CN112659931A - 一种x矩阵型充电堆功率分配装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种X矩阵型充电堆功率分配装置及方法，该装置包括功率模块组、矩阵开关模块以及充电终端模块；所述矩阵开关模块为X型开关矩阵，用于连接充电终端模块与功率模块组，由3n个开关组成，其中n为大于1的整数；所述功率模块组的正极通过3个开关与3个不同的充电终端模块的正极相连，各功率模块组的负极并接在一起后与各充电终端模块的负极相连后接地。本发明还提供一种X矩阵型充电堆功率分配方法。本发明采用了X型开关矩阵，以此实现了任意模块可向任意功率模块组供电，柔性度极高，而且可以减少开关数量。

Description

一种X矩阵型充电堆功率分配装置及方法

技术领域

本发明涉及控制系统领域，具体是一种X矩阵型充电堆功率分配装置及方法。

背景技术

在能源短缺和化石燃料污染严重的当下，同时随着电机、动力电池技术的不断发展与突破，新能源汽车产业在世界范围内得到了发展和推广，也成为了我国节能减排和实现向汽车大国迈进的必由之路。发展新能源汽车已上升为国家战略，有着能源安全和环境保护的双重意义。

全球新能源汽车市场自2014年起呈现出加速增长的趋势，而中国自2015年起便迅速成为了全球销量稳居第一且增速最快的市场，2019年全年中国新能源汽车销量占到世界新能源汽车总销量的54.8％。在国内，新能源市场主要集中在限购城市，销量前十的城市新能源汽车总销售量占全国超过半数。同时，受到纯电汽车低温动力和经济性局限的因素影响，整体呈现南多北少的销量分布。

纯电动汽车和混合动力汽车的发展在近年政策的大力推进和技术进步的条件下取得了可观的成绩，但目前仍面临着成本居高不下、充电时间长、里程焦虑、电池寿命衰减和低温动力性等市场关切的瓶颈问题。另外，国家在新能源汽车零部件和整车检测方面，出台的法规标准仍处于逐渐完善的阶段。

目前市面上存在的主流布线装置有布线复杂、占空间较大、柔性度低，开关数量多等问题

发明内容

本发明提供一种X矩阵型充电堆功率分配装置及方法，可解决现有技术布线复杂、占空间较大、柔性度低，开关数量多等问题。

一种X矩阵型充电堆功率分配装置，包括功率模块组、矩阵开关模块以及充电终端模块；

所述矩阵开关模块为X型开关矩阵，用于连接充电终端模块与功率模块组，由3n个开关组成，其中n为大于1的整数；

所述功率模块组的正极通过3个开关与3个不同的充电终端模块的正极相连，各功率模块组的负极并接在一起后与各充电终端模块的负极相连后接地；

每个功率模块组由至少两个功率模块串联组成，将n个功率模块组从M1到Mn命名，m个充电终端模块从T1到Tm命名，功率模块组M1通过开关连接到Tm，T1，T2号充电终端模块，功率模块M2通过开关连接到T1，T2，T3号充电终端模块，以此类推，使用开关个数为3n个，其中n为大于1的整数，且与m相等。

一种X矩阵型充电堆功率分配方法，其采用上述装置进行，所述方法包括如下步骤：

1)功率模块组的正极通过矩阵开关模块与充电终端模块的正极连接，各功率模块组的负极并接在一起后与各充电终端模块的负极相连；

2)功率模块组通过矩阵开关模块控制充电终端模块，通过控制开矩阵中开关的开启和闭合控制输入到充电终端模块的功率；

3)矩阵开关模块与充电终端模块相连后，将充电终端模块的正极与功率模块组的正极相连接，未充电时，所有的开关均是断开状态，充电时，通过闭合矩阵开关模块中相应的开关来给对应充电终端模块的车辆进行充电。

进一步的，所述步骤1)中每个功率模块组都通过3个开关与3个不同的充电终端模块相连接。

进一步的，所述矩阵开关模块由3n个开关组成，功率模块组数量n和充电枪个数m一一对应，数量相等，其中n和m为大于1的整数。

进一步的，所述步骤3)中矩阵开关模块的开关在开启及闭合状态如下：

3a)当单独一辆汽车接在充电终端模块Tp处充电时，需要判断该汽车的充电功率和单个功率模块组的倍数关系c，再闭合任意c个功率模块组到充电终端模块Tp线路上所有的开关，即可为该汽车供电，其中p和c为大于等于1的整数且c不大于n；

