CN111835055A - 集中式充电柜 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种集中式充电柜，包括：充电柜体，其柜体内部设置有隔离区和充电区；隔离变压器，设置在隔离区内；至少一个充电单元，设置在充电区内；其中，每个充电单元通过多个第一连接结构与隔离变压器的副边绕组电连接；且多个第一连接结构位于充电区的背面区域。在该集中式充电柜中，将隔离变压器设置在充电柜体内部的隔离区，将充电单元设置在充电柜体内部的充电区，实现隔变压器和充电单元的集中式布局，提高空间利用率。将充电单元设置在充电柜体内，能降低充电单元外壳设计要求，另外，将充电区分为背面区域和正面区域，并将隔离变压器与充电单元连接的功率线置于不易接触到的背面区域，实现高压区隔离，提高集中式充电柜的安全性。

Description

集中式充电柜

技术领域

本发明涉及电动汽车技术领域，尤其涉及一种集中式充电柜。

背景技术

随着环境问题突出，全球多国纷纷制定支持电动车发展的政策，配套的电动汽车充电系统也不断得到完善。

图1为现有技术中充电系统的结构示意图。如图1所示，充电系统包括配电站、开关箱以及充电设备，其中，10kV的高压电接到10kV的开关箱，10kV的开关箱通过连接线接到10kV/0.4kV的配电站，配电站包括多个变压器，充电设备包括多个整流单元，变压器一一对应的与整流单元连接，整流单元的输出通过充电枪为电动车充电，在充电系统中还配置有一个自动化显示屏和一个控制装置。

然而，上述充电系统中，整流设备、配电站和控制装置采用分布式布置，空间利用率低。

发明内容

本发明提供一种集中式充电柜，以解决现有充电系统中，整流设备、配电站和控制装置采用分布式布置，造成空间利用率低的技术问题。

本发明提供一种集中式充电柜，包括：充电柜体，其柜体内部设置有隔离区和充电区；隔离变压器，设置在隔离区内；至少一个充电单元，设置在充电区内；其中，每个充电单元通过多个第一连接结构与隔离变压器的副边绕组电连接；且多个第一连接结构位于充电区的背面区域。

可选地，充电单元包括：充电控制模块和M个充电模块，其中，充电控制模块和M个充电模块之间电连接；每个充电模块后端设置第一排快插端子；充电控制模块后端设置第二排快插端子和第三排快插端子；其中，第一排快插端子与第二排快插端子一一对应连接，且对应的快插端子之间通过连接母排相连；第一排快插端子、第二排快插端子、第三排快插端子及连接母排均位于充电区的背面区域；其中，M为大于等于1的正整数。

可选地，第三排快插端子包括：多个输入端子和多个输出端子；其中，多个输入端子与多个第一连接结构的一端一一对应连接。

可选地，充电区内还设置有用于与外部充电设备电连接的配电单元；其中，充电单元通过多个第二连接结构与配电单元电连接；且多个第二连接结构位于充电区的背面区域。

可选地，第三排快插端子的多个输出端子与多个第二连接结构的一端一一对应连接，第二连接结构通过第二连接线与配电单元电连接，以实现充电单元与配电单元的电连接；其中，第二连接线沿充电柜体的底部接入到配电单元，以实现与所述第二连接结构电连接。

可选地，隔离变压器的原边绕组设置于隔离区的正面区域，且与配电网连接；隔离变压器的副边绕组设置于隔离区的背面区域。

可选地，隔离变压器的副边绕组通过第一连接线与第一连接结构电连接，以实现所述充电单元与所述隔离变压器的副边绕组电连接；其中，第一连接线沿充电柜体的顶部从隔离区进入充电区，以实现与第一连接结构电连接。

可选地，充电区内还设置有至少一个储能单元；其中，每一储能单元通过多个第三连接结构与隔离变压器的副边绕组电连接；每一储能单元还通过多个第四连接结构与配电单元电连接，且储能单元通过配电单元与外部电池实现电连接；多个第三连接结构、多个第四连接结构分别位于充电区的背面区域。

可选地，外部电池为一个容量超过第一阈值的电池，充电区设置一个容量超过第二阈值的储能单元，储能单元通过配电单元与电池对应连接；或者，外部电池为多个容量小于第三阈值的电池，充电区设置多个容量小于第四阈值的储能单元，多个储能单元通过配电单元与多个电池一一对应电连接。

可选地，储能单元包括储能控制模块和L个储能模块；其中，储能控制模块和L个储能模块均电连接；每个储能模块后端设置第四排快插端子；储能控制模块后端设置第五排快插端子和第六排快插端子；其中，第四排快插端子与第五排快插端子一一对应连接，且对应的快插端子之间通过连接母排相连；第四排快插端子、第五排快插端子、第六排快插端子及连接母排均位于充电区的背面区域；其中，L为大于等于1的正整数。

可选地，第六排快插端子包括多个输入端子与多个输出端子，多个输入端子与多个第三连接结构的一端一一对应连接，多个输出端子与多个第四连接结构的一端一一对应连接；隔离变压器副边绕组通过第三连接线与第三连接结构的另一端电连接，且第三连接线沿充电柜体的顶部从隔离区进入充电区；第四连接结构通过第四连接线与配电单元电连接，第四连接线沿充电柜体的底部接入到配电单元。

