CN102831719A - 可避免电网过载的电动汽车有序轮流充电控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了可避免电网过载的电动汽车有序轮流充电控制系统，包括电力负荷管理系统、充电控制箱、栏杆式供电桩、车载取电装置、充电管理中心，通过在原来路边自动充电系统的基础上设置用于实时检测片区变压器电力负荷、避免电网过载的电力负荷管理系统，对所需充电车辆的充电数量进行管理，利用该系统，可以有效避免电动汽车在路边集中充电而引起电网过载崩溃的问题，从而确保电网的安全。该系统解除了电网公司发展电动汽车路边充电模式的顾虑，有助于推动电动汽车路边充电模式的快速普及。

Description

可避免电网过载的电动汽车有序轮流充电控制系统

技术领域

本发明涉及一种电动汽车路边自动充电控制系统。

背景技术

根据汽车业“十二五”规划，未来五年，中国汽车业将大力提倡发展包括新能源汽车在内的节能汽车。纯电动汽车受到前所未有的重视。但是电动汽车的便捷充电问题一直是个困扰电动汽车发展的瓶颈。

目前电动汽车的使用中存在着一些问题，如：电动汽车在路边集中（慢充或快充）充电，容易引起电网过载而崩溃；传统的充电装置（充电站与充电柱）车主难以查找，车辆不便停靠与使用；快充方式缩短电池寿命，等等。这些问题已经严重制约了电动汽车的普及和推广。

发明内容

为解决上述问题，本发明的目的在于提供一种可避免电网过载的电动汽车有序轮流充电控制系统。

本发明解决其问题所采用的技术方案是：

可避免电网过载的电动汽车有序轮流充电控制系统，包括设置在车上用于取电的车载取电装置，多个为电动汽车提供供电电压的栏杆式供电桩及用于控制多个栏杆式供电桩的充电控制箱，充电控制箱与多个栏杆式供电桩连接，所述车载取电装置包括用于控制车辆充电的车载充电控制盒，车载取电装置通过车载充电控制盒内的车载通信接口与充电控制箱通信，所述充电控制箱通过互联网和用于控制充电过程的充电管理中心连接通信，其中充电控制箱的电源输入接口连接至当地的片区变压器，所述片区变压器通过充电控制箱为栏杆式供电桩供电，还包括用于实时检测片区变压器电力负荷、避免电网过载的电力负荷管理系统，所述电力负荷管理系统包括用于对片区变压器电流及负载进行采样的电流互感器、用于对片区变压器电力负荷情况进行检实时监测的电力负荷检测模块、用于对充电控制箱功率负荷进行管理的电力负荷管理模块和用于与充电控制箱进行通信的电力通信接口，电流互感器、电力负荷检测模块、电力负荷管理模块和电力通信接口依次相继连接，充电控制箱通过电力通信接口上报待充电的车辆数目，电力负荷管理模块根据片区变压器的负荷情况向充电控制箱发送充电允许配额数，充电控制箱根据配额数对各个栏杆式供电桩进行轮流充电管理，控制栏杆式供电桩的充电车辆数量。

充电控制箱连接有多个栏杆式供电桩，每个栏杆式供电桩可供一辆电动汽车进行充电，充电控制箱可对栏杆式供电桩的供电状态进行控制，充电控制箱与需要充电的电动汽车有线或无线通信，并通过互联网与充电管理中心通信，对电动汽车的充电过程进行控制及管理，由于栏杆式供电桩是通过当地的片区变压器进行供电的，因此当充电车辆到达一定的数量时，会增加当地用电负荷，从而影响当地电力设施及居民的用电，制约着路边自动汽车充电系统的发展。

为了解决这问题，设置电力负荷管理系统，实时检测片区变压器电力负荷，并与充电控制箱通信调整充电控制箱的充电控制方式，控制车辆充电的数量，避免电网过载。

电力负荷管理模块负责管理电动汽车的充电数量，通过电流互感器对片区变压器的电流情况进行采样，并将采用数据传输至电力负荷检测模块进行检测，电力负荷管理模块通过电力负荷检测模块获知当地片区变压器的电力负荷状态。

充电控制箱与需要充电的电动汽车有线或无线通信，获取待充电的汽车数目，通过电力通信接口向电力负荷管理模块上报待充电车辆的数据，电力负荷管理模块根据片区变压器的负荷情况向充电控制箱发送充电允许配额数，充电控制箱根据配额数对各个供电桩进行轮流充电管理，控制充电车辆的数量。

进一步，当申请充电的车辆数大于配额数时，充电控制箱根据配额数量对所需充电车辆进行分组轮流控制充电，让所需充电的汽车分组轮流充电。让所需充电的汽车分组轮流充电，不仅能降低片区变压器的负荷，而且可避免出现某辆汽车一直不能充电的情况，其分配方式的适用性和实用性较好。

