充电桩系统的制作方法

1.本发明涉及充电技术领域，具体涉及一种充电桩系统。


背景技术：

2.当前我国的电动汽车行业发展如日中天，充电桩作为“新基建”行业仍处于快速发展期，充电桩的保有量也呈逐年上涨的态势。尽管发展势头强劲，充电桩对电动汽车充电所需时间过长的问题仍困扰着用户，如何实现快速充电成为电动汽车行业的发展瓶颈。
3.相关技术中，充电桩系统一般包括n个整流模块和k个充电桩，n个整流模块均接到交流母线上。在整流模块和充电桩之间可以设置充电桩功率分配单元以对充电桩功率进行动态调节。然而，该充电桩系统交直流能量变换损耗高，配用电灵活性差。


技术实现要素：

4.本发明为解决上述技术问题，提供了一种充电桩系统，接入多个直流微网单元，并通过功率分配单元根据直流微网单元的带载能力和直流功率变换单元的功率需求改变内部连接结构，不仅提高了系统配置的灵活性，而且大大降低了能量变换损耗。
5.本发明采用的技术方案如下：
6.一种充电桩系统，包括：m个直流微网单元、直流母线功率分配单元、n个直流功率变换单元、充电桩功率分配单元和k个充电桩，m、n和k均为正整数，其中，所述直流母线功率分配单元的输入侧分别与所述m个直流微网单元相连，所述直流母线功率分配单元的输出侧分别与所述n个直流功率变换单元的一侧相连相连，所述充电桩功率分配单元的输入侧与所述n个直流功率变换单元的另一侧相连，所述充电桩功率分配单元的输出侧与所述k个充电桩相连；其中，所述直流母线功率分配单元用于获取所述m个直流微网单元的带载能力和所述n个直流功率变换单元的功率需求，并根据所述m个直流微网单元的带载能力和所述n个直流功率变换单元的功率需求选择相应的连接策略，以及根据所述连接策略控制所述m个直流微网单元与所述n个直流功率变换单元对应连接，所述充电桩功率分配单元用于将所述n个直流功率变换单元输出的充电功率输入至相应的充电桩。
7.所述直流母线功率分配单元包括：交互电路、开关电路以及分别与所述交互电路和所述开关电路相连的控制器，其中，所述交互电路用于获取所述m个直流微网单元的带载能力和所述n个直流功率变换单元的功率需求；所述控制器用于根据所述m个直流微网单元的带载能力和所述n个直流功率变换单元的功率需求选择相应的连接策略，并根据所述连接策略对所述开关电路进行相应的控制，以控制所述m个直流微网单元与所述n个直流功率变换单元对应连接。
8.所述直流母线功率分配单元还包括：采样电路，所述采样电路用于采集所述m个直流微网单元和所述n个直流功率变换单元的电气信号；其中，所述控制器还用于根据所述m个直流微网单元的带载能力、所述n个直流功率变换单元的功率需求和所述电气信号选择相应的连接策略，并根据所述连接策略对所述开关电路进行相应的控制，以控制所述m个直
流微网单元与所述n个直流功率变换单元对应连接。
9.所述直流微网单元包括：第一直流源、第二直流源、第一直流功率变换器、逆变器和交流源；其中，所述第二直流源的输出直接作为直流母线；所述第一直流源经过所述第一直流功率变换器接入所述直流母线；所述交流源经过所述逆变器接入所述直流母线。
10.本发明的有益效果：
11.本发明接入多个直流微网单元，并通过功率分配单元根据直流微网单元的带载能力和直流功率变换单元的功率需求改变内部连接结构，不仅提高了系统配置的灵活性，而且大大降低了能量变换损耗。
附图说明
12.图1为本发明实施例的充电桩系统的结构示意图；
13.图2为本发明一个实施例的直流微网单元的方框示意图；
14.图3为本发明一个实施例的直流母线功率分配单元的方框示意图；
15.图4为本发明一个具体实施例的充电桩系统的结构示意图；
16.图5为本发明另一个实施例的直流母线功率分配单元的方框示意图。
具体实施方式
17.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
18.图1是根据本发明实施例的充电桩系统的结构示意图。
19.如图1所示，本发明实施例的充电桩系统可包括：m个直流微网单元100、直流母线功率分配单元200、n个直流功率变换单元300、充电桩功率分配单元400和k个充电桩500，m、n和k均为正整数。
20.其中，直流母线功率分配单元200的输入侧分别与m个直流微网单元100相连，即，直流母线功率分配单元200的输入侧分别与第一直流微网单元100、第二直流微网单元100、
……
、第m直流微网单元100相连，其连接的直流母线分别为第一直流母线dc1、第二直流母线dc2、
……
、第m直流母线dcm，直流母线功率分配单元200的输出侧分别与n个直流功率变换单元300的一侧相连，即，直流母线功率分配单元200的输出侧分别与第一直流功率变换单元300、第二直流功率变换单元300、
……
