CN108973748A - 一种soc值充电控制的充电桩系统 - Google Patents

Abstract

一种SOC值充电控制的充电桩系统，包括电池SOC估算及控制系统，具体为：建模单元，用于建立电池一阶RC等效电路模型；获取单元，用于获取各个电池单体的电压、电流信号；运算单元，用于根据模型以及实时获取的电池参数得到各个电池单体的SOC值；判断单元，根据相应的控制策略，发送控制命令到控制单元启动蓄电池充电过程；设置单元，用于用户输入相应的充电启动控制策略，用户输入相应的能量分配策略；控制单元，控制充放电管理模块进行充放电操作；充放电管理单元，与各个电池单体相连接，实现具体充电操作。通过该电池SOC估算及控制系统可以精确测量电池单体SOC值，提高了充电控制的精度和充电的效率。

Description

一种SOC值充电控制的充电桩系统

技术领域

本发明属于充电桩领域，特别涉及一种SOC值充电控制的充电桩系统。

背景技术

充电站对于电动汽车推广和普及具有决定性的作用，在全球范围内电动汽车的发展和充电设施的建设同步展开，美国和其他一些发达国家对无人值守电站的研究一直处于领先地位，通过智能化的监控系统来实现充电站管理的自动化和智能化，提高充电安全性水平和效率。目前尚无具有普遍适用性的充电站监控系统。

电动汽车的最核心部分是动力电池，动力电池的重要性不言而喻。而动力电池的SOC显示则是动力电池管理工作的关键内容。电池SOC值可以决定负载的工作时间，可以预知电动汽车的续航里程，同时电池的SOC值对于保证电池安全也至关重要。准确估算电池SOC，一方面来源于电动汽车的要求，从充分发挥电池能力和提高安全性两个角度对电池进行高效管理；另一方面，电动汽车电池在使用过程中表现的高度非线性，使准确估计SOC具有很大难度。两方面的结合，使得电动汽车电池SOC估算方法的选择尤为重要。

现有技术中有多种电池SOC值估算方法，既有传统的放电试验法、安时计量法、电池内阻法、开路电压法、负载电压法，也有较为创新的Kalman滤波法、模糊逻辑理论法和神经网络法等，各种估算方法都有自己的缺点，比如：测试时间长，测量不够准确，需长时间静置，需准确的模型算法，需大量训练方法和数据等。

发明内容

本发明要解决的技术问题是如何精确估算电池SOC值并进行充电控制，对此本发明提供一种SOC值充电控制的充电桩系统，

本发明的技术方案为：一种SOC值充电控制的充电桩系统，包括电力设备、监控管理工作站、交易管理系统、配电网络、数据网络、充电设备、换电设备、监测设备、电池SOC估算及控制系统，

电力设备包括光伏设备、火力发电站、风力发电站；

充电设备包括直流充电桩、交流充电桩；

配电网络包高压电网、低压电网、直流母线、高压配电柜、配电变压器、低压配电柜；

数据网络包括以太网和CAN总线；

监测设备包括摄像机、烟感传感器、红外传感器；

监控管理工作站通过以太网与站控计算机连接，站控计算机通过监测设备对电力设备、配电网络和充电设备进行监控，

其中，所述电池SOC估算及控制系统，具体为：

建模单元，用于建立电池一阶RC等效电路模型，在电池等效电路模型各参数定义为，电动势U_OC、欧姆内阻R₀、极化电阻R_p与电容C，电流i，两端电压u₀；

获取单元，用于获取各个电池单体的电压、电流信号，并将信号传输运算单元；

运算单元，用于根据所述模型，确定电池开路电压与SOC值的关系：

建立电池SOC值的空间状态方程和观测方程，具体如下

SOC_K表示t时刻电池的荷电状态，SOC_K-1为t-1时刻电池的荷电状态，η为库伦效率，i_k为电流值，C为标称容量，V_K为系统输出，ω_k、v_k为系统输入输出误差，R₀为欧姆内阻，考虑到实际测量中温度、随机噪声等造成的误差，将上述公式进一步优化得到：

P_k＝P_k-1-∑ω_k

Kg_k＝P_k-1*C_k/(P_k-1*C_k-∑v_k)

