CN106655377A - 基于模块最大电流输出和轮休的直流充电桩充电方法 - Google Patents
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Abstract
一种基于模块最大电流输出和轮休的直流充电方法，首先根据单个充电模块的恒功率曲线计算在需求电压下的模块最大输出电流Imax，则需要投入使用的充电模块数目Num＝IBCL/Imax，充电桩记录这些工作模块中的最小模块通讯地址，剩余的模块充电桩停止工作进行休息。在下一次充电的时候再根据上面的算法，投入工作的模块从上次记录的下一个地址开始。本发明不仅可以减少充电桩的待机损耗，同时可以提供充电桩的运行效率，减少电能的浪费和降低用户的成本；较少谐波和提高功率因素可减少对电能的污染；模块轮流休息提高模块的工作寿命，减少维修成本。
Description
技术领域
本发明涉及直流充电桩充电模块运行在最大电流输出，同时能保证充电模块轮休的方法。
背景技术
随着全球能源危机的不断加深，石油资源的日趋枯竭以及大气污染、全球气温上升的危害加剧，各国政府及汽车企业普遍认识到节能和减排是未来汽车技术发展的主攻方向，发展电动汽车将是解决这二个技术难点的最佳途径，而充电桩作为发展电动汽车的必备基础设施，在今年也迎来了爆棚式的发展。
目前市场上的直流充电桩待机损耗较大，造成未充电时候电能浪费较大，其根本原因是充电模块的待机损耗较大。同时目前行业内当充电桩充电时所有的充电模块都开机工作，充电模块接收到充电桩控制器的电压电流控制指令，根据电动汽车的充电电流来调整充电桩的输出。因为电动汽车的容量大小不统一，大部分直流充电桩为了满足快速充电需求是按电动汽车最大的充电容量配置，这就造成了当电动汽车的充电需求小于直流充电桩整机容量的时候，充电桩在给车充电时每个充电模块就未运行在满载状态。充电电源行业中的直流充电模块在最大电流输出时效率最高、谐波最小、功率因素最高，故此时非满载情况下工作的充电模块运行状态不佳，同时由于所有充电模块开机长期运行在工作状态会缩短模块的工作寿命。
发明内容
本发明的目的在于提供一种提高模块运行效率的基于模块最大电流输出和轮休的直流充电桩充电方法。
本发明的目的可以这样实现，设计一种基于模块最大电流输出和轮休的直流充电方法，包括以下步骤：
A、直流充电桩设置M个充电模块，充电模块之间并联，充电模块的交流输入端接入到电气回路，充电模块的直流输出端接入到直流输出回路；三相交流电通过断路器S1和交流接触器K1接入到电气回路，投入使用的充电桩S1闭合，当直流充电桩的充电枪插入到电动汽车充电接口后交流接触器K1闭合，当充电停止时K1断开用来减少充电模块的待机损耗；这样在充电桩待机时模块将处于失电状态，不再浪费电能；
B、直流充电桩主控制器与M个充电模块根据充电模块通讯地址进行点对点通讯并发送控制指令；M个充电模块输出回路并联连接，直流输出回路与充电枪的连接只需要一组直流接触器；
C、直流充电桩的充电枪插入到电动汽车充电接口开始自动充电，直流充电桩主控制器与电动汽车的电池管理系统BMS交互充电信息；
D、直流充电桩主控制器获取电动汽车的需求电流IBCL与需求电压VBCL信息，直流充电桩主控制器根据需求电压VBCL计算单个充电模块在此电压输出下的最大充电流Imax，则整机的最大输出电流为充电模块的数量N乘以最大充电流Imax；
E、直流充电桩主控制器将电动汽车的需求电流IBCL与充电桩的最大输出充电电流M*Imax进行比较，若需求电流IBCL大于充电桩的最大输出充电电流M*Imax，则使每个充电模块开机工作并输出最大电流；若需求电流IBCL小于充电桩的最大输出充电电流M*Imax，则进入步骤E；
F、直流充电桩主控制器计算需要投入使用的充电模块个数M1＝IBCL/Imax，那么剩下不工作的充电模块数为M-M1。
进一步地，基于步骤F，将第一次充电时需要工作的充电模块的起始地址为1，并记录这个起始地址，则充电模块地址1至充电模块地址M1的模块需要工作，剩下充电模块地址M1+1到M的充电模块待机休息；第二次充电时需要工作的充电模块的起始地址为2至充电模块地址M1+1的充电模块，剩下充电模块地址M1+2到M以及充电模块地址为1的充电模块待机休息；第N次充电时需要工作的充电模块的起始地址为N至充电模块地址M1+N-1的充电模块，剩下充电模块地址M1+N到M以及充电地址为1到N-1的模块待机休息；直至投入工作的下一次充电模块起始地址重新从1开始。
本发明直流充电桩的主控制器根据恒功率曲线计算单个充电模块在电压输出范围内个点对应的最大输出电流，并形成数值对应表。
