矩陣式柔性充電堆及動態分配功率的充電方法
【專利摘要】本發明公開了一種矩陣式柔性充電堆及動態分配功率的充電方法，該方法包括如下步驟：S1、將每個充電終端與對應的電動汽車相連；S2、充電終端接收電動汽車的充電功率需求，并將充電功率需求與充電終端對應的固定功率區的模塊總功率進行比較；S3、若充電功率需求超過固定功率區的模塊總功率，充電終端計算需再投入本段直流母線的充電模塊數量，并下發到矩陣控制器；S4、矩陣控制器按所需的充電模塊數量，將動態功率區中所需數量的充電模塊投入對應的直流母線上，并同步將模塊通訊線投切到對應的通訊總線。實施該動態分配功率的充電方法既滿足了不同儲能容量、不同充電倍率的電動汽車充電需求，又進一步提升了充電設備的轉換效率和利用率。
【專利說明】
矩陣式柔性充電堆及動態分配功率的充電方法
技術領域
[0001]本發明涉及充電技術領域，尤其是涉及一種矩陣式柔性充電堆及動態分配功率的充電方法。【背景技術】
[0002]目前，各類電動汽車的儲能電池容量和充電倍率各不相同，對充電機輸出功率要求差異較大，為了滿足社會上各類電動汽車的充電需求，充電機的輸出功率被設計得很大， 在給儲能容量較小的電電動汽車充電時，將造成充電能力的浪費，充電機的利用率較低；如果充電機的輸出功率設計得較小，雖然可以提高充電機的利用率，但是在給儲能容量較大的電動汽車充電時，又延長了充電時間，給車主帶來不便。而且，隨著動力電池技術的快速發展，未來電動汽車對充電系統的功率需求越來越大，如何在適當增加投資的情況下，利用現有充電設施適應未來大功率充電需求，一直是業內充電設施建設的困惑之一。
[0003]圖3給出了現有充電機的原理圖。現有充電機的所有充電模塊集中控制，與充電機終端一一對應，雖然可以根據電動汽車的需求值動態調整輸出功率，但無法解決電動汽車需求功率過低時充電設備利用率低和電動汽車需求功率過高時充電能力不足的矛盾。
【發明內容】

[0004]本發明要解決的技術問題在于，提供一種矩陣式柔性充電堆及動態分配功率的充電方法。
[0005]本發明解決其技術問題所采用的技術方案是:構造一種動態分配功率的充電方法，包括如下步驟:
[0006]S1、將每個充電終端與對應的電動汽車相連；
[0007]S2、所述充電終端接收所述電動汽車的充電功率需求，并將所述充電功率需求與所述充電終端對應的固定功率區的模塊總功率進行比較；
[0008]S3、若所述充電功率需求超過所述固定功率區的模塊總功率，所述充電終端計算需再投入本段直流母線的充電模塊數量，并下發到矩陣控制器；
[0009]S4、所述矩陣控制器按所需的充電模塊數量，將動態功率區中所需數量的充電模塊投入對應的所述直流母線上，并同步將模塊通訊線投切到對應的通訊總線。
[0010]本發明的動態分配功率的充電方法中，所述步驟S3還包括如下步驟:
[0011]S3-1、若所述充電功率需求未超過所述固定功率區的模塊總功率，所述矩陣控制器不動作。
[0012]本發明的動態分配功率的充電方法中，還包括如下步驟:
[0013]S5、所述充電終端實時接收所述電動汽車的需求信息，并自動調整所述直流母線上各個充電模塊的輸出電壓電流值，并根據檢測到的實際輸出反饋值對其進行調整；
[0014]S6、所述充電終端檢測到所述電動汽車的需求值加大時，所述充電終端重新計算所需增加充電模塊數量，并下發到矩陣控制器；
[0015]S7、所述矩陣控制器根據所述動態功率區中可分配的充電模塊數量，將需增加數量的充電模塊投入對應的所述直流母線，并將信息反饋給所述充電終端。
[0016]本發明的動態分配功率的充電方法中，所述步驟S6還包括如下步驟:
[0017]S6-1、所述充電終端檢測到所述電動汽車的需求值降低時，所述充電終端計算可以退出的充電模塊數量，并下發到矩陣控制器；
[0018]S6-2、所述矩陣控制器控制相應數量的充電模塊退出，退出的所述充電模塊自動恢復為功率可動態分配狀態。
[0019]本發明的動態分配功率的充電方法中，還包括如下步驟:
