CN106080241A - 基于电网负荷监控的电动汽车交流充电装置及方法 - Google Patents

基于电网负荷监控的电动汽车交流充电装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种基于电网负荷监控的电动汽车交流充电装置及方法，解决了现有技术的不足，技术方案为：包括电网检测***、电源管理***和人机交互***，电网检测***包括电网监测模块和电流电压传感器；电源管理***包括充电控制模块、状态参数监测模块和电池接口，人机交互***包括人机交互接口和人机交互界面，电流电压传感器与电网连接，电网监测模块的输入端与电流电压传感器的输出端电连接，电网监测模块的输出端与充电控制模块的输入端连接，充电控制模块的输出端与电池接口的控制端连接，电池接口的输入端与电池组连接，电池接口的输出端与状态参数监测模块的输入端连接，状态参数监测模块的输出端与充电控制模块的输入端连接。

Description

基于电网负荷监控的电动汽车交流充电装置及方法
技术领域
本发明涉及一种充电网络运行态势分析方法及装置，特别涉及一种基于电网负荷监控的电动汽车交流充电装置及方法。
背景技术
我国的电动汽车行业创新体系在十年的快速发展后，呈现出“三纵三横”的研发局面，建立了较完善的研发团队。我国已掌握了电动汽车整车开发关键技术，能开发多类电动汽车，一系列的电动汽车整车产品已被展出，而且自主研发的电动汽车也已投入市场运营。核心技术的不断突破，加之政策的大力扶持，我国在未来两年内电动汽车会进入成长快速期，电动汽车的市场及生产规模会迅速扩大。同时应该注意的是，电动汽车充电设施是电动汽车产业链中不可忽视的重要组成部分，在大力发展电动汽车产业的同时还应充分兼顾充电设施的发展。电动汽车充电基础设施(以下简称充电设施)包括充电桩、充电站、换电站等，是新型的城市基础设施，是推广应用电动汽车的基本保障。由于电能是一种二次能源，随着智能电网的快速发展，电动汽车及其配套设施充电站的建设，也要朝智能化，高效利用电力资源方向发展。
在中大城市，电力调控是一件极具挑战的任务，不同时间用电量波动较大，尤其夏季频频出现拉闸限电的情况。与此同时，发电厂向城市的供电功率是稳定的，这就要求设置足够的冗余度来保障城市的用电需求，那么在用电低峰期，如凌晨时分，通常采取的措施是在用电高峰期限制炼钢厂等用电大户的生产，而在凌晨等用电低峰期强制要求用电大户全负荷运转。即便如此，在凌晨等用电低峰期仍有大量电能浪费。以上海为例，截至2015年底，已建各种充电桩共计2.17万个，其中住宅区建设的私人充电桩超过1.65万个，机关、企事业单位专用充电桩约0.32万个，公交、物流专用桩约0.08万个，社会公用充电桩约0.12万个。至2020年，全市充电桩运营服务规模超过21万个。其中，公务、租赁、私人小客车自、专用充电桩不少于17.5万个；公共充电桩不少于2.8万个(公共充电站不少于130个)；公交、物流、环卫、客车专用充电桩不少于0.77万个，建成有充电功能的公交停保场68座。如此大规模的充电站、充电桩为电网调控提供了极大的缓冲区。电动车大量在白天行驶，凌晨很少出行，若采用智能充电装置，根据电网负荷智能调节电动汽车充电时间和充电功率，将极大改善城市用电环境，提高电能利用率。
发明内容
本发明的目的在于解决上述现有技术城市用电低峰期供电冗余大，造成电能浪费，城市电动汽车规模大，电动汽车用电随意，增加城市电网负担的问题，提供了一种基于电网负荷监控的电动汽车交流充电装置及方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种基于电网负荷监控的电动汽车交流充电装置，包括电网检测***、电源管理***和人机交互***，所述电网检测***包括电网监测模块和电流电压传感器；所述电源管理***包括充电控制模块、状态参数监测模块和电池接口，所述人机交互***包括人机交互接口和人机交互界面，所述电流电压传感器与电网连接，所述电网监测模块的输入端与所述电流电压传感器的输出端电连接，所述电网监测模块的输出端与充电控制模块的输入端连接，所述充电控制模块的输出端与电池接口的控制端连接，所述电池接口的输入端与电池组连接，所述电池接口的输出端与状态参数监测模块的输入端连接，所述状态参数监测模块的输出端与充电控制模块的输入端连接，状态参数监测模块的输出端还与人机交互界面的输入端连接，所述充电控制模块的输出端还与人机交互界面的输入端连接，所述人机交互界面的输入端还与人机交互接口连接，所述人机交互接口连接有若干个输入设备。