CN104578273A - 电能调度充电系统及电能调度充电方法 - Google Patents

电能调度充电系统及电能调度充电方法 Download PDF

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Abstract

一种电能调度充电系统，通过合理设定每个充电枪的电能输出节点，然后就能方便将电源模组合理及灵活地分配给各个充电枪。较平均化的设定每个充电枪的电能输出节点和灵活分配电源模组的方式，降低电源模组的闲置率，可以最大化地实现所有电源模组的输出效率。由于这种方式可以实现电源模组的统一后台控制，因而可以既能实现电源模组的低闲置率又能轻松实现一桩多充的充电方式，成本低、可扩展性强且场地利用率高。还公开一种电能调度充电方法。

Description

电能调度充电系统及电能调度充电方法
技术领域
本发明涉及充电技术领域，特别涉及一种电能调度充电系统及电能调度充电方法。
背景技术
在提倡节能减排的大环境下，电动汽车的推广变得越来越重要，电动汽车的配套设施也必须建立起来。传统的充电设备，例如充电桩，大多数只能提供单个充电接口，因而对于场地的利用率不高。当电动汽车充电到一定程度后，其充电需求会下降，但是由于充电桩为独立的充电模块，多余的充电供给也由于只有单个充电接口而唯有闲置，导致总体的充电效率较为低下。独立的充电模块，出现充电模块故障影响较大，任一充电模块出现故障直接影响充电桩的充电性能。
有些充电桩可以提供两个充电接口，但是也是简单地将充电模块分为两组，分别接一个充电接口，并没有解决多余的充电供给闲置导致总体的充电效率较为低下的问题。而且，这种充电桩内部的布局繁琐，整体的体积非常庞大，资源的有效利用率不高。
发明内容
基于此，有必要提供一种电能调度充电系统，该电能调度充电系统具有场地的利用率高和充电效率高的优点。还提供了一种应用于电能调度充电系统的电能调度充电方法。
一种电能调度充电系统，包括输出充电口和电源模组；
所述输出充电口的数量为n个，分别为输出充电口1、输出充电口2…输出充电口n；所述电源模组的数量为m个，分别为电源模组1、电源模组2…电源模组m；其中，n小于m；
对于输出充电口i而言，若i＝1，则电源模组1作为输出充电口i电能输出节点；若i＝n，电源模组m作为输出充电口i的电能输出节点；若2≤i≤n-1，则电源模组k作为输出充电口i的电能输出节点；其中k＝[(i-1)×(m-1)÷(n-1)]+1，[]代表向上取整、向下取整或四舍五入后取整。
在其中一个实施例中：
设定可配置范围d，则能够为输出充电口1供应电能的电源模组为从电源模组1到电源模组d，能够为输出充电口n供应电能的电源模组为从电源模组m-(d-1)到电源模组m，能够为输出充电口i供应电能的电源模组为从电源模组k-到电源模组k+；其中，k-≤k≤k+，且k+与k-之差为d-1。
在其中一个实施例中：
所述电能调度充电系统应用于电动汽车充电；可配置范围d为2×a-1和b+Δ之间的最大值，其中a为核心消费群体的电动汽车类型在最大需求量时对应的电源模组个数；b为最高需求电动汽车类型在最大需求量时对应的电源模组个数；Δ为冗余量，配置用于增加系统冗余程度或平衡不同厂家电源模组的容量差异。
在其中一个实施例中：
设定第二配置范围a，则优先为输出充电口1供应电能的电源模组为从电源模组1到电源模组a，优先为输出充电口n供应电能的电源模组为从电源模组m-(a-1)到电源模组m，优先为输出充电口i供应电能的电源模组为从电源模组k-到电源模组k+；其中，k-≤k≤k+，且k+与k-之差为a-1。
在其中一个实施例中：
各个输出充电口之间具备优先级别；所述优先级别预先设定或根据各个输出充电口的负载来设定；确定各电源模组的工作状态以使高优先级别输出充电口的充电需求优先得到满足。
