CN103580250A - 一种充放电系统，充放电控制系统以及纯电动汽车与电网充放电控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明重点研究一种纯电动汽车与电网充放电控制方法，设计一种纯电动车车载智能终端控制算法，采用BMS纯电动电池包的SOC、充放电电流、最大允许充放电电流、电池包温度等电池状态信息，而且与电网互动调度平台进行无线信息交互，获得电网负荷信息与实时电价信息解，解析触摸屏发送的用户指令，通过纯电动汽车与电网充放电控制算法，控制充电机的充放电使能，控制双向充电机的充放电方向、充电电流和充放电时间完成对纯电动汽车进行充放电协调控制，以满足电动汽车及电网平衡控制的实际需求，根据电网调幅、调频以及消峰填谷的需求同时综合考虑用户对电动汽车的使用需求，借助智能电网互动平台，调节电动汽车的充放电电量和电流的大小。

Description

一种充放电系统,充放电控制系统以及纯电动汽车与电网充放电控制方法

技术领域

本发明重点研究一种纯电动汽车与电网充放电控制方法，涉及智能电网领域，借助信息技术和电力电网控制技术，使电动汽车不再是纯电力消耗负载，而且可以作为电能单元反补电网，根据电网调幅、调频以及消峰填谷的需求同时综合考虑用户对电动汽车的使用需求，借助智能电网互动平台，调节电动汽车的充放电电量和电流的大小。

背景技术

随着工业及家用电器的迅猛发展，对电力的需求日益增长，国家也一直在建设新的大小规模的电厂和电站，但是仍然完全满足不了电力负荷的需求，特别是在夏季，各地经常出现拉闸限电的措施，以人为降低电网的负荷需求。

同时电网在不同的时段的负荷具有不均衡性，例如在夏季白天及晚上6-11点时段电网功率需求很高，电网需要调用备用的储能电站为电网供电，储能电站目前有水电、抽水蓄电电站及火电等。火电造价高、启停时间长，污染严重；水电可供资源有限，水电储能站占地面积大，工期长，同时也受地理条件限制。而部分时段电网功率需求过小，电网又不得不通过主动抽水蓄能等措施来增加电网负载，以保持电网功率的稳定。

当前电动汽车技术发展十分迅速，正处于市场推广的上升阶段。电动车的能源主要来源于电网，随着市场上电动车数量的持续上升，对电力需求也不断加大，在电网中启到的作用越来越大。由于电动汽车的移动特性和电动汽车的使用特点（一般的充电时间长，而使用时间相对较短的特点）电动车作为电网的一部分负载，理论上可以通过受控的充放电来改善电网的功率平衡。例如可以选择在夜间等电网功率负载低的时段进行充电；进而，电动车如果在白天等电网功率负载高的时段反方向对电网放电，可增加电网的实际输出功率，对电网的功率稳定有重要意义，这也是当前积极研究的一种热点新技术。

利用大规模电动汽车作为分布式储能单元与电网进行互动，在用电高峰时向电网放电，在用电低谷时充电，使电网负荷趋于平衡，可以提高电网利用率，减少电厂、输电、配电建设的投资，同时可以降低电动车用户的使用成本，提高电动车产品的竞争力。

发明内容

本发明的目的在于设计一种纯电动汽车与电网充放电控制方法，通过设计纯电动车车载智能终端控制算法，控制双向充电机的充放电方向、充电电流和充放电时间完成对纯电动汽车进行充放电协调控制，以满足电动汽车及电网平衡控制的实际需求，有利于降低车辆使用费用，平衡电网负荷。

具体技术方案如下：

该控制系统包括触摸屏，电池管理系统BMS，互动调度平台，车载智能终端和双向充放电机，其中，所述触摸屏连接至车载智能终端，用于获得用户的指令信息，包括充放电指令，充放电时间和充放电SOC；

