CN105305513A

CN105305513A - 一种多路输出的电源系统及其构建和控制方法

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Publication number: CN105305513A
Application number: CN201410268666.5A
Authority: CN
Inventors: 付细泉
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2014-06-09
Filing date: 2014-06-09
Publication date: 2016-02-03

Abstract

本发明涉及电源系统，更具体地说，涉及一种多路输出的电源系统及其构建和控制方法。电源系统包括切换模块单元、电源模块单元、通信识别单元和系统控制单元，把电源模块单元根据输出分路的需要动态分组对应到输出分路，并通过通信识别单元使电源模块单元与切换模块单元相对应，并对应到该输出分路，使多路输出电源的各分路能独立控制输出参数，可用于对多组独立的电池充电。

Description

一种多路输出的电源系统及其构建和控制方法

技术领域

本发明涉及电源系统，更具体地说，涉及一种多路输出的电源系统及其构建和控制方法。

背景技术

电源系统是一种常见的系统，将输入电压进行变换并输出到用电的负载。负载包括各种用电设备，电池也是一种负载，很多情况下需要对电池充电。多路输出的电源系统有多个输出分路，常用于同时对输出分路供电的情况。在有些场合，需要对各分路的电压、电流、功率、开关机等参数独立地控制，一种典型的情况是一个电源系统对多个独立的电池组进行充电，比如一个电源系统同时对多辆电动汽车充电。

图1是一种现有技术，在需要两路独立输出时，使用了两组独立的电源，使两路输出可以完全独立地控制电压、电流、功率、开关机等各种参数。图1中，电源模块单元(PMU)实现把输入电压SVin变换成所需的输出，其中#1、#2电源模块单元(PMU)和#1系统控制单元(SCU)对应第一路输出，#3、#4电源模块单元(PMU)和#2系统控制单元(SCU)对应第二路。这种方案设计容易，组建方便，但有显著的缺点：多路输出对应的电源模块单元(PMU)是独立的，两组电源的电源模块单元(PMU)不能共享，这样系统设计时必须按两路输出的最大容量设计，所用的电源模块单元数量多，因此成本高，体积大。同时，当一组电源的电源模块单元(PMU)出现故障时，该组电源的输出能力下降，由于两组电源之间不能共享，无法根据优先级调配，总体可靠性低。而两组电源使用了独立的控制，控制的集成度低，操作不便。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明旨在提出成本低、可靠性、操作方便的多路输出的电源系统方案。

本发明的技术方案1为，一种多路输出电源系统的构建与控制方法，所述的多路输出电源系统的输入源为单相交流电或三相交流电或直流电，输出为交流电或直流电：

所述的多路输出电源系统包括系统控制单元(SCU)、K个电源模块单元基础组(PMUZ)、K个切换模块单元(QMU)、通信总线(SComBus)、切换控制总线(QCBus)、N组输出分路(PBS)，其中K大于等于2，N大于等于2，N组输出分路(PBS)分别为PB1、PB2、…、PBN；

所述的每个电源模块单元基础组(PMUZ)包括1个或多个电源模块单元(PMU)，各电源模块单元基础组(PMUZ)包括的电源模块单元(PMU)的数量可以相同或不同；

所述的多路输出电源系统还包括若干个通信识别单元(ComIDU)，通信识别单元(ComIDU)的数量与电源模块单元(PMU)的数量相同，且每一个每个通信识别单元(ComIDU)与电源模块单元(PMU)一一对应；所述的K个切换模块单元(QMU)与K个电源模块单元基础组(PMUZ)一一对应，每一个切换模块单元(QMU)对应一个电源模块单元(PMU)的基础组；

所述的电源模块单元(PMU)包括输入接口(PMVinPort)、输出接口(PMVoPort)、控制接口(PMCtrPort)，其中控制接口(PMCtrPort)包括通信接口(PMComPort)和识别接口(PMIDPort)；所述的切换模块单元(QMU)包括输入接口(QMVinPort)、控制接口(QMctrPort)、N个输出接口(QMVoS)，N个输出接口(QMVoS)分别为QMVo1、QMVo2、…、QMVoN；所述的通信识别单元(ComIDU)包括识别接口(ComIDPort)；所述的系统控制单元(SCU)包括对下通信接口(SCComPort)、切换控制接口(SCQMCPort)；

所述的电源模块单元(PMU)的输入接口(PMVinPort)连接到系统的输入SVin，同一电源模块单元基础组(PMUZ)包括的电源模块单元(PMU)的输出接口(PMVoPort)都连接到对应的切换模块单元(QMU)的输入接口(QMVinPort)；所述的电源模块单元(PMU)的控制接口(PMCtrPort)中的通信接口(PMComPort)通过通信总线(SComBus)连接到系统控制单元(SCU)的对下通信接口(SCComPort)；所述的切换模块单元(QMU)的N个输出接口(QMVoS)分别一一对应地连接到系统的N组输出分路(PBS)，即输出接口1(QMVo1)连接到第1输出分路(PB1)，输出接口2(QMVo2)连接到第2输出分路(PB2)，以此类推，输出接口N(QMVoN)连接到第N输出分路(PBN)，所述的切换模块单元(QMU)的控制接口(QMctrPort)通过切换控制总线(QCBus)连接到系统控制单元(SCU)的切换控制接口(SCQMCPort)；