上述电能调度充电系统，通过合理设定每个输出充电口的电能输出节点，然后就能方便将电源模组合理及灵活地分配给各个输出充电口。较平均化的设定每个输出充电口的电能输出节点和灵活分配电源模组的方式，降低电源模组的闲置率，可以最大化地实现所有电源模组的输出效率。由于这种方式可以实现电源模组的统一后台控制，因而可以既能实现电源模组的低闲置率又能轻松实现一桩多充的充电方式，成本低、可扩展性强且场地利用率高。
一种电能调度充电方法，用于电能调度充电系统；
所述电能调度充电系统包括输出充电口和电源模组；
所述输出充电口的数量为n个，分别为输出充电口1、输出充电口2…输出充电口n；所述电源模组的数量为m个，分别为电源模组1、电源模组2…电源模组m；其中，n小于m；
对于输出充电口i而言，若i＝1，则电源模组1作为输出充电口i电能输出节点；若i＝n，电源模组m作为输出充电口i的电能输出节点；若2≤i≤n-1，则电源模组k作为输出充电口i的电能输出节点；其中k＝[(i-1)×(m-1)÷(n-1)]+1，[]代表向上取整、向下取整或四舍五入后取整；
设定可配置范围d，则能够为输出充电口1供应电能的电源模组为从电源模组1到电源模组d，能够为输出充电口n供应电能的电源模组为从电源模组m-(d-1)到电源模组m，能够为输出充电口i供应电能的电源模组为从电源模组k-到电源模组k+；其中，k-≤k≤k+，且k+与k-之差为d-1；
所述电能调度充电方法包括步骤：
输出充电口i出现充电需求时，判断系统是否有足够的空闲的电源模组；
若系统有足够的空闲的电源模组，在输出充电口i的可配置范围d内判断是否有足够的空闲的电源模组；
若在输出充电口i的可配置范围d内有足够的空闲的电源模组，则相应的电源模组为输出充电口i供应电能；
若在输出充电口i的可配置范围d内没有足够的空闲的电源模组，则在输出充电口i-1或输出充电口i+1的可配置范围d内查询是否有空闲的电源模组能够补充供应输出充电口i，若有则在有空闲的电源模组能够补充供应输出充电口i的输出充电口的可配置范围d内为输出充电口i提供与空闲的电源模组数量相应的电源模组，若无则执行其他步骤。
在其中一个实施例中，所述电能调度充电系统的各个输出充电口之间具备优先级别；所述优先级别预先设定或根据各个输出充电口的负载来设定；确定各电源模组的工作状态以使高优先级别输出充电口的充电需求优先得到满足；
所述其他步骤包括：判断当前是否有其他输出充电口j比输出充电口i的优先级别要低，若是则暂停部分或全部输出充电口j的电能供应，并将空闲出来的电源模组补充供应输出充电口i。
在其中一个实施例中，所述电能调度充电系统的各个输出充电口之间具备优先级别；所述优先级别预先设定或根据各个输出充电口的负载来设定；确定各电源模组的工作状态以使高优先级别输出充电口的充电需求优先得到满足；
若系统没有足够的空闲的电源模组，则判断当前是否有其他输出充电口j比输出充电口i的优先级别要低，若是则暂停部分或全部输出充电口j的电能供应，并将空闲出来的电源模组补充供应输出充电口i。
在其中一个实施例中，在暂停部分或全部输出充电口j的电能供应后，所述电能调度充电系统不断刷新各输出充电口的充电需求，并在有足够的空闲的电源模组时重新供应输出充电口j。
上述电能调度充电方法，输出充电口i出现充电需求时，可以在输出充电口i-1或输出充电口i+1的可配置范围d内查询是否有空闲的电源模组能够补充供应输出充电口i，然后就能方便将空闲的电源模组合理及灵活地分配给输出充电口i。这种方式能进一步降低电源模组的闲置率，可以最大化地实现所有电源模组的输出效率。而且输出充电口i-1或输出充电口i+1可以是离输出充电口i最近的，这种向相邻输出充电口寻找空闲的电源模组的方式，可以降低系统的硬件和软件设计难度，并且减少硬件例如可控开关的投入。
