CN107124028A - 环形矩阵式多功率段并联快速充电系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

一种环形矩阵式多功率段并联快速充电系统及其控制方法，用于设置在电动车充电站内，为电动车提供电能输出，其特征在于，所述环形矩阵式多功率段并联快速充电系统包括若干交流母线、若干分别与所述交流母线对应连接的转换组件、及若干分别与所述转换组件连接的跨接组件；所述转换组件包括若干功率模块及若干横接开关；各所述交流母线相互连接。环形矩阵式多功率段并联快速充电系统通过功率模块对应节点间的矩阵式连接，令连接至节点的电动车负载能通过节点间的连接配合能方便、快捷地获得较大的输入功率，从而保证了与环形矩阵式多功率段并联快速充电系统连接的电动车的充电速度，同时减少充电系统内的功率模块成本投入。

Description

环形矩阵式多功率段并联快速充电系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及充电技术领域，特别是涉及一种环形矩阵式多功率段并联快速充电系统及其控制方法。

背景技术

电动车充电站是一种转为电动车提供充电的场所。在充电站内设有或多或少的电动车充电桩，充电桩用于向电动车输出电能。充电站内设置有充电系统，充电系统负责电能的转换及将功率分配至各充电桩，电能系统中设有负责交直流转换的功率模块，现有充电系统功率分配方案中能根据充电桩的功率输出要求而调整充电桩所连接的功率模块的数量，受现有功率模块调配方式的限制，存在有闲置功率模块充足，但充电桩输出功率无法满足电动车需求的情况，其原因是，在现有方案中，单个充电桩仅能调用特定连接关系下的功率模块，对于非特定连接关系的功率模块，即使处于闲置状态，充电桩也无法调用。

发明内容

基于此，本发明提供一种充分调用电动车充电站内的功率转换模块、并能在有限功率模块数量下较大提升充电站内各个充电桩输出能力的环形矩阵式多功率段并联快速充电系统及其控制方法。

为了实现本发明的目的，本发明采用以下技术方案：

一种环形矩阵式多功率段并联快速充电系统，用于设置在电动车充电站内，为电动车提供电能输出，其特征在于，所述环形矩阵式多功率段并联快速充电系统包括若干交流母线、若干分别与所述交流母线对应连接的转换组件、及若干分别与所述转换组件连接的跨接组件；所述转换组件包括若干功率模块及若干横接开关；各所述交流母线相互连接。

本发明的环形矩阵式多功率段并联快速充电系统通过功率模块对应节点间的矩阵式连接，令连接至节点的电动车负载能通过节点间的连接配合能方便、快捷地获得较大的输入功率，从而保证了与环形矩阵式多功率段并联快速充电系统连接的电动车的充电速度，同时减少充电系统内的功率模块成本投入。

在其中一个实施例中，所述转换组件与所述交流母线间一一对应连接；全部所述转换组件顺序排列；除排列在最后的所述转换组件外，每一所述转换组件通过一所述跨接组件与排列在其后的另一所述转换组件连接；排列在最后的所述转换组件通过一所述跨接组件与排列在最前的另一所述转换组件连接。

在其中一个实施例中，所述功率模块设有交流输入端及直流输出端；所述功率模块的交流输入端依次与相应的所述交流母线连接；每一所述功率模块的直流输出端作为一节点。

在其中一个实施例中，同一所述转换组件中的全部所述节点顺序排列；对于同一所述转换组件中的全部所述节点，除排列在最后的所述节点外，每一所述节点通过一所述横接开关与排列在其后的另一所述节点连接；在同一所述转换组件中，排列在最后的所述节点通过一所述横接开关与排列在最前的另一所述节点连接；在同一所述转换组件中，全部所述节点通过所述横接开关的连接形成环形结构。

在其中一个实施例中，对于环形矩阵式多功率段并联快速充电系统中的任意一所述节点，属于另一所述转换组件且在另一所述转换组件中排序与所述节点在其所属转换组件中排序一致的另一所述节点作为所述节点的同位点。

