本發(fā)明涉及交流充電樁三相電補償設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種提高三相負(fù)荷有功功率的交流充電樁。

背景技術(shù)：

汽車曾被譽為改變世界的機器，在給我們帶來快捷交通方式的同時，也產(chǎn)生了能源安全、環(huán)境污染和全球氣候變暖等一系列問題。目前，節(jié)能減排已成為全球汽車產(chǎn)業(yè)的首要任務(wù)，發(fā)展新能源汽車已成為全球汽車工業(yè)的戰(zhàn)略方向，新能源汽車有望成為再次改變世界的機器。

電動汽車作為新能源開發(fā)的突出代表，已經(jīng)成為取代傳統(tǒng)動力汽車、引領(lǐng)汽車行業(yè)新時代的重要發(fā)展方向。當(dāng)下，世界汽車行業(yè)正積極投身于電動汽車的開發(fā)和推廣過程中，各國政府和企業(yè)在電動汽車領(lǐng)域投入了大量人力、物力和財力。中國在三縱三橫研發(fā)布局的政策引導(dǎo)下，電動汽車事業(yè)發(fā)展也十分迅速。

電池和充電技術(shù)是電動汽車開發(fā)的瓶頸，其商業(yè)開發(fā)及其運營方式在某種意義上決定了電動汽車的推廣程度和商業(yè)化的空間。同時，充電站也是新能源汽車時代的先聲。在新能源政策支持下，預(yù)計2011-2015年我國年均新能源汽車需求量將達(dá)到35萬輛，2015年需求量將達(dá)97萬輛。作為新能源汽車的基礎(chǔ)設(shè)施，電動汽車充電站有望先于新能源汽車市場爆發(fā)。

交流充電樁作為電動汽車的運行提供能源補給，是電動汽車發(fā)展所必須的重要配套基礎(chǔ)設(shè)施。

交流充電樁對具有車載充電機的電動乘用車輛提供交流充電電源，交流充電樁一般建設(shè)在停車場或路邊，具有功率較小、占地面積不大，建設(shè)容易，布點靈活、一次性投入小等特點。雖然建設(shè)單個交流充電樁很簡單，但交流充電樁要形成網(wǎng)絡(luò)才能滿足電動汽車普及的需要。

但整個充電設(shè)施行業(yè)也處于起步及技術(shù)摸索階段，目前市面上的交流充電樁從外觀結(jié)構(gòu)、電氣設(shè)計、控制機理都存大很大的改進空間。尤其是三相充電回路單元連接的三相電網(wǎng)，現(xiàn)有的充電樁幾乎都是單相負(fù)載，且用戶的用電具有不同時性，這使得配變系統(tǒng)極易出現(xiàn)三相不平衡的情形，且不平衡度嚴(yán)重超標(biāo)，不平衡度過高達(dá)到34％，同時使得無功功率居高不下，造成嚴(yán)重的電力浪費。

現(xiàn)有的充電樁低壓配電系統(tǒng)普通采用的是投切電容器，其存在補償臺階，極易出現(xiàn)過補或者欠補，補償效果差。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種提高三相負(fù)荷有功功率的交流充電樁，能夠?qū)ΜF(xiàn)有的充電樁所連接的配電端出現(xiàn)的不平衡進行補償，使各相電流或者電壓基本達(dá)到平衡狀態(tài)，以使其無功功率明顯降低，提高充電效率以及電能利用率。

本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實現(xiàn)的：

一種提高三相負(fù)荷有功功率的交流充電樁，包括主MCU單元，且該主MCU單元通過總數(shù)據(jù)線分布連接有讀卡單元、三相充電回路單元、輸入單元、顯示單元、計量單元、電磁倉單元、語音引導(dǎo)單元、備用電源單元、防雷漏電單元、通訊單元、傾角檢測單元，所述讀卡單元、充電回路單元、輸入單元、顯示單元、計量單元、電磁倉單元、語音引導(dǎo)單元、備用電源單元、防雷漏電單元、通訊單元、傾角檢測單元分別與主MCU單元連接，所述的顯示單元包括操作顯示模塊和設(shè)備狀態(tài)顯示模塊，所述三相充電回路單元接入三相電網(wǎng)，所述三相電網(wǎng)連接有無功補償裝置。

