CN112659955B - 一种二维矩阵型充电堆功率分配装置及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种二维矩阵型充电堆功率分配装置及其控制方法，该分配装置包括充电控制器、若干功率模块、若干充电电压相同的充电桩以及若干压降相同的开关、若干与充电桩连接的母线，其中充电桩的最大功率相同，功率模块和充电桩的数量相同；多个将母线与功率模块进行连接的开关组成二维矩阵型开关矩阵，充电控制器用于控制二维矩阵型开关矩阵中开关的开闭，每个功率模块与四条不同母线相连，使用开关数量为30个。本发明能够提高充电设备利用率、能量转换效率、车辆兼容性，还能够满足未来电池发展的超大功率需求。

Description

一种二维矩阵型充电堆功率分配装置及其控制方法
技术领域
本发明涉及电动汽车充电技术领域，具体是一种二维矩阵型充电堆功率分配装置及其控制方法。
背景技术
随着社会的进步以及环保意识的增强，电动汽车由于以车载电源为动力，能够解决燃油汽车尾气排放污染环境，高能耗等问题而逐步受到青睐。而电动汽车的充电问题是人们非常关注的问题，其关系到电动汽车的普及和推广。充电设施的飞速发展，当前充电技术又有了越来越多的新要求。当前的柔性充电发展的技术上主要有以下三种解决方法：GGFW供充柔性充电技术，CMS主动柔性智能充电系统，柔性矩阵充电堆技术。现有技术存在的问题主要有：设备利用率低、能量转换效率低、车辆兼容性等。
发明内容
本发明的目的是提供一种二维矩阵型充电堆功率分配装置及其控制方法，通过柔性控制直流充电堆来分配功率，按照电动汽车提供的充电需求动态分配站内所有电动汽车充电功率，满足用户群的需求，提高了充电设施的能量转换效率及设备利用率，该技术能适应车载动力电池技术的发展趋势，使现在投资的充电设备在未来得以持续使用，解决了现有技术中存在的设备利用率低、能量转换效率低、车辆兼容性差的问题。
本发明所采用的技术方案是：
一种二维矩阵型充电堆功率分配装置，包括充电控制器、若干功率模块、若干充电电压相同的充电桩以及若干压降相同的开关、若干与充电桩连接的母线，其中充电桩的最大功率相同，功率模块和充电桩的数量相同；
多个将母线与功率模块进行连接的开关组成二维矩阵型开关矩阵，充电控制器用于控制二维矩阵型开关矩阵中开关的开闭，A～J代表功率模块，1～10代表充电桩所在的母线，每个功率模块与四条不同母线相连，其中A-1、B-2、C-3、D-4、E-5、F-5、G-7、H-8、I-9、J-10这10个节点直接相连无开关，其余功率模块与母线的节点均通过开关连接，使用开关数量为30个。
进一步的，每一柔性充电堆配置一个二维矩阵型开关矩阵，柔性充电堆通过CAN网络实时上传功率模块的工作状态至充电控制器进行相应的柔性充电计算，充电控制器计算得出柔性充电堆的切换控制方法并下传至继电器阵列以控制切换二维矩阵型开关矩阵中的开关的开闭状态，从而实现充电站内充电功率的动态分配。
进一步的，所述充电控制器的CAN总线接口包括CAN-C与m个CAN接口，接口CAN-C与功率模块相连，第m个接口CANm与第m辆汽车的BMSm相连，其中m为大于1的整数。
进一步的，所述充电控制器包括服务器、监控系统以及充电桩群，功率模块和充电桩的工作信息将被实时上传到服务器，服务器采集所有的充电站充电状态信息以及第三方平台的交互信息，并通过互联网传到监控系统，充电桩群根据柔性充电的需求进行充电过程的安排调度。
一种上述二维矩阵型充电堆功率分配装置的控制方法，包括以下步骤：
步骤a，首先充电控制器发送一个状态指令，指示系统当前处于初始化状态，二维矩阵型开关矩阵上的开关都处于断开状态；
步骤b，每个功率模块的自检测器将功率模块的状态信息上传至充电控制器；
步骤c，充电控制器根据第三方云平台获得充电站内所有车辆的充电需求信息、车辆的电池管理系统(BMS)信息以及功率模块工作信息计算后，按照给定的柔性直流充电堆策略，进行功率模块的输出控制以及二维矩阵型开关矩阵的开关切换；
