CN111071092A - 一种充电桩功率动态分配系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了新能源汽车充电领域的一种充电桩功率动态分配系统及方法，系统包括一充电桩控制器、一继电器控制组、一充电模块、两个电枪、两个基础功率输出模块；所述继电器控制组分别与充电模块、充电桩控制器、电枪连接；所述电枪分别与充电桩控制器以及基础功率输出模块连接；所述继电器控制组包括复数个继电器；所述充电模块包括复数个单功率输出单元以及复数个组合功率输出单元；所述组合功率输出单元至少包括两个单功率输出单元；各所述单功率输出单元以及组合功率输出单元均分别与一继电器连接；各所述继电器均分别与各电枪连接。本发明的优点在于：实现动态分配电枪的输出功率，极大的提升了充电的稳定性、效率以及安全性，并降低充电桩的生产成本。

Description

一种充电桩功率动态分配系统及方法
技术领域
本发明涉及新能源汽车充电领域，特别指一种充电桩功率动态分配系统及方法。
背景技术
随着新能源汽车的快速发展，各家汽车厂商争相推出新能源汽车，因此产生了很多利用充电桩对新能源汽车进行充电的需求。
然而，传统的充电桩存在如下缺点：其一、由于采用固定输出功率的电枪设计，无法根据新能源汽车充电的额定功率调节电枪的输出功率，使得新能源汽车的充电效率低下；其二、进行大功率输出时，采用并联多个单一充电单元的方式进行组合输出，增加了功率输出线路的接触点，增大了功率输出的不稳定性，安全性不高，且并联多个单一充电单元的方式设计成本高；其三、未提供功率的检测保护功能，存在电枪的输出功率大于新能源汽车充电的额定功率的情况，安全性不高。
因此，如何提供一种充电桩功率动态分配系统及方法，实现动态分配电枪的输出功率，提升充电的稳定性、效率以及安全性，并降低充电桩的生产成本，成为一个亟待解决的问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题，在于提供一种充电桩功率动态分配系统及方法，实现动态分配电枪的输出功率，提升充电的稳定性、效率以及安全性，并降低充电桩的生产成本。
第一方面，本发明提供了一种充电桩功率动态分配系统，包括一充电桩控制器、一继电器控制组、一充电模块、两个电枪以及两个基础功率输出模块；所述继电器控制组分别与充电模块、充电桩控制器以及电枪连接；所述电枪分别与充电桩控制器以及基础功率输出模块连接；
所述继电器控制组包括复数个继电器；所述充电模块包括复数个单功率输出单元以及复数个组合功率输出单元；所述组合功率输出单元至少包括两个单功率输出单元；各所述单功率输出单元以及组合功率输出单元均分别与一继电器连接；各所述继电器均分别与各电枪连接。
第二方面，本发明提供了一种充电桩功率动态分配方法，所述方法需使用上述的分配系统，包括如下步骤：
步骤S10、初始化充电桩控制器，获取单功率输出单元的个数n、单功率输出单元的输出功率Pch、电枪最大输出功率PGmax以及电枪最小分配功率PDmin，其中PDmin＝m*Pch，m为大于0的正整数；
步骤S20、创建功率分配策略；
步骤S30、充电桩控制器通过电枪从新能源汽车的BMS系统获取新能源汽车充电的额定功率P额；
步骤S40、充电桩控制器依据P额、基础功率输出模块为电枪提供的基础功率Pbase以及所述功率分配策略，自动调节充电模块的输出功率P充为新能源汽车进行充电；
步骤S50、充电桩控制器实时检测电枪当前的输出功率Pout，并依据电枪当前的输出功率Pout以及额定功率P额动态调整充电模块的输出功率P充，其中Pout＝Pbase+P充。
进一步地，所述步骤S20具体包括：
步骤S21、充电桩控制器依据n、Pch以及PGmax计算得到基础功率输出模块拥有固定的单功率输出单元的个数X，其中X为整数；
步骤S22、充电桩控制器依据X、n、Pch以及PDmin计算得到可动态分配的单功率输出单元的个数Y，其中Y为整数，且n＝2*X+Y；
