本發(fā)明涉及電力控制設備、功率分配技術、充電控制技術等領域，具體涉及一種智能調配功率的充電樁及其控制方法。

背景技術：

隨著電動汽車的普及，住宅小區(qū)、企事業(yè)單位、大型停車場對充電樁的需求日益增加。但是在當前情況下大量增加充電樁面臨很多問題。以住宅小區(qū)為例，對于已經建成的小區(qū)，建設時并未考慮充電樁這一部分負荷，大量增加充電樁會造成變壓器滿負荷甚至超負荷工作，引發(fā)斷路器動作、電能質量下降、變壓器壽命降低等問題。對于新建小區(qū)，建設方要求設計方考慮充電樁負荷時，也會給設計帶來一定難度。設置大量充電樁以后需要對變壓器進行增容，增大了建設投資，且充電樁負荷具有很強的峰谷特性，上班時間使用率很低，這造成了變壓器容量的浪費，并增加變壓器低負載率運行的時間，不利于節(jié)能降耗。

此外，各類電動汽車的儲能電池容量和充電倍率各不相同，對充電輸出功率要求差異較大，如果為了滿足社會上各類電動汽車的充電需求，充電樁的輸出功率需要被設計的很大，在給儲能容量較小的電動汽車充電時，將造成充電能力的浪費，充電樁的利用率較低；如果充電樁的輸出功率設計的比較小，雖然在一定程度上行可以提高充電樁的利用率，但是在給儲能較大的電動汽車進行充電時，又延長了充電時間，給車主帶來不便。

同時，一樁一槍的充電方式一方面也增加了充電站的占用土地面積，空間利用率較低，并且隨著電動汽車的快速發(fā)展以及電動汽車的普及，越來越多的充電接口將會被需要，因此，一種一樁多充的充電樁技術是亟待需要的。

專利申請?zhí)枮?01610251447.5、公布號為cn105720660a、發(fā)明名稱為一種電動汽車的多槍頭直流充電樁系統(tǒng)及其方法的專利申請文件公開了一種多槍頭的充電樁技術，通過設置多個電源模塊和多個充電槍，通過接觸器將每個電源模塊和所有的充電槍進行電連接，從而滿足一樁多個充電槍進行充電輸出的要求。但是，該充電樁的電路輸出為固定功率電路輸出，適用性不高，并且隨著充電樁技術的發(fā)展，使得現(xiàn)在投資的充電樁在將來得不到很好的利用。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明提出一種智能調配功率的充電樁及其控制方法，解決了現(xiàn)有充電樁充電技術中輸出功率固定、電力資源浪費、空間使用率低下、以及充電擴展困難等技術難題。

本發(fā)明的技術方案是這樣實現(xiàn)的：

一種智能調配功率的充電樁，包括充電組件和放電組件，充電組件與放電組件電連接之間設置有接入開關，所述的充電組件用于調節(jié)充電樁的接入功率，所述的放電組件包括控制器主機，所述的控制器主機連接有變壓器傳感檢測單元，控制器主機和控制器分機通過通信總線連接，所述控制器主機對應連接有不少于兩個控制器分機，控制器分機設置有輸出電路，所述控制器分機的輸出電路兩兩之間設置有受控并聯(lián)接入裝置，所述的受控并聯(lián)接入裝置被配置為調節(jié)控制器分機總的輸出功率，在控制器分機的輸出電路中設置有充電接口，充電接口的充電電路中設置有微處理器，充電接口與電動汽車連接后通過微處理器獲得電動汽車的充電參數(shù)。

所述的充電組件包括電網接入組件和/或其他電源輸入單元，所述的其他電源輸入單元包括燃料電池輸入組件、光伏電池陣列輸入組件、蓄電池輸入組件、發(fā)電機組件等中的一種或幾種。

