CN113682170A - 一种充电机系统的并机充电网络拓扑结构及充电控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种充电机系统的并机充电网络拓扑结构及充电控制方法，并机充电网络拓扑结构包括四进四出功率单元和控制单元CMU；四进四出功率单元包括四路功率输入端、四路功率输出端，四路功率输入端分别连接对应的功率模块，四路功率输出端分别连接对应的充电端；CMU控制单元连接有控制系统TMU，用于通过控制系统TMU与车辆BMS通讯，接收车辆BMS的功率请求并分配功率模块。互联互通两个120kw双枪充电系统。实现整体一个机柜功率扩容到240kw，其中单枪的可输出功率由原来的60kw、120kw扩大到60kw、120kw、180kw和240kw，可满足不同功率下的车辆需求，增大了系统的利用率和模块利用率。

Description

一种充电机系统的并机充电网络拓扑结构及充电控制方法

技术领域

本发明属于电力电子技术领域，具体涉及一种充电机系统的并机充电网络拓扑结构及充电控制方法。

背景技术

目前随着市场的发展新能源汽车越来越多，充电设备需求也越来越多，充电功率也随着市场需求越来越大。虽然在最新的市场中新投建的充电站出现了更高功率的充电系统，比如240kw、360kw、480kw等大功率分体设备，但是在现有的市场中仍然存在大量的120kw充电一体设备。因此在大部分情况下还是不能满足车辆的需求功率，特别是两把枪一起工作时每把枪最多只能分配到60kw的设备功率。

根据市场调研，往往存在充电的设备旁边有可用的充电功率但是而无法使用的现象，即因为物理隔离导致两个120kw充电设备无法共用输出。

发明内容

本发明的目的在于提供一种充电机系统的并机充电网络拓扑结构及充电控制方法，以解决现有技术中，存在充电的设备旁边有可用的充电功率但是而无法使用的问题。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明实施例的第一个方面，一种充电机系统的并机充电网络拓扑结构，包括四进四出功率单元和控制单元CMU；所述四进四出功率单元包括四路功率输入端、四路功率输出端，所述四路功率输入端分别连接对应的功率模块，四路功率输出端分别连接对应的充电端；

所述CMU控制单元连接有控制系统TMU，用于通过控制系统TMU与车辆BMS通讯，接收所述车辆BMS的功率请求并分配功率模块。

具体的，所述四进四出功率单元包括环状线路结构，输入1路、输入2路、输入3路、输入4路、输出1路、输出2路、输出3路和输出4路分别接入所述环状线路结构，通过调节所述环状线路结构上直流接触器的闭合与断开能够实现输入1路、输入2路、输入3路和输入4路功率输出的线路，使输出1路、输出2路、输出3路和输出4路分别能够获得不同的功率。

具体的，所述环状线路结构的四条线路上分别设置有直流接触器KM1、直流接触器KM2、直流接触器KM3和直流接触器KM4；所述输出1路和输入1路同时接入所述环状线路结构的第一接入点，所述第一接入点位于直流接触器KM1和直流接触器KM4之间；所述输出2路和输入2路同时接入所述环状线路结构的第二接入点，所述第二接入点位于直流接触器KM1和直流接触器KM2之间；所述输出3路和输入3路同时接入所述环状线路结构的第三接入点，所述第三接入点位于直流接触器KM2和直流接触器KM3之间；所述输出4路和输入4路同时接入所述环状线路结构的第四接入点，所述第四接入点位于直流接触器KM3和直流接触器KM4之间；所述第一接入点和第三接入点之间通过第一线路连接，所述第二接入点和第四接入点之间通过第二线路连接，所述第一线路和第二线路交接于中心点；所述中心点与第一接入点之间设置有直流接触器KM5，所述中心点与第二接入点之间设置有直流接触器KM6。

具体的，所述输入1路的输入端连接有功率模块DC1～DC4，所述输入2路的输入端连接有功率模块DC5～DC8，所述输入3路的输入端连接有功率模块DC9～DC12，所述输入4路的输入端连接有功率模块DC13～DC16。

具体的，所述输出1路、输出2路、输出3路和输出4路分别连接对应的充电端。

具体的，所述控制系统TMU包括控制系统TMU1、TMU2、TMU3和TMU4，分别对应四个充电桩的汽车BMS，用于接收车辆BMS的功率请求，并发送至CMU控制单元。