SOC_k＝SOC_k-1-Kg_k(V_k-V_k-1)

V_K＝OCV(SOC_K-1)-R*i_k-sgn_k M

根据获取单元实时获取各个电池单体的电压、电流信号，并根据上述公式得到各个电池单体的SOC值；

判断单元，用于获得各电池单体的SOC值，得到整个蓄电池中各个电池单体的标准差，以及最小值；并根据相应的控制策略，发送控制命令到控制单元启动蓄电池充电过程；

设置单元，用于用户输入相应的充电启动控制策略，作为判断单元进行相应操作的依据；用户输入相应的能量分配策略，作为控制单元进行相应操作的依据；

控制单元，用于接收判断单元的启动命令，根据运算单元发送的各个电池单体的SOC值，并依据充电桩系统的站控计算机对充电设备整体功率协调控制结果，根据设置单元中用户定义的能量分配策略，控制充放电管理单元进行充放电操作；

充放电管理单元，与各个电池单体相连接，实现具体充电操作。

此外，本发明还涉及一种SOC值充电控制方法，步骤如下：

步骤(1)，建立电池一阶RC等效电路模型，在电池等效电路模型各参数定义为，电动势U_OC、欧姆内阻R₀、极化电阻R_p与电容C，电流i，两端电压u₀；

步骤(2)用户输入相应的充电启动控制策略，和能量分配策略；

步骤(3)根据所述模型，确定电池开路电压与SOC值的关系：

建立电池SOC值的空间状态方程和观测方程，具体步骤如下

SOC_K表示t时刻电池的荷电状态，SOC_K-1为t-1时刻电池的荷电状态，η为库伦效率，i_k为电流值，C为标称容量，V_K为系统输出，ω_k、v_k为系统输入输出误差，R₀为欧姆内阻，考虑到实际测量中温度、随机噪声等造成的误差，将上述公式进一步优化得到：

P_k＝P_k-1-∑ω_k

Kg_k＝P_k-1*C_k/(P_k-1*C_k-∑v_k)

SOC_k＝SOC_k-1-Kg_k(V_k-V_k-1)

V_K＝OCV(SOC_K-1)-R*i_k-sgn_k M

步骤(4)，实时获取各个电池单体的电压、电流信号，并根据步骤(3)中公式得到各个电池单体的SOC值；

步骤(5)，根据各电池单体的SOC值，得到整个蓄电池中各个电池单体的标准差，以及最小值，并根据相应的控制策略，发送控制命令启动蓄电池充电过程；

步骤(6)根据各电池单体的SOC值，依据充电桩系统的站控计算机对充电设备整体功率协调控制结果，根据用户定义的能量分配策略，对各个电池单体进行充放电操作。

本发明的有益效果：(1)减少电池模型不精确对SOC估计准度的影响、增强了系统干扰噪音的滤波能力，采用改进一阶RC电池等效电路模型，提高了估算精度和鲁棒性。(2)通过优化计算公式，有效提高估计的工作效率，保证了估算的准确性，也节省了计算时间。(3)该估算方法对初始值要求精度没有过高的要求，够克服一定量的传感器误差。(4)用户可以灵活设置充电启动阈值，和各个电池单体充电时能力分配比例。(5)整体功率协调控制保证尽可能多的充电设备处于工作状态，减少等待电动汽车的数量，充电站将电网调度部门发送的功率较为合理分配至每一台充电设备。(6)对不同SOC值的电池单体，采用不同大小的充电电流，减少充电时间，提高充电效率。

