CN115593254A - 一种双源输入的充电桩***及充电桩控制方法 - Google Patents

一种双源输入的充电桩***及充电桩控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种双源输入的充电桩***及充电桩控制方法，该充电桩***包括车载通讯识别装置和若干个并联连接的充电桩装置；该车载通讯识别装置用于获取车载终端的需求功率和识别相邻充电位是否满载；其中，充电桩装置包括至少一个充电转换模块和控制模块，充电转换模块输入端包括直流输入端和交流输入端，输出端输出的电流为直流电，输出的功率包括与交流输入端对应输出的第一交流供电功率和/或与直流输入端对应输出的第一直流供电功率；车载通讯识别装置与控制模块电连接，控制模块与充电转换模块电连接。再者，充电桩的控制方法通过控制模块控制充电桩装置的交流供电功率及直流供电功率间的动态增容，满足满功率输出，提高使用效率。

Description

一种双源输入的充电桩***及充电桩控制方法
技术领域
本发明实施例涉及充电桩技术领域，具体涉及一种双源输入的充电桩***及充电桩控制方法。
背景技术
充电桩是为电动汽车充电专门设计的产品，一般380伏三相交流电接入，通过和电动汽车通信，转换成汽车所用的电压、电流并按照要求输出相应的直流电为电动汽车进行充电。
由于一个标准的电动汽车直流桩功率至少35千瓦以上，随着汽车技术的进步，对快速充电的要求越来越高，现代直流充电桩的功率普遍在60千瓦，有的双枪并举的充电桩总功率甚至达到120千瓦。一些高端充电要求甚至已经高达300千瓦。如此高的功率需求给电网配电测带来了巨大的压力，我国电网的配变网络无法支持大规模充电桩，致使“充电难“是制约现代电动汽车发展的一个重要原因。
充电基础设施建设中有一个重要的概念叫电力通道增容，此项工作一般由电网公司完成。在这个过程中，不仅要将配变变压器的功率增加，同时还要加强地下管网的电缆以面对更高的用电功率需求。由于广布大功率的充电设施属于基础设施建设，特别是地下管网，通道建设必然要面对土地征用、拆迁、电力间隔扩容、长达几十公里的工程施工等，其成本是一座充电站的百倍不止。从经济学的角度来说，对于一些有充电需求的，特别是已建好通道的老城区及重要的商圈而言几乎没有可能。
目前，传统充电桩的充电模块有三相交流电输入，当输入三相电网容量不够时，通常是通过降流的方式控制模块的输出电流，以满足模块使用，但却大大影响了模块的输出功率，降低了使用效率。
再者，在传统充电桩的基础上，增加了储能列阵和风光能，同时将每个充电位变成一个交流输入充电模块和一个直流输入充电模块。正常情况下只有交流模块工作，只有当交流电容量不够时，再开启直流输入充电模块。由于行业限制，市面上一个直流输入充电模块的价格是交流输入充电模块的两倍，大大增加了充电桩的成本，并且两种模块也在一定程度上增加了后期的维护成本。
发明内容
为此，本发明实施例提供一种双源输入的充电桩***及充电桩控制方法，同时兼顾交流输入和储能增容直流输入，并通过算法实现交流供电功率控制，防止变压器过载，以解决现有技术中充电桩模块不能够满功率输出，使用效率低的问题，同时有效解决电力增容难题，过程中，该充电桩装置在闲置时间段还可以通过控制模块的控制为增容储能装置进行补电，全***可以节约至少一台双向变流器成本。实际设计中采用反传统接入法，即交流整流MPPT后端，DC/DC前端共享直流母排端接入，直流无需功率跟随转换，效率提高8％以上。加储后可构建简易储配增容功能，低成本解决部分电力增容难题，具有很大的社会价值，也是未来多功能充电桩装置的初始型号。
为了实现上述目的，本发明的实施方式一方面提供了一种双源输入的充电桩***，其包括车载通讯识别装置和若干个并联连接的充电桩装置；所述车载通讯识别装置，用于获取车载终端的需求功率和识别相邻充电位是否满载；所述充电桩装置包括：至少一个充电转换模块，所述充电转换模块的输入端包括与第一直流母线连接的直流输入端和与交流母线连接的交流输入端，输出端输出的电流为直流电，输出的功率包括与所述交流输入端对应输出的第一交流供电功率和/或与所述直流输入端对应输出的第一直流供电功率；控制模块，所述车载通讯识别装置与所述控制模块电连接，所述控制模块与所述充电转换模块电连接。
进一步地，所述控制模块包括与所述充电转换模块的输出端连接的第一控制组件，与所述直流输入端连接的第一直流开关和与所述交流输入端连接的第一交流开关。
进一步地，所述第一控制组件包括第一控制开关和与所述第一控制开关串联连接的第二控制开关，所述第二控制开关设置在第一充电桩装置和与所述第一充电桩装置相邻的第二充电桩装置之间的第二直流母线上。
进一步地，所述需求功率与所述第一交流供电功率之差形成差异功率。
进一步地，所述差异功率由空载的相邻充电位的第二交流供电功率提供。
