CN113511092A - 一种链式功率自分配充电桩及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了新能源汽车技术领域的一种链式功率自分配充电桩及控制方法，充电桩包括：一个充电桩控制器；一个第一继电器组，控制端与所述充电桩控制器连接；一个第二继电器组，控制端与所述充电桩控制器连接；两个充电枪，控制端与所述充电桩控制器连接，正极分别与所述第一继电器组的首尾连接，负极分别与所述第二继电器组的首尾连接；n个电源组，控制端均与所述充电桩控制器连接；第2至n‑1个所述电源组的一端与第一继电器组连接，另一端与所述第二继电器组连接；其中n为大于等于3的正整数。本发明的优点在于：极大的提升了充电桩充电的效率以及安全性。

Description

一种链式功率自分配充电桩及控制方法

技术领域

本发明涉及新能源汽车技术领域，特别指一种链式功率自分配充电桩及控制方法。

背景技术

电动汽车(BEV)是指以车载电源为动力，用电机驱动车轮行驶，符合道路交通、安全法规各项要求的车辆，由于对环境影响相对传统汽车较小，其前景被广泛看好。随着电动汽车的发展，电动汽车的充电需求与日俱增，充电桩的建设数量呈现爆炸式增长。

然而，现有的充电桩采用固定输出功率的设计，无法根据电动汽车充电的额定功率调节充电枪的输出功率，使得无法提高电动汽车的充电效率，且存在一定的安全隐患。因此，如何提供一种链式功率自分配充电桩及控制方法，实现提升充电桩充电的效率以及安全性，成为一个亟待解决的问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题，在于提供一种链式功率自分配充电桩及控制方法，实现提升充电桩充电的效率以及安全性。

第一方面，本发明提供了一种链式功率自分配充电桩，包括：

一个充电桩控制器；

一个第一继电器组，控制端与所述充电桩控制器连接；

一个第二继电器组，控制端与所述充电桩控制器连接；

两个充电枪，控制端与所述充电桩控制器连接，正极分别与所述第一继电器组的首尾连接，负极分别与所述第二继电器组的首尾连接；

n个电源组，控制端均与所述充电桩控制器连接；第2至n-1个所述电源组的一端与第一继电器组连接，另一端与所述第二继电器组连接；其中n为大于2的正整数。

进一步地，所述第一继电器组以及第二继电器组均包括相互串联的n-1个继电器。

进一步地，所述电源组包括m个相互并联的功率输出模块，其中m为大于1的正整数。

进一步地，所述电源组两两之间通过两个继电器进行并联，组成链式结构。

第二方面，本发明提供了一种链式功率自分配充电桩的控制方法，包括如下步骤：

步骤S10、充电桩控制器通过充电枪与电动汽车建立连接，从电动汽车的BMS系统获取额定充电功率P_额；

步骤S20、充电桩控制器计算电源组输出功率P_g，基于所述电源组输出功率P_g以及额定充电功率P_额计算充电枪需接入的电源组的个数N₁；

步骤S30、充电桩控制器对所述个数N₁进行验证，得到充电枪实际需接入的电源组的个数N₂；

步骤S40、充电桩控制器基于所述个数N₂对电源组进行自检后，基于所述个数N₂控制充电枪给电动汽车充电。

进一步地，所述步骤S20具体为：

充电桩控制器基于各电源组包含的功率输出模块的个数m以及功率输出模块的输出功率P_m计算电源组输出功率P_g：

P_g＝P_m*m；

将所述额定充电功率P_额除以电源组输出功率P_g后向上取整，得到充电枪需接入的电源组的个数N₁。

进一步地，所述步骤S30具体为：

充电桩控制器计算当下可分配电源组的个数X，当N₁≤X时，充电枪实际需接入的电源组的个数N₂取值为N₁；当N₁＞X时，充电枪实际需接入的电源组的个数N₂取值为X。

进一步地，所述充电桩控制器计算当下可分配电源组的个数X具体为：

充电桩控制器判断当下有几个充电枪与电动汽车连接，若仅有一个，则当下可分配电源组的个数X的取值为电源组的个数n：X＝n；若有二个，则当下可分配电源组的个数X的取值为：X＝n-n_闭-1；

其中n_闭表示已经闭合继电器接通的电源组的个数。

进一步地，所述步骤S40具体为：

充电桩控制器从靠近待功率输出的充电枪的电源组开始，依次对各电源组进行故障自检，顺序找出无故障的N₂个电源组并顺序闭合继电器接入充电枪，再控制充电枪给电动汽车充电；

当N₂的取值为1时，表示不需要闭合继电器；当N₂的取值大于1且不等于n时，表示需要闭合继电器接通N₂-1个电源组；当N₂的取值等于n时，表示需要闭合继电器接通N₂-2个电源组。

