CN114919450A - 基于开关矩阵的充电功率控制系统、方法、存储介质及充电站 - Google Patents

基于开关矩阵的充电功率控制系统、方法、存储介质及充电站 Download PDF

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CN114919450A CN202210737063.XA CN202210737063A CN114919450A CN 114919450 A CN114919450 A CN 114919450A CN 202210737063 A CN202210737063 A CN 202210737063A CN 114919450 A CN114919450 A CN 114919450A
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张峰
殷明
李洪涛
黄颉
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Abstract

本发明公开了一种基于开关矩阵的充电功率控制系统、方法、存储介质及充电站,系统包括:充电单元与对应的充电终端通过充电电路连接,充电电路上配备有开关矩阵,开关矩阵通过内部接触器的开合,来控制充电电路的通断;功率控制单元通过I/O控制方式控制开关矩阵内接触器的开合;功率控制单元还与充电终端通信连接,获取充电终端发送的充电功率需求;功率控制单元还与充电单元通信连接,查询充电单元的使用情况和调用充电单元,充电单元用于输出功率对充电终端进行充电。本发明采用功率控制单元获取充电功率需求和充电单元的使用情况,根据实际需要,控制开关矩阵来控制功率输出,实现功率的实时调度,即充分满足了不同充电功率需求,又避免了充电资源的浪费。

Description

基于开关矩阵的充电功率控制系统、方法、存储介质及充电站
技术领域
本发明涉及充电控制领域,具体为基于开关矩阵的充电功率控制系统、方法、存储介质及充电站。
背景技术
能源和环境问题是国际汽车工业面临的长期共同挑战,汽车产品将向安全、节能、环保方向迈进,新能源汽车成了各国竞相研发的目标和追求。目前,发展新能源汽车已经上升为国家战略。近年来,世界上主流的汽车制造商已经纷纷开始关注电动汽车并投入了大量资金用于此项技术的开发与研究。如今,电动汽车的产业化、商业化已经形成了一定的规模,并且已经有可观数量的产品正式投入使用。
随着电动汽车的普及,电动汽车充电功率控制的研究越来越成为当前主流的研究对象,充电终端在进行充电时,往往存在充电单元的输出功率无法满足充电功率需求的问题,这种情况下,只能重新更换大功率的充电单元,往往十分麻烦,耗时耗力;同时还存在充电单元闲置的情况,导致浪费充电资源。
发明内容
为克服上述背景技术中充电单元的输出功率无法满足充电功率需求,更换大功率的充电单元,往往十分麻烦,耗时耗力;以及充电单元闲置的情况,导致浪费充电资源的缺点,本发明的目的在于提供一种基于开关矩阵的充电功率控制系统、方法、存储介质及充电站。
为了达到以上目的,本发明采用的技术方案是:
本发明的第一方面,提供基于开关矩阵的充电功率控制系统,包括功率控制单元、充电终端、充电单元和开关矩阵;所述充电单元与对应的充电终端通过充电电路连接,所述充电电路上配备有开关矩阵,所述开关矩阵通过内部接触器的开合,来控制所述充电电路的通断;
所述功率控制单元通过I/O控制方式控制开关矩阵内接触器的开合;
所述功率控制单元还与充电终端通信连接,用于获取充电终端发送的充电功率需求;
所述功率控制单元还与充电单元通信连接,用于查询充电单元的使用情况和调用充电单元
所述充电单元用于输出功率对充电终端进行充电。
在一些可能的实施方式中,所述功率控制单元获取充电终端的充电功率需求P,根据所述充电单元的最大输出功率P来计算所需充电单元的数量N,即P≤P*N=P、其中N为正整数。
在一些可能的实施方式中,所述充电功率控制系统的调度方法包括如下步骤:
所述功率控制单元分别查询各充电单元的使用情况,如果有可调用的充电单元,则按模块地址编码的大小依次调用,直到调用成功的各充电单元的总输出功率满足充电终端的充电功率,即P≥P
如果调用成功的各充电单元的总输出功率P<P,功率控制单元先将该功率送到充电终端,然后功率控制单元继续查询是否有可调用的充电单元,直到充电终端充电完成和调用成功的各充电单元的总输出功率P满足充电终端的充电功率需求两个条件的任意一个满足,则本次调用结束。
在一些可能的实施方式中,如果当前充电终端充电完毕,则会释放当前调用成功的充电单元,重新变为可调用的充电单元。
在一些可能的实施方式中,所述开关矩阵包括共享开关矩阵和扩展开关矩阵,每套四路充电电路配备连接一套共享开关矩阵,每两套四路充电电路配备若干套所述扩展开关矩阵。
在一些可能的实施方式中,所述共享开关矩阵内任意一路充电电路输出可以调用其他可调用的充电单元。
