CN104269912A - 用于多接口直流快速充电机的能量管理系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于多接口直流快速充电机的能量管理系统。多接口直流快速充电机能量管理系统101包括有智能电表121、数据转发通讯模块122、智能控制单元111、人机交互单元112、智能感知单元113、充电接口114、与车通讯互动模块116。本发明依据连接电动汽车的充电需求对各充电接口提供功率进行管理，保证多接口直流快速充电机在额定功率或给定功率范围内工作，提高了电动汽车供电可靠性，提高了直流快速充电机的利用率，可促进直流快速充电机的推广和应用。
Description
技术领域
本发明是一种用于电动汽车多接口直流快速充电机的能量管理系统及管理方法，属于用于电动汽车多接口直流快速充电机的能量管理系统及管理方法的创新技术。
背景技术
随着能源和环境危机频发，发展并推广新能源汽车已经被列为国家能源产业结构调整的重要举措，电动汽车是当前新能源汽车发展的重要方向。充电设施建设是电动汽车推广应用的基础。直流快速充电是电动汽车的主要能量补给方式之一。直流快速充电是当前充电设施建设的重要类型。目前，商业化的直流快速充电机可具备身份识别、计量、计费、人机互动等功能，销售价格从数千到上万元不等。
电动汽车在直流快速充电站中使用充电时，多接口直流充电机可以同时为多辆电动汽车服务，大大提高了直流充电机的利用率，减少充电设施的建设数量和投资，同时减少了充电站占地面积，便于安装和使用。
由于存在多个接口，多接口直流快速充电机需要对各个接口进行识别和控制。当直流快速充电机的额定功率小于各接口额定功率总和时，需要直流快速充电机根据所连接电动汽车的实际充电功率，对各接口的功率进行实时分配，以避免引起直流快速充电机保护动作。
电动汽车是能量型负荷，其电力需求具有灵活可调的特征。在有限的配电容量下，为了减少扩容增加的投资，可通过上级运营监控管理系统，配电网管理系统对电动汽车的充电功率进行管控。当上级运营监控管理系统对充电机进行功率限制时，多接口直流快速充电机也需要具备对各充电接口的协调能力。
多接口直流快速充电机对电动汽车充电管理的应用处于试验探索阶段，尚无用于多接口直流快速充电机的能量管理方法。
发明内容
本发明的目的在于考虑上述问题而提供一种保证多接口直流快速充电机在额定功率或给定功率范围内工作，提高了电动汽车供电可靠性，提高了直流快速充电机利用率的用于电动汽车多接口直流快速充电机的能量管理系统。本发明设计合理，方便实用，可促进直流快速充电机的推广和应用。
本发明的另一目的在于提供一种操作简单，管理方便的用于电动汽车多接口直流快速充电机的能量管理系统的管理方法。
本发明的技术方案是：
一种用于多接口直流快速充电机的能量管理系统，多接口直流快速充电机的能量管理系统(101)包括有智能直流电表(121)、数据转发通讯模块(122)、智能控制单元(111)、人机交互单元(112)、智能感知单元(113)、充电接口(114)、充电模块(115)、与车通讯互动模块(116)，智能控制单元(111)的信号输出端与充电接口(114)连接，且智能控制单元(111)的信号输入端与智能感知单元(113)连接，智能控制单元(111)的输入及输出端与人机交互单元(112)连接,智能控制单元(111)与智能电表(121)连接，智能控制单元(111)从智能直流电表(121)获得配电网信息。
配电网管理系统(201)通过智能电表(121)采集直流快速充电机的用电信息；上述智能控制单元(111)以智能电表(121)为接口与配电网管理系统(201)连接。
上述智能控制单元(111)以数据转发通讯模块(122)为接口与上级运营监控管理系统(301)连接，以数据转发通讯模块(122)为接口与电动汽车互动云服务平台(401)连接；上述数据转发通讯模块(122)向上级运营监控管理系统(301)发送直流快速充电机及各接口的工作状态、用户认证消费的信息，数据转发通讯模块(122)向电动汽车互动云服务平台(401)发送用户信息及直流快速充电机各接口的空闲状态；上述智能控制单元(111)从数据转发模块(122)获得上级运营监控管理系统(301)的远程控制命令。
上述智能控制单元(111)从智能电表(121)获得包括分时电价、限制功率的配电网信息，上述智能控制单元(111)从数据转发模块(122)获得上级运营监控管理系统(301)包括急停控制、接口锁定/解锁的远程控制命令。
上述智能直流电表(121)支持多通道电流采集，其通过RS485、CAN、以太网、GPRS无线等方式与配电网管理系统进行通讯。
