CN109552083B - 一种基于实时负荷监测的电动汽车智能充电*** - Google Patents

一种基于实时负荷监测的电动汽车智能充电*** Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于实时负荷监测的电动汽车智能充电***，包括：n个蓄电池组、n个智能充电桩、EV智能充电控制器、配电变压器监测终端TTU、配电网数据采集与监视控制中心。本发明能有效减少大规模电动汽车在用电高峰时接入充电桩进行集中充电时对整个电网***产生的负荷冲击影响，从而能保障了电网运行的安全性、稳定性。

Description

一种基于实时负荷监测的电动汽车智能充电***
技术领域
本发明属于新能源汽车应用领域，具体的说是一种基于实时负荷监测的电动汽车智能充电***。
背景技术
汽车行业的快速发展加速了地球资源的过快消耗，能源紧缺问题也日益严重。与此同时，汽车排放的尾气也对空气造成了直接的污染，破坏了人类的自然生存环境。为此，发展电动汽车已成为汽车行业发展的主流趋势。用电力清洁能源代替传统能源作为汽车的驱动源，不仅解决了资源短缺问题，而且有效的减少汽车尾气排放，保护自然生态环境，符合可持续发展需求。
当前，电动汽车采用的充电方式主要有快速充电和常规充电。该方式亟待解决的问题是：现有快速充电及常规充电方式，并未考虑到未来大规模电动汽车集中充电对电网运行稳定性及安全性产生的影响，特别是在电网用电高峰时，大规模的分布式电源的接入必将对电网产生强烈的冲击；如何减少大规模电动汽车在用电高峰时接入充电桩进行集中充电对整个电网***产生的负荷冲击负担，与此同时如何实现基于当前电网实时负荷参数特性及所需充电蓄电池组状态制定多种EV充电方案，供EV用户选择。
发明内容
本发明是为了解决上述现有技术存在的不足之处，提出一种基于实时负荷监测的电动汽车智能充电***，以期能有效减少大规模电动汽车在用电高峰时接入充电桩进行集中充电时对整个电网***产生的负荷冲击影响，从而能保障了电网运行的安全性、稳定性。
本发明为解决技术问题采用如下技术方案：
本发明一种基于实时负荷监测的电动汽车智能充电***的特点包括：n个蓄电池组、n个智能充电桩、EV智能充电控制器、配电变压器监测终端TTU、配电网数据采集与监视控制中心；
所述配电网数据采集与监视控制中心获取电网实时负荷参数并通过自身第一无线通信模块发送给所述配电变压器监测终端TTU；
所述配电变压器监测终端TTU通过自身第二无线通信模块接收所述电网实时负荷参数并传递给所述EV智能充电控制器；
第i个智能充电桩获取第i个蓄电池组中的电池组参数并传递给所述EV智能充电控制器；
i＝1,2,…,n；
所述EV智能充电控制器根据所述电网实时负荷参数及所述第i个蓄电池组中的电池组参数，制定第i个EV用户的多种充电方案并发送给所述第i个智能充电桩供第i个EV用户选择；
所述第i个智能充电桩根据所述第i个EV用户所选择的最终充电方案为第i个EV用户提供充电服务。
本发明所述的电动汽车智能充电***的特点也在于：
所述第i个蓄电池组包括：电池组、电池管理***BMS和第一CAN接口；
所述电池管理***BMS获取所述第i个蓄电池组中的电池组参数并通过所述第一CAN接口发送给所述智能充电桩；所述第i个蓄电池组中的电池组参数包括：所述电池组的机械性能、温度、电压、电流和电量。
所述第i个智能充电桩包括：充电桩主控MCU、第一电力线载波通信模块、人机交互模块、充电调制回路和第二CAN接口；
所述人机交互模块获取第i个EV用户的充电需求并发送给所述充电桩主控MCU；
所述充电桩主控MCU根据所述第i个EV用户的充电需求利用所述第二CAN接口获取所述第i个蓄电池组参数并通过所述第一电力线载波通信模块传递给所述EV智能充电控制器；
所述充电桩主控MCU通过所述第一电力线载波通信模块接收所述EV智能充电控制器发送的所述第i个EV用户多种充电方案并发送给所述人机交互模块供所述第i个EV用户选择；
所述第i个EV用户将所选择的所述最终充电方案通过所述人机交互模块发送给所述充电桩主控MCU，并由所述充电桩主控MCU控制所述充电调制回路为第i个蓄电池组进行充电；
