CN106945539A - 一种电动汽车自动功率分配直流快速充电机及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电动汽车自动功率分配直流快速充电机及其控制方法，含充电机柜、第一充电桩、第二充电桩和控制系统，充电机柜与交流电源连接，第一充电桩和第二充电桩分别与充电机柜连接，第一充电桩和第二充电桩内设置有监控板，充电机柜内设置有两组自动分配单元，每组自动分配单元包含若干个充电模块，每个充电模块直流输出端与继电器连接，继电器的常开触点和常闭触点分别与第一充电桩和第二充电桩连接，充电机柜、第一充电桩和第二充电桩均由控制系统控制。可根据充电负荷自动分配功率的控制策略，可根据充电过程中状态信息，产生充电功率自动分配，使充电机具备负荷调节分配功能，优化负荷利用率。

Description

一种电动汽车自动功率分配直流快速充电机及其控制方法

技术领域

本发明涉及一种充电机及其控制方法，特别是一种电动汽车自动功率分配直流快速充电机及其控制方法。

背景技术

随着汽车工业的高速发展，全球汽车总保有量不断增加，汽车所带来的环境污染、能源短缺等方面的问题越来越突出。节能与环保成为当今世界汽车发展的两大主题。汽车产业的可持续发展战略及我国汽车产业所面临的现状，迫使我们必须寻求新的发展道路。电动汽车具有高效、节能、低噪声、零排放等显著优点，在环保和节能方面具有不可比拟的优势。

电动汽车充电机系统主要是将供电电源的能量传递给电动汽车动力电池，充电机实质是供电电源与电动汽车动力电池的功率转换接口。电动汽车充电机的发展是电动汽车行业发展的基础，直流快速充电的需求是公共充电设施的发展方向。

目前，市场上已有的一桩双充产品可以实现两个充电口充电，但不能实现输出功率的自动分配。专利CN 104810894 A提出了一种通过控制并机接触器的开合进行功率调配的系统，但该系统的充电控制策略过于繁琐，不易实现。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种电动汽车自动功率分配直流快速充电机及其控制方法，它可根据充电负荷自动分配功率。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

一种电动汽车自动功率分配直流快速充电机，其特征在于：包含充电机柜、第一充电桩、第二充电桩和控制系统，充电机柜与交流电源连接，第一充电桩和第二充电桩分别与充电机柜连接，第一充电桩和第二充电桩内设置有监控板，充电机柜内设置有两组自动分配单元，每组自动分配单元包含若干个充电模块，每个充电模块直流输出端与继电器连接，继电器的常开触点和常闭触点分别与第一充电桩和第二充电桩连接， 充电机柜、第一充电桩和第二充电桩均由控制系统控制。

进一步地，所述充电机柜还包含断路器、交流接线排、防雷、微断和指示灯，断路器一端连接交流电源，断路器另一端与交流接线排连接，若干微断一端与交流接线排连接，微断另一端分别连接两个充电模块的交流输入端，每个充电模块的直流输出端与继电器连接，指示灯与继电器连接用于显示断路器开合状态。

进一步地，所述充电机柜内设置有交流电表和泄放回路，泄放回路由泄放电阻和泄放继电器组成。

进一步地，所述断路器采用具备过载、短路和漏电保护功能的断路器。

进一步地，所述第一充电桩和第二充电桩包含直流接线排、TC端子、熔断器、分流器、输出接触器和充电枪，TC端子一端与直流接线排连接，TC端子另一端两路输出分别与熔断器和分流器的一端连接，熔断器和分流器的另一端分别与输出接触器两路输入链接，输出接触器两路输出与充电枪连接。

进一步地，所述第一充电桩和第二充电桩还包含计费控制单元、人机界面、IC读卡器、辅助电源和指示灯，计费控制单元为充电桩控制核心，人机界面与计费控制单元连接用于人机交互操作，IC读卡器与计费控制单元连接用于读取用户充电IC信息，辅助电源用于充电桩内部供电，指示灯用于显示充电桩工作状态。