步骤S23、计算Y÷2得到整数Z1以及余数S1，判断Z1是否大于等于1，若是，则将2个PDmin分别分配给2个基础功率输出模块进行功率输出，并进入步骤S24；若否，则将S1个PDmin分配为1个基础功率输出模块进行功率输出，并进入步骤S30；
步骤S24、计算(Y-2)÷2得到整数Z2以及余数S2，判断Z2是否大于等于2，若是，则将2*Z2个PDmin分别分配给2个基础功率输出模块进行功率输出，并进入步骤S25；若否，则将S2个PDmin分配为1个基础功率输出模块进行功率输出，并进入步骤S30；
步骤S25、计算(Y-6)÷2得到整数Z3以及余数S3，判断Z3是否大于等于3，若是，则将3*Z3个PDmin分别分配给2个基础功率输出模块进行功率输出，并进入步骤S30；若否，则将S3个PDmin分配为1个基础功率输出模块进行功率输出，并进入步骤S30。
进一步地，所述步骤S21具体为：
充电桩控制器依据n、Pch以及PGmax计算得到基础功率输出模块拥有固定的单功率输出单元的个数X：
X＝(Pch*n-PGmax)÷Pch，其中X为整数，当X＜1时表示基础功率输出模块不拥有固定的单功率输出单元。
进一步地，所述步骤S22具体为：
充电桩控制器依据X、n、Pch以及PDmin计算得到可动态分配的单功率输出单元的个数Y：
Y＝(n-2*X)*Pch÷PDmin，其中Y为整数，且n＝2*X+Y，2表示两个电枪。
进一步地，所述步骤S30具体包括：
步骤S31、充电桩控制器通过电枪向新能源汽车的BMS系统发送获取新能源汽车充电的额定功率P额的指令；
步骤S32、BMS系统接收到指令后将新能源汽车充电的额定功率P额通过电枪发送给充电桩控制器。
进一步地，所述步骤S40具体包括：
步骤S41、充电桩控制器判断P额是否小于等于Pbase，若是，则利用基础功率输出模块通过电枪为新能源汽车充电，并进入步骤S50；若否，则进入步骤S42；
步骤S42、判断处于工作状态的电枪个数，若仅有1个电枪处于工作状态，则进入步骤S43；若2个电枪均处于工作状态，则利用所述功率分配策略控制继电器控制组连接单功率输出单元或者组合功率输出单元，为新能源汽车进行充电，并进入步骤S50；
步骤S43、计算需分配的单功率输出单元个数N，N为(P额-Pbase)÷Pch的取值向下取整；充电桩控制器依据N控制继电器控制组连接单功率输出单元或者组合功率输出单元，为新能源汽车进行充电，并进入步骤S50。
进一步地，所述步骤S50具体为：
充电桩控制器实时检测电枪当前的输出功率Pout，并判断电枪当前的输出功率Pout是否小于等于额定功率P额，若是，则继续检测，直至充电完成；若否，则降低Pout，使得Pout≤P额。
本发明的优点在于：
1、通过所述充电桩控制器获取新能源汽车充电的额定功率P额，进而通过所述继电器控制组控制充电模块输出与额定功率P额相匹配的功率，即实现动态分配电枪的输出功率，避免了电枪的输出功率远小于或者大于额定功率P额，极大的提升了新能源汽车的充电效率。
2、通过所述充电模块设置复数个单功率输出单元以及复数个组合功率输出单元，使得所述充电桩控制器能够依据实际需求组合单功率输出单元和组合功率输出单元，进而减少功率输出线路的接触点，增大了功率输出的稳定性，进而极大的提升了安全性；例如当需要3个单功率输出单元的输出功率时，可通过1个单功率输出单元并联1个包括2个单功率输出单元的组合功率输出单元实现，与并联3个单功率输出单元相比减少了功率输出线路的接触点。
3、通过所述充电桩控制器实时检测电枪当前的输出功率Pout并与额定功率P额进行对比，当超过额定功率P额时降低输出功率Pout，即提供了功率的检测保护功能，极大的提升了充电的安全性。
4、通过所述单功率输出单元和组合功率输出单元进行并联组合输出功率，相对于传统上多个单功率输出单元进行并联组合输出功率，降低了充电桩设备的设计成本。
附图说明
下面参照附图结合实施例对本发明作进一步的说明。
图1是本发明一种充电桩功率动态分配系统的电路原理框图。
图2是本发明一种充电桩功率动态分配方法的流程图。
具体实施方式
