CN108270272A - 一种电动汽车充电站智能功率调节控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明一种电动汽车充电站智能功率调节控制系统，包括供电单元、数据采集单元、交换机、智能功率调节器、云平台和充电桩；本发明通过电动汽车充电站智能功率调节系统的实时管理，运行中无需人为管理操作，准确方便并实现管理智能化，从而实现充电站建设中可以减小供配变电设备的装机容量搭配，充电站运营中可以减小大功率供配变电设备空载或低负荷情况下的待机耗电。对已有停车网点进行增新设充电站，利用原有的供配电系统剩余容量进行充电站供电，不用单独增加供配变设备，真正达到节成本、节电、节地目标，符合新能源建设和发展方针。
Description
技术领域
本发明涉及充电站节能调控领域，尤其涉及一种电动汽车充电站智能功率调节控制系统。
背景技术
社会倡导绿色出行，电动新能源汽车产业发展迅速，同时，电动汽车配套的充电站也在加速建设。一般选址在商业网点停车场、社会停车场、园区停车场、公交停车场、高速路服务等,所配备的供电、配电、变电装机容量搭配一直是设计中的难题。电动汽车充电站的供电、配电、变电装机容量常规是按充电桩安装电容量和容量占用比进行设计，充电桩装机容量与供电设施容量一般占比为1.5：1。如果设计搭配容量过低，用电不进行科学管理调节就会影响到充电站的运行安全。如果设计搭配容量过高，充电站的运行中存在功率利用率过低，供电、配电、变电系统待机功耗造成建设成本和运行管理费用的增高。
目前的电动汽车充电站建设目的主要是以充电运营为主，泊车为辅，充电过程占用时间远远小于泊车时间。车主一般选择在上班期间或到家后进行泊车充电，这个时间段是电动汽车充电站用电高峰期。电动汽车充电站中供电、配电、变电系统实际功率利用过低，供电、配电、变电系统低功率输出时间占比大，闲置空耗电能过高，造成电能增高。就目前已投入运营的充电站进行调查发现，实际使用容量还不到设计容量的5%，这样就供配变电设备的运行空耗电量占比非常大,而一些已投入使用的商业网点、园区、社会停车场拟新充电站设施，由于原有供配电容量是按当初建筑物需求设计的，电力增容还需要耗用大量成本才能满足充电场站的用电需求。而新增的电力容量同样也是因为充电设施利用率不高造成长时间待机或空闲。
发明内容
本发明的目的在于提供一种电动汽车充电站智能功率调节控制系统，在智能功率调节器的管理下，充电桩的装机容量与供电电网的配备容量可以按照约3:1搭配，相比原来的1.5:1的搭配模式提高了一倍，并同样保证了电动汽车充电站的运行安全。
一种电动汽车充电站智能功率调节控制系统，包括供电单元、数据采集单元、交换机、智能功率调节器、云平台和充电桩；所述智能功率调节器包括处理器模块、数据库模块、显示装置、通讯模块和接口模块；所述数据采集单元包括数据采集器和数据集中器；所述数据采集器用于采集供电单元的电力参数数据；所述数据集中器用于收集数据采集器采集的电力参数数据，并通过交换机传输至数据库模块；所述处理器模块用于分析处理电力参数数据并将处理的结果在显示装置上进行显示；所述通讯模块和接口模块用于与外部设备进行连接；所述数据集中器与充电桩网线相连，当充电汽车与充电桩握手时，集中器通过充电桩采集充电汽车的数据信息并将数据传输至数据库模块；所述供电单元与充电桩相连，所述云平台用于接收智能功率调节器对充电桩的调节反馈信息。
上述方案中，还包括一移动终端，所述移动终端下载安装有APP客户端，包括管理模块、地图模块、费用结算模块和电量显示模块，所述管理模块用于管理管理端和用户端，所述地图模块用于展示附近充电桩的地理位置，所述费用结算用于结算充电费用，所述电量显示模块用于显示充电值百分比。
上述方案中，所述供电单元包括配电站和电源分配箱，所述数据采集器包括第一数据采集器和第二数据采集器；所述第一数据采集器与电源分配箱相连，用于采集充电桩的待机功耗；所述第二数据采集器与配电站相连，用于采集配电站的输出功率和主变压器温度。