当充电完成或充电异常时，所述充电桩主控MCU通过所述第一电力线载波通信模块接收所述EV智能充电控制器发送的终止充电命令，并由所述充电桩主控MCU控制所述充电调制回路停止工作。
所述充电调制回路包括：EMI滤波模块、AC-DC模块、APFC电路、高频逆变全桥电路、高频变压器、整流滤波模块、SG3525双路PWM波生成模块和光耦电路；
所述EMI滤波模块滤去所述第i个智能充电桩的交流电中多次谐波分量后，通过所述AC-DC模块进行整流得到直流电，所述直流电再经过所述APFC电路进行有源功率因数校正，得到稳定的直流输出，并作为所述高频逆变全桥电路的输入；
所述充电桩主控MCU根据所述第i个EV用户选择的所述最终充电方案，控制所述SG3525双路PWM波生成模块产生相应PWM波，并经过所述光耦电路进行隔离处理，得到处理后的PWM波，用于控制所述高频逆变全桥电路的输出，使得所述高频逆变全桥电路输出所需的交流方波；所述交流方波经过所述整流滤波模块处理后得到稳定的直流脉冲，并用于对所述第i个蓄电池组进行充电。
所述EV智能充电控制器包括：控制器主控CPU、第三无线通信模块、第二电力线载波通信模块和集总控制单元；
所述控制器主控CPU通过所述第三无线通信模块获取所述电网实时负荷参数并发送给所集总控制单元，再利用所述第二电力线载波通信模块获取所述第i个蓄电池组参数发送给所述集总控制单元；
所述集总控制单元根据所接收到的所述电网实时负荷参数及所述第i个蓄电池组参数制定所述第i个EV用户的多种充电方案并通过所述第二电力线载波通信模块发送给所述第i个智能充电桩供所述第i个EV用户选择；当所述集总控制单元所接收到的所述第i个蓄电池组参数出现异常状况时，所述集总控制单元将终止充电命令通过所述第二电力线载波通信模块发送给所述第i个智能充电桩。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
1、本发明所涉及的智能充电桩由同一配电变压器供电，其安装位置不受场合限制，可实现集中安装，也可实现分散安装，利于智能充电桩的大力推广普及；
2、本发明所涉及的电力线载波通信模块，既节约了通信建设成本，同时可以有效避免外界其他无线信号的干扰；
3、本发明结合现有电动汽车充电技术，提出了根据当前电网实时负荷参数特性及所需充电蓄电池组状态制定多种EV充电方案，供EV用户选择，不仅优化了充电方案的多样性及可供选择性，而且多种EV充电方案可以迫使EV用户在电网用电高峰时改用常规充电方式，或是改在电网用电低谷时充电，有效的减少了大规模EV集中充电对电网负荷平衡的冲击影响，保障了电网运行的安全性、稳定性。
附图说明
图1为本发明的整体流程图；
图2为本发明智能充电桩部分的流程图；
图3为本发明EV智能充电控制器部分的流程图。
具体实施方式
参阅图1，本实施例中，一种基于实时负荷监测的电动汽车智能充电***，包括：n个蓄电池组、n个智能充电桩、EV智能充电控制器、配电变压器监测终端TTU、配电网数据采集与监视控制中心。
配电网数据采集与监视控制中心，是整个配电网自动化***的核心，集监视、控制及保护功能于一体，对整个配电网进行监视、控制与管理，为一种基于实时负荷监测的电动汽车智能充电***提供电网实时负荷参数；配电变压器终端TTU，其装设在配电变压器旁并对变压器进行监测的终端设备。利用现有配电网数据采集与监视控制中心与配电变压器终端TTU间的无线通信模块，将配电网数据采集与监视控制中心获取电网实时负荷参数发送给配电变压器监测终端TTU。
配电变压器监测终端TTU将接收到的电网实时负荷参数利用无线通信模块发送给配电变压器监测终端TTU；
配电变压器监测终端TTU通过自身第二无线通信模块接收电网实时负荷参数并传递给EV智能充电控制器。EV智能充电控制器安装在配电变压器的低压侧。
第i个智能充电桩获取第i个蓄电池组中的电池组参数并传递给EV智能充电控制器；i＝1,2,…,n；
EV智能充电控制器根据所获取得电网实时负荷参数及第i个蓄电池组中的电池组参数，制定第i个EV用户的多种充电方案并发送给第i个智能充电桩供第i个EV用户选择；