进一步，充电控制箱预设了剩余配额变化范围，当车辆在进行轮流充电的过程中，由于片区变压器的负荷会产生变化而导致充电配额变化时，若充电配额变化若超过预设变化范围，则对配额数量进行相应的调整，若变化在范围之内，则保持原来的充电控制。

进一步，充电控制箱通过车载充电控制盒检测车辆的电池余量，若发现电池电量低，则该汽车直接进行优先充电，不需轮流充电管理，该设计可满足汽车运行的必要电量，让电量低的车辆优先充电，其实用性更好。

在车辆进行轮流充电的过程中，片区变压器的负荷会不断产生变化，同时允许车辆充电的配额也在不断变化，当充电配额变化时，车辆充电控制需要进行相应的调整，在系统运行时对剩余配额变化的数值预先设置一个范围，若剩余配额的变化超过预设范围，启动快减慢增的跟踪算法，则对配额数进行相应的调整，即预设的配额数增加的幅度比配额数减少的幅度大，在配额数减少的时候系统能快速响应调整实际配额数，以免为当地的片区变压器代理负担，而在配额数增加时能保持系统的稳定性。

当配额数 未超过预设范围时，启动初值算法，即保持系统初始设定的配额数，在剩余配额数变化不大的情况下，避免因为配额数的不断变化而导致系统不断调整，使充电控制的模式不断变化，增加系统的稳定性。

若充电控制箱与电力负荷管理系统的通信发生故障，则启动最小值算法，即将历史数据表中的同期时间内的配额数最小值作为实际的配额分配数。该设置可确保在充电控制箱与电力负荷管理系统的通信发生故障时，充电系统不会对电网带来负荷，保证了片区变压器的正常运行。

进一步，所述电力负荷管理系统还包括用电负荷传感器节点，所述用电负荷传感器节点与电力负荷管理模块相连接，系统所在区域的储能电站、居民区、生产企业及快速充电站通过用电负荷传感器节点向电力负荷管理模块上报用电负荷情况。该设计以便电力负荷管理模块及时调整充电控制箱的充电允许配额数。

进一步，电力负荷管理系统对片区内的生产企业的用电负荷、片区内的居民区用电负荷、片区内的电动汽车轮流慢充充电控制箱、片区内轮流快充的快速充电站、片区内的储能电站进行统一的监控、管理与分配。其中生产企业的用电，享有最高优先级，生产企业的大功率设备开机用电前，要先向片区的“电力负荷管理系统”发出“申请与通知”，方便“电力负荷管理系统”事先进行电力资源的统一安排。居民区的用电优先级次于生产企业，居民区的电力负荷传感器，实时地向“电力负荷管理系统”汇报居民区的电力负荷情况，方便“电力负荷管理系统”进行电力资源的统一安排。电动汽车实行按配额数的轮流慢充充电次于居民区用电，电动汽车的车辆群，按照“电力负荷管理系统”发布的“充电允许的配额数”，在充电控制箱的统一控制下，进行轮流慢充充电。而片区内的快速充电站，按照“电力负荷管理系统”发布的“充电允许的配额数”，在快速充电站的充电控制箱的统一控制下，对车辆群进行轮流快充充电。片区内的储能电站，在夜间低谷电的阶段，受控充电；片区内的储能电站，在用电高峰期，受控放电并网。

进一步，所述充电控制箱包括充电控制模块、用于与车辆进行通信的车辆通信接口、用于与电力负荷管理系统通信的电力系统通信模块、通过光纤连接至互联网的光纤接入点和用于对栏杆式供电桩进行供电控制的供电开关，所述车辆通信接口、电力系统通信模块、光纤接入点和供电开关分别与充电控制模块连接，所述供电开关的电源输入端与片区变压器连接，供电开关的供电输出端连接至栏杆式供电桩。充电控制模块通过电力系统通信模块、车辆通信接口分别与电力负荷管理系统和充电车辆进行通信，以获取所需充电车辆数量和片区变压器充电允许配额数，通过光纤接入点连接互联网与充电管理中心进行通信，控制对车辆的充电进行控制并实现相关计费，并根据充电允许配额数，并通过供电开关控制多个栏杆式供电桩的供电。

进一步，电力负荷管理系统中的电力通信接口通过GPRS网络或光纤网络与电力系统通信模块连接通信。GPRS网络可利用现有的通信设备，降低系统成本，而使用光纤网络其速度更快，可靠性更高；本系统可根据不同地方使用不同的通信方式进行通信，其实用性和适用性更好。

进一步，车载取电装置包括用于连接栏杆式供电桩进行取电的车载取电器、电池盒、用于对电池盒进行慢充电的车载慢充充电电机和用控制车辆充电的车载充电控制盒，所述车载充电控制盒内设有用于与充电控制箱车辆通信接口连接通信的车载通信接口，所述车载取电器、车载慢充充电机和电池盒依次相继连接，车载充电控制盒分别与车载慢充充电机和电池盒相连接。所述车载慢充充电机将来自取电器的交流电转换成直流电为电池盒内的电池充电，而车载充电控制盒对车载慢充充电机进行充电控制，车载充电控制盒连接电池盒获取电池盒内的电池余量信息。

