CN109398133A - 一种电动汽车充电集群及其功率自动分配*** - Google Patents

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Abstract

本发明属于电动汽车充电技术领域，具体涉及一种电动汽车充电集群及其功率自动分配***。所述充电集群，包括集群控制***、信息传输网络、供电网络、智能充电桩和自动功率分配***。所述充电集群根据智能充电桩的工作状态，动态划分为快充和慢充区域，按照优先保障快速充电需求的原则，对快充区域和慢充区域的充电功率进行实时调配，在慢充区域功率不能满足充电需求的情况下，合理安排慢充区域智能充电桩的工作次序，调整优化慢充区域的功率负荷，实现充电集群功率的自动分配，以解决在用电高峰期充电集群功率下降时，充电效率低的问题。

Description

一种电动汽车充电集群及其功率自动分配***
技术领域
本发明属于电动汽车充电技术领域，具体涉及一种电动汽车充电集群及其功率自动分配***。
背景技术
随着经济发展与能源供给、环境污染之间的矛盾日益激化，节能降耗和减少对化石燃料的依赖已成为世界各国经济持续发展迫切需要解决的问题。电动汽车具有节油、环保、高效率的优点，世界各国科学家和工业界普遍认为电动汽车是二十一世纪重要的清洁交通工具。电动汽车充电站和充电网络是电动汽车规模化和产业化发展的重要基础设施，较大规模充电站我们称之为充电集群，是充电站的一个重要发展方向。
通常充电站和居民用电会发生冲突，在用电高峰期，会出现充电站的可用负荷功率下降的问题，当有大量充电车辆同时进入充电站充电时，往往功率不够分配，尤其在晚上，是居民用电高峰时段，此时充电站的可用负荷功率可能小于充电集群额定功率。目前的应对措施有两种，第一种措施是先关闭部分充电桩，待有剩余功率后再开始工作，这种方法常常造成充电设备资源的浪费。第二种措施是集群内所有充电桩按比例降功率工作，此时设备利用率得到了提高，但是由于所有设备都是降功率工作，车辆充电时间加长，充电效率降低，此时充电站停满了充电的车辆，但站外仍有大量等待进入充电站的车辆。
造成上述问题的主要原因是，目前大规模充电站的建设没有适应集群化管理的需求。因为不同的充电车辆的充电需求是不同的，例如进入充电集群车辆的剩余电量是不同的、车主的取车时间是不同的，而且从充电过程来说，处于不同充电阶段的车辆对充电功率的需求也是不同的，当车载电池组接近充满时，其充电需求功率会降低至电池额定容量的五分之一左右。虽然当前的智能充电桩可以与BMS***交互，根据充电车辆的充电需求，把自身充电功率调整到最优，但是充电集群没有对所属充电桩的工作进行实时监控和管理，无法根据站内整体的充电需求情况动态调整充电桩的功率输出、平衡站内的功率消耗。并且从充电策略来讲，目前充电集群的功率调度规则遵循的是按照先到先服务的原则，按照电动汽车的先后次序进行调度，当有空闲的充电桩时，有车辆到来就开始工作，没有根据充电集群总体的车辆充电需求，灵活分配充电时间和充电功率。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种基于功率自动分配技术的电动汽车充电集群，根据集群内部充电功率需求的变化，实时进行功率调配，平衡不同充电类型、不同充电时段的功率需求，提高充电效率和充电设备利用率。
为了解决上述问题，本发明提出以下技术方案：
一方面，本发明提出了一种电动汽车充电集群。所述电动汽车充电集群包括集群控制***、信息传输网络、智能充电桩、供电网络和自动功率分配***。
该充电集群的集群控制***，通过信息传输网络，监控充电集群所述设备的工作状态，与充电集群所述设备进行信息交互，控制协调所属设备的工作，并针对慢速充电电动汽车的充电需求，合理安排慢充区域智能充电桩的工作次序，进一步调整优化慢充区域的功率负荷，平衡不同充电时段的功率需求。
