CN112590605B - 一种用于大功率直流充电机全矩阵分配方法 - Google Patents

一种用于大功率直流充电机全矩阵分配方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于大功率直流充电机全矩阵分配方法，属于新能源汽车技术领域，包括建立充电机，充电机包括数个充电枪、数个功率分配单元和数个功率模块，解决了在满足所有充电车辆均能充电的前提下，优先满足先充电的车辆需求；按车辆的充电需求及整体运行的策略的优先级，实时进行功率柔性分配的技术问题，本发明实现了充电功率柔性分配；以先到先得，在满足所有车辆均能充电的前提下，优先满足先充车辆的充电功率需求；本发明充电效率高，提高了功率模块的利用率，提高了充电桩的运营效率，减小充电桩的散热，充电桩能工作在更好的工况下，能够减小或改善充电机对电网质量的影响。

Description

一种用于大功率直流充电机全矩阵分配方法
技术领域
本发明属于新能源汽车技术领域，涉及一种用于大功率直流充电机全矩阵分配方法。
背景技术
直流充电桩以大功率、大电流充电为发展趋势，直流充电桩应用逐渐普及。充电桩的整流单元是由多个AC/DC模块组成(通常以 20kW/30kW为单元)，在应用过程中，如果模块不能合理的被调用和分配，将造成功率的浪费。主要面临如下问题：
1.模块调用不灵活，分配的功率与车辆的需求不匹配，造成大马拉小车，或者小马拉大车现象。以上两种现象在造成资源浪费的同时，对模块的健康运行也不利；
2.功率分配超过需求功率太多，将造成充电桩的AC/DC转换效率过低；影响充电机运行的同时，也会影响充电机运营收益；
3.功率分配超过需求功率太多，将造成部分车辆无法充电，充电资源浪费。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于大功率直流充电机全矩阵分配方法，解决了在满足所有充电车辆均能充电的前提下，优先满足先充电的车辆需求；按车辆的充电需求及整体运行的策略的优先级，实时进行功率柔性分配的技术问题。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种用于大功率直流充电机全矩阵分配方法，包括建立充电机，充电机包括数个充电枪、数个功率分配单元和数个功率模块，充电枪根据充电先后的顺序的排序规则，顺序将充电枪排序为1#充电枪到N#充电枪，N取值为从1到充电枪的总数，取值正整数，所有充电枪不以物理安装顺序为排序依据，仅以充电的先后顺序为排序依据，每一个功率模块均连接一个功率分配单元，每一个功率分配单元均设置N个输出端，功率分配单元的N个输出端分别连接N个充电枪，为每一个功率模块预设一个地址；
根据以下三种情况进行分配：
第一种情况：在充电过程中，如有任何一把充电枪停止充电，则按照充电先后的顺序的排序规则，将停止充电的充电枪的后面的充电枪的排序依次前移，保证在任何情况下，最多只会出现1#充电枪至N#充电枪；
第二种情况：在初始开始充电过程中，功率模块的工作顺序按功率模块的地址依次进行功率切换；
在充电桩运行过程中会进行复杂的功率切换，但是不再将功率模块重新排序切换，即功率模块的切入与切出；在切换中的功率模块切入也同样以地址靠前的优先切入，地址靠后的优先切出；
第三种情况：在所有充电枪均能正常充电的情况下，充电枪的功率需求的优先级为从高到低，先充电为高级。
优选的，所述充电枪的功率需求根据充电车辆的供电需求电压和供电需求电流计算获得。
优选的，设定1#充电枪到N#充电枪的功率需求分别为Pd1到 Pdx，x取值与N相同，设定所有充电枪的实际总功率为Pn，设定功率模块的工作功率段为Px，则，功率模块的需求数量为：
Ndx＝Pdx÷Px；
Ndx的计算结果取整数；
设定实际供给各充电枪的功率模块数量为Nr1到Nrx，x取值与 N相同，那么最大可调用的功率模块的数量为Nn：
Nn＝Pn/Px。
优选的，在根据所述三种情况进行分配时，具体包括如下步骤：
步骤1：充电机获得充电需求，从待机进入充电状态，此时通过闭合与功率模块相连接的交流接触器来唤醒功率模块；
步骤2：当1#充电枪开始充电，其余充电枪无充电需求时，执行如下步骤：
步骤A1：1#充电枪的功率模块需求数量N≤ Nd1个，而充电桩最大模块数量Nn＝N；
N个功率模块都分配给1#充电枪充电，即Nr1＝N，1#充电枪功率为Pr1＝Pn；
步骤A2：1#充电枪的功率模块需求数量Nd1＜N；
Nd1个功率模块分配给1#充电枪，Nr1＝Nd1，1#充电枪的功率为：
Pr1＝Nd1×Px；
步骤3：当1#充电枪充电充电时，2#充电枪充电开始充电，其余充电枪无充电需求时，执行如下步骤：
步骤B1：基于步骤A1，
1#充电枪的功率模块需求数量N≤ Nd1个，而2#充电枪也有充电需求；
根据所述第三种情况，所有充电枪均能正常充电的情况下，
1#充电枪充电功率分配Nr1＝N-1，Pr1＝Pn-Px，
2#充电枪功率模块数量分配Nr2＝1，Pr2＝Px；
此时不管2#充电枪的需求功率是多少，只分配Px；
步骤B2：基于步骤A2，
1#充电枪的功率模块需求数量Nd1＜N；
如N≤ Nd1+Nd2，提供给2#充电枪功率模块数量分配Nr2＝N-Nr1，
此时的Nr1＝Nd1；
步骤B3：基于步骤A2，
1#充电枪的功率模块需求数量Nd1＜N；
