专利名称：带备用切换的电动车充电系统及充电方法
技术领域：
本发明涉及一种用于电动车充电的充电系统。
背景技术：
目前电动车行业正在兴起，随之配备的电动车充电机也跟着发展起来，但目前由于价格高、电池可靠性低、充电时间长等影响，只能在局部小范围应用，电动车的充电设施也无法进行大规模布局，因而电动车活动范围受到极大限制，必须加大充电设施的大规模布局，才能促进电动车的大规模发展。充电设施的大规模布局又受到充电设施投入高、城市中心地带地皮稀缺昂贵无法大规模建设充电站、电动车少、充电时间长影响充电站效益等影响，严重影响电动车行业的快速发展。因此目前交流充电桩就出现了一种一机两充(输出充电插口)或一机四充的交流充电设施，因交流充电设施输出功率可直接来自电网，中间不用进行功率变换，只要输入与输出间的配电器件电流等级满足总功率最大要求就可以。但交流充电时间长，无法满足快速充电要求，同时对于电动公交等大功率的电动汽车充电电池，电压等级较高，无法直接采用交流进行充电，必须采用直流充电机进行充电，目前的直流充电机绝大部分为单机单充，一次只能给一辆电动汽车进行充电，也有部分充电机开始采用一机两充的直流充电机，但只能做到将充电模块分成两组，分别接两个充电输出插头，能同时给两辆电动汽车进行充电，如图1所示，这种由于充电机体积不变或单机功率不变的情况下一机两充的直流充电机存在着充电时间变长将近一倍，只是将两个充电机简单装在一个柜子里，利用一套控制管理系统，没有根本解决问题。另一种一机两充的直流充电机如图2所示，它只是在充电机的输出端设计了一套切换系统，多了一组输出口，同一时间只能给一辆电动车充电，另一辆电动汽车必须等前一辆电动汽车充电完成后才能开始充电，也没有解决电动车充电设施发展面临的实际难题。
发明内容
本发明的目的是为解决现有充电系统投资大，占地大，模块利用率低，不能同时给多模块充电，充电功率受限等问题而提出一种带备用切换的电动车充电系统及充电方法。本发明带备用切换的电动车充电系统采用的技术方案是有2个及以上的整流模块和输出充电口，整流模块由固定组与切换组组成，输出充电口由常用组与备用组组成，固定组模块输出分别与常用组的每个输出充电口相连，固定组模块不与备用组相连，切换组的每个模块的输出正负极与备用组的每个输出充电口相连，且与备用组的输出充电口间都连接一组双向可控电子开关，切换组模块可部分或全部与固定组的各输出充电口相连；主控制、显示、通信单元模块分别连接各个模块和输出控制切换单元模块，输出控制切换单元模块连接于双向可控电子开关。本发明带备用切换的电动车充电系统的充电方法采用的技术方案是具有如下步骤I)获取电动车充电所需的电压电流，开启固定组的模块，根据每个模块所能输出电流的大小，主控制单元判断固定组模块总输出电流是否能满足该充电口所需的电流或功率要求，当不能满足时，主控制单元同时控制开启切换组模块的个数，使这部分开启的模块输出电流能满足这辆电动车充电需求；2)当所开启模块的输出电压上升至与电动车电池电压接近相等时，切换组模块同时开启这部分模块的输出可控电子开关，固定组与切换组的模块与电池相连充电；3)当充电电量逐步上升时，主控制单元根据电流大小计算能否关闭一个模块，当关闭一个模块能满足此时的充电电流要求时，主控制单元关闭一个切换组的模块，相应的此模块的输出可控电子开关全部断开；4)切换组的模块根据充电电流的需要逐步或同时切换至相应的充电口，切换组的模块可以逐步切换断开，直到该充电口所有的可切换模块全部切换断开，固定组模块根据充电电流的需要再逐步关闭连在该充电口的固定组各个模块，直到该充电口完成充电。本发明的有益效果是1、本发明模块的利用率大幅提升，不同充电口都能得到系统较大功率对外进行充电，能实现快速充电要求，解决客户对充电时间的要求；同时也可以根据客户或BMS要求对电动车电池进行定制化充电，当客户不需快速充电时，采用这种充电模式可以提高电池的寿命。2、由于模块的效率最高点通常有一个范围，本发明充电系统对每个充电口都能实行节能充电模式，让各充电口对应工作模块都工作在效率最高点范围间，提高系统整体充电效率，达到节能目的。3、本发明系统除可以一方面减少输出双向开关(高压直流开关器件成本较高)的数量，同时还可以减少每组输出双向开关开关切换次数，大提高切换开关的寿命与可靠性，特别是继电器与接触器类带有机械触点的开关类。本发明充电系统同时还保证常用充电口随时都能有较大功率的模块输出对电动车进行充电。切换组模块可以根据需要灵活切换到需要的各个备用充电口，做到对优质客户优先服务，可快速充电，客户也可采用小电流慢充，以提高电池的可靠性与循环寿命。4、系统模块个数可以不用在一开始就配齐，可能根据电动车的发展灵活增加，当电动车增加时，再逐步补充模块，达到节省投资的目的，同时，不用进行重复建设。
