CN113022338A

CN113022338A - 一种直流充电系统

Info

Publication number: CN113022338A
Application number: CN202110276930.XA
Authority: CN
Inventors: 邱鹏; 王辉; 茹永刚; 卫建荣
Original assignee: Xian Tgood Intelligent Charging Technology Co Ltd
Current assignee: Xian Tgood Intelligent Charging Technology Co Ltd
Priority date: 2021-03-15
Filing date: 2021-03-15
Publication date: 2021-06-25

Abstract

本申请公开了一种直流充电系统，包括：N个高压直流输电模块、中央控制单元、功率分配单元、充电接口控制单元、背板以及充电枪；每个功率分配单元通过背板与M个高压直流输电模块的输出端相连；M与N均为正整数，且M<N；充电接口控制单元，用于与电动车辆进行充电信息交互，并向中央控制单元发送功率请求；中央控制单元，用于根据功率请求为功率分配单元分配高压直流输电模块，并控制高压直流输电模块的输出电压与输出电流；功率分配单元，用于通过充电枪为电动车辆充电。该直流充电系统配置灵活，扩容方便，且采用模块化设计，各组件相互独立，维护方便。

Description

一种直流充电系统

技术领域

本申请涉及电动车辆充电技术领域，特别涉及一种直流充电系统。

背景技术

目前，针对电动车辆充电的技术方案有很多。例如，专利CN209738859U公开的电动汽车充电岛控制系统，专利CN108565928公开的充电系统及充电控制方法，等等。然而，无论是前者，后者还是其他的技术方案，其均存在扩容不方便、配置不灵活、维修不方便等技术缺陷。而随着电动车辆的逐渐展与普及，对充电系统也提出了越来越高的要求。提供一种扩容方便、配置灵活、维修方便的充电系统已成为本领域技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

本申请的目的是提供一种直流充电系统，该直流充电系统配置灵活，扩容方便；并且该直流充电系统采用模块化设计，各组件相互独立，维护更加方便。

为解决上述技术问题，本申请提供了一种直流充电系统，包括：

N个高压直流输电模块、中央控制单元、功率分配单元、充电接口控制单元、背板以及充电枪；每个所述功率分配单元通过所述背板与M个所述高压直流输电模块的输出端相连；M与N均为正整数，且M<N；

所述充电接口控制单元，用于与电动车辆进行充电信息交互，并向所述中央控制单元发送功率请求；

所述中央控制单元，用于根据所述功率请求为所述功率分配单元分配所述高压直流输电模块，并控制所述高压直流输电模块的输出电压与输出电流；

所述功率分配单元，用于通过所述充电枪为所述电动车辆充电。

可选的，所述背板包括：

用于连接所述高压直流输电模块的N个输入端子，以及多个用于连接所述功率分配单元的槽位，每个所述槽位包括M个输出端子。

可选的，每个所述充电枪至少连接一个所述功率分配单元，且每个所述充电枪连接的各所述功率分配单元所连接的所述高压直流输电模块的个数总和小于N。

可选的，每个所述充电枪连接两个或两个以上的所述功率分配单元，每个所述充电枪连接的各所述功率分配单元所连接的所述高压直流输电模块不同，且每个所述充电枪连接的各所述功率分配单元所连接的所述高压直流输电模块的个数总和等于N。

可选的，连接同一个所述充电枪的所述功率分配单元所连接的所述背板不同。

可选的，所述中央控制单元与所述高压直流输电模块之间、所述中央控制单元与所述功率分配单元之间以及所述功率分配单元与所述充电接口控制单元之间均通过CAN总线相连。

可选的，还包括：

集控，用于向所述充电接口控制单元下发充电命令。

可选的，所述集控与所述中央控制单元相连，所述集控下发的所述充电命令经由所述中央控制单元与所述功率分配单元转发给所述充电接口控制单元。

可选的，所述集控与所述中央控制单元通过CAN总线相连。

本申请所提供的直流充电系统，包括：N个高压直流输电模块、中央控制单元、功率分配单元、充电接口控制单元、背板以及充电枪；每个所述功率分配单元通过所述背板与M个所述高压直流输电模块的输出端相连；M与N为正整数，且M<N；所述充电接口控制单元，用于与电动车辆进行充电信息交互，并向所述中央控制单元发送功率请求；所述中央控制单元，用于根据所述功率请求为所述功率分配单元分配所述高压直流输电模块，并控制所述高压直流输电模块的输出电压与输出电流；所述功率分配单元，用于通过所述充电枪为所述电动车辆充电。

