CN103475059B - 多路输出协调控制电动汽车一体化充电机监控系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种多路输出协调控制电动汽车一体化充电机监控系统及方法，包括电压电流实施需求采集模块、最优策略定制模块和策略执行模块；所述电压电流实时需求采集模块将需求传输给最优策略定制模块，所述最优策略定制模块将需求提供给策略执行模块，所述策略执行模块将执行结果反馈给最优策略制定模块，所述最优策略定制模块将结果输出给电压电流实时需求采集模块；本发明的有益效果：采取功率智能组配方式，通过调节模块电压、电流、以及多模块在线离线状态，实时选择最优的功率输出策略，解决电动汽车充电过程中，对功率、电压、电流需求的安全性、实时性、多样性。

Description

多路输出协调控制电动汽车一体化充电机监控系统及方法
技术领域
本发明涉及一种多路输出协调控制电动汽车一体化充电机监控系统及方法。
背景技术
随着能源需求和资源环境对人类的挑战，电动汽车数量随之不断增加，与之配套的充电基础设备数量也不断的增长，其充电问题对人员安全及电网影响越来越受到重视，因此，安全可靠的电动汽车充电机的监控系统会起到重要的作用。
现有的电动汽车充电机的监控系统往往停留在常规采集和基本控制上，没有分工作状态来考虑监控策略，而且，没有一个最优策略的选择，面对充电过程中遇到的问题，没有灵活、合理的充电方案和保护方案，致使电动汽车充电站的监控领域存在很大的安全隐患。
在国家知识产权局于2013年1月公布的中国专利（授权公告号CN202678987U，名称为“电动汽车充电机的监控装置”），和国家知识产权局于2011年1月5号公告的中国专利（授权公告号CN201699445U，名称为“一种用于电动汽车充电站的充电机监控装置”），和国家知识产权局于2012年12月26号公告的中国专利（授权公告号CN202632088U，名称为“基于云计算平台的电动汽车充电机监控装置”）的专利中都提出了电动汽车充电机监控方面的方案。经过分析，所公布的现有电动汽车充电机监控存在以下技术问题：
1现有技术中，尚没有考虑到将多路输出协调控制电动汽车的充电机和充电桩一体化，更没有涉及到一体化充电机的监控系统及监控方法，而且现有的监控系统仅仅能采集充电机的一个功率输出口的数据，并不能采集充电机的多个功率输出口的数据，更没有提出如何对多路功率输出口的数据进行处理；
2所提到的充电机的充电输出没有多路输出功能。当多辆电动汽车同时需求充电时，充电机没有提供多个功率输出接口，对于充电装置量少的站点，需要等待很长时间，造成电动汽车调度时间长，充电机效率利用率低等问题；
3所提到的充电方案的策略定制功能薄弱。对充电机工作中的出现的因素，缺少明确的工作状态划分，对不同工作状态下出现的各种因素，仅仅停留在常规的采集和基本的控制层面，缺少综合评估分析，更没有及时提供针对评估分析结果做出最优的充电策略及保护策略，而是往往对问题处理不及时不准确，造成误判断、误报警，重复操作，隐性增加人员排查问题工作量。
发明内容
本发明的目的就是为了解决上述问题，提供一种多路输出协调控制电动汽车一体化充电机监控系统及方法，它具有自我保护能力强的优点。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种多路输出协调控制电动汽车一体化充电机监控系统，包括
集中控制层，用于用户界面操作和系统信息查询；
数据处理层，用于特定应用的定制，主要处理策略定制、系统报警、计费、数据模型、系统运行日志等功能；
数据通讯层，用于通信链路建立、数据的发送和接收；
设备层，用于采集多路输出协调控制电动汽车一体化充电机的充电模块和多路功率输出口的数据，并通过数据通讯层向数据处理层实现多路分发数据；
所述数据处理层包括
最优策略定制模块，用于根据充电需求以及充电模块在线状态，形成最优的策略，并下发到相关的模块；
系统报警处理模块，用于收集并处理系统运行中的各种报警信息，并及时通知相关模块进行警告处理；
计费处理模块，用于系统在充电过程中产生的费用；
数据模型模块，用于处理数据的交互，对设备层中的测点数据提供实时读写功能，测点数据包括设备层中各设备采集的数据及信号量；主要包括获取充电需求采集模块采集的数据和控制数据下发到充电策略执行模块；