请参照图1至图2所示，本发明一种充电桩功率动态分配系统的较佳实施例，包括一充电桩控制器、一继电器控制组、一充电模块、两个电枪以及两个基础功率输出模块；所述继电器控制组分别与充电模块、充电桩控制器以及电枪连接；所述电枪分别与充电桩控制器以及基础功率输出模块连接；所述充电桩控制器用于处理BMS系统传回的数据，计算功率分配的方案，并依据功率分配的方案控制继电器控制组工作；所述充电模块用于通过电枪提供功率输出；所述继电器控制组用于按需导通充电模块内不同的单功率输出单元或者组合功率输出单元；所述电枪用于给新能源汽车充电；所述基础功率输出模块用于向电枪提供基础功率输出；
所述继电器控制组包括复数个继电器；所述充电模块包括复数个单功率输出单元以及复数个组合功率输出单元；所述组合功率输出单元至少包括两个单功率输出单元；各所述单功率输出单元以及组合功率输出单元均分别与一继电器连接；各所述继电器均分别与各电枪连接。
本发明一种充电桩功率动态分配方法的较佳实施例，包括如下步骤：
步骤S10、初始化充电桩控制器，获取单功率输出单元的个数n、单功率输出单元的输出功率Pch、电枪最大输出功率PGmax以及电枪最小分配功率PDmin，其中PDmin＝m*Pch，m为大于0的正整数；
步骤S20、创建功率分配策略；
步骤S30、充电桩控制器通过电枪从新能源汽车的BMS系统获取新能源汽车充电的额定功率P额；
步骤S40、充电桩控制器依据P额、基础功率输出模块为电枪提供的基础功率Pbase以及所述功率分配策略，自动调节充电模块的输出功率P充为新能源汽车进行充电；为新能源汽车进行充电的功率为Pbase+P充；
步骤S50、充电桩控制器实时检测电枪当前的输出功率Pout，并依据电枪当前的输出功率Pout以及额定功率P额动态调整充电模块的输出功率P充，其中Pout＝Pbase+P充。
所述步骤S20具体包括：
步骤S21、充电桩控制器依据n、Pch以及PGmax计算得到基础功率输出模块拥有固定的单功率输出单元的个数X，其中X为整数；
步骤S22、充电桩控制器依据X、n、Pch以及PDmin计算得到可动态分配的单功率输出单元的个数Y，其中Y为整数，且n＝2*X+Y；
步骤S23、计算Y÷2得到整数Z1以及余数S1，判断Z1是否大于等于1，若是，则将2个PDmin分别分配给2个基础功率输出模块进行功率输出，并进入步骤S24；若否，则将S1个PDmin分配为1个基础功率输出模块进行功率输出，并进入步骤S30；
步骤S24、计算(Y-2)÷2得到整数Z2以及余数S2，判断Z2是否大于等于2，若是，则将2*Z2个PDmin分别分配给2个基础功率输出模块进行功率输出，并进入步骤S25；若否，则将S2个PDmin分配为1个基础功率输出模块进行功率输出，并进入步骤S30；
步骤S25、计算(Y-6)÷2得到整数Z3以及余数S3，判断Z3是否大于等于3，若是，则将3*Z3个PDmin分别分配给2个基础功率输出模块进行功率输出，并进入步骤S30；若否，则将S3个PDmin分配为1个基础功率输出模块进行功率输出，并进入步骤S30。
例如Y＝1时，计算Y÷2得到整数Z1＝0以及余数S1＝1，Z1小于1，将S1个PDmin分配为1个基础功率输出模块进行功率输出；
Y＝3时，计算Y÷2得到整数Z1＝1以及余数S1＝1，Z1等于1，将2个PDmin分别分配给2个基础功率输出模块进行功率输出；计算(Y-2)÷2得到整数Z2＝0以及余数S2＝1，Z2小于2，将S2个PDmin分配为1个基础功率输出模块进行功率输出；
Y＝7时，计算Y÷2得到整数Z1＝3以及余数S1＝1，Z1大于1，将2个PDmin分别分配给2个基础功率输出模块进行功率输出；计算(Y-2)÷2得到整数Z2＝2以及余数S2＝1，Z2大于等于2，将2*2个PDmin分别分配给2个基础功率输出模块进行功率输出；计算(Y-6)÷2得到整数Z3＝0以及余数S3＝1，Z3小于3，将S3个PDmin分配为1个基础功率输出模块进行功率输出。
所述步骤S21具体为：
充电桩控制器依据n、Pch以及PGmax计算得到基础功率输出模块拥有固定的单功率输出单元的个数X：
X＝(Pch*n-PGmax)÷Pch，其中X为整数，当X＜1时表示基础功率输出模块不拥有固定的单功率输出单元。