附图说明

图1为本发明的充电桩系统框图；

图2为本发明的BMS电池管理单元与充电桩连接示意图；

图3为本发明的电池SOC估算及控制系统示意图；

图4为本发明的基于SOC值进行充电控制方法流程图；

图5为本发明的电池等效模型示意图；

图6为本发明的整体功率协调控制流程图；

具体实施方式

下面结合附图1-6对本发明作进一步的说明。

一种SOC值充电控制的充电桩系统，包括电力设备、监控管理工作站、交易管理系统、配电网络、数据网络、充电设备、换电设备、监测设备、电池SOC估算及控制系统，

电力设备包括光伏设备、火力发电站、风力发电站；

充电设备包括直流充电桩、交流充电桩；

配电网络包高压电网、低压电网、直流母线、高压配电柜、配电变压器、低压配电柜；

数据网络包括以太网和CAN总线；

监测设备包括摄像机、烟感传感器、红外传感器；

监控管理工作站通过以太网与站控计算机连接，站控计算机通过监测设备对电力设备、配电网络和充电设备进行监控，

其中，所述电池SOC估算及控制系统，具体为：

建模单元，用于建立电池一阶RC等效电路模型，在电池等效电路模型各参数定义为，电动势U_OC、欧姆内阻R₀、极化电阻R_p与电容C，电流i，两端电压u₀；

获取单元，用于获取各个电池单体的电压、电流信号，并将信号传输运算单元；

运算单元，用于根据所述模型，确定电池开路电压与SOC值的关系：

建立电池SOC值的空间状态方程和观测方程，具体步骤如下

SOC_K表示t时刻电池的荷电状态，SOC_K-1为t-1时刻电池的荷电状态，η为库伦效率，i_k为电流值，C为标称容量，V_K为系统输出，ω_k、v_k为系统输入输出误差，R₀为欧姆内阻，考虑到实际测量中温度、随机噪声等造成的误差，将上述公式进一步优化得到：

P_k＝P_k-1-∑ω_k

Kg_k＝P_k-1*C_k/(P_k-1*C_k-∑v_k)

SOC_k＝SOC_k-1-Kg_k(V_k-V_k-1)

V_K＝OCV(SOC_K-1)-R*i_k-sgn_k M

根据获取单元实时获取各个电池单体的电压、电流信号，并根据上述公式得到各个电池单体的SOC值；

判断单元，用于获得各电池单体的SOC值，得到整个蓄电池中各个电池单体的标准差，以及最小值；并根据相应的控制策略，发送控制命令到控制单元启动蓄电池充电过程；

设置单元，用于用户输入相应的充电启动控制策略，作为判断单元进行相应操作的依据；用户输入相应的能量分配策略，作为控制单元进行相应操作的依据；

控制单元，用于接收判断单元的启动命令，根据运算单元发送的各个电池单体的SOC值，并依据充电桩系统的站控计算机对充电设备整体功率协调控制结果，根据设置单元中用户定义的能量分配策略，控制充放电管理单元进行充放电操作；

充放电管理单元，与各个电池单体相连接，实现具体充电操作。

其中，重复上述步骤对电池组中的多个电池单体进行SOC估算，并将多个电池单体SOC估测值中的最小值作为电池组的SOC值。

其中，当当前的电池组的SOC值低于设定值时，发出报警信号，提醒及时充电。

其中，根据各个电池单体不同的SOC值，充电桩给各个电池单体充电的电流与其SOC值成反比，已达到同时完成充电的目的。

其中，站控计算机对充电设备采用整体功率协调控制，具体为：

步骤1、充电设备执行功率分配前，先对所有电动汽车接入的充电设备的功率输出能力进行统计，得到充电设备输出总功率；

步骤2、读取电网功率阈值；

步骤3、充电设备输出总功率与电网功率阈值进行比较，如果电网功率阈值大于充电设备输出总功率，则可分配总功率为充电设备输出总功率，相当于无功率限制，充电设备在各自的能力范围内按照既定充电策略进行充电，如果充电设备输出总功率大于电网功率阈值，则可分配的总功率为电网功率阈值，即可分配总功率不超过电网调度的限定值；

步骤4、采集各个充电设备当前的包括输出功率、充电状态、是否有新车接入在内的信息，结合步骤3得出的可分配总功率制定分配策略，将分配的功率值下发至每一台充电设备；

步骤5，判断充电站内直至有新车加入或有车退出充电，如果是，则重新执行步骤1，如果否，则继续步骤4；

其中，步骤4的分配策略具体为站控计算机将依据电网功率阈值和充电设备输出总功率制定分配策略，具体包括如下步骤：

步骤4.1，读取可分配总功率；

在一个控制周期的初期，先采集电网的限定值P_X和电动汽车接入的充电机功率值P_J，在执行分配时，分配功率值为P_set，P_set＝min(P_X,P_J)；

步骤4.2，预测充电功率；

在计算出分配功率值P_set后，进行充电需求的统计预测，电动汽车在充电前预测其最大充电功率，对处于恒流充电阶段和新加入的电动汽车，其预测功率均为计算得出的最大充电功率，对处于恒压充电阶段的充电机，其预测功率为当前输出，统计预测功率需求将作为功率分配的依据；

