一种多枪充电桩群充功率控制装置及控制方法与流程

本发明属于直流充电桩技术领域，具体地涉及一种多枪充电桩群充功率控制装置及控制方法。

背景技术：

随着能源和环保问题的日益突出，车辆的电动化已经成为必然趋势。而与传统能源车辆加油不同的是，电动汽车充电是一个持续的过程。

在不同的充电场景中，会遇到不同功率需求的电动汽车。电动公交车、长途汽车等车型电池容量大且要求充电迅速，当需求功率大于单个充电桩自身的功率供给能力时，充电时间会比较长。而小型电动汽车需要功率较低时，充电桩的功率模块会部分闲置，从而会浪费自身的功率。

充电桩给电动车的充电时间与充电桩的功率成反比，也就是说充电桩的功率越大,充电时间就会越短。不过充电桩的功率越大,随之而来的成本也相应的增加。当前新能源电动车充电桩行业竞争激烈，对于单个充电桩来说，不可能无止境的增加充电功率，这样不但会有极高的成本，也会带来极大的资源浪费。

而市场上现有的充电桩有两种常用采用功率分配方式：1.功率均分，这种方式会带来功率浪费。2.早来车辆优先，这种功率分配方式会带来后来车辆等待时间极长。这两种方式都不是全局最优解。在此应用行业背景下，设计出一种性能优越、成本有竞争力的直流充电桩功率分配装置和分配控制方法，是各大厂家面临的首要问题。

技术实现要素：

为解决上述技术问题，本发明提供一种多枪充电桩群充功率控制装置及控制方法，共享直流充电桩功率。本发明所采用的技术方案如下：

一种多枪充电桩群充功率控制装置，包括：一个功率控制模块、一个四进四出开关模块、两把以上的充电枪，每把充电枪对应地配备一个主控模块、三个直流充电模块，每个直流充电模块对应地配备一个一进四出开关模块；

所述的功率控制模块通过can1与直流充电模块连接通信，通过can2分别与一进四出开关模块和四进四出开关模块连接通信，通过can3分别与主控模块连接通信；所述的主控模块通过控制线与充电枪连接通信；所述的直流充电模块依次与一进四出开关模块连接、四进四出开关模块连接；所述的四进四出开关模块与充电枪连接通信；

所述的功率控制模块，通过直流充电模块、开关模块把功率输出至充电枪上，用于运行功率分配算法、根据充电枪所需求的电压电流对功率输出的过程进行控制、实现对多把充电枪之间的功率分配；

所述的主控模块用于计费和通过can通信实现充电枪与车进行数据交互，用来确定充电的需求电压电流，并把需求的电压电流传输至功率控制模块。

一种多枪充电桩群充功率控制方法，通过功率分配算法对多把充电枪之间进行实时功率分配，所述的功率分配算法包括三个步骤：

(1)专属模块分配：

直流充电模块1只分配给1号枪进行输出，直流充电模块4只分配给2号枪进行输出，直流充电模块7只分配给3号枪进行输出，直流充电模块10只分配给4号枪进行输出；

(2)优先模块分配：

直流充电模块2、直流充电模块3优先对1号枪进行输出，直流充电模块5、直流充电模块6优先对2号枪进行输出，直流充电模块8、直流充电模块9优先对3号枪进行输出，直流充电模块11、直流充电模块12优先对3号枪进行输出；

(3)借用模块分配：

如果没有空闲的直流充电模块、功率分配算法结束，如果还有空闲直流充电模块、对4把充电枪的充电时长进行排序；根据充电时长由大到小的顺序判断充电枪的需求功率、把空闲的直流充电模块分配给该充电枪。

本发明的有益效果：

1)本发明的目的在于提供一种多枪充电桩群充功率控制装置及控制方法，采用多把充电枪共享大功率的方式，根据充电中的车辆的充电需求，对充电桩的多把充电枪之间进行实时功率分配，从而可以解决不同的充电场景中出现的功率浪费或者功率不足问题，进而高效地利用充电桩的功率。

2)本发明的充电控制流程科学、合理、简捷，本发明功率分配算法可保证充电桩对每辆车有一定的功率输出，不至于充电等待太长时间，充电桩、充电专属车位占用时间过长。当有大型车辆充电时，又可把闲置的直流充电模块分配给大型车辆使用。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的具体实施方式、或者现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术的描述中所需要使用的附图作简单的介绍。显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些具体实施方式，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，还可以根据这些附图获得其他的属于本申请保护范围之内的附图。