附图说明
图1是一实施例电能调度充电系统的示意图；
图2是一实施例电能调度充电方法的流程图；
图3是电源模组调度后的系统示意图；
图4是电源模组调度前的系统示意图。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在限制本发明。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细描述。
图1是一实施例电能调度充电系统的示意图。在本实施例中，电能调度充电系统应用于电动汽车充电。
一种电能调度充电系统，包括充电枪和电源模组。
充电枪的数量为n个，分别为充电枪1、充电枪2…充电枪n。电源模组的数量为m个，分别为电源模组1、电源模组2…电源模组m。其中，n小于m。见图1，为方便描述，图中m为8，n为5，即8个电源模组，5个充电枪(即输出充电口)。
对于充电枪i而言，若i＝1，则电源模组1作为充电枪i电能输出节点。若i＝n，电源模组m作为充电枪i的电能输出节点。若2≤i≤n-1，则电源模组k作为充电枪i的电能输出节点。其中k＝[(i-1)×(m-1)÷(n-1)]+1，[]代表向上取整、向下取整或四舍五入后取整中的一种，在本实施例中为四舍五入后取整。可以是单枪多电能输出节点设置，则第2个输出节点k2＝k+1或k2＝k-1，依次类推。见图1，图中实心圆表示电能输出节点，为单枪单个电能输出节点。
通过合理设定每个充电枪的电能输出节点，然后就能方便将电源模组合理及灵活地分配给各个充电枪。较平均化的设定每个充电枪的电能输出节点和灵活分配电源模组的方式，降低电源模组的闲置率，可以最大化地实现所有电源模组的输出效率。
以下进一步描述一种分配电源模组的方式。
可以为每一个电能输出节点设定可配置范围d，例如d为5，即对应该电能输出节点的充电枪可配置的电源模组的数量为5个。具体为，能够为充电枪1供应电能的电源模组为从电源模组1到电源模组d，能够为充电枪n供应电能的电源模组为从电源模组m-(d-1)到电源模组m，能够为充电枪i供应电能的电源模组为从电源模组k-到电源模组k+。其中，k-≤k≤k+，且k+与k-之差为d-1。可配置范围d应尽量是以电能输出节点为中心向两侧平均分配电源模组，即k+与k之差等于或约等于k与k-之差。
可配置范围d为2×a-1和b+Δ之间的最大值，其中a为核心消费群体的电动汽车类型在最大需求量时对应的电源模组个数。b为最高需求电动汽车类型在最大需求量时对应的电源模组个数。Δ为冗余量，配置用于增加系统冗余程度或平衡不同厂家电源模组的容量差异。例如核心消费群体的电动汽车类型为混合动力的电动车，其在最大需求量时对应的电源模组个数为2个，最高需求电动汽车类型为纯电力的电动车，其在最大需求量时对应的电源模组个数5个，冗余量Δ为0，则可配置范围就是2×2-1和5+Δ之间的最大值5。
可以为每一个电能输出节点设定第二配置范围a，第二配置范围a可以理解为优先配置范围a(优先配置范围a应在可配置范围d内)，例如a为3，即对应该电能输出节点的充电枪优选配置的电源模组的数量为3个。则优先为充电枪1供应电能的电源模组为从电源模组1到电源模组a，优先为充电枪n供应电能的电源模组为从电源模组m-(a-1)到电源模组m，优先为充电枪i供应电能的电源模组为从电源模组k-到电源模组k+。其中，k-≤k≤k+，且k+与k-之差为a-1。优先配置范围a也应尽量是以电能输出节点为中心向两侧平均分配电源模组，即k+与k之差等于或约等于k与k-之差。见图1，虚线椭圆内的3个节点对应的电源模组就是对应的充电枪的优先配置范围。
