CN106218440B - 一种充电设备的功率智能调节电路及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种充电设备的功率智能调节电路及方法，首先计算电动汽车荷电状态SOC及电动汽车负荷，绘制负荷曲线；通过绘制同类型多辆电动汽车的负荷曲线，判断负荷曲线是否收敛，若负荷曲线收敛则输出负荷曲线，若不收敛则重复上述操作；根据所述电动汽车负荷曲线确定整个充电站的最大输出功率，各终端充电设备根据电动汽车的荷电状态SOC采用层次分析法建立决策模型，将充电过程分为能量补充阶段、功率保持阶段及小电流补充阶段三个阶段，动态分配各充电口的功率。本发明对电动汽车充电负荷进行有效预测，充分利用充电机实现有序充电控制，保障电动汽车灵活、快速充电，同时兼顾区域负荷监控。
Description
技术领域
本发明属于电动汽车领域，具体涉及一种充电设备的功率智能调节方法。
背景技术
电动汽车是指以蓄电池、燃料电池或者超级电容为动力源，全部或部分由电机驱动的汽车，是电气化和汽车的融合产物。电动汽车在广义上可以主要分为以下三种，即混合动力电动汽车、燃料电池电动汽车和纯电动汽车。混合动力电动汽车是指车上装有两个以上动力源(如蓄电池、燃料电池、内燃机等)，包括有电机驱动，符合道路交通安全法规的汽车。目前得到广泛应用的是插电式混合动力车充满电后可凭电池带动电动机行驶，在车载电池的电量用完后，车载发动机消耗石油带动发电机发电为电池充电，继续使用电池驱动电动机行驶。混合动力电动汽车纯电动里程较短，没有摆脱对石油资源的依赖，是电动汽车产业发展过程中的一种过渡车型。燃料电池电动汽车的特点是：其动力电池的电能来源于燃料和氧化剂通过电化学方式产生的化学能，燃料电池的电化学反应过程不会产生有害物质，且具有较高的能量转换效率。纯电动汽车是完全由充电电池(如铅酸电池、镍镉电池、镍氢电池、锂离子电池等)作为动力源的汽车。它通过电池向电机提供电能驱动电动机行驶，是一种“零排放”汽车，认为是目前最理想的交通工具。
电动汽车在节能减排、遏制气候变暖以及保障石油供应安全等方面有着传统汽车无法比拟的优势，受到了各国政府、汽车生产商以及能源企业的广泛关注。日益提升的电池设备、充电技术以及充电设施也促进电动汽车不断普及。研究表明，在中等发展速度下，至2020、2030和2050年，电动汽车占美国汽车总量的比例将分别达到35%、51%和62%。我国也制定了适合国情的发展规划，推进电动汽车产业化进程，提高车网(电网)融合程度。2014年以来，国务院及相关部委出台《关于加快新能源汽车推广应用的指导意见》、《关于加快电动汽车充电基础设施建设的指导意见》等多项激励政策，明确加快充电设施建设，给予充电设施建设奖励。截至2016年5月，国家及地方共出台新能源汽车相关激励政策183项，有效推动了电动汽车及充换电产业的发展。在政策的强力推动下，近年来我国新能源汽车的产销量呈爆发性增长态势。据国家***数据统计，5月新能源汽车产量为5.4万辆，同比增长92.9%。累计方面，1-5月新能源汽车产量为21.9万辆，同比增长88.8%。
电动汽车大规模使用，充电负荷接入电网，将对电力***的规划、运行以及电力市场的运营产生深刻影响。由于受诸多因素影响，充电负荷具有复杂特性。就单一车辆而言，它主要由用户出行需求决定，同时受到用户使用***的同时，也会对配电网三相负载平衡、配电变压器寿命产生影响，还会引发配电网负荷局部过载等问题；由于充电谐波的存在还会影响配电网电能质量。在电力市场运营方面，电动汽车、电动汽车aggregator将成为新的市场参与方，参与市场竞价和辅助服务的提供；电动汽车的庞大数目和分散特性，使得市场运营机制由集中式向分散式转变。分散机制的复杂电力市场稳定运行也成为一个值得关注的问题。电池的储能能力使得用户在充电时间选择上具有一定的灵活性，充电负荷具有一定的可控性。初期研究表明，恰当的充电控制不仅能够抑制、消除电动汽车对电网的不利影响，而且能够支撑电网运行，负荷调度的效益初步显现。特别是V2G(vehicle-to-grid)技术的提出使得可在平均高达96%的空闲时间内利用电动汽车储能资源，调整充放电过程，促进可再生能源电力吸纳，为电网提供辅助服务。
