大功率直流充电机用充电模块分配系统的制作方法

1.本实用新型属于直流充电机充电功率分配技术领域，尤其是一种大功率直流充电机用充电模块分配系统。


背景技术：

2.随着电池技术和电动汽车行业的快速发展，电池能够承受的充放电倍率越来越高，随之要求与在之匹配的大功率的充电系统。充电系统包括充电枪、充电模块、充电枪接触器模块和控制器，充电模块一端通过充电枪接触器模块连接充电枪，另一端连接市电，控制器用于接收各种数据以及发出控制指令，充电模块将交流转换为直流。由于电动汽车的充电功率是动态变化的，且不同车辆需求的功率不同，一机多枪的大功率充电系统可以通过功率分配技术将充电模块分配给多个充电枪，以提高充电模块利用率。目前，不同的大功率充电机功率分配方法会影响充电机的成本、用户体验、设备的稳定性等，当前急需一种适用多枪、多模块的稳定可靠的功率分配结构，该结构可以适用于多种充电模块，多种数量的充电系统，具有良好的扩展性。


技术实现要素：

3.本实用新型的目的在于克服现有技术的不足之处，提供一种大功率直流充电机用充电模块分配系统。该系统中将多个充电单元通过并联接触器单元相互并联，并利用每个充电单元中的串联、并联开关模块自动切入或切除充电模块以满足某个或某些充电单元的某个或某些充电枪模块上充电功率的需要，检测和控制均由控制器自动完成。
4.本实用新型解决技术问题所采用的技术方案是：
5.一种大功率直流充电机用充电模块分配系统，其特征在于：包括充电单元和控制器，所述充电单元包括充电枪模块、串联开关模块和充电模块，多个充电模块串联连接，相邻的两个充电模块之间的线路上设置有一个串联开关模块，每个充电模块分别连接一个充电枪模块；
6.控制器用于检测充电单元中的一个或多个充电枪模块的充电需求功率并根据检测结果自动接入或切除一个或多个充电模块。
7.再有，
8.所有充电模块均分别通过并联开关模块电连接一个备用节点；控制器用于检测一个或多个充电枪模块的充电需求功率并根据检测结果通过串联开关模块和/或并联开关模块的动作自动接入或切除一个或多个充电模块；
9.或者，
10.部分充电模块均分别通过并联开关模块电连接一个备用节点；剩余充电模块均分别通过并联开关模块电连接另一个备用节点，两个备用节点之间通过串联开关模块电连接；控制器用于检测一个或多个充电枪模块的充电需求功率并根据检测结果通过串联开关模块和/或并联开关模块的动作自动接入或切除一个或多个充电模块。
11.再有，还包括并联接触器单元，多个充电单元通过并联接触器单元相互并联，控制器用于检测充电单元中的一个或多个充电枪模块的充电需求功率并根据检测结果自动接入或切除一个或多个充电单元中的一个或多个充电模块。
12.再有，所有充电模块均分别通过并联开关模块共同连接所述并联接触器单元；所述串联开关模块和并联开关模块的控制端连接所述控制器；
13.控制器用于检测充电单元中的一个或多个充电枪模块的充电需求功率并根据检测结果通过并联接触器单元和/或串联开关模块和/或并联开关模块的动作自动接入或切除一个或多个充电单元中的一个或多个充电模块。
14.再有，所述充电模块为六个，六个充电模块通过六个串联开关模块相互串联连接，六个充电模块分别通过六个并联开关模块电连接一个备用节点，该备用节点电连接并联接触器单元。
15.再有，部分充电模块均分别通过并联开关模块共同连接所述并联接触器单元的一端；剩余充电模块均分别通过并联开关模块共同连接所述并联接触器单元另一端；所述串联开关模块和并联开关模块的控制端连接所述控制器；
16.控制器用于检测充电单元中的一个或多个充电枪模块的充电需求功率并根据检测结果通过并联接触器单元和/或串联开关模块和/或并联开关模块的动作自动接入或切除一个或多个充电单元中的一个或多个充电模块。
17.再有，所述充电模块为六个，六个充电模块通过六个串联开关模块相互串联连接，三个充电模块分别通过三个并联开关模块电连接一个备用节点，另外三个充电模块分别通过三个并联开关模块电连接另一个备用节点，两个备用节点之间通过串联开关模块电连，接两个备用节点均电连接并联接触器单元。
18.再有，并联接触器单元包括至少一个并联接触器模块，并联接触器模块的静触点连接备用节点，并联接触器模块的动触点的控制端连接所述控制器。
19.再有，所述充电枪模块通过一个充电枪接触器模块连接所述充电模块；充电枪接触器模块的控制端连接所述控制器。
20.本实用新型取得的技术效果是：
