一种家用交流充电桩、系统及充电方法与流程

本发明涉及电动汽车充电方式，具体为一种家用交流充电桩、系统及充电方法。

背景技术：

现有的专利主要采用主从模式，集群控制模式，采用有线、无线等通信方式，解决中、大规模充电站场柔性充电问题，主要解决如何快速充电，将其他充电桩的功率再分配加载在一台充电桩上，增加该桩功率快速充电。本专利应用于个人用户，用户增购新能源汽车，在现有一个充电桩的基础上，不增加电网负载的前提下，扩展充电桩数量，满足用户在晚上不需要拔枪重新更换充电车辆的情况下，满足两台车充电的需求，实质上是降低充电速度，满足两台车在不超过前端电网（家用单项电一般最高7kw功率供给）功率要求的前提下，满足两台车同时充电。

随着新能源汽车行业的发展，电动汽车得到了普及应用，进入普通老百姓的家庭。电动汽车私人用户充电方式以家用交流慢充为主，充电桩的最大功率为7kw，用户向电力机构报装充电桩一般为单相供电7kw电源。附图1为gbt18487-2015版国标交流慢充桩原理图。

当用户有需求购买第二辆新能源汽车时，安装两台充电桩同时充电功率接近15kw，入户单相电功率无法满足供电需求，存在向电网部门报装不通过、单独接入专线安装成本过高的问题。

技术实现要素：

本方案涉及一种家用交流充电桩、系统及充电方法，解决安装第二台甚至更多台充电桩时，通过多台充电桩组建局域网，调整各台充电桩的输出功率，解决多台充电桩同时给多台电动汽车充电时功率过大的问题，保证多台充电桩总输出功率不大于电网限制功率。单台充电桩工作时，能够满载快速充电。

本发明实施例提供了一种家用交流充电桩，包括：

cc信号连接确认电路、cp信号控制导引电路、供电控制装置以及工作模式控制电路，所述工作模式控制电路包括：与所述供电控制装置连接的主控制装置，与所述主控制装置连接的自复位开关；

其中，所述主控制装置具有用于与同一交流充电桩系统中的其它充电桩的主控制装置进行两两互连的接插件。

优选地，所述工作模式控制电路还包括：与所述主控制装置连接的状态指示灯。

本发明实施例还提供了一种家用交流充电桩系统，包括：

多个充电桩，多个充电桩均包括：cc信号连接确认电路、cp信号控制导引电路、供电控制装置以及工作模式控制电路，所述工作模式控制电路包括：与所述供电控制装置连接的主控制装置，与所述主控制装置连接的自复位开关；

其中，各主控制装置的接插件通过信号线两两互连。

优选地，所述工作模式控制电路还包括：与所述主控制装置连接的状态指示灯。

本发明实施例还提供了一种基于上述的家用交流充电桩的充电方法，包括：

步骤s101，主控制装置通过接插件获取的信息确定当前需要进行车辆充电的充电桩总数量n；

步骤s102，主控制装置判断与其相连的自复位开关是否为按压；若被按压，确定充电桩的工作模式为优先充电模式，并进入步骤s103；

步骤s103，在充电桩的工作模式为优先充电模式时，主控制装置控制与其相连的供电控制装置调整cp信号的pwm信号占空比值，使充电桩以最大允许输出功率对车辆进行充电；同时，通过接插件向尚未完成车辆充电的其它充电桩的各主控制装置发送优先充电信息，使尚未完成车辆充电的其它充电桩均进入待机模式；

步骤s104，在充电桩以最大允许输出功率对车辆进行充电的过程中，判断是否接收到第一主控制装置发送的优先充电信息；若收到，则进入步骤s105；反之，则进入步骤s107；第一主控制装置为尚未完成车辆充电的其它充电桩中的其中一个其它充电桩的主控制装置；

步骤s105，主控制装置控制与其相连的供电控制装置调整cp信号的pwm信号占空比值，使充电桩进入待机状态；

步骤s106，充电桩在处于待机状态的过程中，主控制装置判断是否接收到第一主控制装置发送的完成充电信息，若收到，则重复步骤s103；

步骤s107，主控制装置判断充电桩是否完成车辆充电；若是，则进入步骤s108；

步骤s108，主控制装置控制供电控制装置调整cp信号的pwm信号占空比，使充电桩进入待机状态；同时，向尚未完成车辆充电的其它充电桩的各主控制装置发送完成充电信息。