运行日志模块，用于收集系统运行状况，提供系统维护依据，日志分四个等级，调试日志，一般信息日志，警告信息日志，错误信息日志；
充电需求采集模块用于实时获得需求电压、电流；采用CAN总线通信，实时获得充电车侧BMS的需求信息，并提供当前系统的实时输出和系统状态量。
充电策略执行模块用于执行最优输出策略，采用CAN总线、RS485总线或RS422总线通信方式，实时对充电模块进行监测和控制，并提供当前模块实时数据；如果模块出现欠压、过流、短路和过热等故障发生时，均输出故障报警信号。
所述最优策略制定模块包括停机巡检、启动充电、充电巡检和停止充电四种工作状态。
所述停机巡检状态用于实时监测充电模块在线离线情况，实时计算能够提供的最大输出电压、电流；
所述启动充电状态用于根据需求电压电流和充电机此刻最大输出的电压电流，提供需要执行充电的充电模块；可提供单模块和多模块启动功能；
所述充电巡检状态用于实时监测充电模块在运行过程中的情况；
所述充电巡检状态包括如下四种情况：
如果收到充电模块故障报警信号，经过分析处理确实是需要停止故障充电模块，则提供需要停止的充电模块给停止充电状态，并提供新的分配电压电流方案给策略执行模块；
如果在线模块提供的最大输出，不能满足需求，提供新的备用可启动的充电模块；
如果在线模块输出最小功率，仍大于需求功率，停止多余输出模块；
如果输出功率不等于需求功率，实时动态调整输出功率；
所述停止充电状态用于提供正在提供输出的充电模块，进行停止充电操作。
一种多路输出协调控制电动汽车一体化充电机监控系统的监控方法，主要包括如下步骤：
步骤1）：系统数据初始化：对系统参数，配置项数据进行加载解析；
步骤2）：加载子功能：包括运行日志模块、数据模型模块、系统报警处理模块、计费处理模块、充电需求采集模块、充电策略执行模块；
所述运行日志模块实时记录系统运行状态，以及运行中出现的异常数据、异常流程操作；日志分四个等级，调试日志，一般信息日志，警告信息日志，错误信息日志；
所述数据模型模块对系统中的测点数据提供实时读写功能，测点数据包括设备层中各设备采集的数据及信号量；
所述系统报警处理模块收集并处理系统运行中的各种报警信息，并及时通知相关模块进行警告处理；系统运行中异常数据及异常的四遥数据进行分析处理；
所述计费处理模块记录系统在充电过程中产生的费用；
步骤3）：最优策略定制：所述充电需求采集模块将充电需求传输给最优策略定制模块，所述最优策略定制模块将策略定制结果提供给充电策略执行模块，所述充电策略执行模块将执行结果反馈给最优策略制定模块，所述最优策略定制模块将结果反馈给充电需求采集模块；
所述最优策略制定模块包括四个工作状态:停机巡检状态、启动充电状态、充电巡检状态、停止充电状态，根据数据模型模块、系统报警处理模块提供的数据，进行分析然后生成最优策略，执行最优策略定制功能；然后，如果生成切换工作状态的判据,根据不同的判据切换工作状态；同时调用系统日志模块的接口，记录运行日志；调用计费处理模块，生成充电记录。
所述最优策略制定模块的充电巡检状态的详细工作步骤如下：
步骤（1）：充电巡检开始；
步骤（2）：判断是否存在报警模块，如果是就进入步骤（4）；如果否就进入步骤（3）；
步骤（3）：发出单模块停机命令，判断单模块停止是否成功，如果是就进入步骤（4）；如果没有成功就进入步骤（13）；
步骤（4）：判断在线模块输出不大于需求，如果是就进入步骤（6）；如果否就进入步骤（5）；
步骤（5）：判断是否存在可启动的离线充电单模块，如果是就启动新的模块充电，并进入步骤（7）；如果否就进入步骤（13）；
步骤（6）：判断实时输出是否大于需求，如果是就进入步骤（8）；
步骤（7）：判断单模块启动是否成功，如果是就进入步骤（6）；如果否就进入步骤（13）；
步骤（8）：判断是否不需要停止，如果需要停止就停止，如果不需要停止就进入步骤（9）；
步骤（9）：判断是否不需要重新设定输出，如果是就进入步骤（11）；如果否就设置电压电流并进入步骤（12）；
步骤（10）：判断单模块是否停止成功，如果是就进入步骤（9）；如果否就进入步骤（13）；
步骤（11）：判断是否继续充电巡检，如果否则进入步骤（13）；
步骤（12）：判断是否设置成功，如果是就进入步骤（11）；如果否就进入步骤（13）；
步骤（13）：停止充电。
本发明的有益效果：