进一步地，所述控制系统包含自动分配模块和监控模块，自动分配模块控制继电器的投切，监控模块控制充电桩充电。

进一步地，所述监控板设置有三路CAN总线，第一路CAN总线负责与充电模块通信，第二路CAN总线负责与电动汽车BMS通信，第三路CAN总线负责与自动分配板通信，监控模块根据BMS对充电电流的需求和充电桩体的状态，响应BMS的负荷需求，通过自动分配板控制高压继电器的开关断，实现功率自动分配。

进一步地，所述监控板通过以太网、GPRS或4G连接后台管理系统，实时监控直流快速充电机的工作状态并上传数据。

一种电动汽车自动功率分配直流快速充电机的控制方法，其特征在于包含以下步骤：

（1）首先进行系统自检，若无故障则进入欢迎主界面，用户刷卡，系统读取卡信息，判断是否黑户和此卡是否正在充电，若此卡正常，则进入步骤（2）；

（2）判断连接本桩的分体机柜是否有其他桩体正在充电，如果有则根据控制策略判定优先级，如果没有则判定本桩为最高优先级，提示用户插好充电枪，进入步骤（3）；

（3）判断连接确认，连接确认正常则解除充电枪电磁锁，用户选择充电方式，刷卡启动充电过程，闭合绝缘监测开关，启动充电桩输出额定电压，进入步骤（4）；

（4）判断绝缘监测是否正常，不正常则界面提示报警，充电结束，正常则停止充电桩电压输出，进入步骤（5）；

（5）启动泄放开关1S后断开，判断监测母线电压是否小于60VDC，否则报警，是则启动辅助电源开关，充电桩和BMS信息交互，进入步骤（6）；

（6）根据充电桩工作状态和BMS充电需求判断是否进行功率分配，否则直接判断电池极性是否正常，是则通过功率分配板控制高压继电器进行相应切换，进入步骤（7）；

（7）判断电池极性是否正常，不正常则报警，充电结束，正常则闭合直流接触器，启动充电模块，检测充电状态和报警，直到充电完成，然后关闭充电模块，关断直流接触器，启动泄放开关1S后关闭，进入步骤（8）；

（8）判断是否需要调整优先级，否则跳转至关断辅助电源开关，是则先调整优先级，然后关断辅助电源开关，解除充电枪电磁锁，提示用户将枪插回充电桩枪座，提示用户刷卡结账，充电结束。

本发明与现有技术相比，具有以下优点和效果：

1）本发明可根据充电负荷自动分配功率的控制策略，可根据充电过程中状态信息，产生充电功率自动分配，使充电机具备负荷调节分配功能，优化负荷利用率；

2）本发明既能实现对单辆电动汽车的大功率快速充电，又能实现同时对两辆电动汽车的快速充电功能，缩短了电动汽车的充电时间，提高了充电模块的利用率。

附图说明

图1是本发明的一种电动汽车自动功率分配直流快速充电机的电路示意图。

图2是本发明的一种电动汽车自动功率分配直流快速充电机的系统通讯示意图。

图3是本发明的一种电动汽车自动功率分配直流快速充电机的控制方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图并通过实施例对本发明作进一步的详细说明，以下实施例是对本发明的解释而本发明并不局限于以下实施例。