如Nd1+Nd2＜N，提供给2#充电枪的功率模块数量为Nr2＝Nd2；
步骤4：当1#充电枪和2#充电枪均充电时，3#充电枪充电开始充电，其余充电枪无充电需求时，执行如下步骤：
步骤C1：基于步骤B1，
1#充电枪的功率模块需求数量N≤ Nd1个，而2#充电枪和3#充电枪同样有充电需求；
根据所述第三种情况，所有充电枪均能正常充电的情况下，
1#充电枪功率模块数量分配Nr1＝N-2，Pr1＝Pn-a×Px，a为除了 1#充电枪以外的所有进行充电的充电枪的数量，
2#充电枪功率模块数量分配为Nr2＝1，Pr2＝Px，3#充电枪功率模块数量分配为Nr3＝1，Pr3＝Px，即，此时Nr1＝N-2，Nr2＝1，Nr3＝1；
步骤C2：基于步骤B2，
N≤ Nd1+Nd2，如Nr1＝Nd1，Nr2＝N-Nd1，
此时1#充电枪和2#充电枪的实际输出功率模块总数量为N；
根据所述第三种情况，所有充电枪均能正常充电的情况下，充电枪的功率需求的优先级为从高到低，即功率需求满足的优先级从高到低如下：1#充电枪到N#充电枪，1#充电枪的优先级最高；
则需按照顺序逐一判Nr2到Nr1的值是否为1，如不为1则减去 1且判断结束；
此时1#充电枪、2#充电枪和3#充电枪的输出分别为Nr1，Nr2， Nr3＝1，它们的输出未必能满足Ndx要求，而Nr1+Nr2+Nr3＝N；
步骤C3：基于步骤B3，
如Nd1+Nd2＜N，N≤ Nd1+Nd2+Nd3，则Nr1＝Nd1，Nr2＝Nd2，
3#充电枪功率模块数量Nr3＝N-Nd1-Nd2；
步骤C4：基于步骤B3，
如Nd1+Nd2＜N，Nd1+Nd2+Nd3＜N，则Nr1＝Nd1，Nr2＝Nd2，
3#充电枪功率模块数量Nr3＝Nd3；
步骤5：当1#充电枪、2#充电枪和3#充电枪均充电时，4#充电枪充电开始充电，其余充电枪无充电需求时，执行如下步骤；
步骤D1：基于步骤C1，
Nr1＝N-2，Nr2＝1，Nr3＝1，
则4#充电枪Nr4＝1，Pr4＝Px，此时Nr1＝N-3，Nr2＝1，Nr3＝1， Nr4＝1；
步骤D2：基于步骤C2和步骤C3，
Nr1，Nr2，Nr3＝1，Nr1+Nr2+Nr3＝N或Nr1＝Nd1，Nr2＝Nd2，Nr3＝N-Nd1- Nd2，
根据所述第三种情况，所有充电枪均能正常充电的情况下，充电枪的功率需求的优先级为从高到低，则需按照顺序判断Nr3到Nr2到 Nr1的值是否为1，如不为1则减去1且判断结束；
此时各充电枪输出为Nr1，Nr2，Nr3，Nr4＝1，它们的输出未必能满足Ndx要求，Nr1+Nr2+Nr3+Nr4＝N；
步骤D3：基于步骤C4，
如Nd1+Nd2+Nd3＜N，
N≤ Nd1+Nd2+Nd3+Nd4，
此时Nr1＝Nd1，Nr2＝Nd2，Nr3＝Nd3，
4#充电枪功率模块数量Nr4＝N-Nd1-Nd2-Nd3；
步骤D4：基于步骤C4，
如Nd1+Nd2+Nd3＜6，Nd1+Nd2+Nd3+Nd4＜6，
此时Nr1＝Nd1，Nr2＝Nd2，Nr3＝Nd3，
4#充电枪功率模块数量Nr4＝Nd4；
步骤6：当1#充电枪、2#充电枪、3#充电枪....M#充电枪均充电时，L#充电枪充电开始充电，L＝M+1，L的取值小于等于N，其余充电枪无充电需求时，执行如下步骤；
步骤E1：基于步骤d1的方法得到，
Nr1＝N-M，Nr2＝1，Nr3＝1，...，NrM＝1，
则L#充电枪NrL＝1，PrL＝Px，
此时Nr1＝N-(L-1)，Nr2＝1，Nr3＝1，...，NrM＝1，NrL＝1；
步骤E2：基于步骤C2和步骤C3的方法得到，
Nr1，Nr2，Nr3，...，NrM＝1，Nr1+Nr2+Nr3+...+NrM＝N或Nr1＝Nd1，
Nr2＝Nd2，Nr3，NrM＝N-Nd1-Nd2-Nd3-...-Nr(M-1)，
根据所述第三种情况，所有充电枪均能正常充电的情况下，充电枪的功率需求的优先级为从高到低，则需按照顺序判断NrM到Nr1的值是否为1，如不为1则减去1且判断结束；
此时各充电枪输出为Nr1，Nr2，Nr3，...，NrM，NrL＝1，
它们的输出未必能满足Ndx要求，Nr1+Nr2+Nr3+...+NrM+Nr4＝N；
步骤E3：基于步骤C4的方法得到，
如Nd1+Nd2+Nd3+...+NrM＜N，
N≤ Nd1+Nd2+Nd3+...+NrM+NdL，
此时Nr1＝Nd1，Nr2＝Nd2，Nr3＝Nd3，...，NrM＝NdM，
L#充电枪功率模块数量NrL＝N-Nd1-Nd2-Nd3-...-NdM；
步骤E4：基于步骤C4的方法得到，
如Nd1+Nd2+Nd3+...+NrM＜N，Nd1+Nd2+Nd3...+NrM+NdL＜N，
此时Nr1＝Nd1，Nr2＝Nd2，Nr3＝Nd3，...，NrM＝NdM，
L#充电枪功率模块数量NrL＝NdL；
步骤7：当1#充电枪、2#充电枪、3#充电枪....K#充电枪均充电时， N#充电枪充电开始充电，K＝N-1；此时所有充电枪均有充电需求，功率模块均被分配，即Nr1＝1，Nr2＝1，Nr3＝1，...，NrM＝1，NrL＝1， NrK＝1，NrN＝1。
优选的，在充电过程中，未有充电枪充满结束，但有因部分充电枪充电需求变小而释放的功率模块；