1本发明将多路输出协调控制电动汽车的充电机和充电桩一体化，公开了一体化充电机的监控系统及监控方法，能采集充电机的多个功率输出口的数据，提出了对多路功率输出口的数据进行最优控制策略处理；
2所提到的充电方案的策略定制功能强大。对充电机工作中的出现的因素，有明确的工作状态划分，对不同工作状态下出现的各种因素，提供综合评估分析，能够及时提供针对评估分析结果做出最优的充电策略及保护策略，对问题处理及时准确，不会造成误判断、误报警和重复操作，减少了人员排查问题的工作量。
3采取功率智能组配方式，通过调节模块电压、电流、以及多模块在线离线状态，实时选择最优的功率输出策略，解决电动汽车充电过程中，对功率、电压、电流需求的安全性、实时性、多样性。
附图说明
图1为本发明的系统架构图；
图2为本发明的工作流程示意图；
图3为充电数据交互示意图；
图4为本发明最优策略制定模块的四个工作状态的工作流程图。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
如图1所示，一种多路输出协调控制电动汽车一体化充电机监控系统，包括
集中控制层，用于用户界面操作和系统信息查询；
数据处理层，用于特定应用的定制，主要处理策略定制、系统报警、计费、数据模型、系统运行日志等功能；
数据通讯层，用于通信链路建立、数据的发送和接收；
设备层，用于采集多路输出协调控制电动汽车一体化充电机的充电模块和多路功率输出口的数据，并通过数据通讯层向数据处理层实现多路分发数据；
所述数据处理层包括
最优策略定制模块，用于根据充电需求以及充电模块在线状态，形成最优的策略，并下发到相关的模块；
系统报警处理模块，用于收集并处理系统运行中的各种报警信息，并及时通知相关模块进行警告处理；
计费处理模块，用于系统在充电过程中产生的费用；
数据模型模块，用于处理数据的交互，主要包括获取充电需求采集模块采集的数据和控制数据下发到充电策略执行模块；
运行日志模块，用于收集系统运行状况，提供系统维护依据，日志分四个等级，调试日志，一般信息日志，警告信息日志，错误信息日志；
所述充电需求采集模块用于实时获得需求电压、电流；采用CAN总线通信，实时获得充电车侧BMS的需求信息，并提供当前系统的实时输出和系统状态量。
所述充电策略执行模块用于执行最优输出策略，采用CAN总线或者RS485总线、RS422总线等通信方式，实时对充电模块进行监测和控制，并提供当前模块实时数据;如果模块出现欠压、过流、短路和过热等故障发生时,均输出故障报警信号。
所述最优策略制定模块包括停机巡检、启动充电、充电巡检和停止充电四种工作状态。
所述停机巡检状态用于实时监测充电模块在线离线情况，实时计算能够提供的最大输出电压、电流；
所述启动充电状态用于根据需求电压电流和充电机此刻最大输出的电压电流，提供需要执行充电的充电模块；可提供单模块和多模块启动功能；
所述充电巡检状态用于实时监测充电模块在运行过程中的情况；
所述充电巡检状态包括如下四种情况：
如果收到充电模块故障报警信号，经过分析处理确实是需要停止故障充电模块，则提供需要停止的充电模块给停止充电状态，并提供新的分配电压电流方案给策略执行模块；
如果在线模块提供的最大输出，不能满足需求，提供新的备用可启动的充电模块；
如果在线模块输出最小功率，仍大于需求功率，停止多余输出模块；
如果输出功率不等于需求功率，实时动态调整输出功率；
所述停止充电状态用于提供正在提供输出的充电模块，进行停止充电操作。
如图2所示，一种多路输出协调控制电动汽车一体化充电机监控系统的监控方法，主要包括如下步骤：
一种多路输出协调控制电动汽车一体化充电机监控系统的监控方法，主要包括如下步骤：
一种多路输出协调控制电动汽车一体化充电机监控系统的监控方法，主要包括如下步骤：
步骤1）：系统数据初始化：对系统参数，配置项数据进行加载解析；
步骤2）：加载子功能：包括运行日志模块、数据模型模块、系统报警处理模块、计费处理模块、充电需求采集模块、充电策略执行模块；
所述运行日志模块实时记录系统运行状态，以及运行中出现的异常数据、异常流程操作；日志分四个等级，调试日志，一般信息日志，警告信息日志，错误信息日志；
所述数据模型模块对系统中的测点数据提供实时读写功能，测点数据包括设备层中各设备采集的数据及信号量；
