CN109165822B - 一种能源补给管理系统及管理方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种能源补给管理系统，其中包括：由总节点及分节点组成的能源输送网络及通信网络，该分节点获取当前补给对象的管理特征，向该总节点传送，该总节点经处理后，调整该能源输送网络中各该分节点的单位时间内的供能配额，从而根据补给对象的管理特征，有效的控制能源网络资源进行高效的配额补给，以使补给对象达到单位时间内的最佳补给效率状态，从而缩短特定补给对象的能源补给时间，避免能源在能源网络中闲置，并减少排队现象，从而提高能源补给站的管理效率，设施利用率及收益。

Description

一种能源补给管理系统及管理方法

技术领域

本发明涉及一种能源补给管理系统，尤其涉及一种通过补给对象管理特征的识别，对其单位时间内的能源补给进行高效分配的管理系统及方法

背景技术

能源管理技术，是人类文明发展过程中需要持续不断研究的技术课题之一，无论能源的种类有何改变和发展，如何有效利用能源达到最大收益，是人类永恒追求和需要持续解决的问题。

近年来，随着电动汽车的广泛普及，充电桩的需求越显突出，传统充电站的设计方式通常是通过对各个充电桩平均分配额定能源的方式进行设计，因此仅能满足普通新能源汽车的充电要求。而随着新能源汽车充电技术的发展，采用大功率快充的性能也汽车业也正被普及。而在该类汽车充电能耗上，尤其是一辆车的快充电流能达到65A，其功耗达到24.7KW。因此在一个充电站建设的各项费用中，供电资源所占比例是比较大的，如果充电站的每个充电桩都采用这种大功率的设备，比如200KW的充电站，其变压器及布线安装费用占10万以上，这几乎是充电站建设成本的一半以上，显然成本太高。而若固定几个快充桩和普通充电桩，又可能造成部分充电桩排队或闲置状态，从而更不利于补给效率，和设施利用率。

因此如何合理利用供电资源，为新能源汽车用户提供物有所值，便利高效的能源补给，并使充电站能够达到较大的营业及管理收益，这是目前传统充电站行业亟需解决的问题。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种能源补给管理系统及管理方法，其能够根据补给对象的管理特征，调动能源网络资源进行额定补给。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种能源补给管理系统，其中包括：由总节点及分节点组成的能源输送网络及通信网络，该分节点获取当前补给对象的管理特征，向该总节点传送，该总节点经处理后，调整该能源输送网络中各该分节点的单位时间内的供能配额。

优选的，该管理特征包括：第一特征，其中该总节点轮询各该分节点获取补给对象的该第一特征，经处理后调整各该分节点供能配额，以在保证各该分节点补给对象的单位时间内的基础补给所需供能配额的条件下，向含有该第一特征的该分节点汇集当前补给对象所能承受的单位时间内最高效补给的供能配额。

优选的，该管理特征包括：第二特征，该总节点再次轮询各该分节点当前单位时间内的供能配额，调动供能配额的闲余部分，向含有该第二特征的该分节点汇聚，形成单位时间内的供能配额增补。

优选的，该管理特征还包括：第三特征，该总节点再次轮询各该分节点当前供能配额，调动供能配额的闲余部分，向含有第三特征的该分节点平均分配，形成单位时间内的供能配额增补。

优选的，该总节点包括：总管理器，第一通信装置及能源总线，该分节点包括：第二通信装置，集中管理器，数据采集装置，送能装置，该总管理器与集中管理器通过该第一、二通信装置连接，以获取与该集中管理器连接的该数据采集装置采集的与该送能装置连接的补给对象的该管理特征，经该总管理器处理后，控制该能源总线向各该分节点额定供能，并向该集中管理器给出与各该送能装置匹配的供能配额命令以供其执行，该集中管理器控制该送能装置向补给对象供能。

为了实现上述目的，根据本发明的另一方面，提供了一种能源补给管理方法，该方法步骤包括：

S1建立由总节点及分节点组成的能源输送网络及通信网络；

S2获取补给对象的管理特征；

S3经总节点的处理后，调整对应分节点单位时间内的供能配额。

优选的，步骤还包括：

S4总节点轮询各分节点；

S5当获取补给对象含有第一特征时，向含有第一特征的分节点汇集当前补给对象所能承受的单位时间内的最高效补给的供能配额。

优选的，步骤还包括：

S6当获取补给对象含有第二特征时，调动供能配额的闲余部分，向含有第二特征的分节点汇聚，形成单位时间内的供能配额增补。

优选的，步骤还包括：

S7总节点轮询各分节点当前供能配额，调动供能配额的闲余部分，向未含有管理特征的分节点平均分配，形成单位时间内的供能配额增补。

为了实现上述目的，根据本发明的另一方面，提供了一种新能源汽车充电桩管理系统，其采用了如上的能源补给管理系统或管理方法。

通过本发明提供的该能源补给管理系统及管理方法，能够根据补给对象的管理特征，有效的控制能源网络资源进行高效的配额补给，以使补给对象达到单位时间内的最佳补给效率状态，从而缩短特定补给对象的能源补给时间，避免能源在能源网络中闲置，并减少排队现象，从而提高能源补给站的管理效率，设施利用率及收益。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是本发明的能源供给网络的示意图；

