CN112959914A - 一种功率分配及控制系统、及其应用的充电系统 - Google Patents

Abstract

本申请提供的一种功率分配及控制系统、及其应用的充电系统，包括：六个配置为有不同输出功率的动态分配模块；两个输出固定功率的固定分配模块；功率分配单元，其设有六个输入接口和两个输出接口，六个输入接口连接六个动态分配模块；两个输出接口连接两个固定分配模块或者直接连接充电终端；控制单元，分别与各固定分配模块、及功率分配单元连接，用于实时依据一或多个充电终端反馈的车辆充电需求，控制各固定分配模块以及各动态分配模块之间的通断以进行功率分配，以使一或多个充电终端输出的功率满足充电需求。本申请能够满足未来的大功率充电需求，可根据需求变化调整功率输出，灵活投切模块或退出模块，保证功率的最大化利用，降低运营成本。

Description

一种功率分配及控制系统、及其应用的充电系统

技术领域

本申请涉及功率分配充电系统技术领域，特别是涉及一种功率分配及控制系统、及其应用的充电系统。

背景技术

在电动汽车越来越普及的背景下，对充电桩提出了更高的要求。前期桩企设计的充电桩以中低功率均充轮充的模式为主，不能满足以后的充电需求，主要有以下几个方面：

1)在2020年6月发布的《电动汽车ChaoJi传导充电技术白皮书》中提到“Chaoji”技术标准主要设计参数为：最大电压1000V(可扩展到1500V)，最大电流600A，最大功率900kW；而现有的中低功率充电桩大多为120kW、60kW，将很难满足用户快速充电的需求。

2)目前充电模式一般为均充和轮充，均充的工作模式为将整桩的功率模块均分为两个单元分别给两个车辆充电，充电中模块不能退出，必须要等车辆充电完成才能将单元中的模块退出。轮充的工作模式为将整桩的功率模块作为一个单元给车辆充电，充电中模块不能退出，必须要等车辆充电完成才能将所有模块退出给其他车辆充电。这两种模式不能完全利用所有充电模块，浪费电能，对充电场站运营方造成损失；

因此，在基于以上情况的基础上，亟需一种可满足大功率充电及动态功率分配的控制系统。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本申请的目的在于提供一种功率分配及控制系统、及其应用的充电系统，用于解决现有技术中的至少一个问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本申请提供一种功率分配及控制系统，所述系统包括：六个配置为有不同输出功率的动态分配模块，其接入输入电源并按六路各自预设的输出功率进行输出；两个输出固定功率的固定分配模块，各固定分配模块固定接入充电终端；功率分配单元，其设有六个输入接口和两个输出接口，六个输入接口连接六个动态分配模块；两个输出接口连接两个固定分配模块或者直接连接充电终端；控制单元，分别与各固定分配模块、及功率分配单元连接，用于实时依据一或多个充电终端反馈的车辆充电需求，控制各固定分配模块以及各动态分配模块之间的通断以进行功率分配，以使一或多个充电终端输出的功率满足充电需求；其中，所述功率分配单元中与各动态分配模块连接的线路上分别设有用于控制通断的接触器；两个固定分配模块连接的线路上也设有接触器；各固定分配模块与充电终端连接的线上也设有接触器。

于本申请的一实施例中，所述功率分配单元与充电终端的配置比例为1：2；当需要增加充电终端时，将对应比例数量的功率分配单元分别接入六个动态分配模块即可。

于本申请的一实施例中，当充电终端为两个时，所述功率分配单元接入两个固定分配模块；当充电终端为超过两个时，新加入的所述功率分配单元可直接连接充电终端。

于本申请的一实施例中，当充电终端为两个时，将两个固定分配模块连接线路上的接触器接通，可使单个充电终端使用时输出满额最大功率。

于本申请的一实施例中，当充电终端超过两个时，没有接连固定分配模块的充电终端，可以输出全部动态分配模块的满额最大功率。

于本申请的一实施例中，各动态分配模块的输出功率可任意分配到每一个充电终端。

于本申请的一实施例中，各动态分配模块与各固定分配模块在不使用时，均可实现单端断电，而非保持待机状态。

于本申请的一实施例中，六个动态分配模块可按1：2：3的比例分配规划的最大动态功率。

于本申请的一实施例中，所述接触器为直流接触器；两个固定分配模块连接的线路上的接触器为并联。

为实现上述目的及其他相关目的，本申请提供一种充电系统，所述系统包括：如上所述的功率分配及控制系统；供配电单元，用于提供整个充电系统的交流和直流电源；功率变换单元，负责将供配电单元输的动力电源进行AC-DC或DC-DC功率变换，并接入功率分配及控制系统；充电终端，接入功率分配及控制系统，用于人机交互和车桩交互，以及实时获取车辆充电需求。

