CN107199898B - 一种电池加热式充电桩及其充电控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种充电桩充电管理方法，包括：步骤1：充电枪与电池模块成功连接；步骤2：判断所述电池模块温度是否达标，若否，则执行步骤3，若是，则执行步骤4；步骤3：启动储电模块对加热模块进行加热，之后返回步骤2；步骤4：启动空闲充电模块对电池模块充电，若所述空闲充电模块不足，则接入非空闲充电模块对电池模块充电；步骤41：实时检测所述储电模块是否需要充满电，若是，则使用充电模块为所述储电模块充电。本发明的有益效果是：(1)能够充分利用低电价时段的电力为电池提供加热能量；(2)均衡分配充电模块的充电压力，有利于充电模块寿命的延长。

Description

一种电池加热式充电桩及其充电控制方法
技术领域
本发明涉及充电桩领域，具体的涉及一种电池加热式充电桩及其充电控制方法。
背景技术
由于燃油汽车对环境的污染以及国际石油价格的不断攀高，纯电动汽车作为绿色新能源技术的一个分支，具有零排放、噪声低、结构相对简单、可以实现交通能源来源多元化等优点，逐渐为人们所关注，市场份额也逐年增加。
目前纯电动汽车仍有很多不如人意的缺点，如作为动力的电池的在零度以下充电效果差，容易损坏电池，无法保证电池的正常充电工作。
授权公告号CN102969743B的发明公开了一种电动汽车的充电桩装置，包括：电池温度检测模块，所述电池温度检测模块用于检测车载动力电池组件的温度；加热模块，所述加热模块用于对所述车载动力电池组件加热；充电模块，所述充电模块用于给所述车载动力电池组件充电；和控制模块，所述控制模块分别与所述电池温度检测模块、充电模块、加热模块相连以便在所述车载动力电池组件的温度低于预设温度时控制所述加热模块加热所述车载动力电池组件且在所述车载动力电池组件的温度到达所述预设温度后控制所述充电模块对所述车载动。但在寒冷的冬季，由其在高纬度地区，长时间对电动车电池进行加温和保持电池温度，也需要消耗大量的能量，这部分能量通常也是由市电电网实时提供，采用上述发明专利的技术方案，也是用市电电网实时提供加热能源，而不能充分利用低电价时段的电力，造成充电成本提高。
发明内容
本发明的一个目的在于提供一种种电池加热式充电桩及其充电控制方法，使得能够充分利用低电价时段的电力为电池提供加热能量。
具体地，本发明是通过如下技术方案实现的：
一种充电桩充电管理方法，所述充电桩为电池模块充电，所述电池模块还连接加热模块，所述充电桩包括多个充电模块，储电模块和充电枪，所述方法包括步骤：
步骤1：充电枪与电池模块成功连接；
步骤2：判断所述电池模块温度是否达标，若否，则执行步骤3，若是，则执行步骤4；
步骤3：启动储电模块对加热模块进行加热，之后返回步骤2；
步骤4：启动空闲充电模块对电池模块充电，若所述空闲充电模块不足，则接入非空闲充电模块对电池模块充电；
步骤5：实时检测所述储电模块是否需要充满电，若是，则使用充电模块为所述储电模块充电。
较佳的，所述步骤4包括：
判断是否存在空闲充电模块，若是，则执行步骤6，若否，则执行步骤7；
步骤6：判断所有空闲充电模块的满负荷充电功率是否满足充电需求，若是，则执行步骤8，若否，则执行步骤9；
步骤7：接入第一数量非空闲充电模块为电池模块进行充电；
步骤8：进行充电操作；
步骤9：调配第二数量非空闲充电模块为电池模块进行充电。
较佳的，所述步骤5包括：
步骤S1：判断储电模块是否需要充满电，若是，则执行步骤S2，若否，则程序停止；
步骤S2：判断是否存在空闲充电模块，若是，则使用空闲充电模块对储电模块进行充电，若否，则执行步骤S3；
步骤S3：判断是否存在第二优先级充电模块，若是，则执行步骤S4，若否，则执行步骤S5；
步骤S4：提升第二优先级充电模块功率，以至少大于储电模块的输出功率；
步骤S5：估算在满足当前充电需求的前提下，能否使部分处于第一优先级的充电模块改变为第二优先级的充电模块，若是，则执行步骤S6，若否，则发出报警提示；