自动功率分配***，用于从集群控制***获取智能充电桩工作信息，对集群内部充电区域进行动态划分，按照优先保障快速充电需求的原则，对快充区域和慢充区域的充电功率进行实时调配。
智能充电桩，用于实时监测BMS充电信息，与集群控制***进行信息交互，执行所述集群控制***的指令。
信息传输网络，用于连接集群所属设备，进行信息和指令传输。
供电网络，用于为集群所属设备进行供电。
进一步，所述智能充电桩，包括快速充电接头和慢速充电接头，可以同时或者分别满足电动汽车的快速充电和慢速充电需求。
更进一步，所述智能充电桩包括交互式操作面板，用户通过该面板完成取车时间设定、刷卡支付等操作。
再进一步，所述智能充电桩使用can总线与电动汽车的BMS***相连，获取BMS提供的充电信息。
进一步，所述集群控制***包括车辆预约模块和数据存储模块。
所述车辆预约模块，用于接受预约充电车辆信息，根据所述信息处理与控制模块提供的功率分配方案，动态分配充电车位和充电时段。
所述数据存储模块，用于记录充电集群以往充电信息，包括各个时段总的充电功率、充电设备利用率、充电车辆的充电信息等。
更进一步，所述信息处理与控制模块，根据数据存储模块提供的海量数据信息和预约车辆信息，根据预测算法，预测未来的功率需求和充电设备需求，优化功率分配方案。
本发明提供的电动汽车充电集群通过信息传输网络连接所述设备，统一控制协调充所属设备的工作；对集群内部充电区域进行动态划分，按照优先保障快速充电需求的原则，对快充区域和慢充区域的充电功率进行实时调配，并在慢充区域功率额度不能满足充电需求时，合理安排慢充区域智能充电桩的工作次序，进一步调整优化慢充区域的功率负荷，提高充电集群工作效率，解决了在用电高峰期，充电集群功率下降时，充电速度下降，充电效率低的问题。进一步，通过增加数据存储模块和车辆预约模块，所述充电集群可以根据数据存储模块提供的海量数据信息和预约车辆信息，统计预测未来的功率需求和设备需求，规划出更加优化的功率分配方案。
另一方面，本发明提出了一种电动汽车充电集群功率自动分配***，该***包括功率监测模块、计算模块和功率控制模块；
功率监测模块，与充电集群的集群控制***相连接，用于获取充电集群的充电功率信息，包括充电集群功率总额度Pz、正在快速充电的第i个智能充电桩当前所需充电功率Pki、正在慢速充电的第i个智能充电桩当前所需充电功率Pmi；
功率计算模块，接收功率监测模块的功率信息，把当前正在快速充电的m个智能充电桩化归快充区域，把当前正在慢速充电的n个智能充电桩化归慢充区域，实时计算充电集群快充区域所需功率和慢充区域所需功率根据预设的功率调配方法，生成功率调配指令，控制功率控制模块进行功率调整；并且在慢充功率不足的情况下，根据慢充区域智能充电桩上传的取车时间、所需充电功率和车辆剩余电量，计算所需充电时间，并将该时间通过功率监测模块反馈给集群控制***，由集群控制***设定慢速充电的智能充电桩开始充电的时间；
功率控制模块，执行功率调配指令，实时调整智能充电桩的输出功率，对快充区域和慢充区域充电功率进行调整。
所述功率调配方法如下：
集群的充电功率总额度Pz，功率监测模块按照***预先设定的比例，给快充区域充分配电功率额度为Pkz，给慢充区域分配充电功率额度为Pmz，Pz＝Pkz+Pmz；
如果且则保持***预先设定的比例进行功率额度分配；
如果且则把Pkz下调，以为限，所述快充区域的充电桩满负荷工作，把Pmz上调为P′mz＝Pz-P′kz，如果此时则所述慢充区域的充电桩满负荷工作，否则功率计算模块根据慢充区域智能充电桩上传的取车时间、所需充电功率和车辆剩余电量，逐一计算慢充区域充电车辆所需充电时间，集群控制***逐一对慢充区域智能充电桩开始充电的时间进行设定，到达设定时间后，该智能充电桩开始工作；然后功率计算模块再次计算慢充区域中处于充电状态的智能充电桩所需充电功率如果此时则所述慢充区域的充电桩满负荷工作，否则慢充区域中处于充电状态的智能充电桩都按比例降负荷工作，输出功率下降为原来的