所述的通信识别单元(ComIDU)的识别接口(ComIDPort)分别一一对应地连接到对应的电源模块单元(PMU)的控制接口(PMCtrPort)中的识别接口(PMIDPort)；所述的通信识别单元(ComIDU)通过硬件设定识别标记，通过识别接口(ComIDPort)传送到对应的电源模块单元(PMU)，设定识别标记的方法为：(A)所有通信识别单元(ComIDU)的识别标记各不相同；(B)识别标记为所述的电源系统正常工作前预先设定；所述的电源模块单元(PMU)将对应的通信识别单元(ComIDU)的识别标记转换为识别号ID，使对应的电源模块单元(PMU)的通信接口(PMComPort)收发信息时具有唯一的标识号；并且所有标识号ID都设置在系统控制单元(SCU)中；

所述的电源模块单元(PMU)根据系统控制单元(SCU)发送给该识别号ID的控制信息将输入电压SVin变换为需要的电压、电流或功率，并从输出接口(PMVoPort)输出；

所述的通信识别单元(ComIDU)通过硬件设定识别信息，通过识别接口(ComIDPort)传送到对应的电源模块单元(PMU)，使对应的电源模块单元(PMU)的通信接口(PMComPort)收发信息时具有唯一的标识号；设定识别标记的方法为：(A)所有通信识别单元(ComIDU)的识别标记各不相同；(B)识别标记为所述的电源系统正常工作前预先设定；

所述的电源切换模块单元(QMU)包括可控切换开关及相应的控制部件；所述的可控切换开关连接于所述的输入接口(QMVinPort)和所述的输出接口(QMVos)之间，所述的控制部件从控制接口(QMctrPort)接收控制信号，控制所述的可控切换开关把从输入接口(QMVinPort)输入的信号切换到所需要的输出接口(QMVoS)；

所述的系统控制单元(SCU)的根据所述的N组输出分路(PBS)所需要的电压、电流或功率，将K个电源模块单元基础组(PMUZ)整组分配到相应的输出分路(PBS)，并控制与K个基础组(PMUZ)对应连接的切换模块单元(QMU)切换到该输出分路，具体控制方法为：

(1)所述的系统控制单元(SCU)在所述的电源系统正常工作前设置K个电源模块单元基础组(PMUZ)所包括的电源模块单元(PMU)的识别号ID，标识K个切换模块单元(QMU)和K个电源模块单元基础组(PMUZ)，并预先设置切换模块单元(QMU)的标识与电源模块单元(PMU)的基础组(PMUZ)标识之间的对应关系；

(2)计算所述的N组输出分路(PBS)所需要的电流或功率，根据计算结果以及可用电源模块单元(PMU)的输出电流或输出功率，把K个电源模块单元基础组(PMUZ)分成N个匹配组(PT)，N个匹配组(PT)与N个输出分路(PBS)一一对应；与K个电源模块单元基础组(PMUZ)相对应的切换模块单元(QMU)也与N个输出分路(PBS)相对应；电源模块单元(PMU)的识别号ID所属的电源模块单元基础组(PMUZ)所对应的输出分路(PBS)即为该电源模块单元(PMU)对应的输出分路(PBS)，从而得到各输出分路(PBS)所对应的所有电源模块单元(PMU)的识别号ID；分匹配组(PT)的方法为：每个电源模块单元基础组(PMUZ)最多分到一个匹配组(PT)中，可以不分在任何匹配组(PT)中，每个匹配组(PT)中电源模块单元基础组(PMUZ)的数量为0到N个；

(3)对每一个输出分路(PBS)，根据输出分路(PBS)的要求，基于相应的匹配组(PT)的所有电源模块单元(PMU)的识别号ID，把电压、电流或功率的控制要求发送到相应的匹配组(PT)对应的所有电源模块单元(PMU)；

(4)根据切换模块单元(QMU)与输出分路(PS)的对应关系，通过切换控制总线(QCBus)向切换模块单元(QMU)发出控制信号，把与该输出分路(PBS)对应的切换模块单元(QMU)都切换到对应的输出分路(PBS)；

(5)当所述的输出分路(PBS)的要求改变时，从步骤(2)重新开始同样的控制方法。其中(3)和(4)的顺序可根据控制要求调换。

技术方案2是在技术方案1基础上的多路输出电源系统的控制方法，所述的多路输出电源系统的输入源为交流电，输出为直流电；

所述的电源模块单元(PMU)的控制接口(PMCtrPort)中的通信接口(PMComPort)为RS485通信接口，所述的电源模块单元(PMU)的识别号ID为RS485通信地址。