步骤S6：将确定的第一优先级充电模块转换为第二优先级充电模块，并提升相应第一优先级充电模块的充电功率。
较佳的，所述步骤S5包括：
步骤S51：计算为储电模块充电所需充电功率，确定需要使用的最少充电模块数量；
步骤S52：根据所述最少充电模块数量，确定每个充电枪中接出的充电模块数量；
步骤S53：根据每个充电枪当前所需的充电功率和接出充电模块之后的剩余充电模块数量，确定每个剩余充电模块所需提升的充电功率，并判断提升后的充电功率是否大于充电模块满负荷功率，若是，则发出报警提示，若否，则执行步骤S6。
较佳的，所述步骤S52包括：
步骤S521：计算所述最少充电模块数量与充电枪总数的商值和余数，并将所述商值作为从每个充电枪中都要接出的充电模块数量；
步骤S522：计算每个充电枪中剩余充电模块的输入功率，将输入功率最小的前余数数量个充电模块接出。
一种电池加热式充电桩，所述充电桩包括：
多个充电模块，储电模块和充电枪，每个充电模块接收交流市电；所述充电模块能够对储电模块进行充电，也能够对电池模块充电；所述储电模块能够对加热模块供能。
较佳的，在所述充电模块与储电模块之间设置第一分配开关组，所述储电模块用于通过第一分配开关组接收充电模块输入的电流；在充电模块和储电模块与充电枪之间设置第二分配开关组，多个所述充电枪通过第一分配开关组和第二分配开关组的配合使用，接收充电模块输入的电流和储电模块输入的电流。
较佳的，所述充电模块的输出功率可控。
较佳的，所述储电模块和电池模块接收到的充电电流为接入其上的每个充电模块输入的电流之和。
较佳的，所述充电模块被设计为不以满负荷功率进行充电。
本发明的有益效果是：(1)能够充分利用低电价时段的电力为电池提供加热能量；(2)均衡分配充电模块的充电压力，有利于充电模块寿命的延长。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明提供的一种电池加热式充电桩结构示意图；
图2为本发明提供的一种充电桩充电管理方法流程示意图；
图3为本发明提供的一种对储电模块的充电管理方法流程示意图；
图4为本发明提供的另一种对储电模块的充电管理方法流程示意图。
附图标记说明
为进一步清楚的说明本发明的结构和各部件之间的连接关系，给出了以下附图标记，并加以说明。
1、电网模块；2、充电模块；3、储电模块；4、充电枪；5、第一分配开关组；6、第二分配开关组；7、电池模块；8、加热模块。
通过上述附图标记说明，结合本发明的实施例，可以更加清楚的理解和说明本发明的技术方案。
具体实施方式
这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本发明相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本发明的一些方面相一致的装置和方法的例子。
在本发明使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本发明。在本发明和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。
应当理解，尽管在本发明可能采用术语第一、第二、第三等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本发明范围的情况下，第一信息也可以被称为第二信息，类似地，第二信息也可以被称为第一信息。取决于语境，如在此所使用的词语“如果”可以被解释成为“在……时”或“当……时”或“响应于确定”。
以下将通过实施例对本发明进行详细描述。