、第n直流功率变换单元300的一侧相连，充电桩功率分配单元400的输入侧与n个直流功率变换单元300的另一侧相连，充电桩功率分配单元400的输出侧与k个充电桩500相连，即，充电桩功率分配单元400的输入侧与第一直流功率变换单元300、第二直流功率变换单元300、
……
、第n直流功率变换单元300的另一侧相连，充电桩功率分配单元400的输出侧与第一充电桩500、第二充电桩500、
……
、第k充电桩500相连；其中，直流母线功率分配单元200用于获取m个直流微网单元100的带载能力和n个直流功率变换单元300的功率需求，并根据m个直流微网单元100的带载能力和n个直流功率变换单元300的功率需求选择相应的连接策略，以及根据连接策略控制m个直流微网单元100与n个直流功率变换单元300对应连接，充电桩功率分配单元400用于将n个直流功率变
换单元300输出的充电功率输入至相应的充电桩500。
21.根据本发明的一个实施例，如图2所示，直流微网单元100包括：第一直流源110、第二直流源120、第一直流功率变换器130、逆变器140和交流源150；其中，第二直流源120的输出直接作为直流母线；第一直流源110经过第一直流功率变换器130接入直流母线；交流源150经过逆变器140接入直流母线。其中，第二直流源120可为储能电池。
22.具体而言，m个直流微网单元100中的每个直流微网单元100均可包括第一直流源110、第二直流源120、第一直流功率变换器130、逆变器140和交流源150，对应的，直流母线可为第一直流母线dc1、第二直流母线dc2、
……
、第m直流母线dcm。
23.根据本发明的一个实施例，如图3所示，直流母线功率分配单元200可包括：交互电路210、开关电路220以及分别与交互电路210和开关电路220相连的控制器230，其中，交互电路210用于获取m个直流微网单元100的带载能力和n个直流功率变换单元300的功率需求；控制器230用于根据m个直流微网单元100的带载能力和n个直流功率变换单元300的功率需求选择相应的连接策略，并根据连接策略对开关电路220进行相应的控制，以控制m个直流微网单元100与n个直流功率变换单元300对应连接。
24.其中，开关电路220可包括若干个开关器件和驱动电路，其中，开关器件可为继电器、直流接触器、电子开关中的一种或多种的组合。
25.具体而言，交互电路210可分别与m个直流微网单元100和n个直流功率变换单元300进行通信，以获取m个直流微网单元100的带载能力和n个直流功率变换单元300的功率需求，并将m个直流微网单元100的带载能力和n个直流功率变换单元300的功率需求输入控制器230。此时，控制器300可根据m个直流微网单元100的带载能力和n个直流功率变换单元300的功率需求选择相应的连接策略，并根据连接策略对开关电路220进行相应的控制，以控制m个直流微网单元100与n个直流功率变换单元300对应连接。
26.在本发明的一个具体实施例中，以720kw的充电桩系统为例，其系统结构如图4所示，其中，m＝3，n＝24，k＝6，各部件的功率信息如表1所示，
27.表1
28.类型功率数量直流微网单元60～360kw3直流功率变换单元30kw24充电桩120kw6
29.其中，充电桩满载工作时，功率需求为720kw。
30.作为一种可能的实施方式，第一直流母线dc1、第二直流母线dc2和第三直流母线dc3均能提供60～360kw的功率。对应的，控制器230获取到的3个直流微网单元100的带载能力为：第一直流母线dc1、第二直流母线dc2和第三直流母线dc3均为60～360kw，控制器230获取到的24个直流功率变换单元的功率需求均为30kw，此时，控制器230可对开关电路220进行相应的控制，以使第一至第八直流功率变换单元300连接至第一直流母线dc1，第九至第十六直流功率变换单元300连接至第二直流母线dc2，第十七至第二十四直流功率变换单元300连接至第三直流母线dc3，即每个直流母线实际分配负载是一样的，均为8个直流功率变换单元。
31.作为另一种可能的实施方式，第一直流母线dc1限额运行，其带载能力仅为60kw，
控制器230获取到的3个直流微网单元100的带载能力为：第一直流母线dc1为60kw，第二直流母线dc2和第三直流母线dc3均为60～360kw，控制器230获取到的24个直流功率变换单元的功率需求均为30kw，此时，控制器230可对开关电路220进行相应的控制，以使第一和第二直流功率变换单元300连接至第一直流母线dc1，第三至第十三直流功率变换单元300连接至第二直流母线dc2，第十四至第二十四直流功率变换单元300连接至第三直流母线dc3。