此时，按照充电先后顺序，即先充先得的顺序，对Ndx与Nrx做比较，将释放的功率模块分配给Nrx＜Ndx的充电枪，释放的功率模块按照地址顺序，从小到大顺序依次分配。
优选的，在多枪充电过程中，如有枪临时离开或充满离开，部分功率模块被释放；根据所述第一种情况为依据，仅以充电的先后顺序为依据；即第一个充电的为1#充电枪，最后一个充电的为N#充电枪；
在充电过程中，如有任何一把充电枪停止充电，则将停止充电的充电枪后的充电枪顺序依次往前移，保证在任何情况下，最多只会出现至N#充电枪；此时，按照充电先后顺序，即先充先得的顺序，对Ndx与Nrx做比较，将释放的功率模块分配给Nrx＜Ndx的充电枪，释放的功率模块按照地址顺序，从小到大顺序依次分配，使先充的充电枪Ndx＝Nrx，若还有功率模块未分配，则对后面充电枪继续进行判断，直到功率模块分配完或充电枪均能满足Ndx需求为止。
优选的，如在部分充电枪充电结束后，有充电枪进入工作状态，则调用所述步骤2至所述步骤7的方法进行判断及功率分配。
一种用于大功率直流充电机全矩阵分配装置，包括数个功率模块、数个功率分配单元和数个充电枪，每一个功率模块均连接一个功率分配单元，每一个功率分配单元均设置N个输出端，功率分配单元的N个输出端分别连接N个充电枪；
充电枪用于为电动车辆充电，功率模块用于交流/直流转换；
功率分配单元设有一个输入端、N个数端，每一个功率分配单元的输入端连接一个功率模块；
所有功率分配单元的N个输出端均分别连接所述N个充电枪。
本发明所述的一种用于大功率直流充电机全矩阵分配方法，解决了在满足所有充电车辆均能充电的前提下，优先满足先充电的车辆需求；按车辆的充电需求及整体运行的策略的优先级，实时进行功率柔性分配的技术问题，本发明实现了充电功率柔性分配；以先到先得，在满足所有车辆均能充电的前提下，优先满足先充车辆的充电功率需求；本发明充电效率高，提高了功率模块的利用率，提高了充电桩的运营效率，减小充电桩的散热，充电桩能工作在更好的工况下，能够减小或改善充电机对电网质量的影响。
附图说明
图1为本发明的系统架构图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1：
如图1所示的一种用于大功率直流充电机全矩阵分配方法，包括建立充电机，充电机包括数个充电枪、数个功率分配单元和数个功率模块，充电枪根据充电先后的顺序的排序规则，顺序将充电枪排序为1#充电枪到N#充电枪，N取值为从1到充电枪的总数，取值正整数，所有充电枪不以物理安装顺序为排序依据，仅以充电的先后顺序为排序依据，每一个功率模块均连接一个功率分配单元，每一个功率分配单元均设置N个输出端，功率分配单元的N个输出端分别连接N个充电枪，为每一个功率模块预设一个地址；
根据以下三种情况进行分配：
第一种情况：在充电过程中，如有任何一把充电枪停止充电，则按照充电先后的顺序的排序规则，将停止充电的充电枪的后面的充电枪的排序依次前移，保证在任何情况下，最多只会出现1#充电枪至N#充电枪；
第二种情况：在初始开始充电过程中，功率模块的工作顺序按功率模块的地址依次进行功率切换；
在充电桩运行过程中会进行复杂的功率切换，但是不再将功率模块重新排序切换，即功率模块的切入与切出；在切换中的功率模块切入也同样以地址靠前的优先切入，地址靠后的优先切出；
第三种情况：在所有充电枪均能正常充电的情况下，充电枪的功率需求的优先级为从高到低，先充电为高级。
优选的，所述充电枪的功率需求根据充电车辆的供电需求电压和供电需求电流计算获得。
优选的，设定1#充电枪到N#充电枪的功率需求分别为Pd1到 Pdx，x取值与N相同，设定所有充电枪的实际总功率为Pn，设定功率模块的工作功率段为Px，则，功率模块的需求数量为：
Ndx＝Pdx÷Px；
Ndx的计算结果取整数；
设定实际供给各充电枪的功率模块数量为Nr1到Nrx，x取值与 N相同，那么最大可调用的功率模块的数量为Nn：
Nn＝Pn/Px。
优选的，在根据所述三种情况进行分配时，具体包括如下步骤：
步骤1：充电机获得充电需求，从待机进入充电状态，此时通过闭合与功率模块相连接的交流接触器来唤醒功率模块；
步骤2：当1#充电枪开始充电，其余充电枪无充电需求时，执行如下步骤：
步骤A1：1#充电枪的功率模块需求数量N≤ Nd1个，而充电桩最大模块数量Nn＝N；
N个功率模块都分配给1#充电枪充电，即Nr1＝N，1#充电枪功率为Pr1＝Pn；
步骤A2：1#充电枪的功率模块需求数量Nd1＜N；
Nd1个功率模块分配给1#充电枪，Nr1＝Nd1，1#充电枪的功率为：
Pr1＝Nd1×Px；
步骤3：当1#充电枪充电充电时，2#充电枪充电开始充电，其余充电枪无充电需求时，执行如下步骤：
步骤B1：基于步骤A1，
1#充电枪的功率模块需求数量N≤ Nd1个，而2#充电枪也有充电需求；
根据所述第三种情况，所有充电枪均能正常充电的情况下，
1#充电枪充电功率分配Nr1＝N-1，Pr1＝Pn-Px，
2#充电枪功率模块数量分配Nr2＝1，Pr2＝Px；
此时不管2#充电枪的需求功率是多少，只分配Px；
步骤B2：基于步骤A2，
1#充电枪的功率模块需求数量Nd1＜N；
如N≤ Nd1+Nd2，提供给2#充电枪功率模块数量分配Nr2＝N-Nr1，
此时的Nr1＝Nd1；
步骤B3：基于步骤A2，
1#充电枪的功率模块需求数量Nd1＜N；
