CN114248655A - 一种立体球阵式智能动态功率分配的充电***及充电方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种立体球阵式智能动态功率分配的充电***及充电方法，其中的立体球阵式智能动态功率分配的充电***包括：充电后端机，主要包括充电模块、功率控制器及立体球阵投切模块，用于实现充电过程的功率智能分配及***的安全监测；充电前端机，主要包括显示单元、通讯单元、读卡器、计费单元及联网模块，用于实现与车辆通讯、人机交互、与监控平台通讯、计量计费。本发明的立体球阵式智能动态功率分配的充电***充电功率智能分配，充电接口自动调节输出；能兼容4~8口充电***或更多口充电***；每个充电接口满足***最大输出；具有良好的经济性适应市场发展，推动充电堆的应用。

Description

一种立体球阵式智能动态功率分配的充电***及充电方法
技术领域
本发明涉及充电技术，具体涉及一种立体球阵式智能动态功率分配的充电***及充电方法。
背景技术
目前，充电桩的功率和车辆需求要相匹配才能满足各种车辆的要求，使得功率设计上存在很大矛盾，功率大的***对于需求小的车辆存在资源浪费，损耗大；功率小的***对于需求大的车辆显得充电体验不佳。解决该矛盾引入了大功率智能充电堆技术，能自动调节功率堆的投入，满足各种车辆需求。现有大功率充电堆智能分配方案是基于矩阵式充电***的设计思维，设计思路是按照“一进多出”逻辑，把每个功率单元分配出多个输出回路，从而形成了“矩阵式”的充电***。这种技术把充电桩从原来的单口或双口机型，拓展到了多口机型，形成了大功率充电堆。“矩阵式”充电堆***按照前端功率需求，可以动态调节每组功率单元到任意一个充电接口，从技术上比常规的双口充电桩要复杂，也是大功率充电桩发展的一种趋势。在功率条件有限的情况下，实现了每个接口功率最大化的需求，对充电时效有非常重要意义。“矩阵式”充电堆技术在设计原理上简单易懂，但在***设计上比较复杂，导致成本居高不下，因此在经济性和可靠性之间取舍为难。业内也有企业研制出低成本方案，但也相对受到局限，从而导致技术与应用存在一定不相符的隔阂。在当下充电行业发展飞速的情况下，急需一种适应市场且具有竞争力的充电技术诞生。
现有“矩阵式”充电堆***具有以下不足：
技术价值不高
基于“一进多出”的设计思路，组成多口矩阵式充电***，在技术层面上具有很强的逻辑性，也有一定的技术门槛。但是从理论到实际应用，难以体现出产品的市场竞争优势，技术价值在产品上发挥得不够充分。
***成本高
“矩阵式”充电堆在***设计上使用了大量的高压直流接触器作为分接点的控制器件，而且形成矩阵式布局，从硬件成本上占比非常高。这种***的设计业内也有其他的实现方法，但仍需要大量且上期的实际应用考验，目前也只能算是试验阶段。因此在可靠性和经济性上表现也尤为不足。
扩展难度大
“矩阵式”充电堆在扩展性上有一定的困难，主要体现在硬件的矩阵布局和软件的逻辑设计上。硬件上每增加一路需要把每组功率单元和每个接口的回路都连接起来，软件上增加一路的影响到整个逻辑的运行。此外，随着充电接口的数量增加，产品的逻辑复杂程度也大大增加，没有通用的算法支撑。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种立体球阵式智能动态功率分配的充电***及充电方法，能使充电功率智能分配，充电接口自动调节输出；能兼容4~8口充电***或更多口充电***；每个充电接口满足***最大输出。
根据本发明的一个方面，提供了一种立体球阵式智能动态功率分配的充电***，包括：
充电后端机，主要包括充电模块、功率控制器及立体球阵投切模块，用于实现充电过程的功率智能分配及***的安全监测；
充电前端机，主要包括显示单元、通讯单元、读卡器、计费单元及联网模块，用于实现与车辆通讯、人机交互、与监控平台通讯、计量计费。
进一步地，所述充电前端机与车辆进行通讯交互，用于获取每台车辆的充电需求，把需求通过内部通讯回传到功率控制器集中控制。
