CN110497817A - 一种集成式配充一体大功率直流充电堆控制方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明属于电动汽车充电桩技术领域，公开了一种集成式配充一体大功率直流充电堆控制方法及系统，系统进行初始化，清理数据标志单元到初始化状态；然后对设备持续状态监控，并将周期采集到的设备状态数据发送到云端数据库进行存储分析，若设备参数、环境参数异常，进行及时预警。本发明在MCU的控制系统下，通过软件编程驱动逻辑控制继电器，将若干充电模块集中连接进行组合，按需输出充电功率，满足大、中、小型不同种类电动汽车的不同功率共同充电需求，本发明适应了当前电动汽车大功率快速充电要求，避免固定输出的空载和无功损耗，提高了充电效率，对解决电动汽车快速充电和充电桩功率充分利用具有重要价值。

Description

一种集成式配充一体大功率直流充电堆控制方法及系统

技术领域

本发明专利属于电动汽车充电桩技术领域，尤其涉及一种集成式配充一体大功率直流充电堆控制方法及系统。

背景技术

目前，随着电动汽车产业发展的不断加快，我国的电动汽车保有量越来越大，充电设备作为电动汽车最重要的充电基础设施，是推动电动汽车不断发展的重要保障。随着技术的不断发展，单个终端的充电功率也越来越大，充电时间越来越短，基本解决了充电时间过长的问题，但现有充电设备仍然还有改进的空间。现有的充电设备一是集成度不高，一般将高压配电部分、变压器部分、低压配电部分、充电设备分散布置，占地面积大，且不便于现场施工。二是充电功率分配不灵活，一台充电设备一般只有固定的额定充电功率输出范围，当一台车充电时，将占有所有输出功率，不能按照不同车辆电池的需求灵活地进行功率分配，充电桩利用效率低。

综上所述，现有技术存在的问题是：

1)充电装备集成度不高，充电设备分散布置，占地面积大，且不便于现场施工，后期维护也非常困难。

2)充电功率分配不灵活，一种充电设备一般只有固定的充电功率范围，不同种类的电动汽车对充电功率的需求不同，现有单体充电桩单一的功率配置，不能灵活地进行功率分配，过大造成浪费，过小不能满足快速充电需求。

3)对充电过程缺少监控和数据采集，不能根据电动汽车蓄电池电量的变化科学地调整充电电流电压，实施柔性充电，从而降低电池使用寿命。

4)对充电桩系统的电力开关器件、直流充电模块、充电终端未进行数据采集，没有后台云端运维信息管理系统对数据分析，降低了整个充电系统的安全性，严重的造成电动汽车过充短路、车辆自燃等安全事故。

解决上述技术问题的难度在于：

现有的充电桩系统采用分离式安装，集成度不高，高压配电部分、变压器部分、低压配电部分、充电设备部分通常由不同厂家生产，采购也是分别采购，现场施工也是分别实施。如果需要将几个部分集中起来，要进行系统化的设计，特别是能够将不同部分组合隔离的集装箱要专门制造，还要保证电气性能、机械工艺、恒温防潮等要求，具有很大的难度。

另外，现有直流充电模块的输出功率通常为15KW、20KW,而电动大巴车能接受的充电功率为180KW,家用轿车的充电功率为60KW，这就需要把单个充电模块进行合理调配，避免充电功率浪费。本发明实例为800KVA大功率直流充电堆，能够对720KW的功率模块实施调配，要求的控制逻辑电路和体系结构十分复杂。

最后，建立对充电过程和充电桩设备器件工作状态的数据采集，并将数据上传到云端后台进行分析，需要硬件、软件、系统和算法模型的集成协同，这无疑是具有相当的难度和工作强度的。

解决上述技术问题的意义在于：

本发明专利的一种集成式配充一体大功率直流充电堆控制方法及系统将高压配电、低压输电、充电整流、功率分配、数据采集控制模块等单元集中在一个集装箱内，方便了安装运输，提高了设备运行可靠性。同时，能够实现对所有充电模块功率的统一分配，满足不同电动汽车的充电功率需求，避免充电功率的不足或浪费，降低无功消耗，提高设备利用率。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明专利提出了一种集成式配充一体大功率直流充电堆控制方法及系统。