在其中一个实施例中，所述跨接组件包括若干纵接开关；除排列在最后的所述转换组件外，每一所述转换组件中的任意节点通过对应的所述跨接组件中的一所述纵接开关与后一所述转换组件中的同位点连接；排列在最后的所述转换组件中的任意节点通过对应的所述跨接组件中的一纵接开关与排列在最前的另一所述转换组件中的同位点连接。

在其中一个实施例中，任意一所述节点及其所有同位点通过所述纵接开关的连接形成环形结构。

一种环形矩阵式多功率段并联快速充电系统的控制方法；在所述的环形矩阵式多功率段并联快速充电系统中，对于任意所述节点，在同一所述转换组件中通过所述横接开关与所述节点连接的另一所述节点作为所述节点的同组相邻点；对于任意所述节点，通过所述跨接开关与所述节点连接的另一所述节点作为所述节点的跨组相邻点；所述节点的同组相邻点及跨组相邻点作为所述节点的可通相邻点；通过充电桩连接至节点的电动车电源接收装置作为所述节点的负载；所述节点有两种状态；当所述节点连接电动车并向电动车输出电能时为输出状态；当所述节点未向电动车输出电能时为空闲状态；通过充电枪向负载输出电能的节点作为当前输出点；所述当前输出点的四个可通相邻点中处于空闲状态的所述节点作为当前输出点的一次相邻点；所述一次相邻点的可通相邻点中处于与空闲状态的所述节点作为当前输出点的二次相邻点；其特征在于，所述环形矩阵式多功率段并联快速充电系统的控制方法包括如下步骤：

S10：当空闲状态的所述节点转换为所述当前输出点时，分析所述当前输出点所连接负载的需求功率大小，记为Pn；

S11：判断所述当前输出点的输出功率Ps能否满足负载的要求；若判断结果为是，则进入步骤S20；若判断结果为否，则进入步骤S30；

S20：单独利用所述当前输出点为所述当前输出点的负载提供电能；

S30：分析所述当前输出点的四个可通相邻点中是否处于空闲状态，并将所述当前输出点的处于空闲状态的可通相邻点标记为一次相邻点；计算出所述当前输出点的所有一次相邻点的功率之和，记录为P1；若所述当前输出点的四个可通相邻点均处于输出状态，则P1为0；

S31：判断所述当前输出点的输出功率Ps加上所述当前输出点的全部一次相邻点的功率P1后能否满足所述当前输出点的负载的要求；若判断结果为是，则进入步骤S40；若判断结果为否，则进入步骤S50；

S40：利用所述当前输出点及所述当前输出点的一次相邻点为所述当前输出点的负载提供电能；

S50：分析所述一次相邻点的可通相邻点是否处于空闲状态，并将所述一次相邻点的处于空闲状态的可通相邻点标记为二次相邻点；计算出所述当前输出点的所有二次相邻点的功率之和，记录为P2；若P1为0，则P2设为0；

S51：判断所述当前输出点的输出功率Ps与P1及P2之和能否满足所述当前输出点的负载的功率要求；若判断结果为是，则进入步骤S60；若判断结果为否，则进入步骤S70；

S60：利用所述当前输出点及所述当前输出点的一次相邻点、二次相邻点为所述当前输出点的负载提供电能；

S70：所述当前输出点的相应功率模块向负载发出输出提示输出功率不足的报告信号。

附图说明

图1为本发明的一较佳实施例的环形矩阵式多功率段并联快速充电系统的整体结构图；

图2为图1所示的转换组件的内部结构图；

图3为不同转换组件内的节点与跨线连接组件间的连接关系图；

图4为环形矩阵式多功率段并联快速充电系统的工作流程图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将对本发明进行更全面的描述。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。