如Nd1+Nd2＜N，提供给2#充电枪的功率模块数量为Nr2＝Nd2；
步骤4：当1#充电枪和2#充电枪均充电时，3#充电枪充电开始充电，其余充电枪无充电需求时，执行如下步骤：
步骤C1：基于步骤B1，
1#充电枪的功率模块需求数量N≤ Nd1个，而2#充电枪和3#充电枪同样有充电需求；
根据所述第三种情况，所有充电枪均能正常充电的情况下，
1#充电枪功率模块数量分配Nr1＝N-2，Pr1＝Pn-a×Px，a为除了 1#充电枪以外的所有进行充电的充电枪的数量，
2#充电枪功率模块数量分配为Nr2＝1，Pr2＝Px，3#充电枪功率模块数量分配为Nr3＝1，Pr3＝Px，即，此时Nr1＝N-2，Nr2＝1，Nr3＝1；
步骤C2：基于步骤B2，
N≤ Nd1+Nd2，如Nr1＝Nd1，Nr2＝N-Nd1，
此时1#充电枪和2#充电枪的实际输出功率模块总数量为N；
根据所述第三种情况，所有充电枪均能正常充电的情况下，充电枪的功率需求的优先级为从高到低，即功率需求满足的优先级从高到低如下：1#充电枪到N#充电枪，1#充电枪的优先级最高；
则需按照顺序逐一判Nr2到Nr1的值是否为1，如不为1则减去 1且判断结束；
此时1#充电枪、2#充电枪和3#充电枪的输出分别为Nr1，Nr2， Nr3＝1，它们的输出未必能满足Ndx要求，而Nr1+Nr2+Nr3＝N；
步骤C3：基于步骤B3，
如Nd1+Nd2＜N，N≤ Nd1+Nd2+Nd3，则Nr1＝Nd1，Nr2＝Nd2，
3#充电枪功率模块数量Nr3＝N-Nd1-Nd2；
步骤C4：基于步骤B3，
如Nd1+Nd2＜N，Nd1+Nd2+Nd3＜N，则Nr1＝Nd1，Nr2＝Nd2，
3#充电枪功率模块数量Nr3＝Nd3；
步骤5：当1#充电枪、2#充电枪和3#充电枪均充电时，4#充电枪充电开始充电，其余充电枪无充电需求时，执行如下步骤；
步骤D1：基于步骤C1，
Nr1＝N-2，Nr2＝1，Nr3＝1，
则4#充电枪Nr4＝1，Pr4＝Px，此时Nr1＝N-3，Nr2＝1，Nr3＝1，
Nr4＝1；
步骤D2：基于步骤C2和步骤C3，
Nr1，Nr2，Nr3＝1，Nr1+Nr2+Nr3＝N或Nr1＝Nd1，Nr2＝Nd2，Nr3＝N-Nd1-
Nd2，
根据所述第三种情况，所有充电枪均能正常充电的情况下，充电枪的功率需求的优先级为从高到低，则需按照顺序判断Nr3到Nr2到 Nr1的值是否为1，如不为1则减去1且判断结束；
此时各充电枪输出为Nr1，Nr2，Nr3，Nr4＝1，它们的输出未必能满足Ndx要求，Nr1+Nr2+Nr3+Nr4＝N；
步骤D3：基于步骤C4，
如Nd1+Nd2+Nd3＜N，
N≤ Nd1+Nd2+Nd3+Nd4，
此时Nr1＝Nd1，Nr2＝Nd2，Nr3＝Nd3，
4#充电枪功率模块数量Nr4＝N-Nd1-Nd2-Nd3；
步骤d4：基于步骤C4，
如Nd1+Nd2+Nd3＜6，Nd1+Nd2+Nd3+Nd4＜6，
此时Nr1＝Nd1，Nr2＝Nd2，Nr3＝Nd3，
4#充电枪功率模块数量Nr4＝Nd4；
步骤6：当1#充电枪、2#充电枪、3#充电枪....M#充电枪均充电时，L#充电枪充电开始充电，L＝M+1，L的取值小于等于N，其余充电枪无充电需求时，执行如下步骤；
步骤E1：基于步骤D1的方法得到，
Nr1＝N-M，Nr2＝1，Nr3＝1，...，NrM＝1，
则L#充电枪NrL＝1，PrL＝Px，
此时Nr1＝N-(L-1)，Nr2＝1，Nr3＝1，...，NrM＝1，NrL＝1；
步骤E2：基于步骤C2和步骤C3的方法得到，
Nr1，Nr2，Nr3，...，NrM＝1，Nr1+Nr2+Nr3+...+NrM＝N或Nr1＝Nd1，
Nr2＝Nd2，Nr3，NrM＝N-Nd1-Nd2-Nd3-...-Nr(M-1)，
根据所述第三种情况，所有充电枪均能正常充电的情况下，充电枪的功率需求的优先级为从高到低，则需按照顺序判断NrM到Nr1的值是否为1，如不为1则减去1且判断结束；
此时各充电枪输出为Nr1，Nr2，Nr3，...，NrM，NrL＝1，
它们的输出未必能满足Ndx要求，Nr1+Nr2+Nr3+...+NrM+Nr4＝N；
步骤E3：基于步骤C4的方法得到，
如Nd1+Nd2+Nd3+...+NrM＜N，
N≤ Nd1+Nd2+Nd3+...+NrM+NdL，
此时Nr1＝Nd1，Nr2＝Nd2，Nr3＝Nd3，...，NrM＝NdM，
L#充电枪功率模块数量NrL＝N-Nd1-Nd2-Nd3-...-NdM；
步骤E4：基于步骤C4的方法得到，
如Nd1+Nd2+Nd3+...+NrM＜N，Nd1+Nd2+Nd3...+NrM+NdL＜N，
此时Nr1＝Nd1，Nr2＝Nd2，Nr3＝Nd3，...，NrM＝NdM，
L#充电枪功率模块数量NrL＝NdL；
步骤7：当1#充电枪、2#充电枪、3#充电枪....K#充电枪均充电时， N#充电枪充电开始充电，K＝N-1；此时所有充电枪均有充电需求，功率模块均被分配，即Nr1＝1，Nr2＝1，Nr3＝1，...，NrM＝1，NrL＝1， NrK＝1，NrN＝1。
优选的，在充电过程中，未有充电枪充满结束，但有因部分充电枪充电需求变小而释放的功率模块；
