CN108242828A - 用于充电桩之智能功率分配系统 - Google Patents

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陈俊成
李建兴
叶英杰
顾晓东
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Abstract

本发明公开了一种用于充电桩之智能功率分配系统,包含:至少一充电模块;一智能切换单元,耦合至至少一充电模块;至少二充电枪,耦合至智能切换单元;以及至少二系统控制监视单元,分别耦合至至少二充电枪,至少二系统控制监视单元之每一者系耦合至至少一充电模块,至少二系统控制监视单元之其中一者依据至少二充电枪的电力输出状态传送指令至智能切换单元,以使智能切换单元将至少一充电模块之充电功率动态分配给至少二充电枪之一者或以上者。

Description

用于充电桩之智能功率分配系统
技术领域
本发明系有关于功率分配,尤其是有关于用于充电桩之智能功率分配系统。
背景技术
在用于电动汽车充电之传统双枪系统中,两枪的最大输出能量或输出功率为整机输出能量或输出功率的一半,当双枪在进行电力输出时,倘若其中一枪的输出端所衔接的电池接近饱电时,系统并不会将多余的能量提供给另一枪使用,而是继续进行输出或直接停止输出,而另一枪仍然只能用整机输出能量或输出功率一半的能量或功率进行充电。如此导致有一半的输出能量或输出功率处于闲置状态,并无法有效利用之。
因此,现今仍需一能解决上述传统双枪系统之多余的输出能量或输出功率常处于闲置状态之问题的技术方案。
发明内容
为了克服上述传统双枪系统之多余的输出能量或输出功率常处于闲置状态之问题,本发明的目的在于提供一种用于充电桩之智能功率分配系统。
为达到上述目的,本发明采用以下技术方案:
一种用于充电桩之智能功率分配系统,包含:至少一充电模块;一智能切换单元,耦合至至少一充电模块;至少二充电枪,耦合至智能切换单元;以及至少二系统控制监视单元,分别耦合至至少二充电枪,至少二系统控制监视单元之每一者耦合至至少一充电模块,至少二系统控制监视单元之其中一者依据至少二充电枪的电力输出状态传送指令至智能切换单元,以使智能切换单元将至少一充电模块之充电功率动态分配给至少二充电枪之一者或以上者。
本发明之一优点为本发明可有效分配充电能量或充电功率,并将充电能量或充电功率分配优化。
本发明之另一优点为本发明可将电动汽车或电动机车充电所需时间缩减到最小。
这些优点及其他优点从以下较佳实施例之叙述并伴随后附图式及权利要求将使读者得以清楚了解本发明。
附图说明
上述组件,以及本发明其他特征与优点,通过阅读实施方式之内容及其附图后,将更为显着:
图1为根据一实施例显示本发明之用于充电桩之智能功率分配系统。
图2为根据另一实施例显示本发明之用于充电桩之智能功率分配系统。
图3为根据又一实施例显示本发明之用于充电桩之智能功率分配系统。
图4为根据一实施例显示使用4个充电模块之双枪充电桩的功率分配表。
主要组件符号说明:
10用于充电桩之智能功率分配系统 101充电模块 102智能切换单元
1021二极管 1022组件 1023组件
1024二极管 103a第一充电枪 103b第二充电枪
103c第三充电枪 104开关 20用于充电桩之智能功率分配
系统
201a第一充电模块 201b第二充电模块 201c第N个充电模块
202智能切换单元 2021二极管 2022组件
2023组件 2024二极管 203a第一充电枪
203b第二充电枪 204开关 205a第一系统控制监视单元
205b第二系统控制监视单元 206工业计算机 207a第一车用总线接口
207b第二车用总线接口 207c第三车用总线接口 208网络通讯接口
具体实施方式
此处本发明将针对具体实施例及其观点加以详细描述,此类描述为解释本发明之结构或步骤流程,其系供以说明之用而非用以限制本发明之权利要求。因此,除说明书中之具体实施例与较佳实施例外,本发明亦可广泛施行于其他不同的实施例中。
本发明用于充电桩之智能功率分配系统可在多枪充电系统中有效分配充电能量或充电功率,以达到将充电能量或充电功率分配优化之功效。