优选地，所述方法还包括：

若步骤s102中主控制装置确定自复位开关未被按压，则确定充电桩的工作模式为并网工作模式，并进入步骤s109；

步骤s109，主控制装置控制供电控制装置调整cp信号的pwm信号占空比，使充电桩以最大允许输出功率的1/n进行车辆充电；同时向尚未完成车辆充电的其它充电桩的各其它主控制装置发送同时充电信息；

步骤s110，在充电桩以最大允许输出功率的1/n进行车辆充电的过程中，主控制装置判断是否接收到第一主控制装置发送的优先充电信息；若收到，则进入步骤s111；第一主控制装置为尚未完成车辆充电的其它充电桩中的其中一个其它充电桩的主控制装置；

步骤s111，则主控制装置控制与其相连的供电控制装置调整cp信号的pwm信号占空比值，使充电桩进入待机状态；

步骤s112，主控制装置判断是否收到第一主控制装置发送的完成充电信息；若收到，则进入步骤s113；

步骤s113，主控制装置控制供电控制装置调整cp信号的pwm信号占空比，使充电桩以最大输出功率的1/n-x进行车辆充电，x为当前已完成车辆充电的充电桩总数量；

步骤s114，主控制装置判断充电桩是否完成车辆充电；若是，则进入步骤s115；

步骤s115，主控制装置控制供电控制装置调整cp信号的pwm信号占空比，使充电桩进入待机模式；同时，向尚未完成车辆充电的其它主控制装置发送完成充电信息。

优选地，若步骤s110中，主控制装置未收到第一主控制装置发送的优先充电信息，所述方法还包括：

步骤s116，主控制装置判断t时间内是否收到m（0＜m＜n)个其它主控制装置发送的同时充电信息；若是，进入步骤s117；

步骤s117，主控制装置控制供电控制装置调整cp信号的pwm信号占空比，使充电桩以最大允许输出功率的1/m+1（m+1≤n)进行车辆充电；

步骤s118，主控制装置判断是否收到一个或多个其它主控制装置发送的完成充电信息；若是，则进入步骤s113。

优选地，若步骤s116中，主控制装置判断出t时间内未收到m（0＜m＜n)个其它主控制装置发送的同时充电信息，所述方法还包括：

步骤s119，主控制装置判断t时间内，是否未收到其它主控制装置发送的同时充电信息或优先充电信息；若是，则进入步骤s120；

步骤s120，主控制装置控制供电控制装置调整cp信号的pwm信号占空比，使充电桩以最大输出功率进行车辆充电；再进入步骤s114。

优选地，所述方法还包括：

步骤s121，主控制装置在确定充电桩正在对车辆充电时，点亮与其相连的状态指示灯。

本发明的有益效果为：

本专利提供的并网柔性充电功能，利用充电桩组网技术，实现总功率控制在电网限制功率内，多车可以同时充电，也可以单车优先充电功能，不需要另外申请电网专线即可满足多台电动车充电的问题，降低了充电桩安装成本，提高了用户使用便利性。

附图说明

图1为家用交流充电桩系统的并网原理框图；

图2为本发明的充电桩处于优先充电模式的流程示意图；

图3为本发明的充电桩处于并网工作模式的流程示意图。

具体实施方式

本方案设计了一种家用交流充电桩，在单个交流充电桩的基础上增加了一组工作模式控制电路，该工作模式控制电路具体为：与供电控制装置连接的主控制装置1、与主控制装置连接的自动复位开关2和状态指示灯3和与主控制装置连接的用于实现并网连接的接插件4及相关线束。各个主控制装置之间通过接插件进行通信的协议采用sci通信协议，其中通信字节高四位表示充电机编码，低四位表示充电机工作状态。该方案预留多台充电机接入功能，将sci通信升级为rs422通信方式、can通信，根据接收到的充电桩编码数据统计充电桩数量，均分电网限制的最大充电功率，满足多台充电桩接入共同使用功能。