21.本实用新型中，充电模块连接有串联开关模块和并联开关模块，串联开关模块和/或并联开关模块的相互配合，使单个充电单元中的某个或某些充电模块接入或切除；串联开关模块和/或并联开关模块和/或并联接触器模块相互配合，使某个或某些充电单元中的某个或某些充电模块接入或切除，当某个充电枪模块处的充电功率需求较高时，可以自动完成其他充电模块的功率接入，并在充电功率降低后切除上述接入的充电模块，由此协调所有的充电模块的使用，既保证了充电功率变化时的充电效果，还使空闲的充电模块能够进入待机状态以节省电力资源。
附图说明
22.图1是本实用新型的原理图；
23.图2是一个开关单元的电连接结构图；
24.图3是两个开关单元的电连接结构图。
具体实施方式
25.下面通过具体实施例对本实用新型作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本实用新型的保护范围。
26.一种大功率直流充电机用充电模块分配系统，如图2-3所示，本实用新型的创新在于：包括充电单元(如图2所示)和控制器，所述充电单元包括充电枪模块(图2的q1、q2、q3、q4、q5和q6)、串联开关模块(图2的1s1、1s2、1s3、1s4、1s5和1s6)和充电模块(图2 的m1、m2、m3、m4、m5和m6)，多个充电模块串联连接，相邻的两个充电模块之间的线路上设置有一个串联开关模块，每个充电模块通过对应设置的充电枪接触器模块(图2的is14、 is15、is16、is17、is18和is19)分别连接一个充电枪模块。
27.控制器用于检测充电单元中的一个或多个充电枪模块的充电需求功率并根据检测结果通过并联开关模块中开关的动作自动接入或切除一个或多个充电模块。
28.第一充电模块m1和第二充电模块m2之间串联设置第一二串联开关模块模块1s2，第二充电模块m2和第三充电模块m3之间串联设置第一三串联开关模块模块1s3，第三充电模块m3 和第四充电模块m4之间串联设置第一四串联开关模块模块1s4，第四充电模块m4和第五充电模块m5之间串联设置第一五串联开关模块模块1s5，第五充电模块m5和第六充电模块m6 之间串联设置第一六串联开关模块模块1s6。m1-6的充电模块分别连接第一一充电节点1p1 至第一六充电节点1p6,每个充电节点分别连接第一充电枪模块q1至第六充电枪模块q6。
29.除了充电节点以外，还可以设置备用节点以便于不同充电模块的接入和切除，备用节点可以是一个或两个，具体是：
30.当为一个备用节点时，所有充电模块(图2的m1、m2、m3、m4、m5和m6)电连接的充电节点(图2的1p1、1p2、1p3、1p4、1p5和1p6)均分别通过并联开关模块电连接一个第十七备用节点ip7；控制器用于检测一个或多个充电枪模块的充电需求功率并根据检测结果通过串联开关模块和/或并联开关模块的动作自动接入或切除一个或多个充电模块。
31.当为两个备用节点时，三个充电模块(图2的m1、m3和m5)电连接的充电节点(图2的 1p1、1p3和1p5)均分别通过并联开关模块(图2的1s10、1s11和1s12)电连接一个第十七备用节点1p7；剩余三个充电模块(图2的m2、m4和m6)电连接的充电节点(图2的1p2、 1p4和1p6)均分别通过并联开关模块(图2的1s7、1s8和1s9)电连接一个第十八备用节点1p8，两个备用节点之间通过串联开关模块(图2的1s13)电连接；控制器用于检测一个或多个充电枪模块的充电需求功率并根据检测结果通过串联开关模块和/或并联开关模块的动作自动接入或切除一个或多个充电模块。
32.图2为一个开关单元时的连接结构图，如果开关单元为多个，则需要在结构中增加不同开关单元切换的部件，如图1所示，包括多个充电单元(图1中多个虚线框部分)、并联接触器单元sx和控制器，多个充电单元通过并联接触器单元相互并联，控制器用于检测充电单元中的一个或多个充电枪模块的充电需求功率并根据检测结果自动通过并联接触器单元接入或切除一个或多个充电单元中的一个或多个充电模块(图1中的mx-my)，每个充电模块连接充电枪模块(图1中的qx-qy)。并联接触器单元sx可以和多个开关单元连接，由并联接触器单元sx的动作来接入或切除一个或多个开关单元。
33.下面以图3的两个开关单元为例进行详细说明。
