CN102412606A - 一种充电控制器及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种充电控制器及其控制方法，包括检测模块、通信模块I、中央控制模块、AD转换模块和输出功率控制模块；中央控制模块分别与通信模块I、所述AD转换模块和输出功率控制模块连接；AD转换模块与检测模块连接。本发明通过控制器可以实际调节充电设备的输出功率，进而减小电动汽车充电对电网的影响，同时控制器可以控制电动汽车的充电策略，更好的服务于电网系统和用户。本发明提出的控制方法，很好的实现了电动汽车与电网的互动。

Description

一种充电控制器及其控制方法

技术领域：

本发明涉及电动控制领域，具体涉及一种充电控制器及其控制方法。

背景技术：

随着能源危机和环境危机的日益严重，汽车工业掀起了一场新的革命，为减少汽车使用对环境和能源的压力，电动汽车成为了未来发展的热点。但是，大规模电动汽车的使用对电网系统提出了新的挑战，电动汽车的充电对电网会产生很大的影响，致使千家万户不同程度受到影响。假设电动汽车充电时，电网频率下降到48Hz时，电动机转速就下降4％，这样许多工业产品的产量会下降，质量也无法保证。因此，保证电力系统稳定地运行是十分重要的。这样，如何控制和管理电动汽车的充电过程，并让电动汽车参与电网的互动对于电网的稳定和安全有着重要的意义，也对电动汽车发展有着重要的影响。

发明内容：

针对现有技术的不足，本发明提供一种充电控制器及其控制方法，以保证电动汽车在充电时对电网的影响最小。

本发明提供的一种充电控制器，其改进之处在于，包括检测模块、通信模块I、中央控制模块、AD转换模块和输出功率控制模块；所述中央控制模块分别与所述通信模块I、所述AD转换模块和所述输出功率控制模块连接；所述AD转换模块与所述检测模块连接；所述检测模块包括电压检测单元、电流检测单元和频率检测单元。

本发明提供的第一优选方案的充电控制器，其改进之处在于，所述输出功率控制模块与充电设备连接；所述输出功率控制模块包括通信模块II、PWM波产生电路和CPU外围电路；所述CPU外围电路分别与所述信模块II和所述PWM波产生电路连接。

本发明提供的第二优选方案的充电控制器，其改进之处在于，所述检测模块与公共电网连接。

本发明提供的第三优选方案的充电控制器，其改进之处在于，所述通信模块I包括GPRS接口、TCP/IP以太网接口、CAN总线通信接口、PLC通信接口、Zigbee总线通信接口、3G无线通信接口和4G无线通信接口。

本发明提供的较选方案的充电控制器，其改进之处在于，所述通信模块II包括PLC通信单元和CAN通信单元，控制器通信模块II的CPU具有flexCAN功能，PWM功能，IIC功能，ADC功能。

本发明基于另一目的提供的一种如上述所述充电控制器的控制方法，其改进之处在于，所述方法包括如下步骤：

(1)将充电控制器安装在充电设备内；

(2)监控系统设定充电设备的参考值和偏差范围；

(3)充电设备识别充电者的信息，将信息发给监控系统；

(4)监控系统确认后保存信息，并将所述信息反馈给充电设备的功率输出模块，功率输出模块存储所述信息；

(5)检测模块采集配电网的频率和电压，并将采集的数据传给中央控制单元，中央控制单元将采集的数据与参考值进行比较，控制输出功率控制模块输出相应功率；

(6)通信模块II将充电情况发送给充电者和监控系统，中央控制单元记录充电时间。

本发明提供的第一优选方案的控制方法，其改进之处在于，充电者的信息包括充电起始时间，明天的计划行驶里程，次日的行车出发时间。

本发明提供的第二优选方案的控制方法，其改进之处在于，所述检测值包括电压值、电流值和频率值。

本发明提供的第三优选方案的控制方法，其改进之处在于，所述参考值是指接入电网实际情况的电压和频率值；其中实际情况是指：额定功率是50Hz，但是有正负0.2的偏差，所以离发电厂远的末端，实际可能是49.8Hz或者50.2Hz。