一种具有电池加热功能的充电桩，如图1所示，包括多个充电模块2，储电模块3和充电枪4，其中电网模块1为由所述充电桩外部连接到充电桩上，用于为每个充电模块2提供交流市电，在所述充电模块2与储电模块3之间设置第一分配开关组5，所述储电模块3用于通过第一分配开关组5接收充电模块2输入的电流；在充电模块2和储电模块3与充电枪4之间设置第二分配开关组6，多个所述充电枪4通过第一分配开关组5和第二分配开关组6的配合使用，接收充电模块2输入的电流和（或）储电模块3输入的电流；所述充电枪4具有连接电池模块7的充电接口，以及连接加热模块8的加热接口，所述储电模块3通过充电枪4上的加热接口连接到加热模块8，为加热模块8提供加热能量。
进一步的，所述充电模块2的输出功率可控，其大小为从最小值到最大值之间，根据不同的情况而选择每个充电模块的输出功率。由于长时期使一个充电模块以大功率充电，会使充电模块的使用寿命大大降低；在本发明实施例中，无论使用充电模块对储电模块充电，还是通过充电枪对电池模块充电，均可以采用多个充电模块（可以不是全部充电模块）进行，这样也均衡使用了每个充电模块，有利于充电模块使用寿命的延长。例如，如图1所示的充电桩具有3个充电模块和3个充电枪（充电枪和充电模块的个数可以不同），当只有一个充电枪对电动车的电池模块充电，假设需要300单位的功率，则每个充电模块提供100单元的功率，并通过第一分配开关组合和第二分配开关组合，将图1中3个充电模块输出的功率全部接入到待用的充电枪上。
进一步的，所述充电模块还通过第一分配开关组向储电模块充电。由于在冬季，由其是在寒冷的高纬度地区，将温度很低（通常≤-20℃）的电池加热到适宜充电的温度，并且在充电过程中（通常也是在户外，且充电时长多为几个小时）保持适宜充电温度，也需要消耗大量的能量，在本发明实施例中，这部分用于加热的能量由储电模块提供，所述储电模块也由充电模块向其充电提供能量，而且，可以通过定时控制，选择在电价较低的夜晚时间对所述储电模块进行充电，进而合理使用电力资源。所述储电模块可以包括造价成本更低而储电能力更强的蓄电池。同时，所述储电模块也可以在突发情况下，如电网模块停止工作时，向电动车充电。
所述加热模块可以为设置在电动车的电池模块外围的用于加热电池的装置，如附着在电池表面的加热元件等。
所述充电桩还包括控制充电模块输出功率的功率控制模块、控制第一分配开关组合第二分配开关组工作的开关控制模块。调节充电模块输出功率为现有技术中的内容，本发明不再赘述。
所述第一分配开关和第二分配开关根据其内部设置的开关结构，能够将来自不同充电模块的电流通过开关导通汇聚到一路并且输出，且输出功率为相应各充电模块的输出功率之和。
本发明还提供了一种充电桩充电管理方法，如图2所示，包括步骤：
S101：充电枪与电池模块成功连接。
S102：判断所述电池模块温度是否达标，若否，则执行S103，若是，则执行S104。
可设置电池模块的适宜充电温度为20℃左右，可以通过在电池模块上设置的温度传感器获取电池模块的温度。
S103：启动储电模块对加热模块进行加热，之后执行S102。
S104：判断是否存在空闲充电模块，若是，则执行步骤S105，若否，则执行步骤S106。
S105：判断所有空闲充电模块的满负荷充电功率是否满足充电需求，若是，则执行S107，若否，则执行S108。
S106：接入第一数量非空闲充电模块为电池模块进行充电。
执行到步骤S106，即不存在空闲充电模块，则意味着所有充电模块此时正在为其他充电枪供电，或者在为储电模块供电，而本发明所使用的充电模块在进行充电时，均设计为不以满负荷功率充电，即充电模块有1000功率单位充电的能力，在实际充电时可以只使用500功率单位进行充电，这样，当从当前正在充电的设备（充电枪或者储电模块）中接出第一数量的非空闲充电模块为当前充电枪供电时，相应被调出充电模块的设备（之前正在充电的充电枪或者储电模块）的输入功率会减小，这时，可以增大对应设备的其他充电模块的输出功率，以保证该设备的正常充电不受影响。其中，所述第一数量是根据当前充电枪所需的充电功率确定，可以以每个充电模块的输出功率都不大于满负荷充电功率的70%为准来确定第一数量的数值。