可选地，充电柜体内部还设置有辅助区，辅助区内设置有如下一种或者几种组合：辅助电源和监控单元；其中，监控单元包括监控器和通讯模块；辅助电源与隔离变压器的副边绕组电连接；或者，辅助电源分别与隔离变压器的副边绕组、监控器和通讯模块电连接；监控器分别与至少一个充电单元、以及通讯模块电连接；通讯模块与外部的中央控制管理平台电连接。

可选地，隔离变压器通过电网配电柜与配电网连接；监控器，与电网配电柜相连接，用于获取隔离区门的开闭状态，并在确定开闭状态为异常开放状态时，向电网配电柜发送断开指令，以断开配电网和充电柜之间的电连接。

可选地，充电控制模块内设置有散热风扇及控制模块，散热风扇设置于充电控制模块的前面板。

可选地，充电柜还包括：水冷机；充电柜体内设置有总进水管、总出水管、至少一个分支进水管以及至少一个分支出水管，每个充电模块上设有两个散热端口；其中，水冷机的输出端与总进水管连接，水冷机的输入端与总出水管连接；每个分支进水管与总进水管连接，每个分支出水管与总出水管连接；每一充电模块的两个散热端口分别与一个分支出水管和一个分支进水管相连。

本发明提供一种集中式充电柜，在该集中式充电柜中，将隔离变压器设置在充电柜体内部的隔离区，将充电单元设置在充电柜体内部的充电区，实现隔变压器和充电单元的集中式布局，提高空间利用。将充电单元设置在充电柜体内，能降低充电单元外壳设计要求，另外，将充电区分为背面区域和正面区域，并将隔离变压器与充电单元连接的功率线置于背面区域，实现高压区隔离，提高集中式充电柜的安全性。

附图说明

图1为现有技术中充电系统的结构示意图；

图2为本发明根据一示例性实施例示出的集中式充电柜的正面结构示意图；

图3为本发明图2所示实施例的集中式充电柜的背面结构示意图；

图4为本发明根据另一示例性实施例示出的集中式充电柜的电路原理图；

图5为本发明根据图4所示实施例示出的集中式充电柜的输出方式图；

图6为本发明集中式充电柜中充电单元的电路原理图；

图7为本发明集中式充电柜中充电单元的结构示意图；

图8为本发明图7中充电单元的快插端子的结构示意图；

图9为本发明集中式充电柜中充电单元的连接示意图；

图10为本发明的集中式充电柜中充电控制模块的结构示意图；

图11为本发明根据又一示例性实施例示出的集中式充电柜的电路原理图；

图12为本发明根据图11所示实施例示出的集中式充电柜的结构示意图；

图13为本发明又一示例性实施例的集中式充电柜的侧面示意图；

图14为本发明图13所示实施例示出的集中式充电柜的电路原理图；

图15为本发明再一示例性实施例示出的集中式充电柜的电路原理图；

图16为本发明再一示例性实施例示出的集中式充电柜的电路原理图；

图17为根据本发明提供的集中式充电柜搭建的充电站的布局图；

图18为本发明提供的柜体的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，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，都属于本发明保护的范围。

本发明提供一种集中式充电柜，可以解决现有充电系统中，整流设备、配电站和控制装置采用分布式布置，造成空间利用率低的技术问题。

图2为本发明根据一示例性实施例示出的集中式充电柜的正面结构示意图。图3为本发明图2所示实施例的集中式充电柜的背面结构示意图。如图2和3所示，本实施例提供的集中式充电柜100包括充电柜体110、隔离变压器120以及充电单元130。其中，充电单元130的数量为一个或者多个。充电柜体可以为标准的集装箱，也可以为专门定制的柜体。充电柜体110分为两个区域：一个区域为隔离区111，另一个区域为充电区112。隔离区111内设置有一个隔离变压器120。其中，隔离变压器120可以为移相变压器，也可以为多绕组变压器，隔离变压器也可以仅包含一组副边绕组，隔离变压器的结构并不做限定。充电区112内设置有充电单元130，当充电单元的数量为多个时，充电单元130在充电区112内呈阵列排布，例如图2中共四列，每列包含6个充电单元，需要说明的是本发明不以此为限，可以根据实际需求灵活设置充电单元的数量及排布方式。

在上述集中式充电柜中，充电区分为正面区域113和背面区域114，每个充电单元130通过多个第一连接结构与隔离变压器的副边绕组电连接。且多个第一连接结构位于充电区的背面区域114。隔离区也分为正面区域115和背面区域116。

本实施例中隔离变压器120的原边绕组与配电网连接，隔离变压器120的一组副边绕组通过多个第一连接结构与一个充电单元130的交流侧连接，该充电单元130的直流侧与外部充电设备连接，以实现一个充电单元130对一台外部充电设备进行充电。

在本实施例提供的集中式充电柜中，将隔离变压器置于充电柜体的隔离区，充电单元置于充电柜体的充电区，并利用多个第一连接结构实现充电单元与隔离变压器连接，实现将充电单元与隔离变压器集成在一个柜体中，提升空间利用率。进一步地，将充电单元集中到充电柜体中，充电单元的外壳可以按照室内应用来进行设计，每个充电单元不需要按照室外应用来进行设计，降低了对充电单元壳体的防尘防水标准，不仅降低了机构设计的难度，而且降低壳体材料的等级，节省成本。另外，将充电区分为正面区域和背面区域，第一连接结构位于充电区的背面区域，使连接隔离变压器副边绕组和充电单元的功率线位于不易接触的背面区域，实现高压区隔离，提高了集中式充电柜的安全性。

