CN106849237B - 柔性充电控制系统及方法、柔性充电系统 - Google Patents

柔性充电控制系统及方法、柔性充电系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种柔性充电控制系统及方法、柔性充电系统，该柔性充电控制系统包括：中控模块和柔性配置模块；中控模块，配置为获取充电需求信息，并基于预先设定的控制策略生成充电机组和柔性配置模块的控制信息；柔性配置模块，配置为依据中控模块的控制信息，对充电机组中不同充电机的输出进行组配后供给待充电设备。本发明解决了现有控制系统无法同时应用于电动车换电站和电动车充电站的问题。

Description

柔性充电控制系统及方法、柔性充电系统
技术领域
本发明涉及电动车技术领域，并且更具体地，本发明涉及一种柔性充电控制系统及方法、柔性充电系统。
背景技术
目前为电动汽车补充电能可以通过换电站和充电站完成。换电站是通过更换车载电池箱实现对电动汽车的快速补能，换下的电池箱在电池架上通过充电机完成充电，以便再次使用。而充电站一般是通过多个充电机组合，将电能输出到多个分体式快充枪，从而实现对多辆电动汽车动态充电。
其中，换电站的补能时间更快，但由于换电设备的建设成本一般会更高，而且运行可靠性依赖于换电设备的可靠性。而充电站补能时间比换电站长，但由于无需换电设备，因此成本相对较低，运行时以插拔快充枪操作为主，稳定性较好。因此考虑到不同的应用场景，换电站和充电站需要根据实际需求配置。而目前的控制系统不能同时应用于换电站和充电站，所以换电站和充电站的控制系统需要分别单独设计，这无疑大大增加了开发和制作成本。
储能电站可以实现对电网的削峰填谷和可再生能源的有效利用。储能电站的电气回路与换电站的电气回路基本相同，唯一的区别是储能电站需要实现电能的双向流动，因此要将电网到电池的单向充电机更换成双向充放电机。因此本发明所述的换电站与充电站中的柔性充电控制系统及方法、柔性充电系统也能应用到储能电站中。
发明内容
为了解决现有技术中的上述问题，即为了解决现有控制系统不能同时应用于换电站和充电站的问题。本发明提出了一种柔性充电控制系统，该柔性充电控制系统包括：中控模块和柔性配置模块；中控模块，配置为获取充电需求信息，并基于预先设定的控制策略生成充电机组和柔性配置模块的控制信息；柔性配置模块，配置为依据中控模块的控制信息，对充电机组中不同充电机的输出进行组配后供给待充电设备。
优选地，中控模块包括信息处理单元、需求信息接收单元、控制信息发送单元；需求信息接收单元，配置为接收充电需求信息；信息处理单元，配置为基于预先设定的控制策略，依据所接收的充电需求信息生成充电机组控制信息和柔性配置模块的控制信息；控制信息发送单元，配置为用于向对应充电机组和柔性配置模块发送控制信息。
优选地，柔性配置模块包括开关阵列、用于控制开关阵列的开关阵列控制器；开关阵列控制器，配置为接收控制信息发送单元发送的控制信息，并控制开关阵列输入端接口和输出端接口的组配关系；开关阵列，配置为依据开关阵列控制器的控制指令对输入端接口和输出端接口进行组配，开关阵列的输入端接口用于分别与充电机组中各充电机的输出端进行单一连接，开关阵列的输出端接口用于分别与待充电设备连接。
优选地，所述开关阵列输入端接口和输出端接口的组配关系为：依据所选定的开关阵列的输出端接口、以及待充电设备的充电参数，所确定可行的开关阵列中为组成对应的电气回路所需设置开关状态的组合关系。
优选地，通过所述开关状态的组合关系，进行开关阵列的任一个或多个输入端接口到任一输出端接口的连接。
优选地，控制系统还包括用于采集待充电设备充电信息的充电控制模块；需求信息接收单元通过通信线路与充电控制模块相连接，获取待充电设备充电信息作为充电需求信息。
优选地，中控模块还包括用于输入组配方式的输入装置，信息处理单元通过通信线路与输入装置相连接，获取所输入的组配方式。
优选地，通信线路为CAN总线。
相应地，本发明还提供一种柔性充电控制方法，包括以下步骤：