综上所述，本申请所述的一种功率分配及控制系统、及其应用的充电系统，所述系统包括：六个配置为有不同输出功率的动态分配模块，其接入输入电源并按六路各自预设的输出功率进行输出；两个输出固定功率的固定分配模块，各固定分配模块固定接入充电终端；功率分配单元，其设有六个输入接口和两个输出接口，六个输入接口连接六个动态分配模块；两个输出接口连接两个固定分配模块或者直接连接充电终端；控制单元，分别与各固定分配模块、及功率分配单元连接，用于实时依据一或多个充电终端反馈的车辆充电需求，控制各固定分配模块以及各动态分配模块之间的通断以进行功率分配，以使一或多个充电终端输出的功率满足充电需求；其中，所述功率分配单元中与各动态分配模块连接的线路上分别设有用于控制通断的接触器；两个固定分配模块连接的线路上也设有接触器；各固定分配模块与充电终端连接的线上也设有接触器。

具有以下有益效果：

本申请在满足当前车辆充电需求的前提下，单枪最大可输出540kW，能够满足未来的大功率充电需求，另外根据实际充电中的需求变化，调整功率输出，灵活投切模块或退出模块，保证功率的最大化利用，降低运营成本。

附图说明

图1显示为本申请于一实施例中的功率分配及控制系统的结构示意图。

图2显示为本申请于一实施例中的包含多个功率分配单元的功率分配及控制系统的结构示意图。

图3显示为本申请于一实施例中的充电系统的结构示意图。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本申请的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本申请的其他优点与功效。本申请还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本申请的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面以附图为参考，针对本申请的实施例进行详细说明，以便本申请所属技术领域的技术人员能够容易地实施。本申请可以以多种不同形态体现，并不限定于此处说明的实施例。

为了明确说明本申请，省略与说明无关的部件，对于通篇说明书中相同或类似的构成要素，赋予了相同的参照符号。

在通篇说明书中，当说某部件与另一部件“连接”时，这不仅包括“直接连接”的情形，也包括在其中间把其它元件置于其间而“间接连接”的情形。另外，当说某种部件“包括”某种构成要素时，只要没有特别相反的记载，则并非将其它构成要素排除在外，而是意味着可以还包括其它构成要素。

当说某部件在另一部件“之上”时，这可以是直接在另一部件之上，但也可以在其之间伴随着其它部件。当对照地说某部件“直接”在另一部件“之上”时，其之间不伴随其它部件。

虽然在一些实例中术语第一、第二等在本文中用来描述各种元件，但是这些元件不应当被这些术语限制。这些术语仅用来将一个元件与另一个元件进行区分。例如，第一接口及第二接口等描述。再者，如同在本文中所使用的，单数形式“一”、“一个”和“该”旨在也包括复数形式，除非上下文中有相反的指示。应当进一步理解，术语“包含”、“包括”表明存在所述的特征、步骤、操作、元件、组件、项目、种类、和/或组，但不排除一个或多个其他特征、步骤、操作、元件、组件、项目、种类、和/或组的存在、出现或添加。此处使用的术语“或”和“和/或”被解释为包括性的，或意味着任一个或任何组合。因此，“A、B或C”或者“A、B和/或C”意味着“以下任一个：A；B；C；A和B；A和C；B和C；A、B和C”。仅当元件、功能、步骤或操作的组合在某些方式下内在地互相排斥时，才会出现该定义的例外。

此处使用的专业术语只用于言及特定实施例，并非意在限定本申请。此处使用的单数形态，只要语句未明确表示出与之相反的意义，那么还包括复数形态。在说明书中使用的“包括”的意义是把特定特性、区域、整数、步骤、作业、要素及/或成份具体化，并非排除其它特性、区域、整数、步骤、作业、要素及/或成份的存在或附加。

