CN104281129A - 一种电动汽车智能充放电物联网云综合集成系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种电动汽车智能充放电物联网云综合集成系统，包括充电站智能充放电控制软件系统中的充电桩监测功能模块与充电站交直流充电桩数据采集软件系统相互连通对采集的数据进行监控，充电站交直流充电桩数据采集软件系统与若干交直流充电桩互相连通；包括充电站智能充放电控制软件系统中的电动汽车监测功能模块与移动车辆无线数据采集软件系统相互连通，移动车辆无线数据采集软件系统与电动汽车上的车载无线装置通信；电能质量监测功能模块与充电站电能质量数据采集软件系统相互连通。本发明既能满足充电站运营收益最大化的经济目标，又能充分考虑配电变压器容量和电能质量管理的要求，同时还能最大限度地满足电动汽车用户的充电需求。

Description

一种电动汽车智能充放电物联网云综合集成系统

技术领域

本发明涉及电动汽车领域，具体涉及一种电动汽车智能充放电物联网云综合集成系统。

背景技术

随着石油资源的枯竭以及可再生能源技术的迅猛发展，发展新能源汽车，尤其是纯电动汽车已经是大势所趋。作为未来电网中比重庞大的负荷，同时又兼具大规模能量存储能力的电动汽车动力电池，在实现智能电网的过程中，势必要扮演一个举足轻重的角色。目前国家大力扶持和发展绿色能源，提倡低碳经济及电动汽车规划的政策，围绕电动汽车智能充电技术为中心，展开电动汽车充电站设备、充电站管理系统的研发以及智能充电设备等。

电动汽车的普及必将使充电站面临较大的配电压力，而电动汽车的随机充电必然会反作用于充电站乃至智能电网。

发明内容

发明目的：本发明的目的在于解决现有技术中存在的大规模电动汽车智能充电控制的不足，提供一种管理大规模电动汽车智能充放电物联网云综合集成系统。

技术方案：本发明的一种电动汽车智能充放电物联网云综合集成系统，包括充电站智能充放电控制软件系统，充电站交直流充电桩数据采集软件系统、充电站电能质量数据采集软件系统、移动车辆充放电无线数据采集软件系统，所述充电站智能充放电控制软件系统中包含以下功能模块：电动汽车轮流充电控制功能模块、交流供电变压器负荷监测功能模块、电能质量监测功能模块、电动汽车监测功能模块、充电桩监测功能模块；所述充电桩监测功能模块与充电站交直流充电桩数据采集软件系统相互连通对采集的数据进行监控，充电站交直流充电桩数据采集软件系统与若干交直流充电桩互相连通；所述电动汽车监测功能模块与移动车辆无线数据采集软件系统相互连通对采集的数据进行监控，所述移动车辆无线数据采集软件系统通过以太网利用Tcp/IP通信技术与电动汽车上的车载无线装置通信；所述电能质量监测功能模块与充电站电能质量数据采集软件系统相互连通对采集的数据进行监控，充电站电能质量数据采集软件系统负责采集电能质量监测设备监测的电能质量数据。

其中，充电站智能充放电控制软件系统通过车载无线装置传输的信息分析获取待充电的车辆数目，并根据车载无线装置发送的数据进行充电允许配额数分配，从而对充电桩进行轮流充电的管理。

由于充电站是通过变压器进行供电的，因此当充电车辆到达一定的数量时，会增加充电站用电负荷，从而影响当地电力设施及居民的用电，制约着充电站电动汽车充电系统的发展，为解决这一技术问题，将变压器与变压器负荷状态监测功能模块相连接，进而实时检测充电站变压器电力负荷，并与充电桩通信调整充电桩的供电状态，控制电动车辆充电的数量，避免电网过载，保证了运营安全。