进一步，所述栏杆式供电桩包括受控插电座和供电极板，所述受控插座和供电极板分别与供电开关的电源供电输出端连接；所述车载取电器包括与受控插电座相匹配的插电电极和与供电极板相匹配的取电器电极，所述插电电极和取电器电极分别与车载慢充充电电机连接。车辆可通过受控插座或供电极板进行充电，其选择方式更多，运行效果更好。

进一步，所述受控插电座包括用于供插电电极插入取电的受控电力线插座、用于读取用户IC卡的停车位IC卡读卡器及用于显示充电状态的显示模块，所述受控电力线插座与供电开关的输出端连接，所述IC卡读卡器与车辆通信接口有线连接。所述IC卡读卡器用于在充电时通过刷卡启动充电程序，其中IC卡与电动汽车上的车载取电装置相对应，当用户刷卡时，IC卡通过IC卡读卡器把车辆的有关信息通过车载通信接口传输至充电控制箱内的充电控制模块，充电控制模块通过控制供电开关实现轮流充电控制，更加方便了用户的使用，其中在充电过程中显示模块可提示充电的状态。其中显示模块包括红、绿、黄三种颜色的指示灯，当红灯闪烁时，代表充电或通信发生故障，提示司机作相关处理，当绿灯闪烁时，代表正在正常充电中，当黄灯常亮时，代表证处于待机状态，当黄灯闪烁时，代表正在等待充电的状态，通过显示模块可让司机及时获取电动汽车的充电状态，方便了用户的使用，其设计更为合理。

进一步，所述充电控制箱还包括zigbbe无线通信模块，所述无线通信模块与充电控制模块相连接，所述车载充电控制盒包括zigbbe无线通信接口，所述无线通信接口与zigbbe无线通信模块通过zigbee无线信道无线连接。ZigBee技术是一种近距离、低复杂度、低功耗、低速率、低成本的双向无线通讯技术。主要用于距离短、功耗低且传输速率不高的各种电子设备之间进行数据传输以及典型的有周期性数据、间歇性数据和低反应时间数据传输的应用，采用ZigBee信道进行无线通信可大大减少充电控制箱与车载取电装置之间的通信成本。

进一步，本自动充电系统实行“车牌号+ GSM号码卡+ 数据库”的预付费充值卡方式的充电电费管理，即通过车辆的ID号、GSM号码卡，预存电费；该设置可让车主用户随充随扣，并可查询相关余额，为了避免因为余额不足不能充电导致的经济损失，本系统允许车辆连续三次临时欠费情况下的充电，（欠费信息，屏显及语音提示的方式通知车主）。基于车载GSM号码卡的电费结算，有利于进行跨区充电操作。

需要充电的车辆首先通过车载通信接口向充电控制箱报道，通过车载通信接口及车辆通信接口向车辆取电装置发送该供电桩的信息，如供电桩的ID号、GSM号码。

当栏杆式供电桩在检测不到充电电流时，充电控制模块控制供电开关切断交流电强电供应，车辆与栏杆式供电桩实行“报道-汇报流量-退出”机制，车辆在充电完毕后，向充电控制箱发送扣费信息进行扣费。而现场督察人员可根据车牌号码在网上查找到该车的流量与扣费的历史数据。

进一步，还包括用于将直流电变为交流电的逆变单元阵列，所述逆变单元阵列的直流输入端与供电开关连接，逆变单元阵列的交流输出端与电网连接。当所在片区变压器负荷紧张的时候，在电力负荷管理系统的统一控制下，车辆可通过逆变单元阵列往电网逆变放电，缓解所在片区变压器的用电紧张。

优选地，所述逆变单元阵列的交流输出端通过并网滤波器与电网连接。该设计时输入电网的电流更加平稳，其实用性更好。

进一步，所述供电开关包括通信接口开关、充电开关、放电开关和用于驱动括通信接口开关、充电开关、放电开关开合状态的开关控制驱动电路，所述开关控制驱动电路与通信接口开关、充电开关、放电开关的开合控制端电气连接；其中通信接口开关的一端与充电控制模块连接，充电开关的一端与片区变压器的电力输出端连接，放电开关的一端与逆变单元阵列连接，而通信接口开关、充电开关、放电开关的另一端均与栏杆式供电桩的供电线连接，所述开关控制驱动电路的控制输入端与充电控制模块连接。

所述通信接口开关、充电开关和放电开关受到开关控制驱动带来路的驱动控制，其中开关控制驱动电路的控制输入端分别设有三路控制输入接口，分别控制通信接口开关、充电开关和放电开关，所述充电开关负责连接片区变压器和栏杆式供电桩的供电线路，即栏杆式充电桩的受控插电座或供电极板，为车辆提供供电，而放电开关则用于连接栏杆式供电桩和逆变单元阵列，用于使汽车上的直流电可输出到电网中，而通信接口开关用于控制充电控制模块与栏杆式供电桩的通信，其中充电控制模块与栏杆式供电桩的通信与供电共用线路，能减少线路的铺设，减少成本其控制方式也较为稳定。

