一种电动汽车充电***及其控制方法
技术领域
本申请涉及汽车充电技术领域,尤其涉及一种电动汽车充电***及其控制方法。
背景技术
目前,一些停车场为便利电动汽车使用,在部分停车位附近设置了充电设备。然而,如果停车场区域非常广阔,且充电设备位置设置不合理,要求用户寻找到配置有充电设备的车位较困难。另外,停车场车位紧缺的情况下,有些燃油汽车可能占用配置包括充电设备的车位,从而导致电动汽车的用户难以停车充电,降低用户体验。
为了解决电动汽车用户使用车位不便的问题,可以由停车场管理人员专门对带有充电设备的特殊车位进行管理,从而避免燃油汽车占用这些车位。然而,这种管理方式容易在车位紧张的情况下致使燃油汽车用户不满,从而容易造成车位使用纠纷;同时,如果所管理的特殊车位没有停放电动汽车,则造成管理成本的浪费。
基于此,一个权衡性的解决方案是,采用在停车场全部车位布设充电设备的方式,既能满足电动汽车用户的停车充电需求,又能够满足燃油汽车对车位的使用需求。然而,采用该方法的一个实际问题在于,目前市面上燃油汽车相对于电动汽车,数量上还是占据有较大的优势,而在停车场内全范围设置充电设备,显然需要花费大量的资金,却难以获得较高的收益。
发明内容
本申请实施例提供了一种电动汽车充电***,解决了在停车场内全范围设置充电设备,显然需要花费大量的资金,却难以获得较高的收益的技术问题。此外,本申请实施例还提供了一种电动汽车充电***控制方法。
有鉴于此,本申请第一方面提供了一种电动汽车充电***,包括:多个充电子***以及控制箱;
所述控制箱内设置有控制器;
每个所述充电子***均包括:接触器、充电设备、电流互感器和整流模块;
所述接触器的一端用于与交流电源连接,另一端通过供电电缆与所述充电设备连接;各个所述接触器均与所述控制器电连接,所述控制器用于在电动汽车需要充电时,控制对应的所述接触器闭合;
所述电流互感器,用于实时检测对应的供电回路上的电流,并将检测的电流发送给所述整流模块;
所述整流模块,用于将所述电流互感器检测的电流整流为直流信号,将所述直流信号发送给所述控制器;
所述充电设备包括:电表和供电端口;
所述电表串联在所述供电回路中,用于在所述电动汽车充电时进行充电电能计量;
所述供电端口用于通过充电电缆与所述电动汽车连接。
优选的,所述整流模块具体为全桥整流电路。
优选的,所述控制箱内设置有PWM控制导引装置100;
各个所述充电设备的供电端口均通过各自对应的继电器与所述PWM控制导引装置100连接;
所述PWM控制导引装置100用于监控各个所述充电设备与所述电动汽车的交互。
优选的,每个所述充电设备内设有漏电保护开关;
所述漏电保护开关串联在所述供电回路中,用于当漏电电流大于预设漏电流时断开所述电动汽车与所述交流电源的连接。
优选的,所述控制器与所有所述充电设备内的电表之间进行串行通信;
所述控制器,用于通过串行通信方获取所有所述电表的读数。
优选的,所述控制器具体为单片机、微处理器或可编程逻辑控制器PLC。
优选的,所述供电端口具体为供电插座。
优选的,所述充电设备还配套有所述充电电缆,所述充电电缆一端设置有与所述供电插座匹配的供电插头,另一端设置有车辆插头。
优选的,所述充电电缆上设置有PWM控制导引装置100。
优选的,所述充电电缆收纳在租借柜内;
所述租借柜设置有可信号控制的柜门锁。
优选的,还包括:总控制箱和分控制箱;
所述总控制箱包括总控制器,所述分控制箱包括分控制器;
一个所述总控制箱对应多个所述分控制箱,一个所述分控制箱对应多个所述控制箱。
优选的,所述控制器,还用于接收用户终端设备发送的充电请求,所述充电请求携带对应的充值余额和用户注册信息;根据所述充电请求判断所述用户对应的电动汽车允许被充电时,则对所述电动汽车进行充电。
优选的,所述控制器,还用于判断所述直流信号小于充满预设值时,则确定所述电动汽车完成充电,控制对应的所述接触器断开。