进一步的，所述交流供电变压器负荷监测模块与变压器相连接，通过变压器对充电站智能充电系统进行供电。

进一步的，所述充电站交直流充电桩数据采集软件系统获取待充电的充电桩数据后，传输至充电桩监测模块了；所述电动汽车的车载无线装置通过无线网络通信接口向车辆无线数据采集系统上报待充电车辆的数据，进而传输至电动汽车监测功能模块，充电站智能充电系统根据充电站变压器的负荷情况，计算充电允许配额电量，充电站智能充放电系统根据配额电量动态地对各个充电桩进行供配电管理。

进一步的，当申请充电的电量大于额定的供配电电量时，充电站智能充放电控制软件系统根据充电站的额定供配电电量对所需充电车辆进行总量控制，以保证供配电系统的安全运行。

进一步的，所述移动车辆无线数据采集软件系统可通过无线车载通信装置检测车载电池的充放电的实时电压与电流等数据，并将其融合到监控模块中，以保证电池运行。

进一步的，当所述充电站智能充放电控制软件系统与充电桩等设备发生故障时，则启动故障监控模块，判断并确定故障代码，记录故障位置和时间，发出故障报警信息，以帮助相关人员尽可能快地排除故障。

进一步的，所述若干充电桩通过TCP/IP或充电桩上的CAN总线通信模块与充电站交直流充电桩数据采集软件系统相连接，进而与充电站智能充放电控制软件系统进行实时数据交换，所述充电桩上还设有POS机和微型打印机，以实现客户的IC卡刷卡及其电能计量和计费管理功能。

进一步的，所述车载无线装置包括单片机、与单片机相连接的GPS模块、GPRS通信模块和LCD显示模块，以及键盘输入和CAN数据转换器，所述单片机嵌入式系统通过车内的CAN总线，取得车载BMS中和电池相关的必要充放电数据，再将其通过无线通信营运商的GPRS等方式，转发到充放电云综合管理系统，完成数据的分析、记录、统计和故障报警等功能。

有益效果：本发明与现有技术相比具有以下优点：

(1)将电动汽车充电站、电动汽车、动力电池、充电设施、换电设备、用户车主、智能电网等相关主体进行互联，通过对充换电站设备进行实时监控和数据采集，电动汽车充放电数据进行数据采集和分析得出充换电站设备实时状态、充换电站供配电情况、用户充电规律、用户充电需求和电动汽车运行参数特征等重要数据，通过对充电站内电动汽车的充电需求进行智能协调，避免充换电站的功率需求对电网造成冲击。

(2)本发明既能够满足充电站运营收益最大化的目标，又能够充分考虑配电变压器容量，同时还能够最大限度的满足电动汽车用户的充电需求。

(3)本发明通过对变压器容量、带充电电动汽车的数量以及电动汽车的电池容量的实时检测，能够动态调节充电电流或电流蚕食，执行相应的充电动作，优化配置充电方案。

(4)本发明通过在电动汽车、电池、充换电设施、电能质量监测设备安装传感器和识别系统，利用物联网技术，实现实时感知电动汽车运行状态、电池使用状态、充放电设施及当前网内配电和电能质量状态，实现电动汽车及充放电设施综合监测分析，实现电动汽车充电智能化管理，充电计费多样化，运营服务互动化，保证电动汽车、电池及充电放设施稳定、经济、高效的运行。

(5)同时利用云计算技术，通过服务端计算整合信息和资源向终端提供及时的服务。云计算在车联网中提供车辆路径规划、智能交通调度计、车辆诊断计算、有序充电控制、电池性能分析等功能。通过服务整合，为车载终端提供有价值的服务，如呼叫中心服务、电动汽车远程诊断服务、电动汽车预约充电服务、电动汽车位置定位服务等等。

(6)利用RFID、传感器、图像识别等技术，通过GPRS/3G、WiFi、Internet等通信手段，将具有身份标识的电动汽车、动力电池、充换电设施、智能电网等相关主体进行互联，实现基于物联网的电动汽车智能充换电服务网络的自动化运行与管理。