可见，本申请所提供的直流充电系统，采用模块化设计，各组件相互独立，由此使维护更加方便。另外，通过对充电枪所连接的功率分配单元的个数进行配置，便可以实现偏矩阵拓扑与全矩阵拓扑的灵活设置，实现不同的功率配置，满足现有充电功率需求，未来对于大功率的充电需求也可以通过功率分配单元并联的方式实现扩容，兼顾快充需求与均充需求。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对现有技术和实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例所提供的一种直流充电系统的示意图；

图2为本申请实施例所提供的一种背板的示意图；

图3为本申请实施例所提供的一种功率分配单元的示意图；

图4为本申请实施例所提供的另一种直流充电系统的示意图；

图5为本申请实施例所提供的又一种直流充电系统的示意图；

图6为本申请实施例所提供的一种机柜并联的示意图。

具体实施方式

本申请的核心是提供一种直流充电系统，该直流充电系统配置灵活，扩容方便；并且该直流充电系统采用模块化设计，各组件相互独立，维护更加方便。

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。

请参考图1，图1为本申请实施例所提供的一种直流充电系统的示意图，参考图1所示，该直流充电系统包括：

N个高压直流输电模块10、中央控制单元20、功率分配单元30、充电接口控制单元40、背板50以及充电枪(图1中未显示)；每个功率分配单元30通过背板50与M个高压直流输电模块10的输出端相连；M与N均为正整数，且M<N；

充电接口控制单元40，用于与电动车辆进行充电信息交互，并向中央控制单元20发送功率请求；

中央控制单元20，用于根据功率请求为功率分配单元30分配高压直流输电模块10，并控制高压直流输电模块10的输出电压与输出电流；

功率分配单元30，用于通过充电枪为电动车辆充电。

具体而言，本申请所提供的直流充电系统采用模块化设计，主要包括高压直流输电模块10、中央控制单元20、功率分配单元30、充电接口控制单元40、背板50以及充电枪，各组件相互独立。中央控制单元20分别连接高压直流输电模块10与功率分配单元30，高压直流输电模块10还连接功率分配单元30，功率分配单元30还连接充电接口控制单元40以及充电枪。

其中，在一种具体的实施方式中，中央控制单元20与高压直流输电模块10之间、中央控制单元20与功率分配单元30之间以及功率分配单元30与充电接口控制单元40之间均通过CAN总线相连。

另外，在一种具体的实施方式中，还包括：集控，用于向充电接口控制单元40下发充电命令。集控与中央控制单元20相连，集控下发的充电命令经由中央控制单元20与功率分配单元30转发给充电接口控制单元40。同样，集控与中央控制单元20可通过CAN总线相连。

功率分配单元30与高压直流输电模块10之间的连接方式是功率分配单元30连接背板50，背板50连接高压直流输电模块10，功率分配单元30通过背板50与高压直流输电模块10的输出端相连。且每一个功率分配单元30通过背板50与M个高压直流输电模块10的输出端连接。

在一种具体的实施方式中，背板50包括用于连接高压直流输电模块10的N个输入端子，以及多个用于连接功率分配单元30的槽位，每个槽位包括M个输出端子。

例如，参考图2所示，背板50包括12个输入端子(包括正输入端子以及与正输入端子对应的负输入端子)与6个槽位，每个槽位设置6个输出端子(包括正输出端子以及与正输出端子对应的负输出端子)。高压直流输电模块10的输出端分别连接到背板50的正输入端子与负输入端子上。功率分配单元30的输入端子连接到背板50的槽位中的输出端子上。由此，一块背板50可以连接6个功率分配单元30，每个功率分配单元30通过背板50的内部走线与6个高压直流输电模块10连接。例如，连接背板50的1号槽位的功率分配单元30通过背板50与1号高压直流输电模块10至6号高压直流输电模块10的输出端相连。

功率分配单元30的输出与充电枪的功率线缆相连，通过对充电枪所连接的功率分配单元30的个数进行配置，可以实现偏矩阵拓扑与全矩阵拓扑两种方案。所谓偏矩阵拓扑是指每一个充电枪能够调用的高压直流输电模块10的个数小于高压直流输电模块10的总个数N。所谓全矩阵拓扑是指每一个充电枪能够调用的高压直流输电模块10的个数等于高压直流输电模块10的总个数N。