优选的,所述控制器,还用于接收用户终端设备发送的停车时间和提车时间,根据所述停车时间和所述提车时间,给用户的电动汽车安排对应的充电时段。
优选的,所述控制器,还用于判断所述充电时段为用电低谷时段时,则按照用电低谷时段对应的收费标准进行扣费;所述用电低谷时段对应的收费标准低于用电高峰时段对应的收费标准。
优选的,所述控制器,用于在所述接触器闭合预设时间段时,判断所述直流信号是否小于或等于预设电流,如果是,则确认是电动单车在充电,控制所述接触器断开。
本申请第二方面提供一种电动汽车充电***控制方法,应用于上述第一方面提供的任一种电动汽车充电***,包括:
接收充电载具充电时实时检测到的供电回路上的电流;
在对应的接触器闭合的预设时间段内,持续判断检测到的所述电流是否小于或等于预设电流,如果是,则确认所述充电载具为电动单车,向所述接触器发出断开信号。
从以上技术方案可以看出,本申请实施例具有以下优点:
本申请实施例中,提供了一种电动汽车充电***,包括多个充电子***以及控制器,而每个充电子***中,充电设备对应的接触器均与控制箱的控制器电连接,也就是实现了由控制器对多个充电设备的集中控制,相比现有充电设备均为单桩独立设置而言,本申请实施例集中控制的成本要大大降低,因此在停车场全方位覆盖充电设备也不再需要那么高的成本,有利于电动汽车的普及。
此外,在另一种实现方式中,整流模块采用了全桥整流电路,电流互感器感应出的是交流电流可以通过全桥整流电路变为直流,从而在输入控制器后,控制器可以很容易的对有效值进行换算,实现对充电电流的实时监测。采用这样的电流取样回路,可以进一步的降低成本,使得停车场全方位覆盖充电设备的方案更为容易实现。而如果采用市面上的电流取样转换模块,成本将难以下降。
由于成本的降低,停车场全方位覆盖充电设备变为可行性很高的方案,使得用户能够在任一个停车位进行充电,不用像以前一样去寻找为数不多的带充电桩的停车位,大大提高用户对电动车的信心,提高体验的舒适度。
附图说明
图1为本申请实施例提供的一种电动汽车充电***的结构示意图;
图2为本申请实施例提供的一种电动汽车充电***的分级控制拓扑图;
图3为本申请实施例提供的第一种设置方式的控制导引电路示意图;
图4为本申请实施例提供的第二种设置方式的控制导引电路示意图;
图5为本申请实施例提供的第三种设置方式的控制导引电路示意图;
图6为本申请实施例提供的一种电动汽车充电***控制方法的流程图;
附图标记:控制箱1,控制器10,充电子***2,接触器21,充电设备22,电流互感器23,整流模块24,电表41,漏电保护开关42,PWM控制导引装置100,继电器200。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案,下面将结合本申请实施例中的附图,对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅是本申请一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本申请保护的范围。
为便利电动汽车和燃油汽车使用停车场车位,尽可能多的车位上安装电动汽车充电所需的充电设备,首先要解决的问题是如何降低充电设备的成本。本申请实施例提供了一种能够低成本实现的电动汽车充电***,使得停车场百分百覆盖充电设备不再是成本高到难以实现的方案。
可以参见图1至图5,其中,图1为本申请实施例提供的一种电动汽车充电***的结构示意图,该充电***具体包括多个充电子***2以及控制箱1。
控制箱1内设置有控制器10,其内的空间可以用于弱电连接线的布置。
一个充电子***2中包括有一个接触器21、一个电流互感器23、与电流互感器23配合的整流模块24以及一台充电设备22。其中,接触器21的一端用于与交流电源连接,另一端通过供电电缆与充电设备22连接。当接触器21闭合时,充电设备22将与交流电源形成通路,充电设备22带电,可以对与充电设备22连接的电动汽车进行充电。