此时，按照充电先后顺序，即先充先得的顺序，对Ndx与Nrx做比较，将释放的功率模块分配给Nrx＜Ndx的充电枪，释放的功率模块按照地址顺序，从小到大顺序依次分配。
优选的，在多枪充电过程中，如有枪临时离开或充满离开，部分功率模块被释放；根据所述第一种情况为依据，仅以充电的先后顺序为依据；即第一个充电的为1#充电枪，最后一个充电的为N#充电枪；
在充电过程中，如有任何一把充电枪停止充电，则将停止充电的充电枪后的充电枪顺序依次往前移，保证在任何情况下，最多只会出现至N#充电枪；此时，按照充电先后顺序，即先充先得的顺序，对Ndx与Nrx做比较，将释放的功率模块分配给Nrx＜Ndx的充电枪，释放的功率模块按照地址顺序，从小到大顺序依次分配，使先充的充电枪
Ndx＝Nrx，若还有功率模块未分配，则对后面充电枪继续进行判断，直到功率模块分配完或充电枪均能满足Ndx需求为止。
优选的，如在部分充电枪充电结束后，有充电枪进入工作状态，则调用所述步骤2至所述步骤7的方法进行判断及功率分配。
在本实施例中，以6个充电枪、6个功率模块和6个功率分配模块为例，功率模块的功率段为30kW，实际总功率为Pn为180kW，则，功率模块需求数量Ndx＝Pdx/30，如Ndx不是整数则进位取整；1#-6#充电枪分别对应功率模块需求数量分别Nd1-Nd6；在专利介绍中，更多的采用功率模块需求数量一值，但此值是基于Pdx计算出来的，最大可调用模块数量Nn＝Pn/30，具体包括如下步骤：
步骤S1：充电机获得充电需求，从待机进入充电状态，此时应闭合交流接触器唤醒功率模块；
步骤S2：1#充电枪开始充电，其余充电枪无需求，执行如下步骤：
步骤S2-1：1#充电枪功率模块需求数量Nd1≥6个，而充电桩最大模块数量Nn＝6；6个功率模块都分配给1#充电枪充电，即Nr1＝6， 1#充电枪功率为Pr1＝180kW；
步骤S2-2：1#充电枪模块功率需求数量Nd1＜6；Nd1个功率模块分配给1#充电枪，Nr1＝Nd1，1#充电枪的功率模块功率为 Pr1＝(Nd1×30kW)。
步骤S3：1#充电枪充电时，2#充电枪充电开始充电，其余无充电需求，执行如下步骤：
步骤S3-1：基于步骤S2-1，1#充电枪功率模块需求数量 Nd1≥6个，而2#充电枪也有充电需求。参照基本工作原则中情况 3，所有充电车辆都能充电的前提，1#充电枪充电功率分配Nr1＝5， Pr1＝150kW，2#充电枪功率分配Nr2＝1，Pr2＝30kW。此时不管2#充电枪的需求功率是多少，只分配30kW；
步骤S3-2：基于步骤S2-2，模块功率需求数量Nd1＜6；如 Nd1+Nd2≥6，提供给2#充电枪模块数量Nr2＝6-Nr1(此时的Nr1＝Nd1)；
步骤S3-3：基于步骤S2-2模块功率需求数量Nd1＜6；如Nd1+Nd2＜6，提供给2#充电枪模块数量Nr2＝Nd2；
步骤S4：1#充电枪充电、2#充电枪充电时，3#充电枪充电开始充电，其余无充电需求，执行如下步骤：
步骤S4-1：基于步骤S3-1，1#充电枪功率模块需求数量 Nd1≥6个，而2、3#充电枪同样有充电需求；参照基本工作原则中情况3，所有充电车辆都能充电的前提，1#充电枪充电功率分配；
Nr1＝4，Pr1＝120kW，2#充电枪功率分配Nr2＝1，Pr2＝30kW，3#充电枪功率分配Nr3＝1，Pr3＝30kW，此时Nr1＝4，Nr2＝1，Nr3＝1；
步骤S4-2：基于步骤S3-2，Nd1+Nd2≥6，如Nr1＝Nd1，Nr2＝6- Nd1(此时1-2#充电枪实际输出功率模块总数量为6)，参考工作基本原则中情况3描述：在所有车辆都能充电的前提下，优先满足先充电车辆的功率需求，即功率需求满足的优先级从高到低如下： 1#充电枪-6#充电枪。则需按照顺序Nr2→Nr1判断它们的值是否为 1，如不为1则减去1且判断结束。此时各枪输出为Nr1，Nr2，
Nr3＝1，它们的输出未必能满足Ndx要求，而Nr1+Nr2+Nr3＝6；
步骤S4-3：基于步骤S3-3，如Nd1+Nd2＜6，Nd1+Nd2+Nd3≥6，则 Nr1＝Nd1，Nr2＝Nd2，3#充电枪功率模块数量Nr3＝6-Nd1-Nd2；
步骤S4-4：基于步骤S3-3，如Nd1+Nd2＜6，Nd1+Nd2+Nd3＜6，则 Nr1＝Nd1，Nr2＝Nd2，3#充电枪功率模块数量Nr3＝Nd3；
步骤S5：1#充电枪充电、2#充电枪充电、3#充电枪充电时， 4#充电枪充电开始充电，其余无充电需求，执行如下步骤：
步骤S5-1：基于步骤S4-1，Nr1＝4，Nr2＝1，Nr3＝1，则4#充电枪 Nr4＝1，Pr4＝30kW，此时Nr1＝3，Nr2＝1，Nr3＝1，Nr4＝1；
步骤S5-2：基于步骤S4-2和步骤S4-3，(Nr1，Nr2，Nr3＝1，
Nr1+Nr2+Nr3＝6)或(Nr1＝Nd1，Nr2＝Nd2，Nr3＝6-Nd1-Nd2)，参考工作基本原则中情况3描述：在所有车辆都能充电的前提下，优先满足先充电车辆的功率需求，即功率需求满足的优先级从高到低如下： 1#充电枪到6#充电枪。则需按照顺序Nr3→Nr2→Nr1判断它们的值是否为1，如不为1则减去1且判断结束。此时各枪输出为Nr1，Nr2， Nr3，Nr4＝1，它们的输出未必能满足Ndx要求，Nr1+Nr2+Nr3+Nr4＝6。
步骤S5-3：基于步骤S4-4，如Nd1+Nd2+Nd3＜6，