进一步地，所述差异功率由所述第一直流供电功率提供。
进一步地，所述第一直流母线连接储能装置，所述第一直流母线与交流母线之间设置有逆变器。
本发明的实施方式另一方面提供了一种双源输入的充电桩控制方法，其包括上述的双源输入的充电桩***；所述控制方法包括如下步骤：
步骤S1:车载通讯识别装置获取车载终端的需求功率和识别相邻充电位是否满载的信号；
步骤S2:车载通讯识别装置获取的信号传送给控制模块；
步骤S3:控制模块通过控制充电转换模块，选择满足车载终端的需求功率的供电路由进行直流充电。
进一步地，步骤3包括如下步骤：
步骤S31:当车载终端的需求功率不大于所在充电位的第一供电功率时，控制模块控制第一控制开关和第一直流开关闭合，采用第一供电功率进行对车载终端进行充电；
步骤S32：当车载终端的需求功率大于所在充电位的第一供电功率，且相邻充电位空载时，第一控制开关和第二控制开关闭合，选择该充电位的第一供电功率和相邻充电位的第一供电功率进行对车载终端充电；
步骤S33：当车载终端的需求功率大于所在充电位的第一供电功率，且相邻充电位满载时，第一控制开关和第一直流开关闭合，选择该充电位的第一供电功率和该充电位的第二供电功率进行对车载终端充电。
根据本发明的实施方式，具有如下优点：
本发明通过车载通讯识别装置获取车载终端的需求功率和识别相邻充电位是否满载，再通过控制模块控制充电桩模块中的第一交流供电功率和第二直流供电功率选择满足车载终端的需求功率的供电路由进行直流充电；通过充电转换模块上的交流输入端和直流输入端，使其支持同时接入市电的交流源和储能装置提供的直流源两种电源；按照先源后储原则，在电网容量不够时，接通直流输入端使直流电输入，通过直流源弥补交流源容量不够的问题，满足满功率输出，提高使用效率。
再者，本***在当车载终端的需求功率大于所在充电位的第一供电功率，且相邻充电位空载时，第一控制开关和第二控制开关闭合，选择该充电位的第一交流供电功率和相邻充电位的第二交流供电功率进行对车载终端充电；仅有在当车载终端的需求功率大于所在充电位的第一交流供电功率，且相邻充电位满载时，第一控制开关和第一直流开关闭合，选择该充电位的第一交流供电功率和该充电位的第二交流供电功率进行对车载终端充电。另外，本发明仅在相邻充电位满载时才接通直流输入端的直流电，既达到满功率输出，提高使用效率，又达到节约成本的效果。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是示例性的，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图引伸获得其它的实施附图。
本说明书所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。
图1为本发明实施例一中提供的充电转换模块的电气连接示意图；
图2为本发明实施例一中提供的一种双源输入的充电桩***的应用架构及电气连接示意图；
图3为本发明实施例二中通过一种双源输入的充电桩***的控制方法的流程图；
图4为本发明实施例二中进一步提供的一种双源输入的充电桩控制方法的流程图。
图中：
10、充电转换模块；11、直流输入端；12、交流输入端；13、充电转换模块输出端；21、第一交流开关；22、第一直流开关；23、第一控制开关；24、第二控制开关；31、第一直流母线；32、第二直流母线；40、交流母线；51、所在充电位；52、相邻充电位；60、储能装置；70、逆变器。
具体实施方式
下面将以图式揭露本申请的多个实施方式，对本申请的技术方案进行清楚、完整地描述，构成本申请的一部分说明书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说明是用来解释本申请，并不构成对本申请的不当限定，基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明，除非单独定义指出的方向以外，本文中涉及到的上、下、左、右、内、外等方向均是以本申请实施例图1所示的上、下、左、右、内、外等方向为准，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应随之改变。“多个”、“若干个”的含义是两个或两个以上，在此一并说明，使用的“第一”、“第二”“第三”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。此外，在本公开各个实施例中，相同或类似的参考标号表示相同或类似的构件。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或为一体，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