具体的，所述CMU控制单元利用总线与控制系统TMU连接。

本发明实施例的第二个方面，一种充电控制方法，基于所述的并机充电网络拓扑结构，包括如下步骤：

车辆BMS请求输出功率通过BMS通信总线到对应的控制系统TMU；

控制系统TMU将需要的功率上报到CMU控制单元，CMU控制单元计算、分配需要调用的功率模块；

若当前充电桩的功率模块能够满足功率需求，控制充电端开始充电；

若当前充电桩的功率模块不能满足功率需求，则控制四进四出功率单元进行功率分配，将其他充电桩的功率模块并入当前充电桩，进行充电；

若全部充电桩的功率模块之和还不能满足功率需求，则直接调用全部充电桩的功率模块进行充电。

本发明的有益效果如下：

本发明提供的并机充电网络拓扑结构，其中，四进四出功率单元可以互联互通两个120kw双枪充电系统。实现整体一个机柜功率扩容到240kw，其中单枪的可输出功率由原来的60kw、120kw扩大到60kw、120kw、180kw和240kw，可满足不同功率下的车辆需求，增大了系统的利用率和模块利用率。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是120kw双枪充电系统示意图。

图2是本实施例中并机充电网络拓扑结构简图。

图3是本实施例中四进四出功率拓扑单元拓扑图。

图4是本实施例中并机充电网络拓扑结构示意图，其中，两个120kw系统互联互通。

图5是本实施例中充电控制方法流程图。

具体实施方式

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，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。

以下详细说明均是示例性的说明，旨在对本发明提供进一步的详细说明。除非另有指明，本发明所采用的所有技术术语与本申请所属领域的一般技术人员的通常理解的含义相同。本发明所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而并非意图限制根据本发明的示例性实施方式。

如图1所示，图1为目前常见的120kw双枪充电系统结构示意图，包含8个15kwDC功率模块，3个接触器K1、K2和K3，2个控制系统TMU1和TMU2。

如图2所示，图2为本发明提供的一种充电机系统的并机充电网络拓扑结构示意图，包括四进四出功率单元和控制单元CMU，四进四出功率单元包括四路功率输入端、四路功率输出端，四路功率输入端连接功率模块，四路功率输出端分别连接对应的充电端。CMU控制单元连接控制系统TMU1、控制系统TMU2、控制系统TMU3和控制系统TMU4，用于通过控制系统TMU与车辆BMS通讯，接收车辆BMS的功率请求并分配功率模块。

如图3所示，图3为本发明提供的四进四出功率单元拓扑示意图，由4个直流接触器KM1、KM2、KM3、KM4组合形成串联环形结构，以及KM5和KM6形成环内结构，通过吸合和断开不同的直流接触器组合形成不同的功率网络，实现功率扩大。具体来说，四进四出功率单元包括环状线路结构，输入1路、输入2路、输入3路、输入4路、输出1路、输出2路、输出3路和输出4路分别接入环状线路结构，通过调节环状线路结构上直流接触器的闭合与断开能够实现输入1路、输入2路、输入3路和输入4路功率输出的线路，使输出1路、输出2路、输出3路和输出4路分别能够获得不同的功率。

环状线路结构的四条线路上分别设置有直流接触器KM1、直流接触器KM2、直流接触器KM3和直流接触器KM4；输出1路和输入1路同时接入环状线路结构的第一接入点，第一接入点位于直流接触器KM1和直流接触器KM4之间；输出2路和输入2路同时接入环状线路结构的第二接入点，第二接入点位于直流接触器KM1和直流接触器KM2之间；输出3路和输入3路同时接入环状线路结构的第三接入点，第三接入点位于直流接触器KM2和直流接触器KM3之间；输出4路和输入4路同时接入环状线路结构的第四接入点，第四接入点位于直流接触器KM3和直流接触器KM4之间；第一接入点和第三接入点之间通过第一线路连接，第二接入点和第四接入点之间通过第二线路连接，第一线路和第二线路交接于中心点；该中心点与第一接入点之间设置有直流接触器KM5，中心点与第二接入点之间设置有直流接触器KM6。