本发明的有益效果是：本发明可避免电网过载的电动汽车有序轮流充电控制系统，通过在原来路边自动充电系统的基础上设置用于实时检测片区变压器电力负荷、避免电网过载的电力负荷管理系统，对车辆的充电数量进行管理，利用该系统，可以有效避免电动汽车在路边集中充电而引起电网过载崩溃的问题，从而确保电网的安全。该系统解除了电网公司发展电动汽车路边充电模式的顾虑，有助于推动电动汽车路边充电模式的快速普及。

附图说明

下面结合附图和实例对本发明作进一步说明。

图1是本发明电动汽车轮流充电控制系统的整体系统原理示意图。

图2是本发明电动汽车轮流充电控制系统的系统示意框图。

图3是本发明车载取电装置的系统框图。

图4是本发明供电开关的原理示意图。

图5是本发明充电控制箱与受控插电座的连接示意图。

图6是本发明的充电控制主流程图。

图7是当剩余配额数超过预设范围时的充电控制子流程图。

图8是当剩余配额数少于预设范围时的充电控制子流程图。

图9是当充电控制箱与电力负荷管理系统通信故障时的充电控制子流程图。

具体实施方式

参照图1- 图4所示，本发明可避免电网过载的电动汽车有序轮流充电控制系统，包括设置在车上用于取电的车载取电装置2，多个为电动汽车提供供电电压的栏杆式供电桩1及用于控制多个栏杆式供电桩1的充电控制箱3，充电控制箱3与多个栏杆式供电桩1连接，所述车载取电装置2包括用于控制车辆充电的车载充电控制盒21，车载取电装置2通过车载充电控制盒21内的车载通信接口22与充电控制箱3通信，所述充电控制箱3通过互联网和用于控制充电过程的充电管理中心4连接通信，其中充电控制箱3的电源输入接口连接至当地的片区变压器5，所述片区变压器5通过充电控制箱3为栏杆式供电桩1供电，其特征在于：还包括用于实时检测片区变压器5电力负荷、避免电网过载的电力负荷管理系统6，所述电力负荷管理系统6包括用于对片区变压器5电流及负载进行采样的电流互感器61、用于对片区变压器5电力负荷情况进行检实时监测的电力负荷检测模块62，通过电流互感器61获取片区变压器5的电流信息，并根据该信息进行分析得出片区变压器5的电力负荷及功率余量、用于对充电控制箱3功率负荷进行管理的电力负荷管理模块63和用于与充电控制箱3进行通信的电力通信接口64，电流互感器61、电力负荷检测模块62、电力负荷管理模块63和电力通信接口64依次相继连接，充电控制箱3通过电力通信接口64上报待充电的车辆数目，电力负荷管理模块63根据片区变压器5的负荷情况向充电控制箱3发送充电允许配额数，充电控制箱3根据配额数对各个栏杆式供电桩1进行轮流充电管理，控制栏杆式供电桩1的充电数量。

充电控制箱3连接有多个栏杆式供电桩1，每个栏杆式供电桩1可供一辆电动汽车进行充电，充电控制箱3可对栏杆式供电桩1的供电状态进行控制，充电控制箱3与需要充电的电动汽车有线或无线通信，并通过互联网与充电管理中心4通信，对电动汽车的充电过程进行控制及管理，由于栏杆式供电桩1是通过当地的片区变压器5进行供电的，因此当充电车辆到达一定的数量时，会增加当地用电负荷，从而影响当地电力设施及居民的用电，制约着路边自动汽车充电系统的发展。

为了解决这问题，设置电力负荷管理系统6，实时检测片区变压器5电力负荷，并与充电控制箱3通信调整充电控制箱3的充电控制方式，控制车辆充电的数量，避免电网过载。

电力负荷管理模块63负责管理电动汽车的充电数量，通过电流互感器61对片区变压器5的电流情况进行采样，并将采用数据传输至电力负荷检测模块62进行检测，电力负荷管理模块63通过电力负荷检测模块62获知当地片区变压器5的电力负荷状态。

充电控制箱3与需要充电的电动汽车有线或无线通信，获取待充电的汽车数目，通过电力通信接口64向电力负荷管理模块63上报待充电车辆的数据，电力负荷管理模块63根据片区变压器5的负荷情况向充电控制箱3发送充电允许配额数，充电控制箱3根据配额数对各个栏杆式供电桩1进行轮流充电管理，控制充电车辆的数量。

进一步，当申请充电的车辆数大于配额数时，充电控制箱3根据配额数量对所需充电车辆进行分组轮流控制充电，让所需充电的汽车分组轮流充电。让所需充电的汽车分组轮流充电，不仅能降低片区变压器5的负荷，而且可避免出现某辆汽车一直不能充电的情况，其分配方式的适用性和实用性较好。