接插件4具有4个pin脚，分别为a针脚、b针脚、tx针脚和rx针脚。其中，通过a针脚和b针脚的方波信号周期比对来判断两个充电桩之间是否连接好而可进入并网工作模式。具体来说，在确定两个充电桩是否连接好时，一个充电桩的主控制装置通过a针脚向另一充电桩的主控制装置发送方波信号，并通过b针脚采集另一充电桩的主控制装置发送的方波信号周期。当b针脚采集到的方波信号周期等于a针脚发送的方波信号周期（或者，两个方波信号周期的误差小于设定值）时，确定两个充电桩连接好可进入并网工作模式。此后，充电桩可以利用tx针脚对外发送数据，并通过rx针脚接收数据。其中，各充电桩通过tx针脚对外发送的数据中包含有当前充电桩的工作状态信息（优先充电信息，同时充电信息或完成充电信息）和当前充电桩的编码信息。

本实施例中，各充电桩的状态指示灯显示逻辑为：

多个充电桩的状态指示灯3均点亮，表示各充电桩处于同时充电模式。

仅一个充电桩的状态指示灯3点亮时，表示：状态指示灯3处于点亮状态的充电桩处于优先充电模式，尚未完成充电的其它充电桩处于待机状态。

本实施例中，充电桩具有两种工作模式，第一种工作模式为一个充电桩以最大允许输出功率对车辆进行优先充电，而其它需要对车辆充电的充电桩进入待机状态的优先充电模式。第二种工作模式为多个需要对车辆进行充电的充电桩同时工作的并网工作模式。

本实施例中，该家用交流充电桩仍具有现有技术中cc信号连接确认电路、cp信号控制导引电路，cp信号控制导引电路和cc信号连接确认电路以及供电控制装置的连接方式同国标gbt18487-2015中记录的方式相同，本实施例中，不进行赘述。

通过将本实施例中的单个家用交流充电桩的主控制装置的接插件4通过信号线5（信号线5的两端均通过插接件和接插件4配合连接）连接到一起，多个家用交流充电桩则共同构成了家用交流充电桩系统。为了使得该家用交流充电桩系统在对多个汽车进行充电时的最大输出功率不超过电网限制功率，需要对多个家用交流充电桩的最大输出功率进行调整。

具体来说，本发明基于上述的家用交流充电桩，针对各家用交流充电桩提供了一种充电方法，如图2和图3来看，该充电方法包括：

步骤s101，主控制装置1通过接插件4获取的信息确定当前需要进行车辆充电的充电桩总数量n。其中，各充电桩在根据国标要求，与车辆建立连接后，通过a针脚发送方波信号，通过b针脚接收方波信号，然后，通过a针脚和b针脚的方波信号周期比对，当比对满足上述描述的要求后，则确定两个充电桩建立连接并可进入并网工作模式，也就可以确定两个充电桩均需要对车辆进行充电。通过这种方式，可以通过一段时间内的比对结果，确定到底有多少个充电桩需要对车辆充电。

步骤s102，主控制装置1判断与其相连的自复位开关2是否为按压；若被按压，确定充电桩的工作模式为优先充电模式，并进入步骤s103。若未被按压，确定充电桩的工作模式为并网工作模式，并进入步骤s109；

步骤s103，在充电桩的工作模式为优先充电模式时，主控制装置1控制与其相连的供电控制装置调整cp信号的pwm信号占空比值，使充电桩以最大允许输出功率对车辆进行充电，例如，通常家用的交流充电桩的最大允许输出功率为7kw；同时，通过接插件4向尚未完成车辆充电的其它充电桩的各其它主控制装置发送优先充电信息，使尚未完成车辆充电的其它充电桩均进入待机状态。

例如，假设某一家庭安装有三个上述的充电桩a、b和c，经过步骤s101确定三个充电桩a、b和c均需要对车辆充电。若用户按压了充电桩a上的自复位开关2，则确定充电桩a的工作模式为优先充电模式，充电桩a的主控制装置1通过向充电桩a的供电控制装置发送信号，使得供电控制装置将cp信号的pwm信号占空比调节为使充电桩a最大可以输出7kw功率的占空比值。同时，充电桩a的主控制装置1向信号线5上传包含有充电桩a的充电桩编码a1和充电桩a的工作模式为优先充电模式的信号，充电桩b和充电桩c的主控制装置1通过其接插件的rx针脚从信号线5上接收充电桩a上传的信号。然后，充电桩b和充电桩c的主控制装置1各自控制与其相连的主控制装置将cp信号的pwm信号占空比值调节为使充电桩b和充电桩c进入待机状态的数值。

