一种功率互济直流充电系统及控制方法与流程

1.本发明涉及电动汽车充电技术领域，尤其涉及一种功率互济直流充电系统及功率互济控制方法。


背景技术：

2.本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。
3.近年来，新能源电动汽车充电桩项目发展迅速，由于群控直流充电系统可以集中解决兼容性和利用率的问题，因此市场上存在较多需求。
4.群控直流充电系统的框架如附图1，一般由电源柜和若干充电终端组成；电源柜主要由功率控制模块、充电模块、功率切换单元等组成。功率控制模块监控电源柜运行并通过can总线与各充电终端通信，充电模块实现ac/dc转换，功率切换单元实现功率到各充电终端直流母线的切换。充电终端提供人机交互界面，负责与车辆接口和通信，并监控充电过程，完成充电电量的计量与计费。充电控制模块是充电终端系统监控充电过程的核心装置，其控制充电启动、停止、充电过程的输出控制，并通过can总线与电源柜和与电动汽车bms通信交互信息。
5.但是，群控直流充电系统的结构形式占地面积较大；技术复杂，系统稳定性和可靠性略低；中间器件多，整体造价高；不宜规模化部署。


技术实现要素：

6.为了解决上述问题，本发明提出了一种功率互济直流充电系统及功率互济控制方法，由多个具有功率互济功能的直流充电机进行信息交互，实现邻近直流充电机的功率互济功能，每一个单独的充电机结构简单，占地面积小，便于维护，能够实现规模化部署。
7.在一些实施方式中，采用如下技术方案：
8.一种功率互济直流充电系统，包括：
9.至少两个直流充电机，每一个直流充电机包括至少两个直流输出端，相邻两个直流输出端之间通过继电器k1连接，相邻两个直流充电机的直流输出之间通过继电器k2连接，最后一个直流充电机的直流输出连接至第一个直流充电机的直流输出，使得所有直流充电机的直流输出连接成环路；
10.各直流充电机的功率控制模块通过can总线进行通信，同一个直流充电机的不同直流输出之间，以及相邻直流充电机的直流输出之间，均能够进行自主功率调配，以实现直流充电机的直流输出端功率动态调整。
11.作为进一步地方案，所述直流充电机包括：功率控制模块，分别与功率控制模块连接的至少两个充电模块，每一个充电模块对应连接一个充电控制模块，所述充电控制模块与功率控制模块通信；每一个充电模块的输出对应一个直流输出端，所述直流输出端连接充电枪。
12.作为进一步地方案，第一个直流充电机与第二个直流充电机，第二个直流充电机与第三个直流充电机，
…
，第n个直流充电机与第一个直流充电机之间，均为相邻直流充电机；
13.第一个直流充电机的第二直流输出端与第二个直流充电机的第一直流输出端，第二个直流充电机的第二直流输出端与第三个直流充电机的第一直流输出端，
…
，第n个直流充电机的第二直流输出端与第一个直流充电机的第一直流输出端之间，均为相邻直流输出端。
14.作为进一步地方案，同一个直流充电机的不同直流输出端之间，进行自主功率调配，具体过程包括：
15.同一直流充电机的第一直流输出端和第二直流输出端的需求功率均不高于设定阈值时，断开继电器k1，仅启动与第一直流输出端或第二直流输出端相对应的充电模块；
16.同一直流充电机的其中一个直流输出端的需求功率高于设定阈值，且另一直流输出端空闲时，闭合继电器k1，同时启动两个直流输出端对应的充电模块。
17.作为进一步地方案，相邻直流充电机的直流输出之间，进行自主功率调配，具体过程包括：
18.若某一直流充电机的其中一个直流输出端的需求功率高于设定阈值，且不能济用另一直流输出端的功率，或者济用另一直流输出端的功率后仍不能满足功率需求；则闭合与该直流充电机与相邻直流充电机之间的继电器k2，启动与所述的其中一个直流输出端的相邻直流输出端所对应的充电模块；
19.若仍不能满足功率需求，且所述相邻直流充电机的另一个直流输出端空闲，则闭合所述相邻直流充电机的继电器k1，启动所述相邻直流充电机的另一个直流输出端所对应的充电模块。