所述的控制器分機上設置有功率分配單元，所述的功率分配單元通過檔位調節(jié)器與充電接口進行電連接。

所述的功率分配單元連接有兩個檔位調節(jié)器，每個檔位調節(jié)器連接一個或一個以上的充電接口。

在控制器主機上設置有與上位機通訊的接口，以及實時顯示所述變壓器傳感檢測單元檢測到的電壓負載率、在用控制器分機的數(shù)量以及控制器分機上充電接口的使用數(shù)量等信息的顯示器。

一種智能調配功率的充電樁的控制方法，具體步驟如下：

a1.電動汽車與控制器分機連接，發(fā)出請求充電指令；

a2.微處理器獲得電動汽車的充電參數(shù)并反饋給控制器分機的cpu，控制器分機通過通信總線將收到的請求充電的信息反饋給控制器主機；

a3.控制器主機通過變壓器傳感檢測單元檢測到的在充電路用電功率進行和請求充電的充電參數(shù)進行合并統(tǒng)計并單獨計算，判斷充電樁中充電組件的輸入功率是否滿足充電需求；

a4.若a3步驟中充電組件的輸入功率滿足總的充電需求，則控制器分機判斷當前控制器分機的輸出功率是否滿足充電需求；

a5.若a4步驟中當前控制器分機的輸出功率滿足請求充電的充電需求，則控制器主機向控制器分機發(fā)出允許充電指令，并開始充電；

a6.若a3步驟中充電組件的輸入功率不滿足總的充電需求，則控制機主機通過接入開關提高充電組件的輸入功率；使得充電組件的輸入功率滿足總的充電需求，

a7.a6步驟中充電組件的輸入功率滿足總的充電需求后，轉a5步驟進行；

a8.若a5步驟中當前控制器分機的輸出功率不滿足請求充電的充電需求，則控制器主機通過操作受控并聯(lián)接入裝置將該控制器分機的輸出功率滿足控制器分機上相連電動汽車的最大電流之和，并開始充電。

優(yōu)選的，所述的控制器分機上設置有功率分配單元，每個功率分配單元連接有一個或者多個充電接口，在a5步驟中，控制器主機判斷連接電動汽車充電接口的控制器分機是否處于空閑狀態(tài)，若充電接口所在控制器分機為空閑狀態(tài)，則通過控制器分機的cpu將該“空閑接口”轉變?yōu)椤爸鞒潆娊涌凇?，通過控制器分機上的功率分配單元調節(jié)充電接口的輸出電壓、輸出電流，以滿足充電請求的需要，則放電組件選擇電路結束，開始充電；若a5中控制器分機上設置有不止一個充電接口，且檢測到充電接口所在控制器分機處于非空閑狀態(tài)，則控制器主機判斷當前控制器分機的剩余輸出功率是否滿足充電電流需求，進入a8步驟；

進一步的，所述的受控并聯(lián)接入裝置通過詢問附近的控制器分機是否處于空閑狀態(tài)，直到有附近的的控制器分機處于空閑狀態(tài)，通過受控并聯(lián)接入裝置將附近空閑控制器分機運行最大輸出功率并且將輸出功率并入請求充電的控制器分機，使得并入后的控制器分機輸出端的功率滿足與控制器分機上相連電動汽車的最大電流之和，再通過控制器分機上設置的功率分配單元進一步調節(jié)連接電動汽車的充電接口的輸出電流。

再進一步的，在充電樁的使用過程中，控制器主機內預設有電壓負載率的負載閾值，當變壓器傳感檢測單元反饋的電壓負載率低于預設的最低電壓負載率閾值時，則控制器主機調整充電組件的功率輸入單元，減小充電組件的輸入功率；當變壓器傳感檢測單元反饋的電壓負載率高于預設的最高電壓負載率閾值時，則控制器主機調整充電組件的功率輸入單元。

