CN115871498B - 直流充电设备及其功率分配单元 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种直流充电设备及其功率分配单元。其中功率分配单元包括：多路直流输入回路，每路直流输入回路用于接入一路直流电；多路直流输出回路，每路直流输出回路用于供出一路直流电；矩阵开关，其包括多个断路器，每个断路器设置在一路输入端与一路输出端之间；以及检测控制模块，包括至少一种检测元件以及控制电路，检测元件与矩阵开关信号连接，并用于检测矩阵开关的运行工况；控制电路与检测元件以及矩阵开关分别信号连接，并用于根据运行工况判断矩阵开关是否发生异常，控制与异常相关的断路器断开。本发明的方案可以及时发现矩阵开关的故障并进行主动处理。

Description

直流充电设备及其功率分配单元

技术领域

本发明涉及电动汽车充电，特别是涉及直流充电设备及其功率分配单元。

背景技术

随着纯电动汽车的使用越来越广，充电需求越来越多，市场对车辆的充电安全性和便利性提出越来越高的要求，便利、安全且快速的充电是市场对车辆的一致需求。其中

充电桩作为电动汽车充电装置，主要为电动汽车提供充电服务。其中直流充电设备功率大、充电速度快，以直流方式向电动电池充电。直流充电设备适合对充电时间要求较高的场景，如出租车、公交车、物流车等运营车充电站，以及乘用车公共充电桩。

现有的直流充电设备一般包括：充电机、矩阵开关、充电终端，其中充电机中具有功率模块，利用功率模块将电源转换转为充电负载所需的直流电形式，矩阵开关与功率模块的输出连接，通过调整自身开关状态，选择对应的充电终端输出充电电能。

上述矩阵开关由多个单开关继电器排列形成，其动作由上位机控制。上位机无法及时确定矩阵开关内部工作异常，不能及时进行保护。

发明内容

本发明的一个目的是要提供一种至少解决上述上述任一方面技术问题的直流充电设备及其功率分配单元。

本发明一个进一步的目的是要及时确定功率分配单元中矩阵开关的异常运行工况，提高安全性。

本发明另一个进一步的目的是节省功率分配单元成本，提高可靠性。

特别地，本发明提供了一种直流充电设备的功率分配单元，其包括：

多路直流输入回路，每路直流输入回路用于接入一路直流电；

多路直流输出回路，每路直流输出回路用于供出一路直流电；

矩阵开关，其包括：

多路输入端，分别连接至多路直流输入回路；

多路输出端，分别连接至多路直流输出回路；

多个断路器，每个断路器设置在一路输入端与一路输出端之间；以及

检测控制模块，包括至少一种检测元件以及控制电路，检测元件与矩阵开关信号连接，并用于检测矩阵开关的运行工况；控制电路与检测元件以及矩阵开关分别信号连接，并用于根据运行工况判断矩阵开关是否发生异常，控制与异常相关的断路器断开。

可选地，检测元件包括：多个电压检测元件，分别设置在多路直流输入回路上，用于检测多路直流输入回路的电压；并且控制电路，配置成在任一路直流输入回路的电压超过预设电压超限阈值的情况下，控制与电压超过电压超限阈值的直流输入回路连接的断路器断开。

可选地，控制电路还配置成仅允许与其电压小于预设安全电压阈值的直流输入回路连接的断路器进行通断操作。

可选地，检测元件包括：

多个电流检测元件，分别设置在多路直流输出回路上，用于检测多路直流输出回路的电流；并且

控制电路，配置成在任一路直流输出回路的电流超过预设电流超限阈值的情况下，控制与电流超过电流超限阈值的直流输出回路连接的断路器断开。

可选地，控制电路还配置成仅允许与其电流小于预设安全电流阈值的直流输出回路连接的断路器进行通断操作。

可选地，检测元件包括：多个温度检测元件，每个温度检测元件用于设置在一输入端与一直流输入回路的连接点上；

控制电路还配置成在任一连接点的温度超过预设温度超限阈值的情况下，控制与温度超过温度超限阈值的连接点连接的断路器断开。

可选地，断路器为双路开关断路器，并具有控制引脚，并配置成根据控制引脚收到的控制信号执行通断；控制电路与多个断路器的控制引脚分别连接，还用于向多个断路器提供控制信号。