所述步骤S22具体为：
充电桩控制器依据X、n、Pch以及PDmin计算得到可动态分配的单功率输出单元的个数Y：
Y＝(n-2*X)*Pch÷PDmin，其中Y为整数，且n＝2*X+Y，2表示两个电枪。
所述步骤S30具体包括：
步骤S31、充电桩控制器通过电枪向新能源汽车的BMS系统发送获取新能源汽车充电的额定功率P额的指令；
步骤S32、BMS系统接收到指令后将新能源汽车充电的额定功率P额通过电枪发送给充电桩控制器。
所述步骤S40具体包括：
步骤S41、充电桩控制器判断P额是否小于等于Pbase，若是，则利用基础功率输出模块通过电枪为新能源汽车充电，此时充电功率为Pbase，并进入步骤S50；若否，则进入步骤S42；
步骤S42、判断处于工作状态的电枪个数，若仅有1个电枪处于工作状态，则进入步骤S43；若2个电枪均处于工作状态，则利用所述功率分配策略控制继电器控制组连接单功率输出单元或者组合功率输出单元，为新能源汽车进行充电，并进入步骤S50；
步骤S43、计算需分配的单功率输出单元个数N，N为(P额-Pbase)÷Pch的取值向下取整；充电桩控制器依据N控制继电器控制组连接单功率输出单元或者组合功率输出单元，为新能源汽车进行充电，并进入步骤S50。例如N为3时，继电器控制组可并联1个单功率输出单元和1个包括2个单功率输出单元的组合功率输出单元进行组合功率输出。
所述步骤S50具体为：
充电桩控制器实时检测电枪当前的输出功率Pout，并判断电枪当前的输出功率Pout是否小于等于额定功率P额，若是，则继续检测，直至充电完成；若否，则降低Pout，使得Pout≤P额。
综上所述，本发明的优点在于：
1、通过所述充电桩控制器获取新能源汽车充电的额定功率P额，进而通过所述继电器控制组控制充电模块输出与额定功率P额相匹配的功率，即实现动态分配电枪的输出功率，避免了电枪的输出功率远小于或者大于额定功率P额，极大的提升了新能源汽车的充电效率。
2、通过所述充电模块设置复数个单功率输出单元以及复数个组合功率输出单元，使得所述充电桩控制器能够依据实际需求组合单功率输出单元和组合功率输出单元，进而减少功率输出线路的接触点，增大了功率输出的稳定性，进而极大的提升了安全性；例如当需要3个单功率输出单元的输出功率时，可通过1个单功率输出单元并联1个包括2个单功率输出单元的组合功率输出单元实现，与并联3个单功率输出单元相比减少了功率输出线路的接触点。
3、通过所述充电桩控制器实时检测电枪当前的输出功率Pout并与额定功率P额进行对比，当超过额定功率P额时降低输出功率Pout，即提供了功率的检测保护功能，极大的提升了充电的安全性。
4、通过所述单功率输出单元和组合功率输出单元进行并联组合输出功率，相对于传统上多个单功率输出单元进行并联组合输出功率，降低了充电桩设备的设计成本。
虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是熟悉本技术领域的技术人员应当理解，我们所描述的具体的实施例只是说明性的，而不是用于对本发明的范围的限定，熟悉本领域的技术人员在依照本发明的精神所作的等效的修饰以及变化，都应当涵盖在本发明的权利要求所保护的范围内。

Claims (8)

1.一种充电桩功率动态分配系统，其特征在于：包括一充电桩控制器、一继电器控制组、一充电模块、两个电枪以及两个基础功率输出模块；所述继电器控制组分别与充电模块、充电桩控制器以及电枪连接；所述电枪分别与充电桩控制器以及基础功率输出模块连接；
所述继电器控制组包括复数个继电器；所述充电模块包括复数个单功率输出单元以及复数个组合功率输出单元；所述组合功率输出单元至少包括两个单功率输出单元；各所述单功率输出单元以及组合功率输出单元均分别与一继电器连接；各所述继电器均分别与各电枪连接。
2.一种充电桩功率动态分配方法，其特征在于：所述方法需使用如权利要求1所述的分配系统，包括如下步骤：
步骤S10、初始化充电桩控制器，获取单功率输出单元的个数n、单功率输出单元的输出功率Pch、电枪最大输出功率PGmax以及电枪最小分配功率PDmin，其中PDmin＝m*Pch，m为大于0的正整数；