步骤1，基于预先设定的控制策略，依据所获取的充电需求信息，确定需要组配的充电机的数量N；步骤2，选定N个充电机进行组配输出，对待充电设备进行充电。
优选地，选定N个充电机进行组配输出，其中组配输出的方法为：通过开关阵列对所选定的N个充电机的输出进行组配，并输出组配后的电能。
优选地，充电需求信息包括待充电设备的荷电状态。
优选地，待充电设备为电动汽车的动力电池或换电站或储能电站中储能电池。
同时，本发明还提供一种柔性充电系统，该充电系统包括上述的柔性充电控制系统以及由两个或两个以上充电机构成的充电机组；充电机的控制端与控制信息发送单元通过通信线路连接，接收控制信息发送单元发送的控制信息并执行相应动作；充电机的输出端与柔性配置模块中所设置的电能输入端口通过电连接的方式进行单一连接，通过柔性配置模块中所配置的电气回路，进行一个充电机或者多个组配后充电机的电能输出。
优选地，充电系统还包括充电接口；充电接口与柔性配置模块中所设置的电能输入端口通过电力线路单一连接，用于将开关阵列组配输出的电能输送至待充电设备。
优选地，充电系统还包括用于传输待充电设备充电信息的充电信息采集接口，充电信息采集接口与充电接口集成为一个充电口接插件。
优选地，充电口接插件配置为与待充电设备的电池及BMS分别进行电连接和通信线路连接。
优选地，充电口接插件为符合GB/T 20234.3标准的快充插头。
优选地，充电系统还包括用于作为充电机输入电源的充电机供电单元。
本发明通过基于预先设定的控制策略，依据所获取的充电需求信息，确定需要组配的充电机的数量N；然后选定N个充电机进行组配输出，对待充电设备进行充电。实现了对于不同的待充电设备，可以根据其充电需求信息的不同，以不同的方式组配充电机对其进行充电，可以通过调整所组配的充电机的数量来调整充电速度，可同时应用于电动车充电站、换电站和储能电站，节约了充电站、换电站和储能电站控制系统的开发和制作成本。
方案1、一种柔性充电控制系统，其特征在于，所述控制系统包括中控模块和柔性配置模块；
所述中控模块，配置为获取充电需求信息，并基于预先设定的控制策略生成充电机组和所述柔性配置模块的控制信息；
所述柔性配置模块，配置为依据中控模块的控制信息，对充电机组中不同充电机的输出进行组配后供给待充电设备。
方案2、根据方案1所述的控制系统，其特征在于，所述中控模块包括信息处理单元、需求信息接收单元、控制信息发送单元；
所述需求信息接收单元，配置为接收充电需求信息；
所述信息处理单元，配置为基于预先设定的控制策略，依据所接收的充电需求信息生成充电机组控制信息和所述柔性配置模块的控制信息；
所述控制信息发送单元，配置为用于向对应充电机组和所述柔性配置模块发送控制信息。
方案3、根据方案2所述的控制系统，其特征在于，所述柔性配置模块包括开关阵列、用于控制所述开关阵列的开关阵列控制器；
所述开关阵列控制器，配置为接收所述控制信息发送单元发送的控制信息，并控制开关阵列输入端接口和输出端接口的组配关系；
所述开关阵列，配置为依据开关阵列控制器的控制指令对输入端接口和输出端接口进行组配，所述开关阵列的输入端接口用于分别与充电机组中各充电机的输出端进行单一连接，所述开关阵列的输出端接口用于分别与待充电设备连接。
方案4、根据方案3所述的控制系统，其特征在于，所述开关阵列输入端接口和输出端接口的组配关系为：依据所选定的开关阵列的输出端接口、以及待充电设备的充电参数，所确定的可行的开关阵列中为组成对应的电气回路所需设置开关状态的组合关系。
方案5、根据方案4所述的控制系统，其特征在于，通过所述开关状态的组合关系，进行开关阵列的任一个或多个输入端接口到任一输出端接口的连接。
方案6、根据方案5所述的控制系统，其特征在于，所述控制系统还包括用于采集待充电设备充电信息的充电控制模块；所述需求信息接收单元通过通信线路与所述充电控制模块相连接，获取待充电设备充电信息作为充电需求信息。
方案7、根据方案6所述的控制系统，其特征在于，所述中控模块还包括用于输入组配方式的输入装置，所述信息处理单元通过通信线路与所述输入装置相连接，获取所输入的组配方式。