所述系统报警处理模块收集并处理系统运行中的各种报警信息，并及时通知相关模块进行警告处理；系统运行中异常数据及异常的四遥数据进行分析处理；
所述计费处理模块记录系统在充电过程中产生的费用；
步骤3）：最优策略定制：所述最优策略制定模块包括四个工作状态:停机巡检状态、启动充电状态、充电巡检状态、停止充电状态，根据数据模型模块、系统报警处理模块提供的数据，进行分析然后生成最优策略，执行最优策略定制功能；然后，如果生成切换工作状态的判据,根据不同的判据切换工作状态；同时调用系统日志模块的接口，记录运行日志；调用计费处理模块，生成充电记录。
如图3所示，所述充电需求采集模块将需求传输给最优策略定制模块，所述最优策略定制模块将策略定制结果提供给充电策略执行模块，所述充电策略执行模块将执行结果反馈给最优策略制定模块，所述最优策略定制模块将结果反馈给充电需求采集模块。
如图4所示，所述最优策略制定模块的四个工作状态的详细工作步骤如下：
步骤（1）：开始；
步骤（2）：停止巡检状态；
步骤（3）：全模块停止充电；
步骤（4）：判断是否需要单模块检查，如果是就进行单模块检查，并进入步骤（18）；如果否就进入步骤（5）；
步骤（5）：判断是否有可充电模块，如果是就进入步骤（6）；如果否就返回步骤（20）；
步骤（6）：判断是否启动充电，如果是，根据用户设置或者数据模型模块采集的数据，确定出功率输出的路数，启动充电；如果否就返回步骤（4）；
步骤（7）：判断模块是否启动成功，如果是就进入充电巡检状态，并进入步骤（8）；如果否就返回步骤（2）；
步骤（8）：判断是否不存在报警模块，如果是就进入步骤（10）；如果否就执行单模块停机命令，并进入步骤（9）；
步骤（9）：判断单模块停止是否成功，如果是就进入步骤（10）；如果否就返回步骤（2）；
步骤（10）：判断在线模块输出是否不大于需求，如果是就进入步骤（13）；如果否就进入步骤（11）；
步骤（11）：判断是否存在可启动的离线充电单模块，如果是就启动新的模块充电，并进入步骤（12）；如果否就返回步骤（2）；
步骤（12）：判断单模块是否启动成功，如果是就进入步骤（13）；如果否就返回步骤（2）；
步骤（13）：判断是否不需要停止单模块，如果是就进入步骤（15）；如果否就单模块停止，并进入步骤（14）；
步骤（14）：判断单模块是否停止成功，如果是就进入步骤（15）；如果否就返回步骤（2）；
步骤（15）：判断是否不需要重新设定输出，如果是就进入步骤（17）；如果否就设置电压电流，进入步骤（16）；
步骤（16）：判断设置是否成功，如果是就进入步骤（17）；如果否就返回步骤（2）；
步骤（17）：判断是否继续充电巡检，如果是就进入步骤（8）；如果否就返回步骤（2）；
步骤（18）：判断模块是否有报警，如果是就单模块停机，并进入步骤（19）；如果否就返回步骤（4）；
步骤（19）：判断停机是否成功，如果是就返回步骤（4）；如果否就进入步骤（20）；
步骤（20）：停止。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (6)

1.一种多路输出协调控制电动汽车一体化充电机监控系统的监控方法，其特征是，包括如下步骤：
步骤1)：系统数据初始化：对系统参数，配置项数据进行加载解析；
步骤2)：加载子功能：包括运行日志模块、数据模型模块、系统报警处理模块、计费处理模块、充电需求采集模块、充电策略执行模块；
所述运行日志模块实时记录系统运行状态，以及运行中出现的异常数据、异常流程操作；日志分四个等级，调试日志，正常信息日志，警告信息日志，错误信息日志；
所述数据模型模块对系统中的测点数据提供实时读写功能，测点数据包括设备层中各设备采集的数据及信号量；
所述系统报警处理模块收集并处理系统运行中的各种报警信息，并及时通知相关模块进行警告处理；系统运行中异常数据及异常的四遥数据进行分析处理；
所述计费处理模块记录系统在充电过程中产生的费用；
步骤3)：最优策略定制：所述充电需求采集模块将充电需求传输给最优策略定制模块，所述最优策略定制模块将策略定制结果提供给充电策略执行模块，所述充电策略执行模块将执行结果反馈给最优策略制定模块，所述最优策略定制模块将结果反馈给充电需求采集模块；