可选地，断路器还具有内部保险机构以及故障引脚，并配置成在内部保险机构动作后通过故障引脚输出故障信号；控制电路与多个断路器的故障引脚分别连接，还用于获取故障信号。

可选地，断路器还具有反馈引脚，并配置成通过反馈引脚输出与自身通断状态对应的反馈信号；控制电路还与多个断路器的反馈引脚分别连接，用于获取反馈信号。

可选地，控制电路还包括：通信接口，其配置成与直流充电设备的上位机通信连接，并且控制电路还配置成：在判定矩阵开关发生异常的情况下通过通信接口向上位机提供与异常对应的异常信息。

可选地，控制电路还配置成：通过通信接口获取上位机下发的功率分配指令，并根据功率分配指令控制矩阵开关调整断路器的通断。

根据本发明的另一个方面，还提供了一种直流充电设备，其包括：上述任一种的直流充电设备的功率分配单元。

本发明的直流充电设备及其功率分配单元，增设检测控制模块。检测控制模块中的检测元件与矩阵开关信号连接，并用于检测矩阵开关的运行工况，实现对矩阵开关的准确检测，了解运行状态。检测控制模块中的控制电路根据检测元件检测得到的运行工况，判断矩阵开关是否发生异常，从而可以及时发现矩阵开关的故障，通过控制与异常相关的断路器断开，提高了功率分配单元的安全性，避免故障进一步恶化。

进一步地，本发明的直流充电设备及其功率分配单元，可以集成电压、电流、温度等多种工况的检测功能，并优化了检测元件的布置位置，采集的数据准确全面，为控制电路提供了可靠的控制依据。

更进一步地，本发明的直流充电设备及其功率分配单元，使用了双路开关断路器，相较于传统的单路开关，减少了开关数量，降低了设备整体成本。双路开关断路器配置控制引脚、内部保险机构、故障引脚、反馈引脚，可以直接获取断路器自身的工作状态，并在功率分配单元内部进行直接控制，提高了可靠性。

更进一步地，本发明的直流充电设备及其功率分配单元，控制电路利用通信接口与直流充电设备的上位机通信连接，可以在判定矩阵开关发生异常的情况下通过通信接口向上位机提供与异常对应的异常信息，并且接收上位机下发的功率分配指令，并根据功率分配指令控制矩阵开关调整断路器的通断，实现了功率分配单元与直流充电设备的其他部件的相互配合，实现安全可靠地对电动汽车充电。

根据下文结合附图对本发明具体实施例的详细描述，本领域技术人员将会更加明了本发明的上述以及其他目的、优点和特征。

附图说明

后文将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本发明的一些具体实施例。附图中相同的附图标记标示了相同或类似的部件或部分。本领域技术人员应该理解，这些附图未必是按比例绘制的。附图中：