对于接触器21的控制,本申请实施例采用的是集中控制的方式,也就是使各个接触器21均与控制器10电连接,实现一个控制器10可以对多台充电设备22的通电情况进行控制,相比现有充电设备22均为独立单桩设置而言,如此的集中控制可以大大降低整个充电***的成本。
考虑到电动汽车充电时有各种情况,需要对充电时的充电电流进行监控。为此,可以在供电回路上设置电流互感器23,电流互感器23可以实时检测其所在的供电回路上的电流。在具体设置时,电流互感器23的一次侧应当设置在供电回路上,比如可以设置在接触器21与交流电源连接的一端,当然,也可以根据实际情况设置在其他位置。
由于电流互感器23感应出的是交流电流,而对电流的监控实际是对电流有效值的监控,因此需要将交流电流整流为直流信号。具体的,可以设置整流模块24,整流模块24可以将电流互感器23检测的电流整流为直流信号,再将直流信号发送给控制器10,由控制器10来实现对电流的监控。
为进一步降低成本,整流模块24可以采用全桥整流电路。当交流电流经过全桥整流电流整流后,可以直接输入给控制器10的模拟信号输入模块,此时控制器10可以很容易完成电流有效值的换算。采用这样的电流取样回路,可以进一步的降低成本,使得停车场全方位覆盖充电设备22的方案更为容易实现。相比市面上的其他电流取样转换模块,成本往往居高不下。
充电设备22具体包括有电表41以及供电端口。其中,电表41串联在供电回路中,用于在电动汽车充电时进行充电电能计量。采用电表41进行电能度数的计量为电动汽车的充电收费提供了基础。
电表41计量得到的电度数需要发送给控制器10,由控制器10根据获取到的电度数计算对应收费以及执行后续的收费步骤。在具体实现时,可以通过串行通信的方式实现控制器10与各充电设备22内电表41的连接。
充电设备22内还可以设置漏电保护开关42,漏电保护开关42可以串联在供电回路中,起到很好的漏电保护作用,即当漏电电流大于预设漏电流时,可以断开电动汽车与交流电源的连接,从而大大提高充电的安全性。当然,漏电保护开关42还可以设置自恢复保险。
充电设备22内供电端口的设置是为了方便与电动汽车进行连接。具体进行连接时,可以采用充电电缆来实现充电设备22与电动汽车的连接。供电端口的设置方式有很多,而本申请实施例中,供电端口具体选用成本低、可靠且容易更换维护的供电插座。而在具体实施时,供电插座可以是10A/16A/32A的标准插座,其可以与一端设置有供电插头的充电电缆连接。
需要说明的是,本申请实施例提供的电动汽车充电***主要致力于电动汽车提供慢充服务,因此充电电流要求不会很高,供电插座可以采用已经广泛使用的普通电器插座,用于计量电能的电表41也可以使用可靠且成本低的家用电表41。本申请的技术方案之所以针对慢充,是考虑到快充对电动汽车电池有不利的影响,会减少电动汽车电池的使用寿命,并且,快充对电网的冲击较大,大量的快充将影响电网的稳定性。而相较之下,慢充则没有上述快充的坏处,但其需要的充电时间较长。为此,本申请实施例提供的电动汽车充电***主要应用于停车场等生活场地而非如加油站、充电站等公共场地,如此是为了尽可能使用户可以利用其拥有的较长的非用车时间段(比如晚上休息时间)对电动汽车进行充电,尽可能减少慢充时间较长对用户的影响。
进一步的,控制器10在具体实施时有多种选择,比如可以是单片机、微处理器或可编程逻辑控制器PLC。本申请实施例附图所示的实现方式采用了PLC作为控制器10。
需要注意的是,上述是由一个控制器10对应控制多台充电设备22,但当停车场的区域较大,充电设备22过多时,只靠单个控制器10进行控制容易混乱,因此可以采用更有层次的分级结构对充电设备22进行控制。请参见图2,图2为本申请实施例提供的一种电动汽车充电***的分级控制拓扑图。可以在控制箱之余进一步设置总控制箱,总控制箱包括总控制器,还可以进一步设置分控制箱,分控制箱包括分控制器。其中,一个总控制箱对应多个分控制箱,也可以说是一个总控制器可以对应多个分控制器,而一个分控制箱对应多个控制箱,也就是说一个分控制器可以对应多个控制器。通过分级控制的方式,可以使停车场车位的控制管理更为有序。