如图1或图2所示，本发明的一种电动汽车自动功率分配直流快速充电机，包含充电机柜1、第一充电桩2、第二充电桩3和控制系统，充电机柜1与交流电源连接，第一充电桩2和第二充电桩3分别与充电机柜1连接，第一充电桩2和第二充电桩3内设置有监控板，充电机柜1内设置有两组自动分配单元，每组自动分配单元包含若干个充电模块4，每个充电模块直流输出端与继电器5连接，继电器5的常开触点和常闭触点分别与第一充电桩2和第二充电桩3连接， 充电机柜1、第一充电桩2和第二充电桩3均由控制系统控制。充电模块为AC-DC充电模块，第一充电桩和第二充电桩可以是两个相互联系的独立充电桩，也可以设计成一个充电桩内的两个充电单元口。图2中1#和2#的各模块也分别对应第一充电桩和第二充电桩的内部模块。充电时分别与1#电动汽车和2#电动汽车互连，实现动力输出，同时充电口和车辆的BMS(蓄电池管理系统)之间通过CAN通信互连，BMS实际上是充电需求的发起者，它告诉充电口此时需要的充电电压和电流大小，充电口再把此需求传递给监控单元，监控单元再告诉AC-DC模块，并通过自动分配单元为1#充电口和2#充电口分配输出功率。

以120kW直流充电机为例，当高压继电器1、3、5、7、9、11、15开通，则1#充电桩体可输出120kW功率，反之，当高压继电器2、4、6、8、10、12、14、16开通，则2#充电桩体可输出120kW功率，高压继电器双双互锁，不能同时开通，是由自动分配板的互锁继电器实现。可见，本发明既能实现对单辆电动汽车的大功率快速充电，又能实现同时对两辆电动汽车的快速充电功能，缩短了电动汽车的充电时间，提高了充电模块的利用率。

充电机柜1还包含断路器6、交流接线排7、防雷8、微断9和指示灯，断路器6一端连接交流电源，断路器6另一端与交流接线排7连接，若干微断9一端与交流接线排7连接，微断9另一端分别连接两个充电模块4的交流输入端，每个充电模块4的直流输出端与继电器5连接，指示灯与继电器5连接用于显示断路器5开合状态。充电机柜1内设置有交流电表和泄放回路，交流电表进行充电过程中全部电量计量,泄放回路由泄放电阻和泄放继电器组成。断路器采用具备过载、短路和漏电保护功能的断路器。

第一充电桩2和第二充电桩3包含直流接线排10、TC端子11、熔断器12、分流器13、输出接触器14和充电枪15，TC端子11一端与直流接线排10连接，TC端子11另一端两路输出分别与熔断器12和分流器13的一端连接，熔断器12和分流器13的另一端分别与输出接触器14两路输入链接，输出接触器14两路输出与充电枪15连接。第一充电桩和第二充电桩还包含计费控制单元、人机界面、IC读卡器、辅助电源和指示灯，计费控制单元为充电桩控制核心，人机界面与计费控制单元连接用于人机交互操作，IC读卡器与计费控制单元连接用于读取用户充电IC信息，辅助电源用于充电桩内部供电，指示灯用于显示充电桩工作状态。计费控制单元通过连接相应输入输出组件，完成人机显示、计量计费、支付、数据加密、后台通信等功能；高压接触器控制电源的通断；充电连接器提供与电动汽车连接的充电接口，具备锁紧装置和防误操作功能。

控制系统包含自动分配模块和监控模块，自动分配模块控制继电器的投切，监控模块控制充电桩充电。人机界面、IC读卡器与监控板通过RS232通信，直流电表与监控板通过RS485通信。

监控板设置有三路CAN总线，第一路CAN总线负责与充电模块通信，第二路CAN总线负责与电动汽车BMS通信，第三路CAN总线负责与自动分配板通信，监控模块根据BMS对充电电流的需求和充电桩体的状态，响应BMS的负荷需求，通过自动分配板控制高压继电器的开关断，实现功率自动分配。监控板通过以太网、GPRS或4G连接后台管理系统，实时监控直流快速充电机的工作状态并上传数据。

