CN108847700B - 一种应用于电动汽车的充电用分时共享电源及其监控系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种应用于电动汽车的充电用分时共享充电电源及监控系统，包括至少一个分时共享充电电源(5)、至少一个充电桩(6)、控制终端模块(4)、数据采集模块(3)、监控服务器(2)、电量表和上位机(1)，每个所述分时共享充电电源(5)连接有至少一个充电桩(6)；其同时可以实现对连接分时共享充电电源的充电桩进行分时选通以便充电，同时根据各相电源的负载情况，合理调整电源连接的电源某相，实现均衡负载，从而使得充电用分时共享充电电源可以提供更多充电桩的负载。
Description
技术领域
本发明涉及电动汽车充电技术领域，具体为一种应用于电动汽车的充电用分时共享电源及其监控系统。
背景技术
近年来，随着我国经济的快速发展，物流事业也得到了快速的发展；同时，人民生活逐渐的富足，因此购买汽车也变得更加容易，从而这导致了现在大城市的汽车越来越多，而燃油车燃烧石油产品产生的尾气也越来越多，从而导致空气污染也越来越严重。为此，人民希望能够提供一种替代石油燃料的动力源，减少汽车尾气，从而降低对空气的污染。
新能源汽车正是在这种使命背景下的出现的，包括混合动力新能源汽车和纯电动汽车，而纯电动汽车由于只利用电池的电能作为汽车驱动的能源，因此，在运行过程中不会有任何尾气，从而不会对空气产生污染，这也是现代人民对纯电动汽车尤其钟情的原因。但是，作为新能源汽车的一个重要组件，电池，其用于对汽车提供能源，需要在使用中进行充电，而电动汽车的充电，主要采用充电桩的形式进行，为了方便汽车能够快速找到充电桩进行充电，进行实时充电并使用，这是新能源汽车能够快速推广的一个重要内容。
根据电动汽车发展规划，预计到2020年，纯电动汽车和插电式混合动力汽车生产能力达200万辆，累计产销量超过500万辆。如此数量的电动汽车需要配置几乎相当数量的充电桩，也即意味着需要大量的配电装置来连接充电桩和低压电源。虽然很多充电桩是可以共享的，特别是快充桩和公共充电桩，均为共享式。但这种共享并没有发挥供电设备的最大效率。
一种智能分时共享充电桩(申请号201621061772.7授权公告号CN20644645OU)实用新型公开了一种智能分时共享充电桩，充电桩内部设置有网络模块，可接受在线用户按指定时段的预约服务(如附图1所述)。每个充电桩在安装时设定位置数据，可将位置信息准确地显示在用户端的地图上，方便用户准确快速找到充电桩。充电桩具有一桩多充电端的特征，并能够依用户预约实现按时序定时为新能源汽车充电。充电桩可设置于小区内、公用停车场、高速路服务站等处,依场地大小、车位阵形布局特点，可区别地选择具有不同数量充电端的充电桩。充电无需排队等候，充完电无需立即移车，不影响其他用户使用。但是这个系统并没有考虑配变容量的限制因素。
另一方面，居民小区的停车场中的充电桩，很多是电动车主独占的，利用率很低。即使是公共停车场所的充电桩，认为它是独享的可能更确切，因为车主几乎不可能在车辆中等待充电完毕，然后及时地移出车辆让下一等待中的车辆进入充电。所以，即使充电满了，也得等车主下班或完成了要办的事情后才能去移出车辆。以上班8小时计，可能该车就需独占充电桩8小时。
另外的一大问题是电源的容量。电源的容量将限制可以安装充电桩的数量。例如一路100kVA的三相四线制380V的交流电源，理论上可以为100/7＝14个7kW的充电桩同时供电而不会超限。但是如果有30个或更多的充电桩需要安装，考虑到所有30个充电桩同时需要充电，则需要7×30＝210kVA的电源，由于电源容量的限制这就成了不可能的事了。
除了交流电源容量限制，还有三相电流不平衡问题。严重的电流不平衡问题将极大的降低变压器的利用率，因为任意一相电流超限将引发断路器跳闸。如果正在充电的充电桩都集中在某一相上，而刚好此相的其他负荷此时又最大，则引发断路器跳闸的概率就会很大。为此，本申请中，将提供一种应用于电动汽车的充电用分时共享电源及其监控系统，以便更好地提供电动汽车充电。