本发明是这样实现的，一种集成式配充一体大功率直流充电堆控制方法，所述集成式配充一体大功率直流充电堆控制方法包括：

充电管控系统电源接通后，系统进行初始化，清理数据标志单元到初始化状态；

然后对设备持续状态监控，并将周期采集到的设备状态数据发送到云端数据库进行存储分析，若设备参数、环境参数异常，进行及时预警。

进一步，对设备持续状态监控，并将周期采集到的设备状态数据发送到云端数据库进行存储分析中，当电动汽车充电时，充电终端的充电枪插入电动汽车充电口完成连接后，充电管控系统的MCU集中式系统监控及数据采集模块与充电终端的电动汽车BMS系统进行数据通讯，读取电动汽车电池组的参数，获得充电的最大需求功率；

充电管控系统的MCU获取该车的需求功率和充电堆当前剩余的功率，按照充电管控系统中预设的先到优先、均充、时间段管控等模式进行整体功率匹配，调整所有在充电动汽车的适配功率方案；把适配功率方案输出到逻辑矩阵控制单元继电器执行，向电动汽车提供合适的充电服务。

充电管控系统的MCU集中式系统监控及数据采集模块对充电过程进行实时监控，当满足充电结束条件时，结束充电过程，生成充电订单并传到计量计费结算系统进行费用结算，充电堆进入系统监控待机状态。

本发明的另一目的在于提供一种实施所述集成式配充一体大功率直流充电堆控制方法的集成式配充一体大功率直流充电堆控制系统，所述集成式配充一体大功率直流充电堆控制系统包括电动汽车充电控制系统，安装在集成式集装箱箱体内，用于按照充电终端的功率需求，对充电模块进行功率组合，输出到外部多个充电终端进行充电服务；

所述电动汽车充电控制系统集成有MCU集中式系统监控及数据采集模块、设备状态监控器、功率分配控制器、逻辑控制矩阵单元；

所述MCU集中式系统监控及数据采集模块连接设备状态监控器，所述设备状态监控器通过485通讯方式连接到低压交流配电控制系统获取设备工作状态数据；

所述MCU集中式系统监控及数据采集模块进一步连接功率分配控制器，所述功率分配控制器按照MCU发出的指令，切换逻辑控制矩阵单元的继电器，通过组合实现不同的充电功率输出；

所述MCU集中式系统监控及数据采集模块进一步通过CAN总线连接多个充电终端，采集来自充电终端的电动汽车BMS数据，获取电动汽车充电功率需求，调节功率分配控制器，匹配充电模块输出和电动汽车功率需求；

所述MCU集中式系统监控及数据采集模块进一步通过以太网、移动互联网连接到充电系统云端运维平台，实现设备状态数据、充电业务数据、环境监控数据的上传，并与云端运维平台实现信息交互处理。

进一步，所述功率分配控制器还用于接收到来自MCU集中式系统监控及数据采集模块的电动汽车接受功率需求，驱动逻辑控制矩阵单元继电器的闭合和断开形成满足电动汽车的功率输出。

进一步，所述集成式集装箱箱体内还安装有高压交流供电配电系统、变压器、低压交流配电控制系统和多个充电模块；

外部电网电源10KV交流接入高压交流供电配电系统，经变压器后输出380V到低压交流配电控制系统，经充电模块整流后，在电动汽车充电控制系统的管理下输出到电动汽车充电终端进行充电服务。

进一步，所述的集成式集装箱箱体连接多个电动汽车充电终端；所述充电终端，用于连接电动汽车蓄电池和充电模块完成充电，充电功率通过电动汽车充电控制系统的逻辑控制矩阵单元继电器进行配置和切换。

