CN108400627A - 移动充电装置、控制方法及充电车 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种移动充电装置、控制方法及充电车，所述装置包括:充电控制单元，与功率分配单元、一个或多个功率单元相连接，用于控制所述功率分配单元、一个或多个功率单元；一个或多个功率单元与所述功率分配单元相连接，用于将电能传输给功率分配单元；功率分配单元，用于根据被充电车辆的充电功率需求将所述电能分配输出。本发明利用燃料电池提供电能，减少移动充电装置的污染，提高移动充电装置携带电量，且能控制功率分配，实现同一时间段为多台不同功率的车辆充电，提升了服务效率和用户体验。

Description

移动充电装置、控制方法及充电车
技术领域
本发明涉及电动汽车充电技术领域，尤其涉及一种移动充电装置、控制方法及充电车。
背景技术
随着人类社会的迅速发展，汽车作为现代文明社会快捷的交通运输工具，为人类社会的发展及人们的生活带来了极大的促进和方便，但同时也在吞噬着具有大的石油资源，并且给人们的生活环境带来了巨大的污染。而电动汽车是依电力为动力源，用电动机取代燃油发动机的电力汽车，不仅能够实现零排放，低噪音，无污染，并且可以大量节省日益枯竭的石油能源。随着电动汽车专用动力电池技术的日益成熟与应用，电动汽车已成为世界汽车工业发展的热点与趋势。随着电动汽车保有量的增涨，电动汽车充电设施增涨速度不能满足其充电需求，由于电动汽车充电设施的地域分布不均匀，在无桩少桩的偏远地区用户无法及时为电动汽车充电，用户体验较差，因此移动充电车应运而生，移动充电车可以随时随地给用户充电。
然而，现有的移动充电车至少具有以下缺点：
(1)现有的移动充电车多为利用柴油发电机发电的移动充电车，对环境污染大；
(2)利用电池储能的移动充电车，由于电池的能量密度有限，且车的载重有限，因此无法携带更多的电量，携带电量少；
(3)在一个时间段内只能服务一种功率类型的车辆，服务效率低，用户体验差。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于，提供一种移动充电装置、控制方法及充电车，利用燃料电池提供电能，减少移动充电装置的污染，提高移动充电装置携带电量，且能控制功率分配，实现同一时间段为多台不同功率的车辆充电，提升了服务效率和用户体验。
为了解决上述技术问题，根据本发明一方面，提供了一种移动充电装置，包括:
充电控制单元，与功率分配单元、一个或多个功率单元相连接，用于控制所述功率分配单元、一个或多个功率单元；
一个或多个功率单元与所述功率分配单元相连接，用于将电能传输给功率分配单元；
功率分配单元，用于根据被充电车辆的充电功率需求将所述电能分配输出。
进一步的，所述充电控制单元包括：
所述第一充电控制子单元，用于监控所述功率单元，控制所述功率单元的启动或停止，并给所述功率单元发送需求电压指令、需求电流指令和需求功率指令；
第二充电控制子单元，用于根据被充电车辆的数量、被充电车辆的电压需求、电流需求控制所述功率分配单元，并决策出需分配功率单元的数量，以及所分配的每个功率单元的输出电压值和电流值。
进一步的，所述充电控制单元还包括第三充电控制子单元，用于控制充电流程和监控充电安全。
进一步的，所述功率单元包括：
燃料存储器，用于存储燃料，并将燃料输送给燃料电池；
燃料电池，用于将所接收的燃料的化学能转换为电能，输出直流电压给变流器；
变流器，用于将所述直流电压转换为被充电车辆所需求直流电压；
监控器，用于控制充电过程的启动和停止，以及控制所述燃料存储器、燃料电池和变流器。
进一步的，所述监控器包括：
第一子监控器，用于控制所述燃料存储器向所述燃料电池输送燃料的速度；
第二子监控器，用于监控所述燃料电池的参数；
第三子监控器，用于监控所述变流器参数，并根据所述充电控制单元发送的需求电压指令、需求电流指令和需求功率指令调整所述变压器的输出电压和输出电流。
进一步的，所述监控器还用于将所述燃料电池的参数和变流器参数发送给所述充电控制单元。
进一步的，所述燃料电池的参数包括：燃料电池的温度、电压、电流、功率、瞬时能效；
所述变流器的参数包括变流器的输出电压、输出电流和温度。
进一步的，所述装置还包括一个和多个充电枪，与所述功率分配单元相连接，用于连接被充电车辆，将所述功率分配单元输出的电能输送给被充电车辆。
进一步的，所述功率分配单元为柔性功率分配单元，所述柔性功率分配单元将所述功率单元输出的电能柔性地分配给服务中的充电枪。
