一种交流充电桩的制作方法

本实用新型涉及电动汽车领域，尤其涉及一种交流充电桩。

背景技术：

交流充电作为一种利于延长电动汽车电池使用寿命的充电方式，对于拥有固定车位的小区物业或者车主来说是一种相对较好的充电方式，尤其是在用户不需要紧急充电的时间段，从充电成本和电池寿命角度来考虑，符合用户的实际使用需求。

传统交流充电桩都是一桩一充，其在满足一个电动汽车的充电需求后，无法满足更多的电动汽车的充电需求，在国家政策大力推动小区建设充电桩的背景下，如何利用有限的电力资源(布线资源)在居民小区或停车位密集区建立交流群充电系统是亟待解决的问题。

技术实现要素：

为解决现有技术中所存在的技术问题，本实用新型提供一种交流充电桩。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种交流充电桩，包括：多个不同功率等级的充电枪；

连接于所述充电枪，且用于获取相应充电枪的状态，及根据所接收的输出电流确定相应充电枪的PWM信号的占空比，并向与所述相应充电枪连接的电动汽车输出相应占空比的PWM信号的控制模块；

与所述控制模块通讯连接，且用于从所述控制模块获取每个充电枪的状态，并结合每个充电枪的最大输出功率、当前系统允许的最大功率、当前系统允许的最大电流及预设的分配策略，确定每个在线的充电枪的输出电流，且向所述控制模块发送相应充电枪的输出电流的功率分配模块。

优选地，所述充电枪包括三个第一功率等级的单相交流充电枪及一个第二功率等级三相交流充电枪，其中，第二功率等级大于第一功率等级。

优选地，第一功率等级的单相交流充电枪为7kw的单相交流充电枪，第二功率等级三相交流充电枪为40kw的三相交流充电枪。

优选地，所述功率分配模块包括：

用于从所述控制模块接收每个充电枪的状态及最大输出功率，及向所述控制模块发送相应充电枪的输出电流，从集控设备接收当前系统允许的最大功率、当前系统允许的最大电流的通信单元；

用于根据每个充电枪的状态、每个充电枪的最大输出功率、当前系统允许的最大功率及预设的分配策略确定每个在线的充电枪的输出功率的功率确定单元；

用于分别根据每个在线的充电枪的输出功率确定所述在线的充电枪的最大输出电流的电流计算单元；

用于根据所述在线的充电枪的最大输出电流、当前系统允许的最大电流及预设的分配策略确定所述在线的充电枪的输出电流的电流确定单元。。

实施本实用新型的技术方案，可实现一桩多充，且可通过对多个充电枪的状态以及功率、电流的输出能力进行分析计算，并最终确定每个充电枪所分配的功率输出值和电流输出值，从而可利用有限的电力资源、布线资源在居民小区或停车位密集区实现为多辆电动汽车同时充电的需求。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，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附图。

图1是本实用新型交流充电桩实施例一的逻辑结构图；

图2是本实用新型交流充电桩实施例二的逻辑结构图；

图3是本实用新型交流充电桩的功率分配方法实施例一的流程图；

图4是图3中步骤S20实施例一的流程图；

图5是本实用新型交流充电桩的功率分配方法实施例二的流程图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

图1是本实用新型交流充电桩实施例一的逻辑结构图，该实施例的交流充电桩包括：功率分配模块30、多个充电枪11、12、…、1N及控制模块20，其中，控制模块20与充电枪11、12、…、1N连接，功率分配模块30与控制模块20通讯连接。在多个充电枪11、12、…、1N中，至少包括两类不同功率等级的充电枪，而且，充电枪的功率输入端还通过相应功率等级的线缆接入交流电。另外，功率分配模块30用于从控制模块20获取每个充电枪11、12、…、1N的状态，状态包括在线或离线，并结合每个充电枪11、12、…、1N的最大输出功率、当前系统允许的最大功率、当前系统允许的最大电流及预设的分配策略，确定每个在线的充电枪的输出电流，且向控制模块20发送相应充电枪的输出电流。控制模块20用于获取相应充电枪的状态，并将其发送至功率分配模块30；还用于根据所接收的输出电流确定相应充电枪的PWM信号的占空比，并向与相应充电枪连接的电动汽车输出相应占空比的PWM信号。