表示“下”、“上”等相对空间的术语可以为了更容易地说明在附图中图示的一部件相对于另一部件的关系而使用。这种术语是指，不仅是在附图中所指的意义，还包括使用中的装置的其它意义或作业。例如，如果翻转附图中的装置，曾说明为在其它部件“下”的某部件则说明为在其它部件“上”。因此，所谓“下”的示例性术语，全部包括上与下方。装置可以旋转90°或其它角度，代表相对空间的术语也据此来解释。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的联通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请的具体含义。

为满足大功率充电及动态功率分配的控制系统，本申请提出一种功率分配及控制系统、及其应用的充电系统，本申请可在满足当前车辆充电需求的前提下，单枪最大可输出540kW，能够满足未来的大功率充电需求，另外根据实际充电中的需求变化，调整功率输出，灵活投切模块或退出模块，保证功率的最大化利用，降低运营成本。

如图1所示，展示本申请于一实施例中的功率分配及控制系统的结构示意图。优选地，其系统为充电终端200为两个时的结构示意图。如图所示，所述系统包括：

六个配置为有不同输出功率的动态分配模块110，其接入输入电源并按六路各自预设的输出功率进行输出。

优选地，六个动态分配模块110可按1：2：3的比例分配规划的最大动态功率。

两个输出固定功率的固定分配模块120，各固定分配模块120固定接入充电终端200。

举例来说，假设按照540kW的总功率来规划各分配模块的功率，则于一或多个实施方案中，两个固定分配模块120的功率可分别为120kW，六个动态分配模块110分配到的总功率可为300kW，六进两出，然后六个动态分配模块110可分别按照30kW、30kW、30kW、60kW、60kW、90kW再进行分配。

功率分配单元130，其设有六个输入接口和两个输出接口，六个输入接口连接六个动态分配模块110；两个输出接口连接两个固定分配模块120或者直接连接充电终端200。

所述功率分配单元130(Power Distribution Unit，PDU)，也就是常说的机柜用电源分配插座，是为机柜式安装的电气设备提供电力分配而设计的产品，拥有不同的功能、安装方式和不同插位组合的多种系列规格，能为不同的电源环境提供适合的机架式电源分配解决方案。PDU的应用，可使机柜中的电源分配更加整齐、可靠、安全、专业和美观，并使得机柜中电源的维护更加便利和可靠。

于本申请一实施例中，所述功率分配单元130与充电终端200的配置比例为1：2；当需要增加充电终端200时，将对应比例数量的功率分配单元130分别接入六个动态分配模块110即可。其中，当充电终端200为两个时，所述功率分配单元130接入两个固定分配模块120；当充电终端200为超过两个时，新加入的所述功率分配单元130可直接连接充电终端200。

简单来说，本申请所述功率分配单元130作为本系统六进两出的基本单元，当充电终端200(输出枪)增加时，可通过增加六进两出的功率分配单元130，实现功率动态分配。

控制单元140，分别与各固定分配模块120、及功率分配单元130连接，用于实时依据一或多个充电终端200反馈的车辆充电需求，控制各固定分配模块120以及各动态分配模块110之间的通断以进行功率分配，以使一或多个充电终端200输出的功率满足充电需求。

简单来说，充电终端200即为带充电枪的人机交互终端，当充电枪插入车辆时，车辆与充电终端200即可建立通信连接，进而充电终端200可知晓该车辆的充电功率需求，例如，车辆充电功率需求可在100kW左右，进而控制单元140就需要依据100kW的充电功率需求，控制各固定分配模块120以及各动态分配模块110之间的通断，以满足该充电功率需求。当有其他车辆也需要充电时，控制单元140则继续控制各固定分配模块120以及各动态分配模块110之间的通断，以供再满足新的车辆的充电功率需求。

其中，所述功率分配单元130中与各动态分配模块110连接的线路上分别设有用于控制通断的接触器150；两个固定分配模块120连接的线路上也设有接触器150；各固定分配模块120与充电终端200连接的线上也设有接触器150。