进一步，所述集成式集装箱箱体内部采用绝缘材料分隔成四个设备密室，分别安装高压交流供电配电系统、变压器、低压交流配电控制系统和多个充电模块、电动汽车充电控制系统；

所述集成式集装箱箱体内将15KW或20KW或30KW的充电模块集中放置在集装箱内隔离的整流柜内。

进一步，所述高压交流供电配电系统用于将外部10KV接入高压断路器，进行高压计量和传输，输出10KV供电到变压器；

所述变压器安装在箱体变压器室，用于把10KV的交流输入转换为380V交流，然后向整流柜供电；

所述充电模块数量按照充电堆的总功率配置，用于把输入的交流电整流成直流，然后向电动汽车蓄电池充电。

本发明的另一目的在于提供一种实现所述集成式配充一体大功率直流充电堆控制方法的信息数据处理终端。

本发明的另一目的在于提供一种计算机可读存储介质，包括指令，当其在计算机上运行时，使得计算机执行所述的集成式配充一体大功率直流充电堆控制方法。

综上所述，本发明的优点及积极效果为：

本发明通过专门结构设计的集装箱，在集装箱内部进行了隔离，分离出不同的独立空间，将电动汽车充电系统的高压控制、变压器、低压控制和充电整流、充电控制系统分别安装在不同设备密室，实现了整个充电系统的集成式安装。本发明采用MCU(微芯片)控制技术，设计了逻辑控制矩阵单元，对各个直流充电模块实施组合控制，按照充电终端检测到的电动汽车实际需求功率切换直流充电模块组合，满足电动汽车最大充电功率需求，同时又减少原来充电桩固定输出功率的空载损耗。所述的充电终端连接电动汽车充电，并通过电缆连接到集装箱的充电输出端获取系统配置的充电功率，根据充电堆总输出功率，可以灵活配置若干个充电终端；所述的逻辑控制矩阵单元在MCU的控制下，采用固态继电器组成输出控制矩阵进行功率切换，按照充电终端所连接的电动汽车数量实现均充、先到优先、时间段管控等智能充电控制。本发明在MCU的控制系统下，通过软件编程驱动逻辑控制继电器，将15KW或20KW或30KW等若干充电模块集中连接进行组合，按需输出充电功率，满足大、中、小型不同种类电动汽车的不同功率充电需求，充电模块得到充分利用，增加了充电桩的可扩展性，适应当前电动汽车大功率快速充电要求，避免固定输出的空载和无功损耗，提高了充电效率，对解决电动汽车快速充电问题具有重要价值。

与现有技术相比，本发明的优点进一步包括：

(1)箱体高度集成化，高压配电、变压器、低压配电、MCU集中式电动汽车充电控制系统、分体式直流快速充电产品等多个模块高度集成，占地面积小，便于现场施工，同时充电设备高度模块化，便于设备的安装、维修、移动。

(2)多种手段保障充电设备可靠运行，本发明充电设备配备有线通信、无线4G网络、本地化白名单等机制，保障充电设备在无网络环境下也能随时可靠地为用户提供充电服务。

(3)充电功率灵活可调，本发明实例变压器总容量为800KVA，充电机整流柜总功率720KW，含6台双枪大功率桩，组成一拖12枪集中充电系统，可根据实际需求，智能分配充电功率，单枪可进行15kW到180kW自由功率切换(切换粒度最小为单个充电模块功率、如15KW、20KW等)，还可通过双枪并行同时充电，实现单一终端最大功率360kW快速充电，灵活满足大、中、小型车等多种充电模式和应用场景。

(4)本发明的MCU集中式系统监控及数据采集模块通过以太网、移动互联网连接到充电系统云端运维平台，实现设备状态数据、充电业务数据、环境监控数据的上传，构建共享数据库，并与云端运维平台实现信息交互，使充电桩、电动汽车成为一个个物联网数据采集终端，实现车桩网一体化协同，为智慧交通建设基础数据采集平台。

附图说明

图1是本发明实施例提供的集成式配充一体大功率直流充电堆控制方法流程图。

图2是是本发明实施例提供的集成式配充一体大功率直流充电堆控制系统的示意图。

图3是本发明专利实施例箱体内部结构分布图。

图4是本发明专利实施例提供的系统逻辑控制矩阵单元继电器电路结构图。

图5是本发明实施例提供的直流充电系统过程实物图。

其中：A为：10kV或35kV电网；B为一体化直流充电装置；C为直流充电桩。

图6为部署于贵州某地的800KVA集成式配充一体大功率充电堆现场图。

具体实施方式

为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下。

现有技术中，充电装备集成度不高，充电设备分散布置，占地面积大，且不便于现场施工，后期维护也非常困难。充电功率分配不灵活，一种充电设备一般只有固定的充电功率范围，不同种类的电动汽车对充电功率的需求不同，现有单体充电桩单一的功率配置，不能灵活地进行功率分配，过大造成浪费，过小不能满足快速充电需求。对充电过程缺少监控和数据采集，不能根据电动汽车蓄电池电量的变化科学地调整充电电流电压，实施柔性充电，从而降低电池使用寿命。现有技术对充电桩系统的电力开关器件、直流充电模块、充电终端未进行数据采集，没有后台云端运维信息管理系统对数据分析，降低了整个充电系统的安全性，严重的造成电动汽车过充短路、车辆自燃等安全事故。