技术方案3在技术方案2的基础上，至少有一个所述的电源模块单元基础组(PMUZ)包括的电源模块单元(PMU)的数量大于1。

技术方案4在技术方案3的基础上，所述的N组输出分路(PBS)为多于一组相互独立的电池充电。

技术方案5是一种多路输出的电源系统，所述的多路输出电源系统的输入源为单相交流电或三相交流电或直流电，输出为交流电或直流电，其特征是：

技术方案6在技术方案5的基础上，所述的多路输出电源系统的输入源为单相交流电或三相交流电或直流电，输出为直流电，所述的多路输出电源系统还包括机架，所述的电源模块单元(PMU)为模块化电源变换器，安装在机架上；所述的电源模块单元(PMU)的输入接口(PMVinPort)、输出接口(PMVoPort)、控制接口(PMCtrPort)为连接插头或插座，机架的对应位置安装相应的模块化电源变换器的连接插头或插座对插的连接插座或插头，使模块化电源变换器具有带电插拔功能，所述的通信识别单元(ComIDU)与所述的模块化电源变换器分离并安装在机架上。

技术方案7是在技术方案5或6的基础上的多路输出电源系统，所述的电源模块单元(PMU)的控制接口(PMCtrPort)中的通信接口(PMComPort)、系统控制单元(SCU)的对下通信接口(SCComPort)为RS485通信接口，所述的电源模块单元(PMU)的识别号ID为RS485通信地址。

技术方案8是在技术方案7的基础上的一种多路输出电源系统，所述的K个电源模块单元基础组(PMUZ)所包括的电源模块单元(PMU)的数量为1或2，且至少有一个电源模块单元基础组(PMUZ)包括的电源模块单元(PMU)的数量为2。

技术方案9是在技术方案7基础上的多路输出电源系统，所述的多路输出电源系统的输入源为交流电，输出为直流电，所述的N组输出分路(PBS)用于N组相互独立的电池充电；

技术方案10是在技术方案5基础上的多路输出电源系统，所述的切换模块单元(QMU)的控制接口(QMctrPort)、系统控制单元(SCU)的切换控制接口(SCQMCPort)为RS485通信接口。

本发明的技术方案实现了多路输出的电源模块单元(PMU)的共享与复用，显著地降低了系统成本，提高了系统的可用度和可靠性，同时便于对系统的集中控制，操作方便。

附图说明

图1是一种背景技术的示意图。

图2是本发明第一实施例的示意图。

图3是本发明第二实施例的切换模块单元(QMU)的示意图。

图4是本发明第三实施例的切换模块单元(QMU)的示意图。

图5是本发明第四实施例的通信识别单元(ComIDU)的示意图。

图6是本发明第五实施例的示意图。

图7是本发明第五实施例的电源模块单元(PMU)的结构示意图。

具体实施方式

本发明第一实施例的原理框图如图2所示。图2组成N路输出的电源系统。电源系统包括6个电源模块单元(PMU)，分成3个电源模块单元基础组(PMUZ)，第一个电源模块单元基础组(PMUZ)包括1#电源模块单元(PMU)，第二个电源模块单元基础组(PMUZ)包括2#和3#电源模块单元(PMU)，第三个电源模块单元基础组(PMUZ)包括4#、5#、6#电源模块单元(PMU)。电源系统还包括3个切换模块单元(QMU)、一个系统控制单元(SCU)、N组输出分路(PBS)，N组输出分路(PBS)即PB1、PB2、…、PBN共N组。电源系统还包括切换控制总线(QCBus)和通信总线(SComBus)。

可以根据输出分路(PBS)的多少、功率分配要求、电源模块单元(PMU)的最大输出功率等条件灵活地设计电源模块单元基础组(PMUZ)。比如，输出分路(PBS)为2个，两路同时需要的最大功率为40KW和20KW，6个电源模块单元(PMU)的功率都是10KW，则可以分成3个电源模块单元(PMU)的基础组，每组为2个电源模块单元(PMU)。再比如，输出分路(PBS)为2个，两路同时需要的最大功率为50KW和10KW，6个电源模块单元(PMU)的功率都是10KW，则可以分成3个电源模块单元基础组(PMUZ)，每组为分别为1个、2个、3个电源模块单元(PMU)。

6个电源模块单元(PMU)的输入来自电源系统的输入，通过输入接口(PMVinPort)连接到系统输入(SVin)，通常系统输入到电源模块单元输入之间还连接有保护电路或其它配电电路，这些连接不影响本发明的工作原理及使用。系统输入(SVin)可以是单相交流输入，也可以是三相交流输入，也可以是直流输入，也可以混合输入；可以是同一路输入，电源模块单元(PMU)的输入接口(PMVinPort)连接在一起；也可以是多路输入，不同电源模块单元(PMU)的输入接口(PMVinPort)连接到不同路输入上。输入连接的变化不影响本发明的使用。