再進一步的，充電樁在使用過程中，所有的充電過程受到外部指令的干預，管理員通過手動操作對控制器主機、控制器分機以及充電接口的開啟、調整、關閉進行控制。

本發(fā)明的有益效果如下：本發(fā)明通過在充電樁上設置充電組件，充電組件根據(jù)變壓器傳感檢測單元反饋給控制器主機的電壓負載率進行調節(jié)充電樁的輸入功率，使得電力資源一直處于高效使用狀態(tài)之下，在使用過程中，一個控制器主機可以對應設置多個控制器分機，每個控制器分機上可以設置一個或者多個充電接口，使得一個控制器主機就可以連接多個充電汽車，完成充電需求，減小充電站的占地面積，提高空間利用率，減小充電站建設的投資成本和改造成本；另外，控制器分機的輸出電路兩兩之間設置有受控并聯(lián)接入裝置，以及控制器分機上設置的功率分配單元和檔位調節(jié)器，更進一步的根據(jù)充電請求進行輸出充電功率的調節(jié)，保證了電力資源的高效利用，并且，功率分配模塊和檔位調節(jié)器還可以根據(jù)電網負載情況和充電時間段選擇適用的充電電路，避免了電力資源的浪費。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術中的技術方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明所述的一種智能調配功率的充電樁的結構示意圖；

圖2為本發(fā)明中智能變壓器的結構原理示意圖；

圖3為本發(fā)明所述的一種智能調配功率的充電樁的的充電組件的控制流程圖；

圖4為本發(fā)明所述的一種智能調配功率的充電樁的的控制器主機的控制流程結構示意圖；

圖5為本發(fā)明所述的一種智能調配功率的充電樁的的控制器分機的控制流程圖；

圖6為本發(fā)明所述的一種智能調配功率的充電樁的的控制器分機另一種控制流程圖；

圖7為本發(fā)明所述的一種智能調配功率的充電樁的工作流程圖。

具體實施方式

下面將結合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有付出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。

如圖1和圖7所示，本發(fā)明公開了一種智能調配功率的充電樁，包括充電組件和放電組件，所述的充電組件用于調節(jié)充電樁的接入功率，所述的充電組件和放電組件之間通過接入開關連接，所述的放電組件中包括控制器主機、控制器分機，所述控制器分機不少于兩個，控制器分機連接有輸出電路，所述控制器分機的輸出電路兩兩之間設置有受控并聯(lián)接入裝置，所述的控制器主機和控制器分機通過通信總線連接，所述的控制器主機連接有變壓器傳感檢測單元，控制器分機連接有功率分配單元，所述的功率分配單元設置有檔位調節(jié)器，所述的檔位調節(jié)器與充電接口連接，在充電接口的充電電路中設置有微處理器，充電接口與電動汽車連接后通過微處理器獲得電動汽車的充電參數(shù)。

優(yōu)選的，所述的控制器分機的編號為控制器分機1、控制器分機2、控制器分機3、控制器分機4這樣的方式設置，每個控制器分機上設有一個或多個充電接口，每一個充電接口通過微處理器與與控制器分機的cpu進行連接。

優(yōu)選的，所述的變壓器傳感檢測單元將檢測到的信息反饋給控制器主機的cpu，所述控制器主機通過變壓器傳感檢測單元實時讀取電壓負載率，決定在用控制器分機的數(shù)量，并將使用負載情況反饋給充電組件，判斷是否調整充電組件的輸入功率。

進一步的，所述控制器分機上設置的的功率分配單元包括多個整流模組和其他電源輸入單元分配模組進行分組連接，然后將分組后的整流模塊組與其他電源輸入單元分配模組之間自由連接組合，再經過檔位調節(jié)器后與不同的充電接口連接，形成不同功率并且可調節(jié)輸出功率的幾個充電接口，因而可以同時給不同的電動車充電，滿足各類電動車對充電樁的要求，滿足一樁多用、同時充電、并且調節(jié)可控的要求。