具体地，所述接触器150为直流接触器150；两个固定分配模块120连接的线路上的接触器150为并联。

于一或多个实施方案中，本申请所述系统可实现的具体充电策略如下：

假设继续按照上文举例来说，总功率按照540kW，两个固定分配模块120的功率分别为120kW，六个动态分配模块110分配到的总功率为300kW。

当充电终端200为两个时：

1)单个终端充电时，最大可输出540kW；

当充电终端200为两个时，将两个固定分配模块120连接线路上的接触器150接通，可实现单个充电终端200使用时输出满额最大功率。

由于两个固定分配模块120连接的线路上的接触器150为并联，因此，两个固定分配模块120连接线路上的接触器150不连通时，各自可提供120kW的功率+动态分配的功率；而两个固定分配模块120连接线路上的接触器150连通时，则一个固定分配模块120便可提供全部540kW的功率。

2)在一个充电终端200充电时，另一个充电终端200加入充电时，根据车辆充电需求，最大可分配420kW(540kW-120kW)到另一个充电终端200。

3)如果车辆充电需求功率低于120kW，则动态分配模块110切断输入电源，仅由固定分配模块120输出。

4)六个动态分配模块110分配的功率单元最小可为30kW。例如，3个30kW，2个60kW，1个90kW。

当充电终端200超过两个时，可参考图2所示的多个功率分配单元130的系统结构图：

1)3-4个充电终端200时，增加一个六进两出单元；5-6个充电终端200时，增加两个六进两出单元；3)7-8个充电终端200时，增加三个六进两出单元；其中，每个六进两出的功率分配单元130均可通过控制总线CAN与控制单元140相连，以供由控制单元140统一分配。

2)没有固定功率模块120的终端(终端3-8)可以输出最大的动态功率单元功率。

当充电终端200超过两个时，没有接连固定分配模块120的充电终端200，可以输出全部动态分配模块110的满额最大功率。

3)固定分配模块120固定输出至充电终端200(终端1-2)，其余动态分配模块110可任意分配到每一个充电终端200。

简单来说，我本申请系统默认为双枪模式，配一个六进两出的功率分配单元130，可以输出最大功率，需要增加充电终端200时，通过增加六进两出功率分配单元130来实现，一个功率分配单元对应两个充电终端200，最多可以增加六个充电终端200，一共八个充电终端200。

与传统或现有的技术方案大多为整体一个功率分配单元对应所有终端，当终端少时就会造成功率分配单元大马拉小车的情况。因此，与之相比本申请的技术方案更灵活，成本更低。

需要说明的是，本申请中带固定分配模块120的充电终端200(终端1-2)可以输出最大功率，没有配置固定分配模块120的充电终端200(终端3-8)可以输出最大的动态功率单元的分配的总功率。而现有一些技术方案中，其固定功率区的模块是绑定到单独终端，不能分配到其它终端，因此，其终端无法像本申请一样可以输出最大功率。故本申请的充电效率更高，适应性更广。

于本申请一实施例中，各动态分配模块110与各固定分配模块120在不使用时，均可实现单端断电，而并非保持待机状态。

于本申请中，每个充电模块(各动态分配模块110与各固定分配模块120)不充电时，均可以通过内置开关控制单独断电，而现有一些技术方案中，充电模块在不使用时大多是保持待机状态。因此，本申请的技术方案更省电，运营成本更低。