为解决上述问题，下面结合附图对本发明作详细的描述。

如图1所示，本发明实施例提供的集成式配充一体大功率直流充电堆控制方法包括：

充电管控系统电源接通后，系统进行初始化，清理数据标志单元到初始化状态。

然后对设备持续状态监控，并将周期采集到的设备状态数据发送到云端数据库进行存储分析，若设备参数、环境参数异常，进行及时预警。

在本明实施例中，对设备持续状态监控，并将周期采集到的设备状态数据发送到云端数据库进行存储分析中，当电动汽车充电时，充电终端的充电枪插入电动汽车充电口完成连接后，充电管控系统的MCU集中式系统监控及数据采集模块与充电终端的电动汽车BMS系统进行数据通讯，读取电动汽车电池组的参数，获得充电的最大需求功率。

充电管控系统的MCU获取该车的需求功率和充电堆当前剩余的功率，按照充电管控系统中预设的先到优先、均充、时间段管控等模式进行整体功率匹配，调整所有在充电动汽车的适配功率方案；把适配功率方案输出到逻辑矩阵控制单元继电器执行，向电动汽车提供合适的充电服务。

充电管控系统的MCU集中式系统监控及数据采集模块对充电过程进行实时监控，当满足充电结束条件时，结束充电过程，生成充电订单并传到计量计费结算系统进行费用结算，充电堆进入系统监控待机状态。

如图2所示，本发明提供的集成式配充一体大功率直流充电堆控制系统包括电动汽车充电控制系统，安装在集成式集装箱箱体内，用于按照充电终端的功率需求，对充电模块进行功率组合，输出到外部多个充电终端进行充电服务。

所述电动汽车充电控制系统集成有MCU集中式系统监控及数据采集模块、设备状态监控器、功率分配控制器、逻辑控制矩阵单元。

所述MCU集中式系统监控及数据采集模块连接设备状态监控器，所述设备状态监控器通过485通讯方式连接到低压交流配电控制系统获取设备工作状态数据。

所述MCU集中式系统监控及数据采集模块进一步连接功率分配控制器，所述功率分配控制器按照MCU发出的指令，切换逻辑控制矩阵单元的继电器，通过组合实现不同的充电功率输出。

所述MCU集中式系统监控及数据采集模块进一步通过CAN总线连接多个充电终端，采集来自充电终端的电动汽车BMS数据，获取电动汽车充电功率需求，调节功率分配控制器，匹配充电模块输出和电动汽车功率需求。

所述MCU集中式系统监控及数据采集模块进一步通过以太网、移动互联网连接到充电系统云端运维平台，实现设备状态数据、充电业务数据、环境监控数据的上传，并与云端运维平台实现信息交互。

所述功率分配控制器还用于接收到来自MCU集中式系统监控及数据采集模块的电动汽车接受功率需求，驱动逻辑控制矩阵单元继电器的闭合和断开形成满足电动汽车的功率输出。

所述集成式集装箱箱体内还安装有高压交流供电配电系统、变压器、低压交流配电控制系统和多个充电模块。

外部电网电源10KV交流接入高压交流供电配电系统，经变压器后输出380V到低压交流配电控制系统，经充电模块整流后，在电动汽车充电控制系统的管理下输出到电动汽车充电终端进行充电服务。

所述的集成式集装箱箱体连接多个电动汽车充电终端；所述充电终端，用于连接电动汽车蓄电池和充电模块完成充电，充电功率通过电动汽车充电控制系统的逻辑控制矩阵单元继电器进行配置和切换。

所述集成式集装箱箱体内部采用绝缘材料分隔成四个设备密室，分别安装高压交流供电配电系统、变压器、低压交流配电控制系统和多个充电模块、电动汽车充电控制系统。

所述集成式集装箱箱体内将15KW或20KW或30KW的充电模块集中放置在集装箱内隔离的整流柜内。

所述高压交流供电配电系统用于将外部10KV接入高压断路器，进行高压计量和传输，输出10KV供电到变压器。

所述变压器安装在箱体变压器室，用于把10KV的交流输入转换为380V交流，然后向整流柜供电。

所述充电模块数量按照充电堆的总功率配置，用于把输入的交流电整流成直流，然后向电动汽车蓄电池充电。

下面结合具体实施例对本发明作进一步描述。

实施例

本发明实施例提供的集成式配充一体大功率直流充电堆的变压器总容量为800KVA，充电机整流柜总功率720KW，含6台双枪大功率桩，组成一拖12枪集中充电系统。满足不同电池容量多种多台车同时充电，为大型电动汽车提供及时大功率补电的需求，同时可根据实际需要，智能分配充电功率，采集设备数据、业务数据、环境数据传输到后台数据处理云端，实现对充电桩的安全可靠运行有效监控。具体包括以下内容：

