一种电动汽车功率共享群充系统及其方法

摘要

本发明涉及一种电动汽车功率共享群充系统及其方法，该系统包括功率变流站，功率变流站的输入端分别连接至储能电池和交流电网，功率变流站的输出端连接有多个对应于不同充电车位的充电桩，功率变流站和充电桩分别连接至控制器，功率变流站用于对储能电池输出的直流电能进行DC/DC变换、对交流电网输出的交流电能进行AC/DC变换，以输出可充直流电能给充电桩；控制器根据待充电汽车的充电功率，以分别控制功率变流站和各个充电桩的工作状态。与现有技术相比，本发明能够根据电动汽车需要的充电功率进行自动功率分配，以同时对不同电动汽车进行按需充电，有效解决电动汽车群充电的问题。

说明书

技术领域

本发明涉及电动汽车充电技术领域，尤其是涉及一种电动汽车功率共享群充系统及其方法。

背景技术

随着人们的环保意识逐步加强和新时代社会发展对环境保护的需求，电动汽车越来越受到人们的重视。我国电动汽车数量远大于充电桩数量，截止到2019年12月，我国整体的车桩比为3.4:1，远低于《电动汽车充电基础设施发展指南(2015-2020)》规划的1:1，因此当前迫切需要加快充电桩建设、提高充电桩利用率。

充电桩主要由桩体、电气模块、计量模块等部分组成，一般具有电能计量、计费、通信、控制等功能，根据充电功率的不同，可以将充电桩分为直流快充和交流慢充两类。目前的充电桩电力一般来源于电网，电动汽车充电桩的供电模式一般由配电室统一分配，充电桩多为一体式，即一桩一车位、一桩一功率。当有多辆不同充电需求的电动汽车同时充电时，这种充电方式容易造成电力负荷需求变大，无法解决电动汽车群充电问题。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种电动汽车功率共享群充系统及其方法，以有效解决电动汽车群充电问题。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种电动汽车功率共享群充系统，包括功率变流站，所述功率变流站的输入端分别连接至储能电池和交流电网，所述功率变流站的输出端连接有多个对应于不同充电车位的充电桩，所述功率变流站和充电桩分别连接至控制器，所述功率变流站用于对储能电池输出的直流电能进行DC/DC变换、对交流电网输出的交流电能进行AC/DC变换，以输出可充直流电能给充电桩；

所述控制器根据待充电汽车的充电功率，以分别控制功率变流站和各个充电桩的工作状态。

进一步地，所述功率变流站包括直流-直流变换模块和交流-直流变换模块，所述直流-直流变换模块包括多个并联的DC/DC变换单元，所述交流-直流变换模块包括多个并联的AC/DC变换单元，一个DC/DC变换单元由多个并联的DC/DC变换器构成，一个AC/DC变换单元由多个并联的AC/DC变换器构成。

进一步地，所述DC/DC变换单元对应连接有PDU(Power Distribution Unit，电源分配单元)开关矩阵，所述PDU开关矩阵中各开关元素对应于DC/DC变换单元的各DC/DC变换器。

进一步地，所述AC/DC变换单元对应连接有PDU(Power Distribution Unit，电源分配单元)开关矩阵，所述PDU开关矩阵中各开关元素对应于AC/DC变换单元的各AC/DC变换器。

进一步地，所述储能电池分别与光伏发电单元和风力发电单元连接。

进一步地，所述储能电池通过逆变器连接至交流电网，所述逆变器的控制端与控制器连接，由控制器对应控制逆变器的工作状态。

进一步地，所述充电桩位置设置有摄像头，所述摄像头与控制器连接，用于拍摄充电桩位置的待充电汽车图片，并将该图片发送至控制器，由控制器识别出待充电汽车的汽车型号，并得到对应的充电功率数据。

进一步地，所述控制器连接有数据库，所述数据库内存储有多个对应于不同汽车型号的电动汽车图像数据集以及对应于不同汽车型号的电动汽车充电功率数据。

一种电动汽车功率共享群充方法，包括以下步骤：

S1、控制器获取当前充电桩位置的电动汽车充电功率数据；

S2、根据电动汽车充电功率数据，控制器首先判断储能电池的电量是否大于电动汽车充电功率数据，若判断为是，则执行步骤S3，否则执行步骤S4；

S3、根据电动汽车充电功率数据，控制器对功率变流站内直流-直流变换模块中各DC/DC变换单元进行功率分配，并对应控制与DC/DC变换单元连接的PDU开关矩阵中各开关元素的导通与关断，以从储能电池获取电能给电动汽车进行充电；