请参阅图1至图3，为本发明一较佳实施方式的环形矩阵式多功率段并联快速充电系统10，用于设置在电动车充电站内，为电动车提供电能输出。该环形矩阵式多功率段并联快速充电系统10包括若干交流母线AL、若干分别与所述交流母线AL对应连接的转换组件CV、及若干分别与所述转换组件CV连接的跨接组件CE。所述转换组件CV包括若干功率模块M及若干横接开关HS；所述横接开关HS实现同一所述转换组件CV中的各所述功率模块M间的连接；所述跨接组件CE实现不同转换组件CV间的连接。

各所述交流母线AL相互连接。

所述转换组件CV与所述交流母线AL间一一对应连接；全部所述转换组件CV顺序排列；除排列在最后的所述转换组件CV外，每一所述转换组件CV通过一所述跨接组件CE与排列在其后的另一所述转换组件CV连接；排列在最后的所述转换组件CV通过一所述跨接组件CE与排列在最前的另一所述转换组件CV连接。

所述功率模块M设有交流输入端及直流输出端；所述功率模块M的交流输入端依次与相应的所述交流母线AL连接；每一所述功率模块M的直流输出端作为一节点N；同一所述转换组件CV中的全部所述节点N顺序排列；对于同一所述转换组件CV中的全部所述节点N，除排列在最后的所述节点N外，每一所述节点N通过一所述横接开关HS与排列在其后的另一所述节点N连接；在同一所述转换组件CV中，排列在最后的所述节点N通过一所述横接开关HS与排列在最前的另一所述节点N连接；在同一所述转换组件CV中，全部所述节点N通过所述横接开关HS的连接形成环形结构。

请参阅图3，对于环形矩阵式多功率段并联快速充电系统10中的任意一所述节点N，属于另一所述转换组件CV且在另一所述转换组件CV中排序与所述节点N在其所属转换组件CV中排序一致的另一所述节点N作为所述节点N的同位点。

所述跨接组件CE包括若干纵接开关VS；除排列在最后的所述转换组件CV外，每一所述转换组件CV中的任意节点N通过对应的所述跨接组件CE中的一所述纵接开关VS与后一所述转换组件CV中的同位点连接；排列在最后的所述转换组件CV中的任意节点N通过对应的所述跨接组件CE中的一纵接开关VS与排列在最前的另一所述转换组件CV中的同位点连接。

任意一所述节点及其所有同位点通过所述纵接开关VS的连接形成环形结构。

所述横接开关HS可通过其通断状态切换实现与其两端连接的二所述节点N间的电气连接或电气隔离；所述跨接开关可通过其通断状态切换实现与其两端连接的二所述节点N间的电气连接或电气隔离。

对于所述环形矩阵式多功率段并联快速充电系统10中的任意所述节点N，在同一所述转换组件CV中通过所述横接开关HS与所述节点N连接的另一所述节点N作为所述节点N的同组相邻点。

对于所述环形矩阵式多功率段并联快速充电系统10中的任意所述节点N，通过所述跨接开关与所述节点N连接的另一所述节点N作为所述节点N的跨组相邻点；任意所述节点N的同组相邻点及跨组相邻点作为所述节点N的可通相邻点；因此，所述环形矩阵式多功率段并联快速充电系统10中的任意节点N有四个可通相邻点。

所述功率模块M用于将输入的交流电转换为直流电；通过接通状态的所述横接开关HS或所述纵接开关VS，任意所述节点N可从其可通相邻点获得功率。

在其中一种实施方式中，所述节点N通过充电桩向电动车输出电源；通过充电桩连接至所述节点N的电动车电源接收装置作为所述节点N的负载。

所述节点N有两种状态；当所述节点N连接电动车并向电动车输出电能时为输出状态；当所述节点N未向电动车输出电能时为空闲状态。

通过充电枪向负载输出电能的节点N作为当前输出点；Ps为所述当前输出点的输出功率；所述当前输出点的四个可通相邻点中处于空闲状态的所述节点N作为所述当前输出点的一次相邻点；所述一次相邻点的可通相邻点中处于与空闲状态的所述节点N作为当前输出点的二次相邻点。