步骤4.3，统计充电时间；

功率分配算法使用到已充电时间，对所有充电机的已充电时间进行统计；

步骤4.4，根据功率分配算法进行功率分配。

其中，步骤4.4的功率分配算法具体为：

步骤4.4.1，根据对充电机的已充电时间设置权重，

已充电时间	权重
		0～t1	β1
t1～t2	β2
		＞t2	β3

表1已充电时间与权重对应关系表

步骤4.4.2，初级分配，有m台充电设备处于恒流充电阶段，其充电需求均为预测的最大充电功率，有n台充电设备处于恒压充电阶段，其充电需求为当前输出的功率，则第i台电动汽车分配的初级分配功率值P_F(i)为：

步骤4.4.3，当执行完步骤4.4.2分配后，如果电动汽车的功率分配功率值P_i超过其最大充电功率，则需要进行次级分配，将初级分配中存在的不能利用的冗余分配量，再次分配到还有增加功率分配空间的充电机中，次级分配将根据充电设备还可提升的空间按比例分配，二次分配的增量△P_M(i)如下所示：

△P_M(i)＝P_M(i)-P_F(i) (P_M(i)<P_F(i))，

△P_M(i)＝0 (P_M(i)＝P_F(i))，

其中，P_M(i)：第i台电动汽车的充电机功率值，β(i)：第i台电动汽车的权重，β(i)为β₁、β₂或β₃，P_S：冗余功率值，

整体功率协调控制作为一种有效的功率分配手段，在充电站消耗总功率被限制的情况下，一方面同一时间能为更多的用户提供服务，另一方面充电功率尽可能地被利用，创造更多的经济价值，保证尽可能多的充电设备处于工作状态，减少等待电动汽车的数量，充电站将电网调度部门发送的功率较为合理分配至每一台充电设备。

监控管理工作站的监控内容包括：

对直流充电桩和交流充电桩的运行状态及输入、输出参数进行监控，运行状态包括电压、电流、开关状态、保护状态，采集接入到系统的电动汽车和电池信息，控制充电桩的输出参数满足充电需求，

监控配电网络的配变接入点的主要电能质量指标，包括电压偏差、频率偏差、三相不平衡、谐波电压畸变及各次谐波含有率指标，监测指标的异常预警功能，并能够根据需要进行无功补偿和谐波治理装置的投切来改善电能质量，配电变压器输入侧功率、电压、电流、功率因数、总有功电量、总无功电量的监视，对配电变压器继电保护化态、合闸及负荷开关状态进行实时监测和控制。

对充电设备或者换电设备区域内及周边环境的视频、消防、门禁、周界进行监控，当站内设备发生异常事件时可随时启动安全防护系统，实现安防与其他监控功能的联动，保障电站内设备的运行安全。

直流充电桩采用嵌入式系统，包括微控制器、触摸屏、温度传感器、湿度传感器、IC卡检测器、电表、指示灯、直流输出口、接触器、强制关闭开关、BMS电池管理单元，

接触器控制380V交流电输入的通断，电表连接至接触器的输出端，微控制器实时读取电表数据，对使用的电量进行计算，电表的输出端与直流输出口连接，微控制器通过CAN总线向直流输出口发送报文来控制其输出电压和电流，直流输出口直接与电动汽车的电池箱连接，对电池箱进行快速充电，BMS电池管理单元通过CAN总线将电池箱参数形成报文后发送至微控制器。微控制器接收到报文后，对报文进行解析，实时调整充电方式，充电过程中接触器由微控制器控制或者由强制关闭开关直接关闭，温度传感器和湿度传感器通过单总线方式和微控制器通信，将直流充电桩内温、湿度数据传送至微控制器，以此来判断充电桩是否安全运行，IC卡检测器检测用户的IC卡，允许用户通过触摸屏进入系统进行相应的包括充电、查询在内的交互操作，触摸屏与微控制器通过ModbusRTU协议通信，实时显示包括充电进程、电压、电流、温度、湿度、用户信息在内的数据，指示灯指示直流桩当前运行的状态。

