一种直流充电设备功率模块动态切换系统及方法技术方案

本发明专利技术提供了一种直流充电设备功率模块动态切换系统，包括控制模块、若干功率模块、若干切换模块、切换策略算法；每一切换模块与若干功率模块电连接，每一功率模块与唯一切换模块电连接，控制模块分别与每一功率模块和切换模块信号连接，控制模块与每一切换模块电连接，切换模块和每一充电口电连接。统一协议后，本系统可以便捷地接入直流充电设备的主控系统中。本发明专利技术能够提高直流充电设备功率模块的利用率，从而提高充电设备的充电效率。

A dynamic switching system and method for power module of DC charging equipment

The invention provides a dynamic switching system for power module of DC charging equipment, including control module, several power modules, several switching modules and switching strategy algorithm; each switching module is electrically connected with several power modules, each power module is electrically connected with a unique switching module, and the control module is electrically connected with each power module, respectively. The control module is electrically connected with each switching module, and the switching module is electrically connected with each charging port. After the unified protocol, the system can conveniently access the main control system of DC charging equipment. The invention can improve the utilization ratio of the power module of the DC charging device, thereby improving the charging efficiency of the charging device.

【技术实现步骤摘要】
一种直流充电设备功率模块动态切换系统及方法
本专利技术涉及一种电动车充电技术，特别是一种直流充电设备功率模块动态切换系统。
技术介绍
目前，市场上的直流充电设备依靠功率模块将输入的三相交流电经过整流、滤波和稳压后输出直流电流来提供充电车辆所需的电流，通过改变功率模块的数量来调节直流充电设备的功率等级，以此适用于多种类型的电动汽车。为了保证能够输出足够大的充电电流，充电设备内采用多台功率模块并联的方式进行电流输出，所需电流均分到每台功率模块。大功率一体式多枪直流充电设备大多采用轮充或均充两种充电方式。轮充指的是当多辆电动汽车预约充电时，首先以最大功率给第一辆车充电，其余预约车辆排队等待充电，等前一辆车充电完成才能给下一辆汽车充电，即同一时间只能给一辆电动汽车充电。这种充电方式的优点就是能够全速地为一辆电动汽车充电，但在充电后期输出电流较小，功率模块的利用率低。均充是能满足多辆车同时充电的模式，当只有一辆车充电时，与轮充方式类似，所有功率模块全速输出为车辆充电，如果有多台车充电时功率模块均分到多个充电口，实现多辆车同时充电。均充方式具有简单的功率分配功能，但仍无法避免充电后期功率模块利用率低的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种直流充电设备功率模块动态切换系统及方法，能够提高直流充电设备功率模块的利用率，从而提高充电设备的充电效率。实现本专利技术目的的技术方案为：一种直流充电设备功率模块动态切换系统，包括控制模块、若干功率模块、若干切换模块、切换策略算法；每一切换模块与若干功率模块电连接，每一功率模块与唯一切换模块电连接，控制模块分别与每一功率模块和切换模块信号连接，控制模块与每一切换模块电连接，切换模块和每一充电口电连接；切换策略算法部分根据外部充电终端BMS返回的电压电流要求，决定功率模块的分组及充电功率输出，一个或多个功率模块与同一外部终端电池连接为该终端供电，切换模块切换功率模块从与一个外部终端电池连接变为与另一个外部终端电池连接，充电主控系统中设置充电优先级列表，充电优先级列别中记录外部终端电池获得功率模块充电的顺序，控制模块根据BMS返回的电流电压指标，对比空闲的功率模块可提供的功率，产生分配功率模块的指令。一种直流充电设备功率模块动态切换方法，包括：充电主控系统生成充电优先级；控制模块根据最高优先级的外部终端BMS返回的充电需求，即电流和电压，为其分配功率模块，保证其充电功率；切换策略算法实时比较外部终端的充电需求和功率模块的满载输出，并根据充电优先级适时为次优先级的外部终端电池分配所需的充电功率；按充电优先级分配功率模块，上一级优先级的电池按照其所需充电功率分配功率模块，若有剩余则将剩余功率模块切出分配给下一级优先级的电池。本专利技术与现有的技术相比，其优点在于：(1)根据外部终端电池适时所需的功率状态调整功率模块的数量，实现充电过程中功率模块的动态切换，提高了直流充电设备在充电后期功率模块的利用率；(2)切换模块可以根据需求并联扩展，控制模块支持不同规模的切换模块，实现一块控制电路稳定控制多个切换模块。下面结合说明书附图对本专利技术作进一步描述。附图说明图1为本专利技术系统原理框图。图2为本专利技术功率模块动态切换装置在双枪直流设备中的配置方式示意图。具体实施方式结合图1，一种直流充电设备功率模块动态切换系统，包括控制模块1、若干功率模块群2、切换单元3和切换策略算法模块。切换单元3包括若干切换模块。每一切换模块与若干功率模块电连接，每一功率模块与唯一切换模块电连接，控制模块分别与每一功率计算模块和控制模块信号连接，控制模块与每一切换模块电连接，切换模块和每一充电口电连接。切换策略算法模块根据外部充电终端BMS返回的电压电流要求，决定功率模块的分组及充电功率输出，每一充电接口对应的功率模块为一组，充电功率输出由BMS返回的电压电流要求决定。一个或多个功率模块与同一外部终端电池连接为该终端供电，切换模块切换功率模块从与一个外部终端电池连接变为与另一个外部终端电池连接，切换策略算法模块中设置充电优先级列表，充电优先级列表中记录外部终端电池获得功率模块充电的顺序，控制模块根据BMS返回的电流电压要求，对比空闲的功率模块可提供的功率，产生分配功率模块的指令，控制模块向切换模块发送分配功率模块的指令。每一切换模块3-i(i＝1,2,···,m)与若干功率模块2-j(j＝1,2,···,n)电连接，每一功率模块2-j(j＝1,2,···,n)与唯一切换模块电连接，控制模块1分别与每一功率模块和切换模块信号连接；切换策略算法部分根据外部充电终端BMS返回的电压电流要求，决定功率模块的分组及充电功率输出，一个或多个功率模块2-j与同一充电口4-k(k＝1,2,···,m)连接且为对应外部终端供电，切换模块3-i在控制模块1的控制下切换功率模块2-i从与一个充电口连接变为与另一个充电口连接，充电主控系统中设置充电优先级列表，充电优先级列表中记录充电口4获得功率模块充电的顺序，控制模块1的切换策略算法根据外部终端BMS返回的充电需求产生分配功率模块的指令，控制模块1向切换单元3发送分配功率模块的指令。每一切换模块3-i包括2N个开关器件，每一功率模块2-j的输出有两路，分别为OUT+和OUT-；功率模块6的OUT+和OUT-分别通过切换模块的N个开关器件与N个充电口的对应极接口相连。装置的硬件由控制电路、IGBT驱动电路和保护电路组成。控制电路一方面接收充电设备主控系统的充电数据和切换模块3-i传来的工作状态消息，另一方面需要向功率模块2-j和切换模块3-i发送控制指令。由于目前的小型直流充电桩普遍配置四个切换模块3-i，并以双枪充电口居多，大型直流充电桩会在此基础上倍增。所以切换模块的最小单元以双枪直流桩为标准，每个切换模块基础单元上搭载4个IGBT开关器件，可以实现一个功率模块的两路输出与两个充电口的正负极接线之间的切换，即每个IGBT电连接在功率模块的输出和充电口的输入线之间。IGBT驱动电路采用双通道隔离驱动模块，每个IGBT需要单独驱动。保护电路包括IGBT过压保护电路和温度检测电路。IGBT过压保护电路用来抑制IGBT关断时产生尖峰电压，温度检测电路采用微型化数字温度传感器检测IGBT的实时温度。结合图2，以双枪直流充电设备为例，每个切换模块3由八个开关器件组成，一个切换模块3可以搭配两个功率模块2实现输出切换。n个功率模块2分组通过相应的切换模块3与两个充电接口连接，切换模块3的不同开关器件在控制模块1的控制下相应的打开或关闭实现充电端口不同功率的替换。装置的软件采用多任务处理框架，其功能模块包括切换策略、切换控制和故障处理。切换策略由充电检测任务和切换判定任务组成，充电监测任务用于监测所有充电车辆的实时充电信息，包括车辆的充电需求信息和充电设备的实际输出信息，切换判定任务实现功率模块的自动分配以及功率模块的动态切换。切换控制由模块分组任务和开关切换任务构成，当切换策略模块确定了功率模块的分配方法或者动态切换后，需要对所涉及到的功率模块进行重新分组，将功率模块分配给不同的充电车辆，在功率模块重新分组的同时也需要改变切换模块中的开关状态没实现功率模块的输出切换。故障处理则是对功率模块动态切换装置运行本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种直流充电设备功率模块动态切换系统，其特征在于，包括控制模块、若干功率模块、若干切换模块、切换策略算法模块；其中每一切换模块与若干功率模块电连接，每一功率模块与唯一切换模块电连接，控制模块分别与每一功率计算模块和控制模块信号连接，控制模块与每一切换模块电连接，切换模块和每一充电口电连接；切换策略算法模块根据外部充电终端BMS返回的电压电流要求，决定功率模块的分组及充电功率输出；一个或多个功率模块与同一外部终端电池连接为该终端供电；切换模块切换功率模块从与一个外部终端电池连接变为与另一个外部终端电池连接；切换策略算法模块中设置充电优先级列表，充电优先级列表中记录外部终端电池获得功率模块充电的顺序；控制模块根据BMS返回的电流电压要求，对比空闲的功率模块可提供的功率，产生分配功率模块的指令，控制模块向切换模块发送分配功率模块的指令。

