直流充电桩一机多枪功率自动分配系统论文和设计-莫文威

全文摘要

本实用新型涉及一种直流充电桩一机多枪功率自动分配系统，通过对继电器与充电模块的逻辑控制，实现功率的分配与多枪之间功率切换。同时，多个充电枪控制器之间的通讯交互实现功率自动分配。功率自动分配方式为：每把枪连接两个高压直流继电器，分别控制DC+、DC‑的通断，将所有电源模块按一定比例分为最少4个电源分组，电源分组输出端连接双触点继电器，分别控制输出端正极和负极的通断。本实用新型提供的功率自动分配方案，相比于目前市面上常见的功率均分方案以及自动分配方案，通过使用最少的继电器，满足各车辆不同充电需求的同时多枪同时充电，从而提高模块资源的有效利用率。

主设计要求

1.直流充电桩一机多枪功率自动分配系统，其特征在于，包括计费单元A、计费单元B、与计费单元A和计费单元B通过CAN总线对应连接的控制器A、控制器B，控制器A、控制器B之间CAN总线连接，还包括功率分配单元以及按比例分为最少4个电源分组的电源模块；每个电源分组中的所有电源模块的正极电连接，作为该电源分组的正输出端，所有电源模块的负极电连接，作为该电源分组的负输出端；每个电源分组的正输出端均通过一双触点继电器分别连接A充电枪和B充电枪的正极，每个电源分组的负输出端均通过一双触点继电器分别连接A充电枪和B充电枪的负极；所述的功率分配单元通过CAN总线与控制器A、控制器B通讯连接，所述的双触点继电器的通断受控于功率分配单元。

设计方案

2.根据权利要求1所述的直流充电桩一机多枪功率自动分配系统，其特征在于，A充电枪和B充电枪的正、负极均连接一高压直流继电器，所述的高压直流继电器连接电源分组的正、负输出端的双触点继电器；所述的高压直流继电器的通断受控于功率分配单元。

3.根据权利要求1所述的直流充电桩一机多枪功率自动分配系统，其特征在于，所述的计费单元A、计费单元B均连接有显示屏、读卡器、智能电表、车联网通信模块。

4.根据权利要求1所述的直流充电桩一机多枪功率自动分配系统，其特征在于，所述的控制器A、控制器B均连接有直流输出电压采集电路、绝缘监测模块、车载BMS通信模块、充电枪CC电压采集电路、遥信隔离采集电路。

5.根据权利要求3所述的直流充电桩一机多枪功率自动分配系统，其特征在于，显示屏及读卡器通过RS232总线与计费单元A、计费单元B连接；智能电表通过RS485总线与计费单元A、计费单元B连接；车联网通信模块通过以太网\/GPRS与计费单元A、计费单元B连接。

6.根据权利要求1所述的直流充电桩一机多枪功率自动分配系统，其特征在于，包括计费单元A、计费单元B、与计费单元A和计费单元通过CAN总线对应连接的控制器A、控制器B，还包括功率分配单元以及按1：2：2：3的比例分为4个电源分组的8个电源模块。

设计说明书

技术领域

本实用新型涉及充电桩技术领域，更具体地说，涉及一种一机多枪功率自动分配控制策略的直流充电桩系统。

背景技术

目前市面上一机多枪直流充电桩多用于公交车站，而对于现如今发展迅猛的小型电动汽车，更多的还是充电速度较慢、时间较长的小功率直流桩以及交流充电桩，这一现状显然无法满足日益增长的电动汽车充电需求。

为了解决目前公交车、出租车、物流车和共享汽车对快速充电的急切需求，缩短充电时间，提高充电效率，降低运营成本。

同时，为了解决目前市面上大多数功率均分方案无法满足不同充电需求，另外功率自动分配方案使用数量众多的继电器无法有效降低成本、增加了走线和控制难度的问题。

另外，基于目前我国电动汽车停车位较少，公共慢充桩效果并不理想，社会对于快充有相当大的需求，且在高速路等地方对于快速充电的需求则更加迫切。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种120kW及以上的大功率直流充电桩一机多枪功率自动分配的系统，既能实现单枪大功率输出，又能满足各类型车辆不同充电需求。