20.在另一些实施方式中，采用如下技术方案：
21.一种功率互济直流充电系统的充电控制方法，包括：
22.直流充电机接收到充电请求后，判断直流充电机相应的直流输出端是否被其他直流输出端济用，若是，关闭所述直流输出端对应的充电模块，并断开所述直流充电机的继电器k1和/或k2；
23.启动接收到充电请求的直流输出端所对应的充电模块，
24.若当前直流输出端的输出不能满足充电功率需求，则进行同一直流充电机内的功率互济：
25.若该直流充电机的另一直流输出端空闲，则闭合该直流充电机中的继电器k1，同时启动两个直流输出端对应的充电模块。
26.作为进一步地方案，若同一直流充电机内功率互济后仍不能满足充电功率需求，或者，同一直流充电机的另一直流输出端被占用，则进行相邻直流充电机的功率互济：
27.若当前直流输出端的相邻直流输出端空闲，则闭合当前直流充电机与对应的相邻直流充电机之间的继电器k2，启动所述相邻直流输出端对应的充电模块。
28.作为进一步地方案，若相邻直流输出端功率互济后仍不能满足充电功率需求，或者，相邻直流输出端被占用，则判断当前直流输出端的相邻直流输出端所在的直流充电机中，另一直流输出端是否空闲；若是，则闭合所述直流充电机中的继电器k1，启动所述直流
充电机中另一直流输出端所对应的充电模块。
29.作为进一步地方案，若当前直流输出端的实际功率需求低于该直流输出端所获得的最大功率时，执行功率卸载过程，具体如下：
30.按照相邻直流充电机中相邻直流输出端之外的另一直流输出端、相邻直流充电机中相邻直流输出端、同一直流充电机中的另一直流输出端的优先级顺序，依次进行功率卸载，直到直流输出端所获得的最大功率满足设定的要求。
31.作为进一步地方案，充电完成后，按照功率卸载的优先级顺序，依次进行功率卸载，直至被当前直流输出端占用的所有充电模块卸载完毕。
32.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
33.(1)本发明系统结构简单，单个直流充电机占地面积小，便于维护，能够实现规模化部署；本发明各个直流充电机之间进行信息交互，能够实现功率互济，从而对充电枪的输出功率进行动态调整，以适应不同的充电需求。
34.本发明的其他特征和附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本方面的实践了解到。
附图说明
35.图1为现有的群控直流充电系统结构示意图；
36.图2为本发明实施例中的功率互济直流充电系统结构示意图。
具体实施方式
37.应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本技术提供进一步的说明。除非另有指明，本发明使用的所有技术和科学术语具有与本技术所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
38.需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本技术的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
39.实施例一
40.在一个或多个实施方式中，公开了一种功率互济直流充电系统，结合图2，具体包括：
41.至少两个直流充电机，每一个直流充电机包括两个直流输出端，相邻两个直流输出端之间通过高压直流继电器k1连接，相邻两个直流充电机的直流输出之间通过高压直流继电器k2连接，最后一个直流充电机的直流输出连接至第一个直流充电机的直流输出，使得所有直流充电机的直流输出连接成环路；各直流充电机的功率控制模块通过can总线进行通信，实现各直流充电机内的信息交互。