进一步的，所述功率分配单元包括开关阵列，通过配置所述开关阵列，配置连接所述功率单元和所述充电枪。
进一步的，所述装置还包括燃料电池生命周期管理单元，用于记录充电过程中每个功率单元工作时间、功率，通过充电控制单元均衡每个功率单元的工作时间，功率单元在工作时均分被充车辆的需求功率。
根据本发明另一方面，提供一种移动充电车，所述移动充电车包括上述所述移动充电装置。
根据本发明又一方面，提供一种移动充电的控制方法，包括：
获取被充电车辆的电压需求和电流需求；
根据所述被充电车辆的电压需求和电流需求将电能按按功率需求分配输出。
进一步的，所述根据所述被充电车辆的电压需求和电流需求将电能按按功率需求分配输出包括：
根据所述电压需求和电流需求决策出需分配功率单元的数量，以及所分配的每个功率单元的输出电压值和电流值；
向所述功率单元发送需求电压指令和需求电流指令，将电能按功率需求分配输出。
进一步的，所述方法还包括，采用控制开关阵列的方式控制电能按功率需求分配输出。
进一步的，所述方法还包括：
记录充电过程中每个功率单元工作时间、功率；
均衡设置每个功率单元的工作时间，控制所述功率单元在工作时均分被充车辆的需求功率。
根据本发明又一方面，提供一种控制器，其包括存储器与处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述程序在被所述处理器执行时能够实现所述方法的步骤。
根据本发明又一方面，提供一种计算机可读存储介质，用于存储计算机程序，所述程序在由一计算机或处理器执行时实现所述方法的步骤。
本发明与现有技术相比具有明显的优点和有益效果。借由上述技术方案，本发明一种移动充电装置、控制方法及充电车可达到相当的技术进步性及实用性，并具有产业上的广泛利用价值，其至少具有下列优点：
(1)利用燃料电池提供电能，减少移动充电装置的污染，同时解决了现有的锂电池储能的移动充电车的储能时间长带来的低效率问题；
(2)提高移动充电装置携带电量，且能控制功率合理分配，实现同一时间段为多台不同功率的车辆充电，提升了服务效率和用户体验；
(3)利用采集到的数据对燃料电池进行生命周期管理，促进燃料电池模组老化的一致性，提高了电池的经济效益；
(4)将燃料电池的电压经过一级DC/DC直流直流变换给被充车辆充电，比现有多级变换方式具有更高的效率。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图,详细说明如下。
附图说明
图1为本发明一实施例提供移动充电装置示意图；
图2为本发明一实施例提供的移动充电装置的功率单元示意图；
图3为本发明一实施例提供的开关阵列控制功率分配输出示意图；
图4为本发明一实施例提供的移动充电控制方法流程图；
图5为本发明又一实施例提供的移动充电控制方法流程图。
主要附图标记说明：
1-充电控制单元 2-功率单元 3-功率分配单元
4-充电枪
具体实施方式
为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效,以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的一种移动充电装置、控制方法及充电车的具体实施方式及其功效，详细说明如后。
燃料电池是一种不经过燃烧过程直接以电化学反应方式将燃料和氧化剂的化学能转变为电能的高效发电装置，其工作过程不受卡诺循环限制，转换效率高，几乎没有污染物排放。以燃料电池为动力的燃料电池电动汽车既可以保护环境又可以缓解能源短缺和调整能源结构。本发明利用燃料电池的燃料提供能量，燃料经过燃料电池内的化学反应将化学能转换为电能。燃料电池的输出电压经过变流器变换成适配被充车辆电池电压与需求电流，给被充车辆充电。
如图1所示，一种移动充电装置，包括:充电控制单元1、功率分配单元3、一个或多个功率单元2，其中，充电控制单元1与功率分配单元3、一个或多个功率单元2相连接，用于控制所述功率分配单元3、一个或多个功率单元2；一个或多个功率单元2与所述功率分配单元3相连接，用于将电能传输给功率分配单元3；功率分配单元3用于根据被充电车辆的充电功率需求将所述电能分配输出。
所述装置还包括一个和多个充电枪4，与所述功率分配单元3相连接，用于连接被充电车辆，将所述功率分配单元3输出的电能输送给被充电车辆。
在实际应用场景中，一个时间段，可能给一台车服务，也可能给多台车服务，每台车的需求功率不一样，因此利用功率分配单元将功率单元的输出能力按被充电车辆的的功率进行分配，提高了充电服务的效率和用户体验。其中，被充电车辆指的采用所述移动充电装置进行充电的电动车，并不限制于纯电动汽车，也可以为混合动力汽车等。