进一步，充电控制箱3预设了剩余配额变化范围，当车辆在进行轮流充电的过程中，由于片区变压器5的负荷会产生变化而导致充电配额变化时，若充电配额变化若超过预设变化范围，则对配额数量进行相应的调整，若变化在范围之内，则保持原来的充电控制。

进一步，充电控制箱3通过车载充电控制盒21检测车辆的电池余量，若发现电池电量低，则该汽车直接进行优先充电，不需轮流充电管理，该设计可满足汽车运行的必要电量，让电量低的车辆优先充电，其实用性更好。

在车辆进行轮流充电的过程中，片区变压器5的负荷会不断产生变化，同时允许车辆充电的配额也在不断变化，当充电配额变化时，车辆充电控制需要进行相应的调整，在系统运行时对剩余配额变化的数值预先设置一个范围，若剩余配额的变化超过预设范围，启动快减慢增的跟踪算法，则对配额数进行相应的调整，即预设的配额数增加的幅度比配额数减少的幅度大，在配额数减少的时候系统能快速响应调整实际配额数，以免为当地的片区变压器5代理负担，而在配额数增加时能保持系统的稳定性。

当配额数 未超过预设范围时，启动初值算法，即保持系统初始设定的配额数，在剩余配额数变化不大的情况下，避免因为配额数的不断变化而导致系统不断调整，使充电控制的模式不断变化，增加系统的稳定性。

若充电控制箱3与电力负荷管理系统6的通信发生故障，则启动最小值算法，即将历史数据表中的同期时间内的配额数最小值作为实际的配额分配数。该设置可确保在充电控制箱3与电力负荷管理系统6的通信发生故障时，充电系统不会对电网带来负荷，保证了片区变压器5的正常运行。

进一步，所述电力负荷管理系统6还包括用电负荷传感器节点65，所述用电负荷传感器节点65与电力负荷管理模块63相连接，系统所在区域的储能电站、居民区、生产企业及快速充电站通过用电负荷传感器节点65向电力负荷管理模块63上报用电负荷情况。该设计以便电力负荷管理模块63及时调整充电控制箱3的充电允许配额数。

进一步，电力负荷管理系统6对片区内的生产企业的用电负荷、片区内的居民区用电负荷、片区内的电动汽车轮流慢充充电控制箱、片区内轮流快充的快速充电站、片区内的储能电站进行统一的监控、管理与分配。其中生产企业的用电，享有最高优先级，生产企业的大功率设备开机用电前，要先向片区的“电力负荷管理系统6”发出“申请与通知”，方便“电力负荷管理系统6”事先进行电力资源的统一安排。居民区的用电优先级次于生产企业，居民区的电力负荷传感器，实时地向“电力负荷管理系统6”汇报居民区的电力负荷情况，方便“电力负荷管理系统6”进行电力资源的统一安排。电动汽车实行按配额数的轮流慢充充电次于居民区用电，电动汽车的车辆群，按照“电力负荷管理系统6”发布的“充电允许的配额数”，在充电控制箱3的统一控制下，进行轮流慢充充电。而片区内的快速充电站，按照“电力负荷管理系统6”发布的“充电允许的配额数”，在快速充电站的充电控制箱的统一控制下，对车辆群进行轮流快充充电。片区内的储能电站，在夜间低谷电的阶段，受控充电；片区内的储能电站，在用电高峰期，受控放电并网。

进一步，所述充电控制箱3包括充电控制模块31、用于与车辆进行通信的车辆通信接口32、用于与电力负荷管理系统6通信的电力系统通信模块33、通过光纤连接至互联网的光纤接入点34和用于对栏杆式供电桩1进行供电控制的供电开关35，所述车辆通信接口32、电力系统通信模块33、光纤接入点34和供电开关35分别与充电控制模块31连接，所述供电开关35的电源输入端与片区变压器5连接，供电开关35的供电输出端连接至栏杆式供电桩1。充电控制模块31通过电力系统通信模块33、车辆通信接口32分别与电力负荷管理系统6和充电车辆进行通信，以获取所需充电车辆数量和片区变压器5充电允许配额数，通过光纤接入点34连接互联网与充电管理中心4进行通信，控制对车辆的充电进行控制并实现相关计费，并根据充电允许配额数，并通过供电开关35控制多个栏杆式供电桩1的供电。

进一步，电力负荷管理系统6中的电力通信接口64通过GPRS网络或光纤网络与电力系统通信模块33连接通信。GPRS网络可利用现有的通信设备，降低系统成本，而使用光纤网络其速度更快，可靠性更高；本系统可根据不同地方使用不同的通信方式进行通信，其实用性和适用性更好。