上述配电网管理系统(201)是电网提供的对直流快速充电机用电信息进行计量管理的系统；上述上级运营监控管理系统(301)是直流快速充电机运营商对直流快速充电机进行运营监控管理的系统，上述电动汽车互动云服务平台(401)是用户通过云服务平台享受直流快速充电云服务。
上述数据转发通讯模块(122)用于直流快速充电机与上级运营监控管理系统(301)之间的信息传输，同时用于与电动汽车互动云服务平台(401)之间的信息传输，采用以太网、RS485、CAN、GPRS通讯方式；上述与车互动通讯模块(116)用于直流快速充电机与车辆之间的信息传输，采用RS485、CAN、Zigbee通讯方式。
上述充电接口(114)是连接充电电缆与充电机的电气装置；上述智能直流电表内部具备电流、电压检测，实时对各充电接口主电路上的电流电压进行测量，并将测量值发送到智能控制单元(111)；上述人机交互单元(112)为触摸屏，或液晶屏，或键盘；上述智能感知单元是包括RFID识别器、IC卡读卡器或指纹识别器，ESAM模块等，智能感知单元(113)获取用户车辆身份信息后发送于智能控制处理单元(111)。
包括如下过程：1)用户通过直流快速充电机智能感知单元识别外设获得认证，用户通过人机交互单元输入充电目标；2)直流快速充电机的某个接口解锁，用户将车辆接入该接口；3)直流快速充电机尝试和车辆建立通讯联系；4)直流快速充电机对各接口进行充电功率分配；5)车辆按照分配的限制功率完成充电；6)用户断开车辆与直流快速充电机的接口连接。当有新的车辆接入、有车辆完成充电或用户改变充电目标时，直流快速充电机的能量管理系统执行接口能量协调控制策略算法，对各接口的充电功率进行重新分配。
上述用于多接口直流快速充电机的能量管理系统通过实时检测各充电接口的连接状态和充电电流电压获得当前连接车辆的充电情况，通过智能感知单元识别外设获得用户车辆的身份信息，通过人机交互单元获得用户的充电目标。当充电机与车辆建立高级通讯时，可通过通讯获得用户车辆的身份、充电目标等信息，直流快速充电机与车辆之间的通讯可采用CAN、电力载波、Zigbee等有线或无线通讯方式；上述多接口直流快速充电机的能量管理系统通过改变各充电接口的脉宽调制信号即PWM信号的占空比实现各接口最大允许充电功率的分配，当直流快速充电机与车辆建立通讯时，直流快速充电机可通过通讯方式向车辆告知其所连接充电接口的允许的充电功率；上述多接口直流快速充电机能量管理系统具备对充电接口功率进行协调控制策略，该策略由所述智能控制单元实现，该策略包括以下方式：1)时间次序方式：按照车辆接入并启动充电时间的先后顺序进行功率分配，先接入并启动充电的车辆具有最高的优先级；2)充电目标方式：按照车辆的功率需求以及充电时间进行功率分配，功率需求大且充电时间短的车辆具有高的优先级。
本发明由于采用在各接口额定充电功率总和大于直流快速充电机的额定功率时，该能量管理系统可根据所连接电动汽车的需求对各接口提供的功率进行管理；当直流快速充电机得到上级运营监控管理系统或配电网指令时，该能量管理系统可按照指令要求协调各接口充电功率的分配。本发明保证多接口直流快速充电机在额定功率或给定功率范围内工作，提高了电动汽车供电可靠性，提高了直流快速充电机的利用率，可促进直流快速充电机的推广和应用。本发明是一种设计巧妙，性能优良，方便实用的用于电动汽车多接口直流快速充电机的能量管理系统，本发明的管理方法操作简单，管理方便。
附图说明
图1为本发明实施例多接口直流快速充电机能量管理系统的结构示意图；
图2为本发明实施例多接口直流快速充电机能量管理系统的工作流程示意图。
具体实施方式
实施例：
本发明的结构示意图如图1所示，本发明的多接口直流充电能量管理系统101包括有智能直流电表121、数据转发通讯模块122、智能控制单元111、人机交互单元112、智能感知单元113、充电接口114、充电模块115、与车通讯互动模块116，智能控制单元111的信号输出端与充电接口114连接，且智能控制单元111的信号输入端与智能感知单元113连接，智能控制单元111的输入及输出端与人机交互单元112连接,智能控制单元111与智能电表121连接，智能控制单元111从智能直流电表121获得配电网信息。
上述智能控制单元111从智能电表121获得包括阶梯电价、可用功率的电网信息，配电网管理系统201通过智能电表121采集直流快速充电机的用电信息。
上述智能控制单元111以智能电表121为接口与配电网管理系统201连接。
上述智能控制单元111以数据转发通讯模块122为接口与上级运营监控管理系统301连接。
本实施例中，上述数据转发通讯模块122向上级监控系统301发送充电机及各接口的工作状态、用户身份的信息。