图1为本发明实施例的四枪群充功率控制装置拓扑示意图；

图2为本发明实施例的功率控制模块电气接口示意图；

图3为本发明实施例的功率分配算法流程图；

图4为本发明实施例的充电过程控制流程图；

图5为本发明实施例的充电启动流程图；

图6为本发明实施例的功率调整流程图；

图7为本发明实施例的停止充电流程图。

具体实施方式

下面结合附图，具体说明本发明的实施方式。

本发明的实施例，以1个功率控制模块、1个四进四出开关模块、4把充电枪、4个主控模块、12个直流充电模块、12个一进四出开关模块为例进行说明。为了便于对本实施例进行理解，把12个直流充电模块称之为直流充电模块1号—直流充电模块12号；把4把充电枪称之为1号枪、2号枪、3号枪、4号枪；把250a分体式一机双枪直流充电桩中称之为充电桩；240kw分体式四接口充电机柜称之为充电机柜。

如图1所示，为本发明实施例的四枪群充功率控制装置拓扑示意图。本实施例的四枪充电桩群充功率控制装置，共分为两种类型的装置：一台充电机柜、两台充电桩。

充电机柜中共有1个功率控制模块、12个直流充电模块、12个一进四出开关模块、1个四进四出开关模块。

每台充电桩中共有2把充电枪、两个主控模块。

功率控制模块安装在充电机柜中，它是一块电路板(比如：可采用新能powerctl_v1.2型号的电路板)，它通过直流充电模块、开关模块把功率输出至充电枪上，充电过程控制的执行主体是功率控制模块，用于协调整个系统的功率分配。本发明的实施例所描述的功率分配算法也运行在功率控制模块内。

功率控制模块通过can通信与4个主控模块、12个直流充电模块、12个一进四出开关模块、1个四进四出开关模块进行数据交互。主要作用是对功率输出的过程进行控制，运行功率分配算法，对几把充电枪之间的功率分配。通过与直流充电模块、开关模块进行数据交互，把功率按照分配好的比例，输出至充电枪中。

充电机柜内的12个直流充电模块，每个直流充电模块有0kw至最大20kw的输出功率。通过can通信接收功率控制模块的指令，调整是否输出功率和输出功率的大小。每个直流充电模块后各连接有1个一进四出的开关模块，共12个。通过can通信接收功率控制模块的指令，把直流充电模块输出的功率按照功率控制模块的指令，合并成4路功率输出。

一进四出开关模块的4路输出，连接至四进四出开关模块。通过can通信接收功率控制模块的指令，控制每一路的开关。四进四出开关模块的另外一端把4路功率输出分别输出至两台充电桩的4把充电枪上面。

每把充电枪搭配1个充电主控模块，共四个。主控模块安装在充电桩中。主控模块的作用主要是计费和通过can通信实现充电枪与车进行数据交互，用来确定充电的需求电压电流等信息，并把需求的电压电流等信息传输至功率控制模块。主控模块是一块电路板(比如：可采用新能ev_dcchargev1.2型号的电路板)，共4块，分别安装在两个250a分体式一机双枪直流充电桩中，与充电枪之间通过can通信线连接。

如图2所示，为本发明实施例的功率控制模块电气接口示意图。功率控制模块电气接口包括3路can全隔离通信、1路备用rs485全隔离通信、9路有源开入、6路无源干接点常开输出。

第1路can全隔离通信与12个直流充电模块通信；第2路can全隔离通信与12个一进四出开关模块通信、1个四进四出开关模块通信。第3路can全隔离通信与4个主控模块通信。每个直流充电模块对应1台一进四出开关模块，在一进四出开关模块后面，连接了一个四进四出开关模块。

1路备用rs485全隔离通信供调试使用。

第1路有源开入是采集交流进线断路器状态1信号，第2路有源开入是采集交流进线断路器状态2信号，第3路有源开入是采集防雷器状态1信号，第4路有源开入是采集防雷器状态2信号，第5路有源开入是采集交流接触器状态1信号，第6路有源开入是采集交流接触器状态2信号，第7路有源开入是采集门禁开关状态信号，第8路有源开入是采集水浸开关状态信号，第9路有源开入是采集散热系统状态信号。