所述电池管理系统BMS通过CAN连接至车载智能终端，用于获得电池状态信息，包括纯电动电池包的SOC、充放电电流、最大允许充放电电流、电池包温度信息；

所述互动调度平台通讯连接至车载智能终端，用于向车载智能终端发送分配充放电电量，电价信息，充放电时间段信息；

所述车载智能终端通过双向充放电机完成纯电动汽车与电网互动，其通过纯电动汽车与电网充放电控制算法，控制双向充放电机的充放电使能，充放电电流。

该电动汽车与电网互动控制算法包括电价分析模块，用户指令解析模块，电池状态管理模块，电网负荷分析模块，系统保护模块，时钟模块和充放电管理模块，其中，

所述电价分析模块连接至时钟模块，其用于解析智能电网互动调度平台发过来的不同时段的充电电价信号、不同时段的放电电价信号；

所述用户指令解析模块连接至充放电管理模块，其用于解析用户强制充电指令、强制放电指令，充电开始时间、充电结束时间，充电开始SOC、放电截止SOC、电池包温度；

所述电池状态管理模块分别连接至系统保护模块和充放电管理模块，其用于解析来自BMS的CAN信息，采集电池的SOC、SOH值、最大允许充电流、最大允许放电电流、电池的充电电流、放电电流；

所述电网负荷分析模块连接至充放电管理模块，其用于解析互动调度平台发送的分配可充电电量和分配可放电量；

所述系统保护模块连接至充放电管理模块，其用于结合SOH、电池包温度、电池最大允许充电电流，电池最大允许放电电流通过SOH查表、电池包温度系数限制电池最大允许充电电流，电池最大允许放电电流得到当前最大允许充电电流、当前允许最大放电电流；

所述时钟模块分别连接至电价分析模块和充放电管理模块，其用于产生最小时间片，由充放电管理模块控制软件得到当前时间、计算充放电时间段、计算充放电剩余时间，累积计算已充电时间、累积计算已放电时间；

所述充放电管理模块用于电网充放电控制算法的具体实现。

一本发明采用充放电系统中车载智能终端通过双向充放电机控制完成纯电动汽车与电网互动：

（1）车载智能终端接收来自电池管理系统BMS的纯电动电池包的SOC、充放电电流、最大允许充放电电流、电池包温度信息等电池状态信息；

（2）车载智能终端通过无线通讯实时与电网互动调度平台进行无线信息交互，获得电网负荷信息与实时电价信息；

（3）车载智能终端接收并解析触摸屏用户指令获得用户的指令信息；

（4）车载智能终端通过纯电动汽车与电网充放电控制算法，控制双向充放电机的充放电使能，充放电电流。

进一步地，所述充放电系统为权利要求1所述的充放电系统。

进一步地，采用如下算法：

a.通过充放电控制系统中电价分析模块解析智能电网互动调度平台发过来的不同时段的充电电价信号、不同时段的放电电价信号；

b.结合时钟模块、电网负荷分析模块、电池状态管理模块、用户指令解析模块在充放电管理中计算出最优的充电时段、充电电量、放电时段和放电电量；

c.通过给双向充放电机发指令控制充放电机工作方式和充放电电流。

进一步地，所述充放电控制系统为权利要求2所述的充放电控制系统。

进一步地，算法中进一步包括：充放电开始条件：

如果用户解析模块获得的强制充电或强制放电信号为True，则立即开始充电或放电；

如果用户设定了充放电开始时间，则在预设的时间进行充放电；

如果用户设定了充放电开始的SOC值，则在预设的SOC区间进行充放电；

如果用户没有设定采用默认模式，则根据电网电价信息，以最低价格为控制目标，进行充放电开始控制。

进一步地，算法中进一步包括：充放电结束条件：

如果用户预设了SOC区间，则在设定的SOC值结束充放电；

如果没有预设SOC区间，则根据当前SOC值确定是否结束充放电；

如果电网分配的可用电量为零，且处于默认模式，则结束当前的充放电。

进一步地，算法中进一步包括：充放电电流控制：

结合系统保护输入当前最大允许充放电电流进行，最充放电电流的上限进行限制；

结合电池SOC进行充放电电流的限制；

结合充电电流或放电电流，结合上述限制采用PI控制算法进行控制。

与目前现有技术相比，本发明可有效解决智能电网和纯电动汽车充放电协调控制难题，在保障电动汽车电池被合理充放电的情况下，对电网的启到削“峰”填“谷”的作用，同时降低用户的电动汽车使用成本。本发明集成了电网负荷信息、用户需求和电动电池荷电状态以及电池本身的电特性进行电池的充放电管理，本发明实现通过双向充放电机，通过控制充放电机的充放电，实现电动车与电网的互动。