42.本实施例中，结合图2，每一个直流充电机包括：功率控制模块，分别与功率控制模块连接的两个充电模块，每一个充电模块对应连接一个充电控制模块，充电控制模块与功率控制模块通信；充电控制模块用于监控电动汽车的充电过程；其与功率控制模块交互的信息主要是电动汽车当前实际的功率需求。每一个充电模块的输出对应一个直流输出端，
直流输出端连接充电枪。
43.作为一种具体的实施方式，直流充电机采用80kw一体式一机双枪直流充电机，两个直流输出端分别连接充电枪a和充电枪b。
44.直流充电机通过内置高压直流继电器k1可实现直流充电机内a枪和b枪各自对应的40kw充电模块的功率互济。直流充电机通过高压直流继电器k2实现与邻近直流充电机的功率互济功能。
45.本实施例中，第一个直流充电机与第二个直流充电机，第二个直流充电机与第三个直流充电机，
…
，以及第n个直流充电机与第一个直流充电机之间，均互为相邻直流充电机；
46.第一个直流充电机的第二直流输出端与第二个直流充电机的第一直流输出端，第二个直流充电机的第二直流输出端与第三个直流充电机的第一直流输出端，
…
，以及第n个直流充电机的第二直流输出端与第一个直流充电机的第一直流输出端之间，均互为相邻直流输出端。
47.本实施例中，同一个直流充电机的不同直流输出之间进行功率互济的过程具体如下：
48.(1)当同一直流充电机的第一直流输出端和第二直流输出端的需求功率均不高于设定阈值时，断开继电器k1，仅启动与第一直流输出端或第二直流输出端相对应的充电模块；
49.(2)当同一直流充电机的其中一个直流输出端的需求功率高于设定阈值，且另一直流输出端空闲时，闭合继电器k1，同时启动两个直流输出端对应的充电模块。
50.相邻直流充电机的直流输出之间，进行自主功率调配，具体过程包括：
51.(1)若某一直流充电机的其中一个直流输出端的需求功率高于设定阈值，且不能济用另一直流输出端的功率，或者济用另一直流输出端的功率后仍不能满足功率需求；则闭合与该直流充电机与相邻直流充电机之间的继电器k2，启动与所述的其中一个直流输出端的相邻直流输出端所对应的充电模块；
52.(2)若仍不能满足功率需求，且所述相邻直流充电机的另一个直流输出端空闲，则闭合所述相邻直流充电机的继电器k1，启动所述相邻直流充电机的另一个直流输出端所对应的充电模块。
53.比如：当第一个直流充电机的b枪所需功率高于40kw且不能济用第一个直流充电机的a枪功率，或济用第一个直流充电机的a枪所对应功率模块后仍不能满足功率需求，并当第二个直流充电机的a枪所对应充电模块空闲时，闭合第一个直流充电机与第二个直流充电机之间的继电器k2，启动第二个直流充电机的a枪所对应的充电模块；
54.如此时仍不能满足第一个直流充电机的b枪所需功率需求，且第二个直流充电机b枪所对应充电模块空闲时，闭合第二个直流充电机的继电器k1，启动第二个直流充电机的b枪所对应的充电模块。
55.本实施例中，将每个直流充电机的直流输出通过高压直流继电器(k1或k2)连接成环路，通过直流充电机功率控制的can总线通信，同一个直流充电机的不同直流输出之间，以及相邻直流充电机的直流输出之间，均能够进行自主功率调配，以实现直流充电机的直流输出端功率动态调整，适应不同的充电需求。
56.实施例二
57.在一个或多个实施方式中，公开了一种功率互济直流充电系统的充电控制方法，具体包括如下过程：
58.(1)启动充电：
59.①
直流充电机接收到充电请求后，判断直流充电机相应的直流输出端是否被其他直流输出端济用，若是，关闭所述直流输出端对应的充电模块，并断开所述直流充电机的继电器k1和/或k2；
60.比如：若该直流输出端被同一直流充电机的另一直流输出端济用，则关闭该直流输出端对应的充电模块，断开直流充电机的继电器k1；若该直流输出端被相邻直流充电机的相邻直流输出端济用，则关闭该直流输出端对应的充电模块，并断开对应的继电器k2；若该直流输出端所在直流充电机的另一直流输出端也被相邻直流充电机济用，则关闭另一直流输出端对应的充电模块，断开本直流充电机的继电器k1和本直流充电机和相邻直流充电机之间的继电器k2。