如图4所示，图4为两个120kw系统+四进四出拓扑形成的功率互通、通信互联的系统结构示意图。由16个15kwDC模块、四进四出功率单元、CMU控制单元和4个控制系统TMU组成。四进四出功率单元的连接方式如图4所示，四进四出功率单元中：输入1路的功率输入为模块DC1、DC2、DC3、DC4的输出直流总线，输出1路的功率输出为模块DC1、DC2、DC3、DC4的输出直流总线；输入2路的功率输入为模块DC5、DC6、DC7、DC8的输出直流总线，输出2路的功率输出为模块DC5、DC6、DC7、DC8的输出直流总线；输入3路的功率输入为模块DC9、DC10、DC11、DC12的输出直流总线，输出3路的功率输出为模块DC9、DC10、DC11、DC12的输出直流总线；输入4路的功率输入为模块DC13、DC14、DC15、DC16的输出直流总线，输出3路的功率输出为模块DC13、DC14、DC15、DC16的输出直流总线。

四进四出控制单元的连接方式如图4所示，四进四出控制单元串联TMU1、TMU2、TMU3和TMU4形成内部通信总线。

在本发明实例中，如果车辆1需要更大输出功率，可以通过四进四出功率单元吸合断开相应的KM直流接触器，将剩余可用的DC模块功率调用，不同需求或者不同使用工况下KM的吸合动作可以是不同的组合。在本实例中例如吸合KM1，可供给车辆1的最大输出功率为120kw，同时吸合KM1、KM5可供给最大输出功率为180kw，同时吸合KM1、KM5、KM4可供给最大输出功率为240kw。

同理，在车辆1和车辆2同时需要较大功率时也可通过四进四出功率单元吸合断开不同的KM将DC模块9到DC模块16的剩余功率调用。在本实例中如果车辆1和车辆2都需要较大功率120kw，则通过四进四出功率单元吸合KM2调用DC9、DC10、DC11、DC12模块给车辆2增加60kw的输出功率，吸合KM4调用DC13、DC14、DC15、DC16模块给车辆1增加60kw的输出功率。该系统可以扩容到360kw、480kw甚至720kw。只需要设计6进6出，或者12进12出系统，即可完成更大功率的扩容，实现更多模块调用，更智能化的分配模式实现功率调度的智能性。

如图5所示，本发明实施例的第二个方面，一种充电控制方法，基于上述的并机充电网络拓扑结构，包括如下具体步骤：

两个120kw机柜在通过图4方式并机后，如果有车辆BMS请求输出功率，改请求输出功率信号通过BMS通信总线传递到对应的控制系统TMU。

控制系统TMU将需要的功率上报到CMU控制单元，CMU控制单元计算、分配需要调用的功率模块；将对应功率的功率模块分配给请求功率的充电桩，CMU控制单元根据功率模块的分配结果，给分配的功率模块下发需要的输出功率、输出电压和电流；CMU根据不同的分配结果，计算出需要吸合的直流接触器KM，四进四出功率单元执行直流接触器吸合指令；充电端开始充电；如果有剩余可以调用的功率模块，则可以分配给相应的充电终端。

若当前充电桩的功率模块能够满足功率需求，则只调取当前充电桩的功率模块进行充电；若当前充电桩的功率模块不能满足功率需求，则将其他充电桩的功率模块并入当前充电桩，进行充电；若全部充电桩的功率模块之和还不能满足功率需求，则直接调用全部充电桩的功率模块进行充电。

下面以车辆功率需求为180KW进行举例示范：

1)、通过车辆BMS1上传需求180KW到TMU1。

2)、TMU1将需求功率上报CMU控制单元，CMU控制单元计算当前需要的模块个数，并将功率模块DC1、DC2、DC3、DC4、DC5、DC6、DC7、DC8、DC9、DC10、DC11、DC12分配给TMU1。

3)、CMU控制单元根据分配结果，给DC1、DC2、DC3、DC4、DC5、DC6、DC7、DC8、DC9、DC10、DC11、DC12模块下发需求功率，输出电压和电流。

4)、CMU控制单元根据分配结果，查看需要吸合的接触器，分别需要吸合KM1和KM5。功率单元执行KM1和KM5吸合动作。

5)、CMU控制单元根据分配结果，下发DC1、DC2、DC3、DC4、DC5、DC6、DC7、DC8、DC9、DC10、DC11、DC12模块输出指令。所有功率模块按照需求功率进行输出。