每一个电源模块单元(PMU)基础组(PMUZ)对应一个切换模块单元(QMU)，第1个基础组(PMUZ)与1#切换模块单元(QMU)对应，第2个基础组(PMUZ)与2#切换模块单元(QMU)对应，第3个基础组(PMUZ)与3#切换模块单元(QMU)对应。

第1个电源模块单元基础组(PMUZ)包括1#电源模块单元(PMU)，1#电源模块单元(PMU)的输出端口(PMVoPort)连接到1#切换模块单元(QMU)的输入端口(QMVinPort)；第2个电源模块单元基础组(PMUZ)包括2#、3#电源模块单元(PMU)，这2个电源模块单元(PMU)的输出端口(PMVoPort)都连接到2#切换模块单元(QMU)的输入端口(QMVinPort)；第3个电源模块单元基础组(PMUZ)包括4#、5#、6#电源模块单元(PMU)，这3个电源模块单元(PMU)的输出端口(PMVoPort)都连接到3#切换模块单元(QMU)的输入端口(QMVinPort)。

每个电源模块单元(PMU)都有一个通信识别单元(ComIDU)相对应，1#电源模块单元(PMU)对应1#通信识别单元(ComIDU)，2#电源模块单元(PMU)对应2#通信识别单元(ComIDU)，以此类推，6#电源模块单元(PMU)对应6#通信识别单元(ComIDU)。每个电源模块单元(PMU)的控制接口(PMCtrPort)包括通信接口(PMComPort)和识别接口(PMIDPort)，识别接口(PMIDPort)连接到对应的通信识别单元(ComIDU)的识别接口(ComIDPort)；通信接口(PMComPort)连接到通信总线(SComBus)，实现与系统控制单元(SCU)的通信，也可以实现与电源模块单元(PMU)之间的通信。

切换模块单元(QMU)包括输入接口(QMVinPort)、输出接口(QMVoS)和控制接口(QMctrPort)。输出接口包括QMVo1、QMVo2、…、QMVoN共N个，一一对应地连接到N个输出分路，即QMVo1连接到第一输出分路PB1，QMVo2连接到第二输出分路PB2，以此类推，QMVoN连接到第N输出分路PBN。切换模块单元(QMU)包括可控切换开关及其控制部件，可控切换开关连接于输入端口(QMVinPort)和N个输出端口之间。继电器、接触器、半导体开关部件等可控开关都可以作为可控切换开关。可控切换开关的控制部件从切换模块单元(QMU)的控制接口(QMctrPort)接受控制信号，控制可控切换开关把连接到输入接口(QMVinPort)的输入信号切换到QMVo1、QMVo2、…、QMVoN中的某一个输出接口，根据控制需要，也可以控制输入信号不切换到N个输出接口的任何一个。

系统控制单元(SCU)包括对下通信接口(SCComPort)和切换控制接口(SCQMCPort)，实现电源系统的整体控制功能。系统控制单元(SCU)的对下通信接口(SCComPort)连接到通信总线(SComBus)，可以将控制信息发送到电源模块单元(PMU)，控制信息包括电源模块单元(PMU)的开关机、输出电压、输出电流、输出功率等；也可以从电源模块单元(PMU)获得需要的信息，例如最大输出功率、当前输出电压、当前输出电流、告警信息、开关机状态等。系统控制单元(SCU)的切换控制接口(SCQMCPort)连接到切换控制总线(QCBus)，可以把对切换模块单元(QMU)的控制信息发送到各个切换模块单元(QMU)，控制信息包括把连接到输入接口(QMVinPort)的输入信号切换到QMVo1、QMVo2、…、QMVoN中的哪一个输出接口，不切换到N个输出接口的任何一个也可以作为一种情况。

通信识别单元(ComIDU)用于识定电源模块单元(PMU)的标识ID，从而使电源模块单元(PMU)通信时具有唯一的标识。根据不同的通信方式，可用不同的方式识定电源模块单元(PMU)的标识ID。如果电源模块单元(PMU)的控制接口(PMCtrPort)中的通信接口(PMComPort)为RS485通信接口，则可以用电源模块单元(PMU)的RS485通信地址信息作为识别标记，电源模块单元(PMU)从对应的通信识别单元(ComIDU)读取RS485通信地址信息，转化为RS485通信地址。每一个通信识别单元设定的电源模块单元(PMU)的通信地址信息各不相同，电源模块单元(PMU)转化成RS485通信地址时也是唯一的，转化的规则也是预先确定的，通常在出厂前设定。因此当实际使用中更换该位置的电源模块单元(PMU)时，该电源模块单元(PMU)的RS485通信地址并不改变。所有标识号ID在系统正常工作前设置在系统控制单元(SCU)中，通常在出厂前设置，也可以在现场根据识别标记对应设置。