附图说明

图1为本发明充放电系统图

图2为本发明充放电控制算法控制原理图

具体实施方式

下面根据附图对本发明进行详细描述，其为本发明多种实施方式中的一种优选实施例。

方案框图如图1所示，采用车载智能终端通过双向充放电机控制完成纯电动汽车与电网互动。车载智能终端同电池管理系统BMS（Battery Management system）纯电动电池包的SOC、充放电电流、最大允许充放电电流、电池包温度信息点电池状态信息，具有无线通讯功能能够实时与电网互动调度平台进行无线信息交互，获得电网负荷信息与实时电价信息解，解析触摸屏用户指令获得用户的指令信息，通过纯电动汽车与电网充放电控制算法，控制充电机的充放电使能，充放电电流等。

控制原理框图如图2所示，一种纯电动车与电网互动充放电控制算法，该算法通过电价分析模块解析智能电网互动调度平台发过来的不同时段的充电电价信号、不同时段的放电电价信号以及结合时钟模块、电网负荷分析模块、电池状态管理模块、用户指令解析模块在充放电管理中计算出最优的充电时段、充电电量、放电时段和放电电量，通过给双向充放电机发指令控制充放电机工作方式和充放电电流。

下面根据图2对本发明进行详细描述，

参照图2所示,本发明采用分模块设计方案，本发明涉及充放电控制算法包括以下模块：电价分析模块，用户指令解析模块，电池状态管理模块，电网负荷分析模块、系统保护模块、时钟模块和充放电管理模块。

时钟模块该模块用于产生最小时间片，由充放电管理模块控制软件得到当前时间、计算充放电时间段、计算充放电剩余时间，累积计算已充电时间、累积计算已放电时间，这些计算时间值将在充放电管理模块内部引用。

电池状态管理模块用于解析来自BMS的CAN信息，采集电池的SOC、SOH值、最大允许充电流、最大允许放电电流、已经电池的充电电流、放电电流。

用户指令解析模块，该模块用于解析用户强制充电指令、强制放电指令，充电开始时间、充电结束时间，充电开始SOC、放电截止SOC、电池包温度。

系统保护模块结合SOH、电池包温度、电池最大允许充电电流，电池最大允许放电电流通过SOH查表、电池包温度系数限制电池最大允许充电电流，电池最大允许放电电流得到当前最大允许充电电流、当前允许最大放电电流。

电网负荷分析模块解析互动调度平台发送的分配可充电电量和分配可放电量。

充放电管理模块为本发明算法的具体实现：

充放电开始条件

1）如果用户解析模块获得的强制充电或强制放电信号为True，则立即开始充电或放电；

2）如果用户设定了充放电开始时间，则在预设的时间进行充放电；

3）如果用户设定了充放电开始的SOC值，则在预设的SOC区间进行充放电；

4）如果用户没有设定采用默认模式，则根据电网电价信息，以最低价格为控制目标，进行充放电开始控制；

充放电结束条件

1）如果用户预设了SOC区间，则在设定的SOC值结束充放电；

2）如果没有预设SOC区间，则根据当前SOC值确定是否结束充放电；

3）如果电网分配的可用电量为零，且处于默认模式，则结束当前的充放电充放电电流控制；

1)结合系统保护输入当前最大允许充放电电流进行，最充放电电流的上限进行限制；

2）结合电池SOC进行充放电电流的限制；

3)结合充电电流或放电电流，结合上述限制采用PI控制算法进行控制；

上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种改进，或未经改进直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种充放电系统，其特征在于，包括触摸屏，电池管理系统BMS，互动调度平台，车载智能终端和双向充放电机，其中，