数值对应表为在恒功率区间描点列表，描出对应电压下的最大输出电流。
本发明不仅可以减少充电桩的待机损耗，同时可以提供充电桩的运行效率，减少电能的浪费和降低用户的成本；较少谐波和提高功率因素可减少对电能的污染；模块轮流休息提高模块的工作寿命，减少维修成本。
附图说明
图1是本发明较佳实施例的示意图；
图2是本发明较佳实施例之充电模块恒功率曲线图。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步的描述。
一种基于模块最大电流输出和轮休的直流充电方法，包括以下步骤：
A、直流充电桩设置M个充电模块，充电模块之间并联，充电模块的交流输入端接入到电气回路，充电模块的直流输出端接入到直流输出回路；三相交流电通过断路器S1和交流接触器K1接入到电气回路，投入使用的充电桩S1闭合，当直流充电桩的充电枪插入到电动汽车充电接口后交流接触器K1闭合，当充电停止时K1断开用来减少充电模块的待机损耗；
B、直流充电桩主控制器与M个充电模块根据充电模块通讯地址进行点对点通讯并发送控制指令；充电模块的起始通讯地址为1，充电模块的通讯地址必须连续，充电模块的通讯地址可与物理位置无关；M个充电模块输出回路并联连接，直流输出回路与充电枪的连接只需要一组直流接触器，如图1所示；直流充电桩主控制器与充电模块的通讯采用点对点形式下发指令，不再使用广播形式；
C、直流充电桩的充电枪插入到电动汽车充电接口开始自动充电，直流充电桩主控制器与电动汽车的电池管理系统BMS交互充电信息；
D、直流充电桩主控制器获取电动汽车的需求电流IBCL与需求电压VBCL信息，直流充电桩主控制器根据需求电压VBCL计算单个充电模块在此电压输出下的最大充电流Imax，则整机的最大输出电流为充电模块的数量N乘以最大充电流Imax；
E、直流充电桩主控制器将电动汽车的需求电流IBCL与充电桩的最大输出充电电流M*Imax进行比较，若需求电流IBCL大于充电桩的最大输出充电电流M*Imax，则使每个充电模块开机工作并输出最大电流；若需求电流IBCL小于充电桩的最大输出充电电流M*Imax，则进入步骤E；
F、直流充电桩主控制器计算需要投入使用的充电模块个数M1＝IBCL/Imax，那么剩下不工作的充电模块数为M-M1。投入工作的充电模块输出最大电流来满足充电需求。
基于步骤F，将第一次充电时需要工作的充电模块的起始地址为1，并记录这个起始地址，则充电模块地址1至充电模块地址M1的模块需要工作，剩下充电模块地址M1+1到M的充电模块待机休息；第二次充电时需要工作的充电模块的起始地址为2至充电模块地址M1+1的充电模块，剩下充电模块地址M1+2到M以及充电模块地址为1的充电模块待机休息；第N次充电时需要工作的充电模块的起始地址为N至充电模块地址M1+N-1的充电模块，剩下充电模块地址M1+N到M以及充电地址为1到N-1的模块待机休息；直至投入工作的下一次充电模块起始地址重新从1开始。
第一次充电时控制器下发需要工作的充电模块的起始地址为1的指令，并记录这个起始地址，充电模块地址1至充电模块地址M1的模块需要工作，剩下充电模块地址M1+1到M的模块待机休息。第二次充电时需要工作的充电模块的起始地址为2，并记录这个起始地址，充电模块地址2至充电模块地址M1+1的模块需要工作，剩下充电模块地址M1+2到M以及充电地址为1的模块待机休息。以此类推，第N次充电时(N小于模块总数M)需要工作的充电模块的起始地址为N，并记录这个起始地址，充电模块地址N至充电模块地址M1+N-1的模块需要工作，剩下充电模块地址M1+N到M以及充电地址为1到N-1的模块待机休息。第N次充电时(N等于模块总数M)需要工作的充电模块的起始地址为N，并记录这个起始地址，充电模块地址N，以及地址为1至充电模块地址M1-1的模块需要工作，剩下充电模块地址M1到M1-1的模块待机休息，投入工作的下一次充电模块起始地址重新从1开始，再下次充电以此类推。
现有行业内计算最大电流算法是通过下发模块的最大电流输出理论值，模块的实际输出靠模块自身来调节。例如，按照行业内计算方法：充电桩下发最大电流为30A，电压大于500V的时候，模块的实际出力无法满足30A，这样按照模块轮休算法来计算充电桩实际无法满足电动汽车的需求电流IBCL。为了能更准确和更快速的计算充电模块在对应电压下的最大输出电流，直流充电桩的控制器需要根据恒功率曲线来计算单个充电模块在电压输出范围内的最大输出电流，因为充电模块的功率曲线无法在全电压范围内满足恒功率，并且在恒功率区间内并呈现常系数斜率，故需要控制器在恒功率区间描点列表，描出对应电压下的最大输出电流，描点电压步长为0.1V即可，如图2所示。电池管理系统BMS上送任意输出范围内电压可根据描点列表直接读取最大输出电流参与轮休计算，不影响控制器运算速度。
