一种可重构的集群式直流充电系统的制作方法

本实用新型涉及电力电子技术与新能源汽车充电基础设施领域，涉及一种可重构的集群式直流充电系统。

背景技术：

电动汽车的迅速发展，带来了充电设施的建设需求。为了满足车辆快速补充能量，增加续航的需求，大功率直流充电桩是当前迅速发展的产业。

目前的直流快速充电桩的充电功率输出大多是由多个的AC/DC模块并联组成，其功率是固定的，市面上以15kW的AC/DC模块占绝大多数。然而各种电动汽车的最大充电功率则有所不同，小则几十千瓦，多则上百千瓦。若建设小容量的直流充电桩，无法满足某些车辆的大功率充电需求。而建设大量的大容量充电桩，则会极大地增加充电站的建设成本，而且对电动汽车小功率充电时，也会造成系统容量的浪费。

为了解决这一问题，ABB公司于2011年申请了一个专利(CN201180024654)，最早提出了开关连接矩阵的概念。即对于n个功率转换器和m个充电桩的结构，二者之间通过一个开关矩阵连接，使n个功率转换器可以在m个充电桩之间进行任意切换，从而实现功率的任意分配。之后，西安特锐德智能充电科技有限公司也提出了类似的结构(CN201520677685)，通过开关将直流模块连接到每个停车位的充电桩上，每个直流模块均可切换至任一充电桩，可根据车辆的充电需求，任意组合直流模块，进行功率的分配。这两种结构由于使用了n*m的矩阵，结构过于复杂，当n和m的值较大时，需要使用巨量的接触器。深圳奥特迅电力设备股份有限公司提出了一种称为矩阵式柔性充电堆的产品(CN201520163212)，该产品将功率模块划分为两部分，一部分位于固定功率区，每个模块对应一个充电桩，用于满足该桩的最小输出功率需求；但是另外一部分动态功率区，实质与前述的n*m矩阵类似，也可灵活连接到各个充电桩的直流母线上。该结构的实质与前面两种结构一样，仍然比较复杂，所用接触器的数量级与前两者是一致的。因此当前亟需提出一种新的结构，在满足功率灵活配置的同时，减少系统的复杂度和接触器的使用量。

技术实现要素：

有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种可重构的集群式直流充电系统，从而达到结构简单，充电功率任意分配的目的。

为达到上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种可重构的集群式直流充电系统，所述充电系统包含交流母线，直流母线，AC/DC充电模块，开关组件以及直流充电桩；

所述AC/DC充电模块用于将所述交流母线的交流变换成直流给所述直流母线以及所述直流充电桩供电；

所述开关组件包含多组连接开关，所述连接开关串联连接于直流母线上并将直流母线分割成多个分段母线，两个相邻连接开关间的分段母线上连接至多一个AC/DC充电模块和至多一个直流充电桩；

通过开断和闭合所述连接开关，组成由多个连续的分段母线组成的区段，从而将多个AC/DC充电模块连接到一个直流充电桩上，灵活满足多种车辆的充电功率需求。

进一步，所述直流母线为直线型直流母线。

进一步，所述直流母线为环形直流母线。

进一步，所述AC/DC充电模块为隔离型AC/DC。

进一步，所述连接开关的额定电流不超过单个直流充电桩的最大输出电流。

本实用新型的有益效果在于：

1、本实用新型所提出的新型可重构的直流母线可以将母线重构为区段，将多个AC/DC充电模块动态组合，满足不同的充电功率需求；并可在并发充电车较多时灵活地为多个直流充电桩分配可用的充电容量，从而充分地利用并优化分配了所有AC/DC充电电源模块的容量。

2、较之于已有的“充电堆”“柔性充电”等同样能实现动态分配充电模块容量的已有技术中所述的n个充电模块与m个充电桩的多对多关系，及其所需的n*m个连接开关的方案，本实用新型只需要与充电模块数量相等的连接开关，因此可以大大减少连接开关的数量和系统复杂度。

