CN107696894B - 一种电动汽车充电系统与充电控制系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种电动汽车充电系统与充电控制系统，在连接充电机和充电桩之间设置了树形结构的基本模组单元，基本模组单元至少为两级，控制器通过控制基本模组单元的通断，选通连接充电机和充电桩的支路，在充电机和充电桩之间进行匹配，且电路设计简单、成本低，能实现任意充电机对任意充电桩送电，提高了充电系统和充电控制系统的冗余性和可靠性。

Description

一种电动汽车充电系统与充电控制系统
技术领域
本发明属于电动汽车充电技术领域，具体涉及一种电动汽车充电系统与充电控制系统。
背景技术
随着电动汽车发展的日趋完善，以及国家对新能源汽车的技术支持政策出台，电动车量化生产的蓝图逐渐清晰起来。未来电动车的发展必然是汽车产业的大的向。电动汽车充电站是电动汽车配套产品中一个非常重要的组成部份。
集中式控制相比于一体化充电桩解决了充电机散热和IP防护的问题，而且能减小了充电桩的占地面积，充电站的建设逐步由一体式充电机向桩机分离，集中群控的方式转变。那么如何高效可靠的实现对充电机集群的控制就变得十分必要。
现有技术中，电动汽车充电桩的集中充电系统如图1所示，所有的充电机模块都连接于集中群控单元，所有充电桩都连接于集中群控单元，通过集中控制单元，每个充电机都可分别连接到不同的充电桩上面，例如，闭合集中群控单元的S1就可以把充电机模块连接于1#充电桩，其余模块同理也可以连接到不同的充电桩上。这种充电线系统的缺点在于，在一个控制器上实现多对多电路设计难度大，系统可靠性低，通用性不强。
发明内容
本发明的目的是提供一种电动汽车充电系统与充电控制系统，用于解决现有技术的充电桩都连接集中群控单元导致电路设计难度大、成本高的问题。
为解决上述技术问题，本发明提出一种电动汽车充电系统，包括控制器、充电机和充电桩，控制器至少连接两台充电机，每台充电机至少通过两级基本模组单元连接充电桩，前级的基本模组单元和后级的基本模组单元采用树形连接，每个基本模组单元包括一个输入接口、两个输出接口，输入接口选通连接两个输出接口；每个充电机的最后一级的基本模组单元连接所有充电桩，所述最后一级为输出接口没有连接任何基本模组单元的基本模组单元；所述控制器用于选通基本模组单元的输入接口和输出接口，控制充电机向充电桩充电的送电支路。
所述控制器设有三个CAN接口：第一个CAN接口连接各充电机；第二个CAN接口连接各充电机的第一级基本模组单元，各充电机的第一级基本模组单元为与相应充电机直接相连的基本模组单元；第三个CAN接口连接各充电桩。
前级的基本模组单元和后级的基本模组单元还通过CAN接口进行连接。
第一级基本模组单元之间通过RS485或RS232进行级联通信。
连接同一前级基本模组单元的两个基本模组单元之间通过RS485或RS232进行级联通信。
为解决上述技术问题，本发明还提出一种电动汽车充电控制系统，包括控制器和用于连接充电机和充电桩的基本模组单元，所述基本模组单元至少为两级，前级的基本模组单元和后级的基本模组单元采用树形连接，每个基本模组单元包括一个输入接口、两个输出接口，输入接口选通连接两个输出接口；最后一级的基本模组单元用于连接所有充电桩，所述最后一级为输出接口没有连接任何基本模组单元的基本模组单元；所述控制器用于选通基本模组单元的输入接口和输出接口，控制充电机向充电桩充电的送电支路。
所述控制器设有三个CAN接口：第一个CAN接口用于连接各充电机；第二个CAN接口连接各充电机的第一级基本模组单元，所述各充电机的第一级基本模组单元为与相应充电机直接相连的基本模组单元；第三个CAN接口用于连接各充电桩。
前级的基本模组单元和后级的基本模组单元还通过CAN接口进行连接。
第一级基本模组单元之间通过RS485或RS232进行级联通信。
连接同一前级基本模组单元的两个基本模组单元之间通过RS485或RS232进行级联通信。
本发明的有益效果是：
本发明在连接充电机和充电桩之间设置了树形结构的基本模组单元，基本模组单元至少为两级，控制器通过控制基本模组单元的通断，选通连接充电机和充电桩的支路，在充电机和充电桩之间进行匹配，且电路设计简单、成本低，能实现任意充电机对任意充电桩送电，提高了充电系统和充电控制系统的冗余性和可靠性。
本发明与充电机直接相连的基本模组单元通信连接控制器，与充电机非直接相连的基本模组单元通信连接前级的基本模组单元，控制器控制基本模组单元的通断时，以通信的方式，由前级基本模组单元到后级基本模组单元，控制相应输入接口和输出接口的通断，实现任意个数充电机和充电桩的组合配置。
附图说明
图1是现有技术中充电桩集中式控制的充电系统示意图；
图2是本发明的电动汽车充电系统示意图；
图3是图2中的单个基本模组单元的结构示意图；
图4是图2中的集中控制器的结构示意图；