进一步地，所述步骤S40还包括：

当有二个充电枪与电动汽车连接时，从靠近待功率输出的充电枪的继电器开始，判断下一个继电器是否断开以及当前继电器待接入的电源组是否可用，若是，则闭合当前的继电器；若否，则结束流程。

本发明的优点在于：

1、通过设置第一继电器组、第二继电器组以及n个电源组，且第2至n-1个电源组的一端与第一继电器组连接，另一端与第二继电器组连接，充电桩控制器可基于额定充电功率P_额动态控制第一继电器组和第二继电器组中继电器的闭合数量，即动态调整充电枪的输出功率，提高了功率输出和功率调配的灵活性，提高了电源组的利用率，最终极大的提升了充电桩充电的效率。

2、通过将额定充电功率P_额除以电源组输出功率P_g后向上取整，得到充电枪需接入的电源组的个数N₁，避免充电枪对电动汽车进行全功率输出导致电动汽车功率过载；通过对需要接入继电器的电源组进行自检，避免接入存在故障的电源组；当有二个充电枪同时工作时，两个充电枪调用的电源组之间，空出第一继电器组和第二继电器组中的一个继电器不接入，避免两个充电枪产生短接，最终极大的提升了充电桩充电的安全性。

3、通过设置第一继电器组和第二继电器组的各继电器之间相互串联，电源组两两之间通过两个继电器进行并联，端头的两个电源组直接与充电枪连接，不受第一继电器组和第二继电器组的控制，即采用链式结构连接第2至n-1个电源组，减少了继电器的使用数量，减少了动态触点，进而降低了充电桩的故障率，降低了充电桩的维护成本，增强了充电桩运行的稳定性。

附图说明

下面参照附图结合实施例对本发明作进一步的说明。

图1是本发明一种链式功率自分配充电桩的电路原理框图。

图2是本发明电源组的电路原理框图。

图3是本发明一种链式功率自分配充电桩的控制方法的流程图。

标记说明：

100-一种链式功率自分配充电桩，1-充电桩控制器，2-第一继电器组，3-第二继电器组，4-充电枪，5-电源组，21-继电器，51-功率输出模块。

具体实施方式

本申请实施例中的技术方案，总体思路如下：将第2至n-1个电源组5的一端与第一继电器组2连接，另一端与第二继电器组3连接，充电桩控制器1基于额定充电功率P_额动态控制第一继电器组2和第二继电器组3中继电器21的闭合数量调整充电枪4的输出功率，以提升充电桩100充电的效率；基于额定充电功率P_额计算充电枪4需接入的电源组5的个数N₁，避免功率过载，对需要接入继电器21的电源组5进行自检，避免接入存在故障的电源组5，当有二个充电枪4同时工作时，两个充电枪4调用的电源组5之间，空出一个电源组5不接入，避免两个充电枪4产生短接，以提升充电桩100充电的安全性。

请参照图1至图3所示，本发明一种链式功率自分配充电桩100的较佳实施例，包括：

一个充电桩控制器1，用于控制所述第一继电器组2、第二继电器组3以及充电枪4的工作，接收所述电源组5回传的数据，计算并控制所述充电枪4的输出功率；

一个第一继电器组2，控制端与所述充电桩控制器1连接，用于控制各所述电源组5正极的通断；

一个第二继电器组3，控制端与所述充电桩控制器1连接，用于控制各所述电源组5负极的通断；即所述第一继电器组2和第二继电器组3用于控制接入充电枪4的电源组5的数量；

两个充电枪4，控制端与所述充电桩控制器1连接，正极分别与所述第一继电器组2的首尾连接，负极分别与所述第二继电器组3的首尾连接；所述充电枪4用于给电动汽车(未图示)进行充电，并与电动汽车进行通信；

n个电源组5，控制端均与所述充电桩控制器1连接；第2至n-1个所述电源组5的一端与第一继电器组2连接，另一端与所述第二继电器组3连接；其中n为大于2的正整数，即包括2个固定连接所述充电枪4进行功率输出的电源组5以及至少1个用于动态分配功率的电源组5，动态分配给其中一个所述充电枪4；所述电源组5用于给电动汽车的充电提供电能输出。

所述第一继电器组2以及第二继电器组3均包括相互串联的n-1个继电器21。

所述电源组5包括m个相互并联的功率输出模块51，其中m为大于1的正整数。

所述电源组5两两之间通过两个继电器21进行并联，组成链式结构，即各所述电源组5通过第一继电器组2以及第二继电器组3的继电器21进行交替连接，即相邻的两个所述电源组5的一端通过第一继电器组2的继电器21连接，另一端通过所述第二继电器组3的继电器21连接。