所述最优策略制定模块包括四个工作状态:停机巡检状态、启动充电状态、充电巡检状态、停止充电状态，根据数据模型模块、系统报警处理模块提供的数据，进行分析然后生成最优策略，执行最优策略定制功能；然后，如果生成切换工作状态的判据,根据不同的判据切换工作状态；同时调用系统日志模块的接口，记录运行日志；调用计费处理模块，生成充电记录；所述最优策略制定模块的充电巡检状态的详细工作步骤如下：
步骤(1)：充电巡检开始；
步骤(2)：判断是否存在报警模块，如果是就进入步骤(4)；如果否就进入步骤(3)；
步骤(3)：发出单模块停机命令，判断单模块停止是否成功，如果是就进入步骤(4)；如果没有成功就进入步骤(13)；
步骤(4)：判断在线模块输出不大于需求，如果是就进入步骤(6)；如果否就进入步骤(5)；
步骤(5)：判断是否存在可启动的离线充电单模块，如果是就启动新的模块充电，并进入步骤(7)；如果否就进入步骤(13)；
步骤(6)：判断实时输出是否大于需求，如果是就进入步骤(8)；
步骤(7)：判断单模块启动是否成功，如果是就进入步骤(6)；如果否就进入步骤(13)；
步骤(8)：判断是否不需要停止，如果需要停止就停止，如果不需要停止就进入步骤(9)；
步骤(9)：判断是否不需要重新设定输出，如果是就进入步骤(11)；如果否就设置电压电流并进入步骤(12)；
步骤(10)：判断单模块是否停止成功，如果是就进入步骤(9)；如果否就进入步骤(13)；
步骤(11)：判断是否继续充电巡检，如果否则进入步骤(13)；
步骤(12)：判断是否设置成功，如果是就进入步骤(11)；如果否就进入步骤(13)；
步骤(13)：停止充电。
2.如权利要求1所述的方法，其特征是，多路输出协调控制电动汽车一体化充电机监控系统包括：
集中控制层，用于用户界面操作和系统信息查询；
数据处理层，用于特定应用的定制，主要处理策略定制、系统报警、计费、数据模型、系统运行日志功能；
数据通讯层，用于通信链路建立、数据的发送和接收；
设备层，用于采集多路输出协调控制电动汽车一体化充电机的充电模块和多路功率输出口的数据，并通过数据通讯层向数据处理层实现多路分发数据；
所述数据处理层包括
最优策略定制模块，用于根据充电需求以及充电模块在线状态，形成最优的策略，并下发到相关的模块；所述最优策略制定模块的工作状态包括停机巡检状态、启动充电状态、充电巡检状态和停止充电状态。
3.如权利要求2所述的方法，其特征是，所述数据处理层还包括
系统报警处理模块，用于收集并处理系统运行中的各种报警信息，并及时通知相关模块进行警告处理；
计费处理模块，用于系统在充电过程中产生的费用；
数据模型模块，用于处理数据的交互，主要包括获取充电需求采集模块采集的数据和控制数据下发到充电策略执行模块；
运行日志模块，用于收集系统运行状况，提供系统维护依据，日志分四个等级，调试日志，正常信息日志，警告信息日志，错误信息日志。
4.如权利要求2或3所述的方法，其特征是，所述数据处理层还包括
充电需求采集模块用于实时获得需求电压、电流；采用CAN总线通信，实时获得充电车侧BMS的需求信息，并提供当前系统的实时输出和系统状态量；
充电策略执行模块用于执行最优输出策略，采用CAN总线、RS485总线或RS422总线通信方式，实时对充电模块进行监测和控制，并提供当前模块实时数据；如果模块出现欠压、过流、短路和过热故障发生时，均输出故障报警信号。
5.如权利要求2所述的方法，其特征是，
所述停机巡检状态用于实时监测充电模块在线离线情况，实时计算能够提供的最大输出电压、电流；
所述启动充电状态用于根据需求电压电流和充电机此刻最大输出的电压电流，提供需要执行充电的充电模块；提供单模块和多模块启动功能；
所述充电巡检状态用于实时监测充电模块在运行过程中的情况；
所述停止充电状态用于提供正在提供输出的充电模块，进行停止充电操作。
6.如权利要求2或5所述的方法，其特征是，所述充电巡检状态包括如下四种情况：
如果收到充电模块故障报警信号，经过分析处理确实是需要停止故障充电模块，则提供需要停止的充电模块给停止充电状态，并提供新的分配电压电流方案给策略执行模块；
如果在线模块提供的最大输出，不能满足需求，提供新的备用可启动的充电模块；
如果在线模块输出最小功率，仍大于需求功率，停止多余输出模块；
如果输出功率不等于需求功率，实时动态调整输出功率。
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