于本申请一或多个实施例中，所述控制单元140的工作流程可如下：

A、通过充电终端200获取车辆充电需求；

B、依据充电需求进行分析并将控制接触器150的最佳投切方式(开关状态)，以进行电压及电流输出；

C、实时采集各充电终端200的车辆充电数据，以重复步骤A、B，直至各充电终端200充电结束。

于本申请一实施例中，接触器150的控制逻辑表(以两个充电终端200为例，可参考图1)如下表1：

表1接触器的控制逻辑表

由上表可知，本申请通过接触器150控制各动态分配模块110、及各固定分配模块120，可实现多种功率的输出，方案更灵活，可适用场景更丰富，能够满足更多的功率要求。

如图3所示，展示本申请于一实施例中的充电系统的结构示意图。如图所示，所述系统包括：

如图1或图2所示的功率分配及控制系统100；

供配电单元300，用于提供整个充电系统的交流和直流电源；

功率变换单元400，负责将供配电单元300输的动力电源进行AC-DC或DC-DC功率变换，并接入功率分配及控制系统100；

充电终端200，接入功率分配及控制系统100，用于人机交互和车桩交互，以及实时获取车辆充电需求。

简单来说，在如图1或图2所示的功率分配及控制系统的基础上，整体充电系统还配备了供配电单元300、功率变换单元400、及充电终端200，以构成完整充电系统。

综上所述，本申请所述的一种功率分配及控制系统、及其应用的充电系统，所述充电系统包括：六个配置为有不同输出功率的动态分配模块，其接入输入电源并按六路各自预设的输出功率进行输出；两个输出固定功率的固定分配模块，各固定分配模块固定接入充电终端；功率分配单元，其设有六个输入接口和两个输出接口，六个输入接口连接六个动态分配模块；两个输出接口连接两个固定分配模块或者直接连接充电终端；控制单元，分别与各固定分配模块、及功率分配单元连接，用于实时依据一或多个充电终端反馈的车辆充电需求，控制各固定分配模块以及各动态分配模块之间的通断以进行功率分配，以使一或多个充电终端输出的功率满足充电需求；其中，所述功率分配单元中与各动态分配模块连接的线路上分别设有用于控制通断的接触器；两个固定分配模块连接的线路上也设有接触器；各固定分配模块与充电终端连接的线上也设有接触器。

本申请在满足当前车辆充电需求的前提下，单枪最大可输出540kW，能够满足未来的大功率充电需求，另外根据实际充电中的需求变化，调整功率输出，灵活投切模块或退出模块，保证功率的最大化利用，降低运营成本。

本申请有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本申请的原理及其功效，而非用于限制本申请。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本申请的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中包含通常知识者在未脱离本申请所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本申请的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种功率分配及控制系统，其特征在于，所述系统包括：

六个配置为有不同输出功率的动态分配模块，其接入输入电源并按六路各自预设的输出功率进行输出；

两个输出固定功率的固定分配模块，各固定分配模块固定接入充电终端；

功率分配单元，其设有六个输入接口和两个输出接口，六个输入接口连接六个动态分配模块；两个输出接口连接两个固定分配模块或者直接连接充电终端；

控制单元，分别与各固定分配模块、及功率分配单元连接，用于实时依据一或多个充电终端反馈的车辆充电需求，控制各固定分配模块以及各动态分配模块之间的通断以进行功率分配，以使一或多个充电终端输出的功率满足充电需求；

其中，所述功率分配单元中与各动态分配模块连接的线路上分别设有用于控制通断的接触器；两个固定分配模块连接的线路上也设有接触器；各固定分配模块与充电终端连接的线上也设有接触器。

2.根据权利要求1所述的功率分配及控制系统，其特征在于，所述功率分配单元与充电终端的配置比例为1：2；当需要增加充电终端时，将对应比例数量的功率分配单元分别接入六个动态分配模块即可。

3.根据权利要求1或2所述的功率分配及控制系统，其特征在于，当充电终端为两个时，所述功率分配单元接入两个固定分配模块；当充电终端为超过两个时，新加入的所述功率分配单元可直接连接充电终端。

4.根据权利要求1所述的功率分配及控制系统，其特征在于，当充电终端为两个时，将两个固定分配模块连接线路上的接触器接通，可使单个充电终端使用时输出满额最大功率。

5.根据权利要求1或2所述的功率分配及控制系统，其特征在于，当充电终端超过两个时，没有接连固定分配模块的充电终端，可以输出全部动态分配模块的满额最大功率。

6.根据权利要求1所述的功率分配及控制系统，其特征在于，各动态分配模块的输出功率可任意分配到每一个充电终端。

7.根据权利要求1所述的功率分配及控制系统，其特征在于，各动态分配模块与各固定分配模块在不使用时，均可通过内置开关控制单独断电，而非保持待机状态。

8.根据权利要求1所述的功率分配及控制系统，其特征在于，六个动态分配模块可按1：2：3的比例分配规划的最大动态功率。

9.根据权利要求1所述的功率分配及控制系统，其特征在于，所述接触器为直流接触器；两个固定分配模块连接的线路上的接触器为并联。

10.一种充电系统，其特征在于，所述系统包括：

如权利要求1-9中任意一项所述的功率分配及控制系统；

供配电单元，用于提供整个充电系统的交流和直流电源；

功率变换单元，负责将供配电单元输的动力电源进行AC-DC或DC-DC功率变换，并接入功率分配及控制系统；

充电终端，接入功率分配及控制系统，用于人机交互和车桩交互，以及实时获取车辆充电需求。

Images