一种功率分配装置、充电装置、设备、控制方法及系统与流程

1.本发明涉及电动汽车充电领域，特别是涉及一种功率分配装置、充电装置、设备、控制方法及系统。


背景技术：

2.电动汽车的充电站通常设有多个用于将电网输入的交流电转换为直流电的充电功率单元，及用于为充电终端(充电枪)分配充电功率单元使用的充电拓扑结构；其中，充电拓扑结构包括众多接触器，具体通过控制接触器的开通情况来为充电终端分配充电功率单元使用。
3.目前，充电拓扑结构主要采用全矩阵拓扑结构，但是，全矩阵拓扑结构所需要的接触器数量较多，一般接触器的数量是充电功率单元数量的几倍之多，导致充电拓扑结构的成本较高，同时导致接触器的软件控制逻辑较为复杂，从而导致软件的编程量较大、编程难度较高、编程效率较低。
4.因此，如何提供一种解决上述技术问题的方案是本领域的技术人员目前需要解决的问题。


技术实现要素：

5.本发明的目的是提供一种功率分配装置、充电装置、设备、控制方法及系统，功率分配装置的开关单元数量大大减少，从而降低了功率分配装置的成本，同时简化了开关的软件控制逻辑，进而减少了编程量、降低了编程难度、提高了编程效率。
6.为解决上述技术问题，本发明提供了一种功率分配装置，包括：
7.多个电流输入端；
8.至少三组第一开关单元；
9.第一线路，多组所述第一开关单元依次连接形成闭环的所述第一线路，相邻连接的所述第一开关单元之间均具有第一接线端，每个所述第一接线端至少连接一个所述电流输入端；
10.电流输出端，每个所述电流输入端均与多个所述电流输出端连接。
11.优选地，所述第一开关单元的数量为三组。
12.优选地，每个所述电流输入端均与两个所述电流输出端连接。
13.优选地，所述功率分配装置还包括：
14.至少三组第二开关单元；
15.第二线路，多组所述第二开关单元依次连接形成闭环的所述第二线路，相邻连接的所述第二开关单元之间均具有第二接线端，每个所述第二接线端至少连接一个所述电流输入端。
16.优选地，所述第二开关单元的数量为三组。
17.优选地，所述第一接线端与其在结构上对应的第二接线端，二者连接的电流输入
端对应连接的电流输出端相同。
18.为解决上述技术问题，本发明还提供了一种充电装置，包括上述任一种功率分配装置，还包括：
19.充电功率单元，所述充电功率单元与所述电流输入端连接。
20.为解决上述技术问题，本发明还提供了一种充电设备，包括上述充电装置，还包括：
21.充电终端，所述充电终端与所述电流输出端连接；其中，处于同一接线端的电流输入端对应连接的所有充电功率单元组成同一功率模块组。
22.优选地，所述充电设备还包括：
23.第三开关单元，所述电流输入端通过所述第三开关单元与所述电流输出端连接。
24.为解决上述技术问题，本发明还提供了一种控制方法，应用于上述任一种充电设备，包括：
25.将与目标终端在连接位置上最近的一功率模块组作为所述目标终端对应的供电优先级最高的功率模块组；其中，剩余的功率模块组的供电优先级按照预设顺序排序；所述目标终端为任一充电终端；
26.根据所述目标终端的功率需求及其对应的供电优先级，从空闲的所述功率模块组中确定分配给所述目标终端的目标功率模块组；
27.通过控制所述充电设备内各开关单元，将所述目标终端与所述目标功率模块组相连接，以为所述目标终端提供其所需的电能。
28.为解决上述技术问题，本发明还提供了一种控制系统，应用于上述任一种充电设备，包括：
29.供电优先级设定模块，用于将与目标终端在连接位置上最近的一功率模块组作为所述目标终端对应的供电优先级最高的功率模块组；其中，剩余的功率模块组的供电优先级按照预设顺序排序；所述目标终端为任一充电终端；
30.功率模块组分配模块，用于根据所述目标终端的功率需求及其对应的供电优先级，从空闲的所述功率模块组中确定分配给所述目标终端的目标功率模块组；
