单元和所述第二功率单元的输出电压相同，保持负载均分，充电结束后所述第一开关管Q1，第二开关管Q2和第三开关管Q3均断开。
或，
3、当所述充电枪连接所述待充电电池，所述充电控制模块与所述待充电电池的电池管理系统BMS通信，并识别所述待充电电池的充电电压及所述待充电电池所需要的充电电流，当所述充电电压的范围超出所述U的取值范围，且所述待充电电池所需要的充电电流大于所述I值，则所述充电控制模块与所述功率控制单元通信，所述功率控制单元控制所述第二开关管Q2断开，控制所述第一开关管Q1和所述第三开关管Q3闭合，使所述第一功率单元和所述第二功率单元并联输出，同时，所述功率控制单元调节所述第一功率单元和所述第二功率单元的输出电压和输出电流，当所述待充电电池的充电电压达到所述U的最大取值时，则所述功率控制单元控制所述第一开关管Q1和所述第三开关管Q3断开，控制所述第二开关管Q2闭合，使所述第一功率单元和所述第二功率单元串联输出，所述充电桩进入所述第三工作模式。其中，调节输出电流的目的在于使其满足待充电电池所需的充电电流，另一方面也保证其不超出待充电电池的电池容量。
同时，所述功率控制单元调节所述第一功率单元和所述第二功率单元的输出电压和输出电流，满足待充电电池的充电要求，充电过程中所述第一功率单元和所述第二功率单元的输出电压相同，保持负载均分，充电结束后所述第一开关管Q1，第二开关管Q2和第三开关管Q3均断开。
上述三种工作模式与传统的方案相比，不同功率单元的输出电压与输出电流能做到灵活组合，充分利用功率单元，使充电桩工作在最佳状态，同时成本又最低。综上，当不同电动车的待充电电池对于充电电压和充电电流有不同的要求时，充电控制模块识别其要求，并根据其具体要求对三个开关管进行控制，从而使所述充电桩中的两个功率单元形成不同的连接方式，使充电桩进入三种工作模式中响应的工作模式，为待充电电池进行充电。
值得说明的是，上述实施例一提供的充电桩300，其充电终端可以设置于所述功率系统的顶部或侧部，与所述功率系统形成一体式充电桩；或者还可以单独设置于地面，与所述功率系统形成分体式充电桩，本方案对此不做限定。
另外，在上述实施例一提供的充电桩300中，所述第一开关管Q1、所述第二开关管Q2和所述第三开关管Q3可以是MOSFET、IGBT、接触器、继电器中的任一种元器件，即其只要能配合实现所述第一功率单元和所述第二功率单元的串并联关系即可，本方案对其具体形态亦不做限定。
进一步的，在上述实施例一提供的充电桩300中，所述第一功率单元的功率发热器和所述第二功率单元的功率发热器均贴装在所述散热器上。这样的好处在于，利用散热器进行散热，整个系统内部可以不设置风扇进行散热，与现有的直通风散热相比，这种散热方式不需要防尘网，在实现整个系统自然散热的基础上，还能节约成本。
当然，虽然系统内部不设置风扇进行散热，但是本方案实施例一提供的充电桩还可以包括防水风扇，这个防水风扇可以设置在所述功率系统外部，用于对所述散热器或者其翘片进行散热，由此进一步加强该充电桩的散热能力。
在上述实施例的基础上，进一步的，所述功率系统可以利用所述散热器作为支撑安装在地面，或，所述功率系统可以通过所述散热器挂靠在墙上或立柱上，这样做的目的也是为了增强其散热能力。
值得进一步说明的是，与传统的充电桩相比，在本发明实施例提供的充电桩300中，所述功率系统可以采用IP65的防护设计进行防护，由于IP65的防护等级较IP54高，因此在本发明实施例提供的充电桩300中可以无防尘网设计，因此也不需要定期更换防尘网，且功率单元的失效率会大大降低，由此大大减少充电桩的维护成本。
