一种具有多个充电端口的电动汽车直流充电桩及控制方法与流程

本发明涉及一种电动汽车充电桩，尤其涉及一种具有多个充电端口的电动汽车直流充电桩，同时也涉及该充电桩实现充电过程控制的方法，属于电动汽车技术领域。

背景技术：

随着石油资源的逐渐枯竭，电动汽车在近年来得到了很好的发展。电动汽车是指以车载电源为动力，用电机驱动车轮行驶的车辆。其相较于汽油车辆更加节能环保，因此正在被世界各国所推广。

电动汽车充电桩是一种给纯电动汽车/混合动力汽车充电的设施，可以固定在地面或墙壁，安装于公共建筑(公共楼宇、商场、公共停车场等)和居民小区停车场或充电站内，根据不同的电压等级为各种型号的电动汽车充电。充电桩一方面接入交流电网，另一方面对外提供充电插头或充电枪，用于为电动汽车充电。

在申请号为201510401047.3的中国专利申请中，公开了一种单机四充的交流充电桩。该交流充电桩与电动汽车车载充电机配合使用，在一个交流充电桩上面可以同时实现四辆电动汽车同时充电，供客户选择使用，保证客户方便、安全的使用。但是，由于该充电桩只能为电动汽车提供慢速充电，所以，使用该充电桩为电动汽车充电的效率较低，无法满足多辆电动汽车快速充电的需求，而且也不能根据不同电动汽车的不同需求进行合理的充电电量分配，最终达到提高充电桩的充电电量的利用率以及充电效率。

技术实现要素：

本发明所要解决的首要技术问题在于提供一种具有多个充电端口的电动汽车直流充电桩。

本发明所要解决的另一技术问题在于提供一种上述充电桩实现充电过程控制的方法。

为了实现上述发明目的，本发明采用下述的技术方案：

一种具有多个充电端口的电动汽车直流充电桩，包括控制模块、充电模块和多把充电枪，所述控制模块分别与所述充电模块和各所述充电枪相连；

所述控制模块控制充电模块，为各所述充电枪提供预先设定首次分配的充电功率；

所述控制模块对充电桩的剩余充电功率，按充电功率分配优先级顺序为各所述充电枪进行充电功率的再分配。

其中较优地，所述充电模块包括有源功率因数校正单元与DC/DC单元，所述DC/DC单元的输入端与所述有源功率因数校正单元的输出端相连。

其中较优地，所述充电模块的第i个DC/DC的充电端口并联后与第i把充电枪相连，所述第i把充电枪对第i辆电动汽车进行充电，其中i为正整数。

其中较优地，所述充电枪设有充电端口与通信端口；所述充电枪通过所述通信端口一方面与所述控制模块相连，另一方面与电动汽车一一对应相连；各所述充电枪通过所述充电端口与对应的DC/DC相连。

其中较优地，所述充电模块中的有源功率因数校正单元的输入端并联在一起，并与交流电源相连。

其中较优地，所述电动汽车直流充电桩还包括人机交互模块，所述人机交互模块与所述控制模块相连。

一种电动汽车直流充电桩实现充电过程控制的方法，包括如下步骤：

步骤S1：控制模块接收来自各待充电电动汽车的BMS以及充电模块的信息；

步骤S2：根据每把充电枪对应的待充电电动汽车的信息，预先设定每把充电枪首次分配的充电功率；

步骤S3：根据每辆电动汽车BMS的需求功率，以每把充电枪的最大额定功率及预先设定首次分配的充电功率为限，控制模块控制充电模块为相应的充电枪提供BMS的需求功率；

步骤S4：控制模块实时计算出每把充电枪的当前充电功率，根据充电桩的总功率从而计算出充电桩的当前剩余充电功率；

步骤S5：当充电桩当前剩余充电功率大于零时，如果控制模块检测到有电动汽车BMS的的需求功率没有得到满足，则按照充电功率分配优先级顺序将充电桩的当前剩余充电功率分配给相应的充电枪，以尽量满足各电动汽车BMS的需求功率；

