用于电动汽车的安全防护型充电桩的制作方法

[0001]
本实用新型涉及充电桩技术领域，具体涉及一种用于电动汽车的安全防护型充电桩。


背景技术：

[0002]
充电桩的功能类似于加油站里面的加油机，可以固定在地面或墙壁，安装于公共建筑和居民小区停车场或充电站内，可以根据不同的电压等级为各种型号的电动汽车充电，充电桩的输入端与交流电网直接连接，输出端都装有充电插头用于为电动汽车充电。
[0003]
随着充电桩的快速发展，作为高压大功率供电设备，充电桩充电安全逐步被人们重视，特别是由于充电电流大、电压高、充电时间长等特点，当发生短路、过载、过压等故障时可能造成导线自燃而产生火灾。随着用户对充电时间的要求，快充、超级快充功能已成为未来的发展趋势，这务必会使充电桩中的温度过高，高温会影响充电桩的安全性和耐久性，使得热管理成为必然的选择。


技术实现要素：

[0004]
本实用新型提供一种用于电动汽车的安全防护型充电桩，解决汽车充电桩在使用中温度过高的问题。
[0005]
为达上述目的，本实用新型提供了一种用于电动汽车的充电桩，其包括：充电桩本体，设置于所述充电桩本体内部的发热设备，和用于对所述发热设备进行冷却的冷却设备；所述发热设备包括主控制器，所述冷却设备包括导热基板和热管，所述导热基板的内部设置有容纳腔，所述热管包括蒸发段、冷凝段和在所述蒸发段和所述冷凝段之间循环流动的相变工质，所述蒸发段嵌入于所述导热基板的容纳腔中，在所述容纳腔与所述蒸发段之间的间隙中填充有由树脂浸渍液体固化后形成的导热固化层，所述冷凝段伸出于所述充电桩本体的外部；所述导热基板的外表面上设置有导热材料，所述导热材料与所述发热设备的发热部位贴合接触，所述导热材料包括石墨薄膜、热相变材料或导热硅脂；所述充电桩本体的外壁上设置有热反射隔热涂层，对太阳辐射和地面辐射实施反射。
[0006]
可选地，所述相变工质包括：蒸馏水、丙酮、甲醇或氨水；所述热管的内部为真空状态的封闭空腔，所述封闭空腔中填充有毛细丝；所述冷凝段上还设置有多个散热片；所述热反射隔热涂层包括滑石粉、高岭土或空心玻璃微珠。
[0007]
可选地，所述充电桩本体的内部还设置有阻尼器，所述阻尼器包括容器，容纳于所述容器内的阻尼液和漂浮于阻尼液上的多个质量体，所述质量体的外表面形成多个齿，所述容器与所述充电桩本体的内壁固定连接。
[0008]
可选地，所述充电桩本体上还设置有超声波距离传感器和接近报警器，所述超声波距离传感器和所述接近报警器均与所述主控制器电连接，所述超声波距离传感器检测充电桩与车辆之间的距离，所述主控制器根据所述超声波传感器反馈的距离控制所述接近报警器发出不同级别的报警信号。
[0009]
可选地，所述充电桩本体的下部还设置有水位传感器，所述充电桩本体上还设置有水位报警器，所述水位传感器和所述水位报警器均与所述主控制器电连接，所述主控制器根据所述水位传感器的监测数据确定是否触发所述水位报警器进行报警，以及确定是否控制所述充电桩本体进行断电保护。
[0010]
可选地，所述充电桩本体上还设置有通信设备、第一视频采集设备、第二视频采集设备和烟雾报警器，所述通信设备、所述第一视频采集设备、所述第二视频采集设备和所述烟雾报警器分别与所述主控制器电连接；所述第一视频采集设备用于采集所述充电桩本体的内部的第一视频监控图像，所述第二视频采集设备用于采集所述充电桩本体的外部的第二视频监控图像，所述主控制器根据所述烟雾报警器输出的异常烟雾监测信号切断所述充电桩的输入或输出电源，启动所述第一视频采集设备和所述第二视频采集设备，并且通过所述通信设备向远端监控服务器发送所述异常烟雾监测信号、所述第一视频监控图像和所述第二视频监控图像；所述通信设备包括：以太网、gprs/cdma、rs232、rs485、红外收发器中的一种或多种。
