CN111835072B - 具备动态电流分配的换电柜及充电方法 - Google Patents

具备动态电流分配的换电柜及充电方法 Download PDF

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Abstract

本公开的实施例提供了具备动态电流分配的换电柜及充电方法。所述换电柜包括供电装置，用于连接到供电网络，为换电柜供电；至少一个充电端子，用于分别为一个电池充电；其中，每个所述充电端子包括，供电输入端，用于从供电装置获取功率；充电输出端，用于输出充电电流，为连接的电池充电；DC/DC变压器；用于将供电装置输出的电压转换为电池所需的电压；控制电路，用于接收各DC/DC变压器上报的电池的需求功率与当前功率，根据预设规则为各DC/DC变压器下发限制功率，以便各DC/DC变压器根据所述下发限制功率进行功率调节。以此方式，可以根据换电柜中电池数量的多少，来实时匹配电池所需要的充电电流，最终实现动态充电，提高充电效率。

Description

具备动态电流分配的换电柜及充电方法
技术领域
本公开的实施例一般涉及充电领域，并且更具体地，涉及具备动态电流分配的换电柜及充电方法。
背景技术
随着在道路交通中电动车的数量增长，电动车电池换电柜等基础设施也得到了大规模扩建。
在此情况下，在扩建或设计换电柜时，出现必须应对的技术挑战。在运行用于对电动车充电的换电柜时的一个问题是，换电柜通常被设计为能够对所有电池进行充电，换电柜可能并非始终需要将其最大充电电流输出给电池，充电效率较低。
发明内容
根据本公开的实施例，提供了一种具备动态电流分配的换电柜及充电方案。
在本公开的第一方面，提供了一种具备动态电流分配的换电柜。该换电柜包括：供电装置，用于连接到供电网络，为换电柜供电；至少一个充电端子，用于分别为一个电池充电；其中，每个所述充电端子包括，供电输入端，用于从供电装置获取功率；充电输出端，用于输出充电电流，为连接的电池充电；DC/DC变压器；用于将供电装置输出的电压转换为电池所需的电压；控制电路，用于接收各DC/DC变压器上报的电池的需求功率与当前功率，根据预设规则为各DC/DC变压器下发限制功率，以便各DC/DC变压器根据所述下发限制功率进行功率调节。
如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述供电装置包括至少一个AC/DC变压器，用于将供电网络提供的第一交流电压转换成第一直流电压。
如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，每个电池分别通过485线与对应的DC/DC变压器连接，向所述DC/DC变压器上报需求功率；各AC/DC变压器、各DC/DC变压器分别通过CAN总线与所述控制电路连接。
如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述根据预设规则为各DC/DC变压器下发限制功率包括：当各电池的当前功率之和大于等于预设阈值时，则启动负荷约束；其中，所述预设阈值为所述供电装置所能提供的最大功率乘以一个小于一的常数；所述负荷约束为，根据各电池的需求功率的比例，将供电装置所能提供的最大功率分配给对应的DC/DC变压器。
如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，各DC/DC变压器当接入电池开始充电，或充电结束时，向所述控制电路上报对应的电池的需求功率与当前功率。
如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述DC/DC变压器还用于，若未收到控制电路下发的限制功率，则默认最大功率输出，若充电结束清空控制电路下发的限制功率。
在本公开的第二方面，提供了一种充电方法。该方法包括：经由所述换电柜的供电装置对所述换电柜供电；通过所述换电柜的至少一个充电端子对至少一个电池充电，其中，一个充电端子对一个电池充电包括，通过所述充电端子的供电输入端从所述供电装置获取电能；通过所述充电端子的DC/DC变压器进行电压转换；通过所述充电端子的充电输出端为所述电池充电。
如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述方法还包括：各DC/DC变压器通过CAN总线向控制电路发送的自身对应的电池的需求功率与当前功率；所述控制电路根据预设规则为各DC/DC变压器下发限制功率，以便各DC/DC变压器根据所述下发限制功率进行功率调节。
如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述预设规则包括：当各电池的当前功率之和大于等于预设阈值时，则启动负荷约束；其中，所述预设阈值为所述供电装置所能提供的最大功率乘以一个小于一的常数；所述负荷约束为，根据各电池的需求功率的比例，将供电装置所能提供的最大功率分配给对应的DC/DC变压器。
