CN206850469U - 一种电动汽车智能柔性多充系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种电动汽车智能柔性多充系统，属于电动汽车充电设施技术领域。本实用新型的柔性多充系统包括N个充电模块和N个充电桩，N至少为3，各充电模块与各充电桩通过对应的直流母线一一对应连接，各直流母线之间设置有矩阵式功率切换单元，该矩阵式功率切换单元包括N*(N‑1)/2条连接母线，任意两条直流母线均通过对应的连接母线连接，以实现任意两条直流母线的连通，每条连接母线上分别设置有相应的切换开关。本实用新型通过矩阵式功率切换单元将任意多个充电模块的输出端并联，可将各充电模块的输出自由切换到任意充电输出接口，实现功率切换功能，提高了充电设备利用率和充电效率。

Description

一种电动汽车智能柔性多充系统

技术领域

本实用新型涉及一种电动汽车智能柔性多充系统，属于电动汽车充电设施技术领域。

背景技术

面对日益紧迫的能源危机，电动汽车的发展已成为国家的重要发展战略。在电动汽车的发展中，充电设施的建设是极其重要的，充电设施的数量和充电速度制约着电动汽车的发展。随着电池容量及技术的不断进步，充电电流越来越大，充电策略需求也越来越多样化。这就对充电设施提出了更多的新要求：一机多充、自动功率分配、柔性充电等。目前市场已有的一机多充的直流快充产品，充电方式单一固定：同一时刻只允许一个充电口大电流充电，多充电口间排序充电；或同一时刻多个充电口以固定的平均功率充电。不具备智能功率分配和柔性充电功能，充电设备利用率低，充电效率低。为缩短电动汽车的充电时间，提高充电系统的充电效率和设备利用率，具有智能功率分配、电网能量互动、充电策略灵活多变功能的电动汽车智能柔性多充系统，将会非常有市场潜力。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种电动汽车智能柔性多充系统，以解决目前多充系统不具备功率分配导致充电设备利用率低，充电效率低的问题。

本实用新型为解决上述技术问题而提供一种电动汽车智能柔性多充系统，该多充系统包括N个充电模块和N个充电桩，N至少为3，所述的各充电模块与各充电桩通过对应的直流母线一一对应连接，各直流母线之间设置有矩阵式功率切换单元，该矩阵式功率切换单元包括N*(N-1)/2条连接母线和切换开关，任意两条直流母线均通过对应的连接母线连接，每条连接母线上分别设置有相应的切换开关。

进一步地，所述的切换开关为直流接触器或继电器。

进一步地，所述的矩阵式功率切换单元还包含矩阵开关控制单元，所述矩阵开关控制单元控制各切换开关的接通与断开。

进一步地，所述的多充系统还包括充电监控模块，所述充电监控模块通过CAN总线与各充电桩、充电模块、矩阵开关控制单元连接，用于采集各充电桩、充电模块和矩阵开关控制单元的信息并对其进行控制。

进一步地，各直流母线与对应的充电桩之间设置有控制开关。

本实用新型的有益效果是：本实用新型的柔性多充系统包括N个充电模块和N个充电桩，N至少为3，各充电模块与各充电桩通过对应的直流母线一一对应连接，各直流母线之间设置有矩阵式功率切换单元，该矩阵式功率切换单元包括N*(N-1)/2条连接母线，任意两条直流母线均通过对应的连接母线连接，以实现任意直流母线的连通，其上分别设置有相应的切换开关。本实用新型通过矩阵式功率切换单元将各充电模块的输出端并联，可将各充电模块的输出自由切换到每个充电输出接口，实现功率切换功能，提高了充电设备利用率和充电效率。

附图说明

图1为本实用新型实施例中电动汽车智能柔性多充系统的电气原理图；

图2为本实用新型电动汽车智能柔性多充系统中矩阵式功率切换单元的电路图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式做进一步的说明。

本实用新型的多充系统包括N个充电模块和N个充电桩，N至少为3，各充电模块与各充电桩通过对应的直流母线一一对应连接，充电模块和充电桩之间还设置有矩阵式功率切换单元，该矩阵式功率切换单元包括N*(N-1)/2条连接母线，任意两条直流母线均通过对应的连接母线连接，其上分别设置有相应的切换开关，各充电模块的交流侧与供电电网连接，组成供电单元。通过矩阵式功率切换单元可将各充电模块并联，将各组充电模块的输出自由切换到每个充电输出接口，实现功率切换功能。