在一些可能的实施方式中,所述扩展开关矩阵内部配备一组四路开关。
在一些可能的实施方式中,每组所述组四路开关连接两路充电电路。
在一些可能的实施方式中,每套扩展开关矩阵联络的充电电路具有唯一性。
本发明的第二方面,提供一种基于开关矩阵的充电功率控制方法,应用于上述系统。所述方法包括以下步骤:
S1:通过功率控制单元获取充电单元的最大充电输出功率P和充电终端充电功率需求P
S2:根据所述充电功率需求P和最大充电输出功率P计算所需充电单元的数量N,
S3:功率控制单元根据充电单元的数量N,对开关矩阵内接触器进行开合,从而控制充电单元与充电终端之间充电电路的通断,使N*P≥P
本发明的第三方面,提供一种计算机存储介质,所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序,所述计算机程序被处理器执行上述的基于开关矩阵的充电功率控制系统或执行时实现权利要求10所述的基于开关矩阵的充电功率控制方法的步骤。
本发明的第四方面,提供一种充电站,所述充电站包括上述的基于开关矩阵的充电功率控制系统。
本发明的有益效果是在于:通过功率控制单元采用CAN通信获取充电终端的充电功率需求和充电单元的使用情况,根据充电终端的实际充电功率需求,来调用充电单元,具体控制开关矩阵内部接触器的通断来控制充电单元对充电终端的功率输出,这样实现功率输出的实时调度,即充分满足了不同充电功率需求,又避免了充电资源的浪费,缓解了当充电高峰时的充电压力。
附图说明
图1为本发明实施例基于开关矩阵的充电功率控制系统的结构示意图;
图2为本发明实施例中八路充电电路输出需要两套共享开关矩阵和四套扩展开关矩阵的结构示意图;
图3为本发明实施例基于开关矩阵的充电功率控制方法的步骤流程图。
图中,功率变化模块指的是充电单元;功率控制器指的是功率控制单元。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述,以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解,从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
参见附图1所示,本实施例中提供一种基于开关矩阵的充电功率控制系统,包括功率控制单元、充电终端、充电单元和开关矩阵;充电终端可以是充电机或充电桩
所述充电单元与对应的充电终端通过充电电路连接,所述充电电路上配备有开关矩阵,所述开关矩阵通过内部接触器的开合,来控制所述充电电路的通断;
所述功率控制单元通过I/O控制方式控制开关矩阵内接触器的开合;
所述功率控制单元还与充电终端CAN通信连接,用于获取充电终端发送的充电功率需求;
所述功率控制单元还与充电单元CAN通信连接,用于查询充电单元的使用情况和调用充电单元,
所述充电单元用于输出功率对充电终端进行充电。
通过功率控制单元采用CAN通信获取充电终端的充电功率需求和充电单元的使用情况,根据充电终端的实际充电功率需求,来调用充电单元,具体控制开关矩阵内部接触器的通断来控制充电单元对充电终端的功率输出,这样实现功率输出的实时调度,即充分满足了不同充电功率需求,又避免了充电资源的浪费,缓解了当充电高峰时的充电压力。
参照附图3所示,本实施例还提供一种基于开关矩阵的充电功率控制方法,应用于上述系统。所述充电功率控制方法包括以下步骤:
S1:通过功率控制单元获取充电单元的最大充电输出功率P和充电终端充电功率需求P
S2:根据所述充电功率需求P和最大充电输出功率P计算所需充电单元的数量N,
S3:功率控制单元根据充电单元的数量N,对开关矩阵内接触器进行开合,从而控制充电单元与充电终端之间充电电路的通断,使N*P≥P
功率控制单元获取充电终端的充电功率需求P,根据所述充电单元的最大输出功率P来计算所需充电单元的数量N,即P≤P*N=P、P为总输出功率,N为正整数。
充电功率控制系统中充电单元的调度方法包括如下步骤:
功率控制单元分别查询各充电单元的使用情况,如果有可调用的充电单元,则按模块地址编码的大小依次调用,直到调用成功的各充电单元的总输出功率满足充电终端的充电功率,即P≥P
如果调用成功的各充电单元的总输出功率P<P,功率控制单元先将该功率送到充电终端,然后功率控制单元继续查询是否有可调用的充电单元,直到充电终端充电完成和调用成功的各充电单元的总输出功率P满足充电终端的充电功率需求两个条件的任意一个满足,则本次调用结束。
在充电过程中可以实时保证充电输出功率的稳定性,又可以进行动态调控,防止充电资源的浪费,充分缓解了充电压力。
当前充电终端充电完毕,则会释放当前调用成功的充电单元,重新变为可调用的充电单元,这样可以实现充电单元的资源最大化利用,同时缓解充电压力。