如果电源模块单元(PMU)的控制接口(PMCtrPort)中的通信接口(PMComPort)为CAN接口，则先在CAN通信协议中定义识别标识字段，通信识别单元(ComIDU)设定电源模块单元(PMU)的识别标记，电源模块单元(PMU)从对应的通信识别单元(ComIDU)读取相应的识别标记信息，转换成识别标识字段数据，发送到通信总线。系统控制单元(SCU)从通信总线读取该字段数据后将该数据与CAN通信地址相对应。每一个通信识别单元设定的电源模块单元(PMU)的识别信息各不相同，电源模块单元(PMU)转化成识别字段的数据也是唯一的，转化的规则也是预先确定的。因此当更换该位置的电源模块单元(PMU)时，系统控制单元(SCU)可以根据该字段数据得到对应的电源模块单元(PMU)的通信地址。

电源模块单元(PMU)实现把从输入端口(PMUVinPort)输入的信号转换成需要的输出，具体输出要求根据系统控制单元(SCU)的控制要求确定。输出的具体要求包括输出的模式，如恒压输出还是恒流输出还是恒功率输出，具体的输出电压或输出电流或输出功率等。不同电源模块单元(PMU)的最大输出功率可以相同也可以不同，输出电压范围也可以不同。

系统控制单元(SCU)根据N组输出分路(PBS)的电压、电流或功率等要求，将3个电源模块单元基础组(PMUZ)整组分配到相应的输出分路(PBS)，并控制与3个电源模块单元基础组(PMUZ)对应连接的切换模块单元(QMU)切换到该输出分路，具体控制方法为：

(1)系统控制单元(SCU)在电源系统出厂前设置电源模块单元基础组(PMUZ)所包括的电源模块单元(PMU)的识别号ID，假设6个电源模块单元(PMU)的识别号ID为1-6，则第1个电源模块单元基础组(PMUZ)包括的识别号ID为1，第2电源模块单元基础组(PMUZ)包括的识别号ID为2和3，第3电源模块单元基础组(PMUZ)包括的识别号ID为4、5和6；

对3个切换模块单元(QMU)和3个电源模块单元(PMU)的基础组(PMUZ)标识，比如编成1、2、3号或A、B、C，并预先根据它们的对应连接关系设定切换模块单元(QMU)的编号与电源模块单元基础组(PMUZ)的编号的对应关系，即第1电源模块单元基础组(PMUZ)对应第1切换模块单元(QMU)，第2电源模块单元基础组(PMUZ)对应第2切换模块单元(QMU)；第3电源模块单元基础组(PMUZ)对应第3切换模块单元(QMU)。

(2)计算所述的N组输出分路(PBS)所需要的电流或功率，根据计算结果以及可用电源模块单元(PMU)的输出电流或输出功率，把K个电源模块单元基础组(PMUZ)分成N个匹配组(PT)，N个匹配组(PT)与N个输出分路(PBS)一一对应。本例设电源系统有2个输出分路，则分成2个匹配组(PT)；每个电源模块单元基础组(PMUZ)，最多分到一个匹配组(PT)中，每个匹配组(PT)中电源模块单元基础组(PMUZ)的数量为0到3个，这样一个电源模块单元基础组(PMUZ)只能与一个输出分路(PBS)对应，从而使各输出分路(PBS)相互隔离。如果全部电源模块单元(PMU)的输出能力大于所有输出分路(PBS)的需要，可以将一些电源模块单元基础组(PMUZ)不分配在任何匹配组(PT)中，可以将这些暂时未使用的电源模块单元(PMU)控制在关机或待机模式，可以减少电源系统的损耗。如果各输出分路(PBS)所需要的电流或功率大于电源系统能提供的总功率，则需要根据各输出分路的优先级及分配规则，重新确定各输出分路的电流或功率。

例如需求1：第1个输出分路(PB1)需要的电流为10A，第2个输出分路(PB2)需要的电流为50A，则可以把第1电源模块单元基础组(PMUZ)分配到第1匹配组(PT)，并和第1输出分路(PB1)相对应，把第2、第3电源模块单元基础组(PMUZ)分配到第2匹配组(PT)，并和第2输出分路(PB2)相对应。

再如需求2：第1个输出分路(PB1)需要的电流为20A，第2个输出分路(PB2)需要的电流为30A，则可以把第2电源模块单元基础组(PMUZ)分配到第1匹配组(PT)，并和第1输出分路(PB1)相对应，把第3电源模块单元基础组(PMUZ)分配到第2匹配组(PT)，并和第2输出分路(PB2)相对应，而第1电源模块单元基础组(PMUZ)不分配任何匹配组(PT)。

各电源模块单元基础组(PMUZ)所对应的输出分路(PBS)也是其所包括的电源模块单元(PMU)对应的输出分路(PBS)，从而得到各输出分路(PBS)所对应的所有电源模块单元(PMU)的识别号ID；例如需求1中，第1输出分路(PB1)对应第1匹配组(PT)，第1匹配组(PT)包括第1电源模块单元基础组(PMUZ)，则它包括第1电源模块单元(PMU)，识别ID为1，因此第1输出分路(PB1)对应电源模块单元(PMU)的识别ID为1；第2输出分路(PB2)对应第2匹配组(PT)，第2匹配组包括第2、3两个电源模块单元基础组(PMUZ)，这两个电源模块单元基础组(PMUZ)包括识别号ID为2、3、4、5、6的5个电源模块单元(PMU)，因此第2输出分路(PB2)对应电源模块单元(PMU)的识别ID为2、3、4、5、6；