優(yōu)選地，所述無功補償裝置包括

控制器；

信號采集器，電連接于電網(wǎng)的三相母線，檢測三相母線的電壓/電流信號，并通訊連接于所述控制器；

IGBT驅(qū)動，電性連接于所述控制器并由其驅(qū)動；

兩串聯(lián)的鏈節(jié)，每個鏈節(jié)均包括有兩個以上并聯(lián)的逆變電路以及末端與各逆變電路并聯(lián)的直流電容；

三相母線分別通過一連接線路連接至兩鏈節(jié)之間的串聯(lián)線路，各相線路中均包括有串聯(lián)的電抗器與斷路器。

優(yōu)選地，無功補償裝置還包括有三避雷器，分別電性連接于各所述斷路器與各所述電抗器之間的線路。

優(yōu)選地，所述控制器、所述IGBT驅(qū)動、各所述電抗器以及各所述鏈節(jié)封裝于一個SPC柜體內(nèi)，形成一SPC模塊。

優(yōu)選地，其特征在于，所述SPC柜體設(shè)置有XA～XN多個接線端子，以與各相母線電性連接。

優(yōu)選地，所述信號采集器通過無線或有線的方式通訊連接于所述控制器。

優(yōu)選地，所述的備用電源單元包括充電電路子單元、放電電路子單元與12V/5A的鉛酸電池。

優(yōu)選地，通訊單元包括上行通訊單元和下行通訊單元，所述交流充電樁通過上行通訊單元與后臺監(jiān)控系統(tǒng)進行通訊，所述交流充電樁通過下行通訊單元與車載充電機進行通訊。

優(yōu)選地，所述的上行通訊單元包括以太網(wǎng)、GPRS/CDMA、RS232、紅外中的一種或多種。

優(yōu)選地，所述的下行通訊單元包括PWM信號總線、CAN總線、RS485之間的一種或多種。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明有以下有益效果：

本發(fā)明的提高三相負(fù)荷有功功率的交流充電樁，備用電源單元可有效的使充電樁進行正常工作24小時，維護了充電的完整性，減少因停電引發(fā)的充電投訴，同時，當(dāng)再次來電時，可對備用電源單元進行循環(huán)充電，以延長備用電源單元與車載電池壽命；另外它還解決了原來金屬鍵盤防水、與充電樁整機銜接的問題、充電樁人機交互防水問題、以及鍵盤使用壽命的問題；且采用的無功補償裝置，使電網(wǎng)及時達(dá)到平衡狀態(tài)，大大降低了無功功率的消耗，而且降低了傳統(tǒng)補償設(shè)備的高成本，同時提高了充電效率以及電能利用率。

附圖說明

圖1為本發(fā)明提高三相負(fù)荷有功功率的交流充電樁的電路框圖；

圖2是本發(fā)明的封裝后的連接示意圖；

圖3是本發(fā)明的電流補償原理示意圖；

圖4為本發(fā)明的電壓支撐原理示意圖。

具體實施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。

如圖1所示，一種提高三相負(fù)荷有功功率的交流充電樁，包括主MCU單元，且該主MCU單元通過總數(shù)據(jù)線分布連接有讀卡單元、三相充電回路單元、輸入單元、顯示單元、計量單元、電磁倉單元、語音引導(dǎo)單元、備用電源單元、防雷漏電單元、通訊單元、傾角檢測單元，所述讀卡單元、充電回路單元、輸入單元、顯示單元、計量單元、電磁倉單元、語音引導(dǎo)單元、備用電源單元、防雷漏電單元、通訊單元、傾角檢測單元分別與主MCU單元連接，所述的顯示單元包括操作顯示模塊和設(shè)備狀態(tài)顯示模塊，所述三相充電回路單元接入三相電網(wǎng)，所述三相電網(wǎng)連接有無功補償裝置。

下面分別介紹充電樁各單元的組成與功能：

讀卡單元：兼容各種接觸及非接觸式IC卡，有效的對用戶卡進行讀寫，將用戶信息反饋給充電機充主MCU；

輸入單元：“電容式觸摸感應(yīng)式鍵盤”置于亞克力面板后面，通過觸摸亞克力面板，有效的將人機交互的信息傳送到充電樁主MCU；

電磁倉單元：電磁倉主要是用于連接充電插頭，并確認(rèn)充電插頭是否完全連接，并且在整個充電的過程中，將倉門閉鎖，以確保整個充電過程的安全，同時防止充電槍被人盜走；