下面提供一个示例以方便理解,比如一个大停车场的车位可以划分为三大板块,而每一个板块可以进一步划分出四个区域,每个区域对应了若干车位;如此,则可以设置对应充电***整体控制的总控制器,到下一级,也就是对应三个大板块,则可以分别为各个大板块设置对应的分控制器,再下一级,对应每个大板块下的各个区域再分别设置一个对应的控制器,控制器对应着可以控制其所在区域的若干车位。
容易理解的是,为方便控制而设置的分级结构可以根据实际情况更为灵活的调整。比如在停车场的车位较多的情况下,充电***中还可设置多个总控制器。控制器之间具体如何分级取决于硬件设备的资源以及整体的成本。本实施例中,对于总控制器的具体数量,每个总控制器对应的分控制器的具体数量,每个分控制器对应的区域控制器的具体数量以及每个区域控制器对应的充电设备的具体数量,均不加以限定,本领域技术人员可以根据实际需要来设置。
电动汽车与充电设备22之间交互时需要进行信号的传输或通信,为对两者间的交互进行监控,通常需要引入控制导引功能。控制导引功能可以用PWM控制导引装置100实现,而PWM控制导引装置100可以有多种设置方式,请参见图3~图5,其中AI+和AI-分别表示控制器10的模拟输入正极接口和模拟输入负极接口。。
比如,可以参见图3,在每一个充电设备22上设置一个PWM控制导引装置100,使一个PWM控制导引装置100对应负责一个充电设备22与电动汽车的交互。但这样的设置方式需要配备多个PWM控制导引装置100,成本较为高昂。
还有一种设置方式,可以参见图5,将PWM控制导引装置100设置在充电电缆中,但这样设置同样需要每一条充电电缆均配置PWM控制导引装置100,成本仍然较高。
为此,本申请实施例提供一种优选的设置方式,可以参见图4,即将PWM控制导引装置100设置在控制箱1内,并使各个充电设备22的供电端口均与该PWM控制导引装置100连接,当然,在各个充电设备22与PWM控制导引装置100之间还设置有控制开关,控制开关具体可以是继电器200。如此,一个PWM控制导引装置100可以对应多个充电设备22,PWM控制导引装置100的配备数量可以大幅下降,使得充电***的整体成本大大减少。
GBT18487.1-2015《电动汽车传导充电***第1部分通用要求》规定了电动汽车充电的四种充电模式,以及三种连接方式(连接方式A、B和C)。图3~图5提供的PWM控制导引装置100的三种设置方式中,图3和图4示意的设置方式可适用于充电模式3,图5示意的设置方式可适用于充电模式2。对于本领域技术人员来说,充电模式2和充电模式3的基本含义和特点可从相关文献中获得,此处不再进行赘述。
本实施例中PWM控制导引装置100的工作原理适用于国标中的连接方式B和连接方式C。其中,可以通过监测PE和CC之间的电阻值来判断车辆插头与车辆插座是否完全连接。其中S3为常闭开关。未连接时,开关S3处于闭合状态,CC未连接,PE与CC之间的电阻值为无限大。半连接时,S3处于断开状态,CC已连接,此时PE与CC之间的电阻值为R4+RC。完全连接时,S3处于闭合状态,CC已连接,此时PE与CC之间的电阻值为RC。
还可以为充电设备22配套充电电缆,配备的充电电缆应当具有与充电设备22上设置的供电插座匹配的供电插头,而其另一端应当设置与电动汽车连接的车辆插头,当然,车辆插头可以根据允许充电的电动汽车的型号自行选择不同的规格。
在充电电缆的配套方案上,可以是一台充电设备22配套一条充电电缆,也可以是在附近的几台充电设备22配套一条充电电缆。需要注意的是,。充电电缆可以采用租借的形式,收纳在租借柜内。租借柜内设置有可以信号控制打开或者闭锁的柜门锁。若用户需要租借充电电缆,可以通过移动终端进行申请,经验证通过后则可以远程控制租借柜打开柜门。充电电缆的配套使用户不需要每次充电均自备充电电缆,为用户提供了便利。