步骤d，充电控制器获取实时上传的功率模块工作信息以及车辆充电状态信息，当满足车辆充电需求后充电控制器发送一个结束指令，对应该车辆充电桩的功率模块以及二维矩阵型开关矩阵的开关将重新处于断开状态进一步的，
本发明的有益效果是：
(1)二维矩阵型充电堆功率分配装置很好的解决了目前充电站中存在的短板，不仅提高了设备利用率、能量转换效率、车辆兼容性，还非常符合未来电池技术发展、电池充电倍率不断提升带来的超大功率需求；
(2)二维矩阵型充电堆功率分配装置的开关使用少、柔性度较高，并且所有的充电桩均能通过合理分配获得最大功率，此外每路电流通过的最大开关数量较少，损耗较低；
(3)二维矩阵型充电堆功率分配装置让所有分配模式下开关只需要流过一倍电流，不仅提升了安全性还降低了在开关上的损耗。
附图说明
图1是本发明二维矩阵型充电堆功率分配装置的结构示意图；
图2是本发明二维矩阵型充电堆功率分配装置的原理框图。
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，本发明二维矩阵型充电堆功率分配装置包括充电控制器、若干功率模块、若干充电电压相同的充电桩以及若干压降相同的开关、若干与充电桩连接的母线，其中充电桩的最大功率相同，功率模块和充电桩的数量相同；
多个将母线与功率模块进行连接的开关组成二维矩阵型开关矩阵，充电控制器用于控制二维矩阵型开关矩阵中开关的开闭，A～J代表功率模块，1～10代表充电桩所在的母线，每个功率模块与四条不同母线相连，其中A-1、B-2、C-3、D-4、E-5、F-5、G-7、H-8、I-9、J-10这10个节点直接相连无开关，其余功率模块与母线的节点均通过开关连接，使用开关数量为30个。
在图1所示每一柔性充电堆中，配置有一个二维矩阵型开关矩阵，柔性充电堆通过CAN网络实时上传功率模块的工作状态至充电控制器进行相应的柔性充电计算，充电控制器计算得出柔性充电堆的切换控制方法并下传至继电器阵列以控制切换二维矩阵型开关矩阵中的开关的开闭状态，从而实现充电站内充电功率的动态分配。
请进一步参阅图2，所述充电控制器的CAN总线接口包括CAN-C与m个CAN接口，接口CAN-C与功率模块相连，第m个接口CANm与第m辆汽车的BMSm相连，其中m为大于1的整数。
所述充电控制器包括服务器、监控系统以及充电桩群，功率模块和充电桩的工作信息将被实时上传到服务器，服务器采集所有的充电站充电状态信息以及第三方平台的交互信息，并通过互联网传到监控系统，充电桩群根据柔性充电的需求进行充电过程的安排调度。
本发明实施例还提供一种二维矩阵型充电堆功率分配装置的控制方法，包括以下步骤：
步骤a，首先充电控制器发送一个状态指令，指示系统当前处于初始化状态，二维矩阵型开关矩阵上的开关都处于断开状态；
步骤b，每个功率模块的自检测器将功率模块的状态信息上传至充电控制器；
步骤c，充电控制器根据第三方云平台获得充电站内所有车辆的充电需求信息、车辆的电池管理系统(BMS)信息以及功率模块工作信息计算后，按照给定的柔性直流充电堆策略，进行功率模块的输出控制以及二维矩阵型开关矩阵的开关切换；
步骤d，充电控制器获取实时上传的功率模块工作信息以及车辆充电状态信息，当满足车辆充电需求后充电控制器发送一个结束指令，对应该车辆充电桩的功率模块以及二维矩阵型开关矩阵的开关将重新处于断开状态。
下面以一个具体实施例对本发明的技术方案进行详细说明：
如图2所示，二维矩阵型充电堆功率分配装置包括充电控制器、10个40kw的功率模块、10个充电电压为750v的充电桩，且单桩最大功率为200kw；压降为2v的开关若干。
多个将母线与功率模块进行连接的开关组成二维矩阵型开关矩阵，其中二维矩阵型开关矩阵将A～J代表功率模块，1～10代表充电桩所在的母线。每一纵排的4条母线连接在一起，其中A-1、B-2、C-3、D-4、E-5、F-5、G-7、H-8、I-9、J-10这10个节点无开关，其余节点均通过开关连接。同一个数字的节点也在同一母线上，使用开关数量为30个。
本发明实施例还提供一种二维矩阵型充电堆功率分配装置的控制方法，具体按照以下步骤实施：