本产品主要解决电动汽车充电桩分时电源管理与充电桩连接三相电的连通问题，以便更好均衡各相电电源，和平衡各充电桩。同时，也适用于配电领域、建筑领域的电源分时共享场景。
发明内容
本发明的目的在于提供一种应用于电动汽车的充电用分时共享电源，并提供一种用于电动汽车充电的监控系统，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种应用于电动汽车的充电用分时共享充电电源及监控系统，包括至少一个分时共享充电电源(5)、至少一个充电桩(6)、控制终端模块(4)、数据采集模块(3)、监控服务器(2)、电量表和上位机(1)，每个所述分时共享充电电源(5)连接有至少一个充电桩(6)；
所述分时共享充电电源(5)连接三相四线制的市电，以便从市电获取电源提供给分时共享充电电源(5)，所述控制终端模块(4)检测该市电连接至分时共享充电电源(5)的输入段，其用于检测三相交流电的三相负载情况；
而所述分时共享充电电源(5)包括至少一个三相四线接通开关和电源选通模块(7)，其中，每个三相四线接通开关连接对应于的一个充电桩，从而三相四线接通开关用于选通其中的一相电源以便给充电桩从而给充电汽车进行提供电源，电源选通模块(7)一端和所述分时共享充电电源(5)的所有三相四线接通开关控制连接，另外一端和控制终端模块(4)连接、以便根据控制终端模块(4)检测到的三相四线电源的实时负载情况，执行监控服务器的控制命令，从而进行控制三相四线接通开关工作以便选择合适的某相电源以保证三相四线制的电源三相平衡；
电量表设于分时共享充电电源(5)和充电桩之间，并进行电连接，以便测量每个充电桩的消耗电能的情况。
优选地，该分时共享充电电源及监控系统还包用户APP，其和该分时共享充电电源及监控系统的上位机无线连接，从而用户可以在用于APP上直接查询当前的充电桩的使用情况。
优选地，所述分时共享充电电源及监控系统还包括收费模块，所述收费模块根据连接相应的充电桩的电量表计算的电量使用情况，自动计算应该缴纳的电费，并且生成收费二维码，用户只需用移动支付APP扫码实现自助缴费。
优选地，所述分时共享充电电源及监控系统的数据采集终端模块和控制终端模块直接的通讯连接为有线通讯连接或无线通讯连接。
优选地，每个所述充电桩上还设置有一个声光报警模块，其用于在汽车充电充满结束时发出警报信号，同时进行报警的绿色显示灯亮，提醒用户充电结束，而在进行持续充电时红色显示灯亮。
优选地，在完成充电后，会给用户APP发送充电完成的提醒信息，以便提醒用户及时将充电位移出，以便空闲出充电的车位以供其他车辆使用。
优选地，所述充电桩还能提供预计剩余充电时间，以便提醒汽车所有人预估充电等待时间，以便预计时间后来充电桩提取车辆。
另一方面，本申请还提供一种分时共享充电电源及监控系统的分时电源监控管理方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)初始化所述分时共享充电电源及监控系统，并对所述分时共享充电电源及监控系统的所有模块进行自检，以判断各模块是正常工作；
(2)检测各充电桩是接通，并否有连接至充电汽车，如果有负荷则表示该充电桩需要进行充电工作，并对有负荷的桩排序；
(3)对前面有充电汽车的所述充电桩分配电源，从而，充电汽车获得电源，开始进行充电；
(4)再次查询充电桩，并将从充电桩的队序中剔除已经分配电源的充电桩；
(5)检测各充电桩的负荷状况，如果有新增加的负荷桩，排在队序的后面；
(6)在某充电桩时间片(缺省1h)结束时，如果还需要继续充电，则再排队，若已充满则不参与排队了；
(7)循环至步骤(3)，直到所有充电汽车都完成充电位置。
