本发明属于控制系统领域，特别是涉及一种多模块电源充电装置及方法。
背景技术：
随着地球上的石油资源的逐渐减少，自然环境的逐步恶化，为了保护人们生存的环境，遏制全球变暖的趋势已经成为全世界各个国家所面临的共同话题。
电动汽车相比于普通的汽车，优势在于更加环保、更加清洁、更加节能。而电动汽车充电所必须的充电桩也需要随之发展。从而进一步的减少能源的消耗。据相关统计，电动汽车在能量的利用率方面比燃油汽车高7.5个百分点，而污染物的排放量仅为普通内燃机车的2％-8％，基本无污染物排放。所以新能源汽车代替传统的燃油汽车只是时间问题。要推动电动汽车的发展，除了技术突破之外，相关的基础设施建设也必须同步开展，必须尽快建立起高效的汽车充电站网络。电动汽车充电站的建设正在全世界迅速的展开。
目前市面上存在的主流充电机厂家为英可瑞等公司。英可瑞的产品，在充电桩的充电功率的分配上采用了一种开关转换器的设计，将电源模块的输出接入开关转换器，通过接受监控器的控制信号，可实现对不同车辆的充电需求。该产品具有4个独立可控的开关，每个开关有相应的控制信号。根据控制信号可以实现对相应的开关的通断控制。英可瑞开关的构成主要分为两种，一种是继电器开关，另一种为三极管，及通过oc门来控制。
目前的充电桩还存在一定的不足，例如充电时不能实现一拖四或者更多的一拖n，充电的速度较慢等。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种多模块电源充电装置及方法，采用一种新型的继电器矩阵，以此来实现充电桩一拖n的功能。
为了实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：
本发明公开一种多模块电源充电装置，所述装置包括：主控模块、充电模块、继电器陈列模块以及网络通讯服务模块；
主控模块通过can通讯控制充电模块，通过can通讯控制bms管理汽车电池；
充电模块正极和继电器阵列连接，各充电模块输出负极并接在一起后与各车辆蓄电池负极相连；
继电器阵列模块包括开关矩阵和充电枪，通过充电枪与蓄电池正极相连接；
所述开关矩阵由3n-4个开关组成一个n-1行3列的h型的矩阵，充电模块数量n除以充电枪数量m后的整数值为i，所得到的余数为j，i个充电模块做一个整体，n个充电模块被分成m组充电模块和j个充电模块，充电枪的位置按照以每i个充电模块间隔排列，j个充电模块均连接在最后一个充电枪m上，其中n、m、i、j均为大于1的整数，n大于m。
网络通讯服务模块实现刷卡、计费功能。
在上述技术方案中，所述主控模块的can总线接口包括can-c与m个can接口，接口can-c与充电模块相连，接口canm与m辆汽车bmsm相连，其中m为大于1的整数。
在上述技术方案中，所述继电器开关矩阵在未充电时，所有的开关均是断开；充电时，闭合相应的开关来给对应的枪头连接的车辆进行充电，
在上述技术方案中，所述充电枪，主板为单枪的控制器，每增加一个枪头需增加一个从板，主板通过通讯模块与各个从板相连并控制。
本发明还公开一种多模块电源充电方法，所述方法步骤如下：
1)主控板通过can通讯控制充电模块，通过can通讯控制bms管理汽车电池；
2)充电模块正极和继电器阵列连接，各充电模块输出负极并接在一起后与各车辆蓄电池负极相连；
3)继电器阵列中的开关矩阵与充电枪相连后，通过充电枪与蓄电池正极相连接，未充电时，所有的开关均是断开状态，充电时，通过闭合相应的开关来给对应枪头处的车辆进行充电；
4)主控板提供网络通讯服务，实现刷卡、计费。
在上述技术方案中，所述步骤1)主控卡can总线接口包括can-c与m个can接口，接口can-c与充电模块相连，接口canm与m辆汽车bmsm相连，其中m为大于1的整数。
在上述技术方案中，所述步骤3)继电器陈列中，开关矩阵由3n-4个开关组成一个n-1行3列的h型的矩阵，充电模块数量n除以充电枪数量m后的整数值为i，所得到的余数为j，i个充电模块做一个整体，n个充电模块被分成m组充电模块和j个充电模块，充电枪的位置按照以每i个充电模块间隔排列，j个充电模块均连接在最后一个充电枪m上，其中n、m、i、j均为大于1的整数，n大于m。。
在上述技术方案中，所述步骤3)继电器开关矩阵充电和未充电状态如下：