附图说明

为了使本实用新型的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本实用新型提供如下附图进行说明：

图1为本实用新型实施例结构示意图；

图2为本实用新型实施例车辆充电示意图。

具体实施方式

下面将结合附图，对本实用新型的优选实施例进行详细的描述。

本实用新型的充电系统的应用场所包括直流充电站、市政停车场、住宅小区地下车库等。

本实用新型的直流母线可以是直线型直流母线也可以是环形直流母线。本实施例以环形直流母线为例对本实用新型进行详细描述，图1为本实用新型实施例结构示意图。

本实用新型为一种可重构的集群式直流充电系统，包含交流母线，直流母线，AC/DC充电模块，开关组件以及直流充电桩；AC/DC充电模块用于将交流母线的交流变换成直流给直流母线以及直流充电桩供电；所述连接开关串联连接于直流母线上并将直流母线分割成多个分段母线，每相邻两个连接开关间的最小单元分段母线上连接一个AC/DC充电模块和一个直流充电桩；开关组件包含多组连接开关，闭合一个连接开关，可以将两段分段母线连接在一起，增加其中单个充电桩的输出能力；通过适当地开断和闭合连接开关，可组成由多个连续的分段母线组成的区段，从而可以将多个AC/DC充电模块连接到一个直流充电桩上，以满足车辆的大功率充电需求；每个直流充电桩对应一个车位。根据单个充电桩的最大充电功率限制，连接开关的额定电流不超过单个充电桩的最大输出电流。

本实施例的AC/DC充电模块选用隔离型的AC/DC，并且所有AC/DC充电模块的交流侧均连接于交流母线上。

为了合理分配充电系统的充电桩，本实用新型的充电系统可以按照如下的分配方式进行：

首先使各个车辆在进入停车位后能获得尽可能大的充电功率，即可分配到的AC/DC充电电源模块数量尽可能多。

其次，在分配过程中还需要考虑车辆充电的优先级。当充电车位中并发充电车辆较多时，无法以各车辆要求的最大功率进行充电时，可根据用户对充电车辆的完成充电的时间需求与优先级(相应更高的充电服务费)，优先满足高优先级车辆的充电需求，通过连接开关的切换，重构直流母线区段，为其连接的直流桩分配更多的AC/DC充电模块。

在极限条件下，当所有车位都停满且都插上直流桩充电时，本实用新型的系统演变成为充电模块与车的一对一充电模式的充电系统。

本实施例的环形分段母线的结构当中，充电桩的数量为n。同样，AC/DC充电电源模块、连接开关和停车位的数量也为n。在停车位、充电桩、分段母线和AC/DC充电模块一一对应的前提下，以下可采用停车位之间的距离间隔来描述环形母线上的分段母线之间的间隔。假设两个停车位之间间隔的停车位数量为m，则定义m+1为两个停车位之间的距离。根据以上定义，两个停车位之间的距离沿一个方向(如顺时针)计数时，可能会大于沿另一个方向(如逆时针)计数的距离。定义两个停车位之间距离较大的一个为最大距离，较小的一个为最小距离。通过对进入充电车位的车辆进行自动指示引导，使得给新进车辆的安排的充电停车位与正在充电的停车位之间的最小距离尽量地大。由此可以保证所有在用的充电桩可以通过闭合对应的连接开关，形成尽可能长的母线区段，连入更多充电模块，从而获得尽可能大的充电功率输出能力。

图2为本实用新型实施例车辆充电示意图，其中1-12为连接开关，本实施例的环形母线一共有12个分段母线，如图所示当停车场全空时，第一个进入的车辆可以进入任意一个停车位。本实施例选择最下方的停车位为1号车位，第一辆车将停放在此处。当第二辆车进入时，为了保证其能获得尽可能大的充电功率，应当选择与1号车位最小距离尽量大的停车位。显然，使其进入7号停车位，可以实现此目标。当第三辆车进入时，将其指引进入4号或者10号停车位。当停车场中有4辆车时，连接开关2、5、8、11断开，其余连接开关闭合，形成4个母线区段，每辆车则有最多三个AC/DC充电电源模块可为其同时充电。

最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明实用新型的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本实用新型进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本实用新型权利要求书所限定的范围。