关于防护等级IP54的解释如下：其中IP为标记字母，数字5为第一标记数字，数字4为第二标记数字，第一标记数字表示接触保护和外来物保护等级，第二标记数字表示防水保护等级。防护等级在工业上的应用一般为IP65，最高级为IP68。IP54属等级较低的防护等级。
在本发明实施例提供的充电桩300的基础上，本发明实施例还提供一种充电桩400，如图4所示，该充电桩400包括两个或两个以上的功率系统，如图中的(1～N)即该充电桩400中的功率系统可以有N个，其中N大于或等于2。在各个功率系统中，各功率单元按照实施例一中所述的连接方式分别与直流配电单元相连接，从而实现大容量扩容。
图5示出了本发明实施例一提供的一种充电桩500。该充电桩500包括：功率系统与充电终端；
所述功率系统包括：第一功率单元，第二功率单元，功率控制单元，散热器；其中，所述第一功率单元和所述第二功率单元具有连接关系，且所述第一功率单元和所述第二功率单元的输出电压值U相同，所述第一功率单元和所述第二功率单元的输出电流值I相同，所述功率控制单元用于控制所述第一功率单元和所述第二功率单元的输出电压和输出电流，所述散热器用于为所述功率系统散热；
所述充电终端包括：充电控制模块，直流配电单元，充电枪；其中，所述充电枪用于连接待充电电池并为所述待充电电池进行充电，所述直流配电单元用于为所述充电枪分配电源，所述充电控制模块用于对所述充电情况进行计费和显示。
由于本发明实施例提供的充电桩由第一功率单元，第二功率单元，功率控制单元等组成，两个功率单元具有连接关系，为待充电电池提供灵活可变的充电电压及充电电流，从而克服了当前充电桩扩容困难的问题，满足电动车对于充电电压和充电电流日益增高的需求。
值得说明的是，所述第一功率单元和所述第二功率单元的连接关系可以为并联连接，也可以为串联连接。图5中举例示出的即为并联连接。
由于本发明实施例提供的充电桩由第一功率单元，第二功率单元，功率控制单元等组成，两个功率单元具有串联或并联的连接关系，为待充电电池提供灵活可变的充电电压及充电电流，从而克服了当前充电桩扩容困难的问题，满足电动车对于充电电压和充电电流日益增高的需求。
在本发明实施例提供的充电桩500的基础上，如图6所示，充电桩600可以作为一种可选的实现方式，该充电桩600除了充电桩500所包含的器件，还可以包括：第一开关管Q1，第二开关管Q2和第三开关管Q3。
在这种可选的实现方式中，该三个开关管被用于实现所述第一功率单元和所述第二功率单元的串联连接或并联连接；
其中，所述第一开关管Q1的第一端连接所述第一功率单元的第一端及所述直流配电单元，所述第一开关管Q1的第二端连接所述第二功率单元的第一端；所述第二开关管Q2的第一端连接所述第一功率单元的第二端，所述第二开关管Q2的第二端连接所述第二功率单元的第一端及所述第一开关管Q1的第二端；所述第三开关管Q3的第一端连接所述第一功率单元的第二端及所述第二开关管Q2的第一端，所述第三开关管Q3的第二端连接所述第二功率单元的第二端及所述直流配电单元。
三个开关管通过这样的连接方式，可以灵活的实现两个功率单元的串并联关系，从而为充电桩的充电电压和充电电流提供灵活可扩展的空间。
值得说明的是，这三个开关管可以设置在所述功率系统内，还可以作为一个类似开关盒的开关模块单独设置在功率系统外部，本发明实施例不做限定。
作为另一种可选的实现方式，所述充电桩500可以包括如下三种工作模式：
第一工作模式为：所述第一功率单元与所述第二功率单元并联充电模式；
第二工作模式为：所述第一功率单元与所述第二功率单元串联充电模式；
第三工作模式为：所述第一功率单元与所述第二功率单元先并联后串联的混合充电模式。
该充电桩的三种不同工作模式为待充电电池的不同需求提供不同的服务，当电动车上的待充电电池对充电电压和充电电流的需求变动时，该充电桩都可以基于这三种不同的工作模式进行相应的应对。