可以明白的是，功率分配单元30通过背板50与高压直流输电模块10的输出端连接不表示功率分配单元30通过背板50与高压直流输电模块10接通，当功率分配单元30与高压直流输电模块10接通时，高压直流输电模块10的输出电压与输出电流才输入功率分配单元30。功率分配单元30与高压直流输电模块10之间接通与否由中央控制单元20控制。

中央控制单元20一方面根据充电过程中的功率请求为功率分配单元30分配高压直流输电模块10，另一方面控制高压直流输电模块10的输出电压与输出电流。中央控制单元20为功率分配单元30分配高压直流输电模块10是指中央控制单元20控制与功率分配单元30接通的高压直流输电模块10。

参考图3所示，以功率分配单元30设置6路输入端子为例，端子1+与端子1-为一对输入端子，端子2+与端子2-为一对输入端子，依次类推。当功率分配单元30连接图2所示背板50的1号槽位时，端子1+与端子1-分别对应与1号槽位中的1+与1-连接，端子2+与端子2-分别对应与1号槽位中的2+与2-连接，依次类推。当中央控制单元20控制功率分配单元30中的开关K1+与开关K1-闭合时，功率分配单元30与1号高压直流输电模块10接通。同理，当中央控制单元20控制功率分配单元30中的开关K6+与开关K6-闭合时，功率分配单元30与6号高压直流输电模块10接通。当功率分配单元30中的所有开关均闭合时，功率分配单元30与1号至6号高压直流输电模块10均接通。

在上述实施例的基础上，在一种具体的实施方式中，每个充电枪至少连接一个功率分配单元30，且每个充电枪连接的各功率分配单元30所连接的高压直流输电模块10的个数总和小于N。

本实施例中直流充电系统为偏矩阵拓扑的直流充电系统。直流充电系统中每个充电枪至少连接一个功率分配单元30，每个充电枪连接的各功率分配单元30所连接的高压直流输电模块10不同，且每个充电枪连接的各功率分配单元30所连接的高压直流输电模块10的个数总和小于N，每个充电枪能够调用的高压直流输电模块10的个数小于直流充电系统中高压直流输电模块10的总数N。偏矩阵拓扑的直流充电系统中，每个充电枪对于每个高压直流输电模块10的调用概率不等。

当每个充电枪连接一个功率分配单元30时，此时仅需M<N，每个充电枪可以调用M个高压直流输电模块10。

当每个充电枪连接两个功率分配单元30时，此时需M<N/2，每个充电枪可以调用2M个高压直流输电模块10。

依次类推，当每个充电枪连接n个功率分配单元30时，此时需M<N/n，每个充电枪可以调用n*M个高压直流输电模块10。

例如，参考图4所示，直流充电系统中高压直流输电模块10的总数为12，功率分配单元30的个数为6。每个功率分配单元30通过背板50(图4中未显示)与6个高压直流输电模块10的输出端相连，每个充电枪(图4中未显示)连接一个功率分配单元30。此时每个充电枪可以调用6个高压直流输电模块10。

图4中CCU为中央控制单元20，HVDC为高压直流输电模块10，PDU为功率分配单元30，PCU为充电接口控制单元40。CAN1表示集控与中央控制单元20之间连接的CAN总线，CAN2表示中央控制单元20与高压直流输电模块之间连接的CAN总线，CAN3表示中央控制单元20与功率分配单元之间连接的CAN总线，CAN4表示功率分配单元30与充电接口控制单元40之间连接的CAN总线，CAN5表示充电接口控制单元40与电动车辆之间连接的CAN总线。

背板50设置6个槽位，每个槽位可以设置6个输出端子，此时直流充电系统设置一块背板50即可。

当高压直流输电模块10为20kW时，该直流充电系统可以实现以下功能：

1)满足任意单枪最大输出120kW；

2)满足三车同时充电时平均输出80kW；

3)满足四车同时充电时平均输出60kW；

4)满足六车同时充电时平均输出40KW。

当发生PCU1，PCU2，PCU3同时充电，每把充电枪的需求功率大于80kW时，CCU可以将HVDC1、HVDC2、HVDC3、HVDC4分配给PDU1，将HVDC9、HVDC10、HVDC11、HVDC12分配给PDU2，将HVDC5、HVDC6、HVDC7、HVDC8分配给PDU3进行充电，实现三枪均充。