另外，本申请各个实施例之间的技术方案可以互相结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本申请要求保护的范围之内。
实施例一
请参阅图1、图2所示，本实施例提供了一种双源输入的充电桩***，其双源输入为储能装置60提供的直流源及市电提供的交流源，该***包括车载通讯识别装置和若干个并联连接的充电桩装置；本实施例是以四个并联连接的充电桩装置为例，但不限于四个，可根据实际情况(场地、用户量)来设置充电桩装置的数量。本实施例中的每个充电桩装置包括两个充电转换模块10，但不限于两个，可以根据实际情况设置多个，其中，每个充电转换模块10的输入端包括与第一直流母线31连接的直流输入端11和与交流母线40连接的交流输入端12，输出端13输出的电流为直流电，输出的功率为与交流输入端12对应输出的第一交流供电功率和/或与直流输入端11对应输出的第一直流供电功率；充电转换模块10电连接于控制装置上，且控制装置电连接在用于获取车载终端的需求功率和识别相邻充电位是否满载的车载通讯识别装置上。
需要说明的是，本实施例的车载通讯识别装置为现有技术中的通讯接收、发送数据及识别设备，如：可通过485/CAN通讯接收、发送数据。结合图4所示，本实施例中的充电桩装置的输出侧负载较小时，由市电提供的三相交流电经交流输入端12输入，经输入EMI滤波，通过三相有源PFC整流升压，再经过DC/DC模块变压，由输出端输出200-750V可调宽直流电；当充电桩装置输出侧负载较大，三相交流电输入容量无法满足时，同时经直流输入端11接通直流输入电，由直流电分担一部分负载，满足充电桩装置的输出。另外，本实施例中的充电桩***同时具有输入检测保护、输出检测保护、温度检测，能保证充电桩装置的输入、输出侧异常时，及时反馈给DSP，暂停充电桩装置的工作，等报警、故障消除后，充电桩装置方可重新工作。
利用本实施例的技术方案，本实施例通过车载通讯识别装置获取车载终端的需求功率和识别相邻充电位是否满载，再通过控制模块控制充电桩模块中的第一交流供电功率和第二直流供电功率选择满足车载终端的需求功率的供电路由进行直流充电；通过充电转换模块上的交流输入端和直流输入端，使其支持同时接入市电的交流源和储能装置提供的直流源两种电源；按照先源后储原则，在电网容量不够时，接通直流输入端使直流电输入，通过直流源弥补交流源容量不够的问题，满足满功率输出，提高使用效率。
如图1所示，作为一种优选的实施方式，本实施例中的控制模块包括与充电转换模块10的输出端13连接的第一控制组件，与直流输入端11连接的第一直流开关22和与交流输入端12连接的第一交流开关21。进一步地，该第一控制组件包括第一控制开关23和与第一控制开关23串联连接的第二控制开关24，该第二控制开关24设置在第一充电桩装置和与第一充电桩装置相邻的第二充电桩装置之间的第二直流母线32上。
作为一种优选的实施方式，本实施例中的所在充电位51车载终端的需求功率与第一交流供电功率之差形成差异功率。
需要说明的是，本实施例中的第一交流开关21可为常闭开关，当相邻充电位52为空载时，即没有车辆充电时，该差异功率由相邻充电位52的第二交流供电功率提供。如：单个充电转换模块10的由市电提供的三相交流电输出的功率为30W,则本实施例中的充电桩装置的输出功率为60W,当车载终端的需求功率大于60W且不大于120W时，且相邻充电位52为空载时，此时控制模块的第二控制开关24闭合，使所在充电位51的充电桩装置与相邻充电位52的充电桩装置形成并联，则所在充电位51的输出功率变成120W，大大满足了所在充电位51的满功率输出，提高使用效率。进一步地，当充电位需求增加，变压器容量不够时，第一直流开关22闭合，接通第一直流母线31连接的储能装置60，由储能装置60动态增容，满足使用要求，此时该差异功率为第一直流供电功率。具体地，本实施例中的储能装置60包括储能阵列及风光发电***，当充电位空闲时，可由风光能给储能阵列充电，如电流较小，也可用市电经充电模块给储能阵列补充充电。当无充电位空闲，且储能阵列充满电时，通过单向逆变器70(非PCS)将多余的风光能逆变成交流电回馈到电网,如不考虑电网增容，也可省略此逆变器70。
实施例二
结合图3、图4所示，本实施例提供了一种双源输入的充电桩控制方法，其包括上述实施例一中的双源输入的充电桩***；该控制方法包括如下步骤：
步骤S1:车载通讯识别装置获取车载终端的需求功率和识别相邻充电位是否满载的信号；
步骤S2:车载通讯识别装置获取的信号传送给控制模块；
步骤S3:控制模块通过控制充电转换模块，选择满足车载终端的需求功率的供电路由进行直流充电。
作为一种优选的实施方式，本实施例中的步骤3包括如下步骤：