步骤S6：达到预定的充电终止电压时，控制模块终止充电过程。

其中较优地，步骤2中，所述充电枪的所述最大额定功率为：P＝P_(DC/DC)×k，其中，所述P_(DC/DC)为每个所述充电模块中的第i个DC/DC的最大充电功率，所述k为充电模块的数量。

其中较优地，步骤3中，所述控制模块控制每个所述充电模块中第i个DC/DC，共同为第i把充电枪提供的充电功率不大于预先设定首次分配的充电功率。

其中较优地，步骤5中，在对第i把充电枪进行充电功率的再分配过程中，以预先设定首次分配的充电功率与再分配的充电功率之和为限，所述控制模块控制每个所述充电模块中第i个DC/DC为所述第i把充电枪提供充电功率。

其中较优地，步骤5中，当电动汽车BMS的需求功率都已经得到满足，或者充电桩当前剩余充电功率等于零时，则不进行充电功率再分配。

其中较优地，步骤6中，当DC/DC单元输出的充电电压与电动汽车BMS规定的终止电压相同时，所述控制模块控制所述DC/DC单元输出的充电电流为零，终止充电过程并通知人机交互模块相应的车辆充电已满。

本发明所提供的具有多个充电端口的电动汽车直流充电桩，一方面为每一把充电枪提供预先设定的充电功率，另一方面根据充电桩总额定功率和当前充电功率，实时计算出该充电桩的充电剩余功率，并按再分配充电功率分配优先级顺序对相应的充电枪进行充电剩余功率再分配，使每一把充电枪尽量满足充电电动汽车BMS的需求功率和电流，从而实现了充电桩充电效率的最大化，节省了用户充电的时间。

附图说明

图1为本发明所提供的电动汽车直流充电桩的电路原理框图；

图2为本发明所提供的电动汽车直流充电桩实现充电过程控制的方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明的发明内容做进一步地详细说明。

如图1所示，本发明所提供的具有多个充电端口电动汽车直流充电桩(简称充电桩)，其中，多个充电端口指由多个充电模块中的对应的DC/DC的输出端并联在一起组成的多个充电端口，将充电枪与充电端口相连，为相应的电动汽车进行充电。该充电桩包括人机交互模块、控制模块、充电模块、充电枪。其中，人机交互模块与控制模块相连，控制模块分别与充电模块和充电枪相连。其中，对外输出统一用充电枪，多个充电端口指由多个充电模块中的对应的DC/DC的输出端并联在一起组成的多个充电端口，将充电枪与充电端口相连，为相应的电动汽车进行充电。

人机交互模块包括触摸显示屏、刷卡窗口。在用户启动充电时，通过刷卡窗口进行刷卡并对充电用户的身份进行识别，充电结束后通过触摸显示屏上相应的菜单选项对电动汽车充电的费用进行结算。该触摸显示屏还可以向用户显示充电电压、电量、电流以及时间等信息。例如，通过该触摸显示屏可以显示出电动汽车的电池总容量、当前容量、充电电流、充电终止电压等信息，还可以显示出充电模块输出的充电电流、输出的充电电压、告警等信息。该人机交互模块不仅给用户提供了便捷服务，也给工作人员提供了很大的便利。

控制模块用于接收来自电池管理单元(Battery Management System，简称为BMS)的信息，例如电动汽车的电池总容量、当前容量、充电电流、充电终止电压等信息。该控制模块还用于接收充电模块的工作信息，例如充电模块输出的充电电流、输出的充电电压、告警等信息。控制模块将所接收的不同信息反馈给人机交互模块，方便工作人员与用户的使用、查询。控制模块还会对电动汽车的BMS(电池管理单元)信息与充电模块的工作信息进行对比，然后控制模块控制充电模块为充电枪提供首次分配和再分配的功率和为电动汽车的电池充电。在电动汽车电池充电过程中，控制模块控制充电模块输出的充电总电流小于等于电动汽车BMS需要的充电电流，控制模块对电池与充电模块还进行实时监控，监视充电模块输出的充电电压小于电动汽车BMS规定的充电终止电压。当充电到充电模块输出的充电电压等于电动汽车BMS规定的充电终止电压时，控制模块控制充电模块输出的充电电流为零，终止充电过程并反馈给人机交互模块相应的电动汽车充电已满，并在触摸显示屏上显示充电结束。