充电方案包括采用不同充电方式所需的充电时间和价格。例如：在电网用户负荷高峰时，如大规模的EV用户集中充电，则根据每一位EV用户电动汽车蓄电池组参数，提供给其快充所需时间及高充电价格的方案和常规充电所需时间及低充电价格的方案；在电网用电负荷低谷时，如大规模的EV用户集中充电，则根据每一位EV用户电动汽车蓄电池组参数，提供给其快充所需时间及较低充电价格的方案和常规充电所需时间及更低充电价格的方案。第i个智能充电桩根据第i个EV用户所选择的最终充电方案为第i个EV用户提供充电服务。
具体实施中，第i个蓄电池组包括：电池组、电池管理***BMS和第一CAN接口。
电池管理***BMS获取第i个蓄电池组中的电池组参数并通过第一CAN接口发送给智能充电桩；第i个蓄电池组中的电池组参数包括：电池组的机械性能、温度、电压、电流和电量。采用CAN通信的目的在于可以减少室外高噪音环境的干扰，并且一旦发送的蓄电池组参数信息遭到破坏，可自动重发；对于发送的蓄电池组参数，既可以根据当前电池组的电压、电流和电量，为EV智能充电控制器提供制定充电方案的依据，又可以根据电池组的机械性能、温度，判别电池组实时状态，一旦出现机械性能异常或温度高于预定值，责令智能充电桩终止充电，有效保证了电动汽车充电的安全性；
参阅图2，第i个智能充电桩包括：充电桩主控MCU、第一电力线载波通信模块、人机交互模块、充电调制回路和第二CAN接口；
人机交互模块获取第i个EV用户的充电需求并发送给充电桩主控MCU；
充电桩主控MCU根据第i个EV用户的充电需求利用第二CAN接口获取第i个蓄电池组参数并通过第一电力线载波通信模块传递给EV智能充电控制器；
充电桩主控MCU通过第一电力线载波通信模块接收EV智能充电控制器发送的终止充电命令，由充电桩主控MCU控制充电调制回路停止工作；
充电桩主控MCU通过第一电力线载波通信模块接收EV智能充电控制器发送的第i个EV用户多种充电方案并发送给人机交互模块供第i个EV用户选择；
第i个EV用户将所选择的最终充电方案通过人机交互模块发送给充电桩主控MCU，并由充电桩主控MCU控制充电调制回路为第i个蓄电池组进行充电。采用电力线载波作为EV智能充电控制器与第i个智能充电桩间的通信方式，既可有效的节省装置的设计成本，也可避免其他外界无线信号对通信的干扰。而多种充电方案的可供选择性，既保证了EV用户的自主选择权，与此同时，在电网用户高峰时，通过提高快充充电价格的方式，迫使一部分EV用户改选诸如常规充电或电网负荷低谷时充电方式，可以大大减少大规模电动汽车在用电高峰时接入充电桩进行集中充电对整个电网***产生的负荷冲击负担，保障了电网运行的安全性、稳定性。
当充电完成或充电异常时，充电桩主控MCU通过第一电力线载波通信模块接收EV智能充电控制器发送的终止充电命令，并由充电桩主控MCU控制充电调制回路停止工作。
本实施例中，充电调制回路包括：EMI滤波模块、AC-DC模块、APFC电路、高频逆变全桥电路、高频变压器、整流滤波模块、SG3525双路PWM波生成模块和光耦电路。
EMI滤波模块滤去第i个智能充电桩的交流电中多次谐波分量后，通过AC-DC模块进行整流得到直流电，直流电再经过APFC电路进行有源功率因数校正，得到稳定的直流输出，并作为所高频逆变全桥电路的输入；
充电桩主控MCU根据第i个EV用户所选择的最终充电方案，控制SG3525双路PWM波生成模块产生相应PWM波，并经过光耦电路进行隔离处理，得到处理后的PWM波，用于控制高频逆变全桥电路的输出，使得高频逆变全桥电路输出所需的交流方波；交流方波经过整流滤波模块处理后得到稳定的直流脉冲，并用于对第i个蓄电池组进行充电。
参阅图3，EV智能充电控制器包括：控制器主控CPU、第三无线通信模块、第二电力线载波通信模块和集总控制单元；
控制器主控CPU通过第三无线通信模块获取电网实时负荷参数并发送给集总控制单元，再利用第二电力线载波通信模块获取第i个蓄电池组参数发送给集总控制单元；
集总控制单元根据所接收到的电网实时负荷参数及第i个蓄电池组参数制定第i个EV用户的多种充电方案并通过第二电力线载波通信模块发送给第i个智能充电桩供第i个EV用户选择。集总控制单元可同时为多位EV用户提供充电方案，与此同时，集总控制单元根据所接收到的第i个蓄电池组参数，实时在线监测第i个蓄电池组状态，一旦出现异常状况，集总控制单元随即通过第二电力线载波通信模块给第i个智能充电桩发送终止充电命令，由充电桩主控MCU控制充电调制回路停止工作。