当发生PCU1，PCU2，PCU3，PCU4同时充电，每把充电枪的需求功率大于60KW时，CCU可将HVDC1、HVDC2、HVDC3分配给PDU1，将HVDC7、HVDC8、HVDC9分配给PDU2，将HVDC4、HVDC5、HVDC6分配给PDU3，将HVDC10、HVDC11、HVDC12分配给PDU4进行充电，实现四枪均充。

当发生六枪同时充电时，CCU可将HVDC1、HVDC2号分配给PDU1，将HVDC7、HVDC8分配给PDU2，将HVDC4、HVDC9号分配给PDU3，将HVDC3、HVDC10分配给PDU4，将HVDC5、HVDC6分配给PDU5，将HVDC11、HVDC12分配给PDU6，以此实现六枪均充。

在上述实施例的基础上，在另一种具体的实施方式中，每个充电枪连接两个或两个以上的功率分配单元30，每个充电枪连接的各功率分配单元30所连接的高压直流输电模块10不同，且每个充电枪连接的各功率分配单元30所连接的高压直流输电模块10的个数总和等于N。

本实施例中直流充电系统为全矩阵拓扑的直流充电系统。直流充电系统中每个充电枪连接两个或两个以上的功率分配单元30，每个充电枪连接的各功率分配单元30所连接的高压直流输电模块10不同，且每个充电枪连接的各功率分配单元30所连接的高压直流输电模块10的个数总和等于N，每个充电枪能够调用的高压直流输电模块10的个数等于直流充电系统中高压直流输电模块10的总数N。全矩阵拓扑的直流充电系统中，每个充电枪对于每个高压直流输电模块10的调用概率相等。

当每个充电枪连接两个功率分配单元30时，此时需2M＝N，每个充电枪可以调用N个高压直流输电模块10。

当每个充电枪连接三个功率分配单元30时，此时需3M＝N，每个充电枪可以调用N个高压直流输电模块10。

依次类推，当每个充电枪连接n个功率分配单元30时，此时需n*M＝N，每个充电枪可以调用N个高压直流输电模块10。

例如，参考图5所示，直流充电系统中高压直流输电模块10的总数为12，功率分配单元30的个数为12。每个功率分配单元30通过背板50(图5中未显示)与6个高压直流输电模块10的输出端相连，每个充电枪连接两个功率分配单元30。每个充电枪连接的两个功率分配单元30所连接的高压直流输电模块10不同，且每个充电枪连接的两个功率分配单元30所连接的高压直流输电模块10的总个数等于12。如充电枪1连接PDU1与PDU7，PDU1连接HVDC1至HVDC6，PDU7连接HVDC7至HVDC12。此时每个充电枪可以调用12个高压直流输电模块10。当背板50设置6个槽位，每个槽位可以设置6个输出端子，此时直流充电系统设置两块背板50。

1)满足单枪最大输出240kW；

2)满足任意两车同时充电平均输出120kW；

3)满足任意三车同时充电平均输出80kW；

4)满足任意四车同时充电平均输出60kW；

5)满足六车同时充电平均输出40kW。

进一步，在上述实施例的基础上，作为一种具体的实施方式，连接同一个充电枪的功率分配单元30所连接的背板50不同。

例如，以图5所示为例，PDU1与PDU7均连接充电枪1，PDU1与PDU7联合为充电枪1提供能量。PDU1通过一块背板50与HVDC1至HVDC6的输出端相连，PDU2通过另一块背板50与HVDC7至HVDC12的输出端相连。

基于上述实施例，直流充电系统的充电流程可以如下：

系统上电后，中央控制单元20首先完成系统的通道匹配，识别每个高压直流输电模块10与每个功率分配单元30的连接关系。功率分配单元30与充电接口控制单元40完成连接关系识别，功率分配单元30与功率分配单元30之间完成并联关系识别，并将上述连接关系上传给中央控制单元20。中央控制单元20根据上传来的连接关系数据、矩阵关系连接映射表。

充电枪插枪检测通过充电接口控制单元40实现，充电接口控制单元40上传充电枪头状态给中央控制单元20。集控下发充电命令给已经插枪的充电接口控制单元40，该充电命令通过中央控制单元20传递给功率分配单元30，再由功率分配单元30传递给充电接口控制单元40。

充电接口控制单元40接收到充电命令后开始与电动车辆进行通信实现充电信息交互流程，同时充电接口控制单元40根据充电的不同阶段发送功率请求给中央控制单元20。

中央控制单元20根据充电接口控制单元40发送的功率请求，通过功率分配算法给发送功率请求的充电接口控制单元40相连的功率分配单元30分配相应的高压直流输电模块10，并控制功率分配单元30与分配的高压直流输电模块10相对应通道吸合与断开，实现功率回路自检、绝缘检测以及充电。