第1路无源干接点常开输出是交流接触器控制1控制信号，第2路无源干接点常开输出是交流接触器控制2控制信号，第3路无源干接点常开输出是散热系统控制1控制信号，第4路无源干接点常开输出是散热系统控制2控制信号，第5路无源干接点常开输出是直流充电模块紧急停机控制信号，第6路无源干接点常开输出是备用控制信号。

为了便于对本实施例进行理解，下面分别通过功率分配算法、充电过程控制两部分对本实施例的控制方法进行介绍。

一、功率分配算法。

如图3所示，为本发明的实施例的功率分配算法流程图。功率分配算法需要执行三个步骤：专属模块分配、优先模块分配、借用模块分配。

(1)专属模块分配：

直流充电模块1只分配给1号枪进行输出，直流充电模块4只分配给2号枪进行输出，直流充电模块7只分配给3号枪进行输出，直流充电模块10只分配给4号枪进行输出，在基础分配中，这几个直流充电模块只会分配给相应的充电枪。

s101、检测1号枪是否正在充电，如果正在充电、执行s102；如果没有充电、执行s103。

s102、把1号直流充电模块分配给1号枪。

s103、检测2号枪是否正在充电，如果正在充电、执行s104；如果没有充电、执行s105。

s104、把4号直流充电模块分配给2号枪。

s105、检测3号枪是否正在充电，如果正在充电、执行s106；如果没有充电、执行s107。

s106、把7号直流充电模块分配给3号枪。

s107、检测4号枪是否正在充电，如果正在充电、执行s108；如果没有充电、执行s109。

s108、把10号直流充电模块分配给4号枪。

专属模块分配完成后，进行优先模块分配。

(2)优先模块分配：

在多辆车同时充电的时候，以公平分配为原则，保证充电桩对每辆车有60kw即3个直流充电模块的功率输出。

直流充电模块2、直流充电模块3优先对1号枪进行输出，直流充电模块5、直流充电模块6优先对2号枪进行输出，直流充电模块8、直流充电模块9优先对3号枪进行输出，直流充电模块11、直流充电模块12优先对3号枪进行输出。

在专属模块分配中，已分配了1个直流充电模块。每把枪在属于自己的优先模块中，可最多再分配2个直流充电模块。

s109、判断1号枪需求功率是否大于20kw，如果是、执行s110，如果否、执行s113。

s110、2号充电模分配给1号枪

s111、判断1号枪需求功率是否大于40kw，如果是、执行s112，如果否、执行s113。

s112、3号充电模分配给1号枪。

s113、判断2号枪需求功率是否大于20kw，如果是、执行s114，如果否、执行s117。

s114、5号充电模分配给2号枪。

s115、判断2号枪需求功率是否大于40kw，如果是、执行s116，如果否、执行s117。

s116、6号充电模分配给2号枪。

s117、判断3号枪需求功率是否大于20kw，如果是、执行s118，如果否、执行s121。

s118、8号充电模分配给3号枪。

s119、判断3号枪需求功率是否大于40kw，如果是、执行s120，如果否、执行s121。

s120、9号充电模分配给3号枪。

s121、判断4号枪需求功率是否大于20kw，如果是、执行s122，如果否、执行s125。

s122、11号充电模分配给4号枪。

s123、判断4号枪需求功率是否大于40kw，如果是、执行s124，如果否、执行s125。

s124、12号充电模分配给4号枪。

在优先模块分配中，需求功率大于40kw的电动车辆，均已被分配了3个直流充电模块。如果有充电桩空闲或者在充电的电动汽车中有需求功率小于40kw的电动车辆，为避免功率浪费，则会把专属模块分配与优先模块分配中没有分配出去的直流充电模块，分配给需求功率大于60kw的车辆。