[0011]
可选地，所述充电桩本体内还设置有定位电路，所述定位电路与所述主控制器电连接，所述定位电路包括北斗gprs双模定位芯片和/或gps定位模块。
[0012]
可选地，所述充电桩的供电电源进线采用阻燃电缆，所述阻燃电缆的外围设置有电缆护管；所述交流充电桩本体上还设置有通风孔，在所述通风孔上安装有防尘过滤网或者活性炭滤网。
[0013]
可选地，所述充电桩本体内还设置有：谐波检测电路，用于检测电网中的谐波，并向所述主控制器反馈；电力有源滤波器，用于在所述主控制器的控制下启动，消除电网中的谐波；所述谐波检测电路和所述电力有源滤波器分别与所述主控制器电连接。
[0014]
可选地，所述充电桩还包括备用电源系统，所述备用电源系统包括储能元件和新能源发电系统；所述主控制器还与所述储能元件电性连接，所述储能元件与所述新能源发电系统电性连接；所述新能源发电系统包括如下中的一种或多种：风能发电设备、太阳能光伏发电设备、水能发电设备、生物能发电设备、潮汐能发电设备、可燃气体发电设备。
[0015]
上述技术方案具有如下有益技术效果：
[0016]
本实施例在导热基板的容纳腔与热管的蒸发段之间的间隙中通过注入树脂浸渍液体并对其进行固化而形成的导热固化层，通过该导热固化层作为导热桥，将导热基板与热管的蒸发段形成连续的导热介质，该导热固化层的导热系数远高于空气，并且该导热固化层将导热基板与热管的蒸发段进行紧密热接触，扩大了导热面积，显著提高了导热效率和热交换性能。
[0017]
本实施例通过设置烟雾报警器、多个视频采集设备和通信设备，可以检测充电桩附近或者内部的高温、烟雾或火焰等异常情况，启动报警功能并且自动切断充电桩的充电电源，以及向远程监控服务器发送内外监控图像以分析定位真正的烟雾或起火部位，对故障点进行精确定位，进一步提高充电桩的安全性。
[0018]
该充电桩由于具有定位模块，通过该定位模块实时或间隔性的向后台监管机构发送自身的地理位置系统，以解决防盗的安全性问题。
[0019]
该充电桩可解决现有技术中充电桩无备用电源功能，无法检测到掉电，在突然掉电会丢失充电数据，同时增加对存储器擦写，减少存储器寿命的问题。该充电桩还与储能元
件电性连接，储能元件与新能源发电系统电性连接，能够在意外断电过程中，及时通过储能电组进行紧急供电。
[0020]
该充电桩通过增设谐波抑制电路，其包括谐波检测单元和电力有源滤波器，从而电网中的谐波超出国家标准的允许值时，则启动电力有源滤波器消除谐波，以改善电能质量。
附图说明
[0021]
为了更清楚地说明本实用新型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实用新型的一些实施例，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。
[0022]
图1是本实用新型实施例的充电桩与电动汽车连接的示意图；
[0023]
图2是本实用新型实施例1的充电桩的内部结构原理图一；
[0024]
图3是本实用新型实施例1的充电桩的内部结构原理图二；
[0025]
图4是本实用新型实施例2的充电桩的电路结构原理图。
[0026]
附图标号说明：
[0027]
001-电动汽车；002-充电线；003-充电桩本体；004-充电接口本体；
[0028]
100-充电桩；
[0029]
10-充电桩本体；12-热反射隔热涂层；
[0030]
20-发热设备；
[0031]
30冷却设备；31-导热基板；32-热管；322-蒸发段；324-冷凝段；326-导热固化层；33-导热材料；
[0032]
40-阻尼器；42-容器；44-阻尼液；46-质量体；462-齿。
具体实施方式
[0033]