电表固定安装在直流充电桩内部，位于接触器与直流输出口之间，之间不能接入任何与计量无关的设备，电表能够存储时间电能，其包括计量模块、主控单元、LCD显示、按键、存储器、通信模块。

BMS电池管理单元包括均衡保护管理模块、充放电管理单元、信号调理电路、选通保持电路、A/D转换器以及主控制器，

电压传感器、电流传感器、温度传感器、湿度传感器获得电池箱的电压、电流、温度信号以及湿度信号，信号调理电路对上述信号进行滤波、放大，去除信号中的噪声，并将信号放大到合理的区间，电池箱中有多个单体电池，多个单体电池的多个通道共用一个A/D转换器，在模拟输入通道中通过选通保持电路进行通道选通，实现各通道逐个、分时地被轮流接通，通过选通保持电路分时选择不同单体的电压、电流、温度信号输入A/D转换器，信号通过采样保持器保证采样到的是同一个单体同一时间的电压、电流、温度信号，采集到的所有信息存储并传输到主控制器(DSP)中进行比对分析计算，显示输出数据，同时根据需要计算出包括电池箱的SOC、SOH和电池内阻在内的数据，主控制器(DSP)根据上述计算结果，对电池箱进行充放电控制，主控制器(DSP)将采集到的电压、电流、温度数据通过CAN总线输送到充电桩控制器，并根据实际充电控制的需要，在充电桩控制器中完成相应的分析运算，得到电池箱SOC、SOH和电池内阻信息，进而控制充电桩对电池箱进行相应的充电操作。

交易管理系统通过数据网络控制电动汽车和充电设备的交易，具体的控制方法为：

步骤1，注册阶段，交易管理系统采用基于云计算的互联网环境架构，建立基于区块链系统，所有电动汽车、所有充电设备和所有运营商都在区块链系统上注册，使得区块链系统成为值得信赖的第三方，以保证双方资金安全和运营支付；

步骤2，调度阶段，根据电动汽车车主的需求和运营商的政策，制定调度策略；

步骤3，认证阶段，电动汽车和充电设备使用椭圆曲线密码学计算哈希函数，这些函数无法通过钥匙反推从而确保密码的安全，电动汽车和充电设备之间相互认证，如果认证是有效的并且与身份匹配，则充电的请求被接受；

步骤4，充电阶段，电动汽车进行充电，完成后，充电设备记录交易的信息。

步骤1具体为：

步骤1.1，所有电动汽车EVs{EV₁,EV₂,...,EV_n}中的每一个电动汽车EV_i选择随机数并计算Q_i＝x_iP，然后，每一个电动汽车EV_i在区块链中广播请求(m_i,sig_i(H(m_i)))，其中m_i＝ID_i||ID_j||T，(1≤i≤n,1≤j≤n,i≠j)；

步骤1.2，所有充电桩CPs{CP₁,CP₂,...,CP_l}中的每一个充电桩CP_i检查签名，计算属于自身的签名数量α_i＝f(x_ix_i+1)x_i+2P，计算每一个电动汽车充电桩CP_i在区块链中广播请求(m′_i,sig_i(H(m′_i)))，其中m′_i＝ID_i||s||C_i||T；

步骤1.3，运营商O验证签名，并计算用户i的共享密钥(1≤i≤l,1≤j≤l,i≠j)，在区块链中广播K_i；

步骤1.4，区块链中的所有电动汽车、所有充电设备和所有运营商接收K_i，并计算共享公有密钥在区块链中所有充电桩都有可以看到该密钥，形成见证。

其中，椭圆曲线值域，Q_i：用户i的附加组参数，P：椭圆曲线的n阶基数，m_i：电动汽车EV_i用户签名，m′_i：充电桩CP_i用户签名，H()：哈希函数，sig_i()：数字签名函数，ID_i：用户i的识别号，ID_j：用户j的识别号，T：时间戳；α_i：用户i的签名值，C_i：用户i的隐藏约束，用户i的曲线函数，f()：私有单向函数；

