电动汽车充电桩自动三相均衡供电系统的制作方法

本技术涉及充电桩，具体的说是涉及一种电动汽车充电桩自动三相均衡供电系统。

背景技术：

1、由于充电桩的迅速发展，电桩的数量越来越多，在实际过程中，总的进线都是采用三相电源，充电桩实际为单相电源供电，施工布线时将充电桩均匀分别接在三相电中。每相分布的充电桩数量大致相等。这种方式在施工布线已经固定了并且无法进行修改。

2、由于实际充电车辆随机寻桩进行充电，可能每相充电的车辆数量不一致，导致三相负载不平衡。比如一个场站总的有30根充电桩，每相就接10根充电桩，但是实际使用时，可能a相有5车在充电，b相下只有1台，c相下的2台，每台车的充电额定电流为32a。

3、此时a相电流160a,b相32a,c相64a,通过in＝(a^2+b^2+c^2-ab-bc-ac)^1/2计算中性线的电流达到115a左右，这样就会导致三相电不平衡。

4、三相电电流不平衡会造成的后果：增加线路的电能损耗、增加配电变压器的电能损耗、配变出力减少、配变产生零序电流、影响用电设备的安全运行、电动机效率降低。

5、增加线路的电能损耗：在三相四线制供电网络中，电流通过线路导线时，因存在阻抗必将产生电能损耗，其损耗与通过电流的平方成正比。当三相负载不平衡运行时，中性线即有电流通过。这样不但相线有损耗，而且中性线也产生损耗，从而增加了电网线路的损耗。

6、增加配电变压器的电能损耗：配电变压器是低压电网的供电主设备，当其在三相负载不平衡工况下运行时，将会造成配变损耗的增加。因为配变的功率损耗是随负载的不平衡度而变化的。

7、配变出力减少：配变在三相负载不平衡时运行，其输出的容量就无法达到额定值，其备用容量亦相应减少，过载能力也降低。假如配变在过载工况下运行，即极易引发配变发热，严重时甚至会造成配变烧损。

8、配变产生零序电流：配变在三相负载不平衡工况下运行，将产生零序电流，该电流将随三相负载不平衡的程度而变化，不平衡度越大，则零序电流也越大。会使配变的钢构件局部温度升高发热。配变的绕组绝缘因过热而加快老化，导致设备寿命降低。同时，零序电流的存也会增加配变的损耗。

9、由于现目前充电桩数量多，并且功率大，电桩使用率也不是太高，用户都是随机寻找车位，极有可能集中到某一相上，导致每相电流大小不一致，并且偏差很大，这样就导致3相负载不平衡。当3相负载不平衡时就会出现很多问题，容易形成安全隐患。

10、很多充电桩管理企业也意识到这个问题，在建桩时按一定系数匹配供电容量。导致小区建桩数量受到一定限制。

技术实现思路

1、针对现有技术中的不足，本实用新型要解决的技术问题在于提供了一种电动汽车充电桩自动三相均衡供电系统，设计该供电系统的目的是解决三相负载不平衡的问题。

2、为解决上述技术问题，本实用新型通过以下方案来实现：本实用新型的电动汽车充电桩自动三相均衡供电系统，包括智能的配电柜主机及与配电柜主机电连接的多路智能的配电柜从机，所述配电柜主机输入端接入电表，电表的输入端接入三相电，所述配电柜从机连接并控制多台充电桩，任意一所述配电柜从机中，设有4p三相空开、控制模块以及继电器切换模块；

3、所述4p三相空开包括三相空开以及一单匹空开，所述单匹空开的第一端接所述控制模块，其第二端接至所述三相空开的其中一个相线；

4、所述控制模块控制输出端连接所述继电器切换模块，其零线接口接n线，所述继电器切换模块具有3个磁保持继电器，该3个磁保持继电器的切换开关的输入端分别连接三相空开的三条相线，其切换开关的输出端接在一起且连接到充电桩的火线接口，所述充电桩的零线接口接n线。

5、进一步地，所述配电柜主机和所述配电柜从机通过rs485接口通信。

6、进一步地，该供电系统还包括防短路的硬件互锁电路，该硬件互锁电路包括译码器u5、与所述译码器u5连接且驱动芯片u7，所述译码器u5输出通过反向器驱动磁保持继电器的驱动芯片u7。

7、更进一步地，所述译码器u5采用的型号是aip74hc139sa16.tb，所述驱动芯片u7的型号是aip74hc04sa14.tb。

8、更进一步地，所述译码器u5的1脚1e#连接电阻r24的第一端，所述电阻r24的第二端分别连接电阻r37的第一端、控制模块的relay1_en脚，所述电阻r37的第二端接地；

9、所述译码器u5的2脚2e#连接电阻r33的第一端，所述电阻r33的第二端分别连接电阻r50的第一端、控制模块的relay2_en脚，所述电阻r50的第二端接地。

10、更进一步地，所述译码器u5的16脚vcc接至由光耦u6输出的电压，所述光耦u6的发光端1脚接入n1_out电路，其发光端2脚接入l_1电路，所述光耦u6的受光端集电极输出电压给所述译码器u5的16脚，其受光端发射极分别连接电阻r36、控制模块的relay en脚。

11、更进一步地，所述供电系统还包括第一电压增益放大电路和第二电压增益放大电路；

12、所述第一电压增益放大电路包括互感器pt1、电阻r67、电阻r68、电阻r1、电阻r95、电阻r96、电容c48、电容c49、电阻r100、运算放大器u23c、电阻r106、电阻r108、电阻r2；