应当理解，发明内容部分中所描述的内容并非旨在限定本公开的实施例的关键或重要特征，亦非用于限制本公开的范围。本公开的其它特征将通过以下的描述变得容易理解。
附图说明
结合附图并参考以下详细说明，本公开各实施例的上述和其他特征、优点及方面将变得更加明显。在附图中，相同或相似的附图标记表示相同或相似的元素，其中：
图1示出了根据本公开的实施例的具备动态电流分配的换电柜的方框图；
图2示出了根据本公开的实施例的充电方法的流程图。
具体实施方式
为使本公开实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本公开实施例中的附图，对本公开实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本公开一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本公开中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的全部其他实施例，都属于本公开保护的范围。
另外，本文中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
图1示出换电柜100，换电柜100经由网络连接点NAP与供电网络102连接。为了能够从所述供电网络102中获取功率来对换电柜100中的电池进行充电，设有供电装置104。在此，供电装置104(图中未示出，仅示出了供电装置104所包括的元器件)包括至少一个AC/DC变压器106，如AC/DC变压器1#、AC/DC变压器2#和AC/DC变压器3#，以及12V辅助电源108。AC/DC变压器106在此直接经由网络连接点NAP与供电网络102连接，并且在此将供电网络102提供的第一交流电压，如220V AC，转换成第一直流电压，如96V DC。供电装置104设置用于连接到供电网络102上以及用于为换电柜供电。
在一些实施例中，AC/DC变压器106为3KW模块。
在一些实施例中，各AC/DC变压器106为并联设置，可以单独启动，也可以同时启动。
在图1中示出的换电柜100还包括至少一个充电端子116(图中未示出，仅示出了充电端子116所包括的元器件)，例如充电端子1#...9#，用于分别为一个电池118充电，每个充电端子116包括：
供电输入端122，用于从供电装置104获取功率；
充电输出端124，用于输出充电电流，为连接的电池118充电；
DC/DC变压器126，如DC/DC变压器1#...9#，每个充电端子对应一个DC/DC变压器，用于将AC/DC变压器106输出的第一直流电压转换为电池118所需的第二直流电压。
在一些实施例中，DC/DC变压器114为1KW模块，即AC/DC变压器106与DC/DC变压器126的总功率是相吻合的。DC/DC变压器126用于通过供电输入端122获取AC/DC变压器106提供的第一直流电压，如96V DC，转换为电池所需的第二直流电压，如48V DC或60V DC，通过充电输出端124为电池118充电。
在一些实施例中，各充电端子116并联设置，各充电端子116在在相应的供电输入端122处都彼此电耦合。
在一些实施例中，充电端子116，例如充电端子1#...9#在换电柜的九宫格排列的P1至P9仓位处独立设置，每个仓位对应一个电池118，因此能够对多个电池118进行充电。换电柜应理解为特别是图解说明的，并且不应将要充电的电池的数量限制为九个，而是原则上也能够在所示出的充电柜中对任意数量的电池进行充电。
所述换电柜还具有控制电路120，控制电路120通过CAN总线(协议1)与供电装置104中的各AC/DC变压器106分别连接，通过CAN总线(协议2)与各充电端子116中的DC/DC变压器126连接，另外，电池118通过485线(协议3)与DC/DC变压器126连接，进而实现了与控制电路120的连接。其中，控制电路120可以为基于安卓的操作系统，也可以是基于单片机的操作系统。
在一些实施例中，当电池被插入换电柜，通过充电输出端124连接到DC/DC变压器114，DC/DC变压器114通过485线(协议3)获取自身对应的电池的需求功率；DC/DC变压器114通过CAN总线(协议2)将自身对应的电池的需求功率与当前功率发送给控制电路120。控制电路120获取各DC/DC变压器114通过CAN总线(协议2)发送的自身对应的电池的需求功率与当前功率，例如，各电池的需求功率B1、B2…Bn；各电池的当前充电功率C1、C2…Cn。控制电路120根据预设规则为各DC/DC变压器114下发限制功率，以便各DC/DC变压器114根据所述下发限制功率进行功率调节。
在一些实施例中，所述预设规则包括:
任意DC/DC变压器114若没有收到控制电路120下发的限制功率，则默认最大功率输出，充电结束清空控制电路120下发的限制功率。