更进一步地，所述功率控制器用于通过分析每路输出母线的工作状态和充电需求，通过调控立体球阵投切模块把适当的功率投切到相应的输出回路，进行智能功率调控。
更进一步地，所述立体球阵投切模块用于作为立体式的布局阵列，把每个功率单元通过立体球阵的方式互相连接，连接处使用高可靠性的直流接触器作为控制点。
更进一步地，所述立体球阵式智能动态功率分配的充电***不设置固定功率部分，以功率组为单元，自由设定功率组的大小；每个功率组都能投切的每个输出回路上；按照功率组分配，每个口都能达到***的最大输出。
更进一步地，所述立体球阵式智能动态功率分配的充电***的节点采用带反馈触点的直接接触器作为控制点，每个节点的工作状态都反馈到控制器上；设定每个节点都具有使用及停用功能，当节点停用时相关的连接点都必须处于停用状态；只要当前接口的本节点未停用，该口的充电输出不受影响。
更进一步地，本节点和共节点是固定设计，在充电模块布局上也按照控制原理设置模块固定地址和连接方式。
根据本发明的又一个方面，提供了一种立体球阵式智能动态功率分配的充电方法，包括以下步骤：
S1：交流电网连接到***后端机，后端机与前端机通过内部线连接，前端机充电枪与车辆连接；
S2：第一个口启动充电要求，当前口先执行本节点工作组，投入绝缘检测；绝缘检测通过后继续进入下一步充电流程；
S3：充电机与车辆交互建立，车辆发送充电需求到前端机，前端机把需求上传到后端功率控制器；功率控制器在接收到充电需求时，通过内部数据分析，设定投切优先级逻辑；
S4：功率组投切设定完毕后，相应的充电口输出对应的功率；在充电需求未改变时按照当前投切输出；
S5：充电内部直流电压采集能检测内部的输出电压，当前充电口也能检测到当前电池电压，两者在电压差10V以内时闭合输出接触器，充电回路正式连通，输出电流；
S6：当充电停止时，当前工作组上的节点会释放并处于待机状态，等待下一次投入；
S7：相应投入工作组的充电模块在停止使用后都必须完成电压泄放，待再次投入其他工作组使用；若泄放电压大于60V，不能当期组投入使用；
S8：在工作过程中，实时采集每个节点的控制和执行状态，保证运行安全；当发生异常立即停止当前充电并把相应节点设置为“不可用”，上报故障；
S9：在充电过程中，保证不同投入的工作组输出母线的唯一性，不能出现输出母线交叉现象，出现异常立即停止相应接口的充电；
S10：充电前设置自动检测流程，保障节点控制和内部输出正常情况下再输出；
S11：在整个过程中持续执行步骤S7，S8，S9，S10流程，保证充电安全；异常时发故障上报到前端及监控后台；
S12：充电过程的充电数据和电池数据，异常状态等数据都实时上传到监控平台。
进一步地，所述步骤S3中设定投切优先级逻辑包括：
确定本节点功率是否满足输出；
本节点在功率不足情况下，自动询问相邻的本节点是否能投入当前工作组；
若相连本节点加入后亦无法满足充电需求，将进一步向1阶共节点询问投入；
在1阶共享节点投入完毕后，仍可想其他相隔的本节点索求投入。
更进一步地，所述步骤S5包括：
当车辆充电需求发生变化时，重复S2步骤调节当前工作组节点投入数量，满足充电需求；
当其他充电口启动充电时，充电需求同时与已充电的接口上传到主功率控制器进行数据分析，将重新分配节点以满足不同接口的充电需求。
本发明的优点：
本发明的立体球阵式智能动态功率分配的充电***充电功率智能分配，充电接口自动调节输出；能兼容4~8口充电***或更多口充电***；每个充电接口满足***最大输出；具有良好的经济性适应市场发展，推动充电堆的应用。
除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1是本发明的充电***设计原理框图。
图2是本发明的通讯回路设计原理图。
图3是本发明的充电模块原理图。
图4是本发明的功率控制器定义图。
图5是本发明的前端控制器定义图。
图6是本发明的读卡器原理图。
图7是本发明的运营监控平台原理图。
图8是本发明的***后端机电气原理图。
图9是本发明的立体球阵投切模块应用定义图。
图10是本发明的***前端机电气主原理图。