能够改善城市用电环境，提高电能利用率，最终形成城市智能充电网络，以达到优化电动汽车智能充电调控，在用电高峰期降低对城市电网的冲击，在用电低峰期利用供电冗余，避免电能浪费。
作为优选，所述人机交互接口电连接有刷卡接口、RFID模块、GPRS模块和密码验证接口。
作为优选，所述人机交互接口电连接有指纹识别芯片、RFID模块、GPRS模块和刷卡接口。
作为优选，所述基于电网负荷监控的电动汽车交流充电装置的外壳为不锈钢结构壳体充电桩，充电桩的刷卡区和显示区为聚碳酸酯材料区。充电桩是直接接触用户的，在进行充电桩的设计时应充分考虑用户的体验感受，要保证用户自身的安全性、操作的方便性。充电桩桩体的高度和宽度，以及显示屏幕的位置设计应符合人体操作的方便性；充电桩通常置于室外，其整个外形的设计要采用不锈钢的结构，能防尘、防水来适应户外的使用环境；充电桩的刷卡区、显示区采用聚碳酸酯(PC)材料，该材料具有较强抗腐蚀性、具有自熄、阻燃等优点，此外，其强度和韧性很好，可承受重压。
一种基于电网负荷监控的电动汽车交流充电方法，适用于如权利要求1所述的基于电网负荷监控的电动汽车交流充电装置，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一，基于电网负荷监控的电动汽车交流充电装置启动，电流电压传感器检测电压电流信号；
步骤二，电网监测模块对电压电流信号进行信号分级；
步骤三，电网监测模块计算电压波动复杂度和电流波动复杂度；
步骤四，将电压波动复杂度和电流波动复杂度，参数归一化；
步骤五，电网监测模块根据归一化后的数据对充电控制模块发出控制命令；
步骤六，充电控制模块实现电流电压输出控制。
电网监测***采用电流电压传感器采集电网中电流电压波动信号，以Lempel-Ziv算法分析电流电压信号，建立电网电流电压波动模型，指导电源管理***调节充电功率和充电时间。状态参数监测模块通过电池接口采集电池组状态，同时反馈给人机交互界面和充电控制模块。充电控制模块根据电池组充电状态智能控制充电功率，以达到最优充电速度和充电效果。人机交互界面可读取电池充电状态和电网负荷状态，人机交互接口包括刷卡接口，身份认证接口，提供身份验证和收费功能。本发明具有显著的技术效果和实际使用价值，能够改善城市用电环境，提高电能利用率，最终形成城市智能充电网络，以达到优化电动汽车智能充电调控，在用电高峰期降低对城市电网的冲击，在用电低峰期利用供电冗余，避免电能浪费。
作为优选，所述步骤三中，
定义电流复杂度hA，电压复杂度hv；
式中，p(A)为单位时间内超出电流阈值的概率，式中，p(v)为单位时间内超出电流阈值的概率，步骤四中计算供电指数t，t＝1/(hA·hv)进行归一化处理。
作为优选，在步骤五中，电网监测模块根据归一化后的数据对充电控制模块发出的控制命令为预设的根据供电指数t对应的控制电池组充电功率和充电时间的控制命令。
作为优选，在基于电网负荷监控的电动汽车交流充电方法中，状态参数监测模块实时获取电池组当前状态反馈给人机交互界面和充电控制模块，充电控制模块根据当前电量执行通断操作，人机交互界面直接显示当前电池组电量。
作为优选，在步骤一之前还设置有选择步骤，若使用者通过人机交互接口选择智能充电步骤则执行步骤一，若选择紧急充电则直接充电，充电接收后返回选择步骤。
作为优选，在步骤五中，电网监测模块根据归一化后的数据对充电控制模块发出的控制命令为对应的控制电池组充电功率和充电时间的控制命令，其中，电池组充电功率等于供电指数t乘以预设功率倍数，电池组充电时间等于供电指数t乘以预设时间倍数。
本发明的实质性效果是：本发明具有显著的技术效果和实际使用价值，能够改善城市用电环境，提高电能利用率，最终形成城市智能充电网络，以达到优化电动汽车智能充电调控，在用电高峰期降低对城市电网的冲击，在用电低峰期利用供电冗余，避免电能浪费。