上述方案中，所述数据库模块包括历史数据库、运行数据库和设定管理数据库，历史数据库用于存储配电站的额定输出功率和变压器的安全温度，运行数据库用于存储实时采集的电力参数数据，设定管理数据库用于存储充电汽车的数据信息，主要包括车辆识别号、电池类型、电池容量、电池SOC和电池温度。
上述方案中，所述通讯模块包括网口模块、WIFI模块、GPRS模块和蓝牙模块。
上述方案中，所述智能功率调节器还包括一存储模块，所述存储模块包括运行缓存、运行内存、ROM和Flash，所述ROM用于存储硬件初始程序，所述Flash用于存储系统程序、固定驱动程序、管理应用程序和管理参数。
上述方案中，所述处理器模块支持ISO7816协议，可与国家电网ESAM和PSAM模块进行通讯。
上述方案中，所述配电站设置有冷却装置，用于配电站冷却降温处理。
上述方案中，所述显示装置为液晶触摸屏。
本发明通过电动汽车充电站智能功率调节系统的实时管理，运行中无需人为管理操作，准确方便并实现管理智能化。从而实现充电站建设中可以减小供配变电设备的装机容量搭配，充电站运营中可以减小大功率供配变电设备空载或低负荷情况下的待机耗电。对已有停车网点进行增新设充电站，利用原有的供配电系统剩余容量进行充电站供电，不用单独增加供配变设备。同时，减少供配变设备的装机容量有效减少了充电站的建设成本、待机空耗电能少有效减少了充电站的运行成本、减少了充电站供配变电设备装机容量有效的减少占地面积。真正达到节成本、节电、节地目标，符合新能源建设发展目的。
附图说明
图1是本发明电动汽车充电站智能功率调节控制系统的结构框图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明。
如图1所示，本发明的一种电动汽车充电站智能功率调节控制系统，包括供电单元、数据采集单元、交换机、智能功率调节器、云平台和充电桩，充电桩的数量为若干个。供电电网端包括配电站和电源分配箱，配电站与电源分配箱相连，配电站设置有冷却装置，用于配电站冷却降温处理。智能功率调节器包括处理器模块、数据库模块、显示装置、通讯模块和接口模块；数据采集单元包括数据采集器和数据集中器；数据采集单元包括第一数据采集器、第二数据采集器和数据集中器；第一数据采集器与电源分配箱相连，电源分配箱与充电桩相连，第一数据采集器用于检测每个充电桩的待机功耗；第二数据采集器与配电站相连，用于检测配电站的总输出功率和变压器实时温度；数据集中器用于收集数据采集器采集的电力参数数据，并通过交换机传输至数据库模块；所述处理器模块用于分析处理电力参数数据并将处理的结果在显示装置上进行显示；所述通讯模块和接口模块用于与外部设备进行连接；所述数据集中器与充电桩网线相连，当充电汽车与充电桩握手时，集中器通过充电桩采集充电汽车的数据信息并将数据传输至数据库模块；所述供电单元与充电桩相连，所述云平台用于接收智能功率调节器对充电桩的调节反馈信息。云平台服务器包括充电站现场管理端口，用于日常的维护管理和抄表、电费统计工作。
在一实施例中，智能功率调节器中，数据库模块包括历史数据库、运行数据库和设定管理数据库，历史数据库用于存储配电站的额定输出功率和变压器的安全温度，运行数据库用于存储实时采集的电力参数数据，设定管理数据库用于存储充电汽车的数据信息，主要包括车辆识别号、电池类型、电池容量、电池SOC和电池温度。智能功率调节器中，存储模块包括运行缓存、运行内存、ROM和Flash。ROM用于存储硬件初始程序，Flash用于存储系统程序、固定驱动程序、管理应用程序和管理参数。智能功率调节器的显示装置为液晶触摸屏。
在一实施例中，电动汽车充电站智能功率调节系统还包括一移动终端，所述移动终端下载安装有APP客户端，包括管理模块、地图模块、费用结算模块和电量显示模块，管理模块包括管理端和用户端，用于对管理端和用户端的管理，地图模块用于展示附近充电桩的地理位置，费用结算用于结算充电费用，电量显示模块用于显示充电值百分比。