上述智能控制单元111从数据转发通讯模块122获得上级运营监控管理系统301的远程控制命令。
本实施例中，上述智能控制单元111从数据转发通讯模块122获得上级运营监控管理系统301包括起停控制、接口锁定/解锁的远程控制命令。
上述智能电表121支持多通道电流采集，其通过RS485、CAN、以太网、电力线载波或无线等方式与配电网管理系统进行通讯。
上述配电网管理系统201为电网所提供的对直流快速充电机进行自动计量及信息管理的系统，如用电信息采集系统、高级量测系统。其采集直流快速充电机及其他电力用户的信息，根据配电网的实时运行状况，向各用户发布电价、可用功率等信息。
上述上级运营监控管理系统301为直流快速充电机所有者或运营商对直流快速充电进行监控管理的系统。直流快速充电机与上级运营监控管理，其可远程采集直流快速充电机的工作状态，并发布起停、锁定/解锁、功率限制等控制命令和信息。
上述数据转发通讯模块122用于直流快速充电机与上级运营监控管理系统301之间的信息传输，采用以太网、RS485、CAN、GPRS等有线或无线通讯方式。
上述与车互动通讯模块116用于直流快速充电机与车辆之间的信息传输，采用RS485、CAN、Zigbee等有线或无线通讯方式。车辆接收直流快速充电机传输的信息，包括接口状态、接口最大功率等。车辆通过车载控制器控制车辆侧接口电路。
上述充电接口114为连接充电电缆与直流快速充电机的电气装置。其包括电气接口、接口控制电路、锁定装置等部件。充电接口可通过与车辆连接状态的判断进行主电路的开断和闭合，PWM信号的占空比由智能控制单元111确定，PWM信号通过充电接口114与车辆之间的控制导引回路传输。
上述人机交互单元112指触摸屏、液晶屏、键盘等实现用户显示、用户操作等功能的部件。用户可通过人机交互单元112确定充电目标，如充电的时间、充电的电量、充电的费用等。当车辆具备与直流快速充电机的通讯条件时，用户可通过车载终端建立充电目标。
上述智能感知单元113指RFID卡读卡器、IC卡读卡器、指纹识别等可用于用户身份识别的外围设备。智能感知单元113获取用户身份信息后发送于智能控制单元111。
本发明用于电动汽车多接口直流充电机的能量管理系统的管理方法，包括如下过程：1)用户通过直流快速充电机智能感知单元识别外设获得认证，用户通过人机交互单元输入充电目标；2)直流快速充电机的某个接口解锁，用户将车辆接入该接口；3)直流快速充电机尝试和车辆建立通讯联系；4)直流快速充电机对各接口进行充电功率分配；5)车辆按照分配的限制功率完成充电；6)用户断开车辆与直流快速充电机的接口连接。当有新的车辆接入、有车辆完成充电或用户改变充电目标时，直流快速充电机的能量管理系统执行接口能量协调控制策略算法，对各接口的充电功率进行重新分配。
当有新的车辆接入、有车辆完成充电或用户该变充电目标时，能量管理系统都需要执行接口协调控制策略算法，对各接口的充电功率进行重新分配。上述多接口直流快速充电能量管理系统通过实时检测各充电接口的连接状态和充电电流获得当前连接车辆的充电情况，通过智能感知单元获得用户的身份信息，通过人机交互单元获得用户的充电目标。当直流快速充电机与车辆建立高级通讯时，可通过通讯获得用户的身份、充电目标等信息，直流快速充电机与车辆之间的通讯可采用CAN、电力载波、Zigbee等有线或无线通讯方式。
上述直流快速充电能量管理系统具备对充电接口功率进行协调控制策略，该策略由所述微处理单元实现，该策略包括以下方式：1)时间次序方式：按照车辆接入并启动充电时间的先后顺序进行功率分配，先接入并启动充电的车辆具有最高的优先级；2)充电目标方式：按照车辆的功率需求以及充电时间进行功率分配，功率需求大且充电时间短的车辆具有高的优先级。
Claims (10)
1.一种用于多接口直流快速充电机的能量管理系统，其特征在于多接口直流快速充电机的能量管理系统(101)包括有智能直流电表(121)、数据转发通讯模块(122)、智能控制单元(111)、人机交互单元(112)、智能感知单元(113)、充电接口(114)、充电模块(115)、与车通讯互动模块(116)，智能控制单元(111)的信号输出端与充电接口(114)连接，且智能控制单元(111)的信号输入端与智能感知单元(113)连接，智能控制单元(111)的输入及输出端与人机交互单元(112)连接,智能控制单元(111)与智能电表(121)连接，智能控制单元(111)从智能直流电表(121)获得配电网信息。
2.根据权利要求1所述的用于多接口直流快速充电机的能量管理系统，其特征在于配电网管理系统(201)通过智能电表(121)采集直流快速充电机的用电信息；上述智能控制单元(111)以智能电表(121)为接口与配电网管理系统(201)连接。