本发明提供的第四优选方案的控制方法，其改进之处在于，所述偏差范围是指与参考值的偏差范围，其频率偏差范围为0.3Hz-0.5Hz。

本发明基于另一目的提供的一种如上述所述充电控制器的控制方法，其改进之处在于，所述方法包括如下步骤：

1)将充电控制器安装在充电设备内；

2)充电设备识别充电者的信息，确认后保存信息，并将所述信息反馈给功率输出模块，功率输出模块存储所述信息；

3)检测模块采集配电网的频率和电压，并将采集的数据传给中央控制单元，中央控制单元将采集的数据与参考值进行比较，控制输出功率控制模块输出相应功率；

4)通信模块II将充电情况发送给充电者和监控系统，中央控制单元记录充电时间。

与现有技术比，本发明的有益效果为：

1)本发明是用于电动汽车充电设备的控制器，通过控制器可以实际调节充电设备的输出功率，进而减小电动汽车充电对电网的影响，同时控制器可以控制电动汽车的充电策略，更好的服务于电网系统和用户。

2)提出了一种适用于电网稳定和安全的电动汽车充电控制方法，很好的实现了电动汽车与电网的互动。

3)本发明的检测模块具备实时采集数据的功能，在未接收到监控系统命令时，自己可以根据测量值进行功率调节判定。

4)本发明具有能量回馈的过程，可将电动汽车作为一个小电源使用。

附图说明

图1为本发明提供的充电控制器结构示意图。

图2为本发明提供的控制方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。

实施例一

如图1所示，本实施例提供的充电控制器包括检测模块、通信模块I、中央控制模块、AD转换模块和输出功率控制模块；中央控制模块分别与通信模块I、AD转换模块和输出功率控制模块连接；输出功率控制模块再与充电设备连接，AD转换模块再依次与检测模块和公共电网连接；

中央控制模块主要用于控制器的整体控制，包括核心MCU的外围电路，外扩存储器等。

输出功率控制模块针对直流充电设备和交流充电设备不同而不同，对于交流充电设备而言，通过功率输出模块与电动汽车通信，下发目前交流充电设备最大输出能力，从而减少电动汽车的使用功率。对于直流充电设备，可以通过输出功率控制模块改变设备中开关器件的占空比，从而改变充电设备输出功率。输出功率控制模块包括通信模块II(包括PLC通信单元和CAN通信单元)、PWM波产生电路和CPU外围电路；CPU外围电路分别与信模块II和PWM波产生电路连接。

检测模块主要用于检测电网的参数，包括电压检测单元、电流检测单元和频率检测单元。电压检测单元可为电压传感器，主要检测电网电压；电流检测单元可为电流传感器，主要检测电网电流；频率检测单元可为频率采集传感器，主要检测电网频率。或者电压检测单元、电流检测单元和频率检测单元可用算法检测相应的电网参数。

通信模块I包括GPRS接口、TCP/IP以太网接口、CAN总线通信接口、PLC通信接口、Zigbee总线通信接口、3G无线通信接口和4G无线通信接口，其实现监控系统与中央控制模块之间的通信。

监控系统包括车辆运行监控系统、充电监控系统、用户交互数据监控系统、电池状态评估系统。其用于通知所接入的充电设备目前所接入配电网的频率和电压参考值，同时用于记录充电过程中功率变化过程，也用于识别用户信息，当用户充电时，充电设备具有ID识别功能，通过刷卡可以识别用户的身份，并可以查询详细的信息。车辆运行监控系统主要采集车辆行驶信息，并且制定计划；充电监控系统主要进行状态评估；用户交互数据监控系统主要用于与控制器进行信息交换；电池状态评估系统主要用于对电动汽车的电池进行状态评估。

频率检测模块和电压检测模块进行配电网末端的频率检测和电压检测，并将检测数据经过AD转换模块送至中央控制模块，中央控制模块将采集数据与内部设定参考值进行比较，通过设定标准值与实际测量值的差值来控制充电设备的输出功率，进而维持配电网的功率相对恒定。本发明的方法，有效地缓解了大量电动汽车充电过程中对电网的影响，同时，可以控制电动汽车与电网的友好互动。

具体的，本实施例的控制方法流程图如图2所示，包括如下步骤：

(1)将充电控制器安装在充电设备内；充电设备为直流充电机；

(2)监控系统设定充电设备的参考值和偏差范围；如果未接收到监控系统的反映所接入电网的参考值，则控制器采用内设的标准值作为参考值。

(3)充电设备的用户信息识别模块识别充电者的信息，将信息发给监控系统；

充电设备的用户信息识别模块具有射频卡识别功能，射频卡识别将充电者的信息读入系统，发给监控系统并判断信息是否有误。其中信息包括充电起始时间，明天的计划行驶里程，次日的行车出发时间。