下面分别介绍三种不同的工作模式的触发条件及具体控制逻辑：
1、当所述充电枪连接所述待充电电池，所述充电控制模块与所述待充电电池的电池管理系统BMS(battery management system)通信，并识别所述待充电电池的充电电压及所述待充电电池所需要的充电电流，当所述充电电压的范围在所述U的取值范围以内，且所述待充电电池所需要的充电电流大于或等于第一预设阈值，则所述充电控制模块与所述功率控制单元通信，所述功率控制单元控制所述第二开关管Q2断开、控制所述第一开关管Q1和所述第三开关管Q3闭合，使所述充电桩进入所述第一工作模式。
同时，所述功率控制单元调节所述第一功率单元和所述第二功率单元的输出电压和输出电流，满足大电流(大于或等于所述第一预设阈值)给待充电电池充电，以使得快速充满待充电电池的电，充电过程中所述第一功率单元和所述第二功率单元之间需要进行均流，保持负载均分，充电结束后所述第一开关管Q1，第二开关管Q2和第三开关管Q3均断开。
或，
2、当所述充电枪连接所述待充电电池，所述充电控制模块与所述待充电电池的电池管理系统BMS通信，并识别所述待充电电池的充电电压及所述待充电电池所需要的充电电流，当所述充电电压的范围超出所述U的取值范围，且小于所述第一功率单元和所述第二功率单元串联后的输出电压，且所述待充电电池所需要的充电电流小于所述所述I值，则所述充电控制模块与所述功率控制单元通信，所述功率控制单元控制所述第二开关管Q2闭合、控制所述第一开关管Q1和所述第三开关管Q3断开，使所述充电桩进入所述第二工作模式。
同时，所述功率控制单元调节所述第一功率单元和所述第二功率单元的输出电压和输出电流，满足待充电电池的充电需求，充电过程中所述第一功率单元和所述第二功率单元的输出电压相同，保持负载均分，充电结束后所述第一开关管Q1，第二开关管Q2和第三开关管Q3均断开。
或，
3、当所述充电枪连接所述待充电电池，所述充电控制模块与所述待充电电池的电池管理系统BMS通信，并识别所述待充电电池的充电电压及所述待充电电池所需要的充电电流，当所述充电电压的范围超出所述U的取值范围，且所述待充电电池所需要的充电电流大于所述I值，则所述充电控制模块与所述功率控制单元通信，所述功率控制单元控制所述第二开关管Q2断开，控制所述第一开关管Q1和所述第三开关管Q3闭合，使所述第一功率单元和所述第二功率单元并联输出，同时，所述功率控制单元调节所述第一功率单元和所述第二功率单元的输出电压和输出电流，当所述待充电电池的充电电压达到所述U的最大取值时，则所述功率控制单元控制所述第一开关管Q1和所述第三开关管Q3断开，控制所述第二开关管Q2闭合，使所述第一功率单元和所述第二功率单元串联输出，所述充电桩进入所述第三工作模式。其中，调节输出电流的目的在于使其满足待充电电池所需的充电电流，另一方面也保证其不超出待充电电池的电池容量。
同时，所述功率控制单元调节所述第一功率单元和所述第二功率单元的输出电压和输出电流，满足待充电电池的充电要求，充电过程中所述第一功率单元和所述第二功率单元的输出电压相同，保持负载均分，充电结束后所述第一开关管Q1，第二开关管Q2和第三开关管Q3均断开。
上述三种工作模式与传统的方案相比，不同功率单元的输出电压与输出电流能做到灵活组合，充分利用功率单元，使充电桩工作在最佳状态，同时成本又最低。综上，当不同电动车的待充电电池对于充电电压和充电电流有不同的要求时，充电控制模块识别其要求，并根据其具体要求对三个开关管进行控制，从而使所述充电桩中的两个功率单元形成不同的连接方式，使充电桩进入三种工作模式中响应的工作模式，为待充电电池进行充电。