该实施例的交流充电桩可实现一桩多充，且可通过对多个充电枪的在线/离线状态以及功率、电流的输出能力进行分析计算，并最终确定每个充电枪所分配的电流输出值，从而可利用有限的电力资源、布线资源在居民小区或停车位密集区实现为多辆电动汽车同时充电的需求。

关于控制模块20，在一个可选实施例中，控制模块20为一集成的控制模块，且同时与多个充电枪11、12、…、1N连接，这样可节省空间和节省成本。在另一个可选实施例中，控制模块20可为多个离散的控制模块，且每一控制模块均与一充电枪对应连接，这样可将控制模块与其所对应的充电枪整合在一起，便于实际应用中的装配和维修。

在一个具体实施例中，预设的分配策略为优先级分配策略，且功率等级低的充电枪的优先级高于功率等级高的充电枪。

在一个具体实施例中，结合图2所示的本实用新型交流充电桩实施例二的逻辑结构图，该实施例的交流充电桩包括：功率分配模块30、四个充电枪10、11、12、13及四个控制模块21、22、23、24，其中，四个控制模块21、22、23、24与四个充电枪10、11、12、13一一对应连接，功率分配模块30与四个控制模块21、22、23、24通过CAN总线通讯连接。而且，优选地，该交流充电桩设置在呈田字型排列的四个停车位的中心位置处，这样，四把充电枪可同时为该交流充电桩周围的四个停车位上的电动汽车进行充电，而且，不需要较长的布线。

在该实施例中，系统供电线为三相五线制，该五个线缆分别为三个相线(L1、L2、L3)、中性线(N)及地线(PE)。四个充电枪10、11、12、13包括有：三个7kw的单相交流充电枪及一个40kw的三相交流充电枪，而且，考虑到三相平衡，7kw的单相交流充电枪11的火线功率输入端接入L1相线，7kw的单相交流充电枪12的火线功率输入端接入L2相线，7kw的单相交流充电枪13的火线功率输入端接入L3相线，40kw的三相交流充电枪10的三个火线输入端分别接入L1、L2、L3相线，而且，电缆均是按照40KW功率电缆标准配置。该实施例交流充电桩的这种配置可保证即使三个单相交流充电桩11、12、13同时开启时，三相交流充电桩10依然可保证以约20kw的功率进行充电，四个充电枪的充电速度较平均。

在此需说明的是，以上只是一个优选实施例，当然，在其它实施例中，在设计交流充电桩时，也可选择其它的配置，例如，选择其它数量个充电枪或其它功率等级的充电枪。按照国标中充电枪的功率要求，充电枪可选用：2.2kw的单相交流充电枪、3.5kw的单相交流充电枪、7kw的单相交流充电枪、11kw的三相交流充电枪、22kw的三相交流充电枪、40kw的三相交流充电枪等。例如，在充电枪的数量为四个时，四个充电枪可分别为三个第一功率等级的单相交流充电枪及一个第二功率等级三相交流充电枪，其中，第二功率等级大于第一功率等级，而且，三个单相交流充电枪的火线功率输入端分别接入三相火线，三相交流充电枪的三个火线功率输入端分别接入三相火线。在一个具体例子中，交流充电桩配置为3个7kw的单相交流充电枪及1个22kw的三相交流充电枪。在一个具体例子中，交流充电桩配置为3个3.5kw的单相交流充电枪及1个40kw的三相交流充电枪。在一个具体例子中，交流充电桩配置为3个3.5kw的单相交流充电枪及1个22kw的三相交流充电枪。