本发明一种链式功率自分配充电桩的控制方法的较佳实施例，包括如下步骤：

步骤S10、充电桩控制器通过充电枪与电动汽车建立连接，从电动汽车的BMS系统获取额定充电功率P_额；

步骤S20、充电桩控制器计算电源组输出功率P_g，基于所述电源组输出功率P_g以及额定充电功率P_额计算充电枪需接入的电源组的个数N₁；

步骤S30、充电桩控制器对所述个数N₁进行验证，得到充电枪实际需接入的电源组的个数N₂；

步骤S40、充电桩控制器基于所述个数N₂对电源组进行自检后，基于所述个数N₂控制充电枪给电动汽车充电。具体实施时，当充电桩控制器要控制继电器闭合以对充电枪的输出功率进行分配时，若继电器闭合失败，说明存在故障，则停止输出功率的分配。充电过程中若其中一个电源组产生故障，则断开该电源组以及后续电源组对应的继电器，以保障充电的安全性，例如投入使用的电源组为1至5个，当第3个电源组存在故障时，将第3、4、5个电源组对应的继电器断开。

所述步骤S20具体为：

充电桩控制器基于各电源组包含的功率输出模块的个数m以及功率输出模块的输出功率P_m计算电源组输出功率P_g：

P_g＝P_m*m；

将所述额定充电功率P_额除以电源组输出功率P_g后向上取整，得到充电枪需接入的电源组的个数N₁。

所述步骤S30具体为：

充电桩控制器计算当下可分配电源组的个数X，当N₁≤X时，充电枪实际需接入的电源组的个数N₂取值为N₁；当N₁＞X时，充电枪实际需接入的电源组的个数N₂取值为X。

所述充电桩控制器计算当下可分配电源组的个数X具体为：

充电桩控制器判断当下有几个充电枪与电动汽车连接，若仅有一个，则当下可分配电源组的个数X的取值为电源组的个数n：X＝n；若有二个，则当下可分配电源组的个数X的取值为：X＝n-n_闭-1；

其中n_闭表示已经闭合继电器接通的电源组的个数。由于第一继电器组和第二继电器组的继电器为串联的结构，当两个充电枪均工作时，为了避免两个充电枪之间产生短接而引发安全问题，需要在两个充电枪调用的电源组之间，空出第一继电器组和第二继电器组中的一个继电器不接入。

所述步骤S40具体为：

充电桩控制器从靠近待功率输出的充电枪的电源组开始，依次对各电源组进行故障自检，顺序找出无故障的N₂个电源组并顺序闭合继电器接入充电枪，再控制充电枪给电动汽车充电；即闭合第一继电器组和第二继电器组中对应的继电器，将电源组的正极和负极均接入充电枪；

当N₂的取值为1时，表示不需要闭合继电器；当N₂的取值大于1且不等于n时，表示需要闭合继电器接通N₂-1个电源组；当N₂的取值等于n时，表示需要闭合继电器接通N₂-2个电源组。

所述步骤S40还包括：

当有二个充电枪与电动汽车连接时，从靠近待功率输出的充电枪的继电器开始，判断下一个继电器是否断开以及当前继电器待接入的电源组是否可用，即待接入的电源组故障自检是否通过，若是，则闭合当前的继电器；若否，则结束流程。例如一共有10个电源组，靠后的3个电源组已经分配给右边的充电枪，经过计算左边的充电枪一共需要5个电源组进行功率输出，由于第1个电源组直连充电枪为固定功率输出，不需要通过继电器进行控制，闭合第2个电源组对应的继电器前，先判断第3个电源组对应的继电器是否处于断开状态，处于断开状态才闭合2个电源组对应的继电器，以此类推，直至依次顺序闭合4个电源组对应的继电器。

综上所述，本发明的优点在于：

1、通过设置第一继电器组、第二继电器组以及n个电源组，且第2至n-1个电源组的一端与第一继电器组连接，另一端与第二继电器组连接，充电桩控制器可基于额定充电功率P_额动态控制第一继电器组和第二继电器组中继电器的闭合数量，即动态调整充电枪的输出功率，提高了功率输出和功率调配的灵活性，提高了电源组的利用率，最终极大的提升了充电桩充电的效率。

2、通过将额定充电功率P_额除以电源组输出功率P_g后向上取整，得到充电枪需接入的电源组的个数N₁，避免充电枪对电动汽车进行全功率输出导致电动汽车功率过载；通过对需要接入继电器的电源组进行自检，避免接入存在故障的电源组；当有二个充电枪同时工作时，两个充电枪调用的电源组之间，空出第一继电器组和第二继电器组中的一个继电器不接入，避免两个充电枪产生短接，最终极大的提升了充电桩充电的安全性。