各个充电枪之间具备优先级别。优先级别预先设定或根据各个充电枪的负载来设定。确定各电源模组的工作状态以使高优先级别充电枪的充电需求优先得到满足。优先级别可以是预先设定好的，例如预先设定充电枪2比其他的输出充电口要高或低；也可以是根据各充电枪的负载(例如电动汽车)的充电顺序来设定，例如充电枪2的负载比充电枪1的负载开始充电的时刻要早，则充电枪2比充电枪1的优先级别要高；也可以是根据各充电枪的负载(例如电动汽车)的充电价差来设定，例如充电枪2的负载使用100元每小时的充电价格，而充电枪1的负载使用80元每小时的充电价格，则充电枪2比充电枪1的优先级别要高；也可以是根据各充电枪的负载(例如电动汽车)的负载特性来设定，负载特性可以是车牌或车辆属性等，例如充电枪2的负载为急救车、警车或消防车，而充电枪1的负载为普通家用车，则充电枪2比充电枪1的优先级别要高。即优先级别有多种定义方式，且允许不同定义方式的优先级别相同，例如负载为急救车、警车或消防车的优先级别和负载使用100元每小时的充电价格时的优先级别一样。
上述电能调度充电系统，通过合理设定每个充电枪的电能输出节点，然后就能方便将电源模组合理及灵活地分配给各个充电枪。较平均化的设定每个充电枪的电能输出节点和灵活分配电源模组的方式，降低电源模组的闲置率，可以最大化地实现所有电源模组的输出效率。由于这种方式可以实现电源模组的统一后台控制，因而可以既能实现电源模组的低闲置率又能轻松实现一桩多充的充电方式，成本低、可扩展性强且场地利用率高。
为便于理解，图示未标注服务器通过通信转接器对于电源模组数目分配的控制方式。充电枪电能输出节点和可配置范围d内的电源模组应有可控开关(包括但不限于开关器件、接触器、继电器等满足电气要求的任意硬件组件)，以使可配置范围d内的电源模组之间进行级联连接；充电枪电能输出节点还有可控开关与充电枪连接。
一种电能调度充电方法，用于上述的电能调度充电系统。
图2是一实施例电能调度充电方法的流程图。
电能调度充电方法包括步骤：
步骤S100：充电枪i出现充电需求时，判断系统是否有足够的空闲的电源模组。在整个上述的电能调度充电系统查询是否有足够且空闲的电源模组以满足充电枪i的充电需求。见图3，充电枪3出现充电需求且充电需求量为2个电源模组，图中实心圆表示已经占用的节点，空心圆表示还没占用的节点，虚线椭圆内的3个节点对应的电源模组就是对应的充电枪的优先配置范围，虚线方框内的5个节点对应的电源模组就是对应的充电枪的可配置范围，即充电枪3优先配置范围为电源模组4～电源模组6，可配置范围为电源模组3～电源模组7。
若系统有足够的空闲的电源模组，则执行步骤S200。若在充电枪i的可配置范围d内有足够的空闲的电源模组，则执行步骤S600。
步骤S200：在充电枪i的可配置范围d内判断是否有足够的空闲的电源模组，若有则执行步骤S300，若无则执行步骤S400。可以首先在优先配置范围a内查询是否有足够的空闲的电源模组，如果没有足够的空闲的电源模组，则扩大凹在可配置范围d内查询是否有足够的空闲的电源模组。见图2，由于充电枪3的充电需求量为2个电源模组，充电枪3的优先配置范围a和可配置范围b内都并没有足够的空闲的电源模组来满足充电枪3的充电需求。
步骤S300：若在输出充电口i的可配置范围d内有足够的空闲的电源模组，则相应的电源模组为输出充电口i供应电能。
步骤S400：若在充电枪i的可配置范围d内没有足够的空闲的电源模组，则在充电枪i-1或充电枪i+1的可配置范围d内查询是否有空闲的电源模组能够补充供应充电枪i，若有则执行步骤S500：在有空闲的电源模组能够补充供应充电枪i的充电枪的可配置范围d内为充电枪i提供与空闲的电源模组数量相应的电源模组；若无则执行其他步骤。其他步骤包括步骤S600：判断当前是否有其他充电枪j比充电枪i的优先级别要低，若是则暂停部分或全部充电枪j的电能供应，并将空闲出来的电源模组补充供应充电枪i。