步骤2具体为：共有四种调度策略，包括最短路径调度、最短到达时间调度、最低消费成本调度和最短等待时间，

最短路径调度为基于电动汽车到每个充电桩的距离的计算选择最短路径的充电桩；

最短到达时间调度为基于电动汽车到每个充电桩的时间的计算选择最短到达时间的充电桩；

最低消费成本调度为基于电动汽车到每个充电桩的消费成本的计算选择最低消费的充电桩；

最短等待时间调度为基于计算电动汽车在每个充电桩前等待时间的计算选择最短等待时间的充电桩；

需要充电的电动汽车EV_Q综合上述四种调度选择最优的充电桩CP_G，

步骤3具体为：

步骤3.1，电动汽车EV_Q将其身份ID_EV发送到充电桩CP_G，充电桩CP_G收集匹配的区块链信息并将收费请求返回给EV_Q；

步骤3.2，电动汽车EV_Q发送消息{ID_CP,Q_CP,P_CP,H_CP,K}给充电桩CP_G；

步骤3.3，充电桩CP_G根据时间戳T_i选择随机数计算H_tEV＝H₂(ID_EV,PID_EV,Q_EV,T_EV)，SK_EV＝b+εH_tEV，然后，发送消息{PID_EV,Q_EV,T_EV,SK_EV}给电动汽车EV_Q；

步骤3.4，电动汽车EV_Q选择随机数计算R_EV＝cP，H_EV＝H₃(ID_CP,PID_EV,Q_EV,R_EV,T_EV)，ξ_EV＝SK_tEV+c_EVH_EV，然后，通过安全通道发送消息{ID_CP,PID_EV,Q_EV,R_EV,T_EV,ξ_EV}给充电桩CP_G

步骤3.5，充电桩CP_G接收消息{ID_CP,PID_EV,Q_EV,R_EV,T_EV,ξ_EV}，再次计算H_tEV＝H₂(ID_EV,PID_EV,Q_EV,T_EV)，H_EV＝H₃(ID_CP,PID_EV,Q_EV,R_EV,T_EV)，基于ξ_EVP＝Q_EV+H_EVP_pub+H_EVR_EV，验证接收到的签名；如果签名失败，充电桩CP_G结束请求，否则，充电桩CP_G计算得到电动汽车EV_Q证实身份，充电桩CP_G选择随机数计算R_CP＝dP，SK＝H₄(dE_EV,ID_CP,PID_EV,Q_EV,T_EV)，H_CP＝H₅(ID_CP,RID_CP,Q_EV,SK,dR_EV)，ξ_CP＝ε_CP+dH_CP，然后，发送消息{ID_EV,PID_EV,R_CP,ξ_CP}给电动汽车EV_Q；

步骤3.6，电动汽车EV_Q接收信息{ID_EV,PID_EV,R_CP,ξ_CP}，再次计算SK值，对签名进行验证，SK＝H₄(cR_CP,ID_CP,RID_EV,Q_EV,T_EV)，H_CP＝H₅(RID_EV,ID_CP,Q_EV,SK,dR_CP)，基于ξ_CPP＝Q_CP+H_CPP_pub+H_CPR_CP，对签名进行验证；如果验证通过，则认证结束，通过密钥SK实现加密消息以进行安全通信；否则，电动汽车EV_Q结束请求；