当然，如前所述，本发明实施例提供的充电桩500也可以没有三个开关管，它的前两种工作模式可以通过单独的串联设计，或者并联设计来分开独立实现，即如图5示出的这种方式，将第一功率单元与第二功率单元直接并联以实现上述的第一工作模式，同理，我们还可以将第一功率单元与第二功率单元直接串联以实现上述的第二工作模式。即，在本发明实施例提供的充电桩600中，我们可以不借助开关而直接实现功率单元之间的串并联关系，此处不再赘述。
进一步的，在上述实施例二提供的充电桩500或600中，所述第一功率单元的功率发热器和所述第二功率单元的功率发热器均贴装在所述散热器上。这样的好处在于，利用散热器进行散热，整个系统内部可以不设置风扇进行散热，与现有的直通风散热相比，这种散热方式不需要防尘网，在实现整个系统自然散热的基础上，还能节约成本。
值得进一步说明的是，与传统的充电桩相比，在本发明实施例提供的充电桩500或600中，所述功率系统可以采用IP65的防护设计进行防护，由于IP65的防护等级较IP54高，因此在本发明实施例提供的充电桩500或600中可以无防尘网设计，因此也不需要定期更换防尘网，且功率单元的失效率会大大降低，由此大大减少充电桩的维护成本。
需要说明的是，在如图5所示的充电桩500中，一个整体的功率系统可以由多个子功率系统构成，每个子功率系统(图中所示为“功率系统”)可以只包含一个功率单元，各个子功率系统中的功率单元通过开关管或不通过开关管实现串并联的连接，并与直流配电单元连接实现对充电终端的供电。即，我们可以将充电桩500中的功率系统看成一个大功率系统，在这个大功率系统中，包含多个功率单元，各个功率单元又包含在单独的子功率系统中，每一个子功率系统可以有独立的功率控制单元对其功率单元进行输出电压和输出电流的控制，也可以有自己独立的散热器等相关器件。换句话说，一个大功率系统中除了有两个或两个以上功率单元，还可以有相应的两个或两个以上功率控制单元，散热器等……这个大功率系统就可以被看作我们在权利要求中所述的功率系统，此处不再赘述。
以上对本发明实施例所提供的充电桩进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (20)

1.一种充电桩，其特征在于，包括：功率系统与充电终端；
所述功率系统包括：第一功率单元，第二功率单元，功率控制单元，散热器，第一开关管，第二开关管，第三开关管；其中，所述第一功率单元和所述第二功率单元的输出电压值U相同，所述第一功率单元和所述第二功率单元的输出电流值I相同，所述功率控制单元用于控制所述第一功率单元和所述第二功率单元的输出电压和输出电流，所述第一开关管，第二开关管和第三开关管用于实现所述第一功率单元和所述第二功率单元的串联连接或并联连接，所述散热器用于为所述功率系统散热；
所述充电终端包括：充电控制模块，直流配电单元，充电枪；其中，所述充电枪用于连接待充电电池并为所述待充电电池进行充电，所述直流配电单元用于为所述充电枪分配电源，所述充电控制模块用于对所述充电情况进行计费和显示。
2.根据权利要求1所述的充电桩，其特征在于，所述第一开关管的第一端连接所述第一功率单元的第一端及所述直流配电单元，所述第一开关管的第二端连接所述第二功率单元的第一端；所述第二开关管的第一端连接所述第一功率单元的第二端，所述第二开关管的第二端连接所述第二功率单元的第一端及所述第一开关管的第二端；所述第三开关管的第一端连接所述第一功率单元的第二端及所述第二开关管的第一端，所述第三开关管的第二端连接所述第二功率单元的第二端及所述直流配电单元。
3.根据权利要求2所述的充电桩，其特征在于，所述充电桩包括三种工作模式：
第一工作模式为：所述第一功率单元与所述第二功率单元并联充电模式；
第二工作模式为：所述第一功率单元与所述第二功率单元串联充电模式；