[0020]S8、所述充電終端檢測到充電結束后，所述充電終端通知所述矩陣控制器將投入本段所述直流母線的所述動態功率區中的所有充電模塊退出。[0021 ]本發明的動態分配功率的充電方法中，所述動態功率區中的所有充電模塊通過一動態分配陣列與對應的所述充電終端的直流母線電性連接；
[0022]所述矩陣控制器分別控制所述動態分配陣列中的各個可控開關。
[0023]本發明還構造了一種矩陣式柔性充電堆，包括:
[0024]充電終端，用于接收電動汽車發出的充電需求值，并計算所需的充電模塊數量，通知矩陣控制器進行功率分配，并根據所述電動汽車的需求動態調整實際輸出電壓、電流；
[0025]固定功率區，包括不參與功率動態分配的充電模塊，所述充電模塊固定接入對應充電終端，用于滿足所述充電終端的基本充電功能；
[0026]動態功率區，包括參與功率動態分配的充電模塊和動態分配陣列，所述充電模塊通過動態分配陣列投入所述充電終端對應的直流母線上；
[0027]矩陣控制器，與所述充電終端通訊連接，用于接收所述充電終端的需求信息，并根據所述需求信息提供對應的充電模塊的數量，并控制所述動態功率區中的所需數量的充電模塊投切到所述充電終端對應的直流母線上，以及閉鎖所述充電模塊投切到其他直流母線上。
[0028]本發明的矩陣式柔性充電堆中，還包括:
[0029]動態分配陣列，用于電性連接所述動態功率區中的所有充電模塊與對應的所述充電終端的直流母線。
[0030]本發明的矩陣式柔性充電堆中，所述動態分配陣列由可控開關器件組成；所述可控開關器件包括多個高壓直流接觸器；[0031 ]所述動態分配陣列中的各個可控開關器件受所述矩陣控制器的控制。
[0032]本發明的矩陣式柔性充電堆中，還包括:
[0033]保護裝置，用于防止因所述動態分配陣列中的所述可控開關器件誤動作或故障引發的安全事故；
[0034]所述保護裝置包括設置在每個所述充電終端的直流輸出側的直流二極管，所述直流二極管安裝于直流+端和/或反向安裝于直流一端。
[0035]實施本發明的技術方案，至少具有以下的有益效果:采用動態分配功率的充電方法可根據不同類型電動汽車的實際需要自動從動態功率區中提供不同功率，既滿足了不同儲能容量、不同充電倍率的電動汽車充電需求，又進一步提升了充電設備的轉換效率和利用率。【附圖說明】
[0036]下面將結合附圖及實施例對本發明作進一步說明，附圖中:
[0037]圖1是本發明的一實施例中的一種分配功率的充電方法的流程示意圖；
[0038]圖2是本發明的另一實施例中的一種分配功率的充電方法的流程示意圖；
[0039]圖3是常規電動汽車的充電機原理圖；
[0040]圖4是本發明的一實施例中的矩陣式柔性充電堆的主回路控制原理圖；
[0041]圖5是本發明的一實施例中的矩陣式柔性充電堆的通訊回路控制原理圖；
[0042]圖6是本發明的另一實施例中的矩陣式柔性充電堆的主回路控制原理圖。【具體實施方式】
[0043]為了對本發明的技術特征、目的和效果有更加清楚的理解，現對照附圖詳細說明本發明的【具體實施方式】。
[0044]圖1至圖2示出了本發明中的一種動態分配功率的充電方法，該方法能夠根據不同類型電動汽車的實際需要自動從動態功率區中提供不同功率，從而既滿足了不同儲能容量、不同充電倍率的電動汽車充電需求，又能進一步提升了充電設備的轉換效率和利用率。
[0045]如圖1所示，該動態分配功率的充電方法包括如下步驟:
[0046]S10、將每個充電終端與對應的電動汽車相連；
[0047]S20、充電終端接收電動汽車的充電功率需求，并將充電功率需求與充電終端對應的固定功率區的模塊總功率進行比較；
[0048]S30、若充電功率需求超過固定功率區的模塊總功率，充電終端計算需再投入本段直流母線的充電模塊數量，并下發到矩陣控制器；
[0049]S40、矩陣控制器按所需的充電模塊數量，將動態功率區中所需數量的充電模塊投入對應的直流母線上，并同步將模塊通訊線投切到對應的通訊總線。
[0050]如圖2所示，在一些實施例中，該動態分配功率的充電方法還可包括如下步驟:
[0051]S10、將每個充電終端與對應的電動汽車相連；
[0052]S20、充電終端接收電動汽車的充電功率需求，并將充電功率需求與充電終端對應的固定功率區的模塊總功率進行比較；