步骤4具体为：

步骤4.1，电动汽车EV_Q计算隐藏约束C＝H₅(ID_EV,R_CP,ξ_CPP)；

步骤4.2，充电桩CP_G验证隐藏约束，然后确定当前时间是否与电动汽车EV_Q的最初建议时间范围相匹配；

步骤4.3，验证通过后，电动汽车EV_Q和充电桩CP_G之间按照匹配的时间进行充电，在此过程中，区块链没有信息发布，也没有第三方信息公开。

其中，ID_CP：充电桩CP_G识别号，ID_EV：电动汽车EV_Q识别号，RID_EV：电动汽车EV_Q的原始识别号，PID_EV：电动汽车EV_Q的伪识别号，Q_CP：充电桩CP_G的附加组参数，Q_EV：电动汽车EV_Q的附加组参数，P_CP：充电桩CP_G椭圆曲线的n阶基数，P_pub：共用椭圆曲线的n阶基数，H_CP：充电桩CP_G哈希值，H_EV：电动汽车EV_Q哈希值，b：随机数，H_tEV：电动汽车EV_Q的t时刻哈希值，R_EV：电动汽车EV_Q的授权口令，T_EV：电动汽车EV_Q的时间戳，SK：共用暂时密钥，SK_EV：电动汽车EV_Q的暂时密钥，ε：线性参数，ξ_EV：电动汽车EV_Q的算术签名，ξ_CP：充电桩CP_G的算术签名，H₁()、H₂()、H₃()、H₄()、H₅()为私有哈希函数。

将区块链技术应用到充电桩领域，从而构建的安全、可靠的充电桩共享交易环境，将极大地方便充电用户，提高充电桩的利用率，有效地阻止数据篡改和撤销的恶意行为，确保了系统处于所有人的监督之下，任何人都无法通过添加恶意代码或者利用系统漏洞牟取利益。

以上所述实施方式仅表达了本发明的一种实施方式，但并不能因此而理解为对本发明范围的限制。应当指出，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。

Claims (10)

1.一种SOC值充电控制的充电桩系统，包括电力设备、监控管理工作站、交易管理系统、配电网络、数据网络、充电设备、换电设备、监测设备、电池SOC估算及控制系统，

其中，所述电池SOC估算及控制系统，具体为：

建模单元，用于建立电池一阶RC等效电路模型，在电池等效电路模型各参数定义为，电动势U_OC、欧姆内阻R₀、极化电阻R_p与电容C，电流i，两端电压u₀；

获取单元，用于获取各个电池单体的电压、电流信号，并将信号传输运算单元；

运算单元，用于根据所述模型，计算得到各个电池单体的SOC值；

判断单元，用于获得各电池单体的SOC值，得到整个蓄电池中各个电池单体的标准差，以及最小值；并根据相应的控制策略，发送控制命令到控制单元启动蓄电池充电过程；

设置单元，用于用户输入相应的充电启动控制策略，和相应的能量分配策略，作为控制单元进行相应操作的依据；

控制单元，用于接收判断单元的启动命令，根据运算单元发送的各个电池单体的SOC值，并依据充电桩系统的站控计算机对充电设备整体功率协调控制结果，根据设置单元中用户定义的能量分配策略，控制充放电管理单元进行充放电操作；

充放电管理单元，与各个电池单体相连接，实现具体充电操作。

2.根据权利要求1所述的一种SOC值充电控制的充电桩系统，其特征在于：运算单元中，所述计算得到各个电池单体的SOC值，具体为：

确定电池开路电压与SOC值的关系：

建立电池SOC值的空间状态方程和观测方程，具体如下：

SOC_K表示t时刻电池的荷电状态，SOC_K-1为t-1时刻电池的荷电状态，η为库伦效率，i_k为电流值，C为标称容量，V_K为系统输出，ω_k、v_k为系统输入输出误差，R₀为欧姆内阻，考虑到实际测量中温度、随机噪声等造成的误差，将上述公式进一步优化得到：

P_k＝P_k-1-∑ω_k

Kg_k＝P_k-1*C_k/(P_k-1*C_k-∑v_k)

SOC_k＝SOC_k-1-Kg_k(V_k-V_k-1)

V_K＝OCV(SOC_K-1)-R*i_k-sgn_kM

根据获取单元实时获取各个电池单体的电压、电流信号，并根据上述公式得到各个电池单体的SOC值。

3.根据权利要求1所述的一种SOC值充电控制的充电桩系统，其特征在于：重复上述步骤对电池组中的多个电池单体进行SOC估算，并将多个电池单体SOC估测值中的最小值作为电池组的SOC值。

4.根据权利要求3所述的一种SOC值充电控制的充电桩系统，其特征在于：当当前的电池组的SOC值低于设定值时，发出报警信号，提醒及时充电。

5.根据权利要求1所述的一种SOC值充电控制的充电桩系统，其特征在于：多次测量拟合出电池SOC值变化曲线，判断电池SOC值变化趋势。

6.根据权利要求1所述的一种SOC值充电控制的充电桩系统，其特征在于：根据各个电池单体不同的SOC值，充电桩给各个电池单体充电的电流与其SOC值成反比，已达到同时完成充电的目的。