(1)电力配网供电和变变压器与充电系统高度一体化集成，结构设计模块化。充电功率总容量720KW，配变800KVA分体6终端12充电枪结构，通过继电装置实现每枪20KW到180KW容量自由切换逻辑，可预设先到优先、均充、时间段管控等控制方式(注：先到优先—优先满足先到的车最大功率充电；均充—不论时间先后，平均分配充电功率；时间段管控—设置繁忙时间充电满一定比例时充电停止，比如90％)。充电设备采用高度模块化的结构设计，能够通过快速插拔充电模块完成维护配件的更换、维修。

(2)具备本地化存储功能，保障无网络条件下充电功能的正常，通讯配备有线宽带和无线4G，优先使用有线，在无网络条件下通过本地白名单插枪充电，订单记录存储本地，通讯正常时上传订单到充电平台，无通讯时本地可通过以太网口和USB读出本地订单及日志数据。

(3)具备设备运行远程监测功能。支持充电设备运行数据远程传输，将运维数据和业务数据直接传送至管理系统，由系统后台进行设备运行分析，实现对桩的远程运行状况监控。

产品采用标准集装箱，充分考虑隔热、通风、消防、防护门禁、防水、防尘效果，采用多开防护门结构。系统分为四个部分：高压室、变压器室、低压及整流室、控制室。集装箱充电装置与外部连接的端子排设在底部支架上，柜体底部开有电缆走线孔，提供用户将现场信号和装置输出信号引入或引出。

在本发明实施例中，高压进线柜包括：

(1)进线柜断路器额定电流630A，短路分断能力不低于31.5kA，进线柜配置电流互感器、继电保护以及必要的防雷和带电显示装置。

(2)进线柜集成10KV进线柜、10KV计量柜、10KV出线柜组成。

(3)高压柜铭牌标识清晰。内部安装的高压电器组件均具有耐久而清晰的铭牌，铭牌安装在运行或检修时易于观察的位置。分合闸指示牌清晰可见、易于观察，寿命同柜内开关。

(4)高压柜内、外表面颜色协调一致，柜防护门上均有明显的带电警示标志。

(5)高压柜标出主回路的线路图，同时注明操作程序和注意事项。信号灯及仪表的装设位置易于观察和安全更换。电缆室的高度满足安装、试验、维修的要求。

(6)高压单元安装带电显示器，其安装位置便于观察。

(7)高压柜具备完善的五防联锁功能(机械联锁)。

(8)操作机构：电动/手动操作。

在本发明实施例中，变压器包括：

变压器选用国内名优品牌纯铜变压器系列SCB干式变压器，参数如下表所示：

序号	参数名称	单位	参数
				1	变压器容量	kVA	800
2	额定电压	kV	10
				3	最高工作电压	kV	12
4	额定频率	Hz	50
				5	电压组合		10±2×2.5％/0.4kV
6	连接组标号		Dyn11

变压器室装设可靠的安全隔网防护门并设闭锁装置，并在隔网防护门上粘贴有关闭锁装置的操作提示。变压器室防护门安装轴流风机，确保温度过高情况下风机自动启动，降低变压器室温度。

在本发明实施例中，低压开关柜包括：

(1)柜体：柜体能与充电机配合使用，防护等级：IP3X，柜体进行可靠的防锈处理后，使用耐久性喷塑处理。

(2)柜体仪表防护门上安装指示灯、按钮、测量仪表等元器件，排列整齐、层次分明、便于维修和拆装。

(3)柜内配线

柜内配线采用聚氯乙烯绝缘电线、铜芯，可动部分过渡柔软，并能承受住挠曲而不致疲劳损伤，柜内配线应有相应的线号。电流线采用2.5mm²，电压线采用1.5mm²，其他线采用1.0mm²。计量用电流线采用4mm²，电压线采用2.5mm²。