图1是根据本发明一个实施例的直流充电设备的示意架构图；

图2是根据本发明一个实施例的直流充电设备的功率分配单元的示意框图；

图3是根据本发明一个实施例的直流充电设备的功率分配单元中断路器的电路原理示意图；

图4是根据本发明一个实施例的直流充电设备的功率分配单元中控制电路的电路原理示意图；

图5是根据本发明一个实施例的直流充电设备的功率分配单元的整体电路原理示意图；以及

图6是根据本发明一个实施例的直流充电设备的功率分配单元的工作流程示意图。

具体实施方式

图1是根据本发明一个实施例的直流充电设备10的示意架构图，图1示出了本发明一个实施例的功率分配单元地应用架构。本实施例的直流充电设备10可以包括充电机110、本发明实施例提供的功率分配单元200(Power Distribution Unit，简称PDU)、多个充电终端120。其中充电机110可以用于将电网的电能通过整流等处理转换为电动汽车充电所需的直流电能(Direct Current，简称DC)。充电机110可以具有多路输出接口，充电机110的每路输出接口分别连接PDU 200的对应输入端，PDU 200的输出端与充电终端120的输入端分别连接。功率分配单元200对多路直流电进行分配，通过多个充电终端120向充电负载(电动汽车)供电。功率分配单元200的多路直流输入回路210分别接入充电机110的多个输出接口，从而供出多路直流电；功率分配单元200的多路直流输出回路220分别连接多个充电终端120，以分别供出多路直流电。多个充电终端120通过与充电负载(电动汽车)充电接口相适配的充电头向外供电。

在一些实施例中，充电机110可以包括多个功率模块111，每个功率模块111用于独立输出一路直流电，以输出设定功率的直流电能。通过调整功率模块111的开关和输出参数，可以改变直流输入回路210的电气参数。也就是说本实施例的直流充电设备10，多路输入直流电相互独立，可以根据供电负载的需求，投入供电；在充电机110的部分功率模块111出现故障时，也可以退出使用，而不影响其他功率模块111继续使用。

充电机110输出的电能通过功率分配单元200的内部调整，可以实现电能根据负载需要输出到任意一个或多个充电终端120。在进行功率在调整时，功率分配单元200可以首先获取各个充电终端120的负载大小，然后确定需要接入的直流输入回路210的数量，通过内部矩阵开关的通断将所需的直流输入回路210连接至对应的直流输出回路220。例如，1号充电终端120需要提供两路直流电的负载能力时，功率分配单元200可将两路直流输入回路210连通至连接1号充电终端120的直流输出回路220。

图1中所示的直流输入回路210的数量以及充电终端120的数量仅为举例，本实施例的直流充电设备10可以根据充电负载要求以及供电能力配置直流输入回路210的数量以及充电终端120的数量。在一些实施例中，直流输入回路210的数量以及充电终端120的数量可以设置为相同，例如充电机110可以具有4个功率模块111，并通过4路直流输入回路210接入电能，4路直流输出回路220向4个充电终端120提供电能，可实现4路直流输入回路210连接1路直流输出回路220，或者4路直流输入回路210分别连接4路直流输出回路220。在另一些实施例中，直流输入回路210的数量以及充电终端120的数量可以设置为不同，例如充电机110可以具有6个功率模块111，并通过6路直流输入回路210接入电能，4路直流输出回路220向4个充电终端120提供电能。这种直流输入回路210多于直流输出回路220的设置方式，可以预留一定的备用能力，提高故障备用能力，提高安全性。

本领域技术人员显然应该了解每路直流输出和每路直流输入都包括直流正极DC+以及直流负极DC-两根线缆。

图2是根据本发明一个实施例的直流充电设备10的功率分配单元200的示意框图，该直流充电设备10的功率分配单元200，一般性地可以包括：多路直流输入回路210、多路直流输出回路220、矩阵开关230、检测控制模块240。

在上述部件中，每路直流输入回路210用于接入一路直流电，也即与充电机110一路输出连接；每路直流输出回路220用于供出一路直流电，也即与充电终端120连接。如上文已经提及的，多路直流输入回路210和多路直流输出回路220数量可以设置为相同或者不同，具体数量可以根据需要进行配置。

矩阵开关230包括多路输入端DC-IN、多路输出端DC-OUT、多个断路器231。其中多路输入端DC-IN分别连接至多路直流输入回路210；多路输出端DC-OUT分别连接至多路直流输出回路220。多路输入端DC-IN与多路输出端DC-OUT可以形成矩阵式的连接关系，如将多路输出端DC-OUT作为矩阵的列，则多路输出端DC-OUT作为矩阵的行。从而在具有m路输出端DC-OUT和n路输入端DC-IN的情况下，矩阵开关230形成m×n的矩阵连接关系(m＝n或者m≠n)。

每个断路器231设置在一路输入端DC-IN与一路输出端DC-OUT之间，也即断路器231作为矩阵连接关系的节点，在具有m路输出端DC-OUT和n路输入端DC-IN的情况下，断路器231的数量应为m×n个。