7.根据权利要求1所述的一种SOC值充电控制的充电桩系统，其特征在于：其中，站控计算机对充电设备采用整体功率协调控制，具体为：

步骤1，充电设备执行功率分配前，先对所有电动汽车接入的充电设备的功率输出能力进行统计，得到充电设备输出总功率；

步骤2，读取电网功率阈值；

步骤3，充电设备输出总功率与电网功率阈值进行比较，如果电网功率阈值大于充电设备输出总功率，则可分配总功率为充电设备输出总功率，相当于无功率限制，充电设备在各自的能力范围内按照既定充电策略进行充电，如果充电设备输出总功率大于电网功率阈值，则可分配的总功率为电网功率阈值，即可分配总功率不超过电网调度的限定值；

步骤4，采集各个充电设备当前的包括输出功率、充电状态、是否有新车接入在内的信息，结合步骤3得出的可分配总功率制定分配策略，将分配的功率值下发至每一台充电设备；

步骤5，判断充电站内直至有新车加入或有车退出充电，如果是，则重新执行步骤1，如果否，则继续步骤4。

8.根据权利要求7所述的一种SOC值充电控制的充电桩系统，其特征在于：步骤4的分配策略具体为站控计算机将依据电网功率阈值和充电设备输出总功率制定分配策略，具体包括如下步骤：

步骤4.1，读取可分配总功率；

在一个控制周期的初期，先采集电网的限定值P_X和电动汽车接入的充电机功率值P_J，在执行分配时，分配功率值为P_set，P_set＝min(P_X,P_J)；

步骤4.2，预测充电功率；

在计算出分配功率值P_set后，进行充电需求的统计预测，电动汽车在充电前预测其最大充电功率，对处于恒流充电阶段和新加入的电动汽车，其预测功率均为计算得出的最大充电功率，对处于恒压充电阶段的充电机，其预测功率为当前输出，统计预测功率需求将作为功率分配的依据；

步骤4.3，统计充电时间；

功率分配算法使用到已充电时间，对所有充电机的已充电时间进行统计；

步骤4.4，根据功率分配算法进行功率分配。

9.根据权利要求8所述的一种SOC值充电控制的充电桩系统，其特征在于：步骤4.4的功率分配算法具体为：

步骤4.4.1，根据已充电时间与权重对应关系表对充电机的已充电时间设置权重，

已充电时间 权重 0～t₁ β₁ t₁～t₂ β₂ ＞t₂ β₃

步骤4.4.2，初级分配，有m台充电设备处于恒流充电阶段，其充电需求均为预测的最大充电功率，有n台充电设备处于恒压充电阶段，其充电需求为当前输出的功率，则第i台电动汽车分配的初级分配功率值P_F(i)为：

步骤4.4.3，当执行完步骤4.4.2分配后，如果电动汽车的功率分配功率值P_i超过其最大充电功率，则需要进行次级分配，将初级分配中存在的不能利用的冗余分配量，再次分配到还有增加功率分配空间的充电机中，次级分配将根据充电设备还可提升的空间按比例分配，二次分配的增量△P_M(i)如下所示：

△P_M(i)＝P_M(i)-P_F(i) (P_M(i)<P_F(i))，

△P_M(i)＝0 (P_M(i)＝P_F(i))，

其中，P_M(i)：第i台电动汽车的充电机功率值，β(i)：第i台电动汽车的权重，β(i)为β₁、β₂或β₃，P_S：冗余功率值。

10.根据权利要求1所述的一种SOC值充电控制的充电桩系统，其特征在于：

所述电力设备包括光伏设备、火力发电站、风力发电站；

所述充电设备包括直流充电桩、交流充电桩；

所述配电网络包高压电网、低压电网、直流母线、高压配电柜、配电变压器、低压配电柜；

所述数据网络包括以太网和CAN总线；

所述监测设备包括摄像机、烟感传感器、红外传感器；

所述监控管理工作站通过以太网与站控计算机连接，站控计算机通过监测设备对电力设备、配电网络和充电设备进行监控。