为了实现对本系统功率切换的自动控制，该多充系统还包括控制部分，如图1所示，其控制部分包括充电监控模块，充电监控模块通过CAN总线与各充电模块和充电桩连接，充电桩将电动汽车充电功率需求和电池状态传递给充电监控模块，充电模块将自身状态信息也传递给充电监控模块，充电监控模块根据接收到的上述信息控制矩阵式功率切换单元中各切换开关的通断，使输出功率可以在各个充电口间自动分配和调控。

充电监控模块还具备与智能电网互动接口和互动策略、具备与运营管理平台互动接口和互动策略。充电监控模块与智能电网进行通讯，实时获取电网的负荷状态和分时电价信息。假设每一组AC/DC充电模块的输出功率为1P，一个多充系统总的输出功率就为4P；智能电网允许充电系数为K(0<K≤1)；充电监控模块适时调整4组AC/DC充电模块的输出功率，使多充系统能够为车辆提供的最大充电功率不超过K*4P。充电监控模块A1还可以根据从智能电网获取的分时电价信息，对有需要的电动汽车进行定时充电，节约充电费用，起到平滑电网负荷作用。

该充电监控模块能够根据电网负荷状态、车辆充电功率需求、客户设定的充电策略，输出功率可以在各个充电口间自动分配和调控。

下面以4个充电模块，4个充电桩的四充系统为例进行说明，如图1所示，4个充电模块分别为充电模块U1、充电模块U2、充电模块U3和充电模块U4，这4个充电模块功率相同，均采用AC/DC充电模块，4个充电桩分别为1#充电桩、2#充电桩、3#充电桩和4#充电桩，各AC/DC充电模块均通过相应的直流母线与各充电桩之间一一对应连接，如图1所示，充电模块U1与1#充电桩通过第一直流母线M1连接，充电模块U2与2#充电桩通过第二直流母线M2连接，充电模块U3与3#充电桩通过第三直流母线M3连接，充电模块U4与4#充电桩通过第四直流母线M4连接，各直流母线与对应的充电桩之间设置有相应的控制开关，以实现对各充电桩接口的控制。各直流母线之间通过矩阵式功率切换单元连接，以实现任意多个AC/DC充电模块与充电桩之间的连接。

本实施例中矩阵式功率切换单元包括6条连接母线，分别为1#连接母线、2#连接母线、3#连接母线、4#连接母线、5#连接母线和6#连接母线，任意两条直流母线均通过相应的连接母线连接，其上分别设置有相应的切换开关，这里的切换开关可以采用直流接触器或继电器。如图2所示，1#连接母线用于连接第一直流母线M1和第二直流母线M2，其上设置有接触器Q1；2#连接母线用于连接第二直流母线M2和第三直流母线M2，其上设置有接触器Q2；3#连接母线用于连接第三直流母线M3和第四直流母线M4，其上设置有接触器Q3；4#连接母线用于连接第一直流母线M1和第三直流母线M3，其上设置有接触器Q4；5#连接母线用于连接第一直流母线M1和第四直流母线M4，其上设置有接触器Q5；6#连接母线用于连接第二直流母线M2和第四直流母线M4，其上设置有接触器Q6。任何两组AC/DC充电模块输出间有且仅有一组直流接触器直连，实现某一组AC/DC充电模块向某一段直流输出母线投入，通过直连的直流接触器来实现。如充电模块U1要投向直流母线M2，须闭合接触器Q1；U1要投向M3，须闭合Q4；U1要投向M4，须闭合Q5。其他充电模块投入方法与此类似。

下面均以1#充电桩为例进行说明，每一组AC/DC充电模块输出功率为1P，充电需求功率为W，各工作模式下矩阵开关单元的切换策略如下。

1)功率增加时投入

当1#充电桩连接车辆在需求功率1P情况下，即W≤1P时，所有接触器均不闭合，AC/AD充电模块U1启动，第一直流母线M1接通后端电动汽车进行充电。

当1P<W≤2P时，矩阵开关的直流接触器Q1闭合，将充电模块U1、U2的输出并联，并同时启动为直流母线M1后端连接的电动汽车进行充电；如充电模块U2已被其他直流输出母线利用，则按照从U2→U3→U4的顺序，闭合相对应直流接触器Q1→Q4→Q5的一个，启动U1、U2或U1、U3或U1、U4进行充电。

当2P<W≤3P时，矩阵开关的直流接触器Q1、Q4闭合，将充电模块U1、U2、U3的输出并联，并同时启动为直流母线M1后端连接的电动汽车进行充电；如充电模块U2、U3有被其他直流输出母线利用情况，则按照从U2→U3→U4的优先顺序选择闲置的两组充电模块，按照Q1→Q4→Q5的优先顺序闭合对应两组充电模块的两组直流接触器，并且启动被选中的充电模块进行充电，被选中的充电模块的组合有U1、U2、U3或U1、U2、U4或U1、U3、U4。