[0053]S30、若充電功率需求超過固定功率區的模塊總功率，充電終端計算需再投入本段直流母線的充電模塊數量，并下發到矩陣控制器；
[0054]S40、矩陣控制器按所需的充電模塊數量，將動態功率區中所需數量的充電模塊投入對應的直流母線上，并同步將模塊通訊線投切到對應的通訊總線；
[0055]S50、充電終端實時接收電動汽車的需求信息，并自動調整直流母線上各個充電模塊的輸出電壓電流值，并根據檢測到的實際輸出反饋值對其進行調整；
[0056]S60、充電終端檢測到電動汽車的需求值加大時，充電終端重新計算所需增加充電模塊數量，并下發到矩陣控制器；
[0057]S70、矩陣控制器根據動態功率區中可分配的充電模塊數量，將需增加數量的充電模塊投入對應的直流母線，并將信息反饋給充電終端。
[0058]S80、充電終端檢測到充電結束后，充電終端通知矩陣控制器將投入本段直流母線的動態功率區中的所有充電模塊退出。
[0059]其中，步驟S30還包括如下步驟:
[0060]S30-1、若充電功率需求未超過固定功率區的模塊總功率，矩陣控制器不動作。[0061 ]步驟S60還包括如下步驟:
[0062]S60-1、充電終端檢測到電動汽車的需求值降低時，充電終端計算可以退出的充電模塊數量，并下發到矩陣控制器；
[0063]S60-2、矩陣控制器控制相應數量的充電模塊退出，退出的充電模塊自動恢復為功率可動態分配狀態。
[0064]圖4至圖6還示出了本發明中的一種矩陣式柔性充電堆，該矩陣式柔性充電堆可根據不同類型電動汽車的實際需要自動從“充電堆”提取不同功率，既滿足了不同儲能容量、不同充電倍率的電動汽車充電需求，又進一步提升了充電設備的轉換效率和利用率，解決了目前業界要確定目標用車才能建設充電設施的困惑，避免了由于電池技術進步帶來的重復建設浪費。
[0065]該一種矩陣式柔性充電堆包括:
[0066]充電終端，用于接收電動汽車發出的充電需求值，并計算所需的充電模塊數量，通知矩陣控制器進行功率分配，并根據該電動汽車的需求動態調整實際輸出電壓、電流；
[0067]固定功率區，由不參與功率動態分配的充電模塊組成，所述充電模塊固定接入對應充電終端，用于滿足所述充電終端的基本充電功能；
[0068]動態功率區，由參與功率動態分配的充電模塊和動態分配陣列組成，所述充電模塊通過動態分配陣列投入所述充電終端對應的直流母線上，實現充電功率動態分配的目的；
[0069]矩陣控制器，與該充電終端通訊連接，用于接收該充電終端的需求信息，并根據該需求信息提供對應的充電模塊的數量，并控制該動態功率區中的所需數量的充電模塊投切到該充電終端對應的直流母線上，以及閉鎖該充電模塊投切到其他直流母線上。
[0070]在一些實施例中，該矩陣式柔性充電堆還包括:
[0071]動態分配陣列，用于電性連接該動態功率區中的所有充電模塊與對應的該充電終端的直流母線。
[0072]進一步地，該動態分配陣列由可控開關器件組成；該可控開關器件包括多個高壓直流接觸器；且該動態分配陣列中的各個可控開關器件受該矩陣控制器的控制。
[0073]在一些實施例中，該矩陣式柔性充電堆還包括:
[0074]保護裝置，用于防止因該動態分配陣列中的該可控開關器件誤動作或故障引發的安全事故；
[0075]該保護裝置包括設置在每個該充電終端的直流輸出側的直流二極管，該直流二極管安裝于直流+端和/或反向安裝于直流一端。
[0076]具體的，本發明的技術方案具體特征如下:參照圖4至圖6,以3個充電終端為例:
[0077]①固定功率區:固定功率區為滿足充電終端基本充電功能所需的最小數量模塊， 其固定接入所對應充電終端的直流母線，該區域內的模塊不具備功率動態分配功能。實施例中1MK1?m、2MK1?m、3MK1?m分別連接1#、2#、3#充電終端對應的直流母線1、直流母線2、直流母線3。其中，不同終端對應的固定功率區模塊數量可不相同。以三個終端對應2個固定功率區15kW充電模塊為例。
[0078]②動態功率區:動態功率區是實現功率動態分配的主要部分，該區域的模塊可通過動態分配陣列投切到不同終端對應的直流母線上，以實現功率的動態分配。以動態功率區共配置6臺15kW充電模塊為例，分別記為DMK-1?DMK6。