另外，在一个具体实施例中，功率分配模块30包括通信单元、功率确定单元、电流计算单元和电流确定单元。其中：

通信单元例如为CAN通信单元，而且，其可与集控设备(未示出)及多个控制模块通过CAN总线通讯连接，以进行数据交互，具体地：从多个控制模块接收每个充电枪的状态(在线或离线)及最大输出功率(额定功率)、额定电流；向在线的充电枪所对应的控制模块发送该充电枪的输出电流；从集控设备接收当前系统允许的最大功率、当前系统允许的最大电流；向集控设备发送在线的充电枪的运行负荷。

另外，功率确定单元用于根据每个充电枪的状态、每个充电枪的最大输出功率、当前系统允许的最大功率及预设的分配策略确定每个在线的充电枪的输出功率。电流计算单元用于分别根据每个在线的充电枪的输出功率确定在线的充电枪的最大输出电流。电流确定单元用于根据在线的充电枪的最大输出电流、当前系统允许的最大电流及预设的分配策略确定在线的充电枪的输出电流。

图3是本实用新型交流充电桩的功率分配方法实施例一的流程图，该实施例的功率分配方法包括以下步骤：

S10.从控制模块获取每个充电枪的状态，其中，交流充电桩包括：多个不同功率等级的充电枪、与充电枪连接的控制模块；

S20.根据每个充电枪的状态、每个充电枪的最大输出功率、当前系统允许的最大功率、当前系统允许的最大电流及预设的分配策略，确定每个在线的充电枪的输出电流；

S30.向控制模块发送相应充电枪的输出电流，以使控制模块根据所接收的输出电流确定相应充电枪的PWM信号的占空比，及向与相应充电枪连接的电动汽车输出相应占空比的PWM信号。

进一步地，结合图4，步骤S20包括以下步骤：

S21.根据每个充电枪的状态、每个充电枪的最大输出功率、当前系统允许的最大功率及预设的分配策略确定每个在线的充电枪的输出功率；

S22.根据每个在线的充电枪的输出功率确定相应充电枪的最大输出电流；

S23.根据相应充电枪的最大输出电流、当前系统允许的最大电流及预设的分配策略确定相应充电枪的输出电流。

图5是本实用新型交流充电桩的功率分配方法实施例二的流程图，在该实施例中，充电枪包括三个7kw的单相交流充电枪及一个40kw的三相交流充电枪，而且，结合图2，做以下设定：P10#max为40kw的三相交流充电枪10的最大输出功率，P11#max、P12#max、P13#max分别为三个7kw的单相交流充电枪11、12、13的最大输出功率，Pmax为当前系统允许的最大功率，P10#为40kw的三相交流充电枪10的输出功率，P20#为在线的7kw的单相交流充电枪的输出功率，A、B、C、D分别为充电枪10、11、12、13的状态值，且A、B、C、D为1时代表在线，A、B、C、D为0时代表离线。I10#max为40kw的三相交流充电枪10的最大输出电流，I20#max为在线的7kw的单相交流充电枪的最大输出电流，Imax为当前系统允许的最大电流，I10#为40kw的三相交流充电枪10的输出电流，I20#为在线的7kw的单相交流充电枪的输出电流，ΔP为剩余分配功率，ΔI为剩余分配电流。另外，还设定：若B+C+D≥1，则E＝1，若B+C+D＝0，则E＝0。F＝A+B+C+D，即F代表在线的充电枪的个数。P20#max＝P11#max*B+P12#max*C+P13#max*D，P00#max＝P10#max+P20#max。I00#max＝I10#max*A+I20#max*E。

在该实施例中，当该交流充电桩开始运行时，首先获取Pmax、Imax，需说明的是，若该交流充电桩设置在小区、商场等的停车区域，且从小区、商场的变压器系统取电，则该步骤可从小区的集控设备获取Pmax、Imax，该Pmax为小区变压器的额定功率减去小区或商场当前的用电功率后的功率值，Imax为小区变压器的额定电流减去小区或商场当前的用电电流后的电流值；若该交流充电桩设置在独立的充电站，则该Pmax、Imax可为预先存储的固定值。

然后，通过与各个控制模块进行CAN通信来获取各个充电枪10、11、12、13的状态，即，获取A、B、C、D的值，还获取各个充电枪10、11、12、13的最大输出功率值(即额定功率值)P10#max、P11#max、P12#max、P13#max，在此需说明的是，也可将P10#max、P11#max、P12#max、P13#max预先写入在功率分配模块中。