优选地，在连接至某充电桩的电动汽车的完成充电后，其充电桩发出充电完成结束充电的报警信号。
优选地，对分时共享充电电源及监控系统的三相四线接通开关采用柔性开关技术，减少或避免开通或关断冲击和涌流。
本应用于电动汽车的充电用分时共享电源工作原理如下：
共享充电电源装置遵循如下设计原则：
1、由于充电桩是独享的，所以要在充电桩的上一级电源中实现共享；
2、由于输入容量的限制，需要分时分配电源到输出，并且尽可能使负荷均匀的分布在三相中，实现电源容量的最大利用而不超限值。
3、采用柔性开关技术，减少或避免开通或关断冲击和涌流。
排序规则：
1.所有在线充电桩按接入负荷的先后以一个队序排列；
2.当A、B、C某相有位置可接通时，从队序中选择最靠前能够接入的充电桩接通该相，然后把该桩从队序中删除；
3.因时间片到了，从当前电源中退出的充电桩，如果没有充满电，则继续排队。如果充满电了则退出排队。
当所有输出均有单相负荷(充电桩均在充电)时，输入的电流容量将超限值，这时需要暂时切除一些负荷，使得输入电流在限值内。为了公平的给各负荷以电能，需分时接通或断开各个输出。在电源资源有限而时间宽裕的情况下，负荷们分时共享电源资源是一种经济实用的办法。
由于负荷需较频繁的接入和断开且需要在相间转移，控制接入和断开的开关应采用柔性开关，而非硬性开关，以延长分配器的寿命，减少维护工作量。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本发明通过分时控制模块对连接至分时充电电源的充电桩进行分时控制，并分时间段的排序选择接通，以便合理进行充电，从而能够使得所有连接充电桩的充电汽车进行充电，同时保证对充电电网不会有太大的冲击；
2、该分时充电管理方式使得真实有效实现了共享充电，而非传统的名义上的共享，实际上的独享充电；
3、本申请设置的三相四线选通开关，实现每相电路的选通，以便合适配置每相电源，保证各相电源的平衡，不会产生单相负载过重出现危险的情况。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明电动汽车分时共享充电电源及监控系统示意图；
图2为本发明共享充电配电装置电路连接示意图；
图3为本发明分时共享电源分配电源内部电路连接示意图；
图4位本发明共享充电配电电源的组成结构原理示意图。
图中：1上位机、2监控服务器、3数据采集块、4监控终端模块、5分时共享充电电源、6充电桩、7电源选通模块、8三相四线接通开关。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-3，本发明提供一种技术方案：一种应用于电动汽车的充电用分时共享充电电源及监控系统，包括至少一个分时共享充电电源(5)、至少一个充电桩(6)、控制终端模块(4)、数据采集模块(3)、监控服务器(2)、电量表和上位机(1)，每个所述分时共享充电电源(5)连接有至少一个充电桩(6)；
所述分时共享充电电源(5)连接三相四线制的市电，以便从市电获取电源提供给分时共享充电电源(5)，所述控制终端模块(4)检测该市电连接至分时共享充电电源(5)的输入段，其用于检测三相交流电的三相负载情况；
而所述分时共享充电电源(5)包括至少一个三相四线接通开关(8)和电源选通模块(7)，其中，每个三相四线接通开关连接对应于的一个充电桩，从而三相四线接通开关用于选通其中的一相电源以便给充电桩从而给充电汽车进行提供电源，电源选通模块(7)一端和所述分时共享充电电源(5)的所有三相四线接通开关控制连接，另外一端和控制终端模块(4)连接、以便根据控制终端模块(4)检测到的三相四线电源的实时负载情况，执行监控服务器的控制命令，从而进行控制三相四线接通开关工作以便选择合适的某相电源以保证三相四线制的电源三相平衡；
电量表设于分时共享充电电源(5)和充电桩之间，并进行电连接，以便测量每个充电桩的消耗电能的情况。