进一步，车载取电装置2包括用于连接栏杆式供电桩1进行取电的车载取电器23、电池盒24、用于对电池盒24进行慢充电的车载慢充充电电机25和用控制车辆充电的车载充电控制盒21，所述车载充电控制盒21内设有用于与充电控制箱3车辆通信接口32连接通信的车载通信接口22，所述车载取电器23、车载慢充充电机和电池盒24依次相继连接，车载充电控制盒21分别与车载慢充充电机和电池盒24相连接。所述车载慢充充电机将来自取电器的交流电转换成直流电为电池盒24内的电池充电，而车载充电控制盒21对车载慢充充电机进行充电控制，车载充电控制盒21连接电池盒24获取电池盒24内的电池余量信息。

进一步，所述栏杆式供电桩1包括受控插电座11和供电极板12，所述受控插电座11和供电极板12分别与供电开关35的电源供电输出端连接；所述车载取电器23包括与受控插电座11相匹配的插电电极231和与供电极板12相匹配的取电器电极232，所述插电电极231和取电器电极232分别与车载慢充充电电机25连接。车辆可通过受控插电座11或供电极板12进行充电，其选择方式更多，运行效果更好。

参照图5所示，所述受控插电座11包括用于供插电电极231插入取电的受控电力线插座111、用于读取用户IC卡的停车位IC卡读卡器112及用于显示充电状态的显示模块113，所述受控电力线插座111与供电开关35的输出端连接，所述IC卡读卡器112与车辆通信接口32有线连接。所述IC卡读卡器用于在充电时通过刷卡启动充电程序，其中IC卡与电动汽车上的车载取电装置2相对应，当用户刷卡时，IC卡通过IC卡读卡器把车辆的有关信息通过车载通信接口32传输至充电控制箱3内的充电控制模块31，充电控制模块31通过控制供电开关35实现轮流充电控制，更加方便了用户的使用，其中在充电过程中显示模块113可提示充电的状态。其中显示模块113包括红、绿、黄三种颜色的指示灯，当红灯闪烁时，代表充电或通信发生故障，提示司机作相关处理，当绿灯闪烁时，代表正在正常充电中，当黄灯常亮时，代表证处于待机状态，当黄灯闪烁时，代表正在等待充电的状态，通过显示模块113可让司机及时获取电动汽车的充电状态，方便了用户的使用，其设计更为合理。

进一步，所述充电控制箱3还包括zigbbe无线通信模块36，所述无线通信模块36与充电控制模块31相连接，所述车载充电控制盒21包括zigbbe无线通信接口26，所述无线通信接口26与zigbbe无线通信模块36通过zigbee无线信道无线连接。ZigBee技术是一种近距离、低复杂度、低功耗、低速率、低成本的双向无线通讯技术。主要用于距离短、功耗低且传输速率不高的各种电子设备之间进行数据传输以及典型的有周期性数据、间歇性数据和低反应时间数据传输的应用，采用ZigBee信道进行无线通信可大大减少充电控制箱3与车载取电装置2之间的通信成本。

进一步，本自动充电系统实行“车牌号+ GSM号码卡+ 数据库”的预付费充值卡方式的充电电费管理，即通过车辆的ID号、GSM号码卡，预存电费；该设置可让车主用户随充随扣，并可查询相关余额，为了避免因为余额不足不能充电导致的经济损失，本系统允许车辆连续三次临时欠费情况下的充电，（欠费信息，屏显及语音提示的方式通知车主）。基于车载GSM号码卡的电费结算，有利于进行跨区充电操作。

需要充电的车辆首先通过车载通信接口26向充电控制箱3报道，通过车载通信接口26及车辆通信接口32向车辆取电装置2发送该供电桩的信息，如供电桩的ID号、GSM号码。

当栏杆式供电桩1在检测不到充电电流时，充电控制模块31控制供电开关35切断交流电强电供应，车辆与栏杆式供电桩1实行“报道-汇报流量-退出”机制，车辆在充电完毕后，向充电控制箱3发送扣费信息进行扣费。而现场督察人员可根据车牌号码在网上查找到该车的流量与扣费的历史数据。

进一步，还包括用于将直流电变为交流电的逆变单元阵列7，所述逆变单元阵列7的直流输入端与供电开关35连接，逆变单元阵列7的交流输出端与电网连接。当所在片区变压器5负荷紧张的时候，在电力负荷管理系统6的统一控制下，车辆可通过逆变单元阵列7往电网逆变放电，缓解所在片区变压器5的用电紧张。

优选地，所述逆变单元阵列7的交流输出端通过并网滤波器8与电网连接。该设计时输入电网的电流更加平稳，其实用性更好。

进一步，所述供电开关35包括通信接口开关351、充电开关352、放电开关353和用于驱动括通信接口开关351、充电开关352、放电开关353开合状态的开关控制驱动电路354，所述开关控制驱动电路354与通信接口开关351、充电开关352、放电开关353的开合控制端电气连接；其中通信接口开关351的一端与充电控制模块31连接，充电开关352的一端与片区变压器5的电力输出端连接，放电开关353的一端与逆变单元阵列7连接，而通信接口开关351、充电开关352、放电开关353的另一端均与栏杆式供电桩1的供电线连接，所述开关控制驱动电路354的控制输入端355与充电控制模块31连接。