一种电动汽车自动功率分配直流快速充电机的控制方法，其特征在于包含以下步骤：

（1）首先进行系统自检，若无故障则进入欢迎主界面，用户刷卡，系统读取卡信息，判断是否黑户和此卡是否正在充电，若此卡正常，则进入步骤（2）；

（2）判断连接本桩的分体机柜是否有其他桩体正在充电，如果有则根据控制策略判定优先级，如果没有则判定本桩为最高优先级，提示用户插好充电枪，进入步骤（3）；

（3）判断连接确认，连接确认正常则解除充电枪电磁锁，用户选择充电方式，刷卡启动充电过程，闭合绝缘监测开关，启动充电桩输出额定电压，进入步骤（4）；

（4）判断绝缘监测是否正常，不正常则界面提示报警，充电结束，正常则停止充电桩电压输出，进入步骤（5）；

（5）启动泄放开关1S后断开，判断监测母线电压是否小于60VDC，否则报警，是则启动辅助电源开关，充电桩和BMS信息交互，进入步骤（6）；

（6）根据充电桩工作状态和BMS充电需求判断是否进行功率分配，否则直接判断电池极性是否正常，是则通过功率分配板控制高压继电器进行相应切换，进入步骤（7）；

（7）判断电池极性是否正常，不正常则报警，充电结束，正常则闭合直流接触器，启动充电模块，检测充电状态和报警，直到充电完成，然后关闭充电模块，关断直流接触器，启动泄放开关1S后关闭，进入步骤（8）；

（8）判断是否需要调整优先级，否则跳转至关断辅助电源开关，是则先调整优先级，然后关断辅助电源开关，解除充电枪电磁锁，提示用户将枪插回充电桩枪座，提示用户刷卡结账，充电结束。

控制方法设置优先级，实时检测车与桩的连接状态，连接状态通过检测车与桩的控制导引信号的电压值来判断，并通过CAN通信实时的上报给监控单元。根据先到为主原则，如果1#充电口与1#电动汽车首先连接充电，监控单元判定1#充电口的优先级最高，监控单元控制AC-DC充电机输出功率优先满足1#电动汽车的充电需求，当1#电动汽车充电完成之后，断开与1#充电口的连接，如果此时2#充电口和2#电动汽车仍然在连接充电，那么监控单元设定2#充电口升级为最高优先级。如果1#充电口与1#电动汽车、2#充电口与2#电动汽车同时建立连接，那么监控单元默认1#充电口具有最高优先级。最高优先级的充电口优先获得车辆所需的充电电流。

定义了功率自动分配规则之后，还要定义切换AC-DC充电模块的执行规则。为降低高压继电器的切换频率，提高产品寿命，针对1#充电口，采用正序投入、倒序切出的方式为其提供所需要的充电电流值；针对2#充电口，采用倒序投入、正序切出的方式为其提供所需要的充电电流值。

本说明书中所描述的以上内容仅仅是对本发明所作的举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离本发明说明书的内容或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种电动汽车自动功率分配直流快速充电机，其特征在于：包含充电机柜、第一充电桩、第二充电桩和控制系统，充电机柜与交流电源连接，第一充电桩和第二充电桩分别与充电机柜连接，第一充电桩和第二充电桩内设置有监控板，充电机柜内设置有两组自动分配单元，每组自动分配单元包含若干个充电模块，每个充电模块直流输出端与继电器连接，继电器的常开触点和常闭触点分别与第一充电桩和第二充电桩连接， 充电机柜、第一充电桩和第二充电桩均由控制系统控制。

2.按照权利要求1所述的一种电动汽车自动功率分配直流快速充电机，其特征在于：所述充电机柜还包含断路器、交流接线排、防雷、微断和指示灯，断路器一端连接交流电源，断路器另一端与交流接线排连接，若干微断一端与交流接线排连接，微断另一端分别连接两个充电模块的交流输入端，每个充电模块的直流输出端与继电器连接，指示灯与继电器连接用于显示断路器开合状态。