图3是根据本发明一个实施例的直流充电设备10的功率分配单元200中断路器231的电路原理示意图，断路器231使用双路开关断路器，其强电部分具有直流输入端口IN+、IN-以及直流输出端口OUT+、OUT-，其通过内部开关节点使IN+与OUT+以及IN-与OUT-的连接同时通断。双路开关断路器231的弱电部分可以包括控制引脚P1、反馈引脚P3、故障引脚P2。其中控制引脚P1用于接收控制信号，断路器231按照控制引脚P1收到的控制信号执行通断动作。故障引脚P2配置成在内部保险机构动作后通过故障引脚P2输出故障信号。内部保险结构可以为保险丝，在过载严重的情况下，通过熔断避免开关节点无法正常断开的情况。故障引脚P2可以输出反映内部保险结构动作状态的故障信号。反馈引脚P3用于输出与双路开关断路器231自身通断状态对应的反馈信号。上述控制引脚P1、反馈引脚P3、故障引脚P2可以分别连接检测控制模块240中的控制电路242。

断路器(breaker)231起到开关的作用，可以通过改变控制引脚P1的高低电平(或者其他电信号的变化)来实现双路(DC+与DC-)的通断动作。断路器231内部的机械装置会直接通过反馈引脚P3的高低电平(或者其他电信号的变化)反应实际通断状态。当断路器231的内部保险机构动作(例如保险丝熔断)则会改变故障引脚P2的电平(或者其他电信号的变化)。

在一些实施例中，断路器231也可使用其他具有多路开关功能的元器件替代，如交直流接触器等。一个双路开关断路器231可以实现两个单路继电器的开关功能，减小了开关元件的使用数量，成本低，可靠性提高。

检测控制模块240包括至少一种检测元件241以及控制电路242。检测元件241与矩阵开关230信号连接，并用于检测矩阵开关230的运行工况。检测元件241可以包括用于检测矩阵开关230工作电压的电压检测元件U、用于检测矩阵开关230工作电流的电流检测元件I、用于检测矩阵开关230工作温度的温度检测元件T。除此之外检测元件241还可以根据需要配置其他种类的检测测量元件，从而测量各种所需的电气参数、开关参数、机械状态参数等。

控制电路242与检测元件241以及矩阵开关230分别信号连接，并用于根据运行工况判断矩阵开关230是否发生异常，控制与异常相关的断路器231断开。图4是根据本发明一个实施例的直流充电设备10的功率分配单元200中控制电路242的电路原理示意图。

控制电路242可以对矩阵开关230的电压信号进行处理和控制。多个电压检测元件U可以分别设置在多路直流输入回路210上，用于检测多路直流输入回路210的电压。控制电路242可配置成在任一路直流输入回路210的电压超过预设电压超限阈值的情况下，控制与电压超过电压超限阈值的直流输入回路210连接的断路器231断开。也即控制电路242可以对过压故障进行处理，具体的处理流程可以为：在确定任一路直流输入回路210的电压超过预设电压超限阈值的情况下，由直流充电设备10的主控设备(上位机130)关闭充电机110对应的功率模块111，然后控制电路242断开对应的断路器231，从而保护断路器231以及矩阵开关230。在一些实施例中，控制电路242也可以直接断开对应的断路器231，例如在充电机110对应的功率模块111未能关闭或者过压故障非常严重的情况下，控制电路242也可以直接断开对应的断路器231，避免引起更严重的事故。

一般情况下，控制电路242可以配置成仅允许与其电压小于预设安全电压阈值的直流输入回路210连接的断路器231进行通断操作。也即控制电路242尽量避免断路器231带载动作，从而延长断路器231的使用寿命和提高其可靠性。