在本发明根据另一示例性实施例示出的集中式充电柜200中，除了包括充电柜体、隔离变压器220以及充电单元230之外，还包括配电单元240。配电单元240位于充电区内。每一充电单元230通过多个第二连接结构与配电单元240电连接，且多个第二连接结构位于充电区的背面区域，配电单元240还用于与外部充电设备电连接。

图4为本发明根据另一示例性实施例示出的集中式充电柜的电路原理图。如图4所示，本实施例中隔离变压器220的原边绕组连接于外部的电网配电柜，隔离变压器220的一组副边绕组通过多个第一连接结构与一个充电单元230的交流侧连接，每个充电单元230的直流侧通过多个第二连接结构与配电单元连接，外部充电设备与配电单元连接，以实现一个充电单元230对一台外部充电设备进行充电。例如，配电单元的输出接到充电枪，利用充电枪为充电设备进行充电，充电单元的通讯接口和充电枪的通讯接口直接连接。第二连接结构位于充电区的背面区域，使连接充电单元与配电单元的功率线位于背面区域，实现高压区隔离，提高了集中式充电柜的安全性能。

配电单元的多路输出可以灵活配置组合，可以一路输出连接一个充电设备；可以两路输出组合在一起为一个充电设备供电，即两个充电单元为一个充电设备供电；可以三路输出组合在一起，以此类推，可以满足任意一种组合方式。

当上述集中式充电柜工作时，将配电网输出功率经隔离变压器、充电单元以及配电单元输出到用户的充电枪或分配器，以实现对充电设备的充电。

图5为本发明根据图4所示实施例示出的集中式充电柜的输出方式图。如图5所示，集中式充电柜200的输出可以接到充电枪，也可以接到分配器(Disspenser)，充电输出方式多样。目前使用的充电协议主要有三种，日本的Chademo协议、欧美的联合充电系统Combined Charging System，简称CCS)标准以及中国的国标GB。本发明集中式充电柜的输出通讯线可以连接使用上述任意一种充电协议的充电枪或分配器，通用性非常强。

图6为本发明集中式充电柜中充电单元的电路原理图。如图6所示，充电单元230包含充电控制模块和M个充电模块，M为大于等于1的正整数。M个充电模块并联连接，且M个充电模块与充电控制模块连接，充电控制模块和M个充电模块之间存在功率连接和通讯连接。充电控制模块的内部有开关，通过开关控制M个充电模块接入隔离变压器副边绕组或者与隔离变压器副边绕组断开，通过开关控制M个充电模块的输出接入到配电单元或者与配电单元断开。其中，充电控制模块通过通讯线下达充电指令给M个充电模块。充电控制模块的输入连接到隔离变压器的副边绕组，充电控制模块的输出连接到配电单元。

图7为本发明集中式充电柜中充电单元的结构示意图。如图7所示，充电单元230包括一个充电控制模块232和M个充电模块231。其中，M为大于等于1的正整数，在图7中仅给出M为1的情况，当M为大于1的正整数时，每个充电模块231的结构相同。每个充电模块231后端设置第一排快插端子233，充电控制模块232后端设置第二排快插端子234和第三排快插端子235。

图8为本发明图7中充电单元的快插端子的结构示意图。如图8所示，每一排快插端子中快插端子236的数量为11个，其中，第1个快插端子至第4个快插端子为直流快插端子，为充电控制模块或者充电模块的直流输出端，第5个快插端子为接地端子，该快插端子用于接地，第6个快插端子至第11个快插端子为交流快插端子，为充电控制模块或者充电模块的交流输入端。需要说明的时，充电单元中每一排快插端子的数量不以此为限，可以根据实际需求灵活设置。

在上述集中式充电柜中，第一排快插端子233与第二排快插端子234一一对应连接，且对应的快插端子之间通过连接母排相连；且第一排快插端子、第二排快插端子、第三排快插端子及连接母排均位于充电区的背面区域。

图9为本发明集中式充电柜中充电单元的连接示意图。如图9所示，快插端子之间通过连接母排252实现电连接，快插端子与变压器副边绕组及配电单元通过接线母排251实现电连接。第一连接结构和第二连接结构即为接线母排251，第一连接结构用于实现隔离变压器的副边绕组与充电单元的连接，第二连接结构用于实现充电单元与配电单元的连接。

请一并参考图7-9，充电模块的快插端子2331与充电控制模块中的快插端子2341通过一个连接母排252实现电连接，且连接母排的个数与每一排中快插端子的个数对应，实现第一排快插端子与第二排快插端子一一对应连接。充电控制模块中的快插端子2341属于第二排快插端子。例如每一排快插端子的个数为11个，则对应设置11个连接母排。如图9所示，每个连接母排上设有多个凸起253，凸起的个数与充电控制模块和充电模块的总数相同，例如，若充电单元包含1个充电模块，则每个连接母排252上设置2个凸起253，若充电单元包含2个充电模块，则每个连接母排252上设置3个凸起253。充电单元包括充电控制模块和1个充电模块，连接母排设置2个凸起，连接母排的一个凸起插入充电模块的一个快插端子2331中，连接母排的另一个凸起插入充电控制模块的一个快插端子2341中。该快插端子2341属于第二排快插端子，参考图9上述两个快插端子2331和2341位置相对应，即位于同一列，以实现充电控制模块和充电模块中对应的功率端子的电连接，例如，充电模块和充电控制模块对应的交流输入端的电连接，或充电模块和充电控制模块对应的直流输出端的电连接，或充电模块和充电控制模块对应的接地端的电连接。若充电单元包括3个充电模块，则连接母排252中凸起的个数为4个，最下面的凸起与充电控制模块的快插端子连接，剩余的3个凸起，分别与3个充电模块的快插端子对应连接，以实现3个充电模块的并联连接，以及充电模块与充电控制模块的连接。