方案8、根据方案1～7中任一项所述的控制系统，其特征在于，所述通信线路为CAN总线。
方案9、一种柔性充电系统，其特征在于，所述充电系统包括如方案1-8任一项所述的柔性充电控制系统、以及由两个或两个以上充电机构成的充电机组；
所述充电机的控制端与所述控制信息发送单元通过通信线路连接，接收所述控制信息发送单元发送的控制信息并执行相应动作；
所述充电机的输出端与柔性配置模块中所设置的电能输入端口通过电连接的方式进行单一连接，通过柔性配置模块中所配置的电气回路，进行一个充电机或者多个组配后充电机的电能输出。
方案10、根据方案9所述的充电系统，其特征在于，所述充电系统还包括充电接口；所述充电接口与柔性配置模块中所设置的电能输出端口通过电力线路单一连接，用于将开关阵列组配输出的电能输送至待充电设备。
方案11、根据方案10所述的充电系统，其特征在于，所述充电系统还包括用于传输待充电设备充电信息的充电信息采集接口，所述充电信息采集接口与所述充电接口集成为一个充电口接插件。
方案12、根据方案11所述的充电系统，其特征在于，所述充电口接插件配置为与待充电设备的电池及BMS分别进行电连接和通信线路连接。
方案13、根据方案11所述的充电系统，其特征在于，所述充电口接插件为符合GB/T20234.3标准的快充插头。
方案14、根据方案9所述的充电系统，其特征在于，所述充电系统还包括用于作为充电机输入电源的充电机供电单元。
方案15、一种柔性充电控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，基于预先设定的控制策略，依据所获取的充电需求信息，确定需要组配的充电机的数量N；
步骤2，选定N个充电机进行组配输出，对待充电设备进行充电。
方案16、根据方案15所述的控制方法，其特征在于，所述选定N个充电机进行组配输出，其中组配输出的方法为：
通过开关阵列对所选定的N个充电机的输出进行组配，并输出组配后的电能。
方案17、根据方案16所述的控制方法，其特征在于，所述充电需求信息包括待充电设备的荷电状态。
方案18、根据方案15-17中任一项所述的控制方法，其特征在于，所述的待充电设备为电动汽车的动力电池或换电站或储能电站中储能电池。
附图说明
图1为本发明中的柔性充电控制系统的结构示意图；
图2为本发明中的柔性充电系统的结构示意图；
图3为本发明中的柔性充电控制方法的流程示意图。
具体实施方式
下面参照附图来描述本发明的优选实施方式。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本发明的技术原理，并非旨在限制本发明的保护范围。
请参阅图1，图1示出了本发明中的柔性充电控制系统的结构示意图，具体结构包括：
中控模块101和柔性配置模块102。其中，中控模块101包括信息处理单元1011、需求信息接收单元1012以及控制信息发送单元1013。需求信息接收单元1012，配置为接收充电需求信息；信息处理单元1011，配置为基于预先设定的控制策略，依据所接收的充电需求信息生成充电机组控制信息和柔性配置模块102的控制信息；控制信息发送单元1013，配置为用于向对应充电机组和柔性配置模块102发送控制信息。柔性配置模块102，配置为依据中控模块101的控制信息，对充电机组中不同充电机的输出进行组配后供给待充电设备。
具体地，在本实施例中，充电需求信息包括待充电设备的荷电状态，预先设定的控制策略所遵循的原则为，当待充电设备的荷电状态较高时，对充电机组中不同充电机的输出进行组配以较低的功率对待充电设备进行充电。当待充电设备的荷电状态较低时，对充电机组中不同充电机的输出进行组配以较高的功率对待充电设备进行充电。从而当待充电设备较多时，可根据具体需求对待充电设备充电，提高充电效率，并且降低充电机的投资成本。
对于充电需求信息的获取，本实施例中是通过充电控制模块103实现的。充电控制模块103用于采集待充电设备充电信息。其中，需求信息接收单元1012通过通信线路与充电控制模块103相连接，获取待充电设备充电信息作为充电需求信息。