附图说明

图1为本发明中的原理示意图；

图2为本发明中轮流充电的的流程示意图；

图3为本发明中系统程序示意图；

图4为本发明中单片机与CAN接口的电路图；

图5为本发明中单片机与其他模块之间的连接示意图。

具体实施方式

下面对本发明技术方案进行详细说明，但是本发明的保护范围不局限于所述实施例。

如图1至图5所示，本发明的一种电动汽车智能充放电物联网云综合集成系统，包括充电站智能充放电控制软件系统，充电站交直流充电桩数据采集软件系统、充电站电能质量数据采集软件系统、移动车辆充放电无线数据采集软件系统，充电站智能充放电控制软件系统中包含以下功能模块：电动汽车轮流充电控制功能模块、交流供电变压器负荷监测功能模块、电能质量监测功能模块、电动汽车监测功能模块、充电桩监测功能模块；充电桩监测功能模块与充电站交直流充电桩数据采集软件系统相互连通对采集的数据进行监控，充电站交直流充电桩数据采集软件系统与若干交直流充电桩互相连通；电动汽车监测功能模块与移动车辆无线数据采集软件系统相互连通对采集的数据进行监控，移动车辆无线数据采集软件系统通过以太网利用Tcp/IP通信技术与电动汽车上的车载无线装置通信；电能质量监测功能模块与充电站电能质量数据采集软件系统相互连通对采集的数据进行监控，充电站电能质量数据采集软件系统负责采集电能质量监测设备监测的电能质量数据。

其中，充电站智能充放电控制软件系统通过车载无线装置传输的信息分析获取待充电的车辆数目，并根据车载无线装置发送的数据进行充电允许配额数分配，从而对充电桩进行轮流充电的管理。

由于充电站是通过变压器进行供电的，因此当充电车辆到达一定的数量时，会增加充电站用电负荷，从而影响当地电力设施及居民的用电，制约着充电站电动汽车充电系统的发展，为解决这一技术问题，将变压器与变压器负荷状态监测功能模块相连接，进而实时检测充电站变压器电力负荷，并与充电桩通信调整充电桩的供电状态，控制电动车辆充电的数量，避免电网过载，保证了运营安全。

交流供电变压器负荷监测模块与变压器相连接，通过变压器对充电站智能充电系统进行供电。

充电站交直流充电桩数据采集软件系统获取待充电的充电桩数据后，传输至充电桩监测模块了；电动汽车的车载无线装置通过无线网络通信接口向车辆无线数据采集系统上报待充电车辆的数据，进而传输至电动汽车监测功能模块，充电站智能充电系统根据充电站变压器的负荷情况，计算充电允许配额电量，充电站智能充放电系统根据配额电量动态地对各个充电桩进行供配电管理。

当申请充电的电量大于额定的供配电电量时，充电站智能充放电控制软件系统根据充电站的额定供配电电量对所需充电车辆进行总量控制，以保证供配电系统的安全运行。

移动车辆无线数据采集软件系统可通过无线车载通信装置检测车载电池的充放电的实时电压与电流等数据，并将其融合到监控模块中，以保证电池运行。

当充电站智能充放电控制软件系统与充电桩等设备发生故障时，则启动故障监控模块，判断并确定故障代码，记录故障位置和时间，发出故障报警信息，以帮助相关人员尽可能快地排除故障。

若干充电桩通过TCP/IP或CAN总线通信模式与充电站交直流充电桩数据采集软件系统相连接，进而与充电站智能充放电控制软件系统进行实时数据交换，充电桩上还设有POS机和微型打印机，以实现客户的IC卡刷卡及其电能计量和计费管理功能。

车载无线装置包括单片机、与单片机相连接的GPS模块、GPRS通信模块和LCD显示模块，以及键盘输入和CAN数据转换器，单片机嵌入式系统通过车内的CAN总线，取得车载BMS中和电池相关的必要充放电数据，再将其通过无线通信营运商的GPRS等方式，转发到充放电云综合管理系统，完成数据的分析、记录、统计和故障报警等功能。