3a)n个充电模块分成了m组，充电时先闭合每一组组内的左侧的开关k11,k21,…k(i-1)1，闭合第二组组内的左侧的开关k(i+1)1,k(i+2)1,…k(2i-1)1，一直闭合到第m组组内的左侧的开关k(mi-i+1)1,k(mi-i+2)1,k(mi-i+3)1…k(mi-1)1,k(mi)1,k(mi+1)1…k(n-1)1；
3b)当单独一辆汽车接在充电枪m处充电时，需要闭合开关ki1,k(2i)1,…k(mi-i)1,再闭合开关充电枪m处所对应的开关k(mi-i)2,即对充电枪m处的汽车单独充电；
3c)当给两辆汽车充电时，两辆汽车1，2分别接在充电枪1和充电枪2处，若第x组为位于中间的一组充电模块，将从第1组到第x-1组充电模块分配给汽车1，将第x组到第m组分配给汽车2进行充电,对汽车1，在上述条件下闭合从第1组到第x-1组的开关矩阵的每一组组内的左侧的开关，再闭合从第1组到第x-1组的组间的开关ki1,k(2i)1,…k(xi-2i)1,即可实现从第1组到第x-1组的充电模块对汽车1进行充电，开关k(xi-i)1保持断开；对汽车2，同样的按照上述的条件先闭合从第x组到第m组的开关矩阵的每一组组内的左侧的开关，同样也要闭合第x组到第m组的组间的开关k(xi)1,k(xi+i)1…k(mi-i)1,再闭合开关k(xi-i)2,同时也要闭合从充电枪2处到充电枪x处的充电矩阵的右侧的开关，即闭合开关k(i+1)3,k(i+2)3…k(2i-1)3,k(2i)3…k(xi-i)3,即实现从第x组到第m组的充电模块对汽车2进行充电，其中x为大于1的整数；
3d)当有m辆汽车同时进行充电时，所有的充电枪口均要使用时，同样的也是在上述的条件下闭合开关矩阵每一组组内的所有左侧的开关，再闭合每一个充电枪所对应的开关矩阵的水平放置的开关，即闭合开关ki2,ki3…k(xi-i)2…k(mi-i)2，即可实现同时对m辆汽车同时进行充电；
3e)当有m辆汽车进行充电时，其中有一辆车x充满电准备离开，开关矩阵将重新分配，将第一组充电模块分配给汽车1，第二组充电模块分配给汽车2，直到将第x-1组充电模块和第x组充电模块分配给汽车x-1，将第x+1组充电模块分配给汽车x+1；
同时闭合开关k(xi-i)1,断开开关k(xi-i)2，重新分配后的状态为第x-1辆车由充电模块组x-1、x共同供电，剩余的1，2…m辆车均由各自对应的充电模块组1，2…m供电；此时再有一辆车离开时，多出的充电模块同样的向上分配，直至只有一辆车在充电，一直到最后一组充电模块m和余数为j个的充电模块分配给汽车m。
在上述技术方案中，所述充电枪，主板为单枪的控制器，每增加一个枪头需增加一个从板，主板通过通讯模块与各个从板相连并控制。
本发明一种多模块电源充电装置及方法，具有以下有益效果：本发明并采用了一种新型的继电器矩阵，以此来实现充电桩一拖n的功能。
附图说明
图1为本发明一种多模块电源充电装置结构框图；
图2为本发明一种多模块电源充电装置的主电路图；
图3为本发明一种多模块电源充电装置及方法实施例1的主电路图；
图4为本发明一种多模块电源充电装置及方法实施例2的主电路图；
图5为本发明一种多模块电源充电装置及方法实施例3的主电路图；
图6本发明一种多模块电源充电装置及方法的控制系统结构图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明作进一步详细描述
本发明公开一种多模块电源充电装置，所述装置包括：主控模块、充电模块、继电器陈列模块以及网络通讯服务模块；
第一主控模块
主控模块通过can通讯控制充电模块，通过can通讯控制bms管理汽车电池；
其中，主控模块的核心为充电控制器，该控制器的can总线接口包括can-c与m个can接口，接口can-c与充电模块相连，接口canm与m辆汽车bmsm相连，其中m为大于1的整数。
充电控制器通过can通讯和bms，充电模块以及绝缘检测模块相连接，充电控制器通过485通讯接口和显示屏，电能表相连接。
第二充电模块
充电模块正极和继电器阵列连接，各充电模块输出负极并接在一起后与各车辆蓄电池负极相连后接地；
第三继电器阵列模块