接着，根据所获取的A、B、C、D的值计算F的值，并判断F是否等于0，若等于0，则说明当前无在线的充电枪，进而保持待机状态；若不等于0，则进一步判断是下面三种工况中的哪一种工况：

对于第一种工况：A＝1，E＝0，代表仅40kw的三相交流充电枪10为在线状态，而其它三个7kw的单相交流充电枪11、12、13均处于离线状态，此时，可在步骤S211中，根据公式1.1确定40kw的三相交流充电枪10的输出功率：

而且，在P10#max≥Pmax时，ΔP＝0；在P10#max＜Pmax时，ΔP＝Pmax-P10#max。

对于第二种工况：A＝0，E＝1，代表40kw的三相交流充电枪10为离线状态，且至少一个7kw的单相交流充电枪为在线状态，此时，可在步骤S212中，根据公式1.2确定每个在线的7kw的单相交流充电枪的输出功率：

而且，在P20#max≥Pmax时，ΔP＝0；

在P20#max＜Pmax时，ΔP＝Pmax-P20#max。

对于第三种工况：A＝1，E＝1，代表40kw的三相交流充电枪10为在线状态，且至少一个7kw的单相交流充电枪页为在线状态，由于40kw的三相交流充电枪可以一次性将资源用尽，因此，7kw的单相交流充电枪的优先级较高，当有7kw的单相交流充电枪在线时，40kw的三相交流充电枪10需降功率使用，当7kw的单相交流充电枪离线时，40kw的三相交流充电枪10再在额定功率下使用，所以此时，可在步骤S213中，优先为在线的7kw的单相交流充电枪分配功率，具体的，根据公式1.3及公式1.4确定每个在线的充电枪的输出功率：

而且，在P20#max≥Pmax时，ΔP＝0；在P20#max＜Pmax＜P00#max时，ΔP＝0；在Pmax≥P00#max时，ΔP＝Pmax-P00#max。

再接着，根据在线的充电枪所对应的输出功率计算相应的最大输出电流。以星-星结接法为例，对于单相设备，其功率的计算公式为P＝U*I*cosθ；对于三相设备，其功率的计算公式为P＝3*U*I*cosθ，其中，U为相电压，I为相电流(星星接法中，线电流等于相电流)，cosθ为功率因数，一般取0.85。因此，在计算输出电流时，可根据以上公式做如下计算：

I10#max＝P10#/U/3/cosθ，

I20#max＝P20#/U/cosθ。

然后，分别说明三种工况下输出电流的确定过程：

对于第一种工况：A＝1，E＝0，可在步骤S231中，根据公式2.1确定40kw的三相交流充电枪10的输出电流：

而且，在I10#max≥Imax时，ΔI＝0；在I10#max＜Imax时，ΔI＝Imax-I10#max。

对于第二种工况：A＝0，E＝1，可在步骤S232中，根据公式2.2确定每个在线的7kw的单相交流充电枪的输出电流：

而且，在I20#max≥Imax时，ΔI＝0；在I20#max＜Imax时，ΔI＝Imax-I20#max。

对于第三种工况：A＝1，E＝1，可在步骤S233中，根据公式2.3及公式2.4确定每个在线的充电枪的输出电流：

而且，在I20#max≥Imax时，ΔI＝0；在I20#max＜Imax＜I 00#max时，ΔI＝0；在I max≥I00#max时，ΔI＝I max-I00#max。

最后，将所计算出的输出电流发送至相应的控制模块。而且，控制模块在接收到输出电流后，根据所接收的输出电流确定相应充电枪的PWM信号的占空比，并向与相应充电枪连接的电动汽车输出相应占空比的PWM信号。

以上所揭露的仅为本实用新型的较佳实施例而已，当然不能以此来限定本实用新型的权利范围，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分流程，并依本实用新型权利要求所作的等同变化，仍属于实用新型所涵盖的范围。