Nd1+Nd2+Nd3+Nd4≥6，此时Nr1＝Nd1，Nr2＝Nd2，Nr3＝Nd3，4#充电枪功率模块数量Nr4＝6-Nd1-Nd2-Nd3；
步骤S5-4：基于步骤S4-4，如Nd1+Nd2+Nd3＜6，Nd1+Nd2+Nd3+Nd4＜ 6，此时Nr1＝Nd1，Nr2＝Nd2，Nr3＝Nd3，4#充电枪功率模块数量 Nr4＝Nd4；
步骤6：1#充电枪充电、2#充电枪充电、3#充电枪充电、4#充电枪充电时，5#充电枪充电开始充电，其余无充电需求；
步骤6-1：基于步骤5-1，若Nr1＝3，Nr2＝1，Nr3＝1，Nr4＝1，则 5#充电枪Nr5＝1，Pr5＝30kW；此时，Nd1＝2，Nd2＝1，Nd3＝1，Nr4＝1， Nr5＝1；
步骤6-2：基于步骤5-2和步骤5-3中各枪输出为(Nr1，Nr2， Nr3，Nr4＝1，Nr1+Nr2+Nr3+Nr4＝6)或(Nr1＝Nd1，Nr2＝Nd2，Nr3＝Nd3， Nr4＝6-Nd1-Nd2-Nd3)，参考工作基本原则中情况3描述：在所有车辆都能充电的前提下，优先满足先充电车辆的功率需求，即功率需求满足的优先级从高到低如下：1#充电枪→6#充电枪。则需按照顺序 Nr4→Nr3→Nr2→Nr1判断它们的值是否为1，如不为1则减去1且判断结束。此时各枪输出为Nr1，Nr2，Nr3，Nr4，Nr5＝1，它们的输出未必能满足Ndx要求，Nr1+Nr2+Nr3+Nr4+Nr5＝6；
步骤6-3：基于步骤5-4，如Nd1+Nd2+Nd3+Nd4＜6， Nd1+Nd2+Nd3+Nd4+Nd5＜6，此时Nr1＝Nd1，Nr2＝Nd2，Nr3＝Nd3，Nr4＝Nd4， 5#充电枪功率模块数量Nr5＝Nd5；
步骤7：1#充电枪、2#充电枪、3#充电枪、4#充电枪、5#枪充电时，6#充电枪开始充电，其余无充电需求；
此时6把枪均有充电需求，功率模块均分，即Nr1＝1，Nr2＝1， Nr3＝1，Nr4＝1，Nr5＝1，Nr6＝1；
实施例2：
实施例2所述的一种用于大功率直流充电机全矩阵分配装置是与实施例1所述的一种用于大功率直流充电机全矩阵分配方法配套的，包括数个功率模块、数个功率分配单元和数个充电枪，每一个功率模块均连接一个功率分配单元，每一个功率分配单元均设置N个输出端，功率分配单元的N个输出端分别连接N个充电枪；
充电枪用于为电动车辆充电，功率模块用于交流/直流转换；
功率分配单元设有一个输入端、N个数端，每一个功率分配单元的输入端连接一个功率模块；
所有功率分配单元的N个输出端均分别连接所述N个充电枪。
如图1所示，一个功率模块对应一个功率分配单元，即1#功率模块对应功率分配单元1，功率分配单元1为1进6出的分配单元。基于此单元，1#功率模块可被调用至直流输出-1至直流输出-6，即可调用至6把枪中的任意一把。同样，2#功率模块-6#功率模块分别对应功率分配单元2至功率分配单元6。分别能被分配至6把枪。
本发明所述的一种用于大功率直流充电机全矩阵分配方法，解决了在满足所有充电车辆均能充电的前提下，优先满足先充电的车辆需求；按车辆的充电需求及整体运行的策略的优先级，实时进行功率柔性分配的技术问题，本发明实现了充电功率柔性分配；以先到先得，在满足所有车辆均能充电的前提下，优先满足先充车辆的充电功率需求；本发明充电效率高，提高了功率模块的利用率，提高了充电桩的运营效率，减小充电桩的散热，充电桩能工作在更好的工况下，能够减小或改善充电机对电网质量的影响。
在本发明中，流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现定制逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本发明的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本发明的实施例所属技术领域的技术人员所理解。
在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行系统、装置或设备 (如基于计算机的系统、包括处理器的系统或其他可以从指令执行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统)使用，或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用。就本说明书而言，"计算机可读介质"可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用的装置。计算机可读介质的更具体的示例(非穷尽性列表)包括以下：具有一个或多个布线的电连接部(电子装置)，便携式计算机盘盒(磁装置)，随机存取存储器(RAM)，只读存储器(ROM)，可擦除可编辑只读存储器(EPROM或闪速存储器)，光纤装置，以及便携式光盘只读存储器(CDROM)。另外，计算机可读介质甚至可以是可在其上打印所述程序的纸或其他合适的介质，因为可以例如通过对纸或其他介质进行光学扫描，接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行处理来以电子方式获得所述程序，然后将其存储在计算机存储器中。
