CN109347128A - 一种均衡负载的充电桩系统及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电动汽车充电场所建设领域，具体涉及一种均衡负载的充电桩系统及其方法。本系统包括若干充电桩，和一个充电控制器；所述充电桩为电动汽车提供具有火线和零线的交流充电接口，其电力输入端为三相四线制连接线，具有零线和A、B、C三相，所有充电桩的电力输入端并联汇总后连接到电网接口；所述充电控制器采集电网接口的总功率、相电流，并从每个充电桩获取充电桩的功率与电流，并根据电网总容量，控制每个充电桩在使用A、B、C三相电和停止充电之间切换。

Description

一种均衡负载的充电桩系统及其方法

技术领域

本发明涉及电动汽车充电场所建设领域，具体涉及一种均衡负载的充电桩系统及其方法。

背景技术

中国的新能源车辆发展在国家的支持下发展迅猛，大量由锂电池驱动的电动汽车进入城市道路，然而充电桩的数量一直滞后于发展。

目前大量小区和公共场所在建设集中地充电停车场地，对部分停车位配备充电桩，来解决电动汽车的充电难问题。然而既有场所配备充电桩，受电网接入规模的影响，只能安装有限个充电桩，防止电路过载出现事故，导致依然有部分用户无法得到充电的场所。

由于交流充电桩对汽车的用电功率没有控制权，无法像直流充电桩那样主动控制输出电压来改变充电电流，所以交流充电桩只能按照电网规模建设有限个；而直流充电桩包含变压模块，成本高昂，对改造来讲经济压力过大。所以现有技术在充电桩的数量方面无法做到一车一桩。

发明内容

为了解决背景技术中的问题，本发明使用轮流充电的策略，来解决总电网容量不足的问题，可以在控制相电流不超标的情况下，提供更多的充电位置，解决老旧场所增设充电桩的难题。

本发明通过以下技术方案来实现上述目的：

一种均衡负载的充电桩系统，包括若干充电桩，和一个充电控制器；

所述充电桩为电动汽车提供具有火线和零线的交流充电接口，其电力输入端为三相四线制连接线，具有零线和A、B、C三相，所有充电桩的电力输入端并联汇总后连接到电网接口；

所述充电控制器采集电网接口的总功率、相电流，并从每个充电桩获取充电桩的功率与电流，并根据电网总容量，控制每个充电桩在使用A、B、C三相电和停止充电之间切换。

本系统进一步改进在于，所述充电控制器包括三相功率测量模块、决策模块，所述三相功率测量模块的功率测量传感器设于电网接口，测量电网接口的总功率，所述决策模块中包括一个处理器和与处理器相连的存储器，所述存储器预存储有电网接口的最高相电流；

所述充电桩包括选路器和单相功率测量模块，所述选路器可以将交流充电接口的火线连通电力输入端A、B、C相电或者断开，电力输入端的零线直通交流充电接口的零线，单相功率测量模块的传感器设置在交流充电接口，测量交流充电接口的功率；

所有选路器、单相功率测量模块以及三相功率测量模块均连接到决策模块；

所述充电桩还包括BMS通讯模块，通过交流充电接口与电动汽车的BMS通讯，且与处理器连接，获取电动汽车是否还需要充电的信息，并发送给充电控制器的处理器；

所述三相功率测量模块、单相功率测量模块、BMS通讯模块均直接与处理器相连；

所述三相功率测量模块与单相功率测量模块用于耗电量统计，同时具有单相电流测量功能。

本系统进一步改进在于，所述决策模块包括扩流芯片，所述选路器为继电器组，在扩流芯片驱动下完成选路工作。

一种利用本系统进行均衡负载的方法，包括以下步骤：

步骤1，获得电网接口的最高相电流M、总充电桩数量N，充电桩编号为1～N；

步骤2，初始化系统，根据BMS通讯模块得到的结果，统计还需要充电的充电桩编号，记为K₁～K_U，充电桩编号与K₁～K_U对应关系随机分配；

步骤3，将充电桩按K₁～K_U分为三组，三组数量差距不大于1，分配三组分别使用A、B、C相充电并将指令下发给每个充电桩的选路器；

步骤4，接通所有充电桩，依据三相功率测量模块提供的相电流数据，当电流稳定后，比较每一相电流测量结果与最高相电流M，对相电流测量结果高于最高相电流的相对应的充电桩组进行轮流充电；

步骤5，根据BMS通讯模块的信息，判断是否有充电桩有以下情况：电池充满、交流充电接口拔出、有交流充电接口插入且电池未满需要充电；则进入步骤2。

本方法进一步改进在于，所述步骤4的轮流充电具体为：

设该组内共有B个充电桩，依次为L₁～L_B,以时间T为一个周期，T>5分钟，周期开始，依次为L₁～L_B通电，当在某个充电桩L_v通电后相电流超过最高相电流，则L_v断电；