本發(fā)明的工作原理如下：第一步，充電接口與電動汽車連接后通過微處理器獲得電動汽車的充電參數(shù)，并反饋給控制器主機，控制器主機根據(jù)變壓器傳感檢測單元檢測到的在充電路用電功率進行和請求充電的充電參數(shù)進行合并統(tǒng)計并單獨計算，判斷充電樁的充電組件的輸入功率是否滿足充電需求，如果充電組件總的輸入功率滿足充電電流需求，則智能變壓器不需要調節(jié)充電組件的輸入功率；然后控制器主機判斷連接電動汽車充電接口的控制器分機是否處于空閑狀態(tài)，若充電接口所在控制器分機為空閑狀態(tài)，則通過控制器分機的cpu將該“空閑接口”轉變?yōu)椤爸鞒潆娊涌凇?，通過控制器分機上的功率分配單元和檔位調節(jié)器調節(jié)充電接口的輸出電壓、輸出電流，以滿足充電請求的需要，則放電組件選擇電路結束，開始充電；

第二步，若第一步中控制器分機上設置有不止一個充電接口，且檢測到充電接口所在控制器分機處于非空閑狀態(tài)，則控制器主機判斷當前控制器分機的剩余輸出功率是否滿足充電電流需求，若控制器分機的剩余輸出功率滿足充電需求，則通過控制器分機的功率分配單元調整充電接口的輸出電壓、輸出電流，滿足充電要求，則放電組件選擇電路結束，開始充電；

第三步，若第二步中控制器主機判斷當前控制器分機的剩余輸出功率不能滿足充電電流需求，則判斷臨近的控制器分機是否處于空閑狀態(tài)，若臨近的控制器分機處于空閑狀態(tài)，則控制器主機操作受控并聯(lián)接入裝置將該空閑控制器分機的輸出端并聯(lián)接入連接有請求充電接口的控制器分機上，使并入該控制器分機輸出端的功率與最大功率之和大于最大充電電流，然后通過控制器分機的功率分配單元調整充電接口的輸出電壓、輸出電流，滿足充電要求，則放電組件選擇電路結束，開始充電；

第四步，若第三步中控制器主機判斷臨近的控制器分機也處于非空閑狀態(tài)，則通過判斷臨近控制器分機的剩余充電功率是否滿足與電動汽車連接的控制器分機的充電電流，若臨近控制器分機的剩余充電功率滿足電動汽車的充電電流的需求，則控制器主機操作受控并聯(lián)接入裝置將該控制器分機的輸出端并聯(lián)接入連接有請求充電接口的控制器分機上，使得并入該控制器分機輸出端的功率與最大功率之和滿足與控制器分機上相連電動汽車的最大電流之和，通過受控并聯(lián)接入裝置以及兩個控制器分機上的功率分配單元進行分配調整充電接口的輸出電壓、輸出電流，滿足充電要求，則放電組件選擇電路結束，開始充電；

第五步，若第三步中臨近控制器分機的剩余充電功率不能滿足電動汽車的充電電流的需求，則通過控制器主機連續(xù)詢問附近的控制器分機是否處于空閑，按照第三步操作流程開始選擇判斷，直到控制器分機輸出端的功率與最大功率之和滿足與控制器分機上相連電動汽車的最大電流之和，調整充電接口的輸出電壓、輸出電流，滿足充電要求，則放電組件選擇電路結束，開始充電。

優(yōu)選的，若第一步中充電組件總的輸入功率不滿足充電電流需求，則需要提高充電組件的輸入功率，然后通過智能變壓器和/或接入開關調節(jié)當前控制器主機總的輸出功率，再通過受控并聯(lián)接入裝置調節(jié)連接電動汽車的控制器分機的總的輸出功率，然后通過控制器分機上的功率分配單元和檔位調節(jié)器調節(jié)充電接口的輸出電壓、輸出電流，以滿足充電請求的需要，則放電組件選擇電路結束，開始充電；

開始充電后，微處理器通過檢測電動汽車的電流電壓來反饋充電完成情況，當充電完成后，所述的充電接口開始停止充電，并向控制器主機反饋該控制器分機的用電狀態(tài)信息，然后控制器主機通過輸出功率以及電壓負載率的判斷，進行充電電路的調整以及充電組件輸入功率的調整。