所述通信接口开关351、充电开关352和放电开关353受到开关控制驱动带来路的驱动控制，其中开关控制驱动电路354的控制输入端355分别设有三路控制输入接口，分别控制通信接口开关351、充电开关352和放电开关353，所述充电开关352负责连接片区变压器5和栏杆式供电桩1的供电线路，即栏杆式充电桩的受控插电座11或供电极板12，为车辆提供供电，而放电开关353则用于连接栏杆式供电桩1和逆变单元阵列7，用于使汽车上的直流电可输出到电网中，而通信接口开关351用于控制充电控制模块31与栏杆式供电桩1的通信，其中充电控制模块31与栏杆式供电桩1的通信与供电共用线路，能减少线路的铺设，减少成本其控制方式也较为稳定。

参照图6-图9所示，本发明的具体的充电管理控制过程如下：充电控制箱与需要充电的车辆进行通信，为车辆简历充电服务列表，获取申请充电的车辆数M，与电力负荷管理系统通信获取片区变压器分配给充电控制箱的配额数N，若申请充电的车辆数M小于配额数N，则各车辆进入充电状态。

若申请充电的车辆数M大于配额数N，则让车辆汇报电池余电，充电控制根据车辆的电池余电对车辆进行排除，若车辆的通信模块出现故障需要人工联系供电的车辆则直接进入充电状态，车辆充电充满后停止充电并向车主发结算账单。

若待充电车辆的电池余量少于30%，则该车辆直接进入充电状态，车辆充电充满后停止充电并向车主发结算账单。

这时系统剩余的配额数为N’,充电控制箱将剩余的车辆分成三组进行每隔1小时的轮流充电，即其中第一组一小时内相对固定地充电，第二组频繁地在充电/等待两个状态变换，第三组处于一直等待的状态，以上三组车辆每隔1小时轮换一次，实现轮流充电。

充电控制箱根据系统配额数的不断变化，片区变压器的负荷会不断产生变化，同时允许车辆充电的配额也在不断变化，当充电配额变化时，剩余配额数N’变化，其中剩余配额数N’的预设范围设置为减少幅度范围为5个，增加幅度范围为10个，若剩余配额数N’的减少幅度超过5个，则以即时配额数作为实际的配额分配数，若剩余配额数N’的增加幅度超过10个，则以即时配额数作为实际的配额分配数。若剩余配额数N’不在预设的范围内，则启动初值算法，即确认在1小时充电时段的初始时刻的配额数为实际分配数K，实际分配数不再跟踪该时段内的配额数的变化，保持实际分配数的相对稳定。

若充电控制箱与电力负荷管理系统的通信发生故障，则启动最小值算法，即将历史数据表中的同期的1小时时段的配额数的最小值作为实际分配数。

充电控制箱确定车辆的实际分配数K，若有临时退出充电的车辆，则对充电车辆进行临时结算和临时记录。

在充电过程中若有车辆发出退出充电申请，则对该车辆进行充电电费的总结算，通过短信向车主发结算账单。

当该组车辆充电满1小时后，对1小时内的历史数据（（配额数、配额数的变化幅度、实际分配数、配额数的最小值，等等）进行记录，并保存在历史数据表），然后对三组车辆进行轮换转换模式，同时对于临时退出的充电车辆进行电费的临时结算和临时记录。

以上所述，只是本发明的较佳实施例而已，本发明并不局限于上述实施方式，只要其以相同的手段达到本发明的技术效果，都应属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.可避免电网过载的电动汽车有序轮流充电控制系统，包括设置在车上用于取电的车载取电装置（2），多个为电动汽车提供供电电压的栏杆式供电桩（1）及用于控制多个栏杆式供电桩（1）的充电控制箱（3），充电控制箱（3）与多个栏杆式供电桩（1）连接，所述车载取电装置（2）包括用于控制车辆充电的车载充电控制盒（21），车载取电装置（2）通过车载充电控制盒（21）内的车载通信接口（22）与充电控制箱（3）通信，所述充电控制箱（3）通过互联网和用于控制充电过程的充电管理中心（4）连接通信，其中充电控制箱（3）的电源输入接口连接至当地的片区变压器（5），所述片区变压器（5）通过充电控制箱（3）为栏杆式供电桩（1）供电，其特征在于：还包括用于实时检测片区变压器（5）电力负荷、避免电网过载的电力负荷管理系统（6），所述电力负荷管理系统（6）包括用于对片区变压器（5）电流及负载进行采样的电流互感器（61）、用于对片区变压器（5）电力负荷情况进行检实时监测的电力负荷检测模块（62）、用于对充电控制箱（3）功率负荷进行管理的电力负荷管理模块（63）和用于与充电控制箱（3）进行通信的电力通信接口（64），电流互感器（61）、电力负荷检测模块（62）、电力负荷管理模块（63）和电力通信接口（64）依次相继连接,充电控制箱（3）通过电力通信接口（64）上报待充电的车辆数目，电力负荷管理模块（63）根据片区变压器（5）的负荷情况向充电控制箱（3）发送充电允许配额数，充电控制箱（3）根据配额数对各个栏杆式供电桩（1）进行轮流充电管理，控制栏杆式供电桩（1）的充电车辆数量。