周期结束后，令L_x＝L_x-1，L₁＝L_B。

本方法进一步改进在于，步骤3的分组方法为：

如果U是3的倍数，则K₁～K_U/3为一组，K_U/3+1至K_U/1.5为一组，其余为一组；

如果U不是3的倍数，则计算U/3的整数部分T，K₁～K_T为一组，K_T+1～K_2T+1为一组，其余为一组。

本发明有益效果在于，通过对所有充电桩的相电流进行测量，轮流开启充电桩充电功能，在控制总电流不超标的情况下，对所有充电桩轮流供电，满足老旧场所电动汽车充电需求。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图；

图2是本发明的充电控制器结构示意图；

图3是本发明的充电桩内部结构示意图；

图4-5是本发明实施例中继电器组驱动与接点电路；

图6-7是本发明实施例中单相充电循环流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本申请作进一步详细描述，有必要在此指出的是，以下具体实施方式只用于对本申请进行进一步的说明，不能理解为对本申请保护范围的限制，该领域的技术人员可以根据上述申请内容对本申请作出一些非本质的改进和调整。

实施例1

如图1，一种均衡负载的充电桩系统，包括18个充电桩，和一个充电控制器；

如图3，所述充电桩为电动汽车提供具有火线和零线的交流充电接口，其电力输入端为三相四线制连接线，具有零线和A、B、C三相，所有充电桩的电力输入端并联汇总后连接到电网接口，电网接口的容量限制为最高相电流120A。

如图2，所述充电控制器包括三相功率测量模块、决策模块，所述三相功率测量模块的功率测量传感器设于电网接口，采集电网接口的总功率、相电流，所述决策模块中包括一个处理器和与处理器相连的存储器，所述存储器预存储有电网接口的最高相电流；

所述充电桩包括选路器和单相功率测量模块，所述选路器可以将交流充电接口的火线连通电力输入端A、B、C相电或者断开，电力输入端的零线直通交流充电接口的零线，单相功率测量模块的传感器设置在交流充电接口，测量交流充电接口的功率与电流；

所有选路器、单相功率测量模块以及三相功率测量模块均连接到决策模块；

所述充电桩还包括BMS通讯模块，通过交流充电接口与电动汽车的BMS通讯，且与处理器连接，获取电动汽车是否还需要充电的信息，并发送给充电控制器的处理器；

所述三相功率测量模块、单相功率测量模块、BMS通讯模块均直接与处理器相连；

所述三相功率测量模块与单相功率测量模块用于耗电量统计，同时具有单相电流测量功能。

本系统进一步改进在于，所述决策模块包括扩流芯片，所述选路器为继电器组，在扩流芯片驱动下完成选路工作。

具体的，扩流芯片可采用大电流运放，也可以是三极管或者MOS管等具有电流放大功能的部件。每一个充电桩内设有两个继电器，如图3所示。

如图4-5，扩流芯片将处理器的电平信号扩流后推动继电器J1J2的线圈，使用J1的一组节点与J2的两组节点完成交流充电接口与ABC相或者零线的接驳工作。

一种利用本系统进行均衡负载的方法，包括以下步骤：

步骤1，获得电网接口的最高相电流M、总充电桩数量N，充电桩编号为1～N；

步骤2，初始化系统，根据BMS通讯模块得到的结果，统计还需要充电的充电桩编号，记为K₁～K_U，充电桩编号与K₁～K_U对应关系随机分配；

步骤3，将充电桩按K₁～K_U分为三组，三组数量差距不大于1，分配三组分别使用A、B、C相充电并将指令下发给每个充电桩的选路器；

步骤4，接通所有充电桩，依据三相功率测量模块提供的相电流数据，当电流稳定后，比较每一相电流测量结果与最高相电流M，对相电流测量结果高于最高相电流的相对应的充电桩组进行轮流充电；

步骤5，根据BMS通讯模块的信息，判断是否有充电桩有以下情况：电池充满、交流充电接口拔出、有交流充电接口插入且电池未满需要充电；则进入步骤2。

所述步骤4的轮流充电具体为：

设该组内共有B个充电桩，依次为L₁～L_B,以时间T为一个周期，T>5分钟，周期开始，依次为L₁～L_B通电，当在某个充电桩L_v通电后相电流超过最高相电流，则L_v断电；