因此，有必要掌握电动汽车充电的功率需求和能量需求特性，研究在时间和空间两个维度上对电动汽车充电负荷进行有效预测，为电动汽车充电分布管理提供依据。
发明内容
发明目的：为了解决现有技术存在的多辆不同功率电动汽车充电分布管理的问题，本发明提供一种充电设备的功率智能调节方法。
技术方案：一种充电设备的功率智能调节方法，包括以下步骤：
（1）抽取电动汽车的起始充电时间，根据起始充电时间计算充电时长，抽取电动汽车日行驶里程，计算电动汽车荷电状态SOC，基于蒙特卡罗法计算电动汽车负荷，绘制负荷曲线；
（2）根据步骤（1）绘制同类型多辆电动汽车的负荷曲线，判断负荷曲线是否收敛，若负荷曲线收敛则输出负荷曲线，若不收敛则重复操作步骤（1）；
（3）根据所述电动汽车负荷曲线确定整个充电站的最大输出功率，各终端充电设备根据电动汽车的荷电状态SOC采用层次分析法建立决策模型，该决策模型包括充电过程中的能量补充阶段、功率保持阶段及小电流补充阶段，三个阶段动态分配各充电口的功率。
一种充电设备的功率智能调节电路，其特征在于，包括决策模型模块、充电设备功率调节主回路和功率配置控制回路，所述决策模型模块包括充电过程中的能量补充阶段、功率保持阶段及小电流补充阶段，三个阶段动态分配各充电口的功率；所述充电设备功率调节主回路包括多个充电单元、与充电单元连接的自动转换开关以及充电口，多个充电单元之间通过自动转换开关连接；所述功率配置控制回路包括多个并联的继电器，继电器可切换到相应自动转换开关的一侧遥控和二侧遥控。
有益效果：本发明提供的一种充电设备的功率智能调节方法，解决了多辆不同功率电动汽车同一时空充电需求问题，同时兼顾区域负荷监测，为有效节省投资、充电机充分利用以及有序充电控制提供了依据；尤其是当所有处于能量补充阶段和功率保持阶段都以最大功率充电，且有富余充电功率可供分配时，为处于小电流补充阶段的电动汽车分配功率从而在多辆不同功率电动汽车同一时空充电时合理分配充电功率以同时满足多个电动汽车高效率的充电作业。在时间和空间两个维度上对电动汽车充电负荷进行有效预测，方便为电动汽车充电进行分布管理。
本发明提供的一种充电设备的功率智能调节电路通过充电设备功率调节主回路和功率配置控制回路的设计，对不同车辆充电的功率进行合理分配，充分利用充电机，保障电动汽车灵活、快速充电。
附图说明
图1为基于蒙特卡罗法计算电动汽车充电负荷的流程图；
图2为充电设备功率调节主回路示意图；
图3为功率配置控制回路示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式，对本发明做进一步说明。
该充电设备的功率智能调节方法包括以下步骤：
（1）如图1所示，抽取电动汽车的起始充电时间，根据起始充电时间计算充电时长，抽取电动汽车日行驶里程，计算电动汽车荷电状态SOC，基于蒙特卡罗法计算电动汽车负荷，绘制负荷曲线。
（2）根据步骤（1）绘制同类型多辆电动汽车的负荷曲线，判断负荷曲线是否收敛，若负荷曲线收敛则输出负荷曲线，若不收敛则重复操作步骤（1）。
（3）根据所述电动汽车负荷曲线确定整个充电站的最大输出功率，各终端充电设备根据电动汽车的荷电状态SOC采用层次分析法建立决策模型，该决策模型包括充电过程中的能量补充阶段、功率保持阶段及小电流补充阶段，三个阶段动态分配各充电口的功率。