与电源模块单元基础组(PMUZ)相对应的切换模块单元(QMU)也与相应的输出分路(PBS)相对应，例如在需求1情况下，第1个切换模块单元(QMU)与第1输出分路(PB1)对应，第2、3个切换模块单元(QMU)与第2输出分路(PB2)对应；

(3)根据每一个输出分路(PBS)的要求，基于相应的匹配组(PT)包括的所有电源模块单元(PMU)的识别号ID，把电压、电流或功率及其它控制要求发送到相应的匹配组(PT)对应的所有电源模块单元(PMU)；例如需求1情况时，第1输出分路(PB1)要求输出电压为460V，第二输出分路(PB2)要求输出电压480V，系统控制单元(SCU)把输出电压为460V的要求发送给识别号ID为1的电源模块单元(PMU)，把输出电压为480V的要求发送给识别号ID为2、3、4、5、6的电源模块单元(PMU)；

(4)根据切换模块单元(QMU)与输出分路(PS)的对应关系，通过切换控制总线(QCBus)发出控制信号，把与该输出分路(PBS)对应的切换模块单元(QMU)都切换到对应的输出分路；例如需求1情况下，第1输出分路(PB1)对应第1切换模块单元(QMU)，则系统控制单元(SCU)发出控制要求，第1切换模块单元(QMU)切换到第1个输出接口(QMVo1)，从而使第1电源模块单元(PMU)的输出对应到第1输出分路(PB1)；需求1情况下，第2输出分路(PB1)对应第2、3切换模块单元(QMU)，则系统控制单元(SCU)发出控制要求，使第2、3切换模块单元(QMU)切换到第2个输出接口(QMVo2)，从而使该输出分路对应的识别号ID为2、3、4、5、6的电源模块单元(PMU)的输出对应到第2输出分路(PB2)；

(5)当输出分路的要求改变时，从步骤(2)重新开始同样的控制方法。其中(3)、(4)的顺序可以根据需要改变。

本发明的技术方案可以根据各输出分路(PBS)的需要，动态地把电源模块单元基础组(PMUZ)分配到输出分路，控制各个输出分路的输出，控制灵活，最大程度地减少电源模块单元的总量，因此成本低。

本发明第二实施例的总体构成参考第一实施例及图2，电源系统输出具有2个输出分路(PBS)，其切换模块单元(QMU)如图3所示，图3中R1是双刀双掷的继电器，继电器的2个输入INA、INB连接到切换模块单元的输入接口(QMVinPort)，继电器的2个常闭输出连接到输出接口1(QMVo1)，继电器的2个常开输出连接到输出接口2(QMVo2)，继电器的控制端CH、CL连接到控制接口(QMctrPort)。对两个输出分路的电源系统，这种切换模块单元结构简单，控制方便，只要给继电器简单的电压信号就可以控制继电器的吸合状态，从而控制切换模块单元(QMU)切换到哪一路输输出接口。本实施例中，继电器也可以用接触器替换。

本发明第三实施例的总体组成参考第一实施例及图2，电源系统输出具有3个输出分路(PBS)，其切换模块单元(QMU)如图4所示，图4中R1、R2、R3是双刀双掷的继电器，继电器的2个输入INA、INB连接到切换模块单元的输入接口，3个继电器的2个常开触点输出分别连接到3个输出接口1(QMVo1)、输出接口2(QMVo2)、输出接口3(QMVo3)。需要切换到哪一路时就控制连接在哪一路的继电器吸合。这种切换模块单元结构简单，易于扩展，需要增加输出接口的数量时，只要增加一个继电器并按同样的方式连接即可，本实施例中，继电器也可以用接触器替换。

本发明第四实施例的总体组成参考第一实施例及图2，其中通信识别单元(ComIDU)如图5所示，图5中R1、R2、R3、R4是电阻，DPI、DP2、DP3、DP4是拨码开关或跳线，当拨码开关或跳线断开时，相应位输出高电平，反之，相应位输出低电平，图5中共有4位识别信号，加上电源和地共6个信号连接到识别接口ComIDPort。通过拨码开关或跳线的通断状态可以形成16种组合。电源模块单元(PMU)读取通信识别单元的信号后，可以转换成16种识别号ID。如果需要更多的识别号ID，按图5的方法增加一组电阻和拨码开关或跳线，所得到的识别信号的组合增加一倍。