(4)监控系统确认后保存信息，并将所述信息反馈给充电设备的功率输出模块，功率输出模块的内存中或者外扩存储器存储所述信息；

(5)检测模块采集配电网的频率和电压，并将采集的数据传给中央控制单元，中央控制单元将采集的数据与参考值进行比较，控制输出功率控制模块输出相应功率；

具体的：

控制器的检测模块实时采集配电网的频率和电压。并将采集数据传送至控制器的中央控制单元，中央控制单元将采集的数据与参考值进行比较，如果两者的差小于偏差范围，则继续按原来的输出功率进行充电。如果两者的差大于偏差范围，并且此时的采集频率小于参考值，则控制器的中央控制单元会控制功率输出控制模块，查询此时充电的充电电流和充电的电池的荷电状态(SOC)。

根据次日的行驶里程来估算用电SOC，如果此时电池SOC已经完全满足次日的行车计划，则充电机可以调整输出功率，此时，功率输出模块向监控系统请求输出功率减小，如果监控系统允许，则充电设备按照此功率输出。如果此时与监控系统通信中断，则不进行请求工作，按功率输出模块计算的功率进行输出，同时，控制器检测模块实时监测此时的配电网变化，根据情况进行动态调节。如果此时SOC不满足次日计划，则应该根据次日计划所需SOC与此时电池SOC计算充电时间，根据充电时间与次日计算输出功率，进而执行功率输出的变化输出；

充电时间的计算公式为：(1-当前soc值)*电池容量/充电电流+kt₀(单位：小时，其中t₀为电池充电修正时间，k为评价电池一致性系数)。其中的充电电流，对于直流充电机而言，根据目前的功率除以电压计算得到。

(6)通信模块II将充电情况发送给充电者和监控系统，中央控制单元记录充电时间。

当直流充电机具有能量双向流动的功能时，如果电网状态低于正常的值，可对电网进行能量的回馈。

实施例二

本实施例和实施例一结构和原理基本相同，不同之处在于，将充电控制器安装在充电设备内；充电设备为交流充电桩；具体步骤如下：

(1)将充电控制器安装在充电设备内；充电设备为交流充电桩。

(2)监控系统设定充电设备的参考值和偏差范围；如果未接收到监控系统的反映所接入电网的参考值，则控制器采用内设的标准值作为参考值。

(3)充电设备的用户信息识别模块识别充电者的信息，将信息发给监控系统；

充电设备的用户信息识别模块具备射频卡识别功能，射频卡识别将充电者的信息读入系统，发给监控系统并判断信息是否有误。其中信息包括充电起始时间，明天的计划行驶里程，次日的行车出发时间。

(4)监控系统确认后保存信息，并将所述信息反馈给充电设备的功率输出模块，功率输出模块的内存中或者外扩存储器存储所述信息。

(5)检测模块采集配电网的频率和电压，并将采集的数据传给中央控制单元，中央控制单元将采集的数据与参考值进行比较，控制输出功率控制模块输出相应功率；

具体的：

控制器的检测模块实时采集配电网的频率和电压。并将采集数据传送至控制器的中央控制单元，中央控制单元将采集的数据与参考值进行比较，如果两者的差小于偏差范围，则继续按原来的输出功率进行充电。如果两者的差大于偏差范围，并且此时的采集频率小于参考值，则控制器的中央控制单元会控制功率输出控制模块，功率输出模块会和车载充电机进行通信，得知电池的SOC信息。

根据次日的行驶里程来估算用电SOC，如果此时电池SOC已经完全满足次日的行车计划，则充电机可以调整输出功率，此时，功率输出模块向监控系统请求输出功率减小，如果监控系统允许，则充电设备按照此功率输出。如果此时与监控系统通信中断，则就按此功率进行输出，同时，控制器的检测模块实时监测此时的配电网变化，根据情况进行调节。如果此时SOC不满足次日计划，则应该根据次日计划所需SOC与此时电池SOC计算充电时间，根据充电时间计算输出功率，进而执行功率输出的变化输出；

充电时间的计算公式为：(1-当前soc值)*电池容量/充电电流+kt₀(单位：小时，其中t₀为电池充电修正时间，k为评价电池一致性系数)。其中充电电流，对于交流充电桩而言，充电桩输出功率乘以充电机的效率计算车载充电机的输出功率，输出电压可以通过与车载充电机的通信得到。