充电控制模块232和充电模块231通过连接母排252连接，减少了线材的使用，节省了空间，降低了安装难度，用户可以站在充电区的正面区域将充电控制模块和充电模块直接插入连接母排或从连接母排拔出，可以轻松地安装和维护充电控制模块或充电模块。

请一并参考图7-9，充电控制模块的快插端子2351与接线母排251的一端2511电连接，且接线母排的个数与每一排中快插端子的个数对应，实现第三排快插端子接线母排一一对应连接。快插端子2351属于第三排快插端子。例如第三排快插端子的个数为11个，则对应设置11个接线母排。第三排快插端子中，与充电控制模块的交流输入端相连的快插端子为交流快插端子，与充电控制模块的接地端相连的快插端子为接地端子，与充电控制模块的直流输出端相连的快插端子为直流快插端子，与交流快插端子相连的接线母排为第一连接结构，与直流快插端子相连的接线母排为第二连接结构。例如，图7中每排快插端子的数量为11个，则接线母排的数量共有11个，从左至右，第1个至第4个接线母排均为第二连接结构，第6个接线母排至第11个接线母排均为第一连接结构。

如图9所示，接线母排的一端设有凸起2511，接线母排的另一端设有螺纹孔2512，凸起2511插入充电控制模块的一个快插端子2351中，该快插端子属于第三排快插端子。螺纹孔2512用于安装从隔离变压器副边绕组抽头接过来的线缆或是连接到配电单元的线缆。

多个第二连接结构的螺纹孔连接到配电单元的线缆，多个第二连接结构的凸起一一对应插入充电控制模块的直流快插端子中，该直流快插端子属于第三排快插端子，以实现充电控制模块的多个直流输出端与多个第二连接结构的一端一一对应连接，第二连接结构通过第二连接线与配电单元电连接，以实现充电单元与配电单元的电连接。

多个第一连接结构的螺纹孔连接隔离变压器副边绕组抽头连接过来的线缆，多个第一连接结构的凸起一一对应插入充电控制模块的交流快插端子中，该交流快插端子属于第三排快插端子，以实现充电控制模块的多个交流输入端与多个第一连接结构的一端一一对应连接，第一连接结构通过第一连接线与隔离变压器电连接，以实现充电单元与隔离变压器的副边绕组的电连接。与第三排快插端子中的接地端子相连的接线母排连接到机壳或者大地。

在本发明的另一实施例中，第一连接线中还可以串联断路器，第一连接结构通过断路器及线缆与隔离变压器电连接。在第一连接结构与隔离变压器之间设置断路器，即在充电单元与隔离变压器之间设置断路器，可以实现以下功能：当充电单元有故障需要维护时，将与故障充电单元对应的断路器断开，确保不带电操作，增加安全保障；当负载异常时，发生过流，断路器断开进行过流保护；当充电单元内部发生短路，断路器断开进行短路保护。

充电控制模块中的两排快插端子分别与连接母排和接线母排相连，减少了线材的使用，节省了空间，降低了安装难度，用户可以站在充电区的正面区域将充电控制模块直接插入连接母排和接线母排或从连接母排和接线母排拔出，可以轻松地安装和维护充电控制模块。

图10为本发明的集中式充电柜中充电控制模块的结构示意图。如图10所示，充电控制模块内设置有散热风扇238及控制模块237。控制模块237是插拔式的，通过螺丝固定在面板上，将用于让控制模块237锁在前面板的螺丝拧掉，即可将控制模块取出。因为灰尘、应用环境及使用寿命等影响，会造成散热风扇损坏，而散热风扇238是通过螺丝固定在前面板上，当散热风扇损坏时，将散热风扇238锁在前面板的螺丝拧掉，即可将散热风扇取出，方便更换。

在上述集中式充电柜中，隔离变压器的原边绕组设置于隔离区的正面区域。隔离变压器的副边绕组设置于隔离区的背面区域。与隔离变压器的副边绕组连接的第一连接线沿充电柜体的顶部从隔离区进入充电区，以实现第一连接线与第一连接结构电连接。与充电单元连接的第二连接线沿充电柜体的底部接入到配电单元，以实现第二连接线与配电单元的连接。连接母排、接线母排、第一连接线及第二连接线，这些传输高压大电流的连接结构均位于充电区的背面区域，实现强电隔离，提高了集中式充电柜的安全性。充电区的输入和输出都位于充电区的背面区域，从充电柜体顶部输入，从充电柜体底部输出，上进下出，同一侧走线的方式节省了空间，并减少了配电线，