34.从图1和图2可知，每个开关单元的配置均相同，既充电模块为六个，六个充电模块通过六个串联开关模块相互串联连接，三个充电模块分别通过三个并联开关模块电连接一个备用节点，另外三个充电模块分别通过三个并联开关模块电连接另一个备用节点，两个备用节点之间通过串联开关模块电连接，两个备用节点均电连接并联接触器单元。
35.具体结构是：
36.图3中包括两个开关单元，分别是左侧的第一开关单元和右侧的第二开关单元，其中包括串联开关模块(图3左侧的1s1、1s2、1s3、1s4、1s5和1s6，图3右侧的2s1、2s2、2s3、 2s4、2s5和2s6)和充电模块(图3左侧的m1、m2、m3、m4、m5和m6，图3右侧的m7、m8、 m9、m10、m11和m12)，多个充电模块串联连接，相邻的两个充电模块之间的线路上设置有一个串联开关模块(该处连接关系与图2相同)，每个充电模块分别连接一个充电枪模块(图3 左侧的q1、q2、q3、q4、q5和q6，图3右侧的q7、q8、q9、q10、q11和q12)。
37.第一开关单元和右侧的第二开关单元均设置有两个备用节点，左侧的第十七备用节点1p7 和第十八备用节点1p8分别串联连接并联接触器单元中的第一接触器模块s1的一端和第二接触器s2的一端，第十七备用节点1p7和第十八备用节点1p8之间通过第一三串联开关模块1s13串联连接；右侧的第二七备用节点2p7和第二八备用节点2p8分别串联连接并联接触器单元中的第一接触器模块s1的另一端和第二接触器s2的另一端，第二七备用节点2p7和第二八备用节点2p8之间通过第二三串联开关模块2s13串联连接。第一接触器模块s1的动触点和第二接触器s的动触点在控制器的控制下自动闭合或开启并使两个开关单元的不同节点电连接。
38.本实用新型的工作过程是：
39.控制器定时检测各充电模块的状态，分为空闲、本枪占用和其他占用，第一个是指没有充电操作，第二个是指与充电模块连接的充电枪模块正在工作，第三个是指该充电模块与其他充电模块连接并提供额外的充电功率。
40.1.仅有如图2所示的一个开关单元时，以q1为例，q1充电需求大于节点1p1充电模块 m1最大输出功率，需要借用1个充电模块，接入充电模块的原则是：寻找最短电连接路径(闭合最少的接触器模块)。
41.假设q2至q6空闲，则可以借用m2或m6，接触器闭合路径为1s2或1s1；
42.假设q2工作，q3至q6空闲，则可以借用m6，接触器闭合路径为1s1；
43.假设q2、q6工作，q3至q5空闲，则可借用m3或m5，接触器闭合路径为1s10-1s12或 1s10-1s11；
44.假设q2、q3、q6工作，q4和q5空闲，则可以借用m5，接触闭合路径为1s10-1s11；
45.假设q2、q3、q5、q6工作，q4空闲，则借用m4，接触器闭合路径为1s10-1s13-1s9。
46.上述几个过程均为借用一个充电模块的连接方式，当需要借用两个充电模块或更多时，接入的原则仍然是寻找最短电连接路径。比如：q1需要借用，此时m4和m5空闲，其他均为本枪占用，接入路径为1s10-1s13-1s9(m4)和1s10-1s11(m5)。
47.2.当为如图3所示的两个开关单元时，以q1为例，q1充电需求大于节点1p1充电模块 m1最大输出功率，需要借用1个充电模块。
48.⑴
第一开关单元有空闲充电模块且满足额外功率需求
49.假设q2至q6空闲，则可以借用m2或m6，接触器闭合路径为1s2或1s1；
50.假设q2、q3、q5、q6工作，q4空闲，则借用m4，接触器闭合路径为1s10-1s13-1s9。
51.⑵
第一开关单元均为本枪占用时，需要借用第二开关单元的充电模块
52.假设m10空闲，第二开关单元的其他充电模块均被占用，此时，接入路径为 1s10-s2-2s13-2s9或者1s10-1s13-s1-2s9；
53.如果出现需要借用多个充电模块时，可以检测第一开关单元和第二开关单元各充电模块的状态，可以分别接入，比如：q1需要借用，此时m4和m5空闲，其他均为本枪占用，接入路径为1s10-1s13-1s9(m4)和1s10-s2-2s13-2s9。
54.本实用新型中，充电模块连接有串联开关模块和并联开关模块，并联开关模块和并联接触器模块相互配合，使某个或某些充电单元中的某个或某些充电模块接入或切除，当某个充电枪模块处的充电功率需求较高时，可以自动完成其他充电模块的功率接入，并在充电功率降低后切除上述使用的充电模块，由此协调所有的充电模块的使用，既保证了充电功率变化时的充电效果，还使空闲的充电模块能够进入待机状态以节省电力资源。