CN110962664A - 一种群控充电系统功率分配系统及方法 - Google Patents

Abstract

本公开提供了一种群控充电系统功率分配系统及方法，包括：多个充电模块，每个充电模块被配置为向外界提供充电功能；群充功率控制器，与每个充电模块通信，被配置为获取各个充电终端的充电需求，根据需求确定功率分配策略，下发与功率分配策略相适应的切换指令，控制每个充电模块的状态；功率切换矩阵，与每个充电模块连接，被配置为接收群充功率控制器的切换指令，切换每个矩阵开关的状态，改变对应充电终端投入的充电模块的数量。本公开可以减少切换器件的使用数量从而降低成本。

Description

一种群控充电系统功率分配系统及方法

技术领域

本公开属于电动汽车充电领域，涉及一种群控充电系统功率分配系统及方法。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

近年来，由于新能源电动汽车充电桩项目的蓬勃兴起，在国内各地电动汽车充电站纷纷涌现，其中群控充电系统可以集中解决兼容性和利用率的问题，因此市场上存在较多需求。群控充电系统可以将输出功率按需自动分配给多个充电终端。目前，在群控充电系统的功率切换控制系统中，功率切换控制系统通常采用的是全矩阵切换即任意功率单元均可投切到任意充电终端。全矩阵切换中，假设充电终端个数m，功率单元个数n(m、n均为正整数)，且切换元器件有中间态(空切态Null)所需切换元器件个数为：m*n*2。

发明人发现，对于多功率单元多枪充电系统，随着功率单元或充电终端数量的增加，切换器件数量呈几何数量级的增加，在功率单元和充电终端群控数量较少的充电系统中，功率单元仍然能做到全矩阵切换，然而，对于功率单元和充电终端数量较多的群控充电系统，受到切换器件数量和成本的影响，功率单元便很难做到全矩阵切换。

发明内容

本公开为了解决上述问题，提出了一种群控充电系统功率分配系统及方法，本公开可以减少切换器件的使用数量从而降低成本。

根据一些实施例，本公开采用如下技术方案：

一种群控充电系统，包括：

多个充电模块，每个充电模块被配置为向外界提供充电功能；

群充功率控制器，与每个充电模块通信，被配置为获取各个充电终端的充电需求，根据需求确定功率分配策略，下发与功率分配策略相适应的切换指令，控制每个充电模块的状态；

功率切换矩阵，与每个充电模块连接，被配置为接收群充功率控制器的切换指令，切换每个充电模块的状态，改变对应充电终端投入的充电模块的数量。

作为可选择的实施方式，所述功率切换矩阵包括多组开关模块，每组开关模块包括多对矩阵开关，每对矩阵开关其输入端与各个充电模块相连，其输出端与充电终端相连，各组开关模块其控制端与矩阵开关控制器相连。

作为进一步的限定，所述矩阵开关控制器受控于群充功率控制器，用于接收群充功率控制器下发的切换指令，实现每个充电终端对应各个充电模块投切至相应的充电终端。

作为可选择的实施方式，所述充电终端有多个，每个充电终端至少连接有一组开关模块。

作为进一步的限定，所述充电终端均连接有充电控制器，用于控制各充电终端的充电状态。

作为进一步的限定，所述群充功率控制器与充电控制器相连，所述充电控制器与充电终端相连；所述群充功率控制器用于下发启动充电终端命令，经充电控制器转发后控制相应充电终端启动。

作为可选择的实施方式，充电终端个数为m个，功率单元个数为n个，n>m>10。

作为可选择的实施方式，所述群充功率控制器被配置为构建充电模块和充电终端的查询表，根据功率切换矩阵中各开关的开合状态，对充电模块的状态进行标注。

基于上述系统的功率分配方法，包括以下步骤：

第i个充电终端连接需要充电的电动汽车，进入等待充电状态；

充电控制器检测所需的电动汽车充电功率，并向群充功率控制器发送用电需求；

群充功率控制器根据该充电终端投入充电的顺序，确定充电优先级，充电优先级高的先分配可用的空闲充电模块；

群充功率控制器查找是否有可用的空闲充电模块，如果不存在可用的空闲充电模块，则暂时不给汽车充电，等待存在可用的空闲充电模块时再重新进行充电调度；如果存在可用的空闲充电模块，则进入下一步；