图1和图2是两种不同的现有充电机的结构 图3是本发明多充电动车充电机的结构 图4是本发明的实例 图5是图3的应用例图。
具体实施例方式如图3所示，本发明系统有N个整流模块，有M个输出充电口，N、M均为2个及以上。整流模块分成两个类别，称之为固定组与切换组，每个组的模块并不一定要放在一起，可以根据系统需求灵活放置。输出充电口分为常用组与备用组，固定组模块输出分别与常用组的每个输出充电口相连，中间不用加切换开关，常用组每个输出充电口所连接的模块个数不一定相同，使用频率越高的充电口可以固定相连的模块也可越多。固定组模块不与备用组相连。切换组的每个模块(也可以将几个模块并联在一起当作一个模块来用)的输出正负极与备用组的每个输出充电口相连，它们与备用组的输出充电口间都连接有一组双向可控电子开关装置。主控制、显示、通信单元模块分别连接各个整流模块和输出控制切换单元模块，输出控制切换单元模块连接于双向可控电子开关装置。切换组模块可部分或全部与固定组的各输出充电口相连。正常情况下，主要使用固定组模块与常用组输出充电口，当常用组输出充电口功率不足或电流不足时，备用组模块可部分或全部切入；只有当常用充电口不够用时，才用备用充电口，通过客户所选用的备用充电口，根据电动车充电所需的电流时，切换组的模块根据电动车充电电流(或功率)要求切换相应个数的模块至该充电口。整个充电过程可以如下，但并不限于此工作过程，当电动车与常用组输出充电口相连后，充电机与需充电的电动车通过通信建立信息交互，获取电动车的电池信息，如车有BMS (电池管理系统)时，就可以获取电动车充电所需的电压电流，固定组的整流模块开启，根据每个模块所能输出电流的大小，系统主控制单元判断固定组模块总输出电流是否能满足该充电口所需的电流或功率要求，当不能满足时，主控制单元同时控制开启切换组模块的个数，使这部分开启的模块输出电流能满足这辆电动车充电需求，所开启模块的输出电压上升至与电动车电池电压接近相等时，固定组与切换组的模块都开始与电池相连开始充电，只是切换组模块需要同时开启这部分模块的输出可控开关，与本输出充电口相连的所有模块开始给电动车电池充电。输出可控开关应该用双向可控开关，可以防止不同电动车在充电时由于它们电池电压不同相互影响(如反灌、串流等)甚至造成一定的危险。当充电电量逐步上升时，充电电流会开始下降，这时，控制单元根据电流大小计算能否关闭一个模块，当关闭一个模块也能满足此时的充电电流要求时，主控制单元关闭一个切换组的模块，相应的此模块的输出开关全部断开。所断开模块可以切换到另一需要充电的输出充电口或断开闲置(待机状态)，对另一辆电动进行充电。切换组的模块可以根据充电电流(或功率)的需要逐步切换进相应的充电口，可也以同时切换至相应的充电口；同样的，切换组的模块可以逐步切换出(断开)；直到该充电口所有的可切换模块全部切换断开。固定组模块根据充电电流的需要再逐步关闭连在该充电口的固定组各个模块，直到该充电口完成充电。当电动车与备用组输出充电口相连后，主控制单元根据切换组剩下的模块和与该输出充电口相连的电动车所需充电电流进行切换入相应个数模块，当模块个数不足，则以这部分模块先给该电动车充电，等常用组输出充电口有切换组模块断开时，再切入到该备用组输出充电口，直到满足该充电口所需充电电流为此，如客户对时间没有严格要求，也可直接用切换剩下的模块对该电动车进行慢充。待快充满时，按电流需求，逐步将模块断开切换出来。本发明采用了一种多模块化直流充电系统及自动切换输出模块，主要特点是根据不同电动汽车电池充电电压、电流的不同，将模块化的直流充电系统所有模块输出进行按需切换。由于电池充电的电压与充电电流是与电池的内特性直接相关，不同电池均有不同的充电曲线要求，如铅酸电池有浮充、均充等不同状态，浮充电压与均充电压不同，充电电流随着充电容量的增加是不断变化的，因而在充电过程中不同时间对充电机的功率要求也是变化的，本发明就是根据电池充电的电压电流随充电时间的变化而变化这个特点实现多输出口的直流电动车充电系统。