13、所述互感器pt1的1脚in1接入所述n1_out电路，其2脚in2连接电阻r68的第一端，所述电阻r68的第二端连接电阻r67的第一端，所述电阻r67的第二端接入所述l_1电路，所述互感器pt1的3脚out1分别连接电阻r1的第一端、电阻r95的第一端，所述电阻r1的第二端接至所述互感器pt1的4脚out2，所述互感器pt1的4脚out2输出+1.65v_vol，所述电阻r95的第二端分别连接电阻r96的第一端、电容c48的第一端，所述电容c48的第二端接地，所述电阻r96的第二端分别连接电容c49的第一端、运算放大器u23c的同相输入v+，所述电容c49的第二端接地，所述电阻r100和所述电容c49并联；

14、所述运算放大器u23c的反相输入v-分别连接电阻r108的第一端、电阻r106的第一端，所述电阻r108的第二端接地，所述电阻r106的第二端接至所述运算放大器u23c的输出端，所述运算放大器u23c的负电源接地，其正电源输出3.3v电压，所述运算放大器u23c的输出端连接电阻r2的第一端，所述电阻r2的第二端接至relay1vol电路；

15、所述第二电压增益放大电路包括ct1接口、电阻r38、电阻r98、电阻r99、电容c51、电容c50、电阻r103、运算放大器u23d、电阻r4、电阻r5、电容c1、电阻r3；

16、所述电阻r38的两端分别连接ct1接口的1脚、ct1接口的2脚，所述ct1接口的2脚输出+1.65v_cur；

17、所述电阻r98、电阻r99串联后的两端分别接至ct1接口的1脚、运算放大器u23d的同相输入端v+，所述电容c51的第一端接至所述电阻r98、电阻r99之间的电路节点上，其第二端接地，所述电容c50、电阻r103并联后的一端接地，其并联后的另一端接至运算放大器u23d的同相输入端v+；

18、所述运算放大器u23d的反相输入端v-和运算放大器u23d的输出端之间连接电阻r4，所述运算放大器u23d的反相输入端v-还连接电阻r5的第一端，所述电阻r5的第二端连接电容c1的第一端，所述电容c1的第二端接地，所述运算放大器u23d的负电源接地，其正电源输出3.3v电压；

19、所述运算放大器u23d的输出端连接电阻r3的第一端，电阻r3的第二端接至relay_ct1电路。

20、更进一步地，所述+1.65v_vol接至运算放大器u23b的输出端，所述+1.65v_cur接至运算放大器u23a的输出端；

21、所述运算放大器u23b的同相输入端v+和运算放大器u23a的同相输入端v+互接后分别连接电阻r6的第一端、电阻r7的第一端，所述电阻r6的第二端接+3.3v电压，所述电阻r7的第二端接地，所述电阻r7并联有电容c8；

22、所述运算放大器u23a的反射输入端v-和运算放大器u23a的输出端互接，所述运算放大器u23a的负电源接地，其正电源接+3.3vop；

23、所述运算放大器u23b的反射输入端v-和运算放大器u23b的输出端互接；所述运算放大器u23b的负电源接地，其正电源接+3.3vop。

24、相对于现有技术，本实用新型的有益效果是：

25、1.本实用新型供电系统解决了解决三相负载不平衡的问题。

26、2.本实用新型将传统的配电柜从机的单相空开更换成4p三相空开，该空开可以切断后级所有的电源，方便处理故障排查问题。

27、3.本实用新型换相操作主要由继电器切换模块上的3个磁保持继电器实现，3个磁保持继电器的输入分别接到三相空开的三相线上，输出并到一起接到充电桩的火线。可以根据配电柜主机下发的指令，将充电桩接入到任何一相，实现换相功能。依次类推，一个配电柜可以支持多台充电桩。

28、4.主机和从机的通信采用rs-485接口，使用标准的modbus协议进行通信，通信效果好。

29、5.配电柜从机采集每一路充电桩的电压和电流，并将目前的充电桩所在的相线信息同步到配电柜主机。配电柜主机根据读取的电表信息进行充电桩相线的调度动作，调度动作时间应尽可能快速，保证由于换相动作，设备不会出现断电的现象，对于正在充电的电桩不参与调度，以免影响充电体验。

30、6.继电器换相模块采用磁保持继电器，在每一相输出接到磁保持继电器的输入，继电器输出并入到一起接到桩端火线。磁保持继电器优点是体积小，功耗极低可以忽略不计，能够保持状态，不会由于设备故障影响正常充电。

31、7.本实用新型供电系统中，由于3相电源通过磁保持并到一起，如果出现2路磁保持接通会导致相线间短路。在设计时考虑到这种情况，增加了硬件互锁机制，当检测到输出端有电压时，无法进行换相动作。换相时须保证前面的继电器已经完全断开后输出端没有电压时，后续的继电器才能投入进去。并且继电器的控制采用译码的方式，防止其它未操作的继电器误动作。在换相过程中既要求换相判断准确，又要求换相快速，否则充电桩会出现掉线重启的现象。

32、8.在使用过程中，当出现雷雨天气，可以远程关闭电桩电源，避免人工现场关闭，节约人力成本。

33、9.本实用新型供电系统能够减少线损，防止由于不平衡带来的危害。

34、10.相较于传统配电系统，本实用新型供电系统采用物联网iot设计思想，将电表的远程数据发送到后台，可以实时监控整体充电运行状态。

35、11.换相模块采用磁保持继电器设计方式，这种方式在平时工作时基本不需要额外的功耗，有助于绿色节能。