[0079]③動態分配陣列:該部分主要由可控制的開關器件組成，是將動態功率區模塊投切到不同終端對應直流母線的執行機構。本例中的可控開關器件選用高壓直流接觸器，動態功率區每臺充電模塊分別配置6只直流接觸器，將充電模塊輸出(+)分別投入直流母線1 (+)、直流母線2 (+)、直流母線3 (+)，將充電模塊輸出(_)分別投入直流母線1 (_)、直流母線2 (_)、直流母線3 (_)，投入同一段直流母線(+)、(_)的兩只接觸器同步動作。
[0080]④矩陣控制器:其主要作用是接收充電終端的需求的充電模塊數量，并控制動態分配陣列將所需數量的模塊投切到該充電終端對應的直流母線上，并同時閉鎖該模塊投切到其他直流母線的功能。主要由DSP、單片機或PLC等控制單元組成，通過RS485、CAN通訊總線與充電終端通訊，并通過繼電器接點控制動態分配陣列的直流接觸器的分合。
[0081]⑤充電終端:是充電堆與電動汽車互動的接口，其接收電動汽車發出的充電需求值，并計算所需的充電模塊數量，通知矩陣控制器進行功率分配，并根據電動汽車需求動態調整實際輸出電壓、電流。本例中充電終端由充電控制器、人機界面、測控裝置、充電接口等組成，其分別與電動汽車、矩陣控制器、充電模塊進行數字通訊。
[0082]另外，此圖4至圖6示出的實施例中，充電終端數量為3個，對應的直流母線為3 條。每臺終端對應的固定功率區充電模塊數量為2臺，動態功率區模塊數量為6臺，單臺充電模塊額定功率為15kW。
[0083]當各個充電終端處于空閑狀態時，所有充電模塊處于待機狀態，動態分配陣列中的各高壓直流接觸器均處于斷開狀態，即“動態功率區的所有充電模塊均與各直流母線斷開”，當2#充電終端與電動汽車相連，接收到的充電功率需求值為84kW(或電壓、電流值) 時，充電終端將計算需再投入本段直流母線的充電模塊數量為4(總需求充電模塊數為6)， 并下發到矩陣控制器。矩陣控制器自動控制動態分配陣列中的1KM2 (+)、2KM2 (+)、3KM2 (+)、 4KM2 (+)投入到直流母線2 (+)，控制動態分配陣列中的1KM2 (-)、2KM2 (-)、3KM2 (-)、 4KM2(_)投入到直流母線2 (-)，并同步將模塊通訊線投切到對應的通訊總線；
[0084]2#充電終端將實時接收電動汽車需求信息，自動調整本段直流母線上各充電模塊的輸出功率值為14kW(或電壓電流值)，并根據檢測的實際輸出反饋值對其進行調整；如電動汽車需求值調整為78kW，充電終端將自動將每個模塊輸出功率限制為13kW。在充電過程中如電動汽車需求值加大到98kW時，終端將重新計算所需增加模塊數量為1，并通知矩陣控制器，控制動態分配陣列中的5KM2 (+)和5KM2 (-)分別投入到直流母線2 (+)和直流母線2(_)，充電終端將各模塊輸出功率調整為14kW。電動汽車充電需求值降低時同理。
[0085]如果在2#充電終端充電的過程中，3#充電終端與電動汽車相連，啟動充電。如果電動汽車發出的充電需求值為24kW，則矩陣控制器不需要任何動作，直接利用固定功率區的兩臺充電模塊為其充電，3#充電終端控制每臺模塊輸出功率為12kW。如果電動汽車充電需求值為33kW時，按上述步驟將6KM3 (+)和6KM3 (-)分別投入直流母線3 (+)和直流母線3(_)，3#充電終端將自動調整各充電模塊輸出功率值為1 lkW。若果電動汽車充電需求值為 56kW時，由于動態功率區所有模塊已經分配完畢，矩陣控制器將不再動作，3#充電終端將自動調整各充電模塊輸出功率為15kW。如在3#充電過程中，2#充電終端有充電模塊退出， 矩陣控制器將通知3#充電終端，3#充電終端將重新計算需再投入模塊數量，通知矩陣控制器控制相應模塊投入。
[0086]2#充電終端充電結束后，2#充電終端通知矩陣控制器將投入本段直流母線的動態功率區所有充電模塊退出。此時，動態分配陣列中對應的可控開關為斷開狀態。其他終端同理。
[0087]以上所述僅為本發明的優選實施例而已，并不用于限制本發明，對于本領域的技術人員來說，本發明可以有各種更改、組合和變化。凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的權利要求范圍之內。