步骤S31:当车载终端的需求功率不大于所在充电位的第一供电功率时，控制模块控制第一控制开关和第一直流开关闭合，采用第一供电功率进行对车载终端进行充电；
步骤S32：当车载终端的需求功率大于所在充电位的第一供电功率，且相邻充电位空载时，第一控制开关和第二控制开关闭合，选择该充电位的第一供电功率和相邻充电位的第一供电功率进行对车载终端充电；
步骤S33：当车载终端的需求功率大于所在充电位的第一供电功率，且相邻充电位满载时，第一控制开关和第一直流开关闭合，选择该充电位的第一供电功率和该充电位的第二供电功率进行对车载终端充电。
综上所述，本发明通过车载通讯识别装置获取车载终端的需求功率和识别相邻充电位是否满载，再通过控制模块控制充电桩模块10中的第一交流供电功率和第二直流供电功率选择满足车载终端的需求功率的供电路由进行直流充电；通过充电转换模块10上的交流输入端12和直流输入端11，使其支持同时接入市电的交流母线40和储能装置60提供的直流母线31的两种电源；按照先源后储原则，在电网容量不够时，接通直流输入端11使直流电输入，通过直流源弥补交流源容量不够的问题，满足满功率输出，提高使用效率。本发明在当车载终端的需求功率大于所在充电位的第一供电功率，且相邻充电位空载时，第一控制开关23和第二控制开关24闭合，选择该充电位的第一交流供电功率和相邻充电位的第二交流供电功率进行对车载终端满额充电；再者，当车载终端的需求功率大于所在充电位的第一交流供电功率，且相邻充电位满载时，第一控制开关23和第一直流开关22闭合，选择该充电位的第一交流供电功率和该充电位的第二交流供电功率进行对车载终端充电。另外，本发明仅在相邻充电位满载时才接通直流输入端22的直流电，既达到满功率输出，提高使用效率，又达到节约成本的效果。
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (9)

1.一种双源输入的充电桩***，其特征在于：包括车载通讯识别装置和若干个并联连接的充电桩装置；
所述车载通讯识别装置，用于获取车载终端的需求功率和识别相邻充电位是否满载；
所述充电桩装置包括：
至少一个充电转换模块，所述充电转换模块的输入端包括与第一直流母线连接的直流输入端和与交流母线连接的交流输入端，输出端输出的电流为直流电，输出的功率为与所述交流输入端对应输出的第一交流供电功率和/或与所述直流输入端对应输出的第一直流供电功率；
控制模块，所述车载通讯识别装置与所述控制模块电连接，所述控制模块与所述充电转换模块电连接。
2.根据权利要求1所述的双源输入的充电桩***，其特征在于：所述控制模块包括与所述充电转换模块的输出端连接的第一控制组件，与所述直流输入端连接的第一直流开关和与所述交流输入端连接的第一交流开关。
3.根据权利要求2所述的双源输入的充电桩***，其特征在于：所述第一控制组件包括第一控制开关和与所述第一控制开关串联连接的第二控制开关，所述第二控制开关设置在第一充电桩装置和与所述第一充电桩装置相邻的第二充电桩装置之间的第二直流母线上。
4.根据权利要求1所述的双源输入的充电桩***，其特征在于：所述需求功率与所述第一交流供电功率之差形成差异功率。
5.根据权利要求4所述的双源输入的充电桩***，其特征在于：所述差异功率由空载的相邻充电位的第二交流供电功率提供。
6.根据权利要求4所述的双源输入的充电桩***，其特征在于：所述差异功率由所述第一直流供电功率提供。
7.根据权利要求1所述的双源输入的充电桩***，其特征在于：所述第一直流母线连接储能装置，所述第一直流母线与所述交流母线之间设置有逆变器。
8.一种双源输入的充电桩控制方法，其特征在于，包括权利要求1所述的双源输入的充电桩***；所述控制方法包括如下步骤：
步骤S1:车载通讯识别装置获取车载终端的需求功率和识别相邻充电位是否满载的信号；
步骤S2:控制模块接收到车载通讯识别装置获取的信号；
步骤S3:控制模块通过控制充电转换模块的输出功率，选择满足车载终端的需求功率的供电路由。
9.根据权利要求8所述的一种双源输入的充电桩控制方法，其特征在于，步骤3包括如下子步骤：
子步骤S31:当车载终端的需求功率不大于所在充电位的第一供电功率时，第一控制开关和第一交流开关闭合，采用第一交流供电功率对车载终端进行满功率输出充电；
子步骤S32：当车载终端的需求功率大于所在充电位的第一供电功率，且相邻充电位空载时，第一控制开关和第二控制开关闭合，选择所在充电位的第一交流供电功率和相邻充电位的第二交流供电功率对车载终端进行满功率输出充电；
子步骤S33：当车载终端的需求功率大于所在充电位的第一供电功率，且相邻充电位满载时，第一控制开关和第一直流开关闭合，选择所在充电位的第一交流供电功率和第一直流供电功率对车载终端进行满功率输出充电。
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