上述电压超限阈值以及安全电压阈值可以根据断路器231的额定参数进行设定。在一种实施例中，电压超限阈值可以设置为1000V，安全电压阈值可以设置为60V。

控制电路242还可以对矩阵开关230的电流信号进行处理和控制。多个电流检测元件I可以分别设置在多路直流输出回路220上，用于检测多路直流输出回路220的电流。控制电路242可配置成在任一路直流输出回路220的电流超过预设电流超限阈值的情况下，控制与电流超过电流超限阈值的直流输出回路220连接的断路器231断开。也即控制电路242可以对过流故障进行处理，具体的处理流程可以为：在确定任一路直流输出回路220的电流超过预设电流超限阈值的情况下，由直流充电设备10的主控设备关闭向该直流输出回路220供电的功率模块111，然后控制电路242断开对应的断路器231，从而保护断路器231以及矩阵开关230。在一些实施例中，控制电路242也可以直接断开对应的断路器231，例如在充电机110对应的功率模块111未能关闭或者过流故障非常严重的情况下，控制电路242也可以直接断开对应的断路器231，避免引起更严重的事故。

一般情况下，控制电路242可以配置成仅允许与其电压小于预设安全电压阈值的直流输入回路210连接的断路器231进行通断操作。也即控制电路242配置成仅允许与其电流小于预设安全电流的直流输出回路220连接的断路器231进行通断操作。

上述电流超限阈值以及安全电电流阈值可以根据断路器231的额定参数进行设定。在一种实施例中，电流超限阈值可以设置为600A，安全电流阈值可以设置为5A。

控制电路242还可以对矩阵开关230的温度信号进行处理和并相应控制矩阵开关230。每个温度检测元件T设置在一输入端DC-IN与一直流输入回路210的连接点上；控制电路242还配置成在任一连接点的温度超过预设温度超限阈值的情况下，控制与温度超过温度超限阈值的连接点连接的断路器231断开。温度超限阈值可以根据正常工作状态下的温度范围进行设置。控制电路242可以对温度超限故障进行处理的具体的处理流程可以为：将超温连接点连接的直流输入回路210上充电机110对应的功率模块111关闭或者降低其输出功率，然后控制电路242断开对应的断路器231，从而保护断路器231以及矩阵开关230。在一些实施例中，控制电路242也可以直接断开对应的断路器231，例如在充电机110对应的功率模块111未能关闭或者温度过高的情况下，控制电路242也可以直接断开对应的断路器231，避免引起更严重的事故。在一种实施例中，温度超限阈值可以设置为90摄氏度。

在此需要进一步解释的上述，上述超过某一阈值可以为数值大于等于该阈值或者数值大于该阈值的情况。

功率分配单元200可以集成电压、电流、温度等多种工况的检测功能，并优化了检测元件241的布置位置，采集的数据准确全面，为控制电路242提供了可靠的控制依据。

控制电路242还可以分别与矩阵开关230中每个断路器231的控制引脚P1、反馈引脚P3、故障引脚P2连接。其中控制电路242与多个断路器231的控制引脚P1分别连接可以用于向多个断路器231提供控制信号，控制信号可以为根据功率分配需求生成的控制信号；也可以为矩阵开关230出现异常时生成故障处理信号。

另外控制电路242与多个断路器231的故障引脚P2分别连接，从而获取故障信号，及时确定断路器231出现内部故障。控制电路242与多个断路器231的反馈引脚P3分别连接，用于获取反馈信号，从而确定断路器231的通断状态。本领域技术人员人员应该可以根据上述公开的内容通过接口扩展或者轮询的方式来实现从上述故障引脚P2以及故障引脚P2获取相应信号。也即控制电路242通过电压采集接口连接电压检测元件U，通过电流采集接口连接电流检测元件I，通过温度采集接口连接温度检测元件T，控制电路242通过电平采集接口(或者开关信号采集接口)连接断路器231的故障引脚P2和反馈引脚P3，并通过输出接口连接断路器231的控制引脚P1。本领域技术人员可以知晓将上述电压、电流、温度信号通过采样保持，转换为处理器可以处理的数字信号的具体手段，因此对相关信号的采集技术本身不做赘述。