应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。如，如果用硬件来实现和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA) 等。
本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。
此外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (5)

1.一种用于大功率直流充电机全矩阵分配方法，其特征在于：包括建立充电机，充电机包括数个充电枪、数个功率分配单元和数个功率模块，充电枪根据充电先后的顺序的排序规则，顺序将充电枪排序为1#充电枪到N#充电枪，N取值为从1到充电枪的总数，取值正整数，所有充电枪不以物理安装顺序为排序依据，仅以充电的先后顺序为排序依据，每一个功率模块均连接一个功率分配单元，每一个功率分配单元均设置N个输出端，功率分配单元的N个输出端分别连接N个充电枪，为每一个功率模块预设一个地址；
每一个功率模块均连接一个功率分配单元，每一个功率分配单元均设置N个输出端，功率分配单元的N个输出端分别连接N个充电枪；
充电枪用于为电动车辆充电，功率模块用于交流/直流转换；
功率分配单元设有一个输入端、N个数端，每一个功率分配单元的输入端连接一个功率模块；
所有功率分配单元的N个输出端均分别连接所述N个充电枪
根据以下三种情况进行分配：
第一种情况：在充电过程中，如有任何一把充电枪停止充电，则按照充电先后的顺序的排序规则，将停止充电的充电枪的后面的充电枪的排序依次前移，保证在任何情况下，最多只会出现1#充电枪至N#充电枪；
第二种情况：在初始开始充电过程中，功率模块的工作顺序按功率模块的地址依次进行功率切换；
在充电桩运行过程中会进行复杂的功率切换，但是不再将功率模块重新排序切换，即功率模块的切入与切出；在切换中的功率模块切入也同样以地址靠前的优先切入，地址靠后的优先切出；
第三种情况：在所有充电枪均能正常充电的情况下，充电枪的功率需求的优先级为从高到底，先充电为高级；
设定1#充电枪到N#充电枪的功率需求分别为Pd1到Pdx，x取值与N相同，设定所有充电枪的实际总功率为Pn，设定功率模块的工作功率段为Px，则，功率模块的需求数量为：
Ndx＝Pdx÷Px；
Ndx的计算结果取整数；
设定实际供给各充电枪的功率模块数量为Nr1到Nrx，x取值与N相同，那么最大可调用的功率模块的数量为Nn：
Nn＝Pn/Px
在根据所述三种情况进行分配时，具体包括如下步骤：
步骤1：充电机获得充电需求，从待机进入充电状态，此时通过闭合与功率模块相连接的交流接触器来唤醒功率模块；
步骤2：当1#充电枪开始充电，其余充电枪无充电需求时，执行如下步骤：
步骤A1：1#充电枪的功率模块需求数量Nd1≥ N个，而充电桩最大模块数量Nn＝N；
N个功率模块都分配给1#充电枪充电，即Nr1＝N，1#充电枪功率为Pr1＝Pn；
步骤A2：1#充电枪的功率模块需求数量Nd1＜N；
Nd1个功率模块分配给1#充电枪，Nr1＝Nd1，1#充电枪的功率为：
Pr1＝Nd1×Px；
步骤3：当1#充电枪充电时，2#充电枪充电开始充电，其余充电枪无充电需求时，执行如下步骤：
步骤B1：基于步骤A1，
1#充电枪的功率模块需求数量Nd1≥ N个，而2#充电枪也有充电需求；
根据所述第三种情况，所有充电枪均能正常充电的情况下，
1#充电枪充电功率分配Nr1＝N-1，Pr1＝Pn-Px，
2#充电枪功率模块数量分配Nr2＝1，Pr2＝Px；
此时不管2#充电枪的需求功率是多少，只分配Px；
步骤B2：基于步骤A2，
1#充电枪的功率模块需求数量Nd1＜N；
如N≤ Nd1+Nd2，提供给2#充电枪功率模块数量分配Nr2＝N-Nr1，此时的Nr1＝Nd1；
步骤B3：基于步骤A2，
1#充电枪的功率模块需求数量Nd1＜N；
如Nd1+Nd2＜N，提供给2#充电枪的功率模块数量为Nr2＝Nd2；
步骤4：当1#充电枪和2#充电枪均充电时，3#充电枪充电开始充电，其余充电枪无充电需求时，执行如下步骤：
步骤C1：基于步骤B1，
1#充电枪的功率模块需求数量Nd1≥ N个，而2#充电枪和3#充电枪同样有充电需求；
根据所述第三种情况，所有充电枪均能正常充电的情况下，
1#充电枪功率模块数量分配Nr1＝N-2，Pr1＝Pn-a×Px，a为除了1#充电枪以外的所有进行充电的充电枪的数量，
2#充电枪功率模块数量分配为Nr2＝1，Pr2＝Px，3#充电枪功率模块数量分配为Nr3＝1，Pr3＝Px，即，此时Nr1＝N-2，Nr2＝1，Nr3＝1；
步骤C2：基于步骤B2，
N≤ Nd1+Nd2，如Nr1＝Nd1，Nr2＝N-Nd1，
此时1#充电枪和2#充电枪的实际输出功率模块总数量为N；
根据所述第三种情况，所有充电枪均能正常充电的情况下，充电枪的功率需求的优先级为从高到底，即功率需求满足的优先级从高到底如下：1#充电枪到N#充电枪，1#充电枪的优先级最高；
则需按照顺序逐一判Nr2到Nr1的值是否为1，如不为1则减去1且判断结束；
此时1#充电枪、2#充电枪和3#充电枪的输出分别为Nr1，Nr2，
Nr3＝1，它们的输出未必能满足Ndx要求，而Nr1+Nr2+Nr3＝N；
步骤C3：基于步骤B3，
如Nd1+Nd2＜N，N≤ Nd1+Nd2+Nd3，则Nr1＝Nd1，Nr2＝Nd2，