并且该车载无线装置还能够实现对电动汽车车辆电池总电压、电池总电流、每包电池测点温度以及单体模块电池电压的监测，并通过采集充放电电流、电压等参数、电池SOC估算、电池单体电压、温度、电池组端电压和电流等的采集，记录异常事件、告警信息、最差单体电池的信息监测，进而传送至充电站智能充电控制软件系统，以实际情况合理调整充电的车辆。

键盘与LCD液晶屏的组合，可用于参数设置和界面显示，进而设置采样频率、存储周期、故障门限、GPS OEM的输出波特率、NMEA语句选择、控制系统的启停和数据上传等。

本实施例中，使用的液晶屏无128x64的LCD液晶屏，按键采用直接连接的四个按键，操作简单，效果直观，且硬件接口也非常方便，4个按键功能分别是：翻页、移位、确定、设定。LCD液晶屏按分屏实现，分为数据显示屏、变量控制屏、参数设置屏、系统状态屏等多界面操作，在不同界面.按键对应不同的功能，这样可以较少的硬件资源实现更多的功能。

本实施例中，车载无线装置采用STCl2LE5A60S2单片机作为控制核心.通过CAN总线与其它现场设备通信，通过新月HCl2 GPS模块采集地理位置等信息，以BENQ M23建立的GPRS网络作为无线传输媒介，实现实时的车载监测系统。该系统通过CAN总线接收其它模块传输过来现场数据，并与GPS定位信息结合在一起形成一帧数据，通过GPRS无线网络将数据上传至监控中心。与其他的无线监控系统相比.该系统利用移动通信卫星和基站的大覆盖面积的优势，功能更强，能够进行语音、文字、图像等信息交互，而且节省了建立数据链所需的昂贵支出，应用前景广泛。

本发明的具体工作原理如下：

充电站智能充电控制软件系统与充电桩有线或无线通信，获取待充电的充电桩数目，电动汽车的车载无线装置向充电站智能充电控制软件系统上报待充电车辆的数据，充电站智能充电控制软件系统根据充电站变压器的负荷情况计算充电允许配额数，充电站智能充电控制软件系统根据配额数动态地对各个充电桩进行轮流充电管理，控制充电车辆的数量。

如果当申请充电的车辆数大于配额数时，充电站智能充电控制软件系统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。采用分组轮流充电的方式，不仅能降低充电站变压器的负荷，而且可避免出现某辆电动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。

其中，充电站智能充电控制软件系统预设剩余配额变化范围，当电动汽车在进行轮流充电的过程中由于充电站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，增强了系统的稳定性。

在充电的过程中，充电站智能充电控制软件系统将通过车载无线装置持续检测车辆的电池余量，若发现电池电量低于10％，则该电动汽车直接进行优先充电，不需轮流充电管理，这种分配方式可以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。

当充电站智能充电控制软件系统与充电桩通信发生故障，则启动最优值算法，即将历史数据表中的同期时间内的配额数最优值作为实际的配额分配数，这样能够确保充电站智能充电控制软件系统在充电桩通信发生故障时，充电系统对电网带来负荷最小，保证了充电站变压器的正常运行。

下面通过实施例来进一步解释说明本发明：

电动汽车通过车载无线装置与充电站智能充电控制软件系统连接通信，将车辆信息发送至充电站智能充电控制软件系统后台，电站智能充电系统获取等待充电的车辆数M和允许充电的配额数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，则充电控制根据车辆的电池剩余电量对车辆进行有选择充电，若充电桩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10％，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。

这时系统更新剩余的配额数为N，充电站智能充电控制软件系统根据轮流充电策略将剩余的车辆分成3组进行每隔2小时的轮流充电，即其中第一组2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2小时轮换一次，实现轮流充电。

充电站智能充电控制软件系统根据系统配额数的不断变化，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X个，增加幅度范围为Y个，若剩余配额数N’的减少幅度超过X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Y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2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。