智能功率调节器该产品基于ARM Cortex-A7架构，以NXPi.MX 6UltraLite处理器为核心，具备完善的接口防护功能和电气隔离措施，核心模块所有元器件达到工业级-40至85℃温度范围，可以在恶劣环境中长期稳定运行。处理器本身支持ISO7816协议，可直接与国家电网ESAM/PSAM模块通信。智能功率调节器采用铝合金型材外壳，采用7寸LVDS触摸屏，触摸屏接口采用标准DVI-I插座，本触摸屏采用深圳拓普微的LMT070DICFWD-AKA液晶显示器。外扩存储：标准SD卡接口，支持SD、SDHC、SDXC卡，最大实测容量为64G SDXC卡。蓝牙和Wi-Fi采用RL-UM02WBS-8723BU-V1.2模块，支持IEEE 802.11b/g/n 1T1R WLAN andBluetooth 2.1/3.0/4.0。以太网路，Net1：标准RJ-45插座，10M/100M自适应，用于连接上级系统；Net2：标准RJ-45插座，10M/100M自适应，备用。采用全面的状态指示灯，如系统运行、网络通讯、接口连接的状态指示。处理器有一路GPIO专门用于监测外部电源状态，当外部电源电压高于8V时，该IO为高电平，外壳上的PG绿灯点亮；反之为低电平，同时PG绿灯熄灭。当外部电源中断后，系统自动切换为内置的超级电容供电，同时面板上的PG红灯点亮。超级电容至少可维持系统运行15秒，同时监测整机内部的5V主电源电压，当该电压跌落超过10%时，整机断电，以免系统电压过低导致软件异常。
在电动汽车充电站配置有电动汽车充电站智能功率调节器，并与电网供电端和充电桩都建立了通讯连接，通讯工作正常情况下，智能功率调节器进行连接设备循环检测，当有采集器通讯中断或设备损坏，系统会自行判断。比如某一台或数台充电桩为掉线模式，不影响充电站充电运行，将掉线的充电桩编号推送到云平台。如电网供电端的数据采集器失效，智能功率调节器向云平台推送故障信息，此时电动汽车充电站仍然可以进行充电工作，则进入半智能控质模式，将电动汽车充电的充电输出总功率限制到预先设定的百分比值内，如使整个电动汽车充电站的输出总功率限制配电站额定输出功率的90%内，确保电网供电端的安全运行。待故障排除，所有设备间通讯正常后，智能功率调节器自动转入全功率范围输出。
当新接入电动车辆有充电需求时，客户将电动车辆连接好充电枪，此时电动汽车BMS与充电桩进行握手对接，进入充电操作界面，客户在手机APP上根据充电需求情况选择充电模式进行充电，充电模式主要包括快速充电、慢速充电和停车顺带充电，此时电动汽车的电池类型、电池容量、温度、电池SOC信息和车辆识别号都传到充电桩控制系统并通过集中器传输至智能功率调节器，有车辆识别号的充电模式将会自动记录，充电过程中，通过充电桩读取电动车辆BMS信息并结合电网供电端的输出功率和变压器的温度实时做出调整，直到充电结束。
当电网供电端配电站充电输出功率ΣPc接近其额定输出功率Pn时，但电网供电端变压器温度正常，检测到变压器的温度t1符合安全运行温度（即t1 < tn )，功率正常和温度正常的状态下，智能功率调节器不作调节处理，并向云平台推送电动汽车充电站的供电正常信息。
当电网供电端配电站充电输出总功率ΣPc接近额定出功率Pn并瞬间ΣPc>Pn，并检测到变压器温度t1接近运行温度（即t1 ≈ tn )，智能功率调节器对正在充电的车辆电池温度进行读取，对电池温度偏高的电动车辆进行充电功率适当降低指令下发，待充电桩接收并响应指令同时将响应的指令回传至智能功率调节器，并向云平台推送电动汽车充电站的供电吃紧信息和控制处理信息。
当电网供电端配电站充电输出总功率ΣPc接近额定出功率Pn并瞬间ΣPc>Pn，检测到温度t1超过运行温度（即t1 > tn )，智能功率调节器对正在充电的车辆电池温度进行读取，对电池温度偏高的电动车辆进行充电功率适当降低指令下发，并对可以顺延充电的车辆进行缓慢充电，待充电桩接收并响应指令同时将响应的指令回传至智能功率调节器，并向云平台推送电动汽车充电站的供电紧张信息和控制处理信息。