(4)端子排的设置包括：

(4.1)端子排距屏顶及地面均不小于200mm，端子排间距不小于150mm。

(4.2)端子排的设置应使运行、检修、调试方便，考虑了设备与端子排的位置对应。端子排导电部分为铜质，端子的选用根据回路载流量和所接电缆截面确定。

(5)柜内有安全接地构件，连接处可靠接地并有明显接地标记。

(6)低压主进开关包括：

(6.1)额定电压:400V。

(6.2)额定频率：50Hz。

(7)出线开关(手动操作)包括：

(7.1)型额定电压:400V。

(7.2)额定频率：50Hz。

在本发明实施例中，直流充电控制系统包括：

(1)显示测量功能

显示采用真彩高亮触摸屏，实时测量并显示设备的各种信息，包括车、用户信息、充电机输出电压、充电电流、电池电压、已充时间、已充容量SOC；每台模块输出电流等参数及与BMS等通信状态，通过触摸翻阅菜单，查看整个系统的运行情况。

(2)充电功能

直流充电机满足GB/T20234-2015《电动汽车传导充电用连接装置》和GB/T27930-2015《电动汽车非车载充电机监控单元与电池管理系统通信协议》对充电接口的要求。充电机具有为电动汽车安全自助式充满电的能力，充电机能依据电动汽车BMS提供的数据，动态调整充电参数、执行相应动作，完成充电过程、计量计费功能。充电机具备手动启动、即插即充、定时充电等充电启动模式。

(3)大功率充电功能

本实施例中充电整流模块采用单个20KW模块36个，合计总输出功率720KW，配置了6个充电终端，每个终端2把枪，共计12把枪。按照GB/T27930-2015的规定，单枪最大输出180KW,但不同种类的电动汽车因为所携带电池组容量的不同，以及电池组所处的电量状态，通常接受功率为30～180KW不等。本实施例中，通过直流充电控制系统组成的容量继电器切换矩阵，能够将输出功率在20～180KW自由调节(调节粒度20KW)，从而满足大、中、小型电动汽车不同电池电量状态下的充电需求，最大效率的调用充电模块，即使在未来电动汽车提高电池组容量时，也能保证充电桩在大功率快充需求的情况下，不需要更换和升级硬件设备依然能满足市场需求。

(4)安全保护功能

充电控制系统及充电终端具备输入过压和欠压保护、输入缺相保护，输出过压保护和过流保护，过温保护，输出反接保护，BMS通信中断保护，绝缘监测等保护功能。充电终端能够判断充电连接器、充电电缆是否正确连接。当充电连接器与电动汽车蓄电池系统正确连接后，充电控制系统才允许启动充电过程；当充电终端检测到与电动汽车蓄电池系统的连接不正常时，立即停止充电，并发出报警信息。

充电控制系统能自动识别与车辆的对接，保证在充电插头未插入电动汽车时或拔下充电插头时，充电插头不带电。充电控制系统具有主动安全保护功能，在BMS出现问题时，能够防止车载蓄电池过充电。

(5)参数设置功能

可通过充电终端触摸屏本地或充电后台信息管理系统远程设置充电参数如充电电流、充电电压等，并且在充电过程中，上位机或直流充电机(BMS)可对充电参数进行修改。充电终端触摸屏参数设置采用密码方式允许或禁止操作，增加系统的安全性及管理的方便性。

(6)告警功能

充电管理监控系统具有各类告警功能，告警值可根据用户需要进行设置。监控系统可储存不少于一个月的历史告警记录。每条告警记录包括时间、告警类型等。

(7)通讯功能

充电管理系统具备通过CAN网络与BMS通信的功能，用于判断电池类型，获得动力电池系统参数、充电前和充电过程中动力电池的状态参数；充电管理系统通过工业以太网和4G网络与充电站监控系统通信，并且在现场临时断网的情况下可以存储信息，等网络接通后将充电信息自主上传到网络，且自主改造符合用户相关要求，上传充电终端和动力电池的工作状态、工作参数、故障报警等信息，并接受充电站监控系统的控制命令，执行遥控动作。

充电管理模块具有对外以太网口，实现了远程通讯，并能提供开放的数据接口，方便接入用户自己的充电运营管理平台，实现充电桩的集中式管理。充电终端可通过SNTP网络对时装置连接进行对时，时间精度为1秒。