优选地，该分时共享充电电源及监控系统还包用户APP，其和该分时共享充电电源及监控系统的上位机无线连接，从而用户可以在用于APP上直接查询当前的充电桩的使用情况。
优选地，所述分时共享充电电源及监控系统还包括收费模块，所述收费模块根据连接相应的充电桩的电量表计算的电量使用情况，自动计算应该缴纳的电费，并且生成收费二维码，用户只需用移动支付APP扫码实现自助缴费。
优选地，所述分时共享充电电源及监控系统的数据采集终端模块和控制终端模块直接的通讯连接为有线通讯连接或无线通讯连接。
优选地，每个所述充电桩上还设置有一个声光报警模块，其用于在汽车充电充满结束时发出警报信号，同时进行报警的绿色显示灯亮，提醒用户充电结束，而在进行持续充电时红色显示灯亮。
优选地，在完成充电后，会给用户APP发送充电完成的提醒信息，以便提醒用户及时将充电位移出，以便空闲出充电的车位以供其他车辆使用。
优选地，所述充电桩还能提供预计剩余充电时间，以便提醒汽车所有人预估充电等待时间，以便预计时间后来充电桩提取车辆。
如附图2所示，共享充电配电装置，包括：三相四线电源进线断路器K0；分时共享电源分配器U；电能表E1～En；两极空开K1～Kn。由于电源容量、电缆容量等的限制，假设该电源在同一时间只能为m(m<n)路充电桩(有负荷)供电，则分时共享电源分配器在每个设定的时间将电源在所有充电桩中重新分配一次，分配的策略可以有多种选择，直到所有充电桩均给电动汽车充满了电量。
当所有输出均有单相负荷，即充电桩均在充电时，输入的电流容量将超限值，这时需要暂时切除一些负荷，使得输入电流在限值内。为了公平的给各负荷以电能，需分时接通或断开各个输出。在电源资源有限而时间宽裕的情况下，负荷们分时共享电源资源是一种经济实用的办法。由于负荷需较频繁的接入和断开且需要在相间转移，控制接入和断开的开关应采用柔性开关，而非硬性开关，以延长分配器的寿命，减少维护工作量。
另一方面，本申请还提供一种分时共享充电电源及监控系统的分时电源监控管理方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)初始化所述分时共享充电电源及监控系统，并对所述分时共享充电电源及监控系统的所有模块进行自检，以判断各模块是正常工作；
(2)检测各充电桩是接通，并否有连接至充电汽车，如果有负荷则表示该充电桩需要进行充电工作，并对有负荷的桩排序；
(3)对前面有充电汽车的所述充电桩分配电源，从而，充电汽车获得电源，开始进行充电；
(4)再次查询充电桩，并将从充电桩的队序中剔除已经分配电源的充电桩；
(5)检测各充电桩的负荷状况，如果有新增加的负荷桩，排在队序的后面；
(6)在某充电桩时间片(缺省1h)结束时，如果还需要继续充电，则再排队，若已充满则不参与排队了；
(7)循环至步骤(3)，直到所有充电汽车都完成充电位置。
优选地，在连接至某充电桩的电动汽车的完成充电后，其充电桩发出充电完成结束充电的报警信号。
优选地，对分时共享充电电源及监控系统的三相四线接通开关采用柔性开关技术，减少或避免开通或关断冲击和涌流。
本应用于电动汽车的充电用分时共享电源工作原理如下：
共享充电电源装置遵循如下设计原则：
1、由于充电桩是独享的，所以要在充电桩的上一级电源中实现共享；
2、由于输入容量的限制，需要分时分配电源到输出，并且尽可能使负荷均匀的分布在三相中，实现电源容量的最大利用而不超限值。
3、采用柔性开关技术，减少或避免开通或关断冲击和涌流。
其中，相应充电桩接入负荷的排序规则如下：
1.所有在线充电桩按接入负荷的先后以一个队序排列；
2.当A、B、C某相有位置可接通时，从队序中选择最靠前能够接入的充电桩接通该相，然后把该桩从队序中删除；
3.因时间片到了，从当前电源中退出的充电桩，如果没有充满电，则继续排队。如果充满电了则退出排队。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (1)