附图说明：
附图1为本发明的结构示意图。
具体实施方式：
下面通过具体实施例，对本发明的技术方案作进一步的具体说明。
实施例：
一种基于电网负荷监控的电动汽车交流充电装置(参见附图1)，包括电网检测***、电源管理***和人机交互***，所述电网检测***包括电网监测模块和电流电压传感器；所述电源管理***包括充电控制模块、状态参数监测模块和电池接口，所述人机交互***包括人机交互接口和人机交互界面，所述电流电压传感器与电网连接，所述电网监测模块的输入端与所述电流电压传感器的输出端电连接，所述电网监测模块的输出端与充电控制模块的输入端连接，所述充电控制模块的输出端与电池接口的控制端连接，所述电池接口的输入端与电池组连接，所述电池接口的输出端与状态参数监测模块的输入端连接，所述状态参数监测模块的输出端与充电控制模块的输入端连接，状态参数监测模块的输出端还与人机交互界面的输入端连接，所述充电控制模块的输出端还与人机交互界面的输入端连接，所述人机交互界面的输入端还与人机交互接口连接，所述人机交互接口连接有若干个输入设备。
所述人机交互接口电连接有刷卡接口、RFID模块、GPRS模块和密码验证接口。
所述基于电网负荷监控的电动汽车交流充电装置的外壳为不锈钢结构壳体充电桩，充电桩的刷卡区和显示区为聚碳酸酯材料区。
一种基于电网负荷监控的电动汽车交流充电方法，适用于如上所述的基于电网负荷监控的电动汽车交流充电装置，包括以下步骤：
步骤一，基于电网负荷监控的电动汽车交流充电装置启动，电流电压传感器检测电压电流信号；
步骤二，电网监测模块对电压电流信号进行信号分级；
步骤三，电网监测模块计算电压波动复杂度和电流波动复杂度；
步骤四，将电压波动复杂度和电流波动复杂度，参数归一化；
步骤五，电网监测模块根据归一化后的数据对充电控制模块发出控制命令；
步骤六，充电控制模块实现电流电压输出控制。
所述步骤三中，
定义电流复杂度hA，电压复杂度hv；
式中，p(A)为单位时间内超出电流阈值的概率，式中，p(v)为单位时间内超出电流阈值的概率，步骤四中计算供电指数t，t＝1/(hA·hv)进行归一化处理。
在步骤五中，电网监测模块根据归一化后的数据对充电控制模块发出的控制命令为预设的根据供电指数t对应的控制电池组充电功率和充电时间的控制命令。
在基于电网负荷监控的电动汽车交流充电方法中，状态参数监测模块实时获取电池组当前状态反馈给人机交互界面和充电控制模块，充电控制模块根据当前电量执行通断操作，人机交互界面直接显示当前电池组电量。
在步骤一之前还设置有选择步骤，若使用者通过人机交互接口选择智能充电步骤则执行步骤一，若选择紧急充电则直接充电，充电接收后返回选择步骤。
实施例2：
本实施例与实施例1基本相同，不同之处在于，基于电网负荷监控的电动汽车交流充电装置中所述人机交互接口电连接有指纹识别芯片、RFID模块、GPRS模块和刷卡接口。
基于电网负荷监控的电动汽车交流充电方法中，在步骤五中，电网监测模块根据归一化后的数据对充电控制模块发出的控制命令为对应的控制电池组充电功率和充电时间的控制命令，其中，电池组充电功率等于供电指数t乘以预设功率倍数，电池组充电时间等于供电指数t乘以预设时间倍数。
以上实施例电网监测***采用电流电压传感器采集电网中电流电压波动信号，以Lempel-Ziv算法分析电流电压信号，建立电网电流电压波动模型，指导电源管理***调节充电功率和充电时间。状态参数监测模块通过电池接口采集电池组状态，同时反馈给人机交互界面和充电控制模块。充电控制模块根据电池组充电状态智能控制充电功率，以达到最优充电速度和充电效果。人机交互界面可读取电池充电状态和电网负荷状态，人机交互接口包括刷卡接口，身份认证接口，提供身份验证和收费功能。本发明具有显著的技术效果和实际使用价值，能够改善城市用电环境，提高电能利用率，最终形成城市智能充电网络，以达到优化电动汽车智能充电调控，在用电高峰期降低对城市电网的冲击，在用电低峰期利用供电冗余，避免电能浪费。