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。
[0034]
实施例1
[0035]
图1是本实用新型实施例的交流充电桩与电动汽车连接的示意图。如图1所示，待充电设备001为电动汽车，充电接口本体004的一端连接有充电线002，充电接口本体004通过充电线002连接有充电桩本体003。
[0036]
图2是本实用新型实施例1的充电桩的内部结构原理图一。如图2所示，本实用新型实施例1提供了一种用于电动汽车的充电桩100，其包括：充电桩本体10，设置于充电桩本体10内部的发热设备20，和用于对发热设备20进行冷却的冷却设备30；发热设备20包括主控制器，冷却设备30包括导热基板31和热管32，导热基板31的内部设置有容纳腔，热管32包括蒸发段322、冷凝段324和在蒸发段322和冷凝段324之间循环流动的相变工质，蒸发段322嵌入于导热基板31的容纳腔中，在容纳腔与蒸发段322之间的间隙中填充有由树脂浸渍液体
固化后形成的导热固化层326，冷凝段324伸出于充电桩本体10的外部；导热基板31的外表面上设置有导热材料33，导热材料33与发热设备20的发热部位贴合接触，导热材料33包括石墨薄膜、热相变材料或导热硅脂；充电桩本体10的外壁上设置有热反射隔热涂层12，对太阳辐射和地面辐射实施反射。
[0037]
发热设备20除了包括主控制以外，还可以包括充电模块、功率模块等产热器件，或者充电桩本体10内的其他电子设备。导热固化层326用于消除热管32的蒸发段322与导热基板31的容纳腔之间的间隙，使热管32的蒸发段322与导热基板31的容纳腔紧密接触，并形成固态的连续导热桥，提高导热效率。散热石墨薄膜是一种良好的导热材料，又称为导热石墨膜，导热石墨片，石墨散热片等，这种材料有弹性，可裁切冲压成任意形状，可多次弯折，适用于将点热源转换为面热源的快速热传导，具有很高的导热性能。热相变化材料是指随温度变化而改变形态并能提供潜热的物质。相变化材料由固态变为液态或由液态变为固态的过程称为相变过程，这时相变材料将吸收或释放大量的潜热。导热硅脂是用来填充充电桩的主控制器与散热片之间的空隙的材料的一种，这种材料又称之为热界面材料。其作用是用来向散热片传导主控制器散发出来的热量，使主控制器温度保持在一个可以稳定工作的水平，防止主控制器因为散热不良而损毁，并延长使用寿命。在散热与导热应用中，即使是表面非常光洁的两个平面在相互接触时都会有空隙出现，这些空隙中的空气是热的不良导体，会阻碍热量向散热片的传导。而导热硅脂是一种可以填充这些空隙，使热量的传导更加顺畅迅速的材料。导热硅脂几乎不固化，可在-50℃—+230℃的温度下长期保持使用时的脂膏状态，既具有优异的电绝缘性，又有优异的导热性。
[0038]
在本实施例中，采用热管32对该充电桩中的发热部件进行散热。热管32包括管壳和容置于管壳围合形成的空腔内的毛细丝和液体，空腔为封闭结构，毛细丝填充满空腔，液体填充空腔内的部分空间，空腔内部呈真空状态。液体为蒸馏水、丙酮、甲醇或氨水。管壳的材质为铜、不锈钢或铝。热管的工作原理如下：当热管受热时，热管腔体被加热，由于腔体内气压极低，腔体内的液体(如蒸馏水)汽化温度降低，因此热管一端的高温区(即蒸发段322)的蒸馏水汽化，吸收大量的热，汽化后的气体沿热管槽传播，到达另一端的低温区(即冷凝段324)后，凝结成蒸馏水，放出热量，完成热量从高温区向低温区的高效转移。凝结后的蒸馏水沿毛细丝所形成的毛细结构，回流到高温区。如此循环，完成热量从高温区向低温区的转移。通过导热基板31或主控制器的主板内部集成热管，利用热管的快速均温特性，可以将充电桩本体10内的发热设备20高温区的热量快速转移至外部的低温区，由于热管具有很高的导热系数，一般高到几千(w/m2.k)，故大大提高了导热能力，实现了快速均匀散热，从而将充电桩的整机温升控制在合理范围内，避免了局部温度过高的问题。
