基于功率调控的充电桩及系统的制作方法

1.本发明涉及电动汽车充电技术领域，具体为基于功率调控的充电桩系统。


背景技术：

2.现有技术中的充电场站一般设置有多个充电桩，充电场站设有专用的变压器，目前对于充电站的设计没有较为完善的标准，多数采用居民变配电的设计标准、建筑电气的设计标准以及变配电设计标准，由于采用的需要系数等参数不统一，同时与实际的需求不符合，同时随着电动车的普及，电动汽车的保有量越来越多，因此设计运行的变电站经常存在所有充电桩同时运行的变压器容易出现超负荷的运行状态。变压器的长时间超负荷运转，容易造成变压器的损害，同时容易引发事故。
3.另外，目前的充电的需求往往因人而异，有的人员需要较为快速的充电，有的需要慢慢的充电，目前的技术尚不支持调节充电的速率，同时根据充电的速率相应的调节充电的费用。因此需要设计一种可以实现充电功率调整的充电桩成为一种迫切的要求。


技术实现要素：

4.本发明要解决的技术问题是：提供了具有可以调节充电速度、防止变压器过载的基于功率调控的充电桩系统。
5.本发明要解决的技术问题的技术方案是：一种输出可调式充电桩，其特征在于：所述充电桩设有高压输出模块和低压输出模块，所述低压输出模块的输出电压大于电动车电池的额定电压；所述高压输出模块的输出电压大于低压输出模块的电压；所述充电桩的人机界面设有充电速度选择系统用以获取用户的充电意向；所述充电桩设有输出切换系统，所述输出切换系统包括：与高压充电回路电气连接的快充开关；与低压充电回路电气连接的慢充开关；与快充开关和慢充开关输出端电气连接的充电接口；与快充开关和慢充开关电气连接的切换控制器；快充开关和慢充开关交替导通断开，并且单位时间内充电速度越慢的档位，快充开关导通时间的占比越小；全速充电模式时，快充开关始终处于闭合状态、慢充开关始终处于断开状态；最慢速充电模式时，快充开关始终处于断开状态、慢充开关始终处于闭合状态。
6.更好的，所述低压输出模块的输出电压大于电动车电池的额定电压的范围为0.1～0.5v。
7.更好的，所述时速调整价为零时，快充开关导通时间的占比为50％。
8.更好的，所述快充开关与高压输出模块之间串接有调压模块，所述调压模块与切换控制器电气连接；由高电压输出切换到低电压输出时，切换控制器调节调压模块使快充开关输出端的电压与低压输出模块的电压一致，之后先闭合低压输出模块在断开快充开关，并保持调压模块的状态；之后，由低电压输出切换到高电压输出时，切换控制器先闭合快充开关在断开慢充开关，最后切换控制器调节调压模块的分压为零。
9.基于功率调控的充电桩系统，包括多个输出可调式充电桩、变配电系统以及中央
控制系统，所述中央控制系统控制变配电系统及充电桩，所述变配电系统与充电桩电气连接，其特征在于：所述中央控制系统设有变压器输出功率采集装置；保证系统安全运行的方法为：变压器输出功率采集装置采集变压器输出功率的大小并判断变压器的输出功率是否对达到上限值；当变压器的输出功率大于设定的上限值时，中央控制系统通过降功率协调模块向选定的充电桩的控制器发送功率调控指令；充电桩的控制器接收到功率调节指令之后降低快充开关导通时间的占比。
10.更好的，所述降功率协调模块选定充电桩的方法为：根据越过限定值的数值确定选择调整功率输出的充电桩的数量；获取充电桩中选择非全速充电模式和非最慢速充电模式的充电桩的编号；在所有编号中并根据选择的数量随机选取充电桩。
11.或，
12.所述降功率协调模块选定充电桩的方法为：获取选择全速充电模式的充电桩的编号；依次循环降低全速充电模式下的充电桩的快充开关的导通时间的占比。
13.或，
14.所述降功率协调模块选定充电桩的方法为：依次循环降低所有充电桩的快充开关的导通时间的占比。
15.更好的，用户选择全速充电模式时，充电桩的控制器向中央控制系统发送全速充电申请；中央控制系统接收到申请后，计算可用输出功率，所述可用输出功率为现有输出功率与上限值的输出功率的差值；判断可用输出功率是否满足两个全速充电模式；如果满足则给充电桩下发准许全速充电指令；如果不满足则给充电桩下发禁止全速充电指令。
16.更好的，所述中央控制系统向充电桩下发禁止全速充电指令后，并下发建议充电速度。
17.更好的，根据调整后的快充开关的导通时间的占比确定新的计费标准。
18.更好的，充电费用为标准电价与时速调整价之和，所述时速调整价与所选择的充电速度档位成正比；新的计费标准中，根据快充开关的导通时间的占比得到新的充电速度档位，根据新的充电速度档位得出新的时速调整价，最后用新的时速调整价与标准电价计算出充电费用。