【主權項】
1.一種動態分配功率的充電方法，其特征在于，包括如下步驟:51、將每個充電終端與對應的電動汽車相連；52、所述充電終端接收所述電動汽車的充電功率需求，并將所述充電功率需求與所述 充電終端對應的固定功率區的模塊總功率進行比較；53、若所述充電功率需求超過所述固定功率區的模塊總功率，所述充電終端計算需再 投入本段直流母線的充電模塊數量，并下發到矩陣控制器；54、所述矩陣控制器按所需的充電模塊數量，將動態功率區中所需數量的充電模塊投 入對應的所述直流母線上，并同步將模塊通訊線投切到對應的通訊總線。2.根據權利要求1所述的動態分配功率的充電方法，其特征在于，所述步驟S3還包括 如下步驟:S3-1、若所述充電功率需求未超過所述固定功率區的模塊總功率，所述矩陣控制器不 動作。3.根據權利要求2所述的動態分配功率的充電方法，其特征在于，還包括如下步驟:55、所述充電終端實時接收所述電動汽車的需求信息，并自動調整所述直流母線上各 個充電模塊的輸出電壓電流值，并根據檢測到的實際輸出反饋值對其進行調整；56、所述充電終端檢測到所述電動汽車的需求值加大時，所述充電終端重新計算所需 增加充電模塊數量，并下發到矩陣控制器；57、所述矩陣控制器根據所述動態功率區中可分配的充電模塊數量，將需增加數量的 充電模塊投入對應的所述直流母線，并將信息反饋給所述充電終端。4.根據權利要求3所述的動態分配功率的充電方法，其特征在于，所述步驟S6還包括 如下步驟:S6-1、所述充電終端檢測到所述電動汽車的需求值降低時，所述充電終端計算可以退 出的充電模塊數量，并下發到矩陣控制器；S6-2、所述矩陣控制器控制相應數量的充電模塊退出，退出的所述充電模塊自動恢復 為功率可動態分配狀態。5.根據權利要求4所述的動態分配功率的充電方法，其特征在于，還包括如下步驟:58、所述充電終端檢測到充電結束后，所述充電終端通知所述矩陣控制器將投入本段 所述直流母線的所述動態功率區中的所有充電模塊退出。6.根據權利要求1至5任一項所述的動態分配功率的充電方法，其特征在于，所述動態 功率區中的所有充電模塊通過一動態分配陣列與對應的所述充電終端的直流母線電性連 接；所述矩陣控制器分別控制所述動態分配陣列中的各個可控開關。7.—種矩陣式柔性充電堆，其特征在于，包括:充電終端，用于接收電動汽車發出的充電需求值，并計算所需的充電模塊數量，通知矩 陣控制器進行功率分配，并根據所述電動汽車的需求動態調整實際輸出電壓、電流；固定功率區，包括不參與功率動態分配的充電模塊，所述充電模塊固定接入對應充電 終端，用于滿足所述充電終端的基本充電功能；動態功率區，包括參與功率動態分配的充電模塊和動態分配陣列，所述充電模塊通過 動態分配陣列投入所述充電終端對應的直流母線上；矩陣控制器，與所述充電終端通訊連接，用于接收所述充電終端的需求信息，并根據所 述需求信息提供對應的充電模塊的數量，并控制所述動態功率區中的所需數量的充電模塊 投切到所述充電終端對應的直流母線上，以及閉鎖所述充電模塊投切到其他直流母線上。8.根據權利要求7所述的矩陣式柔性充電堆，其特征在于，還包括:動態分配陣列，用于電性連接所述動態功率區中的所有充電模塊與對應的所述充電終 端的直流母線。9.根據權利要求8所述的矩陣式柔性充電堆，其特征在于，所述動態分配陣列由可控 開關器件組成；所述可控開關器件包括多個高壓直流接觸器；所述動態分配陣列中的各個可控開關器件受所述矩陣控制器的控制。10.根據權利要求7所述的矩陣式柔性充電堆，其特征在于，還包括:保護裝置，用于防止因所述動態分配陣列中的所述可控開關器件誤動作或故障引發的 安全事故；所述保護裝置包括設置在每個所述充電終端的直流輸出側的直流二極管，所述直流二 極管安裝于直流十端和/或反向安裝于直流一端。
【文檔編號】H02J7/00GK106033904SQ201510124712
【公開日】2016年10月19日
【申請日】2015年3月20日
【發明人】李志剛, 萬新航, 張文勇, 靳權
【申請人】深圳奧特迅電力設備股份有限公司