例如，假设每个充电模块的满负荷输出功率为1000功率单位，充电桩中有5个充电模块，且全部接入充电枪a为其供电，每个充电模块的输出功率为100功率单位，即充电枪当前输入功率为500功率单位，这时，又有新接入的充电枪b需要充电模块提供600功率单位的功率，则可以从现有的为充电枪a供电的5个充电模块中选择一个充电模块，以600功率单位（满负荷输出功率的60%）为充电枪b供电，则对于充电枪a来说，其输入功率减少了100功率单位，为了使充电枪a的输入功率依然为500功率单位，则可以将充电枪a依然在使用的其它充电模块的输出功率提高至125功率单位即可。相应的，在这个例子中，所述第一数量即为1。
S107：进行充电操作。
S108：接入第二数量非空闲充电模块为电池模块进行充电。
所述第二数量是根据当前充电枪所需的充电功率确定，可以以每个充电模块的输出功率都不大于满负荷充电功率的70%为准来确定第二数量的数值。确定第二数量的方法与确定第一数量的方法相同，此处不再赘述。
S109：实时检测所述储电模块是否需要充满电，若是，则使用充电模块为所述储电模块充电。
针对步骤S109，本发明实施例还提供了一种对储电模块的充电管理方法，如图3所示，所述方法包括步骤：
S201：判断储电模块是否需要充满电，若是，则执行S202，若否，则程序停止。
可以通过当前时刻进行判断，即若当前时刻为夜间等电价较低的时刻，则应当尽量利用电价低廉的时间段将储电模块充满电，或者判断所述储电模块的剩余电量是否低于警戒值，若是，则启动该充电管理方法。
S202：判断是否存在空闲充电模块，若是，则使用空闲充电模块对储电模块进行充电，若否，则执行S203。
进一步的，若当前为电价低廉时间段，且储电模块的剩余电量较少，则将接入到储电模块的所有充电模块的输出功率都设置为其满负荷充电功率，以尽快完成储电模块的充电。
S203：判断是否存在第二优先级充电模块，若是，则执行S204，若否，则执行S205。
S204：提升第二优先级充电模块功率，以至少大于储电模块的输出功率。
在本发明中，定义第一优先级充电模块为通过充电枪向电池模块充电的充电模块，定义第一优先级充电模块为向储电模块充电的充电模块。当执行到步骤S203时，即意味着一部分充电模块在为电池模块充电，一部分充电模块在为储电模块充电，由于对电池模块充电为充电桩的第一要务，且根据前述步骤，每个第一优先级充电模块当前的充电功率已经为较合理的充电功率，不宜进行改变，所以可以适当提升当前的第二优先级充电模块功率，以达到快速充满储电模块的目的。
S205：估算在满足当前充电需求的前提下，能否使部分处于第一优先级的充电模块改变为第二优先级的充电模块，若是，则执行S206，若否，则发出报警提示。
当执行到步骤S205时，即意味着所有充电模块都在为电动车的电池模块充电，但此时又需要为储电模块充电，由于对电动车充电是充电桩首先要保证的工况，那么，此时充电桩要判断能否转用一些正在给电动车的电池模块充电的充电模块给储电模块充电，如图4所示，判断的具体方法可以为：
S2051：计算为储电模块充电所需充电功率，确定需要使用的最少充电模块数量；
假设通过计算所需充电功率为1500功率单位，而已知每个充电模块满负荷输出功率为1000功率单位，则可以计算得出需要使用的最少充电模块数量为2。为了尽量减小充电模块数量变化对正在充电设备的影响，所以尽量使充电模块数量最少。
S2052：根据所述最少充电模块数量，确定每个充电枪中接出的充电模块数量；
具体的，当所需最少充电模块数量较多时，尽量使每个充电枪中都有充电模块接出，以避免出现某一充电枪中接出多个充电模块，使该充电枪中剩余的充电模块功率提升过高，进而造成寿命缩短和发热不均。可以按照如下的步骤来确定每个充电枪中接出的充电模块：
1）计算所述最少充电模块数量与充电枪总数的商值和余数，并将所述商值作为从每个充电枪中都要接出的充电模块数量；
2）计算每个充电枪中剩余充电模块的输入功率，将输入功率最小的前余数数量个充电模块接出。
S2053，根据每个充电枪当前所需的充电功率和接出充电模块之后的剩余充电模块数量，确定每个剩余充电模块所需提升的充电功率.