[0039]
本申请的发明人考虑到，由于在导热基板的容纳腔与热管的蒸发段之间是存在间隙的，该间隙的存在导致导热发生间断，间隙内空气的导热率低，无法将导热基板中的热量快速地转移到热管的冷凝端进行冷却耗散。并且，该安装间隙的存在，使得热管的蒸发段与导热基板的热管容纳腔之间的接触面积减小，从而降低了导热性能和热转移速率。而且，该安装间隙的存在，使得热管的蒸发段与导热基板的容纳腔热接触不紧密，严重时将导致热管失效，无法正常工作。为解决该问题，本实施例在导热基板31的容纳腔与热管32的蒸发段之间的间隙中通过注入树脂浸渍液体并对其进行固化而形成的导热固化层326，通过该导热固化层326作为导热桥，将导热基板31与热管32的蒸发段形成连续的导热介质，该导热固
化层326的导热系数远高于空气，并且该导热固化层326将导热基板31与热管32的蒸发段进行紧密热接触，扩大了导热面积，显著提高了导热效率和热交换性能。具体地，在本实施例中可以采用成熟的真空浸渍液体的注入方式，在导热基板31的容纳腔与热管32的蒸发段322之间的间隙中注入树脂浸渍液体并进行固化，这种注入方式有利于浸渍液体更为均匀充分地填充于容纳腔与蒸发段322外壁之间的间隙内，以使散热更为均匀、快速，导热系数更高。在固化时，可进一步采用射频加热设备、微波加热设备、远红外加热设备、电加热设备中的至少一个来固化该树脂浸渍液体，形成用于导热的固化层，相当于在导热基板31与热管32的蒸发段322之间构建了可靠的，接触良好的、高导热率的导热桥。上述加热设备的采用有助于固化更快、更好地进行。
[0040]
本申请的发明人考虑到充电桩长期暴露于太阳辐射中，受到太阳暴晒，容易使充电桩内部温度升高。为解决该问题，本实施例充电桩本体的外壁上设置有热反射隔热涂层12，对太阳辐射和地面辐射实施反射，从而可以阻止充电桩本体及其内部的电子设备对太阳及周围环境的热辐射的吸收，降低充电桩内电子设备的温度。太阳热反射隔热涂层12是一种对近红外辐射具有显著反射作用的功能型涂层，这种涂层一般是将对近红外辐射具有反射功能作用的粒子涂覆到基质上，将太阳辐射中的近红外反射、散射到外部空间中去，降低热辐射下物体表面及内部环境温度。
[0041]
进一步地，相变工质包括：蒸馏水、丙酮、甲醇或氨水；热管的内部为真空状态的封闭空腔，封闭空腔中填充有毛细丝；冷凝段上还设置有多个散热片；热反射隔热涂层包括滑石粉、高岭土或空心玻璃微珠。
[0042]
本申请的发明人考虑到，充电桩受大风影响容易晃动，甚至发生倾倒，当充电桩受风力影响倾斜角度超过安全倾斜角度阈值时，充电桩将被迫停机，这将限制充电桩的使用范围。为解决该技术问题，本实施例为充电桩增加了抑制充电桩振动的阻尼器40，以保持充电桩在大风状态下仍能处于稳定状态，继续保持正常工作，以扩大其使用范围和应用场合。具体地，图3是本实用新型实施例1的充电桩的内部结构原理图二，如图3所示，充电桩本体10的内部还设置有阻尼器40，阻尼器40包括容器42，容纳于容器42内的阻尼液44和漂浮于阻尼液44上的多个质量体46，质量体46的外表面形成多个齿462，容器42与充电桩本体10的内壁固定连接。该齿462用于将形成在阻尼液44中由于振动而形成的波浪破碎为沿不同方向分散。在大风天气下，充电桩内阻尼器中的阻尼液在腔体内震荡、波动，阻尼液中的质量体受到液体的作用，随着波浪上下运动，将液体传递获得的动能转换为重力势能、热能等其它形式的能量，从而消耗围护结构塔筒的振动动能，起到对充电桩抑制振动、减振的作用，把充电桩的顺风向振动携带的能量传递到阻尼液体并借助阻尼液体传递到质量体，转化成阻尼液体和质量体的竖直方向的运动以及竖直方向携带的能量，并在竖直方向运动过程耗散掉，这里，对振动携带的能量作了正交或近乎垂直方向性的转移和耗散。