語音引導(dǎo)單元：根據(jù)整個充電過程，對任何一個階段的工作進行語音引導(dǎo)，以便用戶更簡便的完成整個充電過程；

顯示單元：主要由一個7寸液晶屏，三個“運行”、“充電”、“故障”指示燈構(gòu)成，顯示充電記錄、報警信息、電池信息、系統(tǒng)信息、蓄電池的電量。也可以設(shè)置設(shè)備參數(shù)、單價。指示燈在充電時：“運行”、“充電”指示燈會常亮，液晶屏幕上顯示“正在充電”。待機時：“運行”指示燈會常亮；液晶屏幕上顯示“待機”。故障狀態(tài)：“故障”指示燈會常亮，液晶屏幕上顯示“故障”；

計量單元：根據(jù)現(xiàn)行的時段費率，對用戶的充電電量進行準(zhǔn)確計量，同時將用電量進行計算；

存儲單元：本地固態(tài)存儲器高達(dá)32M，將用戶信息，充電信息、電動汽車的各項參數(shù)進行本地保存，可保存3個月以上的用戶有效數(shù)據(jù)；

充電回路單元：主要用于強電的分合；

防雷漏電單元：包含兩大塊：一是防雷模塊，另一方面漏電模塊；由于充電樁大多安裝在戶外，當(dāng)電源線遭受雷擊后，防雷模塊裝電源進線處，防雷模塊的作用是用來保護電力系統(tǒng)中各種電器設(shè)備免受雷電過電壓、操作過電壓、工頻暫態(tài)過電壓沖擊而損壞的一種電器。防雷模塊是在感應(yīng)到線路上高壓后瞬間把線路和“地”聯(lián)通，泄放雷電流的。達(dá)到保護充電樁的目的。漏電模塊，當(dāng)被保護的線路的相線直接或者通過非預(yù)期負(fù)載對大地接通，而產(chǎn)生近似正弦波并且其有效值是緩慢變化的剩余電流，當(dāng)該電流大于一定數(shù)值時，漏電保護器切斷該線路，漏電保護器在實現(xiàn)時，可以采用零序電流互感器，其作用是反映漏電電流信號，故構(gòu)成整個漏電保護器的檢測部分；還有用于測量放大漏電電流信號部分，構(gòu)成漏電保護器的比較、控制部分；可以采用交流接觸器構(gòu)成漏電保護的執(zhí)行部分。在當(dāng)充電樁發(fā)生漏電時，快速與電源分離，確保人身及整個用電環(huán)境的安全；

備用電源單元：包含充電電路、放電電路、12V/5A的鉛酸電池，在供電狀態(tài)，充電電路對220V電路進行降壓、整流，同時判斷電池的電壓，如果欠壓，則對其進行充電；當(dāng)充電樁處于停電狀態(tài)，鉛酸電池能通過放電電路對整個充電樁進行供電，目前鉛酸電池的容量能確保充電樁24小時內(nèi)能刷卡結(jié)算，從電磁倉取出充電電纜；

通訊單元：通訊模塊包含上行：以太網(wǎng)、GPRS/CDMA、RS232、紅外；下行包含CAN、RS485；下行采用RS485與電能表連接；交流充電樁通過CAN總線與車載充電機進行通訊，通過CAN通訊握手的方式判斷充電機是否與交流充電樁正確連接，如未正確連接，則無法啟動充電過程；獲得蓄電池的相關(guān)參數(shù)信息，如蓄電池電壓、剩余電量、電池溫度等。交流充電樁上行可以通過GPRS/CDMA或以太網(wǎng)與后臺監(jiān)控系統(tǒng)通訊，將充電信息上傳給主站，以便于主站對整個充電系統(tǒng)進行管理。

傾角檢測單元：充電樁內(nèi)部有傾角檢測設(shè)計，當(dāng)充電樁因為被車輛碰撞，發(fā)生角度傾斜時，能自動切斷主電源回路，以保護人生及整個用電環(huán)境的安全。