控制电路242还可以进一步包括通信接口250。通信接口250配置成与直流充电设备10的上位机130通信连接。控制电路242还可以在判定矩阵开关230发生异常的情况下通过通信接口250向上位机130提供与异常对应的异常信息。上述直流充电设备10的上位机130可以包括直流充电设备10的主控设备或者与直流充电设备10数据连接的网络侧服务设备。上述上位机130可以收集直流充电设备10的各种运行数据(其中包括控制电路242向其提供的异常信息、故障码等)，并通过分析判断来生成相应的处理指令，对包括功率分配单元200在内的直流充电设备10的部件进行相应控制，从而使得直流充电设备10可靠安全地向充电负载供电，并在出现异常或故障时及时进行处理。

上述异常信息可以是按照预先的编码规则指定的故障码，上位机130可以通过对故障码的解析确定异常类型以及出现异常的部件。

例如在控制电路242确定发生过压情况时，可以向上位机130发送过压故障码，从而以便上位机130进行故障处理(控制充电机110对应的功率模块111关闭)，此时控制电路242还可以主动断开对应断路器231。

又例如在控制电路242确定发生过流情况时，可以向上位机130发送过流故障码，从而以便上位机130进行故障处理(控制充电机110对应的功率模块111关闭)，此时控制电路242还可以主动断开对应断路器231。

又例如在控制电路242确定发生超温情况时，可以向上位机130发送超温故障码，从而以便上位机130进行故障处理(控制充电机110对应的功率模块111关闭，或者降低功率)，此时控制电路242还可以主动断开对应断路器231。

又例如，当断路器231的故障引脚P2向控制电路242提供故障信号后，控制电路242可以通过通信接口250向上位机130提供断路器231故障的故障码，以便上位机130后续调整时禁止该故障的断路器231继续投入运行。

控制电路242还可以通过通信接口250获取上位机130下发的功率分配指令，并根据功率分配指令控制矩阵开关230调整断路器231的通断。例如一辆电动汽车使用直流充电设备10的1号充电终端120进行充电，并且需要充电机110的两个功率模块111提供电能功率；上位机130可以根据矩阵开关230的状态，生成将连接第1路直流输入回路210与第1路直流输出回路220的断路器231以及连接第2路直流输入回路210与第1路直流输出回路220的断路器231闭合的功率分配指令，控制电路242可以通过通信接口250上述功率分配指令并向上述两个断路器231的控制引脚P1发送闭合信号。

通信接口250可以使用控制器域网(Controller Area Network，简称CAN)，串行通讯(RS485、RS232)，局部区域网(Local Area Network，简称LAN)等通信方式。控制电路242接收来自上位机130的控制指令，对控制指令进行分析并结合功率分配单元200内部状态再进行断路器231的通断控制，同时具备主动通断能力，实现被动控制、主动控制、自我保护等功能。

控制电路242可以为具有处理器、存储器以及附属电路部件组成的微机控制系统或者能够完成相同功能的软硬件系统。

图5是根据本发明一个实施例的直流充电设备10的功率分配单元200的整体电路原理示意图。每路直流输入回路210上设置有一个电压检测元件U，控制电路242获取电压检测元件U实时测量的直流输入回路210的电压，通过电压值可以确定直流输入回路210是否空闲(未投入运行的状态，表明充电机110对应的功率模块111未启动)，在空闲状态下，可以允许该路上连接的断路器231进行通断动作；如果电压指示直流输入回路210处于通电状态，则不允许该路上连接的断路器231进行通断动作。

一种实例可以为：在电压检测元件U检测得到的电压值在有效范围0-1000V的情况下，可以认为对应直流输入回路210正常。当电压值小于60V时，可以认为对应直流输入回路210空闲状态，允许断路器231的通断操作，当电压值在60～1000V的范围时，认为直流输入回路210处于运行状态，正常情况不允许断路器231的通断操作，防止带载操作影响断路器231寿命；当电压值大于1000V时，判定电压超出预设电压超限阈值，此时直流输入回路210异常，控制电路242生成电压故障码通知上位机130或主动断开对应的断路器231，保护直流输入回路210安全。