充电控制单元1包括第一充电控制子单元和第二充电控制子单元，其中，所述第一充电控制子单元用于监控所述功率单元2，控制所述功率单元2的启动或停止，并给所述功率单元2发送需求电压指令、需求电流指令和需求功率指令。第二充电控制子单元用于根据被充电车辆的数量、被充电车辆的电压需求、电流需求控制所述功率分配单元3，并决策出需分配功率单元2的数量，以及所分配的每个功率单元2的输出电压值和电流值。
在一些实施例中，所述充电控制单元1还包括第三充电控制子单元，用于控制充电流程和监控充电安全。如果所述移动充电装置为车载移动充电装置，充电控制单元1还可以配置为负责与车辆的信息交互，采集数据信息等。
如图2所示，功率单元2包括燃料存储器21、燃料电池22、变流器23和监控器24，其中，燃料存储器21用于存储燃料，并将燃料输送给燃料电池22，燃料存储器22可以设置有便捷的添加燃料的入口，方便燃料的添加。燃料电池22用于将所接收的燃料的化学能转换为电能，输出直流电压给变流器23，燃料电池22可以采用电池模组的形式设置。变流器23用于将所述直流电压转换为被充电车辆所需求直流电压。监控器24用于控制充电过程的启动和停止，以及控制所述燃料存储器21、燃料电池22和变流器23。
具体地，所述监控器24包括第一子监控器、第二子监控器和第三子监控器。其中，第一子监控器用于控制所述燃料存储器21向所述燃料电池22输送燃料的速度；第二子监控器用于监控所述燃料电池22的参数；第三子监控器用于监控所述变流器23参数，并根据所述充电控制单元1发送的需求电压指令、需求电流指令和需求功率指令调整所述变压器的输出电压和输出电流。
所述监控器24还用于将所述燃料电池22的参数和变流器23参数发送给所述充电控制单元1。其中，所述燃料电池22的参数包括：燃料电池22的温度、电压、电流、功率、瞬时能效，所述变流器23的参数包括变流器23的输出电压、输出电流和温度。上述参数不仅限于此，可以根据具体地充电需求和控制需求设置其他参数。
所述功率分配单元3包括开关阵列，通过配置所述开关阵列，配置连接所述功率单元2和所述充电枪4。功率单元2经过开关阵列可以配置到任意一把充电枪4。如图3所示，以所述装置包括4个功率单元和4个充电枪为例，进行说明，设4个功率单元分别为第一功率单元201、第二功率单元202、第三功率单元203和第四功率单元204；4个充电枪分别为第一充电枪41、第二充电枪42、第三充电枪43、第四充电枪44。开关阵列包括K11、K12、K21、K22、K31、K32、K41、K42、K1、K2、K3，采用图3所示方式相连接。
通过一下示例说明功率单元2经过开关阵列可以配置到任意一把充电枪4：
示例1、将所有功率单元的电能通过充电枪41输出充电，则控制闭合开关K11,K21,K31,K41,K1,K2,K3,K12。
示例2、将功率单元21和功率单元22的电能通过充电枪42输出，则控制闭合开关K11,K21,K1,K22。
示例3、将功率单元23和功率单元24的电能通过充电枪44输出，则控制闭合开关K31,K41,K3,K42。
当有4以外的其他个数的功率单元2时与以上三种示例类似。
在一些实施例中，所述功率分配单元3可以为柔性功率分配单元3，所述柔性功率分配单元3将所述功率单元2输出的电能柔性地分配给服务中的充电枪4。
此外，所述装置还可以包括燃料电池生命周期管理单元，用于记录充电过程中每个功率单元2工作时间、功率，通过充电控制单元1均衡每个功率单元2的工作时间，功率单元2在工作时均分被充车辆的需求功率，促进燃料电池模组老化的一致性，提高了电池的经济效益。
本发明实施例还一种移动充电车，所述移动充电车包括上述所述任一一种移动充电装置。
本发明实施例所述移动充电装置及包含该移动充电装置的充电车，利用燃料电池提供电能，减少移动充电装置的污染，同时解决了现有的锂电池储能的移动充电车的储能时间长带来的低效率问题。同时提高移动充电装置携带电量，且能控制功率合理分配，实现同一时间段为多台不同功率的车辆充电，提升了服务效率和用户体验；此外，利用采集到的数据对燃料电池进行生命周期管理，促进燃料电池模组老化的一致性，提高了电池的经济效益；将燃料电池的电压经过一级DC/DC直流直流变换给被充车辆充电，比现有多级变换方式具有更高的效率。
如图4所示，本发明实施例还提供一种移动充电的控制方法，包括：
步骤S1、获取被充电车辆的电压需求和电流需求；