请参照图1,于本发明之一实施例中,本发明之用于充电桩之智能功率分配系统10包含充电模块101、智能切换单元102以及多个充电枪例如第一充电枪103a、第二充电枪103b。充电模块101系耦合至智能切换单元102,而智能切换单元102分别耦合至多个充电枪例如第一充电枪103a及第二充电枪103b。第一充电枪103a及第二充电枪103b系用以对电动汽车或电动机车进行充电。上述智能切换单元102系用以将充电模块101之充电功率动态分配给第一充电枪103a及/或第二充电枪103b。于一实施例中,至少二个开关104分别设置于第一充电枪103a与智能切换单元102之间以及第二充电枪103b与智能切换单元102之间。于一较佳实施例中,智能切换单元102可包含至少二个金属氧化物半导体场效晶体管(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor,MOSFET)例如但不限于至少二个增强型N型金属氧化物半导体场效晶体管(例如二个增强型N型金属氧化物半导体场效晶体管)、至少二个二极管例如二个二极管以及至少二个电容例如二个电容,上述至少二个增强型N型金属氧化物半导体场效晶体管、至少二个二极管以及至少二个电容系相互并联耦合以形成组件1023。组件1023可与一二极管1024串联以形成组件1022。于一实施例中,智能切换单元102可进一步包含至少二个二极管1021例如二个二极管,此二个二极管1021独立于上述至少二个增强型N型金属氧化物半导体场效晶体管、至少二个二极管以及至少二个电容。应注意者为,上述数量仅为例示之用,并非用以限制本发明之范围。任何可行的数量均可应用于本发明中。于一替代性实施例中,组件1022可由一继电器(relay)替代。于一替代性实施例中,组件1023中的金属氧化物半导体场效晶体管(MOSFET)可由一绝缘闸双极晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor,IGBT)替代。于一替代性实施例中,所有的二极管例如二极管1021、1024或组件1023中的二极管可由金属氧化物半导体场效晶体管(MOSFET)或绝缘闸双极晶体管(IGBT)替代。于一替代性实施例中,二极管1021可与组件1022相互替换。
请再参照图2,于本发明之另一实施例中,本发明之用于充电桩之智能功率分配系统10可包含多个充电枪例如三个充电枪,如图2所示之第一充电枪103a、第二充电枪103b及第三充电枪103c。于此实施例中,对应于有三个充电枪,智能切换单元102可相应地包含三个金属氧化物半导体场效晶体管(Metal-Oxide-Semiconductor Field-EffectTransistor,MOSFET)例如但不限于增强型N型金属氧化物半导体场效晶体管、三个二极管及三个电容。于一实施例中,智能切换单元102可进一步包含三个二极管1021,此三个二极管1021独立于上述三个增强型N型金属氧化物半导体场效晶体管、三个二极管以及三个电容。应注意者为,上述数量仅为例示之用,并非用以限制本发明之范围。任何可行的数量均可应用于本发明中。应注意者为,由于本实施例与第一个实施例仅为数量上的差异,故省略重复的叙述。于一替代性实施例中,组件1022可由一继电器(relay)替代。于一替代性实施例中,组件1023中的金属氧化物半导体场效晶体管(MOSFET)可由一绝缘闸双极晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor,IGBT)替代。于一替代性实施例中,所有的二极管例如二极管1021、1024或组件1023中的二极管可由金属氧化物半导体场效晶体管(MOSFET)或绝缘闸双极晶体管(IGBT)替代。于一替代性实施例中,二极管1021可与组件1022相互替换。
请参照图3,于本发明之又一实施例中,本发明之用于充电桩之智能功率分配系统20可包含多个充电模块例如第一充电模块201a、第二充电模块201b…第N个充电模块201c。再者,本发明之用于充电桩之智能功率分配系统20可进一步包含智能切换单元202以及多个充电枪例如第一充电枪203a、第二充电枪203b。第一充电枪203a及第二充电枪203b用以对电动汽车或电动机车进行充电。上述智能切换单元202用以将第一充电模块201a、第二充电模块201b…第N个充电模块201c之充电功率动态分配给第一充电枪203a及/或第二充电枪203b。第一充电模块201a、第二充电模块201b…第N个充电模块201c分别耦合至智能切换单元202,而智能切换单元202分别耦合至多个充电枪例如第一充电枪203a及第二充电枪203b。