如果则把Pkz上调到所述快充区域的充电桩满负荷工作，把Pmz下调为P′mz＝Pz-P′kz，如果此时则所述慢充区域的充电桩满负荷工作，否则功率计算模块根据慢充区域智能充电桩上传的取车时间、所需充电功率和车辆剩余电量，逐一计算慢充区域充电车辆所需充电时间，集群控制***逐一对慢充区域智能充电桩开始充电的时间进行设定，到达设定时间后，该智能充电桩开始工作，然后功率计算模块再次计算慢充区域中处于充电状态的智能充电桩所需充电功率如果此时则慢充区域的充电桩满负荷工作，否则慢充区域中处于充电状态的智能充电桩都按比例降负荷工作，输出功率下降为原来的
如果则把分配给所述快充区域的功率Pkz调整到P′kz＝Pz，慢充区域所有的智能充电桩停止工作，快充区域处于充电状态的智能充电桩按比例降负荷工作，输出功率下降为原来的
进一步，车主的取车时间由车主在智能充电桩设定。
进一步，车辆的剩余电量和所需充电功率由智能充电桩从车辆的BMS***获取。
本发明提出的电动汽车充电集群功率自动分配***，根据正在充电的智能充电桩的充电模式，把充电集群划分为快充区域和慢充区域，依据优先安排电动汽车快速充电需求的原则，通过控制智能充电桩的输出功率，对充电集群的功率在慢充区域和快充区域之间进行分配，实现了充电集群充电功率的自动分配，降低了人工操作成本，提高了充电集群设备使用率和工作效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例中一种基于自动分配功率技术的电动汽车充电集群的结构示意图；
图2是本发明实施例中一种电动汽车充电集群功率自动分配方法的流程图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。
本实施例提供了一种电动汽车充电集群及其功率自动分配方法。
本实施例提供的电动汽车充电集群如图1所示，图中的连线表示信息传输网络，供电网络在图中省略。该充电集群包括集群控制***、信息传输网络、智能充电桩、供电网络和自动功率分配***。外部功率进入充电集群后，通过供电网络对智能充电桩进行供电。该电动汽车充电集群使用的智能充电桩都有快速和慢速充电接头，充电接头以并联的方式连到充电网络，车主可以选择其中一个充电接头为电动汽车充电，一个充电桩可以同时满足多辆电动汽车的充电需求。自动功率分配***通过调整充电接头的输出功率，实现对快充和慢充两个区域的供电功率调整，在充电集群的功率额度不变的情况下，快充区域增加100KW功率时，慢充区域则相应减少100KW功率。
集群控制***包括数据采集模块、通信模块和信息处理与控制模块。数据采集模块，用于采集充电集群所属设备的工作状态信息；通信模块，用于实时与充电集群其他所属设备进行数据交换，并进行数据信息格式转换和整理，输出到数据采集模块；信息处理与控制模块，用于处理由数据采集模块输出的数据，产生控制指令，协调和控制充电集群所述设备的工作，并根据图2所示的功率调配方法，控制智能充电桩开始充电的时间，对慢充区域的充电功率分配进行优化。
自动功率分配***，用于响应集群控制***的指令，实时监控整个充电集群的功率分配和使用情况，对充电集群的功率进行区域化管理，通过调整充电接头的输出功率，对充电集群内部快充区域和慢充区域的输入功率进行分配。
智能充电桩使用can总线与汽车的BMS***相连，还包括用户操作面板、供电模块、通信模块、监测与控制模块。利用用户操作面板，车主可以在智能充电桩设定取车时间，用以完成刷卡支付等操作；中央处理模块，用于控制协调控制充电桩的工作，并通过通信模块与集群控制***进行信息交互，响应集群控制***的指令。监测与控制模块，实时监测BMS提供的包括所需充电功率、剩余电量等充车辆充电信息，根据当前所在区域的供电情况和车辆充电情况，向供电模块发出电压调节指令，调整充电电压；供电模块，连接供区域供电网络，执行自动功率分配***的指令，修正供电模块发出电压调节指令，调整充电接头的输出功率。