其中，控制电路120下发限制功率包括：当各电池118的当前充电功率之和C大于等于预设阈值时，则启动负荷约束；其中，预设阈值为A乘以一个小于一的常数，例如5/6；A为供电装置104所能提供的最大功率，例如，供电装置104中包括三个AC/DC变压器106，如AC/DC变压器1#、AC/DC变压器2#和AC/DC变压器3#，其功率之和，A1+A2+A3＝A，即总功率为9KW；各电池的当前充电功率C1、C2…Cn之和，C1+C2+…Cn＝C；若所述阈值为5/6A，当C≥5/6A时，启动负荷约束。
其中，所述负荷约束为：根据各电池的需求功率B1、B2…Bn的比例，将供电装置104所能提供的最大功率A分配给对应的DC/DC变压器1#...n#，由对应的DC/DC变压器1#...n#按照所分配的功率为各电池进行充电。其中，C/DC变压器1#...n#按照所分配的功率，在充电电压不变的情况下调整充电电流，以实现按照所分配的功率为各电池进行充电。
在一些实施例中，当各电池118的当前充电功率之和C大于等于预设阈值时，则启动负荷约束；其中，A为供电装置104当前所能提供的最大功率，例如，供电装置104中包括三个AC/DC变压器106，如AC/DC变压器1#、AC/DC变压器2#和AC/DC变压器3#，当前仅AC/DC变压器1#，若各电池的当前充电功率之和C大于AC/DC变压器1#所能提供的最大功率乘以一个小于一的常数，例如5/6，则暂时不对各电池进行功率限制，而是启动AC/DC变压器2#，由AC/DC变压器1#、AC/DC变压器2#同时工作，以使AC/DC变压器1#、AC/DC变压器2#功率之和乘以一个小于一的常数，例如5/6，大于各电池的当前充电功率之和；若仍不满足，则启动AC/DC变压器2#、AC/DC变压器2#，由AC/DC变压器1#、AC/DC变压器2#、AC/DC变压器3#同时工作。若各电池的当前充电功率之和C大于等于预设阈值，如C≥5/6A时，启动负荷约束，具体操作同上，在此不再赘述。
在一些实施例中，充电柜中各电池118的充电电流恒定，因此，仅需要在换电柜100中的各个仓位插入电池118、电池118充电结束的情况下，由DC/DC变压器114通过CAN总线(协议2)发送的自身对应的电池的需求功率与当前功率，以便控制电路120判断是否下发限制功率。
在一些实施例中，充电柜中各电池118的充电电流根据充电百分比调整，例如，充电初期以大电流进行充电，充电后期改为涓流充电，则DC/DC变压器114根据各电池118通过485线(协议3)发送的功率需求，通过CAN总线(协议2)发送自身对应的电池的需求功率与当前功率，以便控制电路120判断是否下发限制功率。其中，所述发送周期可以为预设周期，或者是接收到各电池118通过485线(协议3)发送的功率需求发生改变的情况下，向制电路120进行发送。
通过本实施例，可以根据换电柜中电池数量的多少，来实时匹配电池所需要的充电电流，最终实现动态充电，提高充电效率。
为了更好的描述本公开中具有动态电流分配的换电柜，本公开中提出一种基于上述具有动态电流分配的换电柜对至少一个电池进行充电的方法，并且，如图2所示，所述方法包括以下步骤：
在框210，经由换电柜100的供电装置104对换电柜100供电；
在框220，通过换电柜100的至少一个充电端子116对至少一个电池118充电。
在一些实施例中，所述通过换电柜100的至少一个充电端子116对至少一个电池118充电包括:
通过充电端子116的供电输入端122从供电装置104获取电能；
通过充电端子116的DC/DC变压器126进行电压转换；
通过充电端子116的充电输出端124为电池118充电。
在一些实施例中，
各DC/DC变压器114通过CAN总线(协议2)向控制电路120发送的自身对应的电池的需求功率与当前功率；控制电路120根据预设规则为各DC/DC变压器114下发限制功率，以便各DC/DC变压器114根据所述下发限制功率进行功率调节。
其中，控制电路120下发限制功率包括：当各电池118的当前充电功率之和C大于等于预设阈值时，则启动负荷约束；其中，预设阈值为A乘以一个小于一的常数；A为供电装置104所能提供的最大功率。
所述负荷约束为：根据各电池的需求功率B1、B2…Bn的比例，将供电装置104所能提供的最大功率A分配给对应的DC/DC变压器1#...n#，由对应的DC/DC变压器1#...n#按照所分配的功率为各电池进行充电。
上述方法的具体步骤与装置实施例中的描述类似，在此不再赘述。
通过本实施例所述方法，能够实现和/或利用所述具有动态电流分配的换电柜的有点即特性。
需要说明的是，对于前述的各方法实施例，为了简单描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本公开并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本公开，某些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于可选实施例，所涉及的动作和模块并不一定是本公开所必须的。
尽管已经采用特定于结构特征和/或方法逻辑动作的语言描述了本主题，但是应当理解所附权利要求书中所限定的主题未必局限于上面描述的特定特征或动作。相反，上面所描述的特定特征和动作仅仅是实现权利要求书的示例形式。