主MCU：采用32位RISC芯片，通過CAN總線、485總線、以太網(wǎng)進行數(shù)據(jù)的采集，傳輸?shù)臄?shù)據(jù)和采集的數(shù)據(jù)作出判斷，并根據(jù)準(zhǔn)照標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議進行與后臺保持網(wǎng)絡(luò)的連接承擔(dān)起通訊管理功能。根據(jù)要求控制系統(tǒng)協(xié)條處理所有模塊任務(wù)。

無功補償裝置：如圖2所示，其主要由控制器1、信號采集器2、IGBT驅(qū)動3以及兩個鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)所組成的SVG模塊所組成。

所述控制器1為控制運算中心，其內(nèi)部具有DSP數(shù)字信號處理芯片以及PWM信號發(fā)生器，并且支持遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸功能，該功能由485通訊接口來完成。

所述IGBT驅(qū)動3能夠輸出足夠大的推/挽電流，以足夠快地對IGBT門極電容充放電，以足夠快地開通或者關(guān)閉IGBT，這種調(diào)頻響應(yīng)的開關(guān)特性可實現(xiàn)對電壓或者電流的實時補償。

所述的信號采集器2可以采集三相母線端的電壓或者電流信號，并通過無線或者有線的方式將采集的電壓信號或者電流信號傳遞至所述控制器1內(nèi)控DSP計算分析，然后根據(jù)所述控制器1的設(shè)置來控制PWM信號發(fā)生器發(fā)出控制信號給IGBT使逆變電路產(chǎn)生滿足要求的無功補償電流。

當(dāng)所述信號采集器2為采集三相母線端的電流信號的CT(電流互感器)時，為以下工作過程：

如圖3所示，CT(電流互感器)用于檢測電網(wǎng)與不平衡負(fù)載之間的三相母線上的電流信號，如初始狀態(tài)下檢測到的三相母線之間的電流分為5A、10A、15A，CT將檢測到的各相電流信號發(fā)送給所述控制器1進行處理分析，并根據(jù)控制器1設(shè)定的數(shù)值來判斷系統(tǒng)是否處于不平衡狀態(tài)，同時計算出達(dá)到平衡狀態(tài)時各相母線所需轉(zhuǎn)換的電流值，然后通過所述控制器1內(nèi)的PWM信號發(fā)生器將驅(qū)動信號發(fā)送給所述IGBT驅(qū)動并使其開始動作，將三相母線上的不平衡電流從電流大的相轉(zhuǎn)移到電流小的相(如圖2中箭頭指示的電流方向)，最終使三相均達(dá)到設(shè)定值的平衡狀態(tài)。

當(dāng)所述信號采集器2為采集三相母線端的電壓信號時，其工作過程如下：

如圖4所示，與三相母線連接的連接線路6與各相母線的連接節(jié)點處分別為一補償點，在各補償點處設(shè)置一能夠檢測電壓信號的信號采集器2，在對補償點的電壓進行采樣后，所述信號采集器2將電壓信息傳遞給所述控制器1，所述控制器1經(jīng)由內(nèi)部的DSP數(shù)字信號處理芯片處理后判斷各補償點的電壓信號是否超過或者小于設(shè)定值，當(dāng)檢測到的電壓信號超過調(diào)壓上限時，所述控制器1驅(qū)動所述IGBT使由各逆變電路組成的SVG模塊輸出感性電流，從而降低電壓；當(dāng)檢測到的電壓信號低壓調(diào)壓下限時，所述控制器1驅(qū)動所述IGBT使由各逆變電路組成的SVG模塊輸出容性電流(如圖3中箭頭指示方向，為容性電流輸出方向)，當(dāng)需要輸出容性電流時，可以專門設(shè)置備用電壓補償線11與所述母線連接，以提升該相母線上的電壓，最終使各相電壓穩(wěn)定在正常范圍內(nèi)。

所述控制器1、所述IGBT驅(qū)動3、各所述電抗器7以及各所述由逆變電路4和直流電容5組成的鏈節(jié)封裝于一個SPC柜體8內(nèi)，形成一SPC模塊9，在所述SPC柜體8上設(shè)置有多個接線端子901，各接線端子901分別與各所述電抗器7的外側(cè)電性連接，并通過各所述接線端子901可以方便地與所述電網(wǎng)的三相母線電性連接。