请参阅图4，为所述环形矩阵式多功率段并联快速充电系统10的工作步骤，其包括如下步骤：

S10：当空闲状态的所述节点N转换为所述当前输出点时，分析所述当前输出点所连接负载的需求功率大小，记为Pn。

S11：判断所述当前输出点的输出功率能否满足负载的要求；若判断结果为是，则进入步骤S20；若判断结果为否，则进入步骤S30；

本步骤中判断Ps是否大于Pn。

S20：单独利用所述当前输出点为所述当前输出点的负载提供电能。

S30：分析所述当前输出点的四个可通相邻点中是否处于空闲状态，并将所述当前输出点的处于空闲状态的可通相邻点标记为一次相邻点；计算出所述当前输出点的所有一次相邻点的功率之和，记录为P1；若所述当前输出点的四个可通相邻点均处于输出状态，则P1为0。

S31：判断所述当前输出点的输出功率Ps加上所述当前输出点的全部一次相邻点的功率P1后能否满足所述当前输出点的负载的要求；若判断结果为是，则进入步骤S40；若判断结果为否，则进入步骤S50；

本步骤中，比较Ps与P1之和是否大于等于Pn。

S40：利用所述当前输出点及所述当前输出点的一次相邻点为所述当前输出点的负载提供电能。

S50：分析所述一次相邻点的可通相邻点是否处于空闲状态，并将所述一次相邻点的处于空闲状态的可通相邻点标记为二次相邻点；计算出所述当前输出点的所有二次相邻点的功率之和，记录为P2；

若P1为0，则P2设为0，因为当P1为0，则所述当前输出点的四个可通相邻点位都处于输出状态，因可通相邻点所连接的负载类型可能不一致，故所述当前输出点不能越过连接有其他的可通相邻点向其他所述节点N获取补偿功率，故将P2设为0。

S51：判断所述当前输出点的输出功率Ps与P1及P2之和能否满足所述当前输出点的负载的功率要求；若判断结果为是，则进入步骤S60；若判断结果为否，则进入步骤S70；

本步骤中，比较Ps、P1及P2之和是否大于等于Pn。

S60：利用所述当前输出点及所述当前输出点的一次相邻点、二次相邻点为所述当前输出点的负载提供电能。

S70：所述当前输出点的相应功率模块M向负载发出提示输出功率不足的报告信号。

本实施例中，通过功率模块对应节点间的矩阵式连接，令连接至节点的电动车负载能通过节点间的连接配合能方便、快捷地获得较大的输入功率，从而保证了与环形矩阵式多功率段并联快速充电系统连接的电动车的充电速度，同时减少充电系统内的功率模块成本投入。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (8)

1.一种环形矩阵式多功率段并联快速充电系统，用于设置在电动车充电站内，为电动车提供电能输出，其特征在于，所述环形矩阵式多功率段并联快速充电系统包括若干交流母线、若干分别与所述交流母线对应连接的转换组件、及若干分别与所述转换组件连接的跨接组件；所述转换组件包括若干功率模块及若干横接开关；各所述交流母线相互连接。

2.根据权利要求1所述的环形矩阵式多功率段并联快速充电系统，其特征在于，所述转换组件与所述交流母线间一一对应连接；全部所述转换组件顺序排列；除排列在最后的所述转换组件外，每一所述转换组件通过一所述跨接组件与排列在其后的另一所述转换组件连接；排列在最后的所述转换组件通过一所述跨接组件与排列在最前的另一所述转换组件连接。

3.根据权利要求1所述的环形矩阵式多功率段并联快速充电系统，其特征在于，所述功率模块设有交流输入端及直流输出端；所述功率模块的交流输入端依次与相应的所述交流母线连接；每一所述功率模块的直流输出端作为一节点。

4.根据权利要求3所述的环形矩阵式多功率段并联快速充电系统，其特征在于，同一所述转换组件中的全部所述节点顺序排列；对于同一所述转换组件中的全部所述节点，除排列在最后的所述节点外，每一所述节点通过一所述横接开关与排列在其后的另一所述节点连接；在同一所述转换组件中，排列在最后的所述节点通过一所述横接开关与排列在最前的另一所述节点连接；在同一所述转换组件中，全部所述节点通过所述横接开关的连接形成环形结构。