于一实施例中,至少二个开关204分别设置于第一充电枪203a与智能切换单元202之间以及第二充电枪203b与智能切换单元202之间。于一较佳实施例中,智能切换单元202可包含至少二个金属氧化物半导体场效晶体管(Metal-Oxide-Semiconductor Field-EffectTransistor,MOSFET)例如但不限于至少二个增强型N型金属氧化物半导体场效晶体管(例如2N个增强型N型金属氧化物半导体场效晶体管)、至少二个二极管例如2N个二极管以及至少二个电容例如2N个电容,上述2N个增强型N型金属氧化物半导体场效晶体管之每一者、2N个二极管之每一者以及2N个电容之每一者相互并联耦合以形成组件2023。组件2023可与一二极管2024串联以形成组件2022。于一实施例中,智能切换单元202可进一步包含至少二个二极管例如2N个二极管2021,此2N个二极管2021独立于上述2N个增强型N型金属氧化物半导体场效晶体管、2N个二极管以及2N个电容。应注意者为,上述数量仅为例示之用,并非用以限制本发明之范围。于一替代性实施例中,组件2022可由一继电器(relay)替代。于一替代性实施例中,组件2023中的金属氧化物半导体场效晶体管(MOSFET)可由一绝缘闸双极晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor,IGBT)替代。于一替代性实施例中,所有的二极管例如二极管2021、2024或组件2023中的二极管可由金属氧化物半导体场效晶体管(MOSFET)或绝缘闸双极晶体管(IGBT)替代。于一替代性实施例中,二极管2021可与组件2022相互替换。
第一充电枪203a通过第一车用总线接口207a耦合至第一系统控制监视单元205a,而第二充电枪203b通过第二车用总线接口207b耦合至第二系统控制监视单元205b。第一系统控制监视单元205a用以监控第一充电枪203a的电力输出状态。第二系统控制监视单元205b用以监控第二充电枪203b的电力输出状态。第一系统控制监视单元205a及第二系统控制监视单元205b通过第三车用总线接口207c耦合至第一充电模块201a、第二充电模块201b…及第N个充电模块201c。同时,第一系统控制监视单元205a及第二系统控制监视单元205b通过网络通讯接口208耦合至工业计算机(IPC,Industrial PC)206。工业计算机206用以辅助第一系统控制监视单元205a及第二系统控制监视单元205b进行数据运算。于一实施例中,上述第一系统控制监视单元205a及第二系统控制监视单元205b可包含但不限于CSU(Control&Supervisor Unit,控制监视单元)。上述CSU(控制监视单元)可具体实现国家标准局对直流充电有关通讯、监控、量测、保护及人机交互对口的各种规范,可实时对电动汽车或电动机车、电源、触控显示器及云端后台做通讯沟通,记录充电机与电动汽车或电动机车之间的沟通和异常讯息,并与云端后台对接,提供讯息以利分析。于一实施例中,上述第一车用总线接口207a及第二车用总线接口207b可包含但不限于CAN(Controller AreaNetwork,控制器局域网络)总线接口。于一实施例中,上述网络通讯接口208可包含但不限于RS485接口。
当第一系统控制监视单元205a侦测到第一充电枪203a有在进行电力输出,而第二系统控制监视单元205b侦测到第二充电枪203b没有在进行电力输出,第一系统控制监视单元205a或第二系统控制监视单元205b会发送指令至智能切换单元202,以使智能切换单元202依照电动汽车或电动机车所能承受的最大能量或最大功率将第一充电模块201a、第二充电模块201b…及第N个充电模块201c的大部份功率或全部功率切换至第一充电枪203a。换言之,当只有第一充电枪203a在进行电力输出时,第一系统控制监视单元205a或第二系统控制监视单元205b依照电动汽车或电动机车的充电电流需求调整智能切换单元202,以供给最大能量或最大功率给电动汽车或电动机车充电。假若当第一系统控制监视单元205a侦测到第一充电枪203a有在进行电力输出,而第二系统控制监视单元205b侦测到第二充电枪203b也有在进行电力输出,第一系统控制监视单元205a或第二系统控制监视单元205b会依据第一充电枪203a之电力输出状态发送指令至智能切换单元202,以使智能切换单元202将第一充电模块201a、第二充电模块201b…及第N个充电模块201c的部份功率切换至第二充电枪203b,亦即使智能切换单元202将第一充电枪203a多余的输出能量或输出功率切换至第二充电枪203b。