为了进一步提高该系统的可靠性，充电需求信息还可以包括待充电设备所允许的最大充电功率以及最小充电功率。在对充电机组中不同充电机的输出进行组配后，需要保证其输出功率在待充电设备所允许的最大充电功率以及最小充电功率之间。
对于组配方式，本实施例中是通过改变投入充电的充电机数量实现的。具体为，中控模块101获取到待充电设备的荷电状态后，根据待充电设备的荷电状态确定需要投入的充电机数量，其所遵循的原则为，当待充电设备的荷电状态较高时投入较少的充电机，当待充电设备的荷电状态较低时投入较多的充电机。
而为了实现对投入充电的充电机数量的改变，本实施例中，柔性配置模块102包括开关阵列1021、用于控制开关阵列1021的开关阵列控制器1022；开关阵列1021的输入端接口用于分别与充电机组中各充电机的输出端进行单一连接，输出端接口用于分别与待充电设备连接。开关阵列控制器1022，配置为接收控制信息发送单元1013发送的控制信息，并控制开关阵列1021输入端接口和输出端接口的组配关系；开关阵列1021，配置为依据开关阵列控制器1022的控制指令对输入端接口和输出端接口进行组配，实现以确定数量的充电机对待充电设备充电。本实施例中，依据所选定的开关阵列1021的输出端接口、以及待充电设备的充电参数，所确定可行的开关阵列1021中为组成对应的电气回路所需设置开关状态的组合关系，通过所述开关状态的组合关系，进行开关阵列1021的任一个或多个输入端接口到任一输出端接口的连接。
此外，为了进一步提高本系统的实用性，中控模块101还包括用于输入组配方式的输入装置1014，信息处理单元1011通过通信线路与输入装置1014相连接，获取所输入的组配方式。输入装置1014可以为触摸屏式输入装置，也可以按键式输入装置。当然可以理解的是，本实施例并不限定输入装置1014的具体样式。输入装置1014使得用户可以根据具体需求，自己规定组配方式。例如，待充电设备的荷电状态很高，此时按照默认组配方式会以较小的功率进行充电，而当用户希望此种情况下依然以较大功率进行充电时，就可以通过输入装置1014输入自己需要的组配方式，此时系统会按照用户输入的组配方式对充电机进行组配，实现对待充电设备的充电。
中控模块101还可以通过监控整个充电过程来计算充电过程中所消耗的电量，并根据消耗的电量计算充电过程所产生的具体费用。并且当将该充电控制系统布置到换电站中时，中控模块101还可以用于操纵换电站中的换电设备对待换电车辆进行定位，并操纵换电设备对待换电车辆进行换电操作。
本实施例中，各模块以及单元之间的通信线路为CAN总线。当然，也可以为无线通信线路等其他通信线路。当然可以理解的是，本实施例并不限定通信线路的具体类型。
本充电控制系统通过基于预先设定的控制策略，依据所获取的充电需求信息，确定需要组配的充电机的数量N；然后选定N个充电机进行组配输出，对待充电设备进行充电。实现了对于不同的待充电设备，可以根据其充电需求信息的不同，以不同的方式组配充电机对其进行充电，可同时应用于电动车充电站、换电站和储能电站，节约了充电站、换电站和储能电站控制系统的开发和制作成本。
请参阅图2，图2示出了本发明中的柔性充电系统的结构示意图，具体结构包括上述的柔性充电控制系统以及由两个或两个以上充电机构成的充电机组201；充电机的控制端与控制信息发送单元1013通过通信线路连接，接收控制信息发送单元1013发送的控制信息并执行相应动作；充电机的输出端与开关阵列1021的输入端接口通过电连接的方式进行单一连接。
本充电系统还包括充电接口2021和充电信息采集接口2022。其中充电接口2021与开关阵列1021的输出端接口通过电力线路单一连接，用于将开关阵列1021组配输出的电能输送至待充电设备。充电信息采集接口2022用于传输待充电设备充电信息。充电信息采集接口2022与充电接口2021集成为一个充电口接插件202。