3b)当给两辆汽车充电时，两辆汽车1，2分别接在充电枪T1和充电枪T2处，需要判断倍数关系c1和c2，再闭合不重复的两组数量为c1和c2的功率模块组到对应汽车1，2间所有的开关，即可为两辆汽车充电，其中c1和c2为大于等于1的整数且c1与c2之和不大于n；

3c)当有m辆汽车同时进行充电时，需判断倍数关系c1，c2，...，cm，再闭合不重复的m组数量为c1，c2，...，cn的功率模块组到对应汽车1，2，...，m间所有的开关，即可实现同时对m辆汽车同时进行充电。

本发明采用了X型开关矩阵，以此实现了任意模块可向任意功率模块组供电，柔性度极高，而且可以减少开关数量，以10功率模块+10枪为例，现有的方案如果想实现能量任意调度，需要100个继电器，成本和可靠性上无法接受，所以一般都采取折衷方案，牺牲灵活性，降低开关数量，采用本发明的技术方案可以减到40个，成本和数量都大为减少。

附图说明

图1是本发明X矩阵型充电堆功率分配装置的结构示意图；

图2是本发明X矩阵型充电堆功率分配装置其中一个实施例的电路结构图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，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的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。

请参阅图1，本发明X矩阵型充电堆功率分配装置其中一个实施例，包括功率模块组、矩阵开关模块以及充电终端模块。

所述矩阵开关模块为X型开关矩阵，用于连接充电终端模块与功率模块组，由3n个开关组成，其中n为大于1的整数；

所述功率模块组的正极通过3个开关与3个不同的充电终端模块的正极相连，各功率模块组的负极并接在一起后与各充电终端模块的负极相连后接地；

如图1所示，每个功率模块组由i个功率模块串联组成，将n个功率模块组从M1到Mn命名，m个充电终端模块从T1到Tm命名，功率模块组M1通过开关连接到Tm，T1，T2号充电终端模块，功率模块M2通过开关连接到T1，T2，T3号充电终端模块，以此类推，使用开关个数为3n个，其中n为大于1的整数，且与m相等。

所述充电终端模块主要为带有充电枪的充电桩，充电终端模块的正极通过3个开关与3个不同的功率模块组的正极相连接，负极并接在一起与功率模块组的负极相连接。

本发明还公开一种X矩阵型充电堆功率分配方法，其可采用上述装置进行，所述方法包括如下步骤：

1)功率模块组的正极通过矩阵开关模块与充电终端模块的正极连接，各功率模块组的负极并接在一起后与各充电终端模块的负极相连；

2)功率模块组通过矩阵开关模块控制充电终端模块，通过控制开矩阵中开关的开启和闭合控制输入到充电终端模块的功率；

3)矩阵开关模块与充电终端模块相连后，将充电终端模块的正极与功率模块组的正极相连接，未充电时，所有的开关均是断开状态，充电时，通过闭合矩阵开关模块中相应的开关来给对应充电终端模块的车辆进行充电。

在其中一个实施例中，所述步骤1)中每个功率模块组都通过3个开关与3个不同的充电终端模块相连接。

所述矩阵开关模块由3n个开关组成，功率模块组数量n和充电枪个数m一一对应，数量相等，其中n和m为大于1的整数。

所述步骤3)中矩阵开关模块的开关在开启及闭合状态如下：

3a)当单独一辆汽车接在充电终端模块Tp处充电时，需要判断该汽车的充电功率和单个功率模块组的倍数关系c，再闭合任意c个功率模块组到充电终端模块Tp线路上所有的开关，即可为该汽车供电，其中p和c为大于等于1的整数且c不大于n；

3b)当给两辆汽车充电时，两辆汽车1，2分别接在充电枪T1和充电枪T2处，需要判断倍数关系c1和c2，再闭合不重复的两组数量为c1和c2的功率模块组到对应汽车1，2间所有的开关，即可为两辆汽车充电，其中c1和c2为大于等于1的整数且c1与c2之和不大于n；

3c)当有m辆汽车同时进行充电时，需判断倍数关系c1，c2，...，cm，再闭合不重复的m组数量为c1，c2，...，cn的功率模块组到对应汽车1，2，...，m间所有的开关，即可实现同时对m辆汽车同时进行充电。

以下结合实施例做进一步说明

此时充电模块数量以及充电终端数量均为10，如图2所示。

一.实施例1

如图2所示，若一辆汽车在T1处进行充电，只需闭合开关k12，提供给汽车的充电功率为一个功率模块组的功率。

二.实施例2

如图2所示，若两辆汽车在T5、T6处进行充电，只需闭合开关k52,k62即可，提供给每辆车的充电功率均为一个功率模块组的功率。若T5、T6各需要5个功率模块组供电，则T5对应的闭合开关为k23,k32,k41,k43,k52,k61，对应的充电模块组为M2,M3,M4,M5,M6；T6对应的闭合开关为k12,k103,k91,k92,k81,k82,k71,k72，对应的充电模块组为M7,M8,M9,M10,M1。