3#充电枪功率模块数量Nr3＝N-Nd1-Nd2；
步骤C4：基于步骤B3，
如Nd1+Nd2＜N，Nd1+Nd2+Nd3＜N，则Nr1＝Nd1，Nr2＝Nd2，
3#充电枪功率模块数量Nr3＝Nd3；
步骤5：当1#充电枪、2#充电枪和3#充电枪均充电时，4#充电枪充电开始充电，其余充电枪无充电需求时，执行如下步骤；
步骤D1：基于步骤C1，
Nr1＝N-2，Nr2＝1，Nr3＝1，
则4#充电枪Nr4＝1，Pr4＝Px，此时Nr1＝N-3，Nr2＝1，Nr3＝1，
Nr4＝1；
步骤D2：基于步骤C2和步骤C3，
Nr1，Nr2，Nr3＝1，Nr1+Nr2+Nr3＝N或Nr1＝Nd1，Nr2＝Nd2，Nr3＝N-Nd1-
Nd2，
根据所述第三种情况，所有充电枪均能正常充电的情况下，充电枪的功率需求的优先级为从高到底，则需按照顺序判断Nr3到Nr2到Nr1的值是否为1，如不为1则减去1且判断结束；
此时各充电枪输出为Nr1，Nr2，Nr3，Nr4＝1，它们的输出未必能满足Ndx要求，Nr1+Nr2+Nr3+Nr4＝N；
步骤D3：基于步骤C4，
如Nd1+Nd2+Nd3＜N，
N≤ Nd1+Nd2+Nd3+Nd4，
此时Nr1＝Nd1，Nr2＝Nd2，Nr3＝Nd3，
4#充电枪功率模块数量Nr4＝N-Nd1-Nd2-Nd3；
步骤D4：基于步骤C4，
如Nd1+Nd2+Nd3＜6，Nd1+Nd2+Nd3+Nd4＜6，
此时Nr1＝Nd1，Nr2＝Nd2，Nr3＝Nd3，
4#充电枪功率模块数量Nr4＝Nd4；
步骤6：当1#充电枪、2#充电枪、3#充电枪....M#充电枪均充电时，L#充电枪充电开始充电，L＝M+1，L的取值小于等于N，其余充电枪无充电需求时，执行如下步骤；
步骤E1：基于步骤d1的方法得到，
Nr1＝N-M，Nr2＝1，Nr3＝1，...，NrM＝1，
则L#充电枪NrL＝1，PrL＝Px，
此时Nr1＝N-(L-1)，Nr2＝1，Nr3＝1，...，NrM＝1，NrL＝1；
步骤E2：基于步骤C2和步骤C3的方法得到，
Nr1，Nr2，Nr3，...，NrM＝1，Nr1+Nr2+Nr3+...+NrM＝N或Nr1＝Nd1，
Nr2＝Nd2，Nr3，NrM＝N-Nd1-Nd2-Nd3-...-Nr(M-1)，
根据所述第三种情况，所有充电枪均能正常充电的情况下，充电枪的功率需求的优先级为从高到底，则需按照顺序判断NrM到Nr1的值是否为1，如不为1则减去1且判断结束；
此时各充电枪输出为Nr1，Nr2，Nr3，...，NrM，NrL＝1，
它们的输出未必能满足Ndx要求，Nr1+Nr2+Nr3+...+NrM+Nr4＝N；
步骤E3：基于步骤C4的方法得到，
如Nd1+Nd2+Nd3+...+NrM＜N，
N≤ Nd1+Nd2+Nd3+...+NrM+NdL，
此时Nr1＝Nd1，Nr2＝Nd2，Nr3＝Nd3，...，NrM＝NdM，
L#充电枪功率模块数量NrL＝N-Nd1-Nd2-Nd3-...-NdM；
步骤E4：基于步骤C4的方法得到，
如Nd1+Nd2+Nd3+...+NrM＜N，Nd1+Nd2+Nd3...+NrM+NdL＜N，
此时Nr1＝Nd1，Nr2＝Nd2，Nr3＝Nd3，...，NrM＝NdM，
L#充电枪功率模块数量NrL＝NdL；
步骤7：当1#充电枪、2#充电枪、3#充电枪....K#充电枪均充电时，N#充电枪充电开始充电，K＝N-1；此时所有充电枪均有充电需求，功率模块均被分配，即Nr1＝1，Nr2＝1，Nr3＝1，...，NrM＝1，NrL＝1，NrK＝1，NrN＝1。
2.如权利要求1所述的一种用于大功率直流充电机全矩阵分配方法，其特征在于：所述充电枪的功率需求根据充电车辆的供电需求电压和供电需求电流计算获得。
3.如权利要求1所述的一种用于大功率直流充电机全矩阵分配方法，其特征在于：在充电过程中，未有充电枪充满结束，但有因部分充电枪充电需求变小而释放的功率模块；
此时，按照充电先后顺序，即先充先得的顺序，对Ndx与Nrx做比较，将释放的功率模块分配给Nrx＜Ndx的充电枪，释放的功率模块按照地址顺序，从小到大顺序依次分配。
4.如权利要求1所述的一种用于大功率直流充电机全矩阵分配方法，其特征在于：在多枪充电过程中，如有枪临时离开或充满离开，部分功率模块被释放；根据所述第一种情况为依据，仅以充电的先后顺序为依据；即第一个充电的为1#充电枪，最后一个充电的为N#充电枪；
在充电过程中，如有任何一把充电枪停止充电，则将停止充电的充电枪后的充电枪顺序依次往前移，保证在任何情况下，最多只会出现至N#充电枪；此时，按照充电先后顺序，即先充先得的顺序，对Ndx与Nrx做比较，将释放的功率模块分配给Nrx＜Ndx的充电枪，释放的功率模块按照地址顺序，从小到大顺序依次分配，使先充的充电枪
Ndx＝Nrx，若还有功率模块未分配，则对后面充电枪继续进行判断，直到功率模块分配完或充电枪均能满足Ndx需求为止。
5.如权利要求1所述的一种用于大功率直流充电机全矩阵分配方法，其特征在于：如在部分充电枪充电结束后，有充电枪进入工作状态，则调用所述步骤2至所述步骤7的方法进行判断及功率分配。
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