3、通过设置第一继电器组和第二继电器组的各继电器之间相互串联，电源组两两之间通过两个继电器进行并联，端头的两个电源组直接与充电枪连接，不受第一继电器组和第二继电器组的控制，即采用链式结构连接第2至n-1个电源组，减少了继电器的使用数量，减少了动态触点，进而降低了充电桩的故障率，降低了充电桩的维护成本，增强了充电桩运行的稳定性。

虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是熟悉本技术领域的技术人员应当理解，我们所描述的具体的实施例只是说明性的，而不是用于对本发明的范围的限定，熟悉本领域的技术人员在依照本发明的精神所作的等效的修饰以及变化，都应当涵盖在本发明的权利要求所保护的范围内。

Claims (10)

1.一种链式功率自分配充电桩，其特征在于：包括：

一个充电桩控制器；

一个第一继电器组，控制端与所述充电桩控制器连接；

一个第二继电器组，控制端与所述充电桩控制器连接；

两个充电枪，控制端与所述充电桩控制器连接，正极分别与所述第一继电器组的首尾连接，负极分别与所述第二继电器组的首尾连接；

n个电源组，控制端均与所述充电桩控制器连接；第2至n-1个所述电源组的一端与第一继电器组连接，另一端与所述第二继电器组连接；其中n为大于2的正整数。

2.如权利要求1所述的一种链式功率自分配充电桩，其特征在于：所述第一继电器组以及第二继电器组均包括相互串联的n-1个继电器。

3.如权利要求1所述的一种链式功率自分配充电桩，其特征在于：所述电源组包括m个相互并联的功率输出模块，其中m为大于1的正整数。

4.如权利要求2所述的一种链式功率自分配充电桩，其特征在于：所述电源组两两之间通过两个继电器进行并联，组成链式结构。

5.一种链式功率自分配充电桩的控制方法，其特征在于：所述方法需使用如权利要求1至4任一项所述的充电桩，包括如下步骤：

步骤S10、充电桩控制器通过充电枪与电动汽车建立连接，从电动汽车的BMS系统获取额定充电功率P_额；

步骤S20、充电桩控制器计算电源组输出功率P_g，基于所述电源组输出功率P_g以及额定充电功率P_额计算充电枪需接入的电源组的个数N₁；

步骤S30、充电桩控制器对所述个数N₁进行验证，得到充电枪实际需接入的电源组的个数N₂；

步骤S40、充电桩控制器基于所述个数N₂对电源组进行自检后，基于所述个数N₂控制充电枪给电动汽车充电。

6.如权利要求5所述的一种链式功率自分配充电桩的控制方法，其特征在于：所述步骤S20具体为：

充电桩控制器基于各电源组包含的功率输出模块的个数m以及功率输出模块的输出功率P_m计算电源组输出功率P_g：

P_g＝P_m*m；

将所述额定充电功率P_额除以电源组输出功率P_g后向上取整，得到充电枪需接入的电源组的个数N₁。

7.如权利要求5所述的一种链式功率自分配充电桩的控制方法，其特征在于：所述步骤S30具体为：

充电桩控制器计算当下可分配电源组的个数X，当N₁≤X时，充电枪实际需接入的电源组的个数N₂取值为N₁；当N₁＞X时，充电枪实际需接入的电源组的个数N₂取值为X。

8.如权利要求7所述的一种链式功率自分配充电桩的控制方法，其特征在于：所述充电桩控制器计算当下可分配电源组的个数X具体为：

充电桩控制器判断当下有几个充电枪与电动汽车连接，若仅有一个，则当下可分配电源组的个数X的取值为电源组的个数n：X＝n；若有二个，则当下可分配电源组的个数X的取值为：X＝n-n_闭-1；

其中n_闭表示已经闭合继电器接通的电源组的个数。

9.如权利要求5所述的一种链式功率自分配充电桩的控制方法，其特征在于：所述步骤S40具体为：

充电桩控制器从靠近待功率输出的充电枪的电源组开始，依次对各电源组进行故障自检，顺序找出无故障的N₂个电源组并顺序闭合继电器接入充电枪，再控制充电枪给电动汽车充电；

当N₂的取值为1时，表示不需要闭合继电器；当N₂的取值大于1且不等于n时，表示需要闭合继电器接通N₂-1个电源组；当N₂的取值等于n时，表示需要闭合继电器接通N₂-2个电源组。

10.如权利要求9所述的一种链式功率自分配充电桩的控制方法，其特征在于：所述步骤S40还包括：

当有二个充电枪与电动汽车连接时，从靠近待功率输出的充电枪的继电器开始，判断下一个继电器是否断开以及当前继电器待接入的电源组是否可用，若是，则闭合当前的继电器；若否，则结束流程。

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