当3P<W≤4P时，矩阵开关的直流接触器Q1、Q4、Q5闭合，将所有充电模块U1、U2、U3、U4的输出并联，并同时启动为直流母线M1后端连接的电动汽车进行充电。

2)功率减小时切除方式

电动汽车充电过程中，随着车辆电池SOC逐渐升高，充电需求功率会逐渐减小，在充电监控模块柔性充电策略控制下，控制矩阵开关切除相应的AC/DC充电模块，以便供其他连接有充电桩终端和电动汽车的直流母线使用。

当3P<W≤4P时，矩阵开关的直流接触器Q1、Q4、Q5闭合，Q2、Q3、Q6断开，将所有充电模块U1、U2、U3、U4的输出并联，并同时启动为直流母线M1后端连接的电动汽车进行充电。此时其它3段M2、M3、M4直流母线不能为电动汽车提供充电服务。

当M1段需求功率由W>3P下降到2P<W≤3P时，充电模块U4关机，矩阵开关的直流接触器Q5断开，充电模块U1、U2、U3为M1段直流母线提供充电，U4可以为M4段直流母线提供充电服务。在此阶段，如果M4、M3、M2段直流母线有车辆请求充电，则按照从U4→U3→U2的优先顺序选择一组充电模块关机，并按照Q5→Q4→Q1的优先顺序断开对应充电模块的直流接触器。余留下来的三组充电模块(U1、U2、U3)→(U1、U2、U4)→(U1、U3、U4)继续为M1段母线输出需求功率，关机切除的充电模块U4(U3或U2)可以为其他段直流母线提供输出功率。

当M1段直流母线需求功率由2P<W≤3P下降到1P<W≤2P时，根据正在使用的充电模块和对应直流母线是否有车辆请求充电的情况，按照从U4→U3→U2的优先顺序选择一组充电模块关机，并按照Q5→Q4→Q1的优先顺序断开对应充电模块的直流接触器。余留下来的两组充电模块(U1、U2)→(U1、U3)→(U1、U4)继续为M1段母线输出需求功率，关机切除的充电模块U4(U3或U2)可以为其他段直流母线提供输出功率。

当M1段直流母线需求功率由1P<W≤2P，下降到0<W≤1P时，根据正在使用的充电模块情况，将多余的充电模块U4(U3或U2)关机，矩阵开关的直流接触器Q5(Q4或Q1)断开，将充电模块U4(U3或U2)切除出来，只留下U1进行工作；U4(U3或U2)切除后，监控模块适时调整U1的输出功率到需求值。

当M1段直流母线需求功率由0<W≤1P，下降到0时，及对应的电动汽车结束充电。充电模块U1关机，并断开与直流母线M1的连接，充电模块U1可以根据需要切换到其他输出直流母线上。

M2、M3、M4段直流母线的功率切除方式同于M1段，在此不再累述。

上述系统工作过程中的矩阵开关控制真值表(以M1段直流母线为例)如表1所示，“1”表示直流接触器闭合(投上)，“0”表示直流接触器断开(切除)。

表1

注：“待定”表示此直流接触器的闭合或断开状态不确定，需要根据其他段直流母线连接车辆的充电需求和充电监控模块的控制策略来确定。

此处已经根据特定的示例性实施例对本实用新型进行了描述。本领域的技术人员应当理解，可对本实用新型的系统方案进行适当修改或替换，而不脱离本实用新型系统方案的实质和范围。

Claims (5)

1.一种电动汽车智能柔性多充系统，其特征在于，该多充系统包括N个充电模块和N个充电桩，N至少为3，所述的各充电模块与各充电桩通过对应的直流母线一一对应连接，各直流母线之间设置有矩阵式功率切换单元，该矩阵式功率切换单元包括N*(N-1)/2条连接母线和切换开关，任意两条直流母线均通过对应的连接母线连接，每条连接母线上分别设置有相应的切换开关。

2.根据权利要求1所述的电动汽车智能柔性多充系统，其特征在于，所述的切换开关为直流接触器或继电器。

3.根据权利要求1所述的电动汽车智能柔性多充系统，其特征在于，所述的矩阵式功率切换单元还包含矩阵开关控制单元，所述矩阵开关控制单元控制各切换开关的接通与断开。

4.根据权利要求3所述的电动汽车智能柔性多充系统，其特征在于，所述的多充系统还包括充电监控模块，所述充电监控模块通过CAN总线与各充电桩、充电模块、矩阵开关控制单元连接，用于采集各充电桩、充电模块和矩阵开关控制单元的信息并对其进行控制。

5.根据权利要求1所述的电动汽车智能柔性多充系统，其特征在于，各直流母线与对应的充电桩之间设置有控制开关。