可以理解的是,如果使用充电设备进行充电的车辆为电动汽车,在其充电的初始阶段,充电电流较小,随后逐渐增大,当其电池中电量逐渐充满时,充电电流又会有一个减小的过程。例如,江淮IEV5充满电力后,工作电流为0.09A左右;蔚来汽车完成充电后,电流达到0.4A左右。
本申请实施例提供的充电***中,控制器10还能够用于:当判断直流信号小于充满预设值时,则确定电动汽车完成充电,控制对应的接触器断开。
作为示例,可以将预设值设置为1A,即当直流信号小于1A后,判断正在充电的电动汽车已经完成充电,无需再为其供给电能。因此,此时控制器10可控制对应于该电动汽车所连接充电设备22的接触器21断开。
在实际应用中,可以预先采集进入停车场需要进行充电的各电动汽车的车辆信息,从而确定电动汽车充满电时的电流。根据不同电动汽车充满电时的电流可以设计一个略大的电流值作为预设值,当然也可以根据不同的电动汽车分别设置预设值,从而由控制器10进行对车辆电量是否充满的判断。
本申请实施例提供的电动汽车充电***中,控制器10还可通过与用户终端的通信交互,满足用户停车充电的诸多个性化需求或为用户提供更加经济的充电安排。
作为一种可能的实现方式,控制器10还可以用于接收用户终端设备发送的充电请求,发送的充电请求携带对应的充值余额和用户注册信息;根据充电请求判断用户对应的电动汽车允许被充电时,则对电动汽车进行充电。
可以理解的是,在一些停车场中,停车位仅允许某些用户使用。例如小区停车场,仅允许小区住户将电动汽车停放于车位进行充电。因此,控制器10根据充电请求携带的用户注册信息,能够获知通过移动终端发送该充电请求的用户是否为小区住户。
可以理解的是,如果用户的充值余额过低时,难以确保所剩余额能够支付充电订单的费用,因此,对于充值余额不足的充电请求不予许可。
由此可见,只有充电请求中充值余额充足,且用户注册信息符合要求的充电请求,为满足充电要求的充电请求。发送该请求的用户对应地电动汽车允许被充电。此时控制器10可以控制车辆所在车位的充电设备对该电动汽车进行充电。
可以理解的是,在实际应用中,用电时段可分为用电低谷时段和用电高峰时段。在用电低谷时段,用电需求小,电费较低;在用电高峰时段,用电需求大,电费较高。用户可以通过移动终端向控制器10发送停车时间和提车时间。控制器10还可以用于接收用户终端设备发送的停车时间和提车时间,根据停车时间和提车时间,给用户的电动汽车安排对应的充电时段。
例如,某一城市的用电低谷时段为凌晨00:00至早晨07:00。用户停车时间为傍晚22:00,取车时间为第二天早晨9:00。显然,如果从傍晚22:00开始充电,则充电时段与用电高峰时段重合,导致用户充电费用上升。为此,控制器10可以根据停车时间和提车时间,为该电动汽车安排对其从凌晨00:00开始充电。如果车辆可以在5个小时之内充满电量,则只需用户支付用电低谷时段5个小时的电费,而如果从傍晚22:00开始充电,则5个小时充满后,需要用户支付用电高峰时段2个小时的电费以及用电低谷时段3个小时的电费。即所述控制器10,还用于判断所述充电时段为用电低谷时段时,则按照用电低谷时段对应的收费标准进行扣费。可见,本申请实施例提供的充电***通过安排充电时段,能够提高用户使用充电设备进行充电的经济性,促进充电设备的使用和推广;并且,小区内通常配备的是小容量变压器,若电动汽车均在用电高峰时段充电,变压器将难以满足要求,因此,本申请实施例中通过合理的调控充电时间,将不同电动汽车的充电安排不同的时段,实现了对变压器容量的最大化利用,相当于为更多的用户提供了充电服务。
控制器10还可以用于在接触器21闭合预设时间段时,判断直流信号是否小于或等于预设电流,如果是,则确认是电动单车在充电,控制接触器断开。