其中，被充电车辆指的采用所述移动充电装置进行充电的电动车，并不限制于纯电动汽车，也可以为混合动力汽车等。
步骤S2、根据所述被充电车辆的电压需求和电流需求将电能按按功率需求分配输出。
如图5所示，所述步骤S2进一步包括：
步骤S21、根据所述电压需求和电流需求决策出需分配功率单元的数量，以及所分配的每个功率单元的输出电压值和电流值；
步骤S22、向所述功率单元发送需求电压指令和需求电流指令，将电能按功率需求分配输出。
其中，功率单元用于提供电能，可以包括燃料电池和变流器，燃料经过燃料电池内的化学反应将化学能转换为电能。燃料电池的输出电压经过变流器变换成适配被充电车辆电池电压与需求电流，给被充电车辆充电。采用所述功率单元，能够提高移动充电装置携带电量，且能通过控制功率合理分配，实现同一时间段为多台不同功率的车辆充电，提升了服务效率和用户体验。
所述方法可采用控制开关阵列的方式控制电能按功率需求分配输出。如图3所示，采用充电枪将电能输出给被充电车辆，所述功率分配单元包括开关阵列，通过配置所述开关阵列，配置连接所述功率单元和所述充电枪。功率单元经过开关阵列可以配置到任意一把充电枪。如图3所示，以所述装置包括4个功率单元和4个充电枪为例，进行说明，设4个功率单元分别为第一功率单元201、第二功率单元202、第三功率单元203和第四功率单元204；4个充电枪分别为第一充电枪41、第二充电枪42、第三充电枪43、第四充电枪44。开关阵列包括K11、K12、K21、K22、K31、K32、K41、K42、K1、K2、K3，采用图3所示方式相连接。
通过一下示例说明功率单元经过开关阵列可以配置到任意一把充电枪：
示例1、将所有功率单元的电能通过充电枪41输出充电，则控制闭合开关K11,K21,K31,K41,K1,K2,K3,K12。
示例2、将功率单元21和功率单元22的电能通过充电枪42输出，则控制闭合开关K11,K21,K1,K22。
示例3、将功率单元23和功率单元24的电能通过充电枪44输出，则控制闭合开关K31,K41,K3,K42。
当有4以外的其他个数的功率单元2时与以上三种示例类似。
在一些实施例中，所述功率分配单元3可以为柔性功率分配单元3，所述柔性功率分配单元3将所述功率单元2输出的电能柔性地分配给服务中的充电枪4。
此外，所述装置还可以包括燃料电池生命周期管理单元，用于记录充电过程中每个功率单元2工作时间、功率，通过充电控制单元1均衡每个功率单元2的工作时间，功率单元2在工作时均分被充车辆的需求功率，促进燃料电池模组老化的一致性，提高了电池的经济效益。
在一些实施例中，所述方法还包括：
步骤S3、记录充电过程中每个功率单元2工作时间、功率；
步骤S4、均衡设置每个功率单元2的工作时间，控制所述功率单元2在工作时均分被充车辆的需求功率。
利用采集到的数据对燃料电池进行生命周期管理，促进燃料电池模组老化的一致性，提高了电池的经济效益。
本发明实施例所述移动充电方法，利用燃料电池提供电能，减少移动充电装置的污染，同时解决了现有的锂电池储能的移动充电车的储能时间长带来的低效率问题。同时提高移动充电装置携带电量，且能控制功率合理分配，实现同一时间段为多台不同功率的车辆充电，提升了服务效率和用户体验；此外，利用采集到的数据对燃料电池进行生命周期管理，促进燃料电池模组老化的一致性，提高了电池的经济效益；将燃料电池的电压经过一级DC/DC直流直流变换给被充车辆充电，比现有多级变换方式具有更高的效率。
本发明实施例还提供一种控制器，其包括存储器与处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述程序在被所述处理器执行时能够实现所述方法的步骤。
本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，用于存储计算机程序，所述程序在由一计算机或处理器执行时实现所述方法的步骤。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明,任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内,当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例,但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (18)

1.一种移动充电装置，其特征在于：所述装置包括:
