CN103023106A - 一机多充电动车充电系统及充电方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种用于电动车充电的一机多充电动车充电系统及充电方法，整流模块分成固定组与切换组，固定组模块输出分别与每个输出充电口相连，切换组的每个模块的输出正负极与每个输出充电口之间连接有一组双向可控电子开关；根据每个模块所能输出电流的大小，主控制单元同时控制开启切换组模块的个数；当所开启模块的输出电压上升至与电动车电池电压接近相等时，切换组模块同时开启这部分模块的输出可控电子开关，固定组与切换组的模块都与电池相连充电；模块的利用率大幅提升，能实现快速充电要求，解决客户对充电时间的要求；同时也可以根据客户或BMS要求对电动车电池进行定制化充电，可提高电池寿命。

Description

一机多充电动车充电系统及充电方法

技术领域

  本发明涉及一种用于电动车充电的充电系统。

背景技术

目前电动车行业正在兴起，随之配备的电动车充电机也跟着发展起来，但目前由于价格高、电池可靠性低、充电时间长等影响，只能在局部小范围应用，电动车的充电设施也无法进行大规模布局，因而电动车活动范围受到极大限制，必须加大充电设施的大规模布局，才能促进电动车的大规模发展。充电设施的大规模布局又受到充电设施投入高、城市中心地带地皮稀缺昂贵无法大规模建设充电站、电动车少、充电时间长影响充电站效益等影响，严重影响电动车行业的快速发展。因此目前交流充电桩就出现了一种一机两充（输出充电插口）或一机四充的交流充电设施，因交流充电设施输出功率可直接来自电网，中间不用进行功率变换，只要输入与输出间的配电器件电流等级满足总功率最大要求就可以。但交流充电时间长，无法满足快速充电要求，同时对于电动公交等大功率的电动汽车充电电池，电压等级较高，无法直接采用交流进行充电，必须采用直流充电机进行充电，目前的直流充电机绝大部分为单机单充，一次只能给一辆电动汽车进行充电，也有部分充电机开始采用一机两充的直流充电机，但只能做到将充电模块分成两组，分别接两个充电输出插头，能同时给两辆电动汽车进行充电，如图1所示，这种由于充电机体积不变或单机功率不变的情况下一机两充的直流充电机存在着充电时间变长将近一倍，只是将两个充电机简单装在一个柜子里，利用一套控制管理系统，没有根本解决问题。另一种一机两充的直流充电机如图2所示，它只是在充电机的输出端设计了一套切换系统，多了一组输出口，同一时间只能给一辆电动车充电，另一辆电动汽车必须等前一辆电动汽车充电完成后才能开始充电，也没有解决电动车充电设施发展面临的实际难题。

发明内容

  本发明的目的是为解决现有充电机利用率低、充电设施投资大，占地大，不能同时给多模块充电，充电功率受限等问题而提出一种多充电动车充电系统及充电方法。

本发明多充电动车充电系统采用的技术方案是：有两个及以上的整流模块和输出充电口，其特征是：整流模块分成固定组与切换组，固定组模块输出分别与每个输出充电口相连，切换组的每个模块的输出正负极与每个输出充电口之间连接有一组双向可控电子开关，主控制、显示、通信单元模块分别连接各个模块和输出控制切换单元模块，输出控制切换单元模块连接于双向可控电子开关。

本发明多充电动车充电系统的充电方法采用的技术方案是具有如下步骤：

1）获取电动车充电所需的电压电流，开启固定组模块，根据每个模块所能输出电流的大小，主控制单元同时控制开启切换组模块的个数，使开启的模块输出电流满足充电需求；当所开启模块的输出电压上升至与电动车电池电压接近相等时，切换组模块同时开启这部分模块的输出可控电子开关，固定组与切换组的模块都与电池相连充电；

2）当充电电量逐步上升时，控制单元根据电流大小计算能否关闭一个模块，当关闭一个模块能满足充电电流要求时，主控制单元关闭一个切换组模块，相应的全部断开此模块的输出可控电子开关；切换组模块可根据充电电流的需要逐步切换进相应的充电口，也可同时切换至相应的充电口；切换组模块可逐步切换出，直到该充电口所有的可切换模块全部切换断开，固定组模块根据充电电流的需要再逐步关闭连在该充电口的固定组各个模块，直到完成充电。

本发明技术效果是：

1、本发明采用了一种多模块化直流充电系统及自动切换输出模块，模块的利用率大幅提升，不同充电口都能得到系统较大功率对外进行充电，能实现快速充电要求，解决客户对充电时间的要求；同时也可以根据客户或BMS 要求对电动车电池进行定制化充电，当客户不需快速充电时，采用这种充电模式可以提高电池的寿命。

2、由于模块的效率最高点通常有一个范围，这种充电系统对每个充电口都能实行节能充电模式，让各充电口对应工作模块都工作在效率最高点范围间，提高系统整体充电效率，达到节能目的。

3、本发明系统可以一方面可以减少输出双向开关（高压直流开关器件成本较高）的数量，同时可以保证每个充电口都能有模块进行充电。切换组模块可以根据需要灵活切换到需要的充电口，做到对优质客户优先服务。