当电网供电端配电站充电输出总功率ΣPc接近额定出功率Pn并瞬间ΣPc>Pn，检测到变压器温度t1超过运行温度（即t1 > tn )，并且电网供电端变压器温升有继续上升现象，智能功率调节器对正在充电的车辆电池温度进行读取，对电池温度偏高的电动车辆进行充电功率适当降低的指令，并对可以顺延充电的充电车辆进行暂缓充电，待充电桩接收并响应指令同时将响应的指令回传至智能功率调节器，并向云平台推送电动汽车充电站的供电紧张、控制处理信息和设备过热信息，此时启动配电站冷却装置进行设备冷却降温处理，同时云平台发出警示提示。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明,所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种电动汽车充电站智能功率调节控制系统，其特征在于：包括供电单元、数据采集单元、交换机、智能功率调节器、云平台和充电桩；
所述智能功率调节器包括处理器模块、数据库模块、显示装置、通讯模块和接口模块；
所述数据采集单元包括数据采集器和数据集中器；
所述数据采集器用于采集供电单元的电力参数数据；
所述数据集中器用于收集数据采集器采集的电力参数数据，并通过交换机传输至数据库模块；
所述处理器模块用于分析处理电力参数数据并将处理的结果在显示装置上进行显示；所述通讯模块和接口模块用于与外部设备进行连接；
所述数据集中器与充电桩网线相连，当充电汽车与充电桩握手时，集中器通过充电桩采集充电汽车的数据信息并将数据传输至数据库模块；
所述供电单元与充电桩相连，所述云平台用于接收智能功率调节器对充电桩的调节反馈信息。
2.根据权利要求1所述的电动汽车充电站智能功率调节控制系统，其特征在于：还包括一移动终端，所述移动终端下载安装有APP客户端，包括管理模块、地图模块、费用结算模块和电量显示模块，所述管理模块用于管理管理端和用户端，所述地图模块用于展示附近充电桩的地理位置，所述费用结算用于结算充电费用，所述电量显示模块用于显示充电值百分比。
3.根据权利要求1所述的电动汽车充电站智能功率调节控制系统，其特征在于：所述供电单元包括配电站和电源分配箱，所述数据采集器包括第一数据采集器和第二数据采集器；所述第一数据采集器与电源分配箱相连，用于采集充电桩的待机功耗；所述第二数据采集器与配电站相连，用于采集配电站的输出功率和主变压器温度。
4.根据权利要求1所述的电动汽车充电站智能功率调节控制系统，其特征在于：所述数据库模块包括历史数据库、运行数据库和设定管理数据库，历史数据库用于存储配电站的额定输出功率和变压器的安全温度，运行数据库用于存储实时采集的电力参数数据，设定管理数据库用于存储充电汽车的数据信息，主要包括车辆识别号、电池类型、电池容量、电池SOC和电池温度。
5.根据权利要求1所述的电动汽车充电站智能功率调节控制系统，其特征在于：所述通讯模块包括网口模块、WIFI模块、GPRS模块和蓝牙模块。
6.根据权利要求1所述的电动汽车充电站智能功率调节控制系统，其特征在于：所述智能功率调节器还包括一存储模块，所述存储模块包括运行缓存、运行内存、ROM和Flash，所述ROM用于存储硬件初始程序，所述Flash用于存储系统程序、固定驱动程序、管理应用程序和管理参数。
7.根据权利要求1所述的电动汽车充电站智能功率调节控制系统，其特征在于：所述智能功率调节器包括一电源模块，所述电源模块设置有超级电容。
8.根据权利要求1所述的电动汽车充电站智能功率调节控制系统，其特征在于：所述处理器模块支持ISO7816协议，可与国家电网ESAM和PSAM模块进行通讯。
9.根据权利要求2所述的电动汽车充电站智能功率调节控制系统，其特征在于：所述配电站设置有冷却装置，用于配电站冷却降温处理。
10.根据权利要求1所述的电动汽车充电站智能功率调节控制系统，其特征在于：所述显示装置为液晶触摸屏。
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