图11是本发明的主控制器与投切模块原理图。
图12是本发明的算法无向图。
图13是本发明的广度优先搜索法流程图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
参考图1至图11，如图1至图11所示，一种立体球阵式智能动态功率分配的充电***，包括：
充电后端机，主要包括充电模块、功率控制器及立体球阵投切模块，用于实现充电过程的功率智能分配及***的安全监测；
充电前端机，主要包括显示单元、通讯单元、读卡器、计费单元及联网模块，用于实现与车辆通讯、人机交互、与监控平台通讯、计量计费。
本发明的立体球阵式智能动态功率分配的充电***充电功率智能分配，充电接口自动调节输出；能兼容4~8口充电***或更多口充电***；每个充电接口满足***最大输出；具有良好的经济性适应市场发展，推动充电堆的应用。
本实施例中，立体球阵投切模块特征在于立体式的布局阵列，把每个功率单元通过立体球阵的方式互相连接，连接处使用高可靠性的直流接触器作为控制点。在圆周上选择多个节点作为充电口输出回路，命名为本节点，每个口输出节点都由各口的本节点输出，即***设计多少充电口，即有多少个本节点。与本节点立体相连的节点命名为共节点。根据***的组成的复杂程度，可设计为1阶共节点，2阶共节点，多阶共节点，共节点阶数越多，***越复杂，但调节精度则越高。不同阶的共节点不做连接。
本实施例中，立体球阵式充电***，不设置固定功率部分，以功率组为单元，可以自由设定功率组的大小。每个功率组都能投切的每个输出回路上。按照功率组分配，每个口都能达到***的最大输出。
本实施例中，节点必须采用带反馈触点的直接接触器作为控制点，每个节点的工作状态都反馈到控制器上。设定每个节点都具有使用及停用功能，当节点停用时相关的连接点都必须处于停用状态。只要当前接口的本节点未停用，该口的充电输出不受影响。
本实施例中，由于本节点和共节点是固定设计的，因此，在充电模块布局上也必须按照控制原理设置模块固定地址和连接方式，保证整个***按设计运行。
本实施例中，充电***在需要对充电口数量进行扩展时，需要只需要增加待增口相应的本节点数量和共节点数量，并实现连接即可。在***设计时可作为配置可定义项，有利于***的快速扩展。
本实施例中，立体球阵式投切模块是有直流接触器通过球阵布局完成连接，主控制器通过自定义的遥控接口对模块相对应的接触器控制线圈相连接，同时接触器的反馈信号连接回主控器的遥信接口。通过一控制一采集的形式达到控制和控制反馈相对应的逻辑关系，实现了实时监控能力，也实现了在控制和反馈信号不对应的告警监测，保证***可靠稳定工作。
本实施例中，充电***一般为分体式多口（四口、六口、八口等）充电***。
实施例2
一种立体球阵式智能动态功率分配的充电方法，包括以下步骤：
S1：交流电网连接到***后端机，后端机与前端机通过内部线连接，前端机充电枪与车辆连接；
S2：第一个口启动充电要求，当前口先执行本节点工作组，投入绝缘检测。绝缘检测通过后继续进入下一步充电流程；
S3：充电机与车辆交互建立，车辆发送充电需求到前端机，前端机把需求上传到后端功率控制器；功率控制器在接收到充电需求时，通过内部数据分析，设定投切优先级逻辑：
确定本节点功率是否满足输出；
本节点在功率不足情况下，自动询问相邻的本节点是否能投入当前工作组；
若相连本节点加入后亦无法满足充电需求，将进一步向1阶共节点询问投入；
在1阶共享节点投入完毕后，仍可想其他相隔的本节点索求投入；
S4：功率组投切设定完毕后，相应的充电口输出对应的功率，在充电需求未改变时按照当前投切输出；
S5：充电内部直流电压采集能检测内部的输出电压，当前充电口也能检测到当前电池电压，两者在电压差10V以内时闭合输出接触器，充电回路正式连通，输出电流；
S5-A：当车辆充电需求发生变化时，重复S2步骤调节当前工作组节点投入数量，满足充电需求；
S5-B：当其他充电口启动充电时，充电需求同时与已充电的接口上传到主功率控制器进行数据分析，将重新分配节点以满足不同接口的充电需求；