群充功率控制器判断需开启的矩阵开关，并向矩阵开关控制器下发切换指令，由矩阵开关控制器控制开启矩阵开关；

群充功率控制器根据第i个充电终端的用电需求，向可用的充电模块下发功率输出指令；

判断电动汽车充电是否结束，如果是，充电控制器向群充功率控制器发送结束充电命令，关闭对应该充电终端已开启的矩阵开关和充电模块，结束本次充电流程。

与现有技术相比，本公开的有益效果为：

在群控充电系统中，假设充电终端个数为m个，功率单元个数为n个(n>m>10)，功率切换矩阵若采用全矩阵切换方法，则所需切换器件个数为m*n*2；功率切换矩阵若采用本公开的半矩阵切换方法，则所需切换器件个数降至m*10*2。当功率单元和母线数量较多时，采用本公开的功率分配方法可减少群控充电系统中切换器件的使用数量，从而降低企业成本。同时，还可减小功率切换装置的总体尺寸，降低接线及安装复杂度。

本公开根据充电模块和充电终端数量，构建合适的半矩阵切换的拓扑结构，并构建标注表格，直观查看拓扑结构的各开关状态，确定各个充电模块是否空闲，能够快速投切。

附图说明

构成本公开的一部分的说明书附图用来提供对本公开的进一步理解，本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开，并不构成对本公开的不当限定。

图1是本公开实施例的功率单元切换矩阵结构示意图。

图2是本公开实施例的半矩阵切换示意图。

图3是本公开实施例的一种群控充电系统结构示意图。

图4是本公开实施例的一种群控充电系统的功率切换控制流程图。

具体实施方式：

下面结合附图与实施例对本公开作进一步说明。

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本公开提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本公开所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本公开的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

实施例1

为了解决背景技术中所提及的在满足群控充电系统充电终端用电需求的前提下降低成本的问题，本实施例在设计功率切换矩阵时采用半矩阵结构，提供了一种功率分配方法。

如图1所示，本实施例的功率单元半矩阵切换结构示意图，以m＝6为例进行说明，包括：

m＝6组开关模块，每组开关模块其输入端与10个充电模块相连，其输出端与1条母线相连，开关模块其控制端与矩阵开关控制器相连。

所述矩阵开关控制器受控于群充功率控制器，用于接收群充功率控制器下发的切换指令，实现每个充电终端对应有10个充电模块可投切至该充电终端。本实施例中，群控充电系统充电终端为m＝6个,充电模块为n＝24个，其功率单元半矩阵切换示意图如图2所示。

图2中，*代表一对矩阵开关，若第i个充电终端与第j个充电模块对应位置有*标识(i<m，j<n，i和j均为正整数)，则表示此处对应有一对矩阵开关，可将第i个充电模块切换到第j个充电终端上。本实施例中系统每个充电终端都对应10个充电模块。

以上所述仅为本公开的优选实施例而已，并不用于限制本公开，对于本领域的技术人员来说，本公开可以有各种更改和变化。凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

实施例2

如图3所示，本实施例的一种群控充电系统，包括：

n个充电模块，每个充电模块按照如图1所示的方式与m组开关模块相连；每个充电模块均与群充功率控制器相连，所述群充功率控制器用于向各个充电模块按照预设功率分配策略分配功率；

所述群充功率控制器还与开关控制器相连，所述群充功率控制器还用于向开关控制器下发矩阵开关投切指令，实现每个充电终端对应有10个充电模块可投切至该充电终端。

作为一种实施方式，所述群充功率控制器还与充电控制器相连，所述充电控制器与充电终端相连；所述群充功率控制器用于下发启动充电终端命令，经充电控制器转发后控制相应充电终端启动。

在本实施例中，群充功率控制器向矩阵开关控制器下发投切指令，完成充电过程的调度算法，具体控制流程如图4所示：

1.开始：第i个充电终端连接需要充电的电动汽车，进入等待充电状态；

2.充电控制器检测所需的电动汽车充电功率，并向群充功率控制器发送用电需求；

3.群充功率控制器根据该充电终端投入充电的顺序，确定充电优先级，充电优先级高的先分配可用的空闲充电模块。

4.群充功率控制器根据图2半矩阵切换示意图查找是否有可用的空闲充电模块，如果不存在可用的空闲充电模块，则暂时不给汽车充电，等待存在可用的空闲充电模块时再重新进行充电调度；如果存在可用的空闲充电模块，则进入流程的下一步；