图5是由基本模组单元组成的树形结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的说明。
实施例一：
本发明的一种电动汽车充电系统，包括充电控制系统，充电机，充电桩。其中，充电控制系统包括控制器，和用于连接充电机和充电桩的基本模组单元。基本模组单元至少为两级，每台充电机通过基本模组单元连接充电桩，前级的基本模组单元和后级的基本模组单元采用树形连接，每个基本模组单元包括一个输入接口、两个输出接口，输入接口选通连接两个输出接口。每个充电机的最后一级的基本模组单元连接所有充电桩，最后一级是指输出接口没有连接任何基本模组单元的基本模组单元。控制器至少连接两台充电机，每台充电机至少通过两级基本模组单元连接充电桩，该控制器用于选通基本模组单元的输入接口和输出接口，控制充电机向充电桩充电的送电支路。
本发明在连接充电机和充电桩之间设置了树形结构的基本模组单元，基本模组单元至少为两级，控制器通过控制基本模组单元的通断，选通连接充电机和充电桩的支路，在充电机和充电桩之间进行匹配，且电路设计简单、成本低，能实现任意充电机对任意充电桩送电，提高了充电系统和充电控制系统的冗余性和可靠性。
上述控制器、基本模组单元、充电机和充电桩相互之间的通信方式为，控制器设有三个CAN接口：第一个CAN接口连接各充电机；第二个CAN接口连接各充电机的第一级基本模组单元，各充电机的第一级基本模组单元为与相应充电机直接相连的基本模组单元；第三个CAN接口连接各充电桩。前级的基本模组单元和后级的基本模组单元还通过CAN接口进行连接；第一级基本模组单元之间通过RS485或RS232进行级联通信；接同一前级基本模组单元的两个基本模组单元之间通过RS485或RS232进行级联通信。
本发明与充电机直接相连的基本模组单元通信连接控制器，与充电机非直接相连的基本模组单元通信连接前级的基本模组单元，控制器控制基本模组单元的通断时，以通信的方式，由前级基本模组单元到后级基本模组单元，控制相应输入接口和输出接口的通断，实现任意个数充电机和充电桩的组合配置。另外，上述控制器与基本模组单元的通信可以采用CAN接口通信，也可以根据需要采用其他接口通信。
实施例二：
如图3所示的基本模组单元，设置有1路输入接口，2路输出接口，2路CAN通讯接口，和2路485通讯接口，且在数据接口和输出接口之间连接有开关，开关的导通与关断有集中控制器控制。集中控制器如图4所示，设置有3路CAN通讯接口，分别负责与充电桩、充电机、和基本模组进行通信。
主要由上述基本模组单元和集中控制器组成的电动汽车充电系统如图2所示，集中控制器通过通信接口CAN1连接充电机1#和充电机2#，即1号充电机和2号充电机，两个充电机均通过各自的一级模组和二级模组连接充电桩，其中，每个充电机对应的一级模组为一个基本模组单元，二级模组为两个基本模组单元，二级模组的基本模组单元的输入端接口连接相应一级模组的基本模组单元的输出接口，一级模组和二级模组的连接结构为树形结构。集中控制器还通过通信接口CAN2连接一级模组中两个基本模组单元的通信接口CAN1，一级模组中两个基本模组单元的通信接口CAN2连接二级模组中基本模组单元的通信接口CAN2，一级模组中1号充电机连接的基本模组单元的通信接口485-1，连接一级模组中2号充电机连接的基本模组单元的通信接口485-2，一级模组中两个基本模组单元分别连接的两个二级模组的基本模组单元之间，同样是通信接口485-1连接通信接口485-2。另外，每个充电桩分别与两个充电机下的二级模组中的基本模组单元，同时，充电桩还与集中控制器的通信接口CAN3进行通信连接。从而实现了1号充电机通过模组单元树形连接实现到四个充电桩的连接，2号充电机通过模组单元树形连接实现到四个充电桩的连接。
系统工作时，集中控制器作为中枢与充电桩，充电机和一级模组通讯，一级模组和相应的树形级联模组通讯，再通过串联的485网络自动识别匹配模组地址，并根据充电需求通过通讯网络控制充电机和闭合模组开关来实现充电功能。
本发明基本模组的结构简单，可降低开发难度和成本，级联模组模式提高了系统的冗余性和可靠性，过模组树形级联理论上可实现任意个数充电机和充电桩的组合配置，也就是，每个充电机通过模组的树形级联可以输出1对2，1对3，1对4，1对5等级联模式，如图5所示，所有的充电机都通过这种方法连接于充电桩，可以实现每个充电桩可通过配置连接于任何的充电桩。
针对多个充电机与多个充电连接的情况，系统中各基本模组单元的地址识别包括以下步骤：
1)系统上电后集中控制器通过集中控制器-模组CAN网络下发报文，一级模组对报文解析后确认自己是一级模组。
2)一级模组没有通过485-2接收到级联信息，则为1级1号基本模组单元，否则根据报文确认自己为n号基本模组单元并通过485-1给下一级联的基本模组单元下发n+1号地址确认，以此类推一级基本模组单元地址确认完毕。