在本实施例提供的集中式充电柜中，设置M个充电模块和1个充电控制模块的结构，可以增加每个充电单元的充电功率，充电控制模块和充电模块通过连接母排连接，充电控制模块还与接线母排连接，减少了线材的使用，节省了空间，降低了安装难度，用户可以在充电区的正面区域将充电控制模块和充电模块直接插入母排或从母排拔出，以实现安装维护充电控制模块或充电模块，安装维护简单且安全性能高。另外，充电区的输入和输出都位于充电区的背面区域，充电区的背面区域为较高电压区域，在进行特殊维修时才需进入，需要断电操作。充电区的正面区域只存在通信接口，为24V以下的安全电压，不仅实现了强弱电分离，而且可以在不断电的情况下对充电单元进行一般性的维修操作。

图11为本发明根据又一示例性实施例示出的集中式充电柜的电路原理图。如图11所示，本实施例提供的集中式充电柜300中，除了包括充电柜体、隔离变压器320、充电单元330以及配电单元340之外，还包括储能单元350。储能单元350的数量为1个或者多个，并设置在充电区内。每一储能单元通过多个第三连接结构与隔离变压器的副边绕组电连接；每一储能单元还通过多个第四连接结构与配电单元电连接，且储能单元通过配电单元与外部电池实现电连接。多个第三连接结构、多个第四连接结构分别位于充电区的背面区域。

图12为本发明根据图11所示实施例示出的集中式充电柜的结构示意图。如图12所示，本实施例中隔离变压器320的原边绕组与配电网连接，隔离变压器320的一组副边绕组通过多个第一连接结构与一个充电单元330的交流侧连接，每个充电单元330的直流侧通过多个第二连接结构与配电单元连接，外部充电设备与配电单元连接，以实现一个充电单元330对一台外部充电设备进行充电。隔离变压器320的一组副边绕组通过多个第三连接结构与一个储能单元350的交流侧连接，每个储能单元350的直流侧通过多个第四连接结构与配电单元连接，外部电池与配电单元连接，以实现外部电池通过储能单元为配电网扩容。

储能单元与充电单元构造类似，储能单元包含一个储能控制模块和L个储能模块，储能模块的数量为1个或者多个，储能控制模块和L个储能模块均电连接。L为大于等于1的正整数。储能控制模块的交流侧与隔离变压器320连接，储能控制模块的直流侧通过配电单元与外部电池连接。

继续参考图12，在上述集中式充电柜300中，当外部电池的容量超过预设的第一阈值时，在充电区设置有一个容量超过预设的第二阈值的储能单元，集中式充电柜300仅包括一个储能单元350，储能单元350通过配电单元与电池对应连接。储能单元可以选择一个储能控制模块加多个储能模块的结构，这样单个储能单元可以输出更大的功率，满足单个大容量的电池充放电功率需求。

当外部电池容量为小于预设的第三阈值的电池时，充电区设置有多个容量小于预设的第四阈值的储能单元，集中式充电柜300包括多个储能单元350，多个储能单元通过配电单元与多个电池一一对应电连接。单个小容量电池的充放电功率低，则储能单元可以选择一个储能控制模块加一个储能模块的结构，这样的储能单元充放电功率低，与单个小容量电池的充放电功率匹配。其中，第一阈值远大于第三阈值，第二阈值远大于第四阈值，即容量超过第一阈值的电池为大容量电池，但价格昂贵，容量小于第三阈值的电池为小容量电池，价格较低。

与图1所示的实施例相比，图12将充电柜中的L个充电单元更换成L个储能单元，这L个储能单元和L个电池一一对应连接，一个储能单元控制一个小容量电池的充电和放电，形成集中式充储一体系统。在应用中，出于安规考虑，多个电池相互之间需要电气隔离，在充电柜中L个储能单元是连接到隔离变压器L组副边绕组，相互之间实现了电气隔离，因此L个储能单元和L个电池连接以后，L个电池之间同样是电气隔离的。

储能单元同配电单元和隔离变压器的连接方式与充电单元同配电单元和隔离变压器的连接方式相同。每个储能模块的后端设置第四排快插端子，储能控制模块后端设置第五排快插端子和第六排快插端子；其中，第四排快插端子与第五排快插端子一一对应连接，且对应的快插端子之间通过连接母排相连，以实现储能控制模块和L个储能模块电连接，L个储能模块之间的并联电连接，以实现储能单元的便捷安装和维护。且第四排快插端子、第五排快插端子、第六排快插端子及连接母排均位于充电区的背面区域，传输高压大电流的结构位于不易接触到的背面区域，实现高压区安全隔离，提高集中式充电柜的安全性能。

第六排快插端子包括多个输入端子与多个输出端子，多个输入端子与多个第三连接结构的一端一一对应连接，隔离变压器副边绕组通过第三连接线与第三连接结构的另一端电连接，且第三连接线沿充电柜体的顶部从隔离区进入充电区。多个输出端子与多个第四连接结构的一端一一对应连接，第四连接结构通过第四连接线与配电单元电连接，第四连接线沿充电柜体的底部接入到配电单元。

在本实施例提供集中式充电柜中，储能单元与隔离变压器和配电单元的连接方式与上文中提到的充电单元隔离变压器和配电单元的连接方式相同，可以快速实现储能单元替换充电单元。储能单元中储能控制模块和储能模块的连接关系也与充电控制模块和充电模块的连接关系相同，此处不再赘述。将充电柜体中一些充电单元更换成储能单元，同时配备外部电池，集中式充电柜即可实现充储一体系统，实现在配电网容量不足情况下，由外部电池提供电能。