步骤S500：在有空闲的电源模组能够补充供应充电枪i的充电枪的可配置范围d内为充电枪i提供与空闲的电源模组数量相应的电源模组。
在充电枪i-1或充电枪i+1的可配置范围d内查询是否有空闲的电源模组能够补充供应充电枪i，若有则在有空闲的电源模组能够补充供应充电枪i的充电枪的可配置范围d内为充电枪i提供与空闲的电源模组数量相应的电源模组。为充电枪i提供与电源模组既可以是本来就空闲的电源模组，也可以是充电枪i-1或充电枪i+1在可配置范围d内，将为其供应的电源模组经过调整出来的空闲的电源模组。例如，见图3，充电枪3的可配置范围内并没有足够的空闲的电源模组来满足充电枪3的充电需求，因而向充电枪2或充电枪4的可配置范围d内查询是否有空闲的电源模组能够补充供应充电枪3。显然充电枪4的可配置范围d内已经没有空闲的电源模组能够补充供应充电枪3，而充电枪2的可配置范围d内有空闲的电源模组2能够补充供应充电枪3。因而，可以直接使用本来就空闲的电源模组2来补充供应充电枪3，也可以是将原来用于供应充电枪2的电源模组4替换电源模组2补充供应充电枪3，而电源模组2则供应充电枪2。这样替换做法的目的，是使为充电枪3配置的电源模组尽量控制在可配置范围，从而进一步可以降低系统的硬件和软件设计难度，并且减少硬件例如可控开关的投入。见图4，为电源模组调度前的系统示意图。
步骤S600：判断当前是否有其他充电枪j比充电枪i的优先级别要低，若是则暂停部分或全部充电枪j的电能供应，并将空闲出来的电源模组补充供应充电枪i。在暂停部分或全部充电枪j的电能供应后，电能调度充电系统不断刷新各充电枪的充电需求，并在有足够的空闲的电源模组时重新供应充电枪j。
上述电能调度充电方法，充电枪i出现充电需求时，可以在充电枪i-1或充电枪i+1的可配置范围d内查询是否有空闲的电源模组能够补充供应充电枪i，然后就能方便将空闲的电源模组合理及灵活地分配给充电枪i。这种方式能进一步降低电源模组的闲置率，可以最大化地实现所有电源模组的输出效率。而且充电枪i-1或充电枪i+1可以是离充电枪i最近的，这种向相邻充电枪寻找空闲的电源模组的方式，可以降低系统的硬件和软件设计难度，并且减少硬件例如可控开关的投入。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (9)

1.一种电能调度充电系统，其特征在于，包括输出充电口和电源模组；
所述输出充电口的数量为n个，分别为输出充电口1、输出充电口2…输出充电口n；所述电源模组的数量为m个，分别为电源模组1、电源模组2…电源模组m；其中，n小于m；
对于输出充电口i而言，若i＝1，则电源模组1作为输出充电口i电能输出节点；若i＝n，电源模组m作为输出充电口i的电能输出节点；若2≤i≤n-1，则电源模组k作为输出充电口i的电能输出节点；其中k＝[(i-1)×(m-1)÷(n-1)]+1，[]代表向上取整、向下取整或四舍五入后取整。
2.根据权利要求1所述的电能调度充电系统，其特征在于：
设定可配置范围d，则能够为输出充电口1供应电能的电源模组为从电源模组1到电源模组d，能够为输出充电口n供应电能的电源模组为从电源模组m-(d-1)到电源模组m，能够为输出充电口i供应电能的电源模组为从电源模组k-到电源模组k+；其中，k-≤k≤k+，且k+与k-之差为d-1。
3.根据权利要求2所述的电能调度充电系统，其特征在于：
所述电能调度充电系统应用于电动汽车充电；可配置范围d为2×a-1和b+Δ之间的最大值，其中a为核心消费群体的电动汽车类型在最大需求量时对应的电源模组个数；b为最高需求电动汽车类型在最大需求量时对应的电源模组个数；Δ为冗余量，配置用于增加系统冗余程度或平衡不同厂家电源模组的容量差异。