继电器阵列模块包括开关矩阵和充电枪，通过充电枪与蓄电池正极相连接，bms通过can总线和主控模块相连来控制继电器矩阵开关的通断，；
其中，该继电器陈列模块中的开关矩阵由3n-4个开关组成一个n-1行3列的h型的矩阵，充电模块数量n除以充电枪数量m后的整数值为i，所得到的余数为j，i个充电模块做一个整体，n个充电模块被分成m组充电模块和j个充电模块，充电枪的位置按照以每i个充电模块间隔排列，j个充电模块均连接在最后一个充电枪m上，其中n、m、i、j均为大于1的整数，n大于m。
具体如图2中充电装置有n个充电模块，m个充电枪，n/m＝i……1或2直到余数为m-1，每隔i个充电模块拉出一个充电枪头给蓄电池进行充电。第一个枪头接在充电模块1上，第二个枪头接在充电模块i+1上，最后一个枪头接在充电模块(m-1)i+1上，最后剩下的充电模块不再接充电枪头，全部接在最后一个枪头上。
其中，所述继电器开关矩阵在未充电时所有的开关均是断开；充电时，闭合相应的开关来给对应的枪头连接的车辆进行充电。
其中，如图4所示主控模块中的充电控制器控制单个充电枪，每增加一个枪头就增加一个从板，切换控制均采用独立的控制板。主板通过spi/rs-485通讯和各个从板相连。当有m个充电枪头的时候，对应着有m个从板。相应的，当充电机为双枪或者四枪时，即对应着2个或者4个从板。第四网络通讯服务模块
网络通讯服务模块实现刷卡、计费功能。
其中，主控模块通过232通讯与刷卡支付模块和2g/3g/4g模块相连接。与wi-fi模块连接可提供网络通讯服务，同时通过这些模块可实现刷卡、计费。
本发明还公开一种多模块电源充电方法，所述方法步骤如下：
1)主控板通过can通讯控制充电模块，通过can通讯控制bms管理汽车电池；
其中，主控模块的核心为充电控制器，该控制器的can总线接口包括can-c与m个can接口，接口can-c与充电模块相连，接口canm与m辆汽车bmsm相连，其中m为大于1的整数。
充电控制器通过can通讯和bms，充电模块以及绝缘检测模块相连接，充电控制器通过485通讯接口和显示屏，电能表相连接。
2)充电模块正极和继电器阵列连接，各充电模块输出负极并接在一起后与各车辆蓄电池负极相连；
3)继电器阵列中的开关矩阵与充电枪相连后，通过充电枪与蓄电池正极相连接，未充电时，所有的开关均是断开状态，充电时，通过闭合相应的开关来给对应枪头处的车辆进行充电；
其中，开关矩阵由3n-4个开关组成一个n-1行3列的h型的矩阵，充电模块数量n除以充电枪数量m后的整数值为i，所得到的余数为j，i个充电模块做一个整体，n个充电模块被分成m组充电模块和j个充电模块，充电枪的位置按照以每i个充电模块间隔排列，j个充电模块均连接在最后一个充电枪m上，其中n、m、i、j均为大于1的整数，n大于m。
继电器开关矩阵充电和未充电状态如下：
3a)n个充电模块分成了m组，充电时先闭合每一组组内的左侧的开关k11,k21,…k(i-1)1，闭合第二组组内的左侧的开关k(i+1)1,k(i+2)1,…k(2i-1)1，一直闭合到第m组组内的左侧的开关k(mi-i+1)1,k(mi-i+2)1,k(mi-i+3)1…k(mi-1)1,k(mi)1,k(mi+1)1…k(n-1)1；
3b)当单独一辆汽车接在充电枪m处充电时，需要闭合开关ki1,k(2i)1,…k(mi-i)1,再闭合开关充电枪m处所对应的开关k(mi-i)2,即对充电枪m处的汽车单独充电；
3c)当给两辆汽车充电时，两辆汽车1，2分别接在充电枪1和充电枪2处，若第x组为位于中间的一组充电模块，将从第1组到第x-1组充电模块分配给汽车1，将第x组到第m组分配给汽车2进行充电,对汽车1，在上述条件下闭合从第1组到第x-1组的开关矩阵的每一组组内的左侧的开关，再闭合从第1组到第x-1组的组间的开关ki1,k(2i)1,…k(xi-2i)1,即可实现从第1组到第x-1组的充电模块对汽车1进行充电，开关k(xi-i)1保持断开；对汽车2，同样的按照上述的条件先闭合从第x组到第m组的开关矩阵的每一组组内的左侧的开关，同样也要闭合第x组到第m组的组间的开关k(xi)1,k(xi+i)1…k(mi-i)1,再闭合开关k(xi-i)2,同时也要闭合从充电枪2处到充电枪x处的充电矩阵的右侧的开关，即闭合开关k(i+1)3,k(i+2)3…k(2i-1)3,k(2i)3…k(xi-i)3,即实现从第x组到第m组的充电模块对汽车2进行充电，其中x为大于1的整数；