31.开关单元控制模块，用于通过控制所述充电设备内各开关单元，将所述目标终端与所述目标功率模块组相连接，以为所述目标终端提供其所需的电能。
32.本发明提供了一种功率分配装置，功率分配装置的开关单元都在闭环线路上，闭环线路上相邻的开关单元之间连接有电流输入端，且每个电流输入端均与多个电流输出端连接，结构简单，功率分配装置的开关单元数量大大减少，从而降低了功率分配装置的成本，同时简化了开关的软件控制逻辑，进而减少了编程量、降低了编程难度、提高了编程效率。
33.本发明还提供了一种充电装置、设备、控制方法及系统，与上述功率分配装置具有相同的有益效果。
附图说明
34.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对现有技术和实施例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发明的一些实施
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。
35.图1为本发明实施例提供的第一种功率分配装置的结构示意图；
36.图2为本发明实施例提供的第二种功率分配装置的结构示意图；
37.图3为本发明实施例提供的第一种充电设备的结构示意图；
38.图4为本发明实施例提供的第一种充电设备的电气连接原理图；
39.图5为本发明实施例提供的第二种充电设备的结构示意图；
40.图6为本发明实施例提供的第三种充电设备的结构示意图；
41.图7为本发明实施例提供的第三种充电设备的电气连接原理图；
42.图8为本发明实施例提供的一种控制方法的流程图；
43.图9为本发明实施例提供的一种控制系统的结构示意图。
具体实施方式
44.本发明的核心是提供一种功率分配装置、充电装置、设备、控制方法及系统，功率分配装置的开关单元数量大大减少，从而降低了功率分配装置的成本，同时简化了开关的软件控制逻辑，进而减少了编程量、降低了编程难度、提高了编程效率。
45.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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。
46.请参照图1，图1为本发明实施例提供的第一种功率分配装置的结构示意图。
47.该功率分配装置包括：
48.多个电流输入端a；
49.至少三组第一开关单元u1；
50.第一线路，多组第一开关单元u1依次连接形成闭环的第一线路，相邻连接的第一开关单元u1之间均具有第一接线端b，每个第一接线端b至少连接一个电流输入端a；
51.电流输出端，每个电流输入端a均与多个电流输出端连接。
52.具体地，在功率分配装置中，包括多个电流输入端a及电流输出端；其中，每个电流输入端a均与多个电流输出端连接(当然，每个电流输入端a也可只连接一个电流输出端，本技术在此不做特别的限定)，电流输入端a用于连接充电功率单元，电流输出端用于连接充电终端。
53.在功率分配装置中，还包括第一开关单元u1，第一开关单元u1的数量为至少三组，多组第一开关单元u1依次连接形成闭环的第一线路。相邻连接的第一开关单元u1之间均具有第一接线端b，每个第一接线端b均至少连接一个电流输入端a。
54.可见，功率分配装置的开关单元都在闭环线路上，闭环线路上相邻的开关单元之间连接有电流输入端，且每个电流输入端均与多个电流输出端连接，结构简单，功率分配装置的开关单元数量大大减少，从而降低了功率分配装置的成本，同时简化了开关的软件控制逻辑，进而减少了编程量、降低了编程难度、提高了编程效率。
55.在上述实施例的基础上：
56.作为一种可选的实施例，第一开关单元u1的数量为三组。
57.具体地，本技术的第一开关单元u1的数量为三组，当然，本技术的第一开关单元u1的数量也可大于三组，本技术在此不做特别的限定。
58.作为一种可选的实施例，每个电流输入端a均与两个电流输出端连接。