[0043]
进一步地，充电桩本体上还设置有超声波距离传感器和接近报警器，超声波距离传感器和接近报警器均与主控制器电连接，超声波距离传感器检测充电桩与车辆之间的距离，主控制器根据超声波传感器反馈的距离控制接近报警器发出不同级别的报警信号。
[0044]
进一步地，充电桩本体的下部还设置有水位传感器，充电桩本体上还设置有水位报警器，水位传感器和水位报警器均与主控制器电连接，主控制器根据水位传感器的监测数据确定是否触发水位报警器进行报警，以及确定是否控制充电桩本体进行断电保护。
[0045]
进一步地，充电桩本体10上还设置有通信设备、第一视频采集设备、第二视频采集设备和烟雾报警器，通信设备、第一视频采集设备、第二视频采集设备和烟雾报警器分别与主控制器电连接；第一视频采集设备用于采集充电桩本体10的内部的第一视频监控图像，第二视频采集设备用于采集充电桩本体10的外部的第二视频监控图像，主控制器根据烟雾报警器输出的异常烟雾监测信号切断充电桩的输入或输出电源，启动第一视频采集设备和第二视频采集设备，并且通过通信设备向远端监控服务器发送异常烟雾监测信号、第一视频监控图像和第二视频监控图像；通信设备包括：以太网、gprs/cdma、rs232、rs485、红外收发器中的一种或多种。通过上述方式有利于快速定位烟雾点的发生位置或故障部件，确定烟雾产生原因。
[0046]
进一步地，充电桩本体10内还设置有定位电路，定位电路与主控制器电连接，该定位电路包括北斗gprs双模定位芯片和/或gps定位模块。通过该定位电路实时或间隔性的向后台监管机构发送自身的地理位置系统，以解决防盗的安全性问题。
[0047]
进一步地，充电桩的供电电源进线采用阻燃电缆，阻燃电缆的外围设置有电缆护管；交流充电桩本体上还设置有通风孔，在通风孔上安装有防尘过滤网或者活性炭滤网。多台交流充电桩的电源接线应考虑供电电源的三相平衡。可采用落地式或壁挂式等安装方式。落地式充电桩安装基础应高出地面0.2m及以上，必要时可安装防撞栏。保护接地端子应可靠接地。室外的充电桩采取必要的防雨和防尘措施。
[0048]
进一步地，充电桩本体10内还设置有：谐波检测电路，用于检测电网中的谐波，并向主控制器反馈；电力有源滤波器，用于在主控制器的控制下启动，消除电网中的谐波；谐波检测电路和电力有源滤波器分别与主控制器电连接。充电站接入电网所注入的谐波电流和引起公共连接点电压的正弦畸变率应符合现行国家标准《电能质量公用电网谐波》gb/t 14549的有关规定。当需要降低或控制接入公用电网的谐波和公共连接点电压正弦畸变率时，采取装设滤波器等措施进行改善。电动汽车充电桩是一种非线性设备，工作时会产生很高的谐波电流，降低电力系统的电能质量，严重影响到公共连接点上的其他设备安全运行。因此，为了消除这些谐波，本实施例安装apf(active power filter，有源电力滤波器)。其工作原理是检测补偿对象的电压和电流，经指令电流运算单元计算出补偿电流的指令电流信号，电流跟踪控制部分安装指令电流信号控制补偿电流，补偿电流与交流侧充电电流中要补偿的谐波及无功电流相抵消，最终得到期望的电网电流。主控制器分别与电动汽车充电检测单元、谐波检测单元和电力有源滤波器电连接。当有电动汽车充电时，电动汽车充电检测单元将检测的信号发送到主控制器，主控制器启动谐波检测单元检测电网中的谐波，当谐波超出国家标准的允许值，该国家标准号为gb_t_14549-1993，标准名称为电能质量公用电网谐波，则启动电力有源滤波器消除谐波，并将电网谐波通过显示单元进行显示。
[0049]