【技术特征摘要】
1.一种直流充电设备功率模块动态切换系统，其特征在于，包括控制模块、若干功率模块、若干切换模块、切换策略算法模块；其中每一切换模块与若干功率模块电连接，每一功率模块与唯一切换模块电连接，控制模块分别与每一功率计算模块和控制模块信号连接，控制模块与每一切换模块电连接，切换模块和每一充电口电连接；切换策略算法模块根据外部充电终端BMS返回的电压电流要求，决定功率模块的分组及充电功率输出；一个或多个功率模块与同一外部终端电池连接为该终端供电；切换模块切换功率模块从与一个外部终端电池连接变为与另一个外部终端电池连接；切换策略算法模块中设置充电优先级列表，充电优先级列表中记录外部终端电池获得功率模块充电的顺序；控制模块根据BMS返回的电流电压要求，对比空闲的功率模块可提供的功率，产生分配功率模块的指令，控制模块向切换模块发送分配功率模块的指令。2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，功率模块的指令的产生过程为：按充电优先级分配功率模块，上一级优先级的电池按照其所需充电功率分配功率模块，若有剩余则将剩余功率模块切出分配给下一级优先级的电池。3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，若该直流充电设备配备N个充电口，则每一切换模块包括2N个开关器件，分别与每个充电口连接；每一功率模块的输出有两路，分别为OUT+和OUT-；功率模块的OUT+和OUT-输出需分别通过切换模块的N个开关器件与N个充电口的相应极接口相连...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁立波，柳蓉蓉，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32