3d)当有m辆汽车同时进行充电时，所有的充电枪口均要使用时，同样的也是在上述的条件下闭合开关矩阵每一组组内的所有左侧的开关，再闭合每一个充电枪所对应的开关矩阵的水平放置的开关，即闭合开关ki2,ki3…k(xi-i)2…k(mi-i)2，即可实现同时对m辆汽车同时进行充电；
3e)当有m辆汽车进行充电时，其中有一辆车x充满电准备离开，开关矩阵将重新分配，将第一组充电模块分配给汽车1，第二组充电模块分配给汽车2，直到将第x-1组充电模块和第x组充电模块分配给汽车x-1，将第x+1组充电模块分配给汽车x+1；
同时闭合开关k(xi-i)1,断开开关k(xi-i)2，重新分配后的状态为第x-1辆车由充电模块组x-1、x共同供电，剩余的1，2…m辆车均由各自对应的充电模块组1，2…m供电；此时再有一辆车离开时，多出的充电模块同样的向上分配，直至只有一辆车在充电，一直到最后一组充电模块m和余数为j个的充电模块分配给汽车m。
其中，未充电时，所有的开关均是断开状态，闭合开关k11,k21,k31…ki1,k(i+1)1…k(n-1)1,即给充电枪1处的车辆单独充电，功率为最大功率p。若将n个充电模块分为a,b两个部分(m为偶数，a＝b，m为奇数，a<b)。闭合开关k11,k21,k31…k(a-1)1，再闭合开关k(a-1)3,ka3,k(a+1)3…k(n-1)3,再闭合开关ka2,k(a+1)2…k(n-1)2,即给两辆车充电，功率分别为p/2。一直到闭合每个枪头所对应的开关，即可给m个电动汽车的蓄电池充电，功率分别为p/m。
其中，如图4所示主控模块中的充电控制器控制单个充电枪，每增加一个枪头就增加一个从板，切换控制均采用独立的控制板，主板通过spi/rs-485通讯和各个从板相连
4)主控板提供网络通讯服务，实现刷卡、计费。
其中，主控模块通过232通讯与刷卡支付模块和2g/3g/4g模块相连接。与wi-fi模块连接可提供网络通讯服务，同时通过这些模块可实现刷卡、计费。
以下结合实施例做进一步说明
一.实施例1
如图3所示在60kw双枪充电机中，每个充电模块的功率为15kw。若给一辆汽车1充电，只需闭合开关k11,k21,k31，提供给汽车1的充电功率为60kw。若给两辆汽车1,2充电，只需闭合开关k11,k31,k22,提供给每辆车的充电功率为30kw。
二.实施例2
如图4所示在120kw双枪充电机中，每个充电模块的功率为15kw。若给一辆汽车充电，只需闭合开关k11,k21,k31,k41,k51,k61,k71,此时提供给汽车1的充电功率为120kw。若给两辆汽车1，2充电，只需闭合开关k11,k21,k31,k42,k51,k61,k71,此时提供给每辆车的充电功率为60kw。
三.实施例3
如图5所示在180kw四枪充电机中，每个充电模块的功率为15kw。若给一辆汽车1充电，只需闭合开关k11,k21,k31,k41,k51,k61,k71,k81,k91,k101,k111,此时提供给汽车1的充电功率为180kw。若给两辆汽车1，2充电，只需闭合开关k11,k21,k31,k41,k51,再闭合开关k71,k81,k91,k101,k111和开关k62,k63,k53,k43,此时提供给每辆汽车的充电功率为90kw。若给三辆汽车1，2，3充电，只需闭合开关k11,k21,k31,再闭合开关k51,k61,k71,k42,k43和开关k91,k101,k111,k82,k83,k73,此时提供给每辆车的充电功率为60kw。若给四辆汽车1，2，3，4充电，只需闭合开关k11,k21和开关k51,k41,k32,再闭合开关k81,k71,k62和开关k111,k101,k92,此时提供给每辆车的充电功率为45kw。
以上所述即为本发明的具体实施方式。
说明书中未阐述的部分均为现有技术或公知常识。本实施方式仅用于说明该发明，而不用于限制本发明的范围，本领域技术人员对于本发明所做的等价置换等修改均认为是落入该发明权利要求书所保护范围内。