19.提高充电速度时，向用户发送请求指令，并说明费用增高，用户同意后切换到较快速度充电。
20.本发明的有益效果为：
21.1、可以根据负荷调整充电桩的输出功率和充电速度，以保证变压器处于正常的安全电压范围内运行，降低变压器的损坏。
22.2、可以根据用户的需要，自行设定充电速率，对于可以长时间充电，可以给予费用上的优惠。对于需要快速充电的用户适当的增加费用，以此对充电的需求进行调整。
附图说明
23.图1是本发明一种实施例的示意图。
24.图2是本发明一种具有不间断充电的实施例的示意图。
25.图中：
26.ty、调压模块；dy、低压输出模块；gy、高压输出模块；usw、切换控制器；qm、慢充开
关；qk、快充开关；
具体实施方式
27.为使本发明的技术方案和有益效果更加清楚，下面对本发明的实施方式做进一步的详细解释。
28.一种输出可调式充电桩，该充电桩设有高压输出模块gy和低压输出模块dy。所述低压输出模块dy的输出电压大于电动车电池的额定电压；所述高压输出模块gy的输出电压大于低压输出模块dy的电压。
29.更好的，现有技术中充电电压的调整可以根据车载bms获取电动车的电池的额定电压，因此充电桩可以根据电动汽车的电池的额定电压设定高压输出模块gy和低压输出模块dy的输出电压，可以设定低压输出模块dy的输出电压大于额定电压的5％，高压输出模块gy输出的电压大于电动车电池额定电压的10％
‑
25％。充电桩获取bms信息之后根据电池的额定电压设定整流装置输出特定的电压。
30.或者，所述低压输出模块dy的输出电压大于电动车电池的额定电压的范围为0.1～0.5v。高压输出模块gy输出的电压大于额定电压1～5伏。
31.其中高压输出模块gy可以是一套单独的整流模块，低压输出模块dy也是单独的整流模块，两个整流模块在设定之后无需在进行调整。
32.所述充电桩的人机界面设有充电速度选择系统用以获取用户的充电意向。用户可以根据自己的需求设定充电速度，如果不着急可以选择夜间长时间充电，进而可以降低充电速率，并适当的降低充电费用。为了实现高压输出模块gy和低压输出模块dy的切换输出，所述充电桩设有输出切换系统，所述输出切换系统包括：与高压充电回路电气连接的快充开关qk以及与低压充电回路电气连接的慢充开关qm。与快充开关qk和慢充开关qm输出端电气连接的充电接口；与快充开关qk和慢充开关qm电气连接的切换控制器usw。快充开关qk和慢充开关qm交替导通断开，并且单位时间内充电速度越慢的档位，快充开关qk导通时间的占比越小。全速充电模式时，快充开关qk始终处于闭合状态、慢充开关qm始终处于断开状态；最慢速充电模式时，快充开关qk始终处于断开状态、慢充开关qm始终处于闭合状态。全速充电模式即充电桩连接电动车之后，即在连接的所有时间内都采用高压输出模块gy模块输出的高电压充电。其他充电方式，不同的档位可以设置不同的高压输出模块gy充电时间和低压输出模块dy充电时间的占比。可以设置多个档位，也可以采用线性调整的方式实现。
33.高压输出模块gy和低压输出模块dy也可以是独立的整流器控制模块，即igbt控制器等，两个igbt控制器的输出接口与整流模块连接。通过启动和关闭两个整流器控制模块控制输出电压。其中输出切换系统可以是信号的切换开关，即将高压输出模块gy和低压输出模块dy的控制信号通过切换输出到整流模块。也可以是高压输出模块gy和低压输出模块dy的启停控制模块，控制高压输出模块gy和低压输出模块dy启动和停止，此时高压输出模块gy和低压输出模块dy的信号输出端同时与整流模块的输入端电气连接。
34.当充电速率调整的时候，充电的费用需要跟随一起变动。充电费用为标准电价与时速调整价之和，所述时速调整价与所选择的充电速度档位成正比。所述时速调整价为零时，快充开关qk导通时间的占比为50％。
35.当低压输出模块dy和高压输出模块gy为独立的整流模块时，所述快充开关qk与高
压输出模块gy之间串接有调压模块，其中调压模块可以为调压器。所述调压模块ty与切换控制器usw电气连接。由高电压输出切换到低电压输出时，切换控制器usw调节调压模块ty使快充开关qk输出端的电压与低压输出模块dy的电压一致，之后先闭合低压输出模块dy在断开快充开关qk，并保持调压模块ty的状态。之后，由低电压输出切换到高电压输出时，切换控制器usw先闭合快充开关qk在断开慢充开关qm，最后切换控制器usw调节调压模块ty的分压为零。