在实际使用中，当该充电系统被布置到换电站中时，充电口接插件202配置为与待充电设备的电池及BMS分别进行电连接和通信线路连接。此时充电口接插件202可以和电池及BMS连接。当该电气控制系统被布置到充电站中时，充电口接插件202为符合GB/T20234.3标准的快充插头。此时充电口接插件202可以和待充电车辆连接。从而使得本充电系统可以同时应用于充电站、换电站和储能电站。
此外，本充电系统还包括用于作为充电机输入电源的充电机供电单元203。具体地，充电机供电单元203可以为外部供电线路，当然考虑到直接采用外部供电线路对电网的影响，充电机供电单元203还可以为蓄电池，这样就可以在电网压力小时，将电能提前储存到蓄电池中，避免大规模充电时对电网的影响。同时充电机供电单元203也可以为外部供电线路和蓄电池的组合，当然可以理解的是，本实施例并不限定充电机供电单元203的具体类型。
本充电系统通过基于预先设定的控制策略，依据所获取的充电需求信息，确定需要组配的充电机的数量N；然后选定N个充电机进行组配输出，对待充电设备进行充电。实现了对于不同的待充电设备，可以根据其充电需求信息的不同，以不同的方式组配充电机对其进行充电，可同时应用于电动车充电站、换电站和储能电站，节约了充电站、换电站和储能电站控制系统的开发和制作成本。
请参阅图3，图3示出了本发明中的柔性充电控制方法的流程示意图，具体步骤如下：
S301，基于预先设定的控制策略，依据所获取的充电需求信息，确定需要组配的充电机的数量N。
具体地，在本实施例中，充电需求信息包括待充电设备的荷电状态，预先设定的控制策略所遵循的原则为，当待充电设备的荷电状态较高时投入较少的充电机，当待充电设备的荷电状态较低时投入较多的充电机。从而当待充电设备较多时，可批量控制充电机的投入，根据具体需求对待充电设备充电，提高充电效率，并且降低充电机的投资成本。
此外，为了进一步提高该方法的可靠性，充电需求信息还可以包括待充电设备所允许的最大充电功率以及最小充电功率。在对充电机组中不同充电机的输出进行组配后，需要保证其输出功率在待充电设备的所允许的最大充电功率以及最小充电功率之间。
S302，选定N个充电机进行组配输出，对待充电设备进行充电。
上述选定N个充电机进行组配输出，其中组配输出的方法为：通过开关阵列对所选定的N个充电机的输出进行组配，并输出组配后的电能。其中的待充电设备为电动汽车的动力电池或换电站或储能电站中储能电池。
本发明通过基于预先设定的控制策略，依据所获取的充电需求信息，确定需要组配的充电机的数量N；然后选定N个充电机进行组配输出，对待充电设备进行充电。实现了对于不同的待充电设备，可以根据其充电需求信息的不同，以不同的方式组配充电机对其进行充电，可同时应用于电动车充电站、换电站和储能电站，节约了充电站、换电站和储能电站控制系统的开发和制作成本。
至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本发明的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征作出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。

Claims (17)

1.一种柔性充/换电控制系统，其特征在于，所述控制系统包括中控模块和柔性配置模块；
所述中控模块，配置为获取充电需求信息，并基于预先设定的控制策略生成充电机组和所述柔性配置模块的控制信息；
所述柔性配置模块，配置为依据中控模块的控制信息，对充电机组中不同充电机的输出进行组配后供给待充电设备；
其中，所述待充电设备为电动汽车的动力电池以及换电站或储能电站中的储能电池。
2.根据权利要求1所述的控制系统，其特征在于，所述中控模块包括信息处理单元、需求信息接收单元、控制信息发送单元；
所述需求信息接收单元，配置为接收充电需求信息；
所述信息处理单元，配置为基于预先设定的控制策略，依据所接收的充电需求信息生成充电机组控制信息和所述柔性配置模块的控制信息；
所述控制信息发送单元，配置为用于向对应充电机组和所述柔性配置模块发送控制信息。