2.根据权利要求1所述的可避免电网过载的电动汽车有序轮流充电控制系统，其特征在于：当申请充电的车辆数大于配额数时，充电控制箱（3）根据配额数量对所需充电车辆进行分组轮流控制充电，让所需充电的汽车分组轮流充电。

3.根据权利要求2所述的可避免电网过载的电动汽车有序轮流充电控制系统，其特征在于：充电控制箱（3）预设了剩余配额变化范围，当车辆在进行轮流充电的过程中，由于片区变压器（5）的负荷会产生变化而导致充电配额变化时，若充电配额变化若超过预设变化范围，则对配额数量进行相应的调整，若变化在范围之内，则保持原来的充电控制。

4.根据权利要求1-3任一所述的可避免电网过载的电动汽车有序轮流充电控制系统，其特征在于：所述电力负荷管理系统（6）还包括用电负荷传感器节点（65），所述用电负荷传感器节点（65）与电力负荷管理模块（63）相连接，系统所在区域的储能电站、居民区、生产企业及快速充电站通过用电负荷传感器节点（65）向电力负荷管理模块（63）上报用电负荷情况。

5.根据权利要求1-3任一所述的可避免电网过载的电动汽车有序轮流充电控制系统，其特征在于：所述充电控制箱（3）包括充电控制模块（31）、用于与车辆进行通信的车辆通信接口（32）、用于与电力负荷管理系统（6）通信的电力系统通信模块（33）、通过光纤连接至互联网的光纤接入点（34）和用于对栏杆式供电桩（1）进行供电控制的供电开关（35），所述车辆通信接口（32）、电力系统通信模块（33）、光纤接入点（34）和供电开关（35）分别与充电控制模块（31）连接，所述供电开关（35）的电源输入端与片区变压器（5）连接，供电开关（35）的供电输出端连接至栏杆式供电桩（1）。

6.根据权利要求5所述的可避免电网过载的电动汽车有序轮流充电控制系统，其特征在于：电力负荷管理系统（6）中的电力通信接口（64）通过GPRS网络或光纤网络与电力系统通信模块（33）连接通信。

7.根据权利要求5所述的可避免电网过载的电动汽车有序轮流充电控制系统，其特征在于：车载取电装置（2）包括用于连接栏杆式供电桩（1）进行取电的车载取电器（23）、电池盒（24）、用于对电池盒（24）进行慢充电的车载慢充充电电机（25）和用控制车辆充电的车载充电控制盒（21），所述车载充电控制盒（21）内设有用于与充电控制箱（3）车辆通信接口（32）连接通信的车载通信接口（22），所述车载取电器（23）、车载慢充充电机和电池盒（24）依次相继连接，车载充电控制盒（21）分别与车载慢充充电机和电池盒（24）相连接。

8.根据权利要求7所述的可避免电网过载的电动汽车有序轮流充电控制系统，其特征在于：所述栏杆式供电桩（1）包括受控插电座（11）和供电极板（12），所述受控插电座（11）和供电极板（12）分别与供电开关（35）的电源供电输出端连接；所述车载取电器（23）包括与受控插电座（11）相匹配的插电电极（231）和与供电极板（12）相匹配的取电器电极（232），所述插电电极（231）和取电器电极（232）分别与车载慢充充电电机（25）连接。

9.根据权利要求5所述的可避免电网过载的电动汽车有序轮流充电控制系统，其特征在于：还包括用于将直流电变为交流电的逆变单元阵列（7），所述逆变单元阵列（7）的直流输入端与供电开关（35）连接，逆变单元阵列（7）的交流输出端与电网连接。

10.根据权利要求9所述的可避免电网过载的电动汽车有序轮流充电控制系统，其特征在于：所述供电开关（35）包括通信接口开关（351）、充电开关（352）、放电开关（353）和用于驱动括通信接口开关（351）、充电开关（352）、放电开关（353）开合状态的开关控制驱动电路（354），所述开关控制驱动电路（354）与通信接口开关（351）、充电开关（352）、放电开关（353）的开合控制端电气连接；其中通信接口开关（351）的一端与充电控制模块（31）连接，充电开关（352）的一端与片区变压器（5）的电力输出端连接，放电开关（353）的一端与逆变单元阵列（7）连接，而通信接口开关（351）、充电开关（352）、放电开关（353）的另一端均与栏杆式供电桩（1）的供电线连接，所述开关控制驱动电路（354）的控制输入端（355）与充电控制模块（31）连接。

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