有模块直接相连的充电口可直接对电动车进行充电，同时也可以利用有可控开关的模块进来充电，也可以利用输出一极有双向可控开关的模块进来充电，或可以利用输出正负均有双向可控开关的模块进来充电。没有模块直接相连的输出充电口，只能用有输出可控开关的模块切换进来充电，或只能用有输出正负均有双向可控开关的模块切换进来充电，或只能用有输出一极有双向可控开关的模块切换进来充电。可切换的这一部分模块的各个模块输出通过可控开关可接到不同输出充电口，这部分模块切换是根据被充电的电池充电电流的大小切换，或根据客户要求进行快充或BMS系统要求进行切换，或根据模块效率最大点范围区间进行切换。本发明系统中的每个模块的输出可以只在输出一极加双向可控开关，另一极并联在一起，如输出正加双向可控电子开关，所有输出负并联有一起，也能达到同样的效果，如图4所示。本发明系统中的输出双向可控电子开关可以选用不同的开关，如双M0SFET、继电器、接触器、可控空开等，图5就是以双MOSFET为例的一种具体应用，常用组中有部分输出充电口没有接到切换组模块。
权利要求
1.一种带备用切换的电动车充电系统，有2个及以上的整流模块和输出充电口，其特征是整流模块由固定组与切换组组成，输出充电口由常用组与备用组组成，固定组模块输出分别与常用组的每个输出充电口相连，固定组模块不与备用组相连，切换组的每个模块的输出正负极与备用组的每个输出充电口相连，且与备用组的输出充电口间都连接一组双向可控电子开关，切换组模块可部分或全部与固定组的各输出充电口相连；主控制、显示、通信单元模块分别连接各个模块和输出控制切换单元模块，输出控制切换单元模块连接于双向可控电子开关。
2.根据权利要求1所述的一种带备用切换的电动车充电系统，其特征是每个模块的输出一极连接双向可控电子开关，另一极并联在一起。
3.根据权利要求1所述的一种带备用切换的电动车充电系统，其特征是双向可控电子开关是双MOSFET、继电器、接触器或可控空开。
4.一种如权利要求1所述的带备用切换的电动车充电系统的充电方法，其特征是具有如下步骤 1)获取电动车充电所需的电压电流，开启固定组的模块，根据每个模块所能输出电流的大小，主控制单元判断固定组模块总输出电流是否能满足该充电口所需的电流或功率要求，当不能满足时，主控制单元同时控制开启切换组模块的个数，使这部分开启的模块输出电流能满足这辆电动车充电需求； 2)当所开启模块的输出电压上升至与电动车电池电压接近相等时，切换组模块同时开启这部分模块的输出可控电子开关，固定组与切换组的模块与电池相连充电； 3)当充电电量逐步上升时，主控制单元根据电流大小计算能否关闭一个模块，当关闭一个模块能满足此时的充电电流要求时，主控制单元关闭一个切换组的模块，相应的此模块的输出可控电子开关全部断开； 4)切换组的模块根据充电电流的需要逐步或同时切换至相应的充电口，切换组的模块可以逐步切换断开，直到该充电口所有的可切换模块全部切换断开，固定组模块根据充电电流的需要再逐步关闭连在该充电口的固定组各个模块，直到该充电口完成充电。
5.根据权利要求4所述的充电方法，其特征是当电动车与备用组输出充电口相连后，主控制单元根据切换组剩下的模块和与该输出充电口相连的电动车所需充电电流进行切换入相应个数模块，当模块个数不足，以这部分模块先给该电动车充电，等常用组输出充电口有切换组模块断开时，再切入到该备用组输出充电口，直到满足该充电口所需充电电流为此。
全文摘要
本发明公开一种带备用切换的电动车充电系统及充电方法，整流模块由固定组与切换组组成，输出充电口由常用组与备用组组成，固定组模块输出分别与常用组的每个输出充电口相连，切换组的每个模块的输出正负极与备用组的每个输出充电口相连，且与备用组的输出充电口间都连接一组双向可控电子开关；主控制单元同时控制开启切换组模块的个数，使开启的模块输出电流能满足这辆电动车充电需求；当所开启模块的输出电压上升至与电动车电池电压接近相等时，切换组模块同时开启这部分模块的输出可控电子开关，固定组与切换组的模块与电池相连充电；模块的利用率大幅提升，能实现快速充电要求，解决客户对充电时间的要求；提高电池的寿命。
文档编号H02J7/04GK103023105SQ20121051052
公开日2013年4月3日 申请日期2012年12月4日 优先权日2012年12月4日
发明者吴连日 申请人:江苏嘉钰新能源技术有限公司