6)、车辆BMS1需求功率达到180kw。实现了单枪的功率扩大到180kw，增加了功率模块DC9、DC10、DC11、DC12的利用率。实现了功率自由化、可分配。

由技术常识可知，本发明可以通过其它的不脱离其精神实质或必要特征的实施方案来实现。因此，上述公开的实施方案，就各方面而言，都只是举例说明，并不是仅有的。所有在本发明范围内或在等同于本发明的范围内的改变均被本发明包含。

Claims (8)

1.一种充电机系统的并机充电网络拓扑结构，其特征在于，包括四进四出功率单元和控制单元CMU；所述四进四出功率单元包括四路功率输入端、四路功率输出端，所述四路功率输入端分别连接对应的功率模块，四路功率输出端分别连接对应的充电端；

所述CMU控制单元连接有控制系统TMU，用于通过控制系统TMU与车辆BMS通讯，接收所述车辆BMS的功率请求并分配功率模块。

2.根据权利要求1所述的并机充电网络拓扑结构，其特征在于，所述四进四出功率单元包括环状线路结构，输入1路、输入2路、输入3路、输入4路、输出1路、输出2路、输出3路和输出4路分别接入所述环状线路结构，通过调节所述环状线路结构上直流接触器的闭合与断开能够实现输入1路、输入2路、输入3路和输入4路功率输出的线路，使输出1路、输出2路、输出3路和输出4路分别能够获得不同的功率。

3.根据权利要求2所述的并机充电网络拓扑结构，其特征在于，所述环状线路结构的四条线路上分别设置有直流接触器KM1、直流接触器KM2、直流接触器KM3和直流接触器KM4；所述输出1路和输入1路同时接入所述环状线路结构的第一接入点，所述第一接入点位于直流接触器KM1和直流接触器KM4之间；所述输出2路和输入2路同时接入所述环状线路结构的第二接入点，所述第二接入点位于直流接触器KM1和直流接触器KM2之间；所述输出3路和输入3路同时接入所述环状线路结构的第三接入点，所述第三接入点位于直流接触器KM2和直流接触器KM3之间；所述输出4路和输入4路同时接入所述环状线路结构的第四接入点，所述第四接入点位于直流接触器KM3和直流接触器KM4之间；所述第一接入点和第三接入点之间通过第一线路连接，所述第二接入点和第四接入点之间通过第二线路连接，所述第一线路和第二线路交接于中心点；所述中心点与第一接入点之间设置有直流接触器KM5，所述中心点与第二接入点之间设置有直流接触器KM6。

4.根据权利要求2所述的并机充电网络拓扑结构，其特征在于，所述输入1路的输入端连接有功率模块DC1～DC4，所述输入2路的输入端连接有功率模块DC5～DC8，所述输入3路的输入端连接有功率模块DC9～DC12，所述输入4路的输入端连接有功率模块DC13～DC16。

5.根据权利要求2所述的并机充电网络拓扑结构，其特征在于，所述输出1路、输出2路、输出3路和输出4路分别连接对应的充电端。

6.根据权利要求1所述的并机充电网络拓扑结构，其特征在于，所述控制系统TMU包括控制系统TMU1、TMU2、TMU3和TMU4，分别对应四个充电桩的汽车BMS，用于接收车辆BMS的功率请求，并发送至CMU控制单元。

7.根据权利要求1所述的并机充电网络拓扑结构，其特征在于，所述CMU控制单元利用总线与控制系统TMU连接。

8.一种充电控制方法，其特征在于，基于权利要求1所述的并机充电网络拓扑结构，包括如下步骤：

车辆BMS请求输出功率通过BMS通信总线到对应的控制系统TMU；

控制系统TMU将需要的功率上报到CMU控制单元，CMU控制单元计算、分配需要调用的功率模块；

若当前充电桩的功率模块能够满足功率需求，控制充电端开始充电；

若当前充电桩的功率模块不能满足功率需求，则控制四进四出功率单元进行功率分配，将其他充电桩的功率模块并入当前充电桩，进行充电；

若全部充电桩的功率模块之和还不能满足功率需求，则直接调用全部充电桩的功率模块进行充电。

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