61.②
启动接收到充电请求的直流输出端所对应的充电模块。
62.(2)功率加载
63.若当前直流输出端的输出不能满足充电功率需求，则进行同一直流充电机内的功率互济，具体如下：
64.①
若该直流充电机的另一直流输出端空闲，则闭合该直流充电机中的继电器k1，同时启动两个直流输出端对应的充电模块。
65.②
若同一直流充电机内功率互济后仍不能满足充电功率需求，或者，同一直流充电机的另一直流输出端被占用，则进行相邻直流充电机的功率互济：
66.若当前直流输出端的相邻直流输出端空闲，则闭合当前直流充电机与对应的相邻直流充电机之间的继电器k2，启动所述相邻直流输出端对应的充电模块。
67.③
若相邻直流输出端功率互济后仍不能满足充电功率需求，或者，相邻直流输出端被占用，则判断当前直流输出端的相邻直流输出端所在的直流充电机中，另一直流输出端是否空闲；若是，则闭合所述直流充电机中的继电器k1，启动所述直流充电机中另一直流输出端所对应的充电模块。
68.(3)功率卸载
69.如果直流充电枪的实际功率需求低于充电枪已获得的最大功率且满足某个设定的功率卸载阈值p1，则执行功率卸流程直至直流充电枪实际功率需求低于充电枪已获得的最大功率且满足某个设定的功率卸载阈值p2。
70.功率卸载时，按照相邻直流充电机中相邻直流输出端之外的另一直流输出端、相邻直流充电机中相邻直流输出端、同一直流充电机中的另一直流输出端的优先级顺序，依次进行功率卸载，直到直流输出端所获得的最大功率满足设定的要求。
71.功率卸载的具体流程如下：
72.①
若相邻直流充电机中相邻直流输出端之外的另一直流输出端参与功率互济，则关闭相邻直流充电机的继电器k1，关闭所述的另一直流输出端对应的充电模块；
73.②
若相邻直流充电机中相邻直流输出端参与功率互济，则关闭当前直流充电机与相邻直流充电机之间的继电器k2，关闭相邻直流输出端对应的充电模块。
74.③
若同一直流充电机中另一直流输出端参与功率互济，则关闭当前直流充电机的继电器k1，关闭该直流充电机中另一直流输出端对应的充电模块。
75.(4)停止充电
76.充电完成后，按照功率卸载的优先级顺序，依次进行功率卸载，直至被当前直流输出端占用的所有充电模块卸载完毕。
77.上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

技术特征：
1.一种功率互济直流充电系统，其特征在于，包括：至少两个直流充电机，每一个直流充电机包括至少两个直流输出端，相邻两个直流输出端之间通过继电器k1连接，相邻两个直流充电机的直流输出之间通过继电器k2连接，最后一个直流充电机的直流输出连接至第一个直流充电机的直流输出，使得所有直流充电机的直流输出连接成环路；各直流充电机的功率控制模块通过can总线进行通信，同一个直流充电机的不同直流输出之间，以及相邻直流充电机的直流输出之间，均能够进行自主功率调配，以实现直流充电机的直流输出端功率动态调整。2.如权利要求1所述的一种功率互济直流充电系统，其特征在于，所述直流充电机包括：功率控制模块，分别与功率控制模块连接的至少两个充电模块，每一个充电模块对应连接一个充电控制模块，所述充电控制模块与功率控制模块通信；每一个充电模块的输出对应一个直流输出端，所述直流输出端连接充电枪。3.如权利要求1所述的一种功率互济直流充电系统，其特征在于，第一个直流充电机与第二个直流充电机，第二个直流充电机与第三个直流充电机，
…
，第n个直流充电机与第一个直流充电机之间，均为相邻直流充电机；第一个直流充电机的第二直流输出端与第二个直流充电机的第一直流输出端，第二个直流充电机的第二直流输出端与第三个直流充电机的第一直流输出端，
…