Claims (2)

1.一种基于实时负荷监测的电动汽车智能充电***，其特征包括：n个蓄电池组、n个智能充电桩、EV智能充电控制器、配电变压器监测终端TTU、配电网数据采集与监视控制中心；
所述配电网数据采集与监视控制中心获取电网实时负荷参数并通过自身第一无线通信模块发送给所述配电变压器监测终端TTU；
所述配电变压器监测终端TTU通过自身第二无线通信模块接收所述电网实时负荷参数并传递给所述EV智能充电控制器；
第i个智能充电桩获取第i个蓄电池组中的电池组参数并传递给所述EV智能充电控制器；
i＝1,2,…,n；
所述第i个蓄电池组包括：电池组、电池管理***BMS和第一CAN接口；
所述电池管理***BMS获取所述第i个蓄电池组中的电池组参数并通过所述第一CAN接口发送给所述智能充电桩；所述第i个蓄电池电池组中的电池组参数包括：所述电池组的机械性能、温度、电压、电流和电量；
所述EV智能充电控制器根据所述电网实时负荷参数及所述第i个蓄电池组中的电池组参数，制定第i个EV用户的多种充电方案并发送给所述第i个智能充电桩供第i个EV用户选择；
所述第i个智能充电桩根据所述第i个EV用户所选择的最终充电方案为第i个EV用户提供充电服务；
所述第i个智能充电桩包括：充电桩主控MCU、第一电力线载波通信模块、人机交互模块、充电调制回路和第二CAN接口；
所述人机交互模块获取第i个EV用户的充电需求并发送给所述充电桩主控MCU；
所述充电桩主控MCU根据所述第i个EV用户的充电需求利用所述第二CAN接口获取所述第i个蓄电池组参数并通过所述第一电力线载波通信模块传递给所述EV智能充电控制器；
所述充电桩主控MCU通过所述第一电力线载波通信模块接收所述EV智能充电控制器发送的所述第i个EV用户多种充电方案并发送给所述人机交互模块供所述第i个EV用户选择；
所述第i个EV用户将所选择的所述最终充电方案通过所述人机交互模块发送给所述充电桩主控MCU，并由所述充电桩主控MCU控制所述充电调制回路为第i个蓄电池组进行充电；
当充电完成或充电异常时，所述充电桩主控MCU通过所述第一电力线载波通信模块接收所述EV智能充电控制器发送的终止充电命令，并由所述充电桩主控MCU控制所述充电调制回路停止工作；
所述充电调制回路包括：EMI滤波模块、AC-DC模块、APFC电路、高频逆变全桥电路、高频变压器、整流滤波模块、SG3525双路PWM波生成模块和光耦电路；
所述EMI滤波模块滤去所述第i个智能充电桩的交流电中多次谐波分量后，通过所述AC-DC模块进行整流得到直流电，所述直流电再经过所述APFC电路进行有源功率因数校正，得到稳定的直流输出，并作为所述高频逆变全桥电路的输入；
所述充电桩主控MCU根据所述第i个EV用户选择的所述最终充电方案，控制所述SG3525双路PWM波生成模块产生相应PWM波，并经过所述光耦电路进行隔离处理，得到处理后的PWM波，用于控制所述高频逆变全桥电路的输出，使得所述高频逆变全桥电路输出所需的交流方波；所述交流方波经过所述整流滤波模块处理后得到稳定的直流脉冲，并用于对所述第i个蓄电池组进行充电。
2.根据权利要求1所述的电动汽车智能充电***，其特征是：
所述EV智能充电控制器包括：控制器主控CPU、第三无线通信模块、第二电力线载波通信模块和集总控制单元；
所述控制器主控CPU通过所述第三无线通信模块获取所述电网实时负荷参数并发送给所集总控制单元，再利用所述第二电力线载波通信模块获取所述第i个蓄电池组参数发送给所述集总控制单元；
所述集总控制单元根据所接收到的所述电网实时负荷参数及所述第i个蓄电池组参数制定所述第i个EV用户的多种充电方案并通过所述第二电力线载波通信模块发送给所述第i个智能充电桩供所述第i个EV用户选择；当所述集总控制单元所接收到的所述第i个蓄电池组参数出现异常状况时，所述集总控制单元将终止充电命令通过所述第二电力线载波通信模块发送给所述第i个智能充电桩。
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