每路直流输出回路220上设置有一个电流检测元件I，控制电路242获取电流检测元件I实时测量的直流输出回路220的电流。通过闭合断路器231，可将多路直流输入回路210的电能汇集到一路直流输出回路220上。利用电流检测元件I可以检测电流值。例如每路直流输入回路210可以提供150A的电流的情况下，如果4路直流输入回路210连接的断路器231都连接至一路直流输出回路220，可以使该路直流输出回路220输出600A电流。

一种实例可以为：在电流检测元件I检测得到的电流值在有效范围0-600A的情况下，可以认为对应直流输出回路220正常。当电流值小于5A时，可以认为对应直流输出回路220不带载，允许断路器231的通断操作，当电压值在5-600A的范围时，认为直流输出回路220处于带载运行状态，正常情况不允许断路器231的通断操作，防止带载操作影响断路器231寿命；当电流值大于600A时，判定电流超出预设电流超限阈值，此时直流输出回路220异常，控制电路242生成电流故障码通知上位机130或主动断开对应的断路器231，保护直流输出回路220安全。

温度检测元件T设置在断路器231输入端DC-IN与直流输入回路210的连接点上。在温度检测元件T检测得到的温度在有效范围-40℃-75℃内时，可认为该连接点正常。当连接点温度值大于75℃时，认为该路电流偏大，电流偏大导致连接点温度升高，温度较高产生报警，及时告知上位机130进行降电流动作；当连接点温度值大于90℃时，该路严重过流，控制电路242生成严重过温故障码，立即告知上位机130进行故障处理，并主动断开该路上的断路器231，保护输出回路安全。

矩阵开关230的多路输入端DC-IN可以通过硬导线(例如铜排)连接直流输入回路210，多路输出端DC-OUT通过硬导线(例如铜排)连接直流输出回路220，通过断路器231的灵活通断可以实现功率的动态分配。例如需要满载时，可以将该直流输出回路220上连接的断路器231全部闭合；需要半载时，可以将直流输出回路220上连接的断路器231闭合一半。

控制电路242实时检测每个断路器231的反馈引脚P3，通过反馈引脚P3判断断路器231的真实通断状态，防止粘连。同时控制电路242实时检测每个断路器231故障引脚P2信号，当故障引脚P2信号正常时，则认为断路器231正常，反之引脚信号异常时，信号异常可能是断路器231内部故障如短路等，则认为该断路器231异常，此时生成故障码告知上位机130并且禁止该断路器231进行闭合动作，保护输出回路安全。

图6是根据本发明一个实施例的直流充电设备10的功率分配单元200的工作流程示意图。该工作流程包括：

步骤S602，实时检测断路器231的通断状态；

步骤S604，实时采集各路直流输入回路210的电压值、各路直流输出回路220电流值；

步骤S606，实时采集各路连接点的温度值；

步骤S608，实时检测断路器231的故障状态；

步骤S610，判断是否收到控制指令指示断路器231进行通断动作；

步骤S612，控制对应的断路器231执行通断动作，控制电路242对上述采集的数据进行分析处理，如果出现输出超过预设的超限阈值或者出现故障时则产生故障码并通过通信接口250上传上位机130。出现严重故障，控制电路242主动断开断路器231，保证安全。此外控制电路242接收上位机130的控制指令，向断路器231的控制引脚P1发送动作指令。

本实施例提供的流程图并不旨在指示方法的操作将以任何特定的顺序执行，或者方法的所有操作都包括在所有的每种情况下。此外，方法可以包括附加操作。在本实施例方法提供的技术思路的范围内，可以对上述方法进行附加的变化。

至此，本领域技术人员应认识到，虽然本文已详尽示出和描述了本发明的多个示例性实施例，但是，在不脱离本发明精神和范围的情况下，仍可根据本发明公开的内容直接确定或推导出符合本发明原理的许多其他变型或修改。因此，本发明的范围应被理解和认定为覆盖了所有这些其他变型或修改。