本充电桩中包括多个充电模块，每一个充电模块包括一个有源功率因数校正单元(PFC)和DC/DC(直流-直流变换器)单元。其中，DC/DC单元由n(n＝1、2、3…i，i为正整数)个DC/DC(直流－直流变换器)并联组成，n个DC/DC通过直流变换实现电压电流的受控输出。每一个DC/DC单元的输入端与一个PFC(有源功率因数校正单元)的充电端口相连，每一个DC/DC单元中n个DC/DC的输出端分别与对应的n(n＝1、2、3…i，i为正整数)把充电枪和控制模块相连。具体地，充电枪设有充电端口与通信端口，充电端口通过充电电缆与每一个DC/DC单元的输出端相连；通信端口通过通信电缆分别与电动汽车的BMS(电池管理单元)与控制模块相连。多个充电模块中的PFC(有源功率因数校正单元)单元的输入端并联在一起与交流电源相连，通过为该充电模块提供一定的交流电压，该充电模块可以转换成相应的直流电压。当n＝i时，每一个充电模块中的第i个DC/DC的输出端并联后再连接至第i把充电枪，由充电枪i对第i辆电动汽车充电。

在本发明的一个实施例中，充电模块采用一个PFC单元带多个独立DC/DC输出的模式，使充电桩使用起来更加灵活。下面结合图2以常见的2(i＝1、2)路独立输出(即充电桩具有2个独立的充电端口，即可以连接2把充电枪)或4(i＝1、2、3、4)路独立输出(即充电桩具有4个独立的充电端口，即可以连接4把充电枪)为例对本充电桩实现充电过程控制的方法做进一步的详细说明。

实施例1：针对所有待充电的车辆为同一类车辆情况，以4路独立输出为例：

如图2所示，本发明所提供的电动汽车直流充电桩实现充电过程控制的方法为：

步骤S1：控制模块接收来自各待充电电动汽车的BMS以及充电模块的信息。

将4辆电动汽车的电池管理单元(BMS1、BMS2、BMS3、BMS4)通过通信电缆分别与对应的充电枪(1、2、3、4)的通信端口相连，将每一个充电模块中的相应DC/DC单元的输出端并联在一起，另外通过通信总线与控制模块相连。从而接收电动汽车的电池总容量、当前容量、充电电流、充电终止电压、电池温度等信息，以及充电模块输出的充电电流、输出的充电电压、告警(充电模块与控制模块实时通信，确保充电模块受控于控制模块且充电工作状态正常，如有异常情况发生充电桩可及时保护并通过人机交互模块进行声光告警)等信息。而且，在电动汽车充电过程中，每一个DC/DC单元中的第i个DC/DC之间通过总线实现均流充电。

步骤S2：根据每把充电枪对应的待充电电动汽车的信息，预先设定每把充电枪首次分配的充电功率。

将每一个充电模块中第1个DC/DC的输出端并联后再连接至第1把充电枪，将每一个充电模块中第2个DC/DC的输出端并联后再连接至第2把充电枪，将每一个充电模块中第3个DC/DC的输出端并联后再连接至第3把充电枪，将每一个充电模块中第4个DC/DC的输出端并联后再连接至第4把充电枪。

具体地，当所有待充电的车辆为同一类车辆时，例如都是大型客车或都是小型私家车等，本发明所提供的充电桩总功率P总＝P_(PFC-1)+P_(PFC-2)+P_(PFC-m)(m个PFC，m为正整数)，每把充电枪的最大功率不大于充电桩的总功率，并且根据每辆电动汽车BMS的需求功率的大小，每把充电枪的预先设定首次分配的充电功率(充电枪最大输出的充电功率)可以平均设置(也可以任意设置)为0.25P_总，需要注意的是：每把充电枪的预先设定首次分配的充电功率不能超过每把充电枪的最大功率，并且所有的处于充电状态的充电枪的充电功率之和不能超过充电桩的总功率。