(8)急停功能，充电终端具备急停按钮，以便在紧急情况时能够强行终止充电。

(9)充电操作方式，支持多种方式的充电操作，支持电动汽车Vin码、刷卡、联网扫码等方式进行充电控制。

(10)每一个充电模块的交流输入都有断路器保护。

下面结合运行原理对本发明作进一步描述。

本发明实例外部结构实施中，可为一种高度集成化、模块化以及功率灵活可调的电动汽车充电设备产品，满足各种大、中、小型车的充电应用场景，同时采集充电设备数据、环境监控数据、充电业务数据，并将各类数据传递到后台云端充电运维管理平台进行存储处理，实现对充电桩的远程有效监控和管理。

本发明实施例数据采集与监测的软件流程包括：

充电堆电源接通后，系统进行初始化，清理数据标志单元到初始化状态，然后进入对设备持续状态监控中，并将周期采集到的设备状态数据发送到云端数据库进行存储分析，当发现设备参数、环境参数异常时，及时预警。

当电动汽车前来充电，充电终端的充电枪插入电动汽车充电口完成连接后，充电堆端的MCU集中式系统监控及数据采集模块与充电终端的电动汽车BMS系统进行数据通讯，读取电动汽车电池组的参数，获得可充电的最大需求功率；MCU获取该车的需求功率和充电堆当前剩余的功率(因为有其它车辆可能在充电，所以总功率需要减除在充功率)，按照充电管控系统中预设的先到优先、均充、时间段管控等模式进行整体功率匹配，调整所有在充电动汽车的适配功率方案；把适配功率方案输出到逻辑矩阵控制单元继电器执行，向电动汽车提供合适的充电服务。

充电控制系统的MCU集中式系统监控及数据采集模块对充电过程进行实时监控，当满足充电结束条件时，结束充电过程，生成充电订单并传到计量计费结算系统进行费用结算，充电堆进入系统监控待机状态。

在本发明实施例中，图3是本发明专利实施例箱体内部结构分布图。

图4是本发明专利实施例提供的系统逻辑控制矩阵单元继电器电路结构图。

图5是本发明实施例提供的直流充电系统过程实物图。

其中：A为：10kV或35kV电网；B为一体化直流充电装置；C为直流充电桩。

图6为部署于贵州某地的800KVA集成式配充一体大功率充电堆现场图。

下面结合具体实验对本发明作进一步描述。

带有本发明内容的800KVA配充一体大功率充电堆在贵州某地进行了部署使用(图6)，客户单位在同一充电场站使用有众业达的800KVA同功率同类型产品，对比使用效果表明：

现有技术的“众业达”品牌箱式充电站功率切换不畅，同时，响应慢、不灵活，有断充现象。如有车辆在终端A或终端C充电，新增一辆车要在终端B充电，该产品采用的是传统PLC控制技术，须先切断终端A、终端C，然后才能对A、B、C终端的输出功率进行重新分配；而配置本发明的产品则可以直接连接、动态进行分配。“众业达”品牌箱式充电站无功损耗高，运营费用高。

(1)众业达产品的运行数据：

(2)本发明产品的运行数据：

(3)从现有技术的众业达产品的运行数据与本发明产品的运行数据对比可以看出来，“众业达”品牌产品无功损耗远远高于本发明的产品，其结果就是，运营企业每月要支付较高的力调电费，或者，不得不通过人为拉闸，完全切断电源，这样就大大增加了人工成本，并给临时前来充电车辆极大不便。

以上所述仅是对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，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改，等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种集成式配充一体大功率直流充电堆控制方法，其特征在于，所述集成式配充一体大功率直流充电堆控制方法包括：

充电管控系统电源接通后，系统进行初始化，清理数据标志单元到初始化状态；

然后对设备持续状态监控，并将周期采集到的设备状态数据发送到云端数据库进行存储分析，若设备参数、环境参数异常，进行及时预警。

2.如权利要求1所述的集成式配充一体大功率直流充电堆控制方法，其特征在于，对设备持续状态监控，并将周期采集到的设备状态数据发送到云端数据库进行存储分析中，当电动汽车充电时，充电终端的充电枪插入电动汽车充电口完成连接后，充电管控系统的MCU集中式系统监控及数据采集模块与充电终端的电动汽车BMS系统进行数据通讯，读取电动汽车电池组的参数，获得充电的最大需求功率；