步骤s104，在充电桩以最大允许输出功率（如7kw）对车辆进行充电的过程中，判断是否接收到第一主控制装置发送的优先充电信息；若收到，则进入步骤s105；反之，则进入步骤s107；第一主控制装置为尚未完成车辆充电的其它充电桩中的其中一个其它充电桩的主控制装置（上述举例中，未完成车辆充电的全部其它充电桩为充电桩b和充电桩c）。

例如，充电桩a在以7kw最大功率对车辆充电过程中，若用户临时选择按压了充电桩b上的自复位开关2；则充电桩b的主控制装置1（此时，充电桩b的主控制装置即为上述的第一主控制装置）确定充电桩b的工作模式调整为优先充电模式，此时，充电桩b的主控制装置1通过tx针脚发出表示充电桩b处于优先充电模式的优先充电信息。

步骤s105，主控制装置1控制与其相连的供电控制装置调整cp信号的pwm信号占空比值，使充电桩进入待机状态。

继续以上述举例进行说明，当充电桩a的主控制装置1通过rx针脚接收到了充电桩b的主控制装置1发送的优先充电信息后，充电桩a的主控制装置1向充电桩a的供电控制装置发送信号，使充电桩a的供电控制装置调整cp信号的pwm信号占空比值至使充电桩a进入待机状态的数值。

步骤s106，充电桩在处于待机状态的过程中，主控制装置1判断是否接收到第一主控制装置发送的完成充电信息，若收到，则重复步骤s103；若未收到，则重复步骤s106。

上述的充电桩b在充电完成后，充电桩b的主控制装置1通过tx针脚向外发送完成充电信息，同时，充电桩b的主控制装置1向充电桩b的供电控制装置发送信号，使充电桩b的供电控制装置调整cp信号的pwm信号占空比值至使充电桩b进入待机状态的数值。

在充电桩a的主控制装置1收到充电桩b的主控制装置1发送的完成充电信息后，即再次向供电控制装置发出信号，使供电控制装置调整cp信号的pwm信号占空比值，而使充电桩a再次进入以最大输出功率（7kw）对车辆充电的状态。

步骤s107，主控制装置1判断充电桩是否完成车辆充电；若是，则进入步骤s108。

充电桩a在完成车辆充电后，和上述事例中的充电桩b完成充电后的处理过程一致。

步骤s108，主控制装置1控制供电控制装置调整cp信号的pwm信号占空比，使充电桩进入待机状态；同时，向尚未完成车辆充电的其它充电桩的各其它主控制装置发送完成充电信息。

上述步骤s103至步骤s108记录了一个充电桩在处于优先充电模式下的处理逻辑，下面对于确定充电桩在并网工作模式下的处理逻辑进行说明。

步骤s109，主控制装置1控制供电控制装置调整cp信号的pwm信号占空比，使充电桩以最大允许输出功率的1/n进行车辆充电；同时向尚未完成车辆充电的其它充电桩的各主控制装置发送同时充电信息。

例如，上述事例中，确定需要进行车辆充电的充电桩为3个，则对于充电桩a来说，充电桩a的主控制装置1控制供电控制装置调整cp信号的pwm信号占空比，使充电桩a以最大允许输出功率的1/3（如7/3kw）进行车辆充电。同时，充电桩a的主控制装置2通过tx针脚向尚未完成车辆充电的充电桩b和c的主控制装置2发送同时充电信息。

步骤s110，在充电桩以最大允许输出功率的1/n进行车辆充电的过程中，主控制装置1判断是否接收到第一主控制装置发送的优先充电信息；若收到，则进入步骤s111；若未收到，则进入步骤s116。第一主控制装置为尚未完成车辆充电的其它充电桩中的其中一个其它充电桩的主控制装置。

充电桩a在以7/3kw的功率进行充电过程中，若充电桩a的主控制装置2接收到充电桩b或c的主控制装置（充电桩b或c的主控制装置即为上述的第一主控制装置）发送的优先充电信息，则进入步骤s111。