作为示例,假设预设时间段为45秒,预设电流为2A,从接触器31闭合时刻开始计时,当计时45秒时判断直流信号是否小于或等于2A。在实际应用中,如果正在充电的车辆为电动汽车,则正常状况下45秒时采集的直流信号可以达到2A以上;而如果正在充电的车辆为电动单车,则其不会在计时45秒时达到2A以上。从而,根据电动汽车和电动单车在充电时的具体特性对应的电流不同,可以通过设置预设时间段以及预设电流,来判断被充电的对象是电动单车还是电动汽车。由此可见,本申请提供的充电***能够在充电设备的使用过程中及时判断被充电的车辆类型,从而可以在充电的起始阶段,尽快禁止充电设备为电动单车充电,避免出现充电事故,从而保证充电设备的安全使用。
当然,在实际应用中,可以根据充电设备22的充电插头的标准、电动汽车的车型信息和电动汽车的电池参数等指标具体设定预设时间段和预设电流的大小。因此,本实施例中对于预设时间段和预设电流的具体数值均不加以限定。
由前文说明可知,本申请实施例提供的电动汽车充电***,包括多个充电子***以及控制器,而每个充电子***中,充电设备对应的接触器均与控制箱的控制器电连接,也就是实现了由控制器对多个充电设备的集中控制,相比现有充电设备均为单桩独立设置而言,本申请实施例集中控制的成本要大大降低。此外,在进行电流实时检测时,采用了电流互感器与全桥整流电路的配合的电流取样方式,进一步减轻了电流取样的成本;再者,本申请实施例提供的充电***主打慢充模式,其中的电表、接触器、供电插座等均不需要承受快充要求的高电流,因此可以在电气元件的选择上可以采用已经非常成熟的常用元件,而这些元件不但耐用难坏,即使坏了进行更换和维护的成本也非常低。
因此,本申请实施例提供电动汽车充电***通过巧妙的设计以及先进的理念,可以用非常低的成本有效安全的实现电动汽车的充电,使得充电设备(如充电桩)大范围甚至百分百覆盖停车场的可行性非常高,一旦推广使用,能够为用户电动汽车的充电提供便利,并且还对电动汽车的推广有极大的帮助。并且,当停车位均配置有充电桩后,用户也更能够接受慢充的充电方式,逐渐形成对电动汽车的电池更为友好的充电习惯。
基于前述提供的电动汽车充电***的各种实现方式,相应地,本申请还提供一种电动汽车充电***控制方法。
参见图6,该图为本申请实施例提供的一种电动汽车充电***控制方法的流程图。该方法应用于前述实施例提供的任一种电动汽车充电***。
如图6所示,电动汽车充电***控制方法包括:
步骤601:接收充电载具充电时实时检测到的供电回路上的电流。
步骤602:在对应的接触器闭合的预设时间段内,持续判断检测到的电流是否小于或等于预设电流,如果是,执行步骤603。
步骤603:确认充电载具为电动单车,向接触器发出断开信号。
本申请提供的电动汽车充电***控制方法,控制器在对应的接触器闭合的预设时间段内,持续判断检测到的电流是否小于或等于预设电流,如果是,则确认充电载具为电动单车,因此,为了避免发生火灾事故,控制器向接触器发出断开信号,使接触器断开,停止为电动单车充电。由此可见,本申请提供的电动汽车充电***控制方法能够在充电设备的使用过程中及时判断充电车辆的类型,保证充电设备的安全使用。
应当理解,在本申请中,“至少一个(项)”是指一个或者多个,“多个”是指两个或两个以上。“和/或”,用于描述关联对象的关联关系,表示可以存在三种关系,例如,“A和/或B”可以表示:只存在A,只存在B以及同时存在A和B三种情况,其中A,B可以是单数或者复数。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。“以下至少一项(个)”或其类似表达,是指这些项中的任意组合,包括单项(个)或复数项(个)的任意组合。例如,a,b或c中的至少一项(个),可以表示:a,b,c,“a和b”,“a和c”,“b和c”,或“a和b和c”,其中a,b,c可以是单个,也可以是多个。
以上所述,以上实施例仅用以说明本申请的技术方案,而非对其限制;尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围。