3)1号充电机对应的1级1号基本模组单元通过CAN2接口给与其连接的下一级基本模组单元下发为1号从级确认命令。
4)与1级1号基本模组单元连接的下一级基本模组单元也通过485通讯级联本级的基本模组单元，没有通过485-2接受到地址信息的模组设置组号为2级1号从级基本模组单元，并通过485-1给下一级模组确认地址为2级2号从级基本模组单元，2级2号从级基本模组单元给下一级发送3级1号从级基本模组单元，以此类推。所有模组通过通讯可以确认自己的所处的层级和本层级的地址。
5)充电桩通过集中控制器-充电桩CAN网络向集中控制器下发充电需求，集中控制器根据充电模块在线数量和充电需求统筹充电机和充电桩的连接方式，通过CAN网络下发给1级充电模组，一级充电模组解析后下发给相应的从机模组，各个模组单元闭合相应的开关实现充电功能。
通过上述步骤，即可实现模块地址自识别，且无需人为设置。本发明通过设计1对2的基础模组单元和集中控制器，基本模组通过树形级联方式实现1对多和多对多系统连接，构建通讯网络，由集中控制器实现对所有模组的群控。本发明的模组化树形级联式电动汽车充电机集群控制器，通过控制单元的树形级联成组，快速组建控制网络实现对充电机集群进行控制。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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权利要求范围之内。

Claims (10)

1.一种电动汽车充电系统，包括控制器、充电机和充电桩，控制器至少连接两台充电机，其特征在于，每台充电机至少通过两级基本模组单元连接充电桩，前级的基本模组单元和后级的基本模组单元采用树形连接，每个基本模组单元包括一个输入接口、两个输出接口，输入接口选通连接两个输出接口；每个充电机的最后一级的基本模组单元连接所有充电桩，所述最后一级为输出接口没有连接任何基本模组单元的基本模组单元；所述控制器用于选通基本模组单元的输入接口和输出接口，控制充电机向充电桩充电的送电支路；
与充电机直接相连的基本模组单元通信连接控制器，与充电机非直接相连的基本模组单元通信连接前级的基本模组单元；
通过控制器与至少两级基本模组单元组成模组化树形级联式充电机集群控制器，将基本模组单元作为控制单元，通过控制单元级联成组，组建控制网络实现对充电机集群进行控制。
2.根据权利要求1所述的电动汽车充电系统，其特征在于，所述控制器设有三个CAN接口：第一个CAN接口连接各充电机；第二个CAN接口连接各充电机的第一级基本模组单元，各充电机的第一级基本模组单元为与相应充电机直接相连的基本模组单元；第三个CAN接口连接各充电桩。
3.根据权利要求2所述的电动汽车充电系统，其特征在于，前级的基本模组单元和后级的基本模组单元还通过CAN接口进行连接。
4.根据权利要求2所述的电动汽车充电系统，其特征在于，第一级基本模组单元之间通过RS485或RS232进行级联通信。
5.根据权利要求4所述的电动汽车充电系统，其特征在于，连接同一前级基本模组单元的两个基本模组单元之间通过RS485或RS232进行级联通信。
6.一种电动汽车充电控制系统，包括控制器和用于连接充电机和充电桩的基本模组单元，其特征在于，所述基本模组单元至少为两级，前级的基本模组单元和后级的基本模组单元采用树形连接，每个基本模组单元包括一个输入接口、两个输出接口，输入接口选通连接两个输出接口；最后一级的基本模组单元用于连接所有充电桩，所述最后一级为输出接口没有连接任何基本模组单元的基本模组单元；所述控制器用于选通基本模组单元的输入接口和输出接口，控制充电机向充电桩充电的送电支路；
与充电机直接相连的基本模组单元通信连接控制器，与充电机非直接相连的基本模组单元通信连接前级的基本模组单元；
通过控制器与至少两级基本模组单元组成模组化树形级联式充电机集群控制器，将基本模组单元作为控制单元，通过控制单元级联成组，组建控制网络实现对充电机集群进行控制。
7.根据权利要求6所述的电动汽车充电控制系统，其特征在于，所述控制器设有三个CAN接口：第一个CAN接口用于连接各充电机；第二个CAN接口连接各充电机的第一级基本模组单元，所述各充电机的第一级基本模组单元为与相应充电机直接相连的基本模组单元；第三个CAN接口用于连接各充电桩。
8.根据权利要求7所述的电动汽车充电控制系统，其特征在于，前级的基本模组单元和后级的基本模组单元还通过CAN接口进行连接。
9.根据权利要求7所述的电动汽车充电控制系统，其特征在于，第一级基本模组单元之间通过RS485或RS232进行级联通信。
10.根据权利要求9所述的电动汽车充电控制系统，其特征在于，连接同一前级基本模组单元的两个基本模组单元之间通过RS485或RS232进行级联通信。
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