優(yōu)選的，在控制器主機上設置有與上位機通訊的接口，以及實時顯示所述變壓器傳感檢測單元檢測到的電壓負載率、在用控制器分機的數(shù)量以及控制器分機上充電接口的使用數(shù)量等信息的顯示器。

作為本發(fā)明的實施例，如圖4所示，所述的充電組件包括電網接入組件和/或其他電源輸入單元，所述的其他電源輸入單元包括燃料電池輸入組件、光伏電池陣列輸入組件、蓄電池輸入組件、發(fā)電機組件等中的一種或幾種，所述的電網接入組件通過智能變壓器進行輸入電壓調節(jié)后通入接入開關，所述的其他電源輸入單元通過接入開關的開閉進行輸入功率調節(jié)，該設置使得本發(fā)明在使用中電力輸入單元不僅僅依靠電網接入組件，保證在用電高峰期以及電網電力資源不足以滿足充電要求時，可以接入其他電力輸入組件保證充電需求和充電效率，另一方面，當充電站需要提高充電效率或者進行升級改造時，也能大大降低電氣系統(tǒng)改造難度和成本。

作為本發(fā)明的實施例，如圖2所示，所述的智能變壓器根據(jù)充電組件的結構和參數(shù)以及系統(tǒng)的運行狀態(tài)，先進行控制前潮流計算，進而計算脈沖調制和相角，再根據(jù)電網負荷變化和網絡結構改變自，動判斷系統(tǒng)母線電壓是否在允許范圍之內，最后根據(jù)無功功率控制目標函數(shù)即可計算出系統(tǒng)的無功功率控制目標，及時將無功功率補償給電網，從而實現(xiàn)智能變壓器二次側輸出電壓平滑調節(jié)，該設置使得充電組件的電網接入組件經智能變壓器接入系統(tǒng)后，一旦電網有新的充電組件的電源接入，電網因負荷發(fā)生變化導致電網運行參數(shù)發(fā)生變化，智能變壓器自動讀取系統(tǒng)內新的網絡節(jié)點參數(shù)、控制變量、狀態(tài)變量和約束條件數(shù)據(jù)，智能變壓器通過調節(jié)和控制，及時將無功功率補償給電網可以有效減少負荷倒送給電網的無功功率；通過吸收無功負荷倒送給電網的無功，同時還可以充當電網的無功源，可以有效減少負荷向系統(tǒng)吸收的大量無功功率，減小了無功功率由于長距離輸送所帶來的有功功率損耗，從而降低電網系統(tǒng)的線路損耗。

作為本發(fā)明的一些實施例，如圖3所示，當控制器分機上的充電接口有電動汽車接入需要充電或者充電結束時時，控制器主機根據(jù)微處理器反饋的充電參數(shù)進行合并統(tǒng)計，并通過變壓器傳感檢測單元檢測實時讀取的電壓負載率，判斷變壓器的剩余可用功率，調整充電組件的輸入功率，決定在用控制器分機的數(shù)量，并向所述的控制器分機發(fā)出充電或者通知充電指令，滿足電動汽車的充電需求并且有效減小電力資源的損耗。

優(yōu)選的，在充電樁的使用過程中，控制器主機內預設有電壓負載率的負載閾值，當變壓器傳感檢測單元反饋的電壓負載率低于預設的最低電壓負載率閾值時，則控制器主機調整充電組件的功率輸入單元，減小充電組件的輸入功率；當變壓器傳感檢測單元反饋的電壓負載率高于預設的最高電壓負載率閾值時，則控制器主機調整充電組件的功率輸入單元，提高充電組件的輸入功率。該設置一方面保證了充電樁供電的需求，另一方面降低了變壓器空載損耗，減少電力資源的浪費，保證充電樁一直處于高效運轉狀態(tài)。