信息传输网络，包括路由器和光纤以太网，用于连接集群控制***、自动功率分配***与智能充电桩，实现集群控制***对智能充电桩的控制、参数设置和数据查询，同时充电桩也能通过网络接口实时上传充电桩的工作信息。
所述充电集群开始工作后，按照图2所示流程进行功率自动分配，具体步骤如下：
A、自动功率分配***按照***预先设定的比例，设定快充区域的充电功率额度为Pkz，设定慢充区域的充电功率额度为Pmz，Pz＝Pkz+Pmz，Pz为集群的充电功率额度。
B、自动功率分配***把正在进行快速充电的m个智能充电桩划归快充区域，把正在进行慢速充电的n个智能充电桩划归慢充区域。
C、实时监控正在进行快速充电的第i个智能充电桩的所需充电功率Pki和正在进行慢速充电的第i个智能充电桩的所需充电功率Pmi。
D、计算慢充区域所需充电功率和快充区域所需充电功率
E、如果且则返回B步骤。
F、如果则把快充区域的功率额度Pkz调整到P′kz＝Pz，慢充区域停止供电，自动功率分配***调整快充区域充电接头的输出功率，输出功率调整为原来的转到B步骤；
G、如果则把快充区域的功率额度Pkz调整到快充区域的充电桩满负荷工作，慢充区域的功率额度变为P′mz＝Pz-P′kz，转到I步骤。
H、如果而则把快充区域的功率额度Pkz调整到所述快充区域的充电桩满负荷工作，慢充区域的功率额度变为P′mz＝Pz-P′kz。
I、如果则慢充区域的充电桩满负荷工作，转到B步骤。
J、自动功率分配***根据慢充区域智能充电桩上传车主的取车时间、所需充电功率和车辆剩余电量，逐一计算慢充区域智能充电桩进行充电所需时间，集群控制***根据计算结果，对智能充电桩逐一进行工作时间设定，到达设定时间后，智能充电桩才开始进行慢速充电。
K、计算慢充区域总的所需充电功率
L、如果则所述慢充区域的充电桩满负荷工作，返回到B步骤；否则慢充区域的智能充电桩按比例降负荷工作，输出功率降为原来的返回到B步骤。
本发明实施例提出的电动汽车充电集群和电动汽车充电集群功率自动分配***，由车主通过智能充电桩设定取车时间，由所述智能充电桩通过CAN总线实时获取电动汽车的充电信息，由所述集群监控***监控整个所述集群***的充电工作过程，根据集群内部各区域的供电需求特点，优先安排快速充电需求，合理安排智能充电桩进行慢速充电的次序，并动态地计算出所述各区域的功率调整量，自适应调节所述集群内部的功率负荷，达到提高充电集群内的设备使用率和负荷利用率的目的。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种电动汽车充电集群，其特征在于，所述电动汽车充电集群包括集群控制***、信息传输网络、智能充电桩、供电网络和自动功率分配***；
所述集群控制***，通过信息传输网络，与充电集群所属设备进行信息交互，监控充电集群的工作状态，控制协调充电集群的工作，并在慢充功率不能满足充电需求的情况下，设定处于慢充状态的智能充电桩的工作次序，进一步调整优化充电集群的功率负荷；
自动功率分配***，用于把正在充电的智能充电桩划归快充区域或者慢充区域，按照优先保障快速充电需求的原则，对快充区域和慢充区域的充电功率进行实时分配；
智能充电桩，用于实时监测BMS充电信息，与集群控制***进行信息交互，执行所述集群控制***的指令；
信息传输网络，用于连接集群所属设备，进行信息和指令传输；
供电网络，用于对集群所属设备进行供电。
2.根据权利要求1所述的电动汽车充电集群，其特征在于，所述智能充电桩包括快速充电接头和慢速充电接头。
3.根据权利要求1所述的电动汽车充电集群，其特征在于，所述智能充电桩包括交互式操作面板。