，第n个直流充电机的第二直流输出端与第一个直流充电机的第一直流输出端之间，均为相邻直流输出端。4.如权利要求1所述的一种功率互济直流充电系统，其特征在于，同一个直流充电机的不同直流输出端之间，进行自主功率调配，具体过程包括：同一直流充电机的第一直流输出端和第二直流输出端的需求功率均不高于设定阈值时，断开继电器k1，仅启动与第一直流输出端或第二直流输出端相对应的充电模块；同一直流充电机的其中一个直流输出端的需求功率高于设定阈值，且另一直流输出端空闲时，闭合继电器k1，同时启动两个直流输出端对应的充电模块。5.如权利要求3或4所述的一种功率互济直流充电系统，其特征在于，相邻直流充电机的直流输出之间，进行自主功率调配，具体过程包括：若某一直流充电机的其中一个直流输出端的需求功率高于设定阈值，且不能济用另一直流输出端的功率，或者济用另一直流输出端的功率后仍不能满足功率需求；则闭合与该直流充电机与相邻直流充电机之间的继电器k2，启动与所述的其中一个直流输出端的相邻直流输出端所对应的充电模块；若仍不能满足功率需求，且所述相邻直流充电机的另一个直流输出端空闲，则闭合所述相邻直流充电机的继电器k1，启动所述相邻直流充电机的另一个直流输出端所对应的充电模块。6.一种功率互济直流充电系统的充电控制方法，其特征在于，包括：直流充电机接收到充电请求后，判断直流充电机相应的直流输出端是否被其他直流输出端济用，若是，关闭所述直流输出端对应的充电模块，并断开所述直流充电机的继电器k1和/或k2；启动接收到充电请求的直流输出端所对应的充电模块，若当前直流输出端的输出不能满足充电功率需求，则进行同一直流充电机内的功率互
济：若该直流充电机的另一直流输出端空闲，则闭合该直流充电机中的继电器k1，同时启动两个直流输出端对应的充电模块。7.如权利要求6所述的一种功率互济直流充电系统的充电控制方法，其特征在于，若同一直流充电机内功率互济后仍不能满足充电功率需求，或者，同一直流充电机的另一直流输出端被占用，则进行相邻直流充电机的功率互济：若当前直流输出端的相邻直流输出端空闲，则闭合当前直流充电机与对应的相邻直流充电机之间的继电器k2，启动所述相邻直流输出端对应的充电模块。8.如权利要求7所述的一种功率互济直流充电系统的充电控制方法，其特征在于，若相邻直流输出端功率互济后仍不能满足充电功率需求，或者，相邻直流输出端被占用，则判断当前直流输出端的相邻直流输出端所在的直流充电机中，另一直流输出端是否空闲；若是，则闭合所述直流充电机中的继电器k1，启动所述直流充电机中另一直流输出端所对应的充电模块。9.如权利要求6所述的一种功率互济直流充电系统的充电控制方法，其特征在于，若当前直流输出端的实际功率需求低于该直流输出端所获得的最大功率时，执行功率卸载过程，具体如下：按照相邻直流充电机中相邻直流输出端之外的另一直流输出端、相邻直流充电机中相邻直流输出端、同一直流充电机中的另一直流输出端的优先级顺序，依次进行功率卸载，直到直流输出端所获得的最大功率满足设定的要求。10.如权利要求9所述的一种功率互济直流充电系统的充电控制方法，其特征在于，充电完成后，按照功率卸载的优先级顺序，依次进行功率卸载，直至被当前直流输出端占用的所有充电模块卸载完毕。

技术总结
本发明公开了一种功率互济直流充电系统及控制方法，包括：至少两个直流充电机，每一个直流充电机包括至少两个直流输出端，相邻两个直流输出端之间通过继电器K1连接，相邻两个直流充电机的直流输出之间通过继电器K2连接，最后一个直流充电机的直流输出连接至第一个直流充电机的直流输出，使得所有直流充电机的直流输出连接成环路；同一个直流充电机的不同直流输出之间，以及相邻直流充电机的直流输出之间，均能够进行自主功率调配，以实现直流充电机的直流输出端功率动态调整。本发明系统结构简单，能够实现规模化部署；各个直流充电机之间能够实现功率互济，以适应不同的充电需求。以适应不同的充电需求。以适应不同的充电需求。


技术研发人员：徐俐 张高峰 王太川 冉纯雷 徐亚东
受保护的技术使用者：山东山大电力技术股份有限公司
技术研发日：2023.02.21
技术公布日：2023/6/28