图13为本发明又一示例性实施例的集中式充电柜的侧面示意图。如图13所示，在本实施例提供的集中式充电柜400中，除了包括充电柜体410、隔离变压器420、充电单元430、配电单元440之外，还包括辅助电源450、监控单元460以及散热系统470。在充电区设有辅助区411，辅助电源450和监控单元460均位于辅助区411内。监控单元包括监控器和通讯模块。根据需求，如果需要同时给很多车充电，可以选择配备包含通讯模块、辅助电源和监控器的大型集中式充电柜。

图14为本发明图13所示实施例示出的集中式充电柜的电路原理图。如图14所示，隔离变压器420的原边绕组连接到充电柜外的电网配电柜，变压器副边绕组连接到N个充电单元，N为大于等于1的正整数，N个充电单元的功率输出接到配电单元，配电单元的输出接到充电枪或分配器，充电单元的通讯接口和充电枪或分配器的通讯接口直接连接。辅助电源450分别与隔离变压器420的副边绕组、监控器和通讯模块电连接。通讯模块与外部的中央控制管理平台通讯。监控器分别与充电单元430以及所述通讯模块通讯。

在上述大型集中式充电柜工作时，监控器与每个充电单元通讯，获取每个充电单元的充电电压、电流和运行状态信息，监控器同时监控整个充电柜体内部的温度、湿度和隔离变压器的温度，并通过通讯模块将这些信息输出到中央控制管理平台，中央控制管理平台可以通过通讯模块下达最大充电功率指令给监控器，监控器再将指令发给充电单元，限制充电单元能够输出的最大功率。监控器与电网配电柜通讯，当发生充电柜体内部温度过高或隔离变压器温度过高等严重故障，监控器通知电网配电柜断开电网。

图15为本发明再一示例性实施例示出的集中式充电柜的电路原理图。与图14相比，本实施例中将多个充电单元替换为多个储能单元，形成集中式智能充电柜。具体描述请参考图14，此处不再赘述。

图16为本发明再一示例性实施例示出的集中式充电柜的电路原理图。如果只需要给一辆车充电，集中式充电柜中可以不包含通讯模块、辅助电源和监控器，集中式充电柜就是小型集中式充电系统。隔离变压器原边绕组与充电柜外的电网配电柜连接，隔离变压器副边绕组连接接到充电单元，充电单元的输出接到配电单元，配电单元将充电单元的功率输出接到用户的充电枪或分配器。充电柜中仅包含一个充电单元，充电单元监控整个充电柜内部的温度、湿度和隔离变压器的温度，充电单元通过位于充电区正面区域的通信线与电网配电柜通讯，当发生充电柜内部温度过高或隔离变压器温度过高等严重故障时，充电单元通知电网配电柜断开电网。充电单元包含一个充电控制模块和并联的多个充电模块，多个充电模块并联可以增加单台车的充电功率。

在本实施例中，隔离变压器可以为移相变压器和多绕组变压器。隔离变压器原边绕组与配电网相连，配电网可以是低压380V的电网，也可以是中压电网。隔离变压器为移相变压器时，移相变压器有2N+1组副边绕组，其中一组副边绕组为辅助电源和散热系统供电，辅助电源用于为监控器和通讯模块供电，辅助电源同时接着不间断电源(UninterruptiblePower System，简称：UPS)，当隔离变压器或配电网故障时，UPS为监控器和通讯模块供电。剩余的2N组副边绕组接入充电区的N个充电单元，每两组副边绕组接入一个充电单元。如果隔离变压器为多绕组变压器，则其有N+1组副边绕组，其中一组副边绕组同样为辅助电源和散热系统供电。辅助电源用于为监控器和通讯模块供电，辅助电源同时接着UPS，当隔离变压器或电网故障时为监控器和通讯模块供电，剩余的N组副边绕组接入充电区的N个充电单元，每一组副边绕组接入一个充电单元。

由于隔离变压器的副边绕组相互之间是电气隔离的，不同的充电单元连接到不同的副边绕组，也实现了N个充电单元的电气隔离，充电单元本身可以不再做电气隔离，实现了集中隔离。

在本实施例中，充电柜体的隔离区的门和电网配电柜具有互锁机制，只有电网配电柜的开关断开，隔离区的门才能被打开，以保证操作人员的安全性。参考图15，当隔离变压器接入中压电网，监控器与电网配电柜存在通讯，监控器实时监控隔离区的门的状态，当隔离区的门被异常打开后，监控器通过与电网配电柜的通讯通知配电柜断开电网。参考图16，当隔离变压器接入中压电网，充电单元与电网配电柜存在通讯，充电单元实时监控隔离区门的状态，当隔离区的门被异常打开后，充电单元通过与电网配电柜的通讯通知配电柜断开电网。

在本实施例中，散热系统包括水冷机、总进水管、总出水管、分支进水管以及分支出水管，分支进水管和分支出水管的数量均可以为1个，或者为多个。其中，总进水管、总出水管、分支进水管以及分支出水管均设置在充电柜体内，总出水管和总进水管位于充电柜底部，总出水管和总进水管进入充电区后，从下往上引出几组分支出水管和分支进水管，分支出水管和分支进水管在与各个充电模块水平的位置，各拉出一根细水管，两根细水管末端接有水接头公头，在每个充电模块上设有两个散热端口，散热端口上设有水接头母头，两个细水管的水接头公头与充电模块的水接头母头连接，实现充电模块接入到水循环系统。