Claims (10)

1.一种直流充电设备的功率分配单元，其特征在于包括：

多路直流输入回路，每路所述直流输入回路与充电机的一路独立输出连接，并用于接入一路直流电；

多路直流输出回路，每路所述直流输出回路与一充电终端连接，用于供出一路直流电；

矩阵开关，其包括：

多路输入端，分别连接至所述多路直流输入回路；

多路输出端，分别连接至所述多路直流输出回路；

多个断路器，每个所述断路器设置在一路所述输入端与一路所述输出端之间；以及

检测控制模块，包括至少一种检测元件以及控制电路，所述检测元件与所述矩阵开关信号连接，并用于检测所述矩阵开关的运行工况；所述控制电路与所述检测元件以及所述矩阵开关分别信号连接，并用于根据所述运行工况判断所述矩阵开关是否发生异常，控制与所述异常相关的断路器断开，

所述检测元件包括：

多个电压检测元件，分别设置在所述多路直流输入回路上，用于检测所述多路直流输入回路的电压；

多个电流检测元件，分别设置在所述多路直流输出回路上，用于检测所述多路直流输出回路的电流；

所述控制电路，配置成在任一路所述直流输入回路的电压超过预设电压超限阈值的情况下，判定所述直流输入回路异常，并控制与电压超过所述电压超限阈值的所述直流输入回路连接的所述断路器断开；以及在任一路所述直流输出回路的电流超过预设电流超限阈值的情况下，判定所述直流输出回路异常，并控制与电流超过所述电流超限阈值的所述直流输出回路连接的所述断路器断开。

2.根据权利要求1所述的直流充电设备的功率分配单元，其中

所述控制电路，还配置成仅允许与其电压小于预设安全电压阈值的所述直流输入回路连接的所述断路器进行通断操作。

3.根据权利要求1所述的直流充电设备的功率分配单元，其中

所述控制电路，还配置成仅允许与其电流小于预设安全电流阈值的所述直流输出回路连接的所述断路器进行通断操作。

4.根据权利要求1所述的直流充电设备的功率分配单元，其中

所述检测元件包括：

多个温度检测元件，每个所述温度检测元件用于设置在一所述输入端与一所述直流输入回路的连接点上；

所述控制电路，配置成在任一所述连接点的温度超过预设温度超限阈值的情况下，控制与温度超过所述温度超限阈值的连接点连接的所述断路器断开。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的直流充电设备的功率分配单元，其中

所述断路器为双路开关断路器，并具有控制引脚，并配置成根据所述控制引脚收到的控制信号执行通断；

所述控制电路，与多个所述断路器的控制引脚分别连接，用于向所述多个所述断路器提供所述控制信号。

6.根据权利要求5所述的直流充电设备的功率分配单元，其中

所述断路器还具有内部保险机构以及故障引脚，并配置成在内部保险机构动作后通过所述故障引脚输出故障信号；

所述控制电路，与多个所述断路器的故障引脚分别连接，用于获取所述故障信号。

7.根据权利要求5所述的直流充电设备的功率分配单元，其中

所述断路器还具有反馈引脚，并配置成通过所述反馈引脚输出与自身通断状态对应的反馈信号；

所述控制电路，与多个所述断路器的反馈引脚分别连接，用于获取所述反馈信号。

8.根据权利要求1至4中任一项所述的直流充电设备的功率分配单元，其中

所述控制电路还包括：通信接口，其配置成与所述直流充电设备的上位机通信连接，并且

所述控制电路还配置成：在判定所述矩阵开关发生异常的情况下通过所述通信接口向所述上位机提供与所述异常对应的异常信息。

9.根据权利要求8所述的直流充电设备的功率分配单元，其中

所述控制电路还配置成：通过所述通信接口获取所述上位机下发的功率分配指令，并根据所述功率分配指令控制所述矩阵开关调整所述断路器的通断。

10.一种直流充电设备，其特征在于包括：

根据权利要求1至9中任一项所述的直流充电设备的功率分配单元。