3.根据权利要求2所述的用于多接口直流快速充电机的能量管理系统，其特征在于上述智能控制单元(111)以数据转发通讯模块(122)为接口与上级运营监控管理系统(301)连接，以数据转发通讯模块(122)为接口与电动汽车互动云服务平台(401)连接；上述数据转发通讯模块(122)向上级运营监控管理系统(301)发送直流快速充电机及各接口的工作状态、用户认证消费的信息，数据转发通讯模块(122)向电动汽车互动云服务平台(401)发送用户信息及直流快速充电机各接口的空闲状态；上述智能控制单元(111)从数据转发模块(122)获得上级运营监控管理系统(301)的远程控制命令。
4.根据权利要求3所述的用于多接口直流快速充电机的能量管理系统，其特征在于上述智能控制单元(111)从智能电表(121)获得包括分时电价、限制功率的配电网信息，上述智能控制单元(111)从数据转发模块(122)获得上级运营监控管理系统(301)包括急停控制、接口锁定/解锁的远程控制命令。
5.根据权利要求1所述的用于多接口直流快速充电机的能量管理系统，其特征在于上述智能直流电表(121)支持多通道电流采集，其通过RS485、CAN、以太网、GPRS无线等方式与配电网管理系统进行通讯。
6.根据权利要求1所述的用于多接口直流快速充电机的能量管理系统，其特征在于上述配电网管理系统(201)是电网提供的对直流快速充电机用电信息进行计量管理的系统；上述上级运营监控管理系统(301)是直流快速充电机运营商对直流快速充电机进行运营监控管理的系统，上述电动汽车互动云服务平台(401)是用户通过云服务平台享受直流快速充电云服务。
7.根据权利要求1所述的用于多接口直流快速充电机的能量管理系统，其特征在于上述数据转发通讯模块(122)用于直流快速充电机与上级运营监控管理系统(301)之间的信息传输，同时用于与电动汽车互动云服务平台(401)之间的信息传输，采用以太网、RS485、CAN、GPRS通讯方式；上述与车互动通讯模块(116)用于直流快速充电机与车辆之间的信息传输，采用RS485、CAN、Zigbee通讯方式。
8.根据权利要求1所述的用于多接口直流快速充电机的能量管理系统，其特征在于上述充电接口(114)是连接充电电缆与充电机的电气装置；上述智能直流电表内部具备电流、电压检测，实时对各充电接口主电路上的电流电压进行测量，并将测量值发送到智能控制单元(111)；上述人机交互单元(112)为触摸屏，或液晶屏，或键盘；上述智能感知单元是包括RFID识别器、IC卡读卡器或指纹识别器，ESAM模块等，智能感知单元(113)获取用户车辆身份信息后发送于智能控制处理单元(111)。
9.一种根据权利要求1所述的用于多接口直流快速充电机的能量管理系统，其特征在于包括如下过程：1)用户通过直流快速充电机智能感知单元识别外设获得认证，用户通过人机交互单元输入充电目标；2)直流快速充电机的某个接口解锁，用户将车辆接入该接口；3)直流快速充电机尝试和车辆建立通讯联系；4)直流快速充电机对各接口进行充电功率分配；5)车辆按照分配的限制功率完成充电；6)用户断开车辆与直流快速充电机的接口连接；当有新的车辆接入、有车辆完成充电或用户改变充电目标时，直流快速充电机的能量管理系统执行接口能量协调控制策略算法，对各接口的充电功率进行重新分配。
10.根据权利要求9所述的用于多接口直流快速充电机的能量管理系统，其特征在于上述用于多接口直流快速充电机的能量管理系统通过实时检测各充电接口的连接状态和充电电流电压获得当前连接车辆的充电情况，通过智能感知单元识别外设获得用户车辆的身份信息，通过人机交互单元获得用户的充电目标；当充电机与车辆建立高级通讯时，可通过通讯获得用户车辆的身份、充电目标等信息，直流快速充电机与车辆之间的通讯可采用CAN、电力载波、Zigbee等有线或无线通讯方式；上述多接口直流快速充电机的能量管理系统通过改变各充电接口的脉宽调制信号即PWM信号的占空比实现各接口最大允许充电功率的分配，当直流快速充电机与车辆建立通讯时，直流快速充电机可通过通讯方式向车辆告知其所连接充电接口的允许的充电功率；上述多接口直流快速充电机能量管理系统具备对充电接口功率进行协调控制策略，该策略由所述智能控制单元实现，该策略包括以下方式：1)时间次序方式：按照车辆接入并启动充电时间的先后顺序进行功率分配，先接入并启动充电的车辆具有最高的优先级；2)充电目标方式：按照车辆的功率需求以及充电时间进行功率分配，功率需求大且充电时间短的车辆具有高的优先级。
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