三.实施例3

如图2所示，若三辆汽车在T5、T6、T7处进行充电，只需闭合开关k52,k62,K72即可，提供给每辆车的充电功率均为一个功率模块组的功率。若T5需要5个功率模块组供电，T6需要3个，T7需要2个，则T5对应的闭合开关为k23,k32,k41,k43,k52,k61，对应的功率模块组为M2,M3,M4,M5,M6；T6对面的闭合开关为k71,k73,k91,k93,k11；对应的功率模块组为M7,M9,M1；T7对面的闭合开关为k81,k83,k101；对应的功率模块组为M8,M10。

三.实施例4

如图2所示，若有10辆车将充电终端模块全部占满，只需闭合开关k12,k22,K32,k42,k52,K62,k72,K82,k92,K102即可，提供给每辆车的充电功率均为一个功率模块组的功率。

本发明实施例采用X型开关矩阵可实现任意模块向任意功率模块组供电，柔性度极高，而且可以减少开关数量，以10功率模块+10枪为例，现有的方案如果想实现能量任意调度，需要100个继电器，成本和可靠性上无法接受，所以一般都采取折衷方案，牺牲灵活性，降低开关数量，采用本发明的技术方案可以减到40个，成本和数量都大为减少。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (5)

1.一种X矩阵型充电堆功率分配装置，其特征在于：包括功率模块组、矩阵开关模块以及充电终端模块；

所述矩阵开关模块为X型开关矩阵，用于连接充电终端模块与功率模块组，由3n个开关组成，其中n为大于1的整数；

所述功率模块组的正极通过3个开关与3个不同的充电终端模块的正极相连，各功率模块组的负极并接在一起后与各充电终端模块的负极相连后接地；

每个功率模块组由至少两个功率模块串联组成，将n个功率模块组从M1到Mn命名，m个充电终端模块从T1到Tm命名，功率模块组M1通过开关连接到Tm，T1，T2号充电终端模块，功率模块M2通过开关连接到T1，T2，T3号充电终端模块，以此类推，使用开关个数为3n个，其中n为大于1的整数，且与m相等。

2.一种X矩阵型充电堆功率分配方法，其采用权利要求1或2中任一项所述装置进行，其特征在于：所述方法包括如下步骤：

1)功率模块组的正极通过矩阵开关模块与充电终端模块的正极连接，各功率模块组的负极并接在一起后与各充电终端模块的负极相连；

2)功率模块组通过矩阵开关模块控制充电终端模块，通过控制开矩阵中开关的开启和闭合控制输入到充电终端模块的功率；

3)矩阵开关模块与充电终端模块相连后，将充电终端模块的正极与功率模块组的正极相连接，未充电时，所有的开关均是断开状态，充电时，通过闭合矩阵开关模块中相应的开关来给对应充电终端模块的车辆进行充电。

3.如权利要求2所述的X矩阵型充电堆功率分配方法，其特征在于：所述步骤1)中每个功率模块组都通过3个开关与3个不同的充电终端模块相连接。

4.如权利要求3所述的X矩阵型充电堆功率分配方法，其特征在于：所述矩阵开关模块由3n个开关组成，功率模块组数量n和充电枪个数m一一对应，数量相等，其中n和m为大于1的整数。

5.如权利要求4所述的X矩阵型充电堆功率分配方法，其特征在于：

所述步骤3)中矩阵开关模块的开关在开启及闭合状态如下：

3a)当单独一辆汽车接在充电终端模块Tp处充电时，需要判断该汽车的充电功率和单个功率模块组的倍数关系c，再闭合任意c个功率模块组到充电终端模块Tp线路上所有的开关，即可为该汽车供电，其中p和c为大于等于1的整数且c不大于n；

3b)当给两辆汽车充电时，两辆汽车1，2分别接在充电枪T1和充电枪T2处，需要判断倍数关系c1和c2，再闭合不重复的两组数量为c1和c2的功率模块组到对应汽车1，2间所有的开关，即可为两辆汽车充电，其中c1和c2为大于等于1的整数且c1与c2之和不大于n；

3c)当有m辆汽车同时进行充电时，需判断倍数关系c1，c2，...，cm，再闭合不重复的m组数量为c1，c2，...，cn的功率模块组到对应汽车1，2，...，m间所有的开关，即可实现同时对m辆汽车同时进行充电。

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