進一步的，所述的預設最低電壓負載率閾值為89%，預設最高電壓負載率閾值為99%。

作為本發(fā)明的一些實施例，如圖5或6所示，所述的功率分配單元與控制器分機的處理器進行連接，控制器分機的cpu通過微處理器獲得與充電接口電連接的電動汽車的充電參數(shù)，所述的功率分配單元包括與外界電網連接的整流單元以及其他電源輸入的調節(jié)單元，所述的功率分配單元通過cpu的控制信息進行輸出功率調整，調整后的輸出電路再通過檔位調節(jié)器控制充電接口電流的輸出，所述的功率分配單元可以連接一個或者多個充電接口，功率分配單元通過對輸出電路的邏輯控制，實現(xiàn)了控制器分機輸出電路充電接口充電功率的自由分配，可是充電接口覆蓋高壓充電、低壓充電的充電要求。

優(yōu)選的，在功率分配單元和充電接口之間設置檔位調節(jié)器，所述的檔位調節(jié)器用于調節(jié)充電接口的輸出電流，該設置可以根據(jù)充電時段或者整個充電站的供電功率的信息調整充電接口的輸出電路，避免用電高峰時，電力資源擁堵，用電空閑時，電力資源浪費，例如，電動車晚上充電停放時，若晚上不再需要使用，則夜間充滿即可，在用電高峰期可以通過檔位調機器使用小電流進行時充電輸入，避免頻繁加大調小充電組件的輸入功率。該設置一方面保證了本發(fā)明使用的可靠性，另一方面也有效避免了充電資源的浪費。

更進一步的，所述的功率分配單元連接有兩個檔位調節(jié)器，不同的檔位調節(jié)器可以根據(jù)電網的負載情況、充電時段的用電信息進行快速充電或者適能充電，每一個檔位調節(jié)器都連接有充電接口，并且所述的檔位調節(jié)器的充電輸出功率可以進行人為干預調控，保證了充電樁的有效使用情況，也方便需要緊急充電的用戶。

進一步的，當電動汽車與充電接口接通之后，所述的控制器分機判斷當前控制器分機的充電功率是否滿足充電要求，若控制器分機的輸出功率滿足充電要求，則控制器分機得到充電指令后開始對電動汽車開始充電，若當前控制器分機的輸出功率不能滿足充電要求，則控制器主機收到當前控制器分機不能滿足充電輸出功率的信息后，連續(xù)詢問附近控制器分機是否處于空閑狀態(tài)，直到附近的控制器分機處于空閑狀態(tài)，通過受控并聯(lián)接入裝置將附近空閑控制器分機運行最大輸出功率并且并入請求充電的控制器分機，使得并入該控制器分機輸出端的功率與最大功率之和滿足與控制器分機上相連電動汽車的最大電流之和，使得控制器分機的輸出功率滿足連接電動汽車的充電要求，再通過控制器分機上設置的功率分配單元進一步調節(jié)連接電動汽車的充電接口的輸出電流，進一步保證了充電樁的供電需求和充電效率。

優(yōu)選的，當詢問的附近的控制器分機沒有處于空閑狀態(tài)，但是附近的控制器分機的剩余輸出功率能夠滿足請求充電的電動汽車的充電要求，則控制器主機操作受控并聯(lián)接入裝置將該控制器分機的輸出端并聯(lián)接入連接有請求充電接口的控制器分機上，使得并入后的控制器分機的最大輸出功率之和滿足與控制器分機上相連電動汽車的最大電流之和，然后再通過功率分配單元調節(jié)充電接口的輸出電流，從而一方面保證了充電樁的充電效率，也避免了電力資源的浪費。

作為本發(fā)明的一些實施例，充電樁在使用過程中，所有的充電過程均可以受到指令的干預，允許管理員對控制器分機以及充電接口的進行開啟、調整、關閉等操作，該設置一方面保證了充電樁的有效使用，另一方面也方便需要緊急充電的用戶。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內。