5.群充功率控制器判断需开启的矩阵开关，并向矩阵开关控制器下发切换指令，由矩阵开关控制器控制开启矩阵开关；

6.群充功率控制器根据第i个充电终端的用电需求，向可用的充电模块下发功率输出指令。

7.判断电动汽车充电是否结束，如果是，充电控制器向群充功率控制器发送结束充电命令，关闭对应该充电终端已开启的矩阵开关和充电模块，结束本次充电流程。

本领域内的技术人员应明白，本公开的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本公开可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本公开可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本公开是参照根据本公开实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

以上所述仅为本公开的优选实施例而已，并不用于限制本公开，对于本领域的技术人员来说，本公开可以有各种更改和变化。凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

上述虽然结合附图对本公开的具体实施方式进行了描述，但并非对本公开保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本公开的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本公开的保护范围以内。

Claims (9)

1.一种群控充电系统，其特征是：包括：

多个充电模块，每个充电模块被配置为向外界提供充电功能；

群充功率控制器，与每个充电模块通信，被配置为获取各个充电终端的充电需求，根据需求确定功率分配策略，下发与功率分配策略相适应的切换指令，控制每个充电模块的状态；

功率切换矩阵，与每个充电模块连接，被配置为接收群充功率控制器的切换指令，切换每个充电模块的状态，改变对应充电终端投入的充电模块的数量。

2.如权利要求1所述的一种群控充电系统，其特征是：所述功率切换矩阵包括多组开关模块，每组开关模块包括多对矩阵开关，每对矩阵开关其输入端与各个充电模块相连，其输出端与充电终端相连，各组开关模块其控制端与矩阵开关控制器相连。

3.如权利要求2所述的一种群控充电系统，其特征是：所述矩阵开关控制器受控于群充功率控制器，用于接收群充功率控制器下发的切换指令，实现每个充电终端对应各个充电模块投切至相应的充电终端。

4.如权利要求1所述的一种群控充电系统，其特征是：所述充电终端有多个，每个充电终端至少连接有一组开关模块。

5.如权利要求1所述的一种群控充电系统，其特征是：所述充电终端均连接充电控制器，用于控制各充电终端的充电状态。

6.如权利要求5所述的一种群控充电系统，其特征是：所述群充功率控制器与充电控制器相连，所述充电控制器与充电终端相连；所述群充功率控制器用于下发启动充电终端命令，经充电控制器转发后控制相应充电终端启动。

7.如权利要求1所述的一种群控充电系统，其特征是：充电终端个数为m个，功率单元个数为n个，n>m>10。

8.如权利要求1所述的一种群控充电系统，其特征是：所述群充功率控制器被配置为构建充电模块和充电终端的查询表，根据功率切换矩阵中各开关的开合状态，对充电模块的状态进行标注。

9.基于权利要求1-8中任一项所述的系统的功率分配方法，其特征是：包括以下步骤：

第i个充电终端连接需要充电的电动汽车，进入等待充电状态；

充电控制器检测所需的电动汽车充电功率，并向群充功率控制器发送用电需求；

群充功率控制器根据该充电终端投入充电的顺序，确定充电优先级，充电优先级高的先分配可用的空闲充电模块；

群充功率控制器查找是否有可用的空闲充电模块，如果不存在可用的空闲充电模块，则暂时不给汽车充电，等待存在可用的空闲充电模块时再重新进行充电调度；如果存在可用的空闲充电模块，则进入下一步；

群充功率控制器判断需开启的矩阵开关，并向矩阵开关控制器下发切换指令，由矩阵开关控制器控制开启矩阵开关；

群充功率控制器根据第i个充电终端的用电需求，向可用的充电模块下发功率输出指令；

判断电动汽车充电是否结束，如果是，充电控制器向群充功率控制器发送结束充电命令，关闭对应该充电终端已开启的矩阵开关和充电模块，结束本次充电流程。

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