(3)借用模块分配：

s125、如果没有空闲的直流充电模块、功率分配算法结束，如果还有空闲直流充电模块、执行s126。

s126、对4把充电枪的充电时长进行排序。

s127、判断第1充电时长的枪需求功率是否大于60kw，如果否、执行s130，如果是、执行s128。

s128、如果没有空闲的直流充电模块、功率分配算法结束，如果还有空闲直流充电模块、执行s129。

s129、把空闲的直流充电模块分配给1号枪。

s130、判断第2充电时长的枪需求功率是否大于60kw，如果否、执行s133，如果是、执行s131。

s131、如果没有空闲的直流充电模块、功率分配算法结束，如果还有空闲直流充电模块、执行s132。

s132、把空闲的直流充电模块分配给2号枪。

s133、判断第3充电时长的枪需求功率是否大于60kw，如果否、执行s136，如果是、执行s134。

s134、如果没有空闲的直流充电模块、功率分配算法结束，如果还有空闲直流充电模块、执行s135。

s135、把空闲的直流充电模块分配给3号枪。

s136、判断第4充电时长的枪需求功率是否大于60kw，如果否、执行s139，如果是、执行s137。

s137、如果没有空闲的直流充电模块、功率分配算法结束，如果还有空闲直流充电模块、执行s138。

s138、把空闲的直流充电模块分配给4号枪。

s139、判断第1充电时长的枪需求功率是否大于80kw，如果否、执行s142，如果是、执行s140。

s140、如果没有空闲的直流充电模块、功率分配算法结束，如果还有空闲直流充电模块、执行s141。

s141、把空闲的直流充电模块分配给1号枪。

s142、判断第2充电时长的枪需求功率是否大于80kw，如果否、执行s145，如果是、执行s143。

s143、如果没有空闲的直流充电模块、功率分配算法结束，如果还有空闲直流充电模块，执行s144。

s144、把空闲的直流充电模块分配给2号枪。

s145、判断第3充电时长的枪需求功率是否大于80kw，如果否、执行s148，如果是、执行s146。

s146、如果没有空闲的直流充电模块、功率分配算法结束，如果还有空闲直流充电模块、执行s147。

s147、把空闲的直流充电模块分配给3号枪。

s148、判断第4充电时长的枪需求功率是否大于80kw，如果否、执行s151，如果是、执行s149。

s149、如果没有空闲的直流充电模块、功率分配算法结束，如果还有空闲直流充电模块、执行s150。

s150、把空闲的直流充电模块分配给4号枪。

s151、功率分配算法结束。

二、充电过程控制。

如图4所示，为本发明实施例的充电过程控制流程图。执行主体为240kw分体式四接口充电机柜。充电枪的充电过程控制包括以下步骤：

s200、当电动汽车连接到充电桩n号枪(n＝1,2,3,4)并开始充电之后，n号枪的n号主控模块发送软启开机命令给功率控制模块，执行s201。

s201、功率控制模块判断是否收到了n号主控模块发来的软启开机指令。如果收到、执行s202，如果没有收到执行s203。

s202、控制n*3号直流充电模块进行功率输出。如图5所示，为本发明实施例的充电启动流程图。首先功率控制模块检测充电枪n号枪的专属直流充电模块的状态，如处于待机模式，则进行开机；如果直流充电模块处于工作状态，则闭合开关模块。向n号主控模块发送“工作状态”变为“工作”。

s203、功率控制模块判断是否收到了n号主控模块发来的功率调整指令。如果收到、执行s204，如果没有收到执行s205。

s204、如图6所示，为本发明实施例的功率调整流程图。功率控制模块执行本实施例中的功率分配算法s101至s151。判断新计算出来的分配结果与之前正在运行的是否一致。如果一致的话，则不对直流充电模块进行开关机调整、不对开关模块进行开关调整。如果不一致的话，对直流充电模块进行投入和退出判断及处理。相应直流充电模块开关模块调整完毕后，功率分配完成。

s205、功率控制模块判断是否收到了n号主控模块发来的停止充电指令，如果收到、执行s206，如果没有收到执行s201。

s206、关闭对n号枪提供功率输出的直流充电模块,如图7所示，为本发明实施例的停止充电流程图，首先功率控制模块检测对充电枪n号枪的提供功率输出的直流充电模块处于的模式。如处于工作模式，则对直流充电模块发送关机指令对和充电连接的开关模块发送断开指令。如果处于待机状态、开关模块处于断开状态，则向n号主控模块发送“工作状态”变为“待机”。

s207、n号枪充电结束。

市场上的电动车辆，小型车一般需求功率为60kw以下，大型车辆需求功率为100kw以下。本发明的实施例所描述的功率分配算法。在60kw以下以公平分配为原则，保证充电桩对每辆车有一定的功率输出，不至于充电等待太长时间，造成客户等待时间过长，充电桩、充电专属车位占用时间过长。当有大型车辆充电时，又可把闲置的直流充电模块分配给大型车辆使用，实现效率全局最优。

最后需要说明的是：以上实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此。本领域技术人员应该理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。