开关矩阵包括共享开关矩阵和扩展开关矩阵,每套四路充电电路配备连接一套共享开关矩阵,每两套四路充电电路配备若干套所述扩展开关矩阵。共享开关矩阵内任意一路充电电路输出可以调用其他可调用的充电单元,这么做的目的是为了防止当充电功率需求过大时,当前调用成功的充电单元充电功率不足时,避免充电不稳定,影响正常充电。所述扩展开关矩阵内部配备一组四路开关。每组所述组四路开关连接两路充电电路。每套扩展开关矩阵联络的充电电路具有唯一性。
参照附图2所示,参照附图2所示,图2为八路充电电路输出需要两套共享开关矩阵和四套扩展开关矩阵,例如1#终端有充电功率需求,1#充电单元启动;当充电功率需求超出了1#充电单元的功率输出限制时,功率控制单元就会检测判断是否有可调用的充电单元可以调用,如果有就给目标充电单元下发启动指令,并对共享开关矩阵下发对应开关的合闸指令;当充电功率需求下降,单个充电单元就可以满足充电功率需求时,功率控制单元就会给被调用的充电单元下发停机指令,并对共享开关矩阵下发对应开关的分闸指令。
例如1#终端有充电功率需求,1#充电单元启动;当充电功率需求超出了1#充电单元的功率输出限制时,功率控制单元就会检测判断是否有可调用的充电单元可以调用,如果有就给目标充电单元下发启动指令,并对共享开关矩阵下发对应开关的合闸指令;当充电功率需求下降,单个充电单元就可以满足充电功率需求时,功率控制单元就会给被调用的充电单元下发停机指令,并对共享开关矩阵下发对应开关的分闸指令。
八路充电电路输出,如四路内已无可调用充电单元,可通过扩展开关矩阵单元调用另外四路了调用的充电单元;充电运行并存在调用过程中,如充电功率需求下降,不需要调用其他充电单元,将被调用成功的充电单元对应开关断开,停止被调用成功的充电单元运行;被调用成功的充电单元对应的充电终端如果有了充电功率需求,则需要将该充电单元脱离被调用状态,为对应的充电终端进行充电;在充电过程中,存在调用其他充电单元的状态,如果被调用成功的充电单元被对应的充电终端调回,则另外搜寻其他未被调用的充电单元进行调用。
每一路充电终端可调用的充电单元数量根据实际情况而定。
本实施例还提供一种计算机存储介质,所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序,所述计算机程序被处理器执行上述的基于开关矩阵的充电功率控制系统。
其中,处理器还可以称为CPU(Central Processing Unit,中央处理单元)。处理器可能是一种集成电路芯片,具有信号的处理能力。
处理器可以是:
DSP(Digital Signal Processor,数字信号处理器,数字信号处理器是由大规模或超大规模集成电路芯片组成的用来完成某种信号处理任务的处理器。它是为适应高速实时信号处理任务的需要而逐渐发展起来的。随着集成电路技术和数字信号处理算法的发展,数字信号处理器的实现方法也在不断变化,处理功能不断提高和扩大。)
ASIC(Application Specific Integrated Circuit,专用集成电路,即专用集成电路,是指应特定用户要求和特定电子系统的需要而设计、制造的集成电路。
FPGA(现场可编程门阵列,Field Programmable Gate Array)是在PAL(Programmable Array Logic,可编程阵列逻辑)、GAL(generic array logic,通用阵列逻辑)等可编程器件的基础上进一步发展的产物。它是作为专用集成电路(ASIC)领域中的一种半定制电路而出现的,既解决了定制电路的不足,又克服了原有可编程器件门电路数有限的缺点。
通用处理器,所述通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。
其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件和分立硬件组件等。
存储介质存储有能够实现上述所有方法的程序指令,其中,该程序指令可以以软件产品的形式存储在上述存储介质中,包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机,服务器,或者网络设备等)或处理器(processor)执行本发明各个实施方式所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括:U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM,Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM,Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质,或者是计算机、服务器、手机、平板等终端设备。
本实施例还提供一种充电站,所述充电站包括上述的基于开关矩阵的充电功率控制系统。充电站的应用场景包括:
公共停车场:停车场是社会充电站最佳的地方之一,交通方便、出入方便。可与停车场租用一个车位,甚至是便角落位置即可,可以留有2个充电车位(由于是短时充电,甚至都不用专用充电车位,按充电车数交一定费用即可)。