直流充电桩一机多枪功率自动分配系统，包括计费单元A、计费单元B、与计费单元A和计费单元B通过CAN总线对应连接的控制器A、控制器B，控制器A、控制器B之间CAN总线连接，还包括功率分配单元以及按比例分为最少4个电源分组的电源模块；每个电源分组中的所有电源模块的正极电连接，作为该电源分组的正输出端，所有电源模块的负极电连接，作为该电源分组的负输出端；每个电源分组的正输出端均通过一双触点继电器分别连接A充电枪和B充电枪的正极，每个电源分组的负输出端均通过一双触点继电器分别连接A充电枪和B充电枪的负极；所述的功率分配单元通过CAN总线与控制器A、控制器B通讯连接，所述的双触点继电器的通断受控于功率分配单元。

优选的，A充电枪和B充电枪的正、负极均连接一高压直流继电器，所述的高压直流继电器连接电源分组的正、负输出端的双触点继电器；所述的高压直流继电器的通断受控于功率分配单元。高压直流继电器为直流供电回路提供安全保护。

A充电枪和B充电枪均连接两个高压直流继电器，分别控制DC+、DC-的通断，将电源模块按一定比例分为最少4个电源分组，电源分组输出端连接双触点继电器，分别控制电源分组输出端正极和负极的通断，多个充电枪控制器之间的通讯交互实现功率自动分配。

优选的，所述的计费单元A、计费单元B均连接有显示屏、读卡器、智能电表、车联网通信模块。

优选的，所述的控制器A、控制器B均连接有直流输出电压采集电路、绝缘监测模块、车载BMS通信模块、充电枪CC电压采集电路、遥信隔离采集电路。绝缘监测模块通过RS485总线与控制器通信连接，用于对充电桩系统直流母线及充电支路进行绝缘状态的实时监测。

充电枪CC电压采集电路，用于对插枪信号进行采集以判断充电枪状态；直流输出电压采集电路，用于采集输出电压；遥信隔离采集电路，用于采集直流充电桩内枪座、温度、风扇、电子锁等开关量。

优选的，显示屏及读卡器通过RS232总线与计费单元A、计费单元B连接；智能电表通过RS485总线与计费单元A、计费单元B连接；车联网通信模块通过以太网\/GPRS与计费单元A、计费单元B连接。

优选的，直流充电桩一机多枪功率自动分配系统，包括计费单元A、计费单元B、与计费单元A和计费单元通过CAN总线对应连接的控制器A、控制器B，还包括功率分配单元以及按1：2：2：3的比例分为4个电源分组的8个电源模块。

本实用新型的优点在于：

(1)市面上的功率均分方案只能满足功率需求相同的车型，本实用新型可满足不同的充电功率需求；

(2)市面上的功率自动分配方案需要数量较多的继电器才能完成自动分配，以8个15kW电源模块的双枪直流桩为例，需要32个继电器，本实用新型将8个电源模块按1:2:2:3比例分为4个功率分配单元，使得所使用的继电器变为12个，大大降低了成本和走线难度。

附图说明

图1为本实用新型原理图；

图2为本实用新型功率调配示意图。

具体实施方式

为了使本实用新型的技术方案及优点更加清晰明白，下面结合附图，对本实用新型进行进一步详细说明如图所示，

图1是本实用新型提供的直流充电桩一机多枪功率自动分配系统原理图。直流充电桩一机多枪功率自动分配系统，包括计费单元A、计费单元B、与计费单元A和计费单元B通过CAN总线对应连接的控制器A、控制器B，控制器A、控制器B之间CAN总线连接，还包括通过CAN总线与控制器A、控制器B通讯连接的功率分配单元以及按比例分为最少4个电源分组的电源模块；每个电源分组中的所有电源模块的正极电连接，作为该电源分组的正输出端，所有电源模块的负极电连接，作为该电源分组的负输出端。

显示屏及读卡器通过RS232总线与计费单元A、计费单元B连接；智能电表通过RS485总线与计费单元A、计费单元B连接；车联网通信模块通过以太网\/GPRS与计费单元A、计费单元B连接。

所述的控制器A、控制器B均连接有直流输出电压采集电路、绝缘监测模块、车载BMS通信模块、充电枪CC电压采集电路、遥信隔离采集电路。

充电枪CC电压采集电路，用于对插枪信号进行采集以判断充电枪状态；通常采用AMC1200作为隔离放大处理，前级电压跟随器处理，增大输入阻抗，消除电阻分压带来的影响。AMC1200的输出经过TLV2313运放处理，采用同相与反相两端差分输入，消AMC1200的共模输出电压的影响。直流输出电压采集电路原理与CC信号电压采集原理类似，这里不再赘述。遥信隔离采集电路用于采集直流充电桩内枪座、温度、风扇、电子锁等开关量，采用了隔离设计，隔离光耦采用tlp291-4。遥信量主要有急停、塑壳、交流输入接触器、直流输出继电器、浪涌、门禁、电子锁反馈等多达16路遥信采集信号。绝缘监测模块采用上海钛昕电气的TH-IM-DC-M。