当车载充电机具有能量双向流动的功能时，功率调节后，如果电网状态仍然低于正常的值，则继续进行上述的计算过程，并减小输出功率。当输出功率变化0时，电网状态仍不能恢复，则根据此时电池的SOC与次日计划使用SOC，同时考虑电池实际情况(主要考率再下次电能补给前，考虑电池寿命，一般SOC需留有30％)则计算电池可以释放的能量，对电网进行能量的回馈。能量回馈包括有功补偿和无功补偿，通过电压采集，如果测量电压比配电网额定电压，但电网频率正常，此时，电池作为储能终端，具备电容器特性，与变流器配合可以实现从电网吸收或向电网注入无功，支持或帮助系统电压恢复。

(6)通信模块II将充电情况发送给充电者和监控系统，中央控制单元记录充电时间。

本发明在电动汽车充电时，根据电网波动情况，采取相应充电步骤，保证了电网的稳定性。

实施例三

本实施例和实施例一、实施例二的结构和原理基本相同，不同之处在于，当监控系统和充电设备之间存在通讯故障时，只需通过充电设备识别用户信息。具体步骤如下：

(1)将充电控制器安装在充电设备内；

(2)充电设备识别充电者的信息，确认后保存信息，并将所述信息反馈给功率输出模块，功率输出模块存储所述信息；

(3)检测模块采集配电网的频率和电压，并将采集的数据传给中央控制单元，中央控制单元将采集的数据与参考值进行比较，控制输出功率控制模块输出相应功率；

(4)通信模块II将充电情况发送给充电者和监控系统，中央控制单元记录充电时间。

最后应该说明的是：结合上述实施例仅说明本发明的技术方案而非对其限制。所属领域的普通技术人员应当理解到：本领域技术人员可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，但这些修改或变更均在申请待批的权利要求保护范围之中。

Claims (11)

1.一种充电控制器，其特征在于，包括检测模块、通信模块I、中央控制模块、AD转换模块和输出功率控制模块；所述中央控制模块分别与所述通信模块I、所述AD转换模块和所述输出功率控制模块连接；所述AD转换模块与所述检测模块连接；所述检测模块包括电压检测单元、电流检测单元和频率检测单元。

2.如权利要求1所述的充电控制器，其特征在于，所述输出功率控制模块与充电设备连接；所述输出功率控制模块包括通信模块II、PWM波产生电路和CPU外围电路；所述CPU外围电路分别与所述信模块II和所述PWM波产生电路连接。

3.如权利要求1所述的充电控制器，其特征在于，所述检测模块与公共电网连接。

4.如权利要求1所述的充电控制器，其特征在于，所述通信模块I包括GPRS接口、TCP/IP以太网接口、CAN总线通信接口、PLC通信接口、Zigbee总线通信接口、3G无线通信接口和4G无线通信接口。

5.如权利要求2所述的充电控制器，其特征在于，所述通信模块II包括PLC通信单元和CAN通信单元，控制器通信模块II的CPU具有flexCAN功能，PWM功能，IIC功能，ADC功能。

6.一种基于权利要求1所述充电控制器的控制方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

(1)将充电控制器安装在充电设备内；

(2)监控系统设定充电设备的参考值和偏差范围；

(3)充电设备识别充电者的信息，将信息发给监控系统；

(4)监控系统确认后保存信息，并将所述信息反馈给充电设备的功率输出模块，功率输出模块存储所述信息；

(5)检测模块采集配电网的频率和电压，并将采集的数据传给中央控制单元，中央控制单元将采集的数据与参考值进行比较，控制输出功率控制模块输出相应功率；

(6)通信模块II将充电情况发送给充电者和监控系统，中央控制单元记录充电时间。

7.如权利要求6所述的控制方法，其特征在于，充电者的信息包括充电起始时间，明天的计划行驶里程，次日的行车出发时间。

8.如权利要求6所述的控制方法，其特征在于，所述检测值包括电压值、电流值和频率值。

9.如权利要求6所述的控制方法，其特征在于，所述参考值是指接入电网实际情况的电压和频率值。

10.如权利要求6所述的控制方法，其特征在于，所述偏差范围是指与参考值的偏差范围，其频率偏差范围为0.3Hz-0.5Hz。

11.一种基于权利要求1所述充电控制器的控制方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

1)将充电控制器安装在充电设备内；

2)充电设备识别充电者的信息，确认后保存信息，并将所述信息反馈给功率输出模块，功率输出模块存储所述信息；

3)检测模块采集配电网的频率和电压，并将采集的数据传给中央控制单元，中央控制单元将采集的数据与参考值进行比较，控制输出功率控制模块输出相应功率；

4)通信模块II将充电情况发送给充电者和监控系统，中央控制单元记录充电时间。

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