例如，当本充电桩总功率P总＝200KW时，4把充电枪中，每一把充电枪的最大功率为200KW，从设备经济角度考虑，每一把充电枪的最大功率选定100KW；4辆电动汽车BMS的需求功率分别为：60KW、50KW、40KW、20KW。根据每一把充电枪的最大功率以及每辆电动汽车BMS的需求功率的大小，每把充电枪的预先设定首次分配的充电功率(充电枪最大输出的充电功率)可以平均设置(也可以任意设置)为50KW。每把充电枪的最大额定功率为：P＝P_(DC/DC)×k，P_(DC/DC)为每个充电模块中的第i个DC/DC的充电功率，k(k为正整数)为充电模块的数量，每一个充电模块的第i个DC/DC具有相同的功率，i取值不同的DC/DC可以具有不同的功率。

步骤S3：根据每辆电动汽车BMS的需求功率，以每把充电枪的最大额定功率及预先设定首次分配的充电功率为限，控制模块控制充电模块为相应的充电枪提供BMS的需求功率。

例如，由于每把充电枪的最大功率为200KW，每把充电枪的预先设定首次分配的充电功率为50KW，如果4辆电动汽车BMS的需求功率分别为：60KW、50KW、40KW、20KW，并且该充电桩具有2(m＝2)个充电模块，所以,控制模块首次分配功率分别为：充电枪1分配50KW的充电功率、充电枪2分配50KW的充电功率、充电枪3分配40KW的充电功率、充电枪4分配20KW的充电功率，充电枪(1、2、3、4)对应为电动汽车(1、2、3、4)进行充电。具体地，控制模块控制两个充电模块中的DC/DC1(第1个DC/DC)的电压与电流，使两个DC/DC1输出端并联后共同为充电枪1提供不大于50KW的充电功率；控制模块控制两个充电模块中的DC/DC2(第2个DC/DC)的电压与电流，使两个DC/DC2输出端并联后共同为充电枪2提供不大于50KW的充电功率；控制模块控制两个充电模块中的DC/DC3(第3个DC/DC)的电压与电流，使两个DC/DC3输出端并联后共同为充电枪3提供不大于40KW的充电功率；控制模块控制两个充电模块中的DC/DC4(第4个DC/DC)的电压与电流，使两个DC/DC4输出端并联后共同为充电枪4提供不大于20KW的充电功率。在电动汽车充电过程中，控制模块控制DC/DC单元输出的充电总电流小于等于电动汽车电池需要的充电电流，防止充电电流过大损坏电动汽车的电池。

步骤S4：控制模块实时计算出每把充电枪的当前充电功率，根据充电桩的总功率从而计算出充电桩的当前剩余充电功率。

控制模块实时计算出4把充电枪充电功率的总和为160KW，再根据充电桩总功率P总＝200KW，计算出剩余充电功率为40KW。

具体地，第一把充电枪由于首次分配功率为50KW，虽然BMS需求60KW，但也只能以50KW的充电功率工作；第二把充电枪由于首次分配功率也为50KW，BMS需求也是50KW，所以正好以50KW的充电功率工作；第三把充电枪由于首次分配功率也为50KW，但BMS需求40KW，所以只能以40KW的充电功率工作；第四把充电枪由于首次分配功率也为50KW，但BMS需求20KW，所以只能以20KW的充电功率工作；所以，当前充电总功率为：50KW+50KW+40KW+20KW＝160KW，那么，当前充电剩余功率：充电桩总功率-当前充电总功率＝40KW

步骤S5：当充电桩当前剩余充电功率大于零时，如果控制模块检测到有电动汽车BMS的需求功率没有得到满足，则按照充电功率分配优先级顺序将充电桩的当前剩余充电功率分配给相应的充电枪，以尽量满足各电动汽车BMS的需求功率。

所以，控制模块对第一把充电枪再分配充电功率10KW，满足了对应的BMS充电功率为60KW的要求。

以预先设定首次分配的充电功率与预先设定再分配的充电功率之和为限，控制模块控制每个充电模块中第i个DC/DC为第i把充电枪以相应的BMS需求提供充电功率，如果没有剩余功率或各电动汽车BMS的需求功率均得到满足，则软件不再分配充电剩余功率。