3.根据权利要求2所述的控制系统，其特征在于，所述柔性配置模块包括开关阵列、用于控制所述开关阵列的开关阵列控制器；
所述开关阵列控制器，配置为接收所述控制信息发送单元发送的控制信息，并控制开关阵列输入端接口和输出端接口的组配关系；
所述开关阵列，配置为依据开关阵列控制器的控制指令对输入端接口和输出端接口进行组配，所述开关阵列的输入端接口用于分别与充电机组中各充电机的输出端进行单一连接，所述开关阵列的输出端接口用于分别与待充电设备连接。
4.根据权利要求3所述的控制系统，其特征在于，所述开关阵列输入端接口和输出端接口的组配关系为：依据所选定的开关阵列的输出端接口、以及待充电设备的充电参数，所确定的可行的开关阵列中为组成对应的电气回路所需设置开关状态的组合关系。
5.根据权利要求4所述的控制系统，其特征在于，通过所述开关状态的组合关系，进行开关阵列的任一个或多个输入端接口到任一输出端接口的连接。
6.根据权利要求5所述的控制系统，其特征在于，所述控制系统还包括用于采集待充电设备充电信息的充电控制模块；所述需求信息接收单元通过通信线路与所述充电控制模块相连接，获取待充电设备充电信息作为充电需求信息。
7.根据权利要求6所述的控制系统，其特征在于，所述中控模块还包括用于输入组配方式的输入装置，所述信息处理单元通过通信线路与所述输入装置相连接，获取所输入的组配方式。
8.根据权利要求6～7中任一项所述的控制系统，其特征在于，所述通信线路为CAN总线。
9.一种柔性充/换电系统，其特征在于，所述充/换电系统包括如权利要求1～8任一项所述的柔性充/换电控制系统、以及由两个或两个以上充电机构成的充电机组；
所述充电机的控制端与所述控制信息发送单元通过通信线路连接，接收所述控制信息发送单元发送的控制信息并执行相应动作；
所述充电机的输出端与柔性配置模块中所设置的电能输入端口通过电连接的方式进行单一连接，通过柔性配置模块中所配置的电气回路，进行一个充电机或者多个组配后充电机的电能输出；
所述柔性充/换电系统还包括充电口接插件，基于所述待充电设备的种类控制所述充电口接插件选择性地与所述储能电池及BMS进行连接，或者控制所述充电口接插件选择性地与所述电动汽车进行连接，以实现对所述电动汽车的动力电池或所述换电站或所述储能电站中的储能电池进行充电。
10.根据权利要求9所述的充/换电系统，其特征在于，所述充/换电系统还包括充电接口；所述充电接口与柔性配置模块中所设置的电能输出端口通过电力线路单一连接，用于将开关阵列组配输出的电能输送至待充电设备。
11.根据权利要求10所述的充/换电系统，其特征在于，所述充/换电系统还包括用于传输待充电设备充电信息的充电信息采集接口，所述充电信息采集接口与所述充电接口集成为一个充电口接插件。
12.根据权利要求11所述的充/换电系统，其特征在于，所述充电口接插件配置为与待充电设备的电池及BMS分别进行电连接和通信线路连接。
13.根据权利要求11所述的充/换电系统，其特征在于，所述充电口接插件为符合GB/T20234.3标准的快充插头。
14.根据权利要求9所述的充/换电系统，其特征在于，所述充/换电系统还包括用于作为充电机输入电源的充电机供电单元。
15.一种柔性充/换电控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，基于预先设定的控制策略，依据所获取的充电需求信息，确定需要组配的充电机的数量N；
步骤2，选定N个充电机进行组配输出，对待充电设备进行充电；
其中，所述待充电设备为电动汽车的动力电池以及换电站或储能电站中的储能电池。
16.根据权利要求15所述的控制方法，其特征在于，所述选定N个充电机进行组配输出，其中组配输出的方法为：
通过开关阵列对所选定的N个充电机的输出进行组配，并输出组配后的电能。
17.根据权利要求16所述的控制方法，其特征在于，所述充电需求信息包括待充电设备的荷电状态。
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