充电阶段中央控制单元20根据每个充电接口控制单元40的功率需求大小，分配合适数量的高压直流输电模块10，实现机柜内部能量的均衡分配。

综上所述，本申请所提供的直流充电系统，采用模块化设计，各组件相互独立，由此使维护更加方便。另外，通过对充电枪所连接的功率分配单元的个数进行配置，便可以实现偏矩阵拓扑与全矩阵拓扑的灵活设置，实现不同的功率配置，满足现有充电功率需求，未来对于大功率的充电需求也可以通过功率分配单元并联的方式实现扩容，兼顾快充需求与均充需求。

另外，为实现更大功率的均衡分配，在实际应用中，还可通过将不同机柜的功率分配单元连接到同一个充电枪，实现跨机柜并联。

例如，参考图6所示，PDU4为机柜1中的功率分配单元，PDU10为机柜2中的功率分配单元，PDU4与PDU10连接同一充电枪。PDU5为机柜1中的功率分配单元，PDU9为机柜2中的功率分配单元，PDU5与PDU9均连接同一充电枪。由此，不仅实现了8枪均衡充电功能并且还能满足了2把快充枪(充电枪与充电枪5)的需求。

当高压直流输电模块为20kW时，图6所示的直流充电系统由两个240kW的系统组成一个480拖8的系统。480指480kW，拖8指8路充电枪。该系统可以实现如下功能：

1)满足单枪(两把)最大输出240kW；

2)满足任意单枪输出120kW；

3)满足四车同时充电平均输出120kW；

4)满足六车同时充电平均输出80kW；

5)满足八车同时充电平均输出60kW。

通过功率分配单元之间的跨柜并联，实现高压直流输电模块的跨柜调用。通过配置不同的功率分配单元数量，背板数量，以及通过配置不同的跨柜并联功率分配单元数量，以及本机柜不同背板同一槽位之间功率分配单元并联实现更多的480kW系统，例如480拖6偏矩阵系统，480拖12全矩阵系统。

480拖6的系统可以实现如下功能：

1)满足单枪最大输出240kW；

2)满足任意两车同时充电平均输出120kW；

3)满足任意三车同时充电平均输出80kW；

4)满足任意四车同时充电平均输出60kW；

5)满足六车同时充电平均输出40kW。

480拖12系统实现如下功能：

1)满足任意单枪输出240kW；

2)满足任意两车同时充电输出不低于240kW；

3)满足四车同时充电平均输出120kW；

4)满足六车同时充电平均输出80kW；

5)满足八车同时充电平均输出60kW；

6)满足十二车同时充电平均输出40kW。

说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置、设备以及计算机可读存储介质而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本申请的范围。

结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。

以上对本申请所提供的技术方案进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以对本申请进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本申请权利要求的保护范围。

Claims

1.一种直流充电系统，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的直流充电系统，其特征在于，所述背板包括：

3.根据权利要求2所述的直流充电系统，其特征在于，每个所述充电枪至少连接一个所述功率分配单元，且每个所述充电枪连接的各所述功率分配单元所连接的所述高压直流输电模块的个数总和小于N。

4.根据权利要求2所述的直流充电系统，其特征在于，每个所述充电枪连接两个或两个以上的所述功率分配单元，每个所述充电枪连接的各所述功率分配单元所连接的所述高压直流输电模块不同，且每个所述充电枪连接的各所述功率分配单元所连接的所述高压直流输电模块的个数总和等于N。

5.根据权利要求3或4所述的直流充电系统，其特征在于，连接同一个所述充电枪的所述功率分配单元所连接的所述背板不同。

6.根据权利要求5所述的直流充电系统，其特征在于，所述中央控制单元与所述高压直流输电模块之间、所述中央控制单元与所述功率分配单元之间以及所述功率分配单元与所述充电接口控制单元之间均通过CAN总线相连。

7.根据权利要求6所述的直流充电系统，其特征在于，还包括：

集控，用于向所述充电接口控制单元下发充电命令。

8.根据权利要求7所述的直流充电系统，其特征在于，所述集控与所述中央控制单元相连，所述集控下发的所述充电命令经由所述中央控制单元与所述功率分配单元转发给所述充电接口控制单元。

9.根据权利要求5所述的直流充电系统，其特征在于，所述集控与所述中央控制单元通过CAN总线相连。