当SOC≤90%时，为能量补充阶段，此阶段属于能量补给阶段，设置为最高优先级；
当90%≤SOC≤98%时，为功率保持阶段，以保持充电负荷功率调节能力为目标，处于能量补充阶段的电动汽车都以最大功率充电，且富余充电功率可以智能调节，为处于功率保持阶段的电动汽车分配功率，设置为中优先级；
当98%≤SOC≤100%时，为小电流补充阶段，此阶段为充电末期，以小功率为电动汽车充电，当所有处于能量补充阶段和功率保持阶段都以最大功率充电，且有富余充电功率可供分配时，为处于小电流补充阶段的电动汽车分配功率。设置为最低优先级。
以目前市场需求量较大的双充电口充电设备为例，包括决策模型模块、充电设备功率调节主回路和功率配置控制回路，所述决策模型模块包括充电过程中的能量补充阶段、功率保持阶段及小电流补充阶段，三个阶段动态分配各充电口的功率；如图2所示，所述充电设备功率调节主回路包括多个充电单元、与充电单元连接的自动转换开关以及两个充电口，多个充电单元之间通过自动转换开关连接；如图3所示，所述功率配置控制回路包括多个并联的继电器，继电器可切换到相应自动转换开关的一侧遥控和二侧遥控，还包括控制多个继电器的总开关。
本发明可以解决多辆不同功率电动汽车同时充电的问题，可以充分利用充电机实现有序充电控制，保障电动汽车灵活、快速充电，同时兼顾区域负荷监控。
Claims (5)
1.一种充电设备的功率智能调节方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）抽取电动汽车的起始充电时间，根据起始充电时间计算充电时长，抽取电动汽车日行驶里程，计算电动汽车荷电状态SOC，基于蒙特卡罗法计算电动汽车负荷，绘制负荷曲线；
（2）根据步骤（1）绘制同类型多辆电动汽车的负荷曲线，判断负荷曲线是否收敛，若负荷曲线收敛则输出负荷曲线，若不收敛则重复操作步骤（1）；
（3）根据所述电动汽车负荷曲线确定整个充电站的最大输出功率，各终端充电设备根据电动汽车的荷电状态SOC采用层次分析法建立决策模型，该决策模型包括充电过程中的能量补充阶段、功率保持阶段及小电流补充阶段，三个阶段动态分配各充电口的功率。
2.根据权利要求1所述的充电设备的功率智能调节方法，其特征在于，所述步骤（3）中充电过程的三个阶段具体包括：
当SOC≤90%时，为能量补充阶段，设置为最高优先级；
当90%≤SOC≤98%时，为功率保持阶段，设置为中优先级；
当98%≤SOC≤100%时，为小电流补充阶段，设置为最低优先级。
3.根据权利要求2所述的充电设备的功率智能调节方法，其特征在于，首先为能量补充阶段的电动汽车充电；当所有处于能量补充阶段的电动汽车都以最大功率充电，且存在富余充电功率可供分配时，为处于功率保持阶段的电动汽车分配功率；当所有处于能量补充阶段和功率保持阶段都以最大功率充电，且存在富余充电功率可供分配时，为处于小电流补充阶段的电动汽车分配功率。
4.一种充电设备的功率智能调节电路，其特征在于，包括决策模型模块、充电设备功率调节主回路和功率配置控制回路，所述决策模型模块包括充电过程中的能量补充阶段、功率保持阶段及小电流补充阶段，三个阶段动态分配各充电口的功率；所述充电设备功率调节主回路包括多个充电单元、与充电单元连接的自动转换开关以及充电口，多个充电单元之间通过自动转换开关连接；所述功率配置控制回路包括多个并联的继电器，继电器可切换到相应自动转换开关的一侧遥控和二侧遥控。
5.根据权利要求4所述的充电设备的功率智能调节电路，其特征在于，还包括控制多个继电器的总开关。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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