1.一种使用分时共享充电电源及监控系统的分时电源监控管理方法，包括如下步骤：
(1)初始化所述分时共享充电电源及监控系统，并对所述分时共享充电电源及监控系统的所有模块进行自检，以判断各模块是正常工作；
(2)检测各充电桩是否接通，并是否有连接至充电汽车，如果有负荷则表示该充电桩需要进行充电工作，并对有负荷的桩排序；
(3)对前面有充电汽车的所述充电桩分配电源，从而，充电汽车获得电源，开始进行充电；
(4)再次查询充电桩，并将从充电桩的队序中剔除已经分配电源的充电桩；
(5)检测各充电桩的负荷状况，如果有新增加的负荷桩，排在队序的后面；
(6)在某充电桩时间片结束时，如果还需要继续充电，则再排队，若已充满则不参与排队了，所述时间片的缺省值为1h；
(7)循环至步骤(3)，直到所有充电汽车都完成充电位置；在连接至某充电桩的电动汽车的完成充电后，其充电桩发出充电完成结束充电的报警信号；
所述使用分时共享充电电源及监控系统，包括至少一个分时共享充电电源(5)、至少一个充电桩(6)、控制终端模块(4)、数据采集模块(3)、监控服务器(2)、电量表和上位机(1)，每个所述分时共享充电电源(5)连接有至少一个充电桩(6)；
所述分时共享充电电源(5)连接三相四线制的市电，以便从市电获取电源提供给分时共享充电电源(5)，所述控制终端模块(4)检测该市电连接至分时共享充电电源(5)的输入段，其用于检测三相交流电的三相负载情况；
而所述分时共享充电电源(5)包括至少一个三相四线接通开关和电源选通模块(7)，其中，每个三相四线接通开关连接对应于的一个充电桩，从而三相四线接通开关用于选通其中的一相电源以便给充电桩从而给充电汽车进行提供电源，电源选通模块(7)一端和所述分时共享充电电源(5)的所有三相四线接通开关控制连接，另外一端和控制终端模块(4)连接、以便根据控制终端模块(4)检测到的三相四线电源的实时负载情况，执行监控服务器的控制命令，从而进行控制三相四线接通开关工作以便选择合适的某相电源以保证三相四线制的电源三相平衡；
电量表设于分时共享充电电源(5)和充电桩之间，并进行电连接，以便测量每个充电桩的消耗电能的情况；在完成充电后，会给用户APP发送充电完成的提醒信息，以便提醒用户及时将充电位移出，以便空闲出充电的车位以供其他车辆使用；
该分时共享充电电源及监控系统还包用户APP，其和该分时共享充电电源及监控系统的上位机无线连接，从而用户可以在用于APP上直接查询当前的充电桩的使用情况；所述分时共享充电电源及监控系统还包括收费模块，所述收费模块根据连接相应的充电桩的电量表计算的电量使用情况，自动计算应该缴纳的电费，并且生成收费二维码，用户只需用移动支付APP扫码实现自助缴费；
对分时共享充电电源及监控系统的三相四线接通开关采用柔性开关技术，减少或避免开通或关断冲击和涌流；所述分时共享充电电源及监控系统的数据采集终端模块和控制终端模块直接的通讯连接为有线通讯连接或无线通讯连接；每个所述充电桩上还设置有一个声光报警模块，其用于在汽车充电充满结束时发出警报信号，同时进行报警的绿色显示灯亮，提醒用户充电结束，而在进行持续充电时红色显示灯亮；
所述充电桩还能提供预计剩余充电时间，以便提醒汽车所有人预估充电等待时间，以便预计时间后来充电桩提取车辆；
所述使用分时共享充电电源及监控系统通过所述控制终端模块(4)对连接至分时充电电源的充电桩进行分时控制，并分时间段的排序选择接通，以便合理进行充电，从而能够使得所有连接充电桩的充电汽车进行充电，同时保证对充电电网不会有太大的冲击；分时充电管理方式使得真实有效实现了共享充电；所述使用分时共享充电电源及监控系统设置的所述三相四线选通开关，实现每相电路的选通，以便合适配置每相电源，保证各相电源的平衡，不会产生单相负载过重出现危险的情况。
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