第三工作模式为：所述第一功率单元与所述第二功率单元先并联后串联的混合充电模式。
4.根据权利要求3所述的充电桩，其特征在于，当所述充电枪连接所述待充电电池，所述充电控制模块与所述待充电电池的电池管理系统BMS(battery management system)通信，并识别所述待充电电池的充电电压及所述待充电电池所需要的充电电流，当所述充电电压的范围在所述U的取值范围以内，且所述待充电电池所需要的充电电流大于或等于第一预设阈值，则所述充电控制模块与所述功率控制单元通信，所述功率控制单元控制所述第二开关管断开、控制所述第一开关管和所述第三开关管闭合，使所述充电桩进入所述第一工作模式。
5.根据权利要求3所述的充电桩，其特征在于，当所述充电枪连接所述待充电电池，所述充电控制模块与所述待充电电池的电池管理系统BMS通信，并识别所述待充电电池的充电电压及所述待充电电池所需要的充电电流，当所述充电电压的范围超出所述U的取值范围，且小于所述第一功率单元和所述第二功率单元串联后的输出电压，且所述待充电电池所需要的充电电流小于所述所述I值，则所述充电控制模块与所述功率控制单元通信，所述功率控制单元控制所述第二开关管闭合、控制所述第一开关管和所述第三开关管断开，使所述充电桩进入所述第二工作模式。
6.根据权利要求3所述的充电桩，其特征在于，当所述充电枪连接所述待充电电池，所述充电控制模块与所述待充电电池的电池管理系统BMS通信，并识别所述待充电电池的充电电压及所述待充电电池所需要的充电电流，当所述充电电压的范围超出所述U的取值范围，且所述待充电电池所需要的充电电流大于所述I值，则所述充电控制模块与所述功率控制单元通信，所述功率控制单元控制所述第二开关管断开，控制所述第一开关管和所述第三开关管闭合，使所述第一功率单元和所述第二功率单元并联输出，同时，所述功率控制单元调节所述第一功率单元和所述第二功率单元的输出电压，当所述待充电电池的充电电压达到所述U的最大取值时，则所述功率控制单元控制所述第一开关管和所述第三开关管断开，控制所述第二开关管闭合，使所述第一功率单元和所述第二功率单元串联输出，所述充电桩进入所述第三工作模式。
7.根据权利要求1至6任一所述的充电桩，其特征在于，所述充电终端设置于所述功率系统的顶部或侧部，与所述功率系统形成一体式充电桩；或
所述充电终端单独设置于地面，与所述功率系统形成分体式充电桩。
8.根据权利要求1至7任一所述的充电桩，其特征在于，所述第一开关管、所述第二开关管和所述第三开关管为MOSFET、IGBT、接触器、继电器中的任一种元器件。
9.根据权利要求1至8任一所述的充电桩，其特征在于，所述第一功率单元的功率发热器和所述第二功率单元的功率发热器均贴装在所述散热器上。
10.根据权利要求9所述的充电桩，其特征在于，所述充电桩还包括防水风扇，所述防水风扇设置在所述功率系统外部，用于对所述散热器进行散热。
11.根据权利要求1至10任一所述的充电桩，其特征在于，所述功率系统利用所述散热器作为支撑安装在地面，或，所述功率系统通过所述散热器挂靠在墙上或立柱上。
12.根据权利要求1至11任一所述的充电桩，其特征在于，所述功率系统采用IP65的防护设计进行防护。
13.一种充电桩，其特征在于，包括：功率系统与充电终端；
所述功率系统包括：第一功率单元，第二功率单元，功率控制单元，散热器；其中，所述第一功率单元和所述第二功率单元具有连接关系，且所述第一功率单元和所述第二功率单元的输出电压值U相同，所述第一功率单元和所述第二功率单元的输出电流值I相同，所述功率控制单元用于控制所述第一功率单元和所述第二功率单元的输出电压和输出电流，所述散热器用于为所述功率系统散热；