进一步地，充电桩还包括备用电源系统，备用电源系统包括储能元件和新能源发电系统；充电桩的主控制器还与储能元件电性连接，储能元件与新能源发电系统电性连接；该新能源发电系统包括如下中的一种或多种：风能发电设备、太阳能光伏发电设备、水能发电设备、生物能发电设备、潮汐能发电设备、可燃气体发电设备。通过上述方式解决了现有技术中充电桩控制板无备用电源功能，无法检测到掉电，在突然掉电会丢失充电数据，同时增加对存储器擦写，减少存储器寿命的问题。
[0050]
实施例2
[0051]
图4是本实用新型第二实施例的交流充电桩的电路结构原理图。参阅图4，本实用新型的第二实施例的交流充电桩用于为电动汽车车载充电机提供安全、可靠的交流电源。作为一个示例，该交流充电桩的供电电源采用220v交流电压，额定电流小于或等于32a。该交流充电桩包括：充电保护电路组、主电源系统、备用电源系统、主控制器、冷却系统、人机交互系统、通信模块、谐波抑制电路、连接异常检测电路和急停开关。充电保护电路组、主电源系统、备用电源系统、冷却系统、人机交互模块、通信模块、谐波抑制电路、连接异常检测电路和急停开关均与主控制器电连接。
[0052]
(1)人机交互系统
[0053]
人机交互系统，与中央处理模块通信连接，其包括：触摸操作及显示模块，与主控制器电连接，用于实时显示各状态下的相关信息，包括显示待机状态、充电状态、或者充满状态的指示，显示包括输出电压、输出电流、电能计费信息在内的充电参数，和充电桩本体内的温度信息，在故障时显示相应的告警信息。该触摸操作及显示模块，还用于提供界面进行充电金额、支付密码、系统参数的设置，同时对交流充电桩进行启/停控制操作。
[0054]
身份识别模块，用于识别车主的身份信息。其包括如下中的至少一种：充电信息卡读卡器；指纹识别器；人脸识别模块；二维码扫描识别模块。
[0055]
在一个实施例中，二维码扫描识别模块可通过条码扫描器来实现。条码扫描器扫描用户手机生成的二维码获取充电预约信息。充电预约信息包括用户通过手机预约好的充电模式(普通充电、快速充电、定量充电、定时充电、soc充电(剩余电量百分比充电))、充电时间、支付方式(手机在线支付或现场刷卡结算)等信息。
[0056]
在一个实施例中，充电信息卡读卡器，可通过rfid读卡器来实现。该人机交互系统包括一个人机交互操作面板，其可提高操作的便利性。该人机交互操作面板上设置有：投币口、刷卡而板、触摸屏、启动开关、停止开关、暂停开关。使用者可以通过按压该面板上的启动开关、停止开关、暂停开关对充电接口或充电枪执行启动充电、停止充电、暂停充电的操作。投币口可以让用户投递硬币购买电量，也可以办卡，利用磁卡来支付所需的电量，触摸屏可供用户选择充电模式，充电时间和充电速度等，待用户对触摸屏的选择完成之后，按压启动开关，即可实现对新能源汽车的充电操作。
[0057]
在一个实施例中，人机交互系统通过rs232接口或rs485接口与主控制器连接。ic卡读卡器通过rs232接口或rs485接口与主控制器连接。在一个实施例中，人机交互系统包括语音提示扬声器，其通过语音提示用户在触摸屏上进行各项操作，包括进行身份确认，计费方式选择，启动或停止充电等。人脸识别模块包括用于采集用户人脸信息的摄像头和后台服务器，该后台服务器上存储有多个用户人脸信息，将摄像头采集的人脸信息和后台服务器上存储的人脸信息进行匹配，并向主控制器反馈匹配结果。
[0058]
(2)充电保护电路组
[0059]
充电保护电路组，其包括：过负荷保护电路、短路保护电路、漏电保护电路、交流输入过压保护电路、交流输入过流保护电路、交流输出过压保护电路、交流输出过流保护电路、过温保护电路、防雷电路、倾角传感器。倾角传感器设计在交流充电桩内部，当充电桩因为被碰撞而发生角度倾斜时，主控制器通过倾角传感器感应倾角所反馈的信号，自动切断主电源回路。例如：当检测到交流充电桩受到撞击或倾斜10
°