本发明本第五实施例的电源系统示意图如图6。该电源系统包括10个电源模块单元(QMU)，10个通信识别单元(ComIDU)，5个切换模块单元(QMU)、系统控制单元(SCU)。有3个输出分路(PBS)，即图中的N为3。电源系统的输入SVin为三相市电输入，输出为150V-550V的直流电压。3个输出分路PB1、PB2、PB3均为双线即正负输出，分别连接到3个充电枪，可用于同时为三辆电动汽车的电池充电。

电源模块单元(PMU)的通信接口为RS485接口，通信总线(SComBus)为RS485总线，系统控制单元的对下通信接口(SCComPort)也是RS485接口。

切换模块单元(QMU)如图4所示，包括一个输入接口(QMVinPort)、3个输出接口(QMVo1、QMVo2、QMVo3)、和控制接口(QMctrPort)。切换模块单元(QMU)内部包括3个继电器，连接在输入接口(QMVinPort)和3个输出接口(QMVo1、QMVo2、QMVo3)之间。

通信识别单元(ComIDU)如图5所示，用于设置电源模块单元(PMU)的识别信息，并经电源模块单元(PMU)读取后转化为RS485的通信地址。通信识别单元(ComIDU)与电源模块单元(PMU)分离，安装在机架上。

10个电源模块单元(PMU)分成5个电源模块单元基础组(PMUZ)，每个电源模块单元基础组(PMUZ)包括2个电源模块单元(PMU)，每个电源模块单元(PMU)对应一个通信识别单元(ComIDU)。

每个电源模块单元(PMU)为模块化电源变换器，形状为长方体，如图7所示，正后方有输入连接插头作为输入接口(PMVinPort)、输出连接插头作为输出接口(PMVoPort)、控制连接插头作为控制接口(PMCtrPort)，实现将三相市电输入变换为200-550V直流输出，最大输出电流15A。控制连接插头中包括通信插针作为通信接口(PMComPort)，识别信号插针作为识别接口(PMIDPort)。电源系统还包括机架，模块化电源变换器安装在机架上，机架上在与模块化电源变换器的输入连接插头、输出连接插头、控制连接插头对应的位置安装有对应的输入连接插座、输出连接插座、控制连接插座，该模块化电源变换器可以在机架上带电插拔。

1#和2#电源模块单元(PMU)输入端口(PMVinPort)通过机架上的输入连接插座连接到电源系统的输入SVin，输出端口(PMVoPort)通过机架上的输出连接插座连接到1#切换模块(QMU)的输入端口(QMVinPort)。1#切换模块单元(QMU)的输出接口1(QMVo1)连接到第1个输出分路PB1，输出接口2(QMVo2)连接到第2个输出分路PB2，输出接口3(QMVo3)连接到第3个输出分路PB3。

3#和4#电源模块单元(PMU)输入端口(PMVinPort)通过机架上的输入连接插座连接到电源系统的输入SVin，输出端口(PMVoPort)通过机架上的输出连接插座连接到2#切换模块(QMU)的输入端口(QMVinPort)。2#切换模块单元(QMU)的输出接口1(QMVo1)连接到第1个输出分路PB1，输出接口2(QMVo2)连接到第2个输出分路PB2，输出接口3(QMVo3)连接到第3个输出分路PB3。

以此类推，图6中未画出5-8#电源模块单元(PMU)与3-4#切换模块单元(QMU)的连接方式，连接方式完全类似，5#和6#电源模块单元(PMU)对应3#切换模块单元(QMU)，7#和8#电源模块单元(PMU)对应4#切换模块单元(QMU)。9#和10#电源模块单元(PMU)输入端口(PMVinPort)通过机架上的输入连接插座连接到电源系统的输入SVin，输出端口(PMVoPort)通过机架上的输出连接插座连接到5#切换模块(QMU)的输入端口(QMVinPort)。5#切换模块单元(QMU)的输出接口1(QMVo1)连接到第1个输出分路PB1，输出接口2(QMVo2)连接到第2个输出分路PB2，输出接口3(QMVo3)连接到第3个输出分路PB3。

系统正常工作前，通过1#通信识别单元将1#电源模块单元(PMU)的RS485通信地址设置为1，通过2#通信识别单元将2#电源模块单元(PMU)的RS485通信地址设置为2，以此类推，通过10#通信识别单元将10#电源模块单元(PMU)的RS485通信地址设置为10。该信息在系统正常工作前设置在系统控制单元(SCU)中，可以直接固化在系统控制单元(SCU)程序中，也可以通过系统控制单元(SCU)的界面设置。第1电源模块单元基础组(PMUZ)对应1#切换模块单元(QMU)，第2电源模块单元基础组(PMUZ)对应2#切换模块单元(QMU)，以此类推，第5电源模块单元基础组(PMUZ)对应5#切换模块单元(QMU)，该信息在系统正常工作前也设置在系统控制单元(SCU)中。