Claims (6)

1.一种具备动态电流分配的换电柜，其特征在于，包括：
供电装置，用于连接到供电网络，为换电柜供电；
至少一个充电端子，用于分别为一个电池充电；其中，每个所述充电端子包括，供电输入端，用于从供电装置获取功率；充电输出端，用于输出充电电流，为连接的电池充电；DC/DC变压器；用于将供电装置输出的电压转换为电池所需的电压；
控制电路，用于接收各DC/DC变压器上报的电池的需求功率与当前功率，根据预设规则为各DC/DC变压器下发限制功率，以便各DC/DC变压器根据所述下发限制功率进行功率调节；
各DC/DC变压器当接入电池开始充电，或充电结束时，向所述控制电路上报对应的电池的需求功率与当前功率；
所述DC/DC变压器还用于，若未收到控制电路下发的限制功率，则默认最大功率输出，若充电结束清空控制电路下发的限制功率；
所述控制电路还用于，根据各电池的当前功率之和，控制各AC/DC变压器的启动和关闭；
所述根据预设规则为各DC/DC变压器下发限制功率包括：当各电池的当前功率之和大于等于预设阈值时，则启动负荷约束；其中，所述预设阈值为所述供电装置所能提供的最大功率乘以一个小于一的常数；
所述负荷约束为，根据各电池的需求功率的比例，将供电装置所能提供的最大功率分配给对应的DC/DC变压器；DC/DC变压器按照所分配的功率，在充电电压不变的情况下调整充电电流为各电池充电。
2.根据权利要求1所述的换电柜，其特征在于，所述供电装置包括至少一个AC/DC变压器，用于将供电网络提供的第一交流电压转换成第一直流电压。
3.根据权利要求2所述的换电柜，其特征在于，
每个电池分别通过485线与对应的DC/DC变压器连接，向所述DC/DC变压器上报需求功率；
各AC/DC变压器、各DC/DC变压器分别通过CAN总线与所述控制电路连接。
4.一种根据权利要求1-3任一所述换电柜的充电方法，其特征在于，包括：
经由所述换电柜的供电装置对所述换电柜供电；
通过所述换电柜的至少一个充电端子对至少一个电池充电，其中，一个充电端子对一个电池充电包括，通过所述充电端子的供电输入端从所述供电装置获取电能；通过所述充电端子的DC/DC变压器进行电压转换；通过所述充电端子的充电输出端为所述电池充电。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
各DC/DC变压器通过CAN总线向控制电路发送的自身对应的电池的需求功率与当前功率；所述控制电路根据预设规则为各DC/DC变压器下发限制功率，以便各DC/DC变压器根据所述下发限制功率进行功率调节。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述预设规则包括：
当各电池的当前功率之和大于等于预设阈值时，则启动负荷约束；其中，所述预设阈值为所述供电装置所能提供的最大功率乘以一个小于一的常数；所述负荷约束为，根据各电池的需求功率的比例，将供电装置所能提供的最大功率分配给对应的DC/DC变压器。
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