及以上时，交流充电桩自动断电，避免因柜体带电造成人身安全问题。
[0060]
(3)主电源系统
[0061]
主电源系统包括：顺序电连接的高压配电框、变压器和三相充电回路，以及与变压器和三相充电回路之间的连接线电性连接的无功补偿装置。高压配电柜的输入端与高压电网电连接，高压配电柜的输出端与变压器的高压侧连接，无功功率补偿装置设置在变压器的低压侧，三相充电回路与主控制器电连接。该充电桩增设无功补偿装置，解决了现有技术的新能源汽车充电系统缺乏无功补偿机构，配网中由无功功率传输造成的电压损耗较大，电网质量较差的问题。
[0062]
交流充电桩所产生的电压波动和闪变在电网公共连接点的限值应符合现行国家标准《电能质量电压波动和闪变》gb/t 12326的有关规定。在本实施例中，当充电桩的波动负荷引起电网电压波动和闪变时，采用动态无功补偿装置或动态电压调节装置等技术措施进行改善，对于具有大功率充电机的充电站，可由短路容量较大的电网供电。
[0063]
无功功率补偿装置应符合下列要求：无功功率补偿装置宜设置在变压器低压侧，补偿容量宜按最大负荷时变压器高压侧功率因数不低于0.95确定。当用电设备的自然功率因数满足变压器高压侧功率因数不低于0.95的要求时，可不加装低压无功功率补偿装置。
[0064]
(4)备用电源系统
[0065]
备用电源系统，包括储能元件和新能源发电系统。该充电桩的主控制器还与储能元件电性连接，所述储能元件与新能源发电系统电性连接。该新能源发电系统包括如下中的一种或多种：风能发电设备、太阳能光伏发电设备、水能发电设备、生物能发电设备、潮汐能发电设备、可燃气体发电设备。
[0066]
在一个示例性实施例中，在交流充电桩的本体顶部或者附近地面区域上设置太阳能电池板和简易风力发电机，在交流充电桩本体内部设置蓄电池，太阳能电池板将太阳能转化为电能储存在该蓄电池中，简易风力发电机将风能转换为电能储存在该蓄电池中。该太阳能电池板上安装有太阳能追踪器以追踪太阳光。进一步地，在交流主电桩的内部还增设有电加热元件(例如电加热管)和湿度传感器，其与蓄电池电连接，在主控制器的控制下，根据湿度传感器反馈的湿度值对交流充电桩的内部环境进行加热除湿。进一步地，在该交流充电桩上还配置有风速风向传感器，用于测量当前的风速和风向，并将当前的风速和风向反馈给主控制器，当主控制器确定当前的风速和风向满足风力发电条件后(如当前风速过低，低于切入风速时，则不启动风力发电机；如当前风速过高，高于切出风速时，此时进行风力发电存在安全风险，则关闭风力发电机)，启动该风力发电机进行发电工作，当主控制器确定当前的风速和风向不满足风力发电条件后，关闭该风力发电机，或者驱动该风力发电机进行偏航对风，在正对风向后进行风力发电操作以提高发电效率和发电功率。进一步地，当该风力发电设备或太阳能发电设备设置于交流充电桩上时，是通过可拆卸的方式连接，例如通过真空吸盘的方式连接固定于交流充电桩，以便于维护。进一步地，该蓄电池进一步与逆变器电连接，逆变器的输出端通过输出电缆与充电桩的主控制器电连接。在一个可选的实施例中，风力发电机可采用螺旋型垂直轴风力发电机。
[0067]
(5)冷却系统
[0068]
充电桩内的主控制器和电源模块或充电模块上固定有温度传感器，温度传感器经信号线连接主控制器的信号输入端，充电桩内的主控制器旁和电源模块或充电模块旁固定有散热风扇，主控制器的信号输出端连接散热风扇的驱动单元。散热单元包括散热风扇(可
采用涡轮风扇)，在散热风扇上设置有用于控制其启停和转速的控制开关，控制开关与主控制器的控制输出端连接。
[0069]
(6)连接异常检测电路和急停开关
[0070]