控制器实时监测处于工作状态的DC/DC变换器是否发生损坏，若监测到某个处于工作状态的DC/DC变换器发生损坏，则随机启用其余的DC/DC变换器作为替补，同时对应控制PDU开关矩阵中开关元素的导通与关断，以保证从储能电池获取的电能持续稳定；

S4、根据电动汽车充电功率数据，控制器对功率变流站内交流-直流变换模块中各AC/DC变换单元进行功率分配，并对应控制与AC/DC变换单元连接的PDU开关矩阵中各开关元素的导通与关断，以从交流电网获取电能给电动汽车进行充电；

控制器实时监控处于工作状态的AC/DC变换器是否发生损坏，若监测到某个处于工作状态的AC/DC变换器发生损坏，则随机启用其余的AC/DC变换器作为替补，同时对应控制PDU开关矩阵中开关元素的导通与关断，以保证从交流电网获取的电能持续稳定。

进一步地，所述步骤S1具体包括以下步骤：

S11、控制器获取充电桩位置的待充电汽车的图像；

S12、控制器将获取的图像与数据库内的电动汽车图像数据集进行比对，通过图像识别，以确定待充电汽车的汽车型号；

S13、根据待充电汽车的汽车型号，控制器从数据库内搜索得到待充电汽车对应的充电功率数据。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

一、本发明通过设置功率变流站，将功率变流站的输入端分别连接至储能电池和交流电网，将功率变流站的输出端连接有多个对应于不同充电车位的充电桩，利用功率变流站对储能电池输出的直流电能进行DC/DC变换、对交流电网输出的交流电能进行AC/DC变换，以输出可充直流电能给充电桩；并利用控制器分别控制功率变流站和各个充电桩的工作状态，使得不同充电桩能够同时对不同电动汽车进行充电，实现功率共享群充电的目的。

二、本发明将多个DC/DC变换器并联构成DC/DC变换单元，再将多个DC/DC变换单元并联构成直流-直流变换模块；将AC/DC变换器并联构成AC/DC变换单元，再将多个AC/DC变换单元并联构成交流-直流变换模块；并将各DC/DC变换单元及各AC/DC变换单元对应连接至PDU开关矩阵，使得PDU开关矩阵中的各开关元素与DC/DC变换器、AC/DC变换器一一对应，在控制器的控制作用下，当获知待充电汽车的充电功率数据后，能够实现功率自动分配、自动启用DC/DC变换器或AC/DC变换器的目的，从而增加充电桩充电功率的多样性，以满足不同电动汽车的充电需求。

三、本发明通过采集充电桩位置待充电汽车的图像，基于图像识别技术，能够自动、快速、准确获知待充电汽车的型号以及对应的充电功率，结合控制器对功率变流站工作状态的控制，保证功率自动分配的准确性，使得不同的电动汽车能够准确地按需获得电能。

四、本发明采用变换器并联的方式，利用控制器实时监测处于工作状态的DC/DC变换器或AC/DC变换器是否发生损坏，一旦某个变换器发生损坏，则自动启用其余的变换器，由此保证充电功率的稳定性。

附图说明

图1为本发明的系统结构示意图；

图2为实施例中充电桩充电原理示意图；

图3为实施例中功率变流站的结构示意图；

图4为本发明的方法流程示意图；

图中标记说明：1、功率变流站，2、储能电池，3、交流电网，4、充电桩，5、控制器，101、直流-直流变换模块，102、交流-直流变换模块。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例

如图1所示，一种电动汽车功率共享群充系统，包括功率变流站1，功率变流站1的输入端分别连接至储能电池2和交流电网3，功率变流站1的输出端连接有多个对应于不同充电车位的充电桩4，功率变流站1和充电桩4分别连接至控制器5，本实施例中，如图2所示，储能电池2分别与光伏发电单元和风力发电单元连接，储能电池2还通过逆变器(DC/AC)连接至交流电网3，利用光伏发电和风力发电构成风光互补清洁发电系统，当风光互补系统发电电量不足时，充电桩4从交流电网3获取电能给电动汽车充电，以确保电动汽车能随时充电；当风光互补发电系统电能多余时，则可以将储能电池2存储的电能逆变回馈给交流电网3。其中，逆变器的控制端与控制器5连接，即由控制器5对应控制逆变器的工作状态。