以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，并非对本发明作任何形式上的限制，在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其它的变体及改型。

Claims (10)

1.一种基于电网负荷监控的电动汽车交流充电装置，其特征在于：包括电网检测***、电源管理***和人机交互***，所述电网检测***包括电网监测模块和电流电压传感器；所述电源管理***包括充电控制模块、状态参数监测模块和电池接口，所述人机交互***包括人机交互接口和人机交互界面，所述电流电压传感器与电网连接，所述电网监测模块的输入端与所述电流电压传感器的输出端电连接，所述电网监测模块的输出端与充电控制模块的输入端连接，所述充电控制模块的输出端与电池接口的控制端连接，所述电池接口的输入端与电池组连接，所述电池接口的输出端与状态参数监测模块的输入端连接，所述状态参数监测模块的输出端与充电控制模块的输入端连接，状态参数监测模块的输出端还与人机交互界面的输入端连接，所述充电控制模块的输出端还与人机交互界面的输入端连接，所述人机交互界面的输入端还与人机交互接口连接，所述人机交互接口连接有若干个输入设备。
2.根据权利要求1所述的基于电网负荷监控的电动汽车交流充电装置，其特征在于：所述人机交互接口电连接有刷卡接口、RFID模块、GPRS模块和密码验证接口。
3.根据权利要求1所述的基于电网负荷监控的电动汽车交流充电装置，其特征在于：所述人机交互接口电连接有指纹识别芯片、RFID模块、GPRS模块和刷卡接口。
4.根据权利要求1所述的基于电网负荷监控的电动汽车交流充电装置，其特征在于：所述基于电网负荷监控的电动汽车交流充电装置的外壳为不锈钢结构壳体充电桩，充电桩的刷卡区和显示区为聚碳酸酯材料区。
5.一种基于电网负荷监控的电动汽车交流充电方法，适用于如权利要求1所述的基于电网负荷监控的电动汽车交流充电装置，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一，基于电网负荷监控的电动汽车交流充电装置启动，电流电压传感器检测电压电流信号；
步骤二，电网监测模块对电压电流信号进行信号分级；
步骤三，电网监测模块计算电压波动复杂度和电流波动复杂度；
步骤四，将电压波动复杂度和电流波动复杂度，参数归一化；
步骤五，电网监测模块根据归一化后的数据对充电控制模块发出控制命令；
步骤六，充电控制模块实现电流电压输出控制。
6.根据权利要求5所述的基于电网负荷监控的电动汽车交流充电方法，其特征在于：所述步骤三中，
定义电流复杂度hA，电压复杂度hv；
式中，p(A)为单位时间内超出电流阈值的概率，式中，p(v)为单位时间内超出电流阈值的概率，步骤四中计算供电指数t，t＝1/(hA·hv)进行归一化处理。
7.根据权利要求6所述的基于电网负荷监控的电动汽车交流充电方法，其特征在于：在步骤五中，电网监测模块根据归一化后的数据对充电控制模块发出的控制命令为预设的根据供电指数t对应的控制电池组充电功率和充电时间的控制命令。
8.根据权利要求7所述的基于电网负荷监控的电动汽车交流充电方法，其特征在于：在基于电网负荷监控的电动汽车交流充电方法中，状态参数监测模块实时获取电池组当前状态反馈给人机交互界面和充电控制模块，充电控制模块根据当前电量执行通断操作，人机交互界面直接显示当前电池组电量。
9.根据权利要求8所述的基于电网负荷监控的电动汽车交流充电方法，其特征在于：在步骤一之前还设置有选择步骤，若使用者通过人机交互接口选择智能充电步骤则执行步骤一，若选择紧急充电则直接充电，充电接收后返回选择步骤。
10.根据权利要求6所述的基于电网负荷监控的电动汽车交流充电方法，其特征在于：在步骤五中，电网监测模块根据归一化后的数据对充电控制模块发出的控制命令为对应的控制电池组充电功率和充电时间的控制命令，其中，电池组充电功率等于供电指数t乘以预设功率倍数，电池组充电时间等于供电指数t乘以预设时间倍数。
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