3.按照权利要求2所述的一种电动汽车自动功率分配直流快速充电机，其特征在于：所述充电机柜内设置有交流电表和泄放回路，泄放回路由泄放电阻和泄放继电器组成。

4.按照权利要求2所述的一种电动汽车自动功率分配直流快速充电机，其特征在于：所述断路器采用具备过载、短路和漏电保护功能的断路器。

5.按照权利要求1所述的一种电动汽车自动功率分配直流快速充电机，其特征在于：所述第一充电桩和第二充电桩包含直流接线排、TC端子、熔断器、分流器、输出接触器和充电枪，TC端子一端与直流接线排连接，TC端子另一端两路输出分别与熔断器和分流器的一端连接，熔断器和分流器的另一端分别与输出接触器两路输入链接，输出接触器两路输出与充电枪连接。

6.按照权利要求5所述的一种电动汽车自动功率分配直流快速充电机，其特征在于：所述第一充电桩和第二充电桩还包含计费控制单元、人机界面、IC读卡器、辅助电源和指示灯，计费控制单元为充电桩控制核心，人机界面与计费控制单元连接用于人机交互操作，IC读卡器与计费控制单元连接用于读取用户充电IC信息，辅助电源用于充电桩内部供电，指示灯用于显示充电桩工作状态。

7.按照权利要求1所述的一种电动汽车自动功率分配直流快速充电机，其特征在于：所述控制系统包含自动分配模块和监控模块，自动分配模块控制继电器的投切，监控模块控制充电桩充电。

8.按照权利要求1所述的一种电动汽车自动功率分配直流快速充电机，其特征在于：所述监控板设置有三路CAN总线，第一路CAN总线负责与充电模块通信，第二路CAN总线负责与电动汽车BMS通信，第三路CAN总线负责与自动分配板通信，监控模块根据BMS对充电电流的需求和充电桩体的状态，响应BMS的负荷需求，通过自动分配板控制高压继电器的开关断，实现功率自动分配。

9.按照权利要求1所述的一种电动汽车自动功率分配直流快速充电机，其特征在于：所述监控板通过以太网、GPRS或4G连接后台管理系统，实时监控直流快速充电机的工作状态并上传数据。

10.一种权利要求1至9任一项所述的电动汽车自动功率分配直流快速充电机的控制方法，其特征在于包含以下步骤：

（1）首先进行系统自检，若无故障则进入欢迎主界面，用户刷卡，系统读取卡信息，判断是否黑户和此卡是否正在充电，若此卡正常，则进入步骤（2）；

（2）判断连接本桩的分体机柜是否有其他桩体正在充电，如果有则根据控制策略判定优先级，如果没有则判定本桩为最高优先级，提示用户插好充电枪，进入步骤（3）；

（3）判断连接确认，连接确认正常则解除充电枪电磁锁，用户选择充电方式，刷卡启动充电过程，闭合绝缘监测开关，启动充电桩输出额定电压，进入步骤（4）；

（4）判断绝缘监测是否正常，不正常则界面提示报警，充电结束，正常则停止充电桩电压输出，进入步骤（5）；

（5）启动泄放开关1S后断开，判断监测母线电压是否小于60VDC，否则报警，是则启动辅助电源开关，充电桩和BMS信息交互，进入步骤（6）；

（6）根据充电桩工作状态和BMS充电需求判断是否进行功率分配，否则直接判断电池极性是否正常，是则通过功率分配板控制高压继电器进行相应切换，进入步骤（7）；

（7）判断电池极性是否正常，不正常则报警，充电结束，正常则闭合直流接触器，启动充电模块，检测充电状态和报警，直到充电完成，然后关闭充电模块，关断直流接触器，启动泄放开关1S后关闭，进入步骤（8）；

（8）判断是否需要调整优先级，否则跳转至关断辅助电源开关，是则先调整优先级，然后关断辅助电源开关，解除充电枪电磁锁，提示用户将枪插回充电桩枪座，提示用户刷卡结账，充电结束。