步骤S20、创建功率分配策略；
步骤S30、充电桩控制器通过电枪从新能源汽车的BMS系统获取新能源汽车充电的额定功率P额；
步骤S40、充电桩控制器依据P额、基础功率输出模块为电枪提供的基础功率Pbase以及所述功率分配策略，自动调节充电模块的输出功率P充为新能源汽车进行充电；
步骤S50、充电桩控制器实时检测电枪当前的输出功率Pout，并依据电枪当前的输出功率Pout以及额定功率P额动态调整充电模块的输出功率P充，其中Pout＝Pbase+P充。
3.如权利要求2所述的一种充电桩功率动态分配方法，其特征在于：所述步骤S20具体包括：
步骤S21、充电桩控制器依据n、Pch以及PGmax计算得到基础功率输出模块拥有固定的单功率输出单元的个数X，其中X为整数；
步骤S22、充电桩控制器依据X、n、Pch以及PDmin计算得到可动态分配的单功率输出单元的个数Y，其中Y为整数，且n＝2*X+Y；
步骤S23、计算Y÷2得到整数Z1以及余数S1，判断Z1是否大于等于1，若是，则将2个PDmin分别分配给2个基础功率输出模块进行功率输出，并进入步骤S24；若否，则将S1个PDmin分配为1个基础功率输出模块进行功率输出，并进入步骤S30；
步骤S24、计算(Y-2)÷2得到整数Z2以及余数S2，判断Z2是否大于等于2，若是，则将2*Z2个PDmin分别分配给2个基础功率输出模块进行功率输出，并进入步骤S25；若否，则将S2个PDmin分配为1个基础功率输出模块进行功率输出，并进入步骤S30；
步骤S25、计算(Y-6)÷2得到整数Z3以及余数S3，判断Z3是否大于等于3，若是，则将3*Z3个PDmin分别分配给2个基础功率输出模块进行功率输出，并进入步骤S30；若否，则将S3个PDmin分配为1个基础功率输出模块进行功率输出，并进入步骤S30。
4.如权利要求3所述的一种充电桩功率动态分配方法，其特征在于：所述步骤S21具体为：
充电桩控制器依据n、Pch以及PGmax计算得到基础功率输出模块拥有固定的单功率输出单元的个数X：
X＝(Pch*n-PGmax)÷Pch，其中X为整数，当X＜1时表示基础功率输出模块不拥有固定的单功率输出单元。
5.如权利要求3所述的一种充电桩功率动态分配方法，其特征在于：所述步骤S22具体为：
充电桩控制器依据X、n、Pch以及PDmin计算得到可动态分配的单功率输出单元的个数Y：
Y＝(n-2*X)*Pch÷PDmin，其中Y为整数，且n＝2*X+Y，2表示两个电枪。
6.如权利要求2所述的一种充电桩功率动态分配方法，其特征在于：所述步骤S30具体包括：
步骤S31、充电桩控制器通过电枪向新能源汽车的BMS系统发送获取新能源汽车充电的额定功率P额的指令；
步骤S32、BMS系统接收到指令后将新能源汽车充电的额定功率P额通过电枪发送给充电桩控制器。
7.如权利要求2所述的一种充电桩功率动态分配方法，其特征在于：所述步骤S40具体包括：
步骤S41、充电桩控制器判断P额是否小于等于Pbase，若是，则利用基础功率输出模块通过电枪为新能源汽车充电，并进入步骤S50；若否，则进入步骤S42；
步骤S42、判断处于工作状态的电枪个数，若仅有1个电枪处于工作状态，则进入步骤S43；若2个电枪均处于工作状态，则利用所述功率分配策略控制继电器控制组连接单功率输出单元或者组合功率输出单元，为新能源汽车进行充电，并进入步骤S50；
步骤S43、计算需分配的单功率输出单元个数N，N为(P额-Pbase)÷Pch的取值向下取整；充电桩控制器依据N控制继电器控制组连接单功率输出单元或者组合功率输出单元，为新能源汽车进行充电，并进入步骤S50。
8.如权利要求2所述的一种充电桩功率动态分配方法，其特征在于：所述步骤S50具体为：
充电桩控制器实时检测电枪当前的输出功率Pout，并判断电枪当前的输出功率Pout是否小于等于额定功率P额，若是，则继续检测，直至充电完成；若否，则降低Pout，使得Pout≤P额。
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