S2054，判断提升后的充电功率是否大于充电模块满负荷功率，若是，则发出报警提示，若否，则执行S206。
S206：将确定的第一优先级充电模块转换为第二优先级充电模块，并提升相应第一优先级充电模块的充电功率。
具体的，可以将相应数量的充电模块从充电枪中接出，并接入储电模块，并重新调节这些接入到储电模块的充电模块的充电功率；并且，提升有充电模块被接出的充电枪中其余的充电模块的充电功率。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。

Claims (9)

1.一种充电桩充电管理方法，所述充电桩为电池模块充电，所述电池模块还连接加热模块，所述充电桩包括多个充电模块，储电模块和充电枪，所述充电桩包括：多个充电模块(2)，储电模块(3)和充电枪(4)，每个充电模块(2)接收交流市电；所述充电模块能够对储电模块(3)进行充电，也能够对电池模块(7)充电；所述储电模块能够对加热模块(8)供能；
其特征在于，所述方法包括步骤：
步骤1：充电枪与电池模块成功连接；
步骤2：判断所述电池模块温度是否达标，若否，则执行步骤3，若是，则执行步骤4；
步骤3：启动储电模块对加热模块进行加热，之后返回步骤2；
步骤4：启动空闲充电模块对电池模块充电，若所述空闲充电模块不足，则接入非空闲充电模块对电池模块充电；
步骤5：实时检测所述储电模块是否需要充满电，若是，则使用充电模块为所述储电模块充电。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤4包括：判断是否存在空闲充电模块，若是，则执行步骤6，若否，则执行步骤7；
步骤6：判断所有空闲充电模块的满负荷充电功率是否满足充电需求，若是，则执行步骤8，若否，则执行步骤9；
步骤7：接入第一数量非空闲充电模块为电池模块进行充电；
步骤8：进行充电操作；
步骤9：调配第二数量非空闲充电模块为电池模块进行充电。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤5包括：步骤S1：判断储电模块是否需要充满电，若是，则执行步骤S2，若否，则程序停止；
步骤S2：判断是否存在空闲充电模块，若是，则使用空闲充电模块对储电模块进行充电，若否，则执行步骤S3；
步骤S3：判断是否存在第二优先级充电模块，若是，则执行步骤S4，若否，则执行步骤S5；
步骤S4：提升第二优先级充电模块功率，以至少大于储电模块的输出功率；
步骤S5：估算在满足当前充电需求的前提下，能否使部分处于第一优先级的充电模块改变为第二优先级的充电模块，若是，则执行步骤S6，若否，则发出报警提示；
步骤S6：将确定的第一优先级充电模块转换为第二优先级充电模块，并提升相应第一优先级充电模块的充电功率。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述步骤S5包括：步骤S51：计算为储电模块充电所需充电功率，确定需要使用的最少充电模块数量；
步骤S52：根据所述最少充电模块数量，确定每个充电枪中接出的充电模块数量；
步骤S53：根据每个充电枪当前所需的充电功率和接出充电模块之后的剩余充电模块数量，确定每个剩余充电模块所需提升的充电功率，并判断提升后的充电功率是否大于充电模块满负荷功率，若是，则发出报警提示，若否，则执行步骤S6。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述步骤S52包括：步骤S521：计算所述最少充电模块数量与充电枪总数的商值和余数，并将所述商值作为从每个充电枪中都要接出的充电模块数量；
步骤S522：计算每个充电枪中剩余充电模块的输入功率，将输入功率最小的前余数数量个充电模块接出。
6.根据权利要求1所述的充电桩充电管理方法，其特征在于，在所述充电模块(2)与储电模块(3)之间设置第一分配开关组(5)，所述储电模块(3)用于通过第一分配开关组(5)接收充电模块(2)输入的电流；在充电模块(2)和储电模块(3)与充电枪(4)之间设置第二分配开关组(6)，多个所述充电枪(4)通过第一分配开关组(5)和第二分配开关组(6)的配合使用，接收充电模块(2)输入的电流和储电模块(3)输入的电流。
7.根据权利要求1或6任一所述的充电桩充电管理方法，其特征在于，所述充电模块(2)的输出功率可控。
8.根据权利要求1所述的充电桩充电管理方法，其特征在于，所述储电模块(3)和电池模块(7)接收到的充电电流为接入其上的每个充电模块输入的电流之和。
9.根据权利要求1所述的充电桩充电管理方法，其特征在于，所述充电模块被设计为不以满负荷功率进行充电。
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