S6：当充电停止时，当前工作组上的节点会释放并处于待机状态，等待下一次投入；
S7：相应投入工作组的充电模块在停止使用后都必须完成电压泄放，待再次投入其他工作组使用；若泄放电压大于60V，不能当期组投入使用；
S8：在工作过程中，实时采集每个节点的控制和执行状态，保证运行安全；当发生异常立即停止当前充电并把相应节点设置为“不可用”，上报故障；
S9：在充电过程中，保证不同投入的工作组输出母线的唯一性，不能出现输出母线交叉现象，出现异常立即停止相应接口的充电；
S10：充电前设置自动检测流程，保障节点控制和内部输出正常情况下再输出；
S11：在整个过程中持续执行S7，S8，S9，S10流程，保证充电安全；异常时发故障上报到前端及监控后台；
S12：充电过程的充电数据和电池数据，异常状态等数据都实时上传到监控平台。
功率投切优先说明：
优先等级 投入优先等级 释放优先等级
本节点 本节点 相隔本节点
相邻本节点 相邻本节点 N阶共节点
1阶共节点 1阶共节点 2阶共节点
2阶共节点 2阶共节点 1阶共节点
N阶共节点 N阶共节点 相邻本节点
相隔本节点 相隔本节点 本节点
注：功率投切时，考虑充电需求电流优先，同时也加入功率需求作为投切调节。使功率输出达到需求的最优状态，既能满足高电压大电流车辆的充电需求，也能满足低电压大电流车辆的充电需求，充分发挥出***的智能调节优势，使整个充电损耗最低，时效最快。
整体运营监控平台***的工作流程：
S1：用户通过手机扫码或前端刷卡等方式启动充电请求；
S2：运营监控平台对用户账号、密码和余额等数据进行校验；
S3：数据校验通过下发充电启动指令，充电设备接收启动指令并执行；
S4：充电设备监测状态正常，并与电动汽车获得通讯交互；
S5：充电设备进行内部绝缘监测，通过后进入与车辆数据交互分析；
S6：充电设备进入充电阶段，前端控制器把车辆需求上送到功率控制器；
S7：各从功率控制器接收到前端控制器输出需求后请求调配功率输出满足需求；
S8：主功率控制器统计并分析从功率控制器的需求数据，进行对立体球模块的自动投切逻辑，确保最大化满足各充电口需求；
S9：主功率控制器按照算法得出最优控制逻辑后下发至各从功率控制器执行控制；
S10：从功率控制器执行立体求模块投切控制及检测，并反馈结果到主控制；
S11：充电过程中循环执行S7~S10，动态调节功率输出；
S12：充电完成后前端控制器下发停止指令，功率控制器执行停机操作；
S13：前端控制器把本次订单的账单上传至监控后台按配置好的费率完成订单结算；
S14：用户按照账单付款后本次充电任务完成；
S15：充电订单过程和结算数据保存在监控平台服务器实现数据分析功能。
***的算法采用基于无向图和广度优先搜索的算法。
算法说明：
广度优先搜索类似于树的层次遍历过程。它需要借助一个队列来实现。如图13所示，要想遍历从v0到v6的每一个顶点，我们可以设v0为第一层，v1、v2、v3为第二层，v4、v5为第三层，v6为第四层，逐个遍历每一层再的每个顶点。
具体过程如下：
1.准备工作：创建一个visited数组，用来记录已被访问过的顶点；创建一个队列，用来存放每一层的顶点；
2.从图中的v0开始访问，将的visited[v0]数组的值设置为true，同时将v0入队；
3.只要队列不空，则重复如下操作：
(1)队头顶点u出队；
(2)依次检查u的所有邻接顶点w，若visited[w]的值为false，则访问w，并将visited[w]置为true，同时将w入队。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种立体球阵式智能动态功率分配的充电***，其特征在于，包括：
充电后端机，主要包括充电模块、功率控制器及立体球阵投切模块，用于实现充电过程的功率智能分配及***的安全监测；
充电前端机，主要包括显示单元、通讯单元、读卡器、计费单元及联网模块，用于实现与车辆通讯、人机交互、与监控平台通讯、计量计费。
2.根据权利要求1所述的立体球阵式智能动态功率分配的充电***，其特征在于，所述充电前端机与车辆进行通讯交互，用于获取每台车辆的充电需求，把需求通过内部通讯回传到功率控制器集中控制。