4、本发明系统中的模块个数可以不用在一开始就配齐，可能根据电动车的发展灵活增加，当电动车增加时，再逐步补充模块，达到节省投资的目的，同时，不用进行重复建设。

附图说明

图1和图2是现有两种不同的充电机结构图；

图3是本发明一种多充电动车充电系统的结构图；

图4是本发明的一个实例图；

图5是本发明的应用例图。

具体实施方式

  如图3所示，本发明系统有N个整流模块，有M个输出充电口，N、M都是两个及以上。将整流模块分成两个类别，称之为固定组与切换组，每个组的模块并不一定要放在一起，可以根据系统需求灵活放置。固定组模块输出分别与每个输出充电口相连，中间不用加切换开关，每个输出充电口所连接的模块个数不一定相同。切换组的每个模块（也可以将几个模块并联在一起当作一个模块来用）的输出正负极与每个输出充电口间都有一组双向可控电子开关装置。主控制、显示、通信单元模块分别连接各个模块和输出控制切换单元模块，输出控制切换单元模块连接于双向可控电子开关装置。

当任意一个充电口有电动车固定相连的模块输出电流不满足本充电口充电需要时，切换组的模块根据电动车充电电流（或功率）要求切换相应个数的模块至该充电口。

整个充电过程可以如下，但并不限于此工作过程：充电机与需充电的电动车通过通信建立信息交互，获取电动车的电池信息，如车有BMS（电池管理系统）时，就可以获取电动车充电所需的电压电流，固定组的整流模块开启，根据每个模块所能输出电流的大小，系统主控制单元同时控制开启切换组模块的个数，使这部分开启的模块输出电流能满足这辆电动车充电需求，所开启模块的输出电压上升至与电动车电池电压接近相等时，固定组与切换组的模块都开始与电池相连开始充电，只是切换组模块需要同时开启这部分模块的输出可控开关，所有模块开始给电动车电池充电。输出可控开关应该用双向可控开关，可以防止不同电动车在充电时由于它们电池电压不同相互影响（如反灌、串流等）甚至造成一定的危险。当充电电量逐步上升时，充电电流会开始下降，这时，控制单元根据电流大小计算能否关闭一个模块，当关闭一个模块也能满足此时的充电电流要求时，主控制单元关闭一个切换组的模块，相应的此模块的输出开关全部断开。所断开模块可以切换到另一需要充电的输出充电口或断开闲置（待机状态），对另一辆电动进行充电。切换组的模块可以根据充电电流（或功率）的需要逐步切换进相应的充电口，可也以同时切换至相应的充电口；同样的，切换组的模块可以逐步切换出（断开）；直到该充电口所有的可切换模块全部切换断开。固定组模块根据充电电流的需要再逐步关闭连在该充电口的固定组各个模块，直到该充电口完成充电。

根据不同电动汽车电池充电电压、电流的不同，将模块化的直流充电系统所有模块输出进行按需切换。由于电池充电的电压与充电电流是与电池的内特性直接相关，不同电池均有不同的充电曲线要求，如：铅酸电池有浮充、均充等不同状态，浮充电压与均充电压不同，充电电流随着充电容量的增加是不断变化的，因而在充电过程中不同时间对充电机的功率要求也是变化的，本发明根据电池充电的电压电流随充电时间的变化而变化这个特点进行充电。 

 本发明中的每个模块的输出可以只在输出一极加双向可控开关，另一极并联在一起，如输出正加双向可控开关，所有输出负并联有一起，也能达到同样的效果。如图4所示。

本发明中的输出双向可控电子开关可以选用不同的开关，如双MOSFET、继电器、接触器、可控空开等，图5就是以双MOSFET为例的一种具体应用。

Claims (4)

1.一种一机多充电动车充电系统，有两个及以上的整流模块和输出充电口，其特征是：整流模块分成固定组与切换组，固定组模块输出分别与每个输出充电口相连，切换组的每个模块的输出正负极与每个输出充电口之间连接有一组双向可控电子开关，主控制、显示、通信单元模块分别连接各个模块和输出控制切换单元模块，输出控制切换单元模块连接于双向可控电子开关。

2.根据权利要求1所述的一机多充电动车充电系统，其特征是：每个模块的输出一极连接双向可控开关，另一极并联在一起。

3.根据权利要求1所述的一机多充电动车充电系统，其特征是：双向可控电子开关是双MOSFET、继电器、接触器或可控空开。

4.一种如权利要求1所述多充电动车充电系统的充电方法，其特征是具有如下步骤：

1）获取电动车充电所需的电压电流，开启固定组模块，根据每个模块所能输出电流的大小，主控制单元同时控制开启切换组模块的个数，使开启的模块输出电流满足充电需求；当所开启模块的输出电压上升至与电动车电池电压接近相等时，切换组模块同时开启这部分模块的输出可控电子开关，固定组与切换组的模块都与电池相连充电；

2）当充电电量逐步上升时，控制单元根据电流大小计算能否关闭一个模块，当关闭一个模块能满足充电电流要求时，主控制单元关闭一个切换组模块，相应的全部断开此模块的输出可控电子开关；切换组模块可根据充电电流的需要逐步切换进相应的充电口，也可同时切换至相应的充电口；切换组模块可逐步切换出，直到该充电口所有的可切换模块全部切换断开，固定组模块根据充电电流的需要再逐步关闭连在该充电口的固定组各个模块，直到完成充电。

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