59.具体地，本技术的每个电流输入端a均与两个电流输出端连接。当本技术的第一开关单元u1的数量为三组时，第一接线端b有3个，电流输出端有6个，6个电流输出端可一一连接6个充电终端。
60.请参照图2，图2为本发明实施例提供的第二种功率分配装置的结构示意图。
61.作为一种可选的实施例，功率分配装置还包括：
62.至少三组第二开关单元u2；
63.第二线路，多组第二开关单元u2依次连接形成闭环的第二线路，相邻连接的第二开关单元u2之间均具有第二接线端c，每个第二接线端c至少连接一个电流输入端a。
64.进一步地，在功率分配装置中，还包括第二开关单元u2，第二开关单元u2的数量为至少三组，多组第二开关单元u2依次连接形成闭环的第二线路。相邻连接的第二开关单元u2之间均具有第二接线端c，每个第二接线端c均至少连接一个电流输入端a。
65.作为一种可选的实施例，第二开关单元u2的数量为三组。
66.具体地，本技术的第二开关单元u2的数量为三组，当然，本技术的第二开关单元u2的数量也可大于三组，本技术在此不做特别的限定。
67.作为一种可选的实施例，第一接线端b与其在结构上对应的第二接线端c，二者连接的电流输入端a对应连接的电流输出端相同。
68.具体地，当本技术的第一开关单元u1的数量为三组时，第一接线端b有3个；当本技术的第二开关单元u2的数量为三组时，第二接线端c有3个。3个第一接线端b与3个第二接线端c一一对应，且第一接线端b与其在结构上对应的第二接线端c，二者连接的电流输入端a对应连接的电流输出端相同，即第一接线端b与其在结构上对应的第二接线端c，二者对应连接的充电终端相同。
69.若每个电流输入端a均与两个电流输出端连接，则当本技术的第一开关单元u1的数量为三组、第二开关单元u2的数量为三组时，电流输出端共有6个，6个电流输出端可一一连接6个充电终端。
70.本技术还提供了一种充电装置，包括上述任一种功率分配装置，还包括：
71.充电功率单元，充电功率单元与电流输入端a连接。
72.具体地，本技术的充电装置包括功率分配装置和充电功率单元，充电功率单元与功率分配装置内的电流输入端a连接。更具体地，在功率分配装置中，每个电流输入端a均可连接一个充电功率单元，当然，每个电流输入端a也可连接多个充电功率单元或不连接充电功率单元，本技术在此不做特别的限定。
73.本技术提供的充电装置内功率分配装置的介绍请参照上述功率分配装置的实施例，本技术在此不再赘述。
74.本技术还提供了一种充电设备，包括上述充电装置，还包括：
75.充电终端，充电终端与电流输出端连接；其中，处于同一接线端的电流输入端a对应连接的所有充电功率单元组成同一功率模块组。
76.具体地，本技术的充电设备包括充电装置和充电终端(如充电枪)，充电终端与功率分配装置内的电流输出端连接。更具体地，在功率分配装置中，每个电流输出端均可连接一个充电终端，或者多个电流输出端可连接同一充电终端，本技术在此不做特别的限定。
77.需要说明的是，处于同一接线端的电流输入端a对应连接的所有充电功率单元组成同一功率模块组。比如，同一个第一接线端b至少连接一个电流输入端a，这些电流输入端a连接的所有充电功率单元组成同一功率模块组；同一个第二接线端c至少连接一个电流输入端a，这些电流输入端a连接的所有充电功率单元组成同一功率模块组。
78.作为一种可选的实施例，充电设备还包括：
79.第三开关单元u3，电流输入端a通过第三开关单元u3与电流输出端连接。
80.进一步地，本技术的充电设备还包括第三开关单元u3，电流输入端a通过至少一个第三开关单元u3与电流输出端连接。