周期结束后，令L_x＝L_x-1，L₁＝L_B。

本方法进一步改进在于，步骤3的分组方法为：

如果U是3的倍数，则K₁～K_U/3为一组，K_U/3+1至K_U/1.5为一组，其余为一组；

如果U不是3的倍数，则计算U/3的整数部分T，K₁～K_T为一组，K_T+1～K_2T+1为一组，其余为一组。

如图6，相电流上限为120A，充电桩共有18个，检测到共有14个充电桩需要供电，每相分配4-5个充电桩。

如图6，其中A相分配5台充电桩，分别为5#、2#、9#、12#、14#充电桩。按顺序依次开启，则相电流依次增大，开启12#充电桩之后相电流达到130A，则关闭12#充电桩，进入稳定充电状态。

如图7，一个周期为10分钟，周期结束后序号进行顺序倒换，变为2#9#12#14#5#充电桩的顺序，依次开启充电桩，当开启14#充电桩后，电流达到130A超过相电流上限，则关闭14#充电桩，进入稳定充电状态。

如果检测到有新的充电需求的充电桩，则重新随机分配ABC相对应的充电桩。

以此循环，所有充电桩都能在保证总电流不超标的情况下，得到基本相等的充电电量。

以上所述实施例仅表达了本发明的一种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本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。鉴于电网的承载能力主要取决于电流大小，电流决定了线路发热程度，所以本发明以相电流来作为判断过载的标准。根据简单变换，可以得到根据功率、有功功率作为过载的标准，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种均衡负载的充电桩系统，包括若干充电桩，和一个充电控制器；

所述充电桩为电动汽车提供具有火线和零线的交流充电接口，其电力输入端为三相四线制连接线，具有零线和A、B、C三相，所有充电桩的电力输入端并联汇总后连接到电网接口；

所述充电控制器采集电网接口的总功率、相电流，并从每个充电桩获取充电桩的功率与电流，并根据电网总容量，控制每个充电桩在使用A、B、C三相电和停止充电之间切换。

2.根据权利要求1所述的均衡负载的充电桩系统，其特征在于，所述充电控制器包括三相功率测量模块、决策模块，所述三相功率测量模块的功率测量传感器设于电网接口，测量电网接口的总功率，所述决策模块中包括一个处理器和与处理器相连的存储器，所述存储器预存储有电网接口的最高相电流；

所述充电桩包括选路器和单相功率测量模块，所述选路器可以将交流充电接口的火线连通电力输入端A、B、C相电或者断开，电力输入端的零线直通交流充电接口的零线，单相功率测量模块的传感器设置在交流充电接口，测量交流充电接口的功率；

所有选路器、单相功率测量模块以及三相功率测量模块均连接到决策模块；

所述充电桩还包括BMS通讯模块，通过交流充电接口与电动汽车的BMS通讯，且与处理器连接，获取电动汽车是否还需要充电的信息，发送给充电控制器的处理器；

所述三相功率测量模块、单相功率测量模块、BMS通讯模块均直接与处理器相连；

所述三相功率测量模块与单相功率测量模块用于耗电量统计，同时具有单相电流测量功能。

3.根据权利要求2所述的均衡负载的充电桩系统，其特征在于，所述决策模块包括扩流芯片，所述选路器为继电器组，在扩流芯片驱动下完成选路工作。

4.一种基于权利要求2～3所述的均衡负载管理方法，包括以下步骤：

步骤1，获得电网接口的最高相电流M、总充电桩数量N，充电桩编号为1～N；

步骤2，初始化系统，根据BMS通讯模块得到的结果，统计还需要充电的充电桩编号，记为K₁～K_U，充电桩编号与K₁～K_U对应关系随机分配；

步骤3，将充电桩按K₁～K_U分为三组，三组数量差距不大于1，分配三组分别使用A、B、C相充电并将指令下发给每个充电桩的选路器；

步骤4，接通所有充电桩，依据三相功率测量模块提供的相电流数据，当电流稳定后，比较每一相电流测量结果与最高相电流M，对相电流测量结果高于最高相电流的相对应的充电桩组进行轮流充电；

步骤5，根据BMS通讯模块的信息，判断是否有充电桩有以下情况：电池充满、交流充电接口拔出、有交流充电接口插入且电池未满需要充电；则进入步骤2。

5.根据权利要求4所述的均衡负载管理方法，其特征在于，所述步骤4的轮流充电具体为：

设该组内共有B个充电桩，依次为L₁～L_B,以时间T为一个周期，T>5分钟，周期开始，依次为L₁～L_B通电，当在某个充电桩L_v通电后相电流超过最高相电流，则L_v断电；

周期结束后，令L_x＝L_x-1，L₁＝L_B。

6.根据权利要求4所述的均衡负载管理方法，其特征在于，步骤3的分组方法为：

如果U是3的倍数，则K₁～K_U/3为一组，K_U/3+1至K_U/1.5为一组，其余为一组；

如果U不是3的倍数，则计算U/3的整数部分T，K₁～K_T为一组，K_T+1～K_2T+1为一组，其余为一组。