充电电源行业中的直流充电模块在最大电流输出时效率最高、谐波最小、功率因素最高，同时充电模块长期工作会影响模块寿命。本发明可保证充电桩在待机状态下的损耗降至最小，同时使得直流充电桩给电动汽车充电时，能根据电池管理系统BMS的充电需求电流，不仅能让充电模块处于最大电流输出，并且让模块自动轮流休息。当电池管理系统BMS的需求电流大于整机的最大输出电流时，让每个模块开机工作并输出最大电流；当电池管理系统BMS的需求电流IBCL小于整机的最大输出电流时，让部分充电模块投入工作，部分模块休息：首先根据单个充电模块的恒功率曲线计算在需求电压下的模块最大输出电流Imax，则需要投入使用的充电模块数目Num＝IBCL/Imax，充电桩记录这些工作模块中的最小模块通讯地址，剩余的模块充电桩停止工作进行休息。在下一次充电的时候再根据上面的算法，投入工作的模块从上次记录的下一个地址开始。本发明在充电桩待机时可使得电能损耗最小，在充电桩运行时候不仅能满足自动充电的需求，同时始终保持充电桩的运行效率最高，对电网污染的谐波最小，功率因素最高，并且能让充电模块轮流工作，大大提高了充电模块的寿命。
对于任意直流充电桩的控制系统上都可实施本发明，本发明无需修改直流充电桩任何硬件和接口，可直接应用在充电桩的控制器上进行软件开发，算法简便、逻辑清晰。
需要特别说明的是此以上实施仅为本发明较佳的具体实施方式，此方法并不用于限制于此，尽管参照前述实施例对电动汽车充电进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述实施所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种基于模块最大电流输出和轮休的直流充电方法，其特征在于，包括以下步骤：
A、直流充电桩设置M个充电模块，充电模块之间并联，充电模块的交流输入端接入到电气回路，充电模块的直流输出端接入到直流输出回路；三相交流电通过断路器S1和交流接触器K1接入到电气回路，投入使用的充电桩S1闭合，当直流充电桩的充电枪插入到电动汽车充电接口后交流接触器K1闭合，当充电停止时K1断开用来减少充电模块的待机损耗；
B、直流充电桩主控制器与M个充电模块根据充电模块通讯地址进行点对点通讯并发送控制指令；M个充电模块输出回路并联连接，直流输出回路与充电枪的连接只需要一组直流接触器；
C、直流充电桩的充电枪插入到电动汽车充电接口开始自动充电，直流充电桩主控制器与电动汽车的电池管理系统BMS交互充电信息；
D、直流充电桩主控制器获取电动汽车的需求电流IBCL与需求电压VBCL信息，直流充电桩主控制器根据需求电压VBCL计算单个充电模块在此电压输出下的最大充电流Imax，则整机的最大输出电流为充电模块的数量N乘以最大充电流Imax；
E、直流充电桩主控制器将电动汽车的需求电流IBCL与充电桩的最大输出充电电流M*Imax进行比较，若需求电流IBCL大于充电桩的最大输出充电电流M*Imax，则使每个充电模块开机工作并输出最大电流；若需求电流IBCL小于充电桩的最大输出充电电流M*Imax，则进入步骤E；
F、直流充电桩主控制器计算需要投入使用的充电模块个数M1＝IBCL/Imax，那么剩下不工作的充电模块数为M-M1。
2.根据权利要求1所述的基于模块最大电流输出和轮休的直流充电方法，其特征在于：基于步骤F，将第一次充电时需要工作的充电模块的起始地址为1，并记录这个起始地址，则充电模块地址1至充电模块地址M1的模块需要工作，剩下充电模块地址M1+1到M的充电模块待机休息；第二次充电时需要工作的充电模块的起始地址为2至充电模块地址M1+1的充电模块，剩下充电模块地址M1+2到M以及充电模块地址为1的充电模块待机休息；第N次充电时需要工作的充电模块的起始地址为N至充电模块地址M1+N-1的充电模块，剩下充电模块地址M1+N到M以及充电地址为1到N-1的模块待机休息；直至投入工作的下一次充电模块起始地址重新从1开始。
3.根据权利要求1所述的基于模块最大电流输出和轮休的直流充电方法，其特征在于：直流充电桩的主控制器根据恒功率曲线计算单个充电模块在电压输出范围内个点对应的最大输出电流，并形成数值对应表。
4.根据权利要求3所述的基于模块最大电流输出和轮休的直流充电方法，其特征在于：数值对应表为在恒功率区间描点列表，描出对应电压下的最大输出电流。
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