功率分配单元的继电器输出采用了多达12路继电器输出控制，其中继电器驱动电路采用了TI公司的ULN2803，隔离光耦采用了tlp291-4。

如图2所示，该直流充电桩一机多枪功率自动分配系统包括包括功率分配单元以及按1：2：2：3的比例分为4个电源分组的8个电源模块。每个电源分组的正输出端均通过一双触点继电器K1、K3、K5、K7分别连接A充电枪和B充电枪的正极，每个电源分组的负输出端均通过一双触点继电器K2、K4、K6、K8分别连接A充电枪和B充电枪的负极；A充电枪和B充电枪的正、负极均连接一高压直流继电器K9、K10、K11、K12，所述的高压直流继电器连接电源分组的正、负输出端的双触点继电器；所述的双触点继电器、高压直流继电器的通断受控于功率分配单元。

可以看到，在该实例中，选择了8个15kW电源模块，将8个电源模块按1:2:2:3分为4个电源分组，通过使用最少的继电器进行分配，分配到A充电枪和B充电枪，使得A充电枪和B充电枪满足单枪输出时可输出15kW、30kW、45kW、60kW、75kW、90kW、105kW、120kW，实现全功率覆盖。

该功率分配方式有如下优点：

(1)多枪可同时充，且在满足各车辆不同充电需求的同时多枪同时充电，提升启动速度；

(2)既能满足大车大功率充电，也能满足小车小功率充电，提高利用率；

(3)能满足大车小车同时充电，并且独立计费结算。

控制器A、控制器B获取A充电枪和B充电枪实时充电需求，根据需求进行内部运算做出策略调整，然后将控制命令下发至功率分配单元，由控制器A、控制器B对分配完成的电源分组进行功率调整；

其中，功率分配单元通过CAN总线与控制器A、控制器B通讯连接，功率分配单元、控制器A、控制器B、电源模块共处一个CAN总线，采用单点通讯方式，即为控制器A、控制器B、电源模块分别配置固定单一通讯地址。功率分配单元接收控制器A、控制器B充电命令，下发控制继电器动作命令，通过控制继电器的分合，将电源分组的输出切换到相应的枪。整个充电过程，由控制器分析计算需求，下发功率分配命令至功率分配单元，由功率分配单元接收命令后控制继电器的分合，将电源分组切换到相应的枪，过程中由控制器对电源模块分组进行功率调节，充电结束后控制器下发充电结束命令至功率分配单元，功率分配单元控制继电器切除分配的电源分组，并向电源分组下发关机命令。

本实用新型控制策略:

(1)单枪全功率覆盖，即单枪可满足所有调配功率；

(2)时间优先原则，即以先刷卡充电的枪为优先分配功率；

(3)功率需求优先原则，即以功率较大的需求为优先分配功率；

(4)低利用率优先原则，即优先使用利用率较低的电源模块进行功率输出。

直流充电桩一机多枪功率自动分配系统的特点决定了，多个充电枪输出控制器之间必然需要通讯，通讯的目的在于多个枪之间通讯数据的交互，例如充电需求电压，充电需求电流等。多个控制器之间根据各自充电需求的参数比例来实现功率的分配，同时控制功率分配单元所对应的充电模块；

同时，应当理解地，功率分配的功率转换的过程中，多把枪之间的控制策略逻辑关系需要考虑进去。不仅如此，充电策略方面还存在着多种形式。例如，轮充、均充、功率自动分配等。因此，在软件协议的制定过程中需要考虑到多种充电模式的存在，后期维护及使用过程中只需要简单的设置就可以实现多种充电策略的实现。

通过本实用新型设计，可实现功率共享，按需分配，根据不同车型需求，智能化分配充电功率，提高充电效率与充电设备利用率，做到节能高效。

以上实例只为说明本实用新型的技术方案与技术特点，应当理解地，对于本领域普通技术人员来说，在不脱离本实用新型技术原理前提下，对于120kW及以上的大功率直流充电桩电源模块功率的选取及分组个数和分组比例，可以根据上述说明加以改进或变换。

设计图

直流充电桩一机多枪功率自动分配系统论文和设计

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主设计要求

设计方案

设计说明书

设计图

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