在上述散热系统工作时，隔离变压器为水冷机提供动力，水冷机使冷却液从进水管流入充电单元，从充电单元流出到出水管，通过冷却液的流动将N个充电单元的热量集中到水冷机。

图17为根据本发明提供的集中式充电柜搭建的充电站的布局图。如图17所示，充电柜布置在充电站场地的边上，充电站其余场地都可以规划为停车位，停车位供电动汽车充电，由于实施例中采用集中式充电柜，相同土地面积可以容纳更多的停车位。

本发明又一示例性实施例提供的集中式充电柜包括：充电柜体、隔离变压器、充电单元、配电单元、辅助电源、监控单元以及散热系统。其中，监控单元又包括：监控器和通讯模块。散热系统又包括：水冷管、水冷机和散热风机。图18为本发明提供的柜体的结构示意图。如图18所示，柜体510设有隔离区511和充电区512，在充电区512内包含有功率模块仓513、配电仓514和控制仓515。其中，隔离变压器位于隔离区511内，充电单元位于功率模块仓513，配电单元放置于配电仓514，辅助电源、监控器以及通讯模块置于控制仓515。水冷机设置在柜体的边缘，方便与空气进行对流散热。隔离区511和功率模块仓514分别配置有散热风机。

在本实施例中，安装集中式充电柜的具体过程可以为：按照预先设定好的安装顺序，依次摆放好柜体内的各个部件，再将各个部件进行连接，以便于组装。例如，第一步安装顺序为：隔离变压器和充电单元，则将隔离变压器置于隔离区511，充电单元置于功率模块仓513内，通过接线母排连接隔离变压器和充电单元。第二步安装顺序为：配电单元。则将配电单元置于配电仓514，通过接线母排连接配电单元和充电单元。第三步安装顺序为：辅助电源、监控器以及通讯模块。则将辅助电源、监控器以及通讯模块放置控制仓515，并连接控制线。第四步，在柜体内铺设水冷管，并连接水冷机。

本集中式充电柜在设计之初，从集中后的散热，安规和组装便利性三个方面考虑，合理设计柜体，将柜体划分为几个区域，将隔离变压器放入隔离区，将充电单元以及其他部件放入充电区内的各个仓体内。通过多个仓体的划分，使得柜体内部器件的散热相对独立，互相之间热量不会叠加，不存在局部过热的问题，良好地解决集中后的散热问题。另外，如果隔离变压器为中压变压器，则整个柜体里会有中压和低压两个电压等级。中压和低压的隔离一方面依靠隔离变压器；另外一方面是靠柜体的区域划分和仓体划分，将中压和低压限制在不同区域。安装维护人员在进行维护操作时，在不同区域进行独立维护操作，提高安全性能。

本实施例提供的集中式充电柜中，当需要同时给很多车充电时，集中式充电柜中还包括监控单元、辅助电源以及散热系统，监控单元监控充电柜体、隔离变压器以及充电单元的状态，实现对充电柜的保护，利用散热系统集中对充电单元进行散热，散热效率高。

在本发明提供的一种集中式充电柜中，将充电柜体内部设置有隔离区和充电区，使隔离变压器设置在隔离区内，充电单元设置在充电区内，实现隔变压器和充电单元的集中式布局，提高空间利用率和充电柜的功率密度，且降低充电单元外壳设计要求。将充电区分为背面区域和正面区域，并将隔离变压器与充电单元连接的功率线置于背面区域，实现高压区隔离，提高集中式充电柜的安全性。

在本发明提供的一种集中式充电柜中，在充电控制模块和每个充电模块的后端设置快插端子，并利用连接母排连接对应的快插端子，在充电区内实现充电控制模块和每个充电模块的连接，提高空间利用率，并让充电控制模块和每个充电模块的快插端子均设置于后端，使快插端子和连接母排均位于充电区的背面区域，实现高压区隔离，提高集中式充电柜的安全性。

在本发明提供的一种集中式充电柜中，还设置有储能单元，储能单元与外部电源连接，当配电网功率不足时，储能单元与外部电源能够为充电设备提供的充电功率，当配电网功率充足时，将配电网的功率通过储能单元存至外部电源，实现充储一体式系统，减轻电网负担。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (15)

1.一种集中式充电柜，其特征在于，包括：

充电柜体，其柜体内部设置有隔离区和充电区；

隔离变压器，设置在所述隔离区内；

至少一个充电单元，设置在所述充电区内；其中，每个所述充电单元通过多个第一连接结构与所述隔离变压器的副边绕组电连接；且所述多个第一连接结构位于所述充电区的背面区域。

2.根据权利要求1所述的集中式充电柜，其特征在于，所述充电单元包括：充电控制模块和M个充电模块，其中，所述充电控制模块和所述M个充电模块之间电连接；

每个所述充电模块后端设置第一排快插端子；

所述充电控制模块后端设置第二排快插端子和第三排快插端子；

其中，所述第一排快插端子与所述第二排快插端子一一对应连接，且对应的所述快插端子之间通过连接母排相连；所述第一排快插端子、所述第二排快插端子、所述第三排快插端子及所述连接母排均位于所述充电区的背面区域；