81.具体地，当每个电流输入端a均与两个电流输出端连接时，可得到如图3所示的充电设备，图4为如图3所示的充电设备的电气连接原理图。充电设备包括6个充电终端(用“m”表示)、3个功率模块组(用“p”表示)及9组开关单元(用“k”表示)。当然，每个电流输入端a也可只连接一个电流输出端，如图5所示，充电设备包括3个充电终端(用“m”表示)、3个功率模块组(用“p”表示)及6组开关单元(用“k”表示)。需要说明的是，每组开关单元包含两个开关单元，两个开关单元均用 、-分开表示，比如，第一组开关单元k1中一个开关单元用k1 表示，另一个开关单元用k1-表示(其它组开关单元也是如此表示，本技术在此不再赘述)。基于如图3所示的充电设备，每个充电终端均能够直接调用所有功率模块组。
82.另外，按照上述实施例的介绍也可得到如图6所示的充电设备，图7为如图6所示的充电设备的电气连接原理图。充电设备包括6个充电终端(用“m”表示)、6个功率模块组(用“p”表示)及16组开关单元(用“k”表示)。基于如图6所示的充电设备，每个充电终端均能够直接调用所有功率模块组，且每个充电终端均至少能分配到一个充电功率组。
83.本技术提供的充电设备内充电装置的介绍请参照上述充电装置的实施例，本技术在此不再赘述。
84.请参照图8，图8为本发明实施例提供的一种控制方法的流程图。
85.该控制方法应用于上述任一种充电设备(以下实施例的介绍均以如图3所示的充电设备为例，如图6所示的充电设备的充电原理与之类似，相互参照即可，本技术在此不再赘述)，包括：
86.步骤s1：将与目标终端在连接位置上最近的一功率模块组作为目标终端对应的供电优先级最高的功率模块组；其中，剩余的功率模块组的供电优先级按照预设顺序排序。
87.具体地，本技术分别为各充电终端设置各功率模块组的供电优先级，即分别为各充电终端设置各功率模块组的供电顺序，对于目标终端(任一充电终端)来说，供电优先级高的功率模块组优先为目标终端供电。比如，本技术可将与目标终端在连接位置上最近的一功率模块组作为目标终端对应的供电优先级最高的功率模块组，剩余的功率模块组的供电优先级根据预设顺序排列。
88.更具体地，本技术可将与第一线路连接的功率模块组，按照其在闭环线路的连接位置进行顺时针方向编号。则对于所述目标终端来说，除供电优先级最高的功率模块组之外，剩余的功率模块组的编号越大，供电优先级越低(也可以是剩余的功率模块组能提供的
功率值越大，供电优先级越高)。
89.如图3所示，与第一线路连接的功率模块组为p1、p2、p3，三者按照其在闭环线路的连接位置进行顺时针方向编号，功率模块组p1的编号为1，功率模块组p2的编号为2，功率模块组p3的编号为3。与充电终端m1、m4在连接位置上最近的功率模块组为p1，与充电终端m2、m5在连接位置上最近的功率模块组为p2，与充电终端m3、m6在连接位置上最近的功率模块组为p3。
90.则功率模块组p1为充电终端m1、m4对应的供电优先级最高的功率模块组，剩余的功率模块组的供电优先级从高到低为：p2、p3。功率模块组p2为充电终端m2、m5对应的供电优先级最高的功率模块组，剩余的功率模块组的供电优先级从高到低为：p1、p3。功率模块组p3为充电终端m3、m6对应的供电优先级最高的功率模块组，剩余的功率模块组的供电优先级从高到低为：p1、p2，具体可参照下表1：
91.表1
[0092][0093]
步骤s2：根据目标终端的功率需求及其对应的供电优先级，从空闲的功率模块组中确定分配给目标终端的目标功率模块组。
[0094]
具体地，本技术可根据目标终端的功率需求及目标终端对应的供电优先级，从空闲的功率模块组中确定分配给目标终端的目标功率模块组。
[0095]
步骤s3：通过控制充电设备内各开关单元，将目标终端与目标功率模块组相连接，以为目标终端提供其所需的电能。
[0096]
具体地，本技术在确定分配给目标终端的目标功率模块组之后，通过控制充电设备内各开关单元，将目标终端与目标功率模块组相连接，从而为目标终端提供其所需的电能。
[0097]
作为一种可选的实施例，根据目标终端的功率需求及其对应的供电优先级，从空闲的功率模块组中确定分配给目标终端的目标功率模块组的过程，包括：