所述触摸屏连接至车载智能终端，用于获得用户的指令信息，包括充放电指令，充放电时间和充放电SOC；

所述电池管理系统BMS通过CAN连接至车载智能终端，用于获得电池状态信息，包括纯电动电池包的SOC、充放电电流、最大允许充放电电流、电池包温度信息；

所述互动调度平台通讯连接至车载智能终端，用于向车载智能终端发送分配充放电电量，电价信息，充放电时间段信息；

所述车载智能终端通过双向充放电机控制完成纯电动汽车与电网互动，其通过纯电动汽车与电网充放电控制算法，控制双向充放电机的充放电使能，充放电电流。

2.一种充放电控制系统，其特征在于，包括电价分析模块，用户指令解析模块，电池状态管理模块，电网负荷分析模块，系统保护模块，时钟模块和充放电管理模块，其中，

所述电价分析模块连接至时钟模块，其用于解析智能电网互动调度平台发过来的不同时段的充电电价信号、不同时段的放电电价信号；

所述用户指令解析模块连接至充放电管理模块，其用于解析用户强制充电指令、强制放电指令，充电开始时间、充电结束时间，充电开始SOC、放电截止SOC、电池包温度；

所述电池状态管理模块分别连接至系统保护模块和充放电管理模块，其用于解析来自BMS的CAN信息，采集电池的SOC、SOH值、最大允许充电流、最大允许放电电流、电池的充电电流、放电电流；

所述电网负荷分析模块连接至充放电管理模块，其用于解析互动调度平台发送的分配可充电电量和分配可放电量；

所述系统保护模块连接至充放电管理模块，其用于结合SOH、电池包温度、电池最大允许充电电流，电池最大允许放电电流通过SOH查表、电池包温度系数限制电池最大允许充电电流，电池最大允许放电电流得到当前最大允许充电电流、当前允许最大放电电流；

所述时钟模块分别连接至电价分析模块和充放电管理模块，其用于产生最小时间片，由充放电管理模块控制软件得到当前时间、计算充放电时间段、计算充放电剩余时间，累积计算已充电时间、累积计算已放电时间；

所述充放电管理模块用于电网充放电控制算法的具体实现。

3.一种纯电动汽车与电网充放电控制方法，其特征在于，采用充放电系统中车载智能终端通过双向充放电机控制完成纯电动汽车与电网互动：

（1）车载智能终端接收来自电池管理系统BMS的纯电动电池包的SOC、充放电电流、最大允许充放电电流、电池包温度信息等电池状态信息；

（2）车载智能终端通过无线通讯实时与电网互动调度平台进行无线信息交互，获得电网负荷信息与实时电价信息；

（3）车载智能终端接收并解析触摸屏用户指令获得用户的指令信息；

（4）车载智能终端通过纯电动汽车与电网充放电控制算法，控制双向充放电机的充放电使能，充放电电流。

4.如权利要求3所述的纯电动汽车与电网充放电控制方法，其特征在于，所述充放电系统为权利要求1所述的充放电系统。

5.如权利要求3或4所述的纯电动汽车与电网充放电控制方法，其特征在于，采用如下算法：

a.通过充放电控制系统中电价分析模块解析智能电网互动调度平台发过来的不同时段的充电电价信号、不同时段的放电电价信号；

b.结合时钟模块、电网负荷分析模块、电池状态管理模块、用户指令解析模块在充放电管理中计算出最优的充电时段、充电电量、放电时段和放电电量；

c.通过给双向充放电机发指令控制充放电机工作方式和充放电电流。

6.如权利要求5所述的纯电动汽车与电网充放电控制方法，其特征在于，所述充放电控制系统为权利要求2所述的充放电控制系统。

7.如权利要求5或6所述的纯电动汽车与电网充放电控制方法，其特征在于，算法中进一步包括：充放电开始条件：

如果用户解析模块获得的强制充电或强制放电信号为True，则立即开始充电或放电；

如果用户设定了充放电开始时间，则在预设的时间进行充放电；

如果用户设定了充放电开始的SOC值，则在预设的SOC区间进行充放电；

如果用户没有设定采用默认模式，则根据电网电价信息，以最低价格为控制目标，进行充放电开始控制。

8.如权利要求5-7中任一项所述的纯电动汽车与电网充放电控制方法，其特征在于，算法中进一步包括：充放电结束条件：

如果用户预设了SOC区间，则在设定的SOC值结束充放电；

如果没有预设SOC区间，则根据当前SOC值确定是否结束充放电；

如果电网分配的可用电量为零，且处于默认模式，则结束当前的充放电。

9.如权利要求5-8中任一项所述的纯电动汽车与电网充放电控制方法，其特征在于，算法中进一步包括：充放电电流控制：

结合系统保护输入当前最大允许充放电电流进行，最充放电电流的上限进行限制；结合电池SOC进行充放电电流的限制；

结合充电电流或放电电流，结合上述限制采用PI控制算法进行控制。

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