大型购物中心:此地放置充电站必然会受到购物中心欢迎,充电的人会顺便购买商品(在哪里买都是买,正好利用充电的10-20分钟购物),这样,可与购物中心实现双赢。
可停车的路边地:城市停车越来越难,许多非主干道,都被允许用来临时停车,由于箱式电动汽车快速充电站占用的地方非常小(小于20m2),可供箱式电动汽车快速充电站放置的位置非常多,并且根据需要进行随时移动。
高速路服务区:在高速路服务区设置几座箱式电动汽车快速充电站,就可连接周边城市。数量不多,但意义很大,它将大大增加电动汽车用户的信心。
居住小区:这是最贴近用户的地方,虽然小区内可以设置许多慢速充电站,但有急事需要外出是几乎每个人都可能遇到的事情,慢速充电站必须与快速充电站结合起来才能发挥作用。
单位、写字楼等:一般单位与写字楼都有停车场地,单位购置充电站不仅可为本单位的电动汽车服务,也可为本单位员工电动汽车服务,当然也可允许社会车辆快速充电。
特殊景区,重要国道、偏远公路和用电无保障地域担忧须充电需求的地域可采用太阳能和风能等能源形式储能充电。
以上实施方式只为说明本发明的技术构思及特点,其目的在于让熟悉此项技术的人了解本发明的内容并加以实施,并不能以此限制本发明的保护范围,凡根据本发明精神实质所做的等效变化或修饰,都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (12)

1.基于开关矩阵的充电功率控制系统,其特征在于,包括功率控制单元、充电终端、充电单元和开关矩阵;所述充电单元与对应的充电终端通过充电电路连接,所述充电电路上配备有开关矩阵,所述开关矩阵通过内部接触器的开合,来控制所述充电电路的通断;
所述功率控制单元通过I/O控制方式控制开关矩阵内接触器的开合;
所述功率控制单元还与充电终端通信连接,用于获取充电终端发送的充电功率需求;
所述功率控制单元还与充电单元通信连接,用于查询充电单元的使用情况和调用充电单元
所述充电单元用于输出功率对充电终端进行充电。
2.根据权利要求1所述的基于开关矩阵的充电功率控制系统,其特征在于,所述功率控制单元获取充电终端的充电功率需求P,根据所述充电单元的最大输出功率P来计算所需充电单元的数量N,即P≤P*N=P、其中N为正整数。
3.根据权利要求1所述的基于开关矩阵的充电功率控制系统,其特征在于,所述充电功率控制系统中的充电单元的调度方法包括如下步骤:
所述功率控制单元分别查询各充电单元的使用情况,如果有可调用的充电单元,则按模块地址编码的大小依次调用,直到调用成功的各充电单元的总输出功率满足充电终端的充电功率,即P≥P
如果调用成功的各充电单元的总输出功率P<P,功率控制单元先将该功率送到充电终端,然后功率控制单元继续查询是否有可调用的充电单元,直到充电终端充电完成和调用成功的各充电单元的总输出功率P满足充电终端的充电功率需求两个条件的任意一个满足,则本次调用结束。
4.根据权利要求3所述的基于开关矩阵的充电功率控制系统,其特征在于,如果当前充电终端充电完毕,则会释放当前调用成功的充电单元,重新变为可调用的充电单元。
5.根据权利要求1所述的基于开关矩阵的充电功率控制系统,其特征在于,所述开关矩阵包括共享开关矩阵和扩展开关矩阵,每套四路充电电路配备连接一套共享开关矩阵,每两套四路充电电路配备若干套所述扩展开关矩阵。
6.根据权利要求5所述的基于开关矩阵的充电功率控制系统,其特征在于,所述共享开关矩阵内任意一路充电电路输出可以调用其他可调用的充电单元。
7.根据权利要求5所述的基于开关矩阵的充电功率控制系统,其特征在于,所述扩展开关矩阵内部配备一组四路开关。
8.根据权利要求7所述的基于开关矩阵的充电功率控制系统,其特征在于,每组所述组四路开关连接两路充电电路。
9.根据权利要求5所述的基于开关矩阵的充电功率控制系统,其特征在于,每套扩展开关矩阵联络的充电电路具有唯一性。
10.基于开关矩阵的充电功率控制方法,其特征在于,应用于权利要求1-9任一所述的系统。所述方法包括以下步骤:
S1:通过功率控制单元获取充电单元的最大充电输出功率P和充电终端充电功率需求P
S2:根据所述充电功率需求P和最大充电输出功率P计算所需充电单元的数量N,
S3:功率控制单元根据充电单元的数量N,对开关矩阵内接触器进行开合,从而控制充电单元与充电终端之间充电电路的通断,使N*P≥P
11.一种计算机存储介质,其特征在于,所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序,所述计算机程序被处理器执行执行权利要求1-9任一项所述的基于开关矩阵的充电功率控制系统或执行时实现权利要求10所述的基于开关矩阵的充电功率控制方法的步骤。
12.一种充电站,其特征在于,所述充电站包括权利要求1-9任一项所述的基于开关矩阵的充电功率控制系统。
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