图4为根据一实施例显示使用4个充电模块(例如为20kW)之双枪充电桩的功率分配表。举例说明,当第一充电枪203a一开始需求40kW,故第二充电枪203b可用功率为40kW。当第一充电枪203a在接近充饱电时或无需这么高的功率充电,第一系统控制监视单元205a或第二系统控制监视单元205b可将第一充电枪203a之多余的功率(20kW为单位)直接透过智能切换单元202切换给第二充电枪203b。藉此,本发明可有效分配充电能量或充电功率,将充电能量或充电功率分配优化,并将电动汽车或电动机车充电所需时间缩减到最小。
以上所述,仅为本发明的具体实施方式,但本发明的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内,可轻易想到变化或替换,都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此,本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (11)

1.一种用于充电桩之智能功率分配系统,其特征在于,包含:
至少一充电模块;
一智能切换单元,耦合至所述至少一充电模块;
至少二充电枪,耦合至所述智能切换单元;以及
至少二系统控制监视单元,分别耦合至所述至少二充电枪,所述至少二系统控制监视单元之每一者系耦合至所述至少一充电模块,所述至少二系统控制监视单元之其中一者依据所述至少二充电枪的电力输出状态传送指令至所述智能切换单元,以使所述智能切换单元将所述至少一充电模块之充电功率动态分配给所述至少二充电枪之一者或以上者。
2.根据权利要求1所述的用于充电桩之智能功率分配系统,其特征在于,其中所述智能切换单元包含至少二个金属氧化物半导体场效晶体管或至少二个绝缘闸双极晶体管。
3.根据权利要求2所述的用于充电桩之智能功率分配系统,其特征在于,其中所述金属氧化物半导体场效晶体管包含一增强型N型金属氧化物半导体场效晶体管。
4.根据权利要求2所述的用于充电桩之智能功率分配系统,其特征在于,其中所述智能切换单元还包含至少二个二极管。
5.根据权利要求4所述的用于充电桩之智能功率分配系统,其特征在于,其中所述智能切换单元还包含至少二个电容,其中所述至少二个金属氧化物半导体场效晶体管或所述至少二个绝缘闸双极晶体管之每一者、所述至少二个二极管之每一者及所述至少二个电容之每一者系互相并联耦合。
6.根据权利要求1所述的用于充电桩之智能功率分配系统,其特征在于,其中所述智能切换单元包含至少二个继电器。
7.根据权利要求5所述的用于充电桩之智能功率分配系统,其特征在于,其中所述智能切换单元还包含至少二个第二二极管及至少二个第三二极管,其中所述至少二个第三二极管之每一者与所述至少二个金属氧化物半导体场效晶体管或所述至少二个绝缘闸双极晶体管之每一者、所述至少二个二极管之每一者及所述至少二个电容之每一者的整体串联。
8.根据权利要求7所述的用于充电桩之智能功率分配系统,其特征在于,其中所述至少二个二极管之每一者、所述至少二个第二二极管之每一者及所述至少二个第三二极管之每一者替换成金属氧化物半导体场效晶体管或绝缘闸双极晶体管。
9.根据权利要求1所述的用于充电桩之智能功率分配系统,其特征在于,还包含一工业计算机,耦合至所述至少二系统控制监视单元之每一者,用以辅助所述至少二系统控制监视单元进行数据运算。
10.根据权利要求1所述的用于充电桩之智能功率分配系统,其特征在于,还包含至少二开关,分别设置于所述智能切换单元与所述至少二充电枪之间。
11.根据权利要求1所述的用于充电桩之智能功率分配系统,其特征在于,其中所述至少二系统控制监视单元与所述至少二充电枪之间透过车用总线接口耦合,所述至少二系统控制监视单元与所述至少一充电模块之间透过车用总线接口耦合,所述至少二系统控制监视单元与所述工业计算机之间透过网络通讯接口耦合。
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