所述充电终端包括：充电控制模块，直流配电单元，充电枪；其中，所述充电枪用于连接待充电电池并为所述待充电电池进行充电，所述直流配电单元用于为所述充电枪分配电源，所述充电控制模块用于对所述充电情况进行计费和显示。
14.根据权利要求13所述的充电桩，其特征在于，所述第一功率单元和所述第二功率单元的连接关系为并联连接，或，所述第一功率单元和所述第二功率单元的连接关系为串联连接。
15.根据权利要求14所述的充电桩，其特征在于，所述充电桩还包括：第一开关管，第二开关管和第三开关管，所述第一开关管，第二开关管和第三开关管用于实现所述第一功率单元和所述第二功率单元的串联连接或并联连接；其中，所述第一开关管的第一端连接所述第一功率单元的第一端及所述直流配电单元，所述第一开关管的第二端连接所述第二功率单元的第一端；所述第二开关管的第一端连接所述第一功率单元的第二端，所述第二开关管的第二端连接所述第二功率单元的第一端及所述第一开关管的第二端；所述第三开关管的第一端连接所述第一功率单元的第二端及所述第二开关管的第一端，所述第三开关管的第二端连接所述第二功率单元的第二端及所述直流配电单元。
16.根据权利要求15所述的充电桩，其特征在于，所述充电桩包括三种工作模式：
第一工作模式为：所述第一功率单元与所述第二功率单元并联充电模式；
第二工作模式为：所述第一功率单元与所述第二功率单元串联充电模式；
第三工作模式为：所述第一功率单元与所述第二功率单元先并联后串联的混合充电模式。
17.根据权利要求16所述的充电桩，其特征在于，当所述充电枪连接所述待充电电池，所述充电控制模块与所述待充电电池的电池管理系统BMS(battery management system)通信，并识别所述待充电电池的充电电压及所述待充电电池所需要的充电电流，当所述充电电压的范围在所述U的取值范围以内，且所述待充电电池所需要的充电电流大于或等于第一预设阈值，则所述充电控制模块与所述功率控制单元通信，所述功率控制单元控制所述第二开关管断开、控制所述第一开关管和所述第三开关管闭合，使所述充电桩进入所述第一工作模式。
18.根据权利要求16所述的充电桩，其特征在于，当所述充电枪连接所述待充电电池，所述充电控制模块与所述待充电电池的电池管理系统BMS通信，并识别所述待充电电池的充电电压及所述待充电电池所需要的充电电流，当所述充电电压的范围超出所述U的取值范围，且小于所述第一功率单元和所述第二功率单元串联后的输出电压，且所述待充电电池所需要的充电电流小于所述所述I值，则所述充电控制模块与所述功率控制单元通信，所述功率控制单元控制所述第二开关管闭合、控制所述第一开关管和所述第三开关管断开，使所述充电桩进入所述第二工作模式。
19.根据权利要求16所述的充电桩，其特征在于，当所述充电枪连接所述待充电电池，所述充电控制模块与所述待充电电池的电池管理系统BMS通信，并识别所述待充电电池的充电电压及所述待充电电池所需要的充电电流，当所述充电电压的范围超出所述U的取值范围，且所述待充电电池所需要的充电电流大于所述I值，则所述充电控制模块与所述功率控制单元通信，所述功率控制单元控制所述第二开关管断开，控制所述第一开关管和所述第三开关管闭合，使所述第一功率单元和所述第二功率单元并联输出，同时，所述功率控制单元调节所述第一功率单元和所述第二功率单元的输出电压，当所述待充电电池的充电电压达到所述U的最大取值时，则所述功率控制单元控制所述第一开关管和所述第三开关管断开，控制所述第二开关管闭合，使所述第一功率单元和所述第二功率单元串联输出，所述充电桩进入所述第三工作模式。
20.根据权利要求13至19任一所述的充电桩，其特征在于，所述功率系统采用IP65的防护设计进行防护。
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