电源系统工作时，根据各输出分路的要求动态分配电源模块单元基础组(PMUZ)到各输出分路。例如第1输出分路PB1需100A电流，最高输出电压500V，第2输出分路PB2需30A电流，最高输出电压510V，第3输出分路PB3不需电流，因为每个电源模块单元基础组(PMUZ)的总电流为30A，第1输出分路PB1需要4个电源模块单元基础组(PMUZ)，第2输出分路PB2需要1个电源模块单元基础组(PMUZ)，第3输出分路PB3不需要电流。系统控制单元(SCU)把第1至第4电源模块单元基础组(PMUZ)分在第1匹配组(PT)，把第5电源模块单元基础组(PMUZ)分在第2匹配组，分别对应第1输出分路PB1和第2输出分路PB2。根据电源模块单元基础组与电源模块单元(PMU)通信地址的关系，系统控制单元(SCU)可以得到通信地址为1-8的电源模块单元(PMU)对应到第1输出分路，通信地址为9、10的电源模块单元(PMU)对应到第2输出分路。系统控制单元(SCU)把最高输出电压500V、输出电流12.5A(100A电流由8个电源模块单元(PMU)分担)的控制信息通过RS485总线发送给通信地址为1-8的电源模块单元(PMU)，把最高输出电压510V、输出电流15A的控制信息通过RS485总线发送给通信地址为9-10的电源模块单元(PMU)。此外，系统控制单元(SCU)通过切换控制总线QCBus，把切换到输出接口1的控制信息发送到1-4#切换模块单元(QMU)，把切换到输出接口2的控制信息发送到5#切换模块单元(QMU)。这样，电源系统实现了将电源模块单元(PMU)动态分配给输出分路的要求。系统控制单元(SCU)对电源模块单元(PMU)和切换模块单元(QMU)发送控制信息的顺序可根据控制要求确定。

从第五实施例可以看出，本发明的方案可以动态地把各电源模块单元基础组(PMUZ)分配到需要的输出分路，高效地利用电源系统的输出能力。

本发明第六实施例的框图与图6相同，与第五实施例不同点在于，切换模块单元(QMU)的控制接口为RS485通信接口，系统控制单元(SCU)的切换控制接口(SCQMCPort)也为RS485通信接口，切换控制总线QCBus为RS485总线。本方案中，将切换模块单元(QMU)的编号与其通信地址相对应，使系统控制单元(SCU)根据通信地址控制切换模块单元(QMU)的切换。切换模块单元(QMU)接收到控制信息后，将其转换成相应的可控切换开关的控制信号。作为本方案的一个特例，可以将通信总线SComBus和切换控制QCBus合并成一个RS485通信总线。

Claims

1.一种多路输出电源系统的构建与控制方法，所述的多路输出电源系统的输入源为单相交流电或三相交流电或直流电，输出为交流电或直流电，其特征是：

2.如权利要求1所述的多路输出电源系统的控制方法，其特征是：所述的多路输出电源系统的输入源为交流电，输出为直流电；

3.如权利要求2所述的多路输出电源系统的构建与控制方法，其特征是：至少有一个所述的电源模块单元基础组(PMUZ)包括的电源模块单元(PMU)的数量大于1。

4.如权利要求3所述的多路输出电源系统的构建与控制方法，其特征是：所述的N组输出分路(PBS)为多于一组相互独立的电池充电。

5.一种多路输出的电源系统，所述的多路输出电源系统的输入源为单相交流电或三相交流电或直流电，输出为交流电或直流电，其特征是：

6.如权利要求5所述的多路输出电源系统，所述的多路输出电源系统的输入源为单相交流电或三相交流电或直流电，输出为直流电，其特征是：所述的多路输出电源系统还包括机架，所述的电源模块单元(PMU)为模块化电源变换器，安装在机架上；所述的电源模块单元(PMU)的输入接口(PMVinPort)、输出接口(PMVoPort)、控制接口(PMCtrPort)为连接插头或插座，机架的对应位置安装相应的模块化电源变换器的连接插头或插座对插的连接插座或插头，使模块化电源变换器具有带电插拔功能，所述的通信识别单元(ComIDU)与所述的模块化电源变换器分离并安装在机架上。

7.如权利要求5或6所述的多路输出电源系统，其特征是：

所述的电源模块单元(PMU)的控制接口(PMCtrPort)中的通信接口(PMComPort)、系统控制单元(SCU)的对下通信接口(SCComPort)为RS485通信接口，所述的电源模块单元(PMU)的识别号ID为RS485通信地址。

8.如权利要求7所述的多路输出电源系统，其特征是：

所述的K个电源模块单元基础组(PMUZ)所包括的电源模块单元(PMU)的数量为1或2，且至少有一个电源模块单元基础组(PMUZ)包括的电源模块单元(PMU)的数量为2。

9.如权利要求7所述的多路输出电源系统，其特征是：所述的多路输出电源系统的输入源为交流电，输出为直流电，所述的N组输出分路(PBS)用于N组相互独立的电池充电。

10.如权利要求5所述的多路输出电源系统，其特征是：所述的切换模块单元(QMU)的控制接口(QMctrPort)、系统控制单元(SCU)的切换控制接口(SCQMCPort)为RS485通信接口。