[0098]
根据目标终端的功率需求及空闲的功率模块组总数量，确定分配给目标终端的功率模块组数量；其中，不同功率模块组内包含的充电功率单元数量相同；
[0099]
根据目标终端对应的供电优先级及确定分配的功率模块组数量，从空闲的功率模块组中确定分配给目标终端的目标功率模块组。
[0100]
具体地，本技术可根据目标终端的功率需求及空闲的功率模块组总数量，确定分配给目标终端的功率模块组数量。具体地，不同功率模块组内包含的充电功率单元数量相同，所以每个功率模块组所能提供的功率值相同。可以理解的是，在已知每个功率模块组所能提供的功率值的情况下，根据目标终端的功率需求及空闲的功率模块组总数量，可确定分配给目标终端的功率模块组数量(数量分配依据：在分配给目标终端的功率模块组数量不超过空闲的功率模块组总数量的情况下，最大程度满足目标终端的功率需求)。
[0101]
然后，本技术根据目标终端对应的功率模块组数量，按照目标终端对应的供电优先级由高到低的顺序，从空闲的功率模块组中依次确定出分配给目标终端的目标功率模块组，以供目标终端使用。
[0102]
作为一种可选的实施例，根据目标终端的功率需求及空闲的功率模块组总数量，确定分配给目标终端的功率模块组数量的过程，包括：
[0103]
根据预设充电优先级设定策略确定各充电终端的充电优先级；
[0104]
在预设约束条件下，根据各充电终端的功率需求及空闲的功率模块组总数量，相应确定分配给各充电终端的功率模块组数量；其中，预设约束条件包括优先满足充电优先级较高的充电终端的功率需求，以及优先将有功率需求的各充电终端对应的供电优先级最高的且空闲的功率模块组相应分配给各所述充电终端。
[0105]
具体地，本技术提前设置一个充电优先级设定策略，可以为：先接入待充电设备(电动汽车)的充电终端的充电优先级较高，优先满足充电优先级较高的充电终端的功率需求；也可以为：直接设定好各充电终端的充电优先级，一旦设定好，各充电终端的充电优先级便固定不变。
[0106]
基于此，本技术根据预设充电优先级设定策略确定各充电终端的充电优先级，然后在优先满足充电优先级较高的充电终端的功率需求，以及优先将有功率需求的各充电终端对应的供电优先级最高的且空闲的功率模块组相应分配给各所述充电终端的约束下，根据各充电终端的功率需求及空闲的功率模块组总数量，相应确定分配给各充电终端的功率模块组数量。
[0107]
作为一种可选的实施例，根据目标终端对应的供电优先级及功率模块组数量，从空闲的功率模块组中确定分配给目标终端的目标功率模块组的过程，包括：
[0108]
优先将有功率需求的各充电终端对应的供电优先级最高的且空闲的功率模块组相应分配给各充电终端；
[0109]
在已分配供电优先级最高的功率模块组的基础上，按照充电优先级由高到低的顺序，依次根据有功率需求的各充电终端对应的供电优先级及功率模块组数量，为有功率需求的各充电终端分配剩余空闲的功率模块组。
[0110]
具体地，本技术优先将有功率需求的各充电终端对应的供电优先级最高的且空闲
的功率模块组相应分配给各充电终端，然后在已分配供电优先级最高的功率模块组的基础上，按照充电优先级由高到低的顺序，依次根据有功率需求的各充电终端对应的供电优先级及功率模块组数量，为有功率需求的各充电终端分配剩余空闲的功率模块组。
[0111]
以充电终端m1、m2为例，充电终端m1的充电优先级高于充电终端m2，若充电终端m1、m2有功率需求，则优先将充电终端m1对应的供电优先级最高的功率模块组p1分配给充电终端m1、将充电终端m2对应的供电优先级最高的功率模块组p2分配给充电终端m2，然后在已分配供电优先级最高的功率模块组的基础上，先根据充电终端m1对应的供电优先级及功率模块组数量，按照充电优先级由高到低的顺序，为充电终端m1分配剩余空闲的功率模块组(跳过已经被分配的功率模块组)，再根据充电终端m2对应的供电优先级及功率模块组数量，按照充电优先级由高到低的顺序，为充电终端m2分配剩余空闲的功率模块组(跳过已经被分配的功率模块组)，具体几种分配情况如下表2所示：