5.根据权利要求4所述的环形矩阵式多功率段并联快速充电系统，其特征在于，对于环形矩阵式多功率段并联快速充电系统中的任意一所述节点，属于另一所述转换组件且在另一所述转换组件中排序与所述节点在其所属转换组件中排序一致的另一所述节点作为所述节点的同位点。

6.根据权利要求5所述的环形矩阵式多功率段并联快速充电系统，其特征在于，所述跨接组件包括若干纵接开关；除排列在最后的所述转换组件外，每一所述转换组件中的任意节点通过对应的所述跨接组件中的一所述纵接开关与后一所述转换组件中的同位点连接；排列在最后的所述转换组件中的任意节点通过对应的所述跨接组件中的一纵接开关与排列在最前的另一所述转换组件中的同位点连接。

7.根据权利要求6所述的环形矩阵式多功率段并联快速充电系统，其特征在于，任意一所述节点及其所有同位点通过所述纵接开关的连接形成环形结构。

8.一种如权利要求1至7任意一项所述的环形矩阵式多功率段并联快速充电系统的控制方法；在所述的环形矩阵式多功率段并联快速充电系统中，对于任意所述节点，在同一所述转换组件中通过所述横接开关与所述节点连接的另一所述节点作为所述节点的同组相邻点；对于任意所述节点，通过所述跨接开关与所述节点连接的另一所述节点作为所述节点的跨组相邻点；所述节点的同组相邻点及跨组相邻点作为所述节点的可通相邻点；通过充电桩连接至节点的电动车电源接收装置作为所述节点的负载；所述节点有两种状态；当所述节点连接电动车并向电动车输出电能时为输出状态；当所述节点未向电动车输出电能时为空闲状态；通过充电枪向负载输出电能的节点作为当前输出点；所述当前输出点的四个可通相邻点中处于空闲状态的所述节点作为当前输出点的一次相邻点；所述一次相邻点的可通相邻点中处于与空闲状态的所述节点作为当前输出点的二次相邻点；其特征在于，所述环形矩阵式多功率段并联快速充电系统的控制方法包括如下步骤：

S10：当空闲状态的所述节点转换为所述当前输出点时，分析所述当前输出点所连接负载的需求功率大小，记为Pn；

S11：判断所述当前输出点的输出功率Ps能否满足负载的要求；若判断结果为是，则进入步骤S20；若判断结果为否，则进入步骤S30；

S20：单独利用所述当前输出点为所述当前输出点的负载提供电能；

S30：分析所述当前输出点的四个可通相邻点中是否处于空闲状态，并将所述当前输出点的处于空闲状态的可通相邻点标记为一次相邻点；计算出所述当前输出点的所有一次相邻点的功率之和，记录为P1；若所述当前输出点的四个可通相邻点均处于输出状态，则P1为0；

S31：判断所述当前输出点的输出功率Ps加上所述当前输出点的全部一次相邻点的功率P1后能否满足所述当前输出点的负载的要求；若判断结果为是，则进入步骤S40；若判断结果为否，则进入步骤S50；

S40：利用所述当前输出点及所述当前输出点的一次相邻点为所述当前输出点的负载提供电能；

S50：分析所述一次相邻点的可通相邻点是否处于空闲状态，并将所述一次相邻点的处于空闲状态的可通相邻点标记为二次相邻点；计算出所述当前输出点的所有二次相邻点的功率之和，记录为P2；若P1为0，则P2设为0；

S51：判断所述当前输出点的输出功率Ps与P1及P2之和能否满足所述当前输出点的负载的功率要求；若判断结果为是，则进入步骤S60；若判断结果为否，则进入步骤S70；

S60：利用所述当前输出点及所述当前输出点的一次相邻点、二次相邻点为所述当前输出点的负载提供电能；

S70：所述当前输出点的相应功率模块向负载发出输出提示输出功率不足的报告信号。