36.同时调压模块ty还可以设置为软件控制模块，通过改变控制模式实现电压的调整如，通过调整控制模块中导通的占空比调整整流模块的输出电压，使其与另一种整流模块的输出电压一致，此时通过软件控制同样能够达到上述功能。
37.一种充电站系统，包括多个充电桩、变配电系统以及中央控制系统，所述中央控制系统控制变配电系统及充电桩，所述变配电系统与充电桩电气连接，，所述中央控制系统设有变压器输出功率采集装置。为了保证系统安全运行，采用如下方法实现对变压器过载的保护：
38.变压器输出功率采集装置采集变压器输出功率的大小并判断变压器的输出功率是否对达到上限值。如变压器的容量为100mva，则设定上下值为80mva，当变压器的输出功率超过80mva的时候，启动降功率协调模块。
39.当变压器的输出功率大于设定的上限值时，中央控制系统通过降功率协调模块向选定的充电桩的控制器发送功率调控指令。降功率协调模块可以采集并获取所有的充电桩的状态，以及充电桩现行运行的充电速率，本根据系统的功率、客户的选择选择可以适当降低充电功率的充电桩。
40.充电桩的控制器接收到功率调节指令之后降低快充开关导通时间的占比。
41.在此系统中，不同的充电桩在不断切换高压输出模块gy和低压输出模块dy的过程中可以保持变压器的负荷处于一个动态稳定的范围，可以有效的避免变压器过负荷运行。
42.其中所述降功率协调模块选定充电桩的方法为：
43.根据越过限定值的数值确定选择调整功率输出的充电桩的数量；即确定需要降低的负荷，如需要降低10mva，此时可能调整一个充电桩就可以满足，也可能需要调整两个或者多个充电桩才能到达要求。此时，需要获取充电桩中选择非全速充电模式和非最慢速充电模式的充电桩的编号，并在所有编号中并根据选择的数量随机选取充电桩。选择好充电桩之后，充电桩可以根据自身设定的降速标准自行降低一个档位。同时中央控制系统在选定好充电桩之后，发送一个充电速度降低的标准，充电桩根据降低的标准调整到合适充电速率。
44.或者降功率协调模块选定充电桩的方法为：
45.获取选择全速充电模式的充电桩的编号。依次循环降低全速充电模式下的充电桩的快充开关qk的导通时间的占比。通过依次循环降低各个充电桩的充电速率，达到全局降低系统功率的效果，实现对变压器的保护。该种方法应用于系统的充电桩全部应用，并且其他慢速充电桩已选择较慢速度充电的情况下进行。
46.或者，所述降功率协调模块选定充电桩的方法为：
47.依次循环降低所有充电桩的快充开关qk的导通时间的占比。此时对所有的充电桩统一进行降速操作。与上述方法不同，该方法可以在进行全速充电的充电桩数量较少时，通
过循环全速充电模式的充电桩无法达到降低负荷的效果时实行。
48.更好的，为了实现提前预警提前处置，在用户选择全速充电模式时，充电桩的控制器向中央控制系统发送全速充电申请。
49.中央控制系统接收到申请后，计算可用输出功率，所述可用输出功率为现有输出功率与上限值的输出功率的差值。
50.判断可用输出功率是否满足两个全速充电模式；如果满足则给充电桩下发准许全速充电指令；如果不满足则给充电桩下发禁止全速充电指令。
51.此时，如果可用的输出功率不足，则不允许充电桩进行全速模式充电，进而防止变压器出线过负荷的情况。
52.进一步的，为了使变压器运行状态保持良好，所述中央控制系统向充电桩下发禁止全速充电指令后，并下发建议充电速度。建议的充电速度以剩余的输出功率为基础。
53.更好的，根据调整后的快充开关qk的导通时间的占比确定新的计费标准。具体为：
54.充电费用为标准电价与时速调整价之和，所述时速调整价与所选择的充电速度档位成正比；
55.新的计费标准中，根据快充开关qk的导通时间的占比得到新的充电速度档位，根据新的充电速度档位得出新的时速调整价，最后用新的时速调整价与标准电价计算出充电费用。
56.进一步的，为了实现人性化，在提高充电速度时，向用户发送请求指令，并说明费用增高，用户同意后切换到较快速度充电。
57.综上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用来限定本发明的范围，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，凡依本发明的要求范围所述的形状、构造、特征及精神所谓的均等变化与修饰，均应包括与本发明的权利要求范围内。