[0112]
表2
[0113][0114]
进一步地，本技术还可在目标终端的功率需求降低时，根据目标终端降低的功率需求，确定目标终端需断开的功率模块组数量，然后根据目标终端需断开的功率模块组数量，控制各开关单元优先断开目标终端与其对应的供电优先级较低的功率模块组的连接，从而满足目标终端降低后的功率需求。
[0115]
比如，以充电终端m1为例，若充电终端m1有功率需求，确定充电终端m1分配3个功率模块组，如上述表1的m1一行的情况，则为充电终端m1分配的3个功率模块组为p1、p2、p3。在充电终端m1的功率需求降低时，根据充电终端m1降低的功率需求确定充电终端m1需断开的功率模块组数量，然后根据充电终端m1需断开的功率模块组数量，控制各开关单元优先断开充电终端m1与其对应的供电优先级较低的功率模块组的连接，如充电终端m1需断开的功率模块组数量为2个，则控制各开关单元优先断开充电终端m1与功率模块组p2、p3的连接。
[0116]
另外，本技术还可在充电系统中有功率模块组释放时，判断各充电终端中是否存在不满足功率需求的待优化终端，若存在不满足功率需求的待优化终端，则根据预设充电优先级设定策略确定各待优化终端的充电优先级，并按照充电优先级由高到低的顺序，依
次根据各待优化终端对应的供电优先级，为各待优化终端分配释放的功率模块组，且控制各开关单元接通新分配的功率模块组与其对应的待优化终端的连接线路，直到各待优化终端满足功率需求。需要说明的是，对于任一处于等待中的充电终端，只有当自身对应的供电优先级最高的功率模块组释放后，该充电终端才可以调用空闲的功率模块组使用，否则继续处于等待中。待各充电终端均充电结束后，断开所有开关单元，释放功率模块组。
[0117]
比如，以充电终端m1、m2、m3、m4为例，充电终端m1、m2、m3、m4的充电优先级从高到低依次是m1、m2、m3、m4。若充电终端m1、m2、m3、m4有功率需求，则优先将充电终端m1对应的供电优先级最高的功率模块组p1分配给充电终端m1、将充电终端m2对应的供电优先级最高的功率模块组p2分配给充电终端m2、将充电终端m3对应的供电优先级最高的功率模块组p3分配给充电终端m3，此时充电终端m4没有功率模块组可分配，处于等待状态，待功率模块组p1释放时，则调用功率模块组p1对充电终端m4充电，如下表3所示：
[0118]
表3
[0119][0120][0121]
请参照图9，图9为本发明实施例提供的一种控制系统的结构示意图。
[0122]
该控制系统应用于上述任一种充电设备，包括：
[0123]
供电优先级设定模块1，用于将与目标终端在连接位置上最近的一功率模块组作
为目标终端对应的供电优先级最高的功率模块组；其中，剩余的功率模块组的供电优先级按照预设顺序排序；目标终端为任一充电终端；
[0124]
功率模块组分配模块2，用于根据目标终端的功率需求及其对应的供电优先级，从空闲的功率模块组中确定分配给目标终端的目标功率模块组；
[0125]
开关单元控制模块3，用于通过控制充电设备内各开关单元，将目标终端与目标功率模块组相连接，以为目标终端提供其所需的电能。
[0126]
本技术提供的控制系统的介绍请参照上述控制方法的实施例，本技术在此不再赘述。
[0127]
还需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
[0128]
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其他实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。