急停开关，用于在充电过程中紧急切断输出电源。主控制器，还用于根据远程控制紧急停机信号，进行紧急停机。连接异常检测电路，用于在充电过程中检测充电电压；主控制器，用于当检测的充电电压与正常充电电压之间的差值超过预设的阈值时，确定发生充电接口连接异常，则立即自动切断输出电源，停止充电。
[0071]
(7)通信模块
[0072]
通讯模块包括以太网、gprs/cdma、rs232、rs485、红外收发器中的一种或多种。红外收发器包括红外发射器和红外接收器。在其他实施例中，通信模块为无线通讯模块，该无线通讯模块为蓝牙模块、4g td-lte/gprs/cdma无线公网、230mhz无线专网、光纤中的一种或者数种。
[0073]
(8)主控制器
[0074]
主控制器用于控制各部分的工作。例如，主控制器用于接收、处理充电桩充电过程中的运行数据。主控制器用于控制是否切断输出电源，用于控制是否启动风力发电设备和/或光伏发电设备，用于控制是否启动或关闭交流充电桩内部的电加热除湿装置，用于控制是否向周围的车辆发出相应级别的接近程度报警信号，用于判断是否充电接口是否存在连接异常，用于在接收到火灾或烟雾报警信号或者急停指令后控制电源模块断开电路。主控制器可采用单片机控制器或者微处理器。
[0075]
进一步地，在其他实施例中，可采用如下技术手段来改善交流充电桩的其他电能质量：充电桩供配电系统的供电电压允许偏差符合下列要求：10kv(20kv)及以下三相供电的电压偏差应为标称电压的
±
7％。充电桩设计应采取选择合理的变压器变压比和电压分接头、降低系统阻抗、补偿无功功率、调整三相负荷平衡等减小供电电压偏差的措施。
[0076]
进一步地，交流充电桩上还设置有手机充电端，其固定连接有包含micro usb接口、usb type c接口及lightning接口三种接口的手机充电线。
[0077]
进一步地，交流充电桩还包括交流电能表，用于作为交流充电桩的计量装置。交流充电桩的充电计量装置采用静止式交流多费率有功电能表(以下简称交流电能表)，交流电能表应采用直接接入式，其电气和技术参数符合下列规定：参比电压(un)应为220v；基本电流(ib)应为10a；最大电流(imax)应大于或等于4倍的基本电流；参比频率应为50hz；准确度等级应为2.0级。交流充电桩具备多个可同时充电接口时，每个接口应单独配备交流电能表。进一步地，在每个充电接口本体的表面上镀有纳米防水膜，从而使充电接口具有防水性，不容易被锈蚀。交流电能表宜安装在交流充电桩内部，位于交流输出端与车载充电机之间，电能表与车载充电机之间不应接入其他与计量无关的设备。交流充电桩能够采集交流电能表数据，计算充电电量，显示充电时间、充电电量及充电费用等信息。交流充电桩可以显示本次充电电量，并可将该项清零。交流充电桩可至少记录100次充电行为，记录内容包括充电起始时刻、起始时刻电量值、结束时刻、结束时刻电量值和充电电量。
[0078]
进一步地，还包括交流充电桩的供配电系统：中低压配电系统采用单母线或单母线分段接线，低压接地系统宜采用tn-s系统。低压进出线开关、分段开关采用断路器。来自不同电源的低压进线断路器和低压分段断路器之间应设机械闭锁和电气联锁装置，防止不
同电源并联运行。低压进线断路器具有短路瞬时、短路短延时、短路长延时和接地保护功能，设置分励脱扣装置，不宜设置失压脱扣装置或低压脱扣装置。非车载充电机、监控装置以及重要的用电设备宜采用放射式供电。
[0079]
以上所述的具体实施方式，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施方式而已，并不用于限定本实用新型的保护范围，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

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