电站智能充电系统与充电桩的通信发生故障，则启动最优值算法，即将历史数据表中的同期的2小时时段的配额数的最优值作为实际分配数，充电站智能充电控制软件系统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，当该组车辆充电满2小时后，对2小时内的历史数据(配额数、配额数的变化幅度、实际分配数和配额数的最优值等等)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。

Claims (8)

1.一种电动汽车智能充放电物联网云综合集成系统，其特征在于：包括充电站智能充放电控制软件系统，充电站交直流充电桩数据采集软件系统、充电站电能质量数据采集软件系统、移动车辆充放电无线数据采集软件系统，所述充电站智能充放电控制软件系统中包含以下功能模块：电动汽车轮流充电控制功能模块、交流供电变压器负荷监测功能模块、电能质量监测功能模块、电动汽车监测功能模块、充电桩监测功能模块；所述充电桩监测功能模块与充电站交直流充电桩数据采集软件系统相互连通对采集的数据进行监控，充电站交直流充电桩数据采集软件系统与若干交直流充电桩互相连通；所述电动汽车监测功能模块与移动车辆无线数据采集软件系统相互连通对采集的数据进行监控，所述移动车辆无线数据采集软件系统通过以太网利用Tcp/IP通信技术与电动汽车上的车载无线装置通信；所述电能质量监测功能模块与充电站电能质量数据采集软件系统相互连通对采集的数据进行监控，充电站电能质量数据采集软件系统负责采集电能质量监测设备监测的电能质量数据。

2.根据权利要求1所述的电动汽车智能充放电物联网云综合集成系统，其特征在于：所述交流供电变压器负荷监测模块与变压器相连接，通过变压器对充电站智能充电系统进行供电。

3.根据权利要求1所述的电动汽车智能充放电物联网云综合集成系统，其特征在于：所述充电站交直流充电桩数据采集软件系统获取待充电的充电桩数据后，传输至充电桩监测模块了；所述电动汽车的车载无线装置通过无线网络通信接口向车辆无线数据采集系统上报待充电车辆的数据，进而传输至电动汽车监测功能模块，充电站智能充电系统根据充电站变压器的负荷情况，计算充电允许配额电量，充电站智能充放电系统根据配额电量动态地对各个充电桩进行供配电管理。

4.根据权利要求3所述的电动汽车智能充放电物联网云综合集成系统，其特征在于：当申请充电的电量大于额定的供配电电量时，充电站智能充放电控制软件系统根据充电站的额定供配电电量对所需充电车辆进行总量控制，以保证供配电系统的安全运行。

5.根据权利要求1所述的电动汽车智能充放电物联网云综合集成系统，其特征在于：所述移动车辆无线数据采集软件系统可通过无线车载通信装置检测车载电池的充放电的实时电压与电流等数据，并将其融合到监控模块中，以保证电池运行。

6.根据权利要求1所述的电动汽车智能充放电物联网云综合集成系统，其特征在于：当所述充电站智能充放电控制软件系统与充电桩等设备发生故障时，则启动故障监控模块，判断并确定故障代码，记录故障位置和时间，发出故障报警信息，以帮助相关人员尽可能快地排除故障。

7.根据权利要求1所述的电动汽车智能充放电物联网云综合集成系统，其特征在于：所述若干充电桩通过TCP/IP或充电桩上的CAN总线通信模块与充电站交直流充电桩数据采集软件系统相连接，进而与充电站智能充放电控制软件系统进行实时数据交换，所述充电桩上还设有POS机和微型打印机，以实现客户的IC卡刷卡及其电能计量和计费管理功能。

8.根据权利要求1所述的电动汽车智能充放电物联网云综合集成系统，其特征在于：所述车载无线装置包括单片机、与单片机相连接的GPS模块、GPRS通信模块和LCD显示模块，以及键盘输入和CAN数据转换器，所述单片机嵌入式系统通过车内的CAN总线，取得车载BMS中和电池相关的必要充放电数据，再将其通过无线通信营运商的GPRS等方式，转发到充放电云综合管理系统，完成数据的分析、记录、统计和故障报警等功能。