其中，M为大于等于1的正整数。

3.根据权利要求2所述的集中式充电柜，其特征在于，所述第三排快插端子包括：多个输入端子和多个输出端子；

其中，所述多个输入端子与所述多个第一连接结构的一端一一对应连接。

4.根据权利要求3所述的集中式充电柜，其特征在于：

所述充电区内还设置有用于与外部充电设备电连接的配电单元；

其中，所述充电单元通过多个第二连接结构与所述配电单元电连接；且所述多个第二连接结构位于所述充电区的背面区域。

5.根据权利要求4所述的集中式充电柜，其特征在于：

所述第三排快插端子的多个输出端子与所述多个第二连接结构的一端一一对应连接，所述第二连接结构通过第二连接线与所述配电单元电连接，以实现所述充电单元与所述配电单元的电连接；

其中，所述第二连接线沿所述充电柜体的底部接入到所述配电单元，以实现与所述第二连接结构电连接。

6.根据权利要求1所述的集中式充电柜，其特征在于：

所述隔离变压器的原边绕组设置于所述隔离区的正面区域，且与配电网连接；

所述隔离变压器的副边绕组设置于所述隔离区的背面区域。

7.根据权利要求3所述的集中式充电柜，其特征在于：

所述隔离变压器的副边绕组通过第一连接线与所述第一连接结构电连接，以实现所述充电单元与所述隔离变压器的副边绕组电连接；

其中，所述第一连接线沿所述充电柜体的顶部从所述隔离区进入所述充电区，以实现与所述第一连接结构电连接。

8.根据权利要求4所述的集中式充电柜，其特征在于，所述充电区内还设置有至少一个储能单元；

其中，每一所述储能单元通过多个第三连接结构与所述隔离变压器的副边绕组电连接；每一所述储能单元还通过多个第四连接结构与配电单元电连接，且所述储能单元通过所述配电单元与外部电池实现电连接；

所述多个第三连接结构、所述多个第四连接结构分别位于所述充电区的背面区域。

9.根据权利要求8所述的集中式充电柜，其特征在于，所述外部电池为一个容量超过第一阈值的电池，所述充电区设置一个容量超过第二阈值的储能单元，所述储能单元通过所述配电单元与所述电池对应连接；或者

所述外部电池为多个容量小于第三阈值的电池，所述充电区设置多个容量小于第四阈值的储能单元，所述多个储能单元通过所述配电单元与所述多个电池一一对应电连接。

10.根据权利要求8所述的集中式充电柜，其特征在于，所述储能单元包括储能控制模块和L个储能模块；其中，所述储能控制模块和L个储能模块均电连接；

每个所述储能模块后端设置第四排快插端子；

所述储能控制模块后端设置第五排快插端子和第六排快插端子；

其中，所述第四排快插端子与所述第五排快插端子一一对应连接，且对应的所述快插端子之间通过连接母排相连；所述第四排快插端子、所述第五排快插端子、所述第六排快插端子及所述连接母排均位于所述充电区的背面区域；

其中，L为大于等于1的正整数。

11.根据权利要求10所述的集中式充电柜，其特征在于，所述第六排快插端子包括多个输入端子与多个输出端子，所述多个输入端子与所述多个第三连接结构的一端一一对应连接，所述多个输出端子与所述多个第四连接结构的一端一一对应连接；

所述隔离变压器副边绕组通过第三连接线与所述第三连接结构的另一端电连接，且所述第三连接线沿所述充电柜体的顶部从所述隔离区进入所述充电区；

所述第四连接结构通过第四连接线与所述配电单元电连接，所述第四连接线沿所述充电柜体的底部接入到所述配电单元。

12.根据权利要求1所述的集中式充电柜，其特征在于，所述充电柜体内部还设置有辅助区，所述辅助区内设置有如下一种或者几种组合：

辅助电源和监控单元；

其中，

所述监控单元包括监控器和通讯模块；

所述辅助电源与所述隔离变压器的副边绕组电连接；或者，所述辅助电源分别与所述隔离变压器的副边绕组、所述监控器和所述通讯模块电连接；

所述监控器分别与所述至少一个充电单元、以及所述通讯模块电连接；

所述通讯模块与外部的中央控制管理平台电连接。

13.根据权利要求12所述的集中式充电柜，其特征在于：

所述隔离变压器通过电网配电柜与配电网连接；

所述监控器，与所述电网配电柜相连接，用于获取所述隔离区门的开闭状态，并在确定所述开闭状态为异常开放状态时，向所述电网配电柜发送断开指令，以断开所述配电网和所述充电柜之间的电连接。

14.根据权利要求2所述的集中式充电柜，其特征在于，所述充电控制模块内设置有散热风扇及控制模块，所述散热风扇设置于所述充电控制模块的前面板。

15.根据权利要求2所述的集中式充电柜，其特征在于，所述充电柜还包括：水冷机；

所述充电柜体内设置有总进水管、总出水管、至少一个分支进水管以及至少一个分支出水管，每个所述充电模块上设有两个散热端口；

其中，所述水冷机的输出端与所述总进水管连接，所述水冷机的输入端与所述总出水管连接；

每个所述分支进水管与所述总进水管连接，每个所述分支出水管与所述总出水管连接；每一所述充电模块的两个散热端口分别与一个分支出水管和一个分支进水管相连。

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