3.根据权利要求1所述的立体球阵式智能动态功率分配的充电***，其特征在于，所述功率控制器用于通过分析每路输出母线的工作状态和充电需求，通过调控立体球阵投切模块把适当的功率投切到相应的输出回路，进行智能功率调控。
4.根据权利要求1所述的立体球阵式智能动态功率分配的充电***，其特征在于，所述立体球阵投切模块用于作为立体式的布局阵列，把每个功率单元通过立体球阵的方式互相连接，连接处使用高可靠性的直流接触器作为控制点。
5.根据权利要求1所述的立体球阵式智能动态功率分配的充电***，其特征在于，所述立体球阵式智能动态功率分配的充电***不设置固定功率部分，以功率组为单元，自由设定功率组的大小；每个功率组都能投切的每个输出回路上；按照功率组分配，每个口都能达到***的最大输出。
6.根据权利要求1所述的立体球阵式智能动态功率分配的充电***，其特征在于，所述立体球阵式智能动态功率分配的充电***的节点采用带反馈触点的直接接触器作为控制点，每个节点的工作状态都反馈到控制器上；设定每个节点都具有使用及停用功能，当节点停用时相关的连接点都必须处于停用状态；只要当前接口的本节点未停用，该口的充电输出不受影响。
7.根据权利要求1所述的立体球阵式智能动态功率分配的充电***，其特征在于，本节点和共节点是固定设计，在充电模块布局上也按照控制原理设置模块固定地址和连接方式。
8.一种立体球阵式智能动态功率分配的充电方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：交流电网连接到***后端机，后端机与前端机通过内部线连接，前端机充电枪与车辆连接；
S2：第一个口启动充电要求，当前口先执行本节点工作组，投入绝缘检测；绝缘检测通过后继续进入下一步充电流程；
S3：充电机与车辆交互建立，车辆发送充电需求到前端机，前端机把需求上传到后端功率控制器；功率控制器在接收到充电需求时，通过内部数据分析，设定投切优先级逻辑；
S4：功率组投切设定完毕后，相应的充电口输出对应的功率；在充电需求未改变时按照当前投切输出；
S5：充电内部直流电压采集能检测内部的输出电压，当前充电口也能检测到当前电池电压，两者在电压差10V以内时闭合输出接触器，充电回路正式连通，输出电流；
S6：当充电停止时，当前工作组上的节点会释放并处于待机状态，等待下一次投入；
S7：相应投入工作组的充电模块在停止使用后都必须完成电压泄放，待再次投入其他工作组使用；若泄放电压大于60V，不能当期组投入使用；
S8：在工作过程中，实时采集每个节点的控制和执行状态，保证运行安全；当发生异常立即停止当前充电并把相应节点设置为“不可用”，上报故障；
S9：在充电过程中，保证不同投入的工作组输出母线的唯一性，不能出现输出母线交叉现象，出现异常立即停止相应接口的充电；
S10：充电前设置自动检测流程，保障节点控制和内部输出正常情况下再输出；
S11：在整个过程中持续执行步骤S7，S8，S9，S10流程，保证充电安全；异常时发故障上报到前端及监控后台；
S12：充电过程的充电数据和电池数据，异常状态等数据都实时上传到监控平台。
9.根据权利要求8所述的立体球阵式智能动态功率分配的充电方法，其特征在于，所述步骤S3中设定投切优先级逻辑包括：
确定本节点功率是否满足输出；
本节点在功率不足情况下，自动询问相邻的本节点是否能投入当前工作组；
若相连本节点加入后亦无法满足充电需求，将进一步向1阶共节点询问投入；
在1阶共享节点投入完毕后，仍可想其他相隔的本节点索求投入。
10.根据权利要求8所述的立体球阵式智能动态功率分配的充电方法，其特征在于，所述步骤S5包括：
当车辆充电需求发生变化时，重复S2步骤调节当前工作组节点投入数量，满足充电需求；
当其他充电口启动充电时，充电需求同时与已充电的接口上传到主功率控制器进行数据分析，将重新分配节点以满足不同接口的充电需求。
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