4.根据权利要求1所述的电动汽车充电集群，其特征在于，所述智能充电桩使用can总线与电动汽车的BMS***相连，获取BMS提供的充电信息。
5.根据权利要求1所述的电动汽车充电集群，其特征在于，所述集群控制***还包括数据存储模块，用于记录充电集群历史充电信息。
6.根据权利要求5所述的电动汽车充电集群，其特征在于，所述集群控制***还包括车辆预约模块，用于接受预约充电车辆信息，动态分配充电车位和充电时段。
7.根据权利要求6所述的充电集群，其特征在于，所述集群控制***，根据数据存储模块提供的数据信息和预约车辆信息，预测充电集群未来的功率需求和设备需求，优化功率分配方案。
8.一种电动汽车充电集群自动功率分配***，其特征在于：包括功率监测模块、计算模块和功率控制模块；
所述功率监测模块，与充电集群的集群控制***相连接，用于获取充电集群充电功率信息，包括充电集群功率总额度Pz、正在快速充电的第i个智能充电桩当前所需充电功率Pki、正在慢速充电的第i个智能充电桩当前所需充电功率Pmi；
功率计算模块，接收功率监测模块的功率信息，把当前正在快速充电的m个智能充电桩化归快充区域，把当前正在慢速充电的n个智能充电桩化归慢充区域，实时计算充电集群快充区域所需功率和慢充区域所需功率根据预设的功率调配方法，生成功率调配指令，控制功率控制模块进行功率调整；并且在慢充功率不足的情况下，根据慢充区域智能充电桩上传的取车时间、所需充电功率和车辆剩余电量，计算所需充电时间，并将该时间通过功率监测模块反馈给集群控制***，由集群控制***设定慢速充电的智能充电桩开始充电的时间；
功率控制模块，执行功率调配指令，控制智能充电桩的充电功率，在快速充电桩和慢速充电桩之间，实时分配功率。
所述功率调配方法如下：
功率监测模块按照***预先设定的比例，设定快充区域的功率额度为Pkz，设定慢充区域的功率额度为Pmz，Pz＝Pkz+Pmz，Pz为充电集群总的充电功率额度；
如果且则保持***预先设定的比例进行功率分配；
如果且则把Pkz下调，以为限，则快充区域的充电桩满负荷工作，把Pmz上调为Pm′z＝Pz-Pk′z，如果此时则慢充区域的充电桩满负荷工作，否则功率计算模块根据慢充区域智能充电桩上传的取车时间、所需充电功率和车辆剩余电量，逐一计算慢充区域充电车辆所需充电时间，集群控制***逐一对慢充区域智能充电桩开始充电的时间进行设定，到达设定时间后，该智能充电桩开始工作；然后功率计算模块再次计算慢充区域中处于充电状态的智能充电桩所需充电功率如果此时则慢充区域的充电桩满负荷工作，否则慢充区域中处于充电状态的智能充电桩都按比例降负荷工作，输出功率下降为原来的
如果则把Pkz上调到快充区域的充电桩满负荷工作，把Pmz下调为Pm′z＝Pz-Pk′z，如果此时则慢充区域的充电桩满负荷工作，否则功率计算模块根据慢充区域智能充电桩上传的取车时间、所需充电功率和车辆剩余电量，逐一计算慢充区域充电车辆所需充电时间，集群控制***逐一对慢充区域智能充电桩开始充电的时间进行设定，到达设定时间后，该智能充电桩开始工作；然后功率计算模块再次计算慢充区域中处于充电状态的智能充电桩所需充电功率如果此时则慢充区域的充电桩满负荷工作，否则慢充区域中处于充电状态的智能充电桩都按比例降负荷工作，输出功率下降为原来的
如果则把快充区域的功率额度Pkz调整到Pk′z＝Pz，慢充区域所有的智能充电桩停止工作，快充区域处于充电状态的智能充电桩按比例降负荷工作，功率下降为原来的
9.根据权利要求8所述的自动功率分配***，其特征在于，车主的取车时间由车主在所述智能充电桩操作面板上设定。
10.根据权利要求9所述的自动功率分配***，其特征在于，车辆的剩余电量和所需充电功率由所述集群控制***通过智能充电桩从车辆的BMS***获取。
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