32.作为又一种可能的实施方式，第一直流母线dc1故障，无法带载，控制器230获取到的3个直流微网单元100的带载能力为：第一直流母线dc1为0，第二直流母线dc2和第三直流母线dc3均为60～360kw，控制器230获取到的24个直流功率变换单元的功率需求均为30kw，此时，控制器230可对开关电路220进行相应的控制，以使第一至第十二直流功率变换单元300连接至第二直流母线dc2，第十三至第二十四直流功率变换单元300连接至第三直流母线dc3，即第一直流母线dc1不带载，第二直流母线dc2和第三直流母线dc3均被分配12个直流功率变换单元。
33.需要说明的是，也可为其他直流母线限额或者故障无法带载，其控制方式可参照上述实施例，为避免冗余，在此不再详述。
34.由此，本发明提出的一种多直流母线的充电桩系统，可以接入多个直流微网单元，功率分配单元会根据充电桩功率需求改变内部连接结构，提高了系统配置的灵活性，并且在任意微网单元故障时，功率分配单元会将其旁路，从而提高了系统的容错能力和可靠性。
35.根据本发明的一个实施例，如图5所示，直流母线功率分配单元200还包括：采样电路240，采样电路240用于采集m个直流微网单元100和n个直流功率变换单元300的电气信号；其中，控制器230还用于根据m个直流微网单元100的带载能力、n个直流功率变换单元300的功率需求和电气信号选择相应的连接策略，并根据连接策略对开关电路220进行相应的控制，以控制m个直流微网单元100与n个直流功率变换单元300对应连接。
36.具体而言，可先通过采样电路240采集m个直流微网单元100和n个直流功率变换单元300的电气信号，例如，m个直流微网单元100和n个直流功率变换单元300输入/输出的电压、电流等电气信号，并根据电气信号判断m个直流微网单元100和n个直流功率变换单元300的运行状态，即判断m个直流微网单元100和n个直流功率变换单元300是否正常运行，然后，控制器230根据m个直流微网单元100的带载能力和n个直流功率变换单元300的功率需求，并结合相应的运行状态选择相应的连接策略，并根据连接策略对开关电路220进行相应的控制，以控制m个直流微网单元100与n个直流功率变换单元300对应连接，具体的控制方式可参照上述实施例。
37.需要说明的是，在控制器230执行完相应的控制策略后，采样电路240还可采集m个直流微网单元100和n个直流功率变换单元300的电气信号，以根据电气信号判断是否正常连接，从而确保系统的可靠性。
38.综上所述，根据本发明实施例的充电桩系统，由m个直流微网单元、直流母线功率分配单元、n个直流功率变换单元、充电桩功率分配单元和k个充电桩组成，直流母线功率分配单元的输入侧分别与m个直流微网单元相连，直流母线功率分配单元的输出侧分别与n个直流功率变换单元的一侧相连相连，充电桩功率分配单元的输入侧与n个直流功率变换单元的另一侧相连，充电桩功率分配单元的输出侧与k个充电桩相连；其中，直流母线功率分配单元用于获取m个直流微网单元的带载能力和n个直流功率变换单元的功率需求，并根据
m个直流微网单元的带载能力和n个直流功率变换单元的功率需求选择相应的连接策略，以及根据连接策略控制m个直流微网单元与n个直流功率变换单元对应连接，充电桩功率分配单元用于将n个直流功率变换单元输出的充电功率输入至相应的充电桩。由此，接入多个直流微网单元，并通过功率分配单元根据直流微网单元的带载能力和直流功率变换单元的功率需求改变内部连接结构，不仅提高了系统配置的灵活性，而且大大降低了能量变换损耗。
39.在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
40.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
41.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
42.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必针对相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
43.应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(pga)，现场可编程门阵列(fpga)等。
44.本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。
45.此外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机
可读取存储介质中。
46.上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。