具体地，当充电桩当前剩余充电功率大于零时，如果控制模块检测到有电动汽车BMS的需求功率没有得到满足，则按照充电枪充电功率再分配优先级顺序将充电桩的当前剩余充电功率分配给相应的充电枪，以尽量满足各电动汽车BMS的需求功率；如果电动汽车BMS的需求功率都已经得到了满足，则不进行充电功率再分配。当充电桩当前剩余充电功率等于零时，则也不进行充电功率再分配。

例如，在上述充电枪(1、2、3、4)中，电动汽车1的BMS的需求功率为60KW，而首次分配充电功率只有50KW，电动汽车1充电功率还差10KW才能满足其BMS的功率需求，而其他电动汽车BMS的需求功率均已得到满足，所以，对充电枪1软件自动再分配的充电功率为10KW，使充电枪1的软件分配的充电功率总和为60KW(首次分配的充电功率与再分配的充电功率之和)，控制模块控制上述的两个充电模块中的DC/DC1的充电电压与充电电流共同为充电枪1提供60KW的充电功率，使充电枪1以60KW的充电功率对电动汽车1充电，使其满足电动汽车1的BMS的需求功率。此时，充电桩的剩余功率为30KW，由于4辆电动汽车的BMS的需求功率均得到满足，所以软件不再对剩余功率进行再分配。

步骤S6：达到预定的充电终止电压时，控制模块终止充电过程。

当控制模块控制充电模块输出的充电电压等于对应的电动汽车BMS规定的充电终止电压(最大电压)时，控制模块控制相应的DC/DC单元输出的充电电流为零，终止充电过程并通知人机交互模块对应的电动汽车的充电已满，通过触摸显示屏提示“充电结束”。

在充电结束后，用户通过人机交互模块根据实际的充电电量以及当前的用电价格进行缴费结算。

实施例2：针对所有待充电的车辆为不同类车辆的情况，以2路独立输出(充电枪)为例：

该实施例2同样按照上述步骤S1至步骤S6实现充电过程控制的方法为电动汽车进行充电，唯一不同的是：在步骤S2中，当所有待充电的车辆为不同车辆时，例如既有大型客车又有小型私家车等，同样本发明所提供的充电桩总功率P总＝P_(PFC-1)+P_(PFC-2)+P_(PFC-m)(m个PFC，m为正整数)，每把充电枪的最大功率不大于充电桩的总功率，并且根据每辆电动汽车BMS的需求功率的大小，每把充电枪的预先设定首次分配的最大充电功率可以任意设置，需要注意的是：每把充电枪的预先设定首次分配的充电功率不能超过每把充电枪的额定功率，并且所有处于充电状态的充电枪的充电功率之和不能超过充电桩的总功率。

例如，当本充电桩总功率P总＝200KW时，2把充电枪中，每一把充电枪的最大功率为200KW，2辆电动汽车BMS的需求功率分别为：100KW和70KW。根据每一把充电枪的最大功率以及每辆电动汽车BMS的需求功率的大小，充电枪1的预先设定首次分配的最大充电功率可以设置为120KW，充电枪2的预先设定首次分配的最大充电功率可以设置为80KW。每把充电枪的最大额定功率为：P＝P_(DC/DC)×k，P_(DC/DC)为每个充电模块中的第i个DC/DC的最大充电功率，k(k为正整数)为充电模块的数量，每一个第i个DC/DC具有相同的功率，i值不同的DC/DC可以具有不同的功率。

在电动汽车充电过程中，控制模块控制DC/DC单元输出的充电总电流小于等于电动汽车电池需要的充电电流，防止充电电流过大损坏电动汽车的电池。其他步骤同实施例1所述，在此不再赘述。

在本发明所提供的电动汽车直流充电桩中，一方面为每一把充电枪提供预先预定首次分配的充电功率，另一方面根据充电桩总额定功率和当前充电功率，实时计算出该充电桩的充电剩余功率，并按再分配充电功率分配优先级顺序对相应的充电枪进行充电剩余功率再分配，使每一把充电枪尽量满足充电电动汽车BMS的需求功率和电流，从而实现了充电桩充电效率的最大化，节省了用户充电的时间。

以上对本发明所提供的电动汽车直流充电桩及控制方法进行了详细的说明。对本领域的普通技术人员而言，在不背离本发明实质精神的前提下对它所做的任何显而易见的改动，都将属于本发明专利权的保护范围。