充电控制单元，与功率分配单元、一个或多个功率单元相连接，用于控制所述功率分配单元、一个或多个功率单元；
一个或多个功率单元与所述功率分配单元相连接，用于将电能传输给功率分配单元；
功率分配单元，用于根据被充电车辆的充电功率需求将所述电能分配输出。
2.根据权利要求1所述的移动充电装置，其特征在于：
所述充电控制单元包括：
所述第一充电控制子单元，用于监控所述功率单元，控制所述功率单元的启动或停止，并给所述功率单元发送需求电压指令、需求电流指令和需求功率指令；
第二充电控制子单元，用于根据被充电车辆的数量、被充电车辆的电压需求、电流需求控制所述功率分配单元，并决策出需分配功率单元的数量，以及所分配的每个功率单元的输出电压值和电流值。
3.根据权利要求2所述的移动充电装置，其特征在于：
所述充电控制单元还包括第三充电控制子单元，用于控制充电流程和监控充电安全。
4.根据权利要求2所述的移动充电装置，其特征在于：
所述功率单元包括：
燃料存储器，用于存储燃料，并将燃料输送给燃料电池；
燃料电池，用于将所接收的燃料的化学能转换为电能，输出直流电压给变流器；
变流器，用于将所述直流电压转换为被充电车辆所需求直流电压；
监控器，用于控制充电过程的启动和停止，以及控制所述燃料存储器、燃料电池和变流器。
5.根据权利要求4所述的移动充电装置，其特征在于：
所述监控器包括：
第一子监控器，用于控制所述燃料存储器向所述燃料电池输送燃料的速度；
第二子监控器，用于监控所述燃料电池的参数；
第三子监控器，用于监控所述变流器参数，并根据所述充电控制单元发送的需求电压指令、需求电流指令和需求功率指令调整所述变压器的输出电压和输出电流。
6.根据权利要求5所述的移动充电装置，其特征在于：
所述监控器还用于将所述燃料电池的参数和变流器参数发送给所述充电控制单元。
7.根据权利要求6所述的移动充电装置，其特征在于：
所述燃料电池的参数包括：燃料电池的温度、电压、电流、功率、瞬时能效；
所述变流器的参数包括变流器的输出电压、输出电流和温度。
8.根据权利要求1所述的移动充电装置，其特征在于：
所述装置还包括一个和多个充电枪，与所述功率分配单元相连接，用于连接被充电车辆，将所述功率分配单元输出的电能输送给被充电车辆。
9.根据权利要求8所述的移动充电装置，其特征在于：
所述功率分配单元为柔性功率分配单元，所述柔性功率分配单元将所述功率单元输出的电能柔性地分配给服务中的充电枪。
10.根据权利要求8所述的移动充电装置，其特征在于：
所述功率分配单元包括开关阵列，通过配置所述开关阵列，配置连接所述功率单元和所述充电枪。
11.根据权利要求1所述的移动充电装置，其特征在于：
所述装置还包括燃料电池生命周期管理单元，用于记录充电过程中每个功率单元工作时间、功率，通过充电控制单元均衡每个功率单元的工作时间，功率单元在工作时均分被充车辆的需求功率。
12.一种移动充电车，其特征在于，所述移动充电车包括权利要求1-11中任意一项所述移动充电装置。
13.一种移动充电的控制方法，其特征在于，所述方法包括：
获取被充电车辆的电压需求和电流需求；
根据所述被充电车辆的电压需求和电流需求将电能按按功率需求分配输出。
14.根据权利要求13所述的移动充电的控制方法，其特征在于，
所述根据所述被充电车辆的电压需求和电流需求将电能按按功率需求分配输出包括：
根据所述电压需求和电流需求决策出需分配功率单元的数量，以及所分配的每个功率单元的输出电压值和电流值；
向所述功率单元发送需求电压指令和需求电流指令，将电能按功率需求分配输出。
15.根据权利要求13所述的移动充电的控制方法，其特征在于，
所述方法还包括，采用控制开关阵列的方式控制电能按功率需求分配输出。
16.根据权利要求13所述的移动充电的控制方法，其特征在于，
所述方法还包括：
记录充电过程中每个功率单元工作时间、功率；
均衡设置每个功率单元的工作时间，控制所述功率单元在工作时均分被充车辆的需求功率。
17.一种控制器，其包括存储器与处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述程序在被所述处理器执行时能够实现权利要求13至16中任意一项权利要求所述的方法的步骤。
18.一种计算机可读存储介质，用于存储计算机程序，所述程序在由一计算机或处理器执行时实现如权利要求13至16中任意一项权利要求所述的方法的步骤。
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