4.根据权利要求3所述的电能调度充电系统，其特征在于：
设定第二配置范围a，则优先为输出充电口1供应电能的电源模组为从电源模组1到电源模组a，优先为输出充电口n供应电能的电源模组为从电源模组m-(a-1)到电源模组m，优先为输出充电口i供应电能的电源模组为从电源模组k-到电源模组k+；其中，k-≤k≤k+，且k+与k-之差为a-1。
5.根据权利要求2所述的电能调度充电系统，其特征在于：
各个输出充电口之间具备优先级别；所述优先级别预先设定或根据各个输出充电口的负载来设定；确定各电源模组的工作状态以使高优先级别输出充电口的充电需求优先得到满足。
6.一种电能调度充电方法，其特征在于，用于电能调度充电系统；
所述电能调度充电系统包括输出充电口和电源模组；
所述输出充电口的数量为n个，分别为输出充电口1、输出充电口2…输出充电口n；所述电源模组的数量为m个，分别为电源模组1、电源模组2…电源模组m；其中，n小于m；
对于输出充电口i而言，若i＝1，则电源模组1作为输出充电口i电能输出节点；若i＝n，电源模组m作为输出充电口i的电能输出节点；若2≤i≤n-1，则电源模组k作为输出充电口i的电能输出节点；其中k＝[(i-1)×(m-1)÷(n-1)]+1，[]代表向上取整、向下取整或四舍五入后取整；
设定可配置范围d，则能够为输出充电口1供应电能的电源模组为从电源模组1到电源模组d，能够为输出充电口n供应电能的电源模组为从电源模组m-(d-1)到电源模组m，能够为输出充电口i供应电能的电源模组为从电源模组k-到电源模组k+；其中，k-≤k≤k+，且k+与k-之差为d-1；
所述电能调度充电方法包括步骤：
输出充电口i出现充电需求时，判断系统是否有足够的空闲的电源模组；
若系统有足够的空闲的电源模组，在输出充电口i的可配置范围d内判断是否有足够的空闲的电源模组；
若在输出充电口i的可配置范围d内有足够的空闲的电源模组，则相应的电源模组为输出充电口i供应电能；
若在输出充电口i的可配置范围d内没有足够的空闲的电源模组，则在输出充电口i-1或输出充电口i+1的可配置范围d内查询是否有空闲的电源模组能够补充供应输出充电口i，若有则在有空闲的电源模组能够补充供应输出充电口i的输出充电口的可配置范围d内为输出充电口i提供与空闲的电源模组数量相应的电源模组，若无则执行其他步骤。
7.根据权利要求6所述的电能调度充电方法，其特征在于，所述电能调度充电系统的各个输出充电口之间具备优先级别；所述优先级别预先设定或根据各个输出充电口的负载来设定；确定各电源模组的工作状态以使高优先级别输出充电口的充电需求优先得到满足；
所述其他步骤包括：判断当前是否有其他输出充电口j比输出充电口i的优先级别要低，若是则暂停部分或全部输出充电口j的电能供应，并将空闲出来的电源模组补充供应输出充电口i。
8.根据权利要求6所述的电能调度充电方法，其特征在于，所述电能调度充电系统的各个输出充电口之间具备优先级别；所述优先级别预先设定或根据各个输出充电口的负载来设定；确定各电源模组的工作状态以使高优先级别输出充电口的充电需求优先得到满足；
若系统没有足够的空闲的电源模组，则判断当前是否有其他输出充电口j比输出充电口i的优先级别要低，若是则暂停部分或全部输出充电口j的电能供应，并将空闲出来的电源模组补充供应输出充电口i。
9.根据权利要求7或8所述的电能调度充电方法，其特征在于，在暂停部分或全部输出充电口j的电能供应后，所述电能调度充电系统不断刷新各输出充电口的充电需求，并在有足够的空闲的电源模组时重新供应输出充电口j。
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