步骤a，假设充电控制器检测到所有设备均正常且处于初始化状态；
步骤b，根据第三方获得充电桩5的车辆需要功率200kw，充电桩6的车辆需要功率200kw，充电控制器综合信息计算后按照给定的柔性直流充电堆策略，进行功率模块群的输出控制以及二维矩阵型矩阵的开关切换；
步骤c，充电控制器首先闭合功率模块D、H、I与母线5之间的开关、功率模块E与母线1之间的开关，同时充电控制器闭合功率模块F与母线2、3、7之间的开关、功率模块J与母线6之间的开关；
步骤d，充电控制器获取实时上传的功率模块群工作信息以及车辆充电状态信息，当满足车辆充电需求后充电控制器发送一个结束指令，对应该车辆充电桩的功率模块以及二维矩阵型矩阵的开关将重新处于断开状态。
其中，对于充电桩5，充电控制器首先闭合功率模块D、H、I与母线5之间的开关、功率模块E与母线1之间的开关，即功率模块D、E、H、I直接向充电桩5输送功率，而功率模块A先通过母线1再通过母线5向充电桩5输送功率；对于充电桩6，充电控制器首先闭合功率模块F与母线2、3、7之间的开关、功率模块J与母线6之间的开关，即功率模块F、J直接通过母线6向充电桩6输送功率，而功率模块B、C、G分别先通过母线2、3、7再一起通过母线6向充电桩6输送功率。
本发明在柔性直流充电堆中加入二维矩阵型开关矩阵，方便输出功率控制，面对不同负载情况合理的分配调控输出量，实现了多个功率模块的能量调配。相比于传统的固定功率充电方式，该发明提高了充电设备利用率和能量转换效率，也解决了车辆充电功率兼容性差的问题，同时保证了充电设施的使用寿命；本发明中的二维矩阵型充电堆功率分配装置相比于现有的柔性直流充电堆模块具有开关使用少、柔性度更高的特点，同时每路电流通过的最大开关数量较少，所以损耗也较低。
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 (1)

1.一种二维矩阵型充电堆功率分配装置的控制方法，其特征在于，所述二维矩阵型充电堆功率分配装置包括充电控制器、若干功率模块、若干充电电压相同的充电桩以及若干压降相同的开关、若干与充电桩连接的母线，其中充电桩的最大功率相同，功率模块和充电桩的数量相同；
多个将母线与功率模块进行连接的开关组成二维矩阵型开关矩阵，充电控制器用于控制二维矩阵型开关矩阵中开关的开闭，A～J代表功率模块，1～10代表充电桩所在的母线，每个功率模块与四条不同母线相连，其中A-1、B-2、C-3、D-4、E-5、F-6、G-7、H-8、I-9、J-10这10个节点直接相连无开关，其余功率模块与母线的节点均通过开关连接，使用开关数量为30个；
每一柔性充电堆配置一个二维矩阵型开关矩阵，柔性充电堆通过CAN网络实时上传功率模块的工作状态至充电控制器进行相应的柔性充电计算，充电控制器计算得出柔性充电堆的切换控制方法并下传至继电器阵列以控制切换二维矩阵型开关矩阵中的开关的开闭状态，从而实现充电站内充电功率的动态分配；
所述充电控制器的CAN总线接口包括CAN-C与m个CAN接口，接口CAN-C与功率模块相连，第m个接口CANm与第m辆汽车的BMSm相连，其中m为大于1的整数；
包括以下步骤：
步骤a，首先充电控制器发送一个状态指令，指示系统当前处于初始化状态，二维矩阵型开关矩阵上的开关都处于断开状态；
步骤b，每个功率模块的自检测器将功率模块的状态信息上传至充电控制器；
步骤c，充电控制器根据第三方云平台获得充电站内所有车辆的充电需求信息、车辆的电池管理系统(BMS)信息以及功率模块工作信息计算后，按照给定的柔性直流充电堆策略，进行功率模块的输出控制以及二维矩阵型开关矩阵的开关切换；
步骤d，充电控制器获取实时上传的功率模块工作信息以及车辆充电状态信息，当满足车辆充电需求后充电控制器发送一个结束指令，对应该车辆充电桩的功率模块以及二维矩阵型开关矩阵的开关将重新处于断开状态。
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