步骤s111，则主控制装置2控制与其相连的供电控制装置调整cp信号的pwm信号占空比值，使充电桩进入待机状态。

当充电桩a通过rx针脚接收到了充电桩b发送的优先充电信息后，充电桩a的主控制装置2向充电桩a的供电控制装置发送信号，使充电桩a的供电控制装置调整cp信号的pwm信号占空比值至使充电桩a进入待机状态的数值。

步骤s112，主控制装置2判断是否收到第一主控制装置发送的完成充电信息；若收到，则进入步骤s113。

步骤s113，主控制装置2控制供电控制装置调整cp信号的pwm信号占空比，使充电桩以最大输出功率的1/n-x进行车辆充电，x为当前已完成车辆充电的充电桩总数量。

上述的充电桩b在充电完成后，充电桩b的主控制装置1通过tx针脚向外发送完成充电信息，同时，充电桩b的主控制装置1向充电桩b的供电控制装置发送信号，使充电桩b的供电控制装置1调整cp信号的pwm信号占空比值至使充电桩b进入待机状态的数值。

在充电桩a的主控制装置1收到充电桩b的主控制装置1发送的完成充电信息后，即再次向供电控制装置发出信号，使供电控制装置调整cp信号的pwm信号占空比值，而使充电桩a进入以3.5kw对车辆充电的状态。

步骤s114，判断充电桩是否完成车辆充电；若是，则进入步骤s115。

充电桩a在完成车辆充电后，和上述事例中的充电桩b完成充电后的处理过程一致。

步骤s115，主控制装置1控制供电控制装置调整cp信号的pwm信号占空比，使充电桩进入待机模式；同时，向尚未完成车辆充电的其它主控制装置发送完成充电信息。

步骤s116，主控制装置1判断t时间内是否收到m（0＜m＜n)个其它主控制装置发送的同时充电信息；若是，进入步骤s117；若否，则进入步骤s119。

例如，对于上述三个充电桩a、b和c，充电桩a执行步骤110后，若没有收到充电桩b、c任意一个充电桩发送的优先充电信息。则进一步判断在n个数据采集周期内（n个数据采集周期构成上述的t时间）是否收到m个其它主控制装置发送的同时充电信息。例如，在t时间内收到充电桩b和充电桩c发送的同时充电信息。

再例如，某一家庭安装有4个充电桩a、b、c和d。充电桩a执行步骤110后，若没有收到充电桩b、c和d任意一个充电桩发送的优先充电信息。则进一步判断在n个数据采集周期内（n个数据采集周期构成上述的t时间）是否收到m个其它主控制装置发送的同时充电信息。例如，在t时间内收到充电桩b和充电桩c发送的同时充电信息。

步骤s117，主控制装置1控制供电控制装置调整cp信号的pwm信号占空比，使充电桩以最大允许输出功率的1/m+1（m+1≤n)进行车辆充电；。

由于充电桩a的主控制装置1在t时间内收到充电桩b和充电桩c的主控制装置发送的同时充电信息，则充电桩a的主控制装置1控制充电桩a的供电控制装置调节cp信号的pwm信号占空比信号，使充电桩a以7/3kw进行车辆充电。

步骤s118，主控制装置1判断是否收到一个或多个其它主控制装置发送的完成充电信息；若是，则进入步骤s113。

例如，当充电桩a的主控制装置1收到充电桩b的主控制装置1发送的完成充电信息，即再次向供电控制装置发出信号，使供电控制装置调整cp信号的pwm信号占空比值，而使充电桩a进入以3.5kw对车辆充电的状态。若充电桩a的主控制装置1收到充电桩b和c的主控制装置1发送的完成充电信息，即再次向供电控制装置发出信号，使供电控制装置调整cp信号的pwm信号占空比值，而使充电桩a进入以7kw对车辆充电的状态。

步骤s119，主控制装置1判断t时间内，是否未收到其它主控制装置发送的同时充电信息或优先充电信息；若是，则进入步骤s120。

步骤s120，主控制装置1控制供电控制装置调整cp信号的pwm信号占空比，使充电桩以最大输出功率进行车辆充电；再进入步骤s114。

通过上述方法，可实现了多个充电桩在不同条件下对车辆进行充电，并能够使得多个充电桩对车辆充电时输出的最大功率和不超过电网限制功率。