上述电动汽车功率共享群充系统中，功率变流站1用于对储能电池2输出的直流电能进行DC/DC变换、对交流电网3输出的交流电能进行AC/DC变换，以输出可充直流电能给充电桩4；控制器5则根据待充电汽车的充电功率，以分别控制功率变流站1和各个充电桩4的工作状态。

功率变流站1包括直流-直流变换模块101和交流-直流变换模块102，如图3所示，直流-直流变换模块101包括多个并联的DC/DC变换单元，交流-直流变换模块102包括多个并联的AC/DC变换单元，一个DC/DC变换单元由多个并联的DC/DC变换器构成，一个AC/DC变换单元由多个并联的AC/DC变换器构成。

且每个DC/DC变换单元对应连接有PDU开关矩阵，PDU开关矩阵中各开关元素对应于DC/DC变换单元的各DC/DC变换器；同样的，每个AC/DC变换单元对应连接有PDU开关矩阵，PDU开关矩阵中各开关元素对应于AC/DC变换单元的各AC/DC变换器。

在实际应用中，为保证能够自动、准确获知充电桩位置待充电汽车的充电功率数据，本发明在充电桩位置设置有摄像头，摄像头与控制器连接，由摄像头拍摄充电桩位置的待充电汽车图片后，将该图片发送至控制器，再由控制器基于图像识别技术，以识别出待充电汽车的汽车型号，并得到对应的充电功率数据。

其中，控制器连接有数据库，数据库内存储有多个对应于不同汽车型号的电动汽车图像数据集以及对应于不同汽车型号的电动汽车充电功率数据。

将上述电动汽车功率共享系统应用于实际，其具体的功率共享群充方法如图4所示，包括以下步骤：

S1、控制器获取当前充电桩位置的电动汽车充电功率数据，具体的：

首先，控制器获取充电桩位置的待充电汽车的图像；

之后，控制器将获取的图像与数据库内的电动汽车图像数据集进行比对，通过图像识别，以确定待充电汽车的汽车型号；

再根据待充电汽车的汽车型号，控制器从数据库内搜索得到待充电汽车对应的充电功率数据；

S2、根据电动汽车充电功率数据，控制器首先判断储能电池的电量是否大于电动汽车充电功率数据，若判断为是，则执行步骤S3，否则执行步骤S4；

S3、根据电动汽车充电功率数据，控制器对功率变流站内直流-直流变换模块中各DC/DC变换单元进行功率分配，并对应控制与DC/DC变换单元连接的PDU开关矩阵中各开关元素的导通与关断，以从储能电池获取电能给电动汽车进行充电；

控制器实时监测处于工作状态的DC/DC变换器是否发生损坏，若监测到某个处于工作状态的DC/DC变换器发生损坏，则随机启用其余的DC/DC变换器作为替补，同时对应控制PDU开关矩阵中开关元素的导通与关断，以保证从储能电池获取的电能持续稳定；

S4、根据电动汽车充电功率数据，控制器对功率变流站内交流-直流变换模块中各AC/DC变换单元进行功率分配，并对应控制与AC/DC变换单元连接的PDU开关矩阵中各开关元素的导通与关断，以从交流电网获取电能给电动汽车进行充电；

控制器实时监控处于工作状态的AC/DC变换器是否发生损坏，若监测到某个处于工作状态的AC/DC变换器发生损坏，则随机启用其余的AC/DC变换器作为替补，同时对应控制PDU开关矩阵中开关元素的导通与关断，以保证从交流电网获取的电能持续稳定。

综上所述，本技术方案利用风、光、储、电网供电，可提高清洁能源的利用率，降低环境污染，还可降低大规模电动汽车充电对电网的冲击；

在功率变流站内，将多个DC/DC变换器并联构成直流-直流变换模块、将多个AC/DC变换器并联构成交流-直流变换模块，结合PDU开关矩阵以及控制器的控制作用，能够按照电动汽车实际需要的充电功率对DC/DC变换器或AC/DC变换器进行动态分配，解决一桩一功率的不足，增加充电桩充电功率的多样性；

此外，采用变换器并联的方式，一旦某个变换器发生损坏，能够自动切换启用其余的变换器，保证充电功率持续稳定不变。