結(jié)合圖4所示，所述SPC柜體901設(shè)置有XA、XB、XC以及XN等多個接線端子，其中的XA、XB、XC接線端子901可與三相母線的各火線電性連接，其中的XN可與電網(wǎng)的零線連接，還可設(shè)置一PE接線端子，用于接地。

進一步地，為保證本發(fā)明的穩(wěn)定性，在三相母線與各電抗器7之間設(shè)置有避雷器10，其一端與各相母線電連接，另一端為公共接地端，還包括有三避雷器，分別電性連接于各所述斷路器與各所述電抗器之間的線路。

應(yīng)用本無功補償裝置后，針對充電樁的用電電網(wǎng)，在安裝本無功補償裝置前三相電流不平衡嚴(yán)重，不平衡電流約為50A，零線電流達(dá)到44A；補償后三相電流基本平衡，不平衡電流約為2A，零線電流下降至15A，不平衡度由34％降到1％。

該交流充電樁所包括備用電源單元工作原理為：該交流充電樁提供了AC220V/7kw的交流供電能力，在供電狀態(tài)，充電電路對220V電路進行降壓、整流，同時判斷電池的電壓，如果欠壓，則對其進行充電；當(dāng)充電樁處于停電狀態(tài)，鉛酸電池能通過放電電路對整個充電樁進行供電，目前鉛酸電池的容量能確保充電樁24小時內(nèi)能刷卡結(jié)算，從電磁倉取出充電電纜。

請參照圖2，電動汽車直流充電機充電流程如下：

1)用戶持用戶卡，在交流充電樁上刷卡，交流充電樁讀出用戶信息，通過“輕觸式感應(yīng)鍵盤”輸入密碼，同時將用戶信息上傳到主站，并作出相應(yīng)的權(quán)限認(rèn)定；

2)交流充電樁主控制模塊判斷用戶是否正確，是否有足夠的剩余金額，如果用戶正確并有足夠的金額，則打開插座門鎖，提示連接充電插頭；

3)請參照圖3和4，交流充電樁主控制模閉合圖四S1,發(fā)出±12V PWM信號，當(dāng)車載充電機接收到PWM信號時，確認(rèn)充電槍與充電插座連接到位，檢測點1的電壓發(fā)生變化，同時車載充電機確認(rèn)本身與電池連接是否正常，如果正常閉合S2，檢測點1的電壓再次發(fā)生變化。主控制模塊收到充電插頭連接成功，電池連接正常信號，主控制模塊確認(rèn)可以充電，同時閉鎖電磁倉，并顯示在液晶屏上。

4)用戶通過“輕觸式感應(yīng)鍵盤”，根據(jù)液晶屏提示的信息，按照自己的情況配置參數(shù)，選擇自動充滿模式、金額模式、電量模式、時間模式中的一種，輸入相應(yīng)的參數(shù)，確認(rèn)充電。

5)充電過程中，主控制模塊定時檢測車載充電機充電狀態(tài)，當(dāng)出現(xiàn)過壓、欠壓、漏電等異常時，充電機立即停止通電，報警燈亮，并將報警信息上傳到充電管理服務(wù)主站。

6)電池充滿結(jié)束充電或手動結(jié)束充電，同時結(jié)算充電金額，結(jié)束本次充電。交流充電樁將相關(guān)信息通過以太網(wǎng)或GRPS/CDMA等方式上傳到主站。

綜上本發(fā)明的結(jié)構(gòu)與原理可知，本發(fā)明的提高三相負(fù)荷有功功率的交流充電樁，備用電源單元可有效的使充電樁進行正常工作24小時，維護了充電的完整性，減少因停電引發(fā)的充電投訴，同時，當(dāng)再次來電時，可對備用電源單元進行循環(huán)充電，以延長備用電源單元與車載電池壽命；另外它還解決了原來金屬鍵盤防水、與充電樁整機銜接的問題、充電樁人機交互防水問題、以及鍵盤使用壽命的問題；且采用的無功補償裝置，使電網(wǎng)及時達(dá)到平衡狀態(tài)，大大降低了無功功率的消耗，而且降低了傳統(tǒng)補償設(shè)備的高成本，同時提高了充電效率以及電能利用率。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。