充电管控系统的MCU获取车辆的需求功率和充电堆当前剩余的功率，按照充电管控系统中预设的先到优先、均充、时间段管控等模式进行整体功率匹配，调整所有在充电动汽车的适配功率方案；把适配功率方案输出到逻辑矩阵控制单元的继电器执行，向电动汽车提供合适的充电服务。

充电管控系统的MCU集中式系统监控及数据采集模块对充电过程进行实时监控，当满足充电结束条件时，结束充电过程，生成充电订单并传到计量计费结算系统进行费用结算，充电堆进入系统监控待机状态。

3.一种实施权利要求1所述集成式配充一体大功率直流充电堆控制方法的集成式配充一体大功率直流充电堆控制系统，其特征在于，所述集成式配充一体大功率直流充电堆控制系统包括电动汽车充电控制系统，安装在集成式集装箱箱体内，用于按照充电终端的功率需求，对充电模块进行功率组合，输出到外部多个充电终端进行充电服务；

所述电动汽车充电控制系统集成有MCU集中式系统监控及数据采集模块、设备状态监控器、功率分配控制器、逻辑控制矩阵单元；

所述MCU集中式系统监控及数据采集模块连接设备状态监控器，所述设备状态监控器通过485通讯方式连接到低压交流配电控制系统获取设备工作状态数据；

所述MCU集中式系统监控及数据采集模块进一步连接功率分配控制器，所述功率分配控制器按照MCU发出的指令，切换逻辑控制矩阵单元的继电器，通过组合实现不同的充电功率输出；

所述MCU集中式系统监控及数据采集模块进一步通过CAN总线连接多个充电终端，采集来自充电终端的电动汽车BMS数据，获取电动汽车充电功率需求，调节功率分配控制器，匹配充电模块输出和电动汽车功率需求；

所述MCU集中式系统监控及数据采集模块进一步通过以太网、移动互联网连接到充电系统云端运维平台，实现设备状态数据、充电业务数据、环境监控数据的上传，并在云端运维平台实现信息交互处理。

4.如权利要求3所述的集成式配充一体大功率直流充电堆控制系统，其特征在于，所述功率分配控制器还用于接收到来自MCU集中式系统监控及数据采集模块的电动汽车接受功率需求，驱动逻辑控制矩阵单元继电器的闭合和断开形成满足电动汽车的功率输出。

5.如权利要求3所述的集成式配充一体大功率直流充电堆控制系统，其特征在于，所述集成式集装箱箱体内还安装有高压交流供电配电系统、变压器、低压交流配电控制系统和多个充电模块；

外部电网电源10KV交流接入高压交流供电配电系统，经变压器后输出380V到低压交流配电控制系统，经充电模块整流后，在电动汽车充电控制系统的管理下输出到电动汽车充电终端进行充电服务。

6.如权利要求5所述的集成式配充一体大功率直流充电堆控制系统，其特征在于，所述的集成式集装箱箱体连接多个电动汽车充电终端；所述充电终端，用于连接电动汽车蓄电池和充电模块完成充电，充电功率通过电动汽车充电控制系统的逻辑控制矩阵单元继电器进行配置和切换。

7.如权利要求5所述的集成式配充一体大功率直流充电堆控制系统，其特征在于，所述集成式集装箱箱体内部采用绝缘材料分隔成四个设备密室，分别安装高压交流供电配电系统、变压器、低压交流配电控制系统和多个充电模块、电动汽车充电控制系统；

所述集成式集装箱箱体内将15KW或20KW或30KW的充电模块集中放置在集装箱内隔离的整流柜内。

8.如权利要求5所述的集成式配充一体大功率直流充电堆控制系统，其特征在于，所述高压交流供电配电系统用于将外部10KV接入高压断路器，进行高压计量和传输，输出10KV供电到变压器；

所述变压器安装在集装箱体的变压器室，用于把10KV的交流输入转换为380V交流输出，然后向整流柜供电；

所述充电模块数量按照充电堆的总功率配置，用于把输入的交流电整流成直流，然后向电动汽车蓄电池充电。

9.一种实现权利要求1～2任意一项所述集成式配充一体大功率直流充电堆控制方法的信息数据处理终端。

10.一种计算机可读存储介质，包括指令，当其在计算机上运行时，使得计算机执行如权利要求1～2任意一项所述的集成式配充一体大功率直流充电堆控制方法。