图2是本发明的管理特征的概念图；

图3是本发明的总节点和分节点结构示意图；

图4是本发明的多节点能源供给网络的示意图；

图5是本发明的能源补给管理方法的步骤示意图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

为了使本领域的技术人员更好的理解本发明方案，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的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，在本领域普通技术人员没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明的保护范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。

本发明的该能源补给管理系统及管理方法，能智能动态的分配能源配额，从而在确保安全的情况下，提升能源补给效率，例如：以新能源汽车充电站为例，通过智能动态的分配各充电桩允许的充电功率，能够最大限度的利用供电资源，举例来说：以100KW供电资源为例，分配10个充电桩，根据电气接线结构和使用情况，实时的分配充电桩补给对象所需单位时间内的最大功率，以使每个充电桩可根据用电环境和客户管理特征，合理分配功率10KW～100KW之间。从而即保证了符合管理特征的部分拥有快充功能的新能源汽车充电速度，同时也可以满足普通新能源汽车的一般充电，以合理分配供电资源及充电设施。

(一)

请参阅图1至图4，为此，本发明的该能源补给管理系统主要包括：通过设置总节点1及分节点2，组建能源输送及通信网络，并由该分节点2获取当前补给对象的管理特征3，向该总节点1传送，该总节点1经处理后，调整该能源输送网络中各分节点2单位时间内的供能配额。

具体来说，本实施例以充电站为例，该充电站通过该总节点1，接入外部能源供给网络，并向该分节点2即充电桩进行配电管理工作，其中该总节点1包括：总管理器11，第一通信装置12及能源总线13，该分节点2包括：第二通信装置21，集中管理器22，数据采集装置23，送能装置24；其中该总节点1通过该总管理器11管理能源总线13向该分节点2供能；该总管理器11与集中管理器22通过该第一、二通信装置12，21连接，以获取与该集中管理器22连接的该数据采集装置23采集的与该送能装置24连接的补给对象的该管理特征3，经该总管理器11处理后，给出控制命令，控制该能源总线13向各该分节点2额定供能，并向该集中管理器22给出与各送能装置24匹配的供能配额命令以供其执行；该集中管理器22控制该送能装置24向补给对象供能。

其中本发明实施例中该第一、二通信装置12，21根据需要，可由有线和/或无线通信装置构成，包括：采用电力载波通信技术的装置，或wifi，zigbee，4G/5G中的一种或多种组合的现有通信技术方案构成。而该数据采集装置23本实施例中可以是摄像器，以拍摄补给车辆的牌照信息，并向该总节点1的总管理器11发送，且该总管理器11内至少存储有车辆牌照信息，及对应的车辆管理特征3信息和车型信息等，从而获知该车辆是否具有相应的管理特征3及该牌照登记车型是否具有快充功能。需要说明的是，该数据采集装置23及对应总管理器11中的判断处理数据，可根据现有技术进行其他任意替换实施，而同样达到相应的检测目的，因此本实施例仅给出示例以进行概念说明，而并未进行限制，其他采用现有技术，对补给对象进行数据采集及判断的技术手段，皆属本发明的揭露范围之内。

值得一提的是，本发明主要通过识别补给对象的管理特征3，来控制各节点形成能源动态管控效果，从而高效调动能源输送网络中的资源，对被补给对象施以相应的补给服务，以提高补给效率和设备利用率，其中该管理特征3包括：第一特征31，其中该总节点1轮询各该分节点2获取补给对象的该第一特征31，经处理后调整各该分节点2供能配额，以在保证各该分节点2补给对象的单位时间内的基础补给所需供能配额的条件下，向含有该第一特征31的该分节点2汇集当前补给对象所能承受的单位时间内最高效补给的供能配额，从而使得新能源汽车能够被快速充电，进而节省了补给车辆的充电时间，使其可以更快驶离充电站，腾出新充电桩，并且快速充电服务的本身可以和收费挂钩，以在节省客户充电时间的同时，提高充电站的经济收益，实现双赢。

其中该管理特征3还包括：第二特征32，当该总节点1再次轮询各分节点2当前单位时间内的供能配额，调动供能配额的闲余部分，向含有该第二特征32的该分节点2汇聚，形成单位时间内的供能配额增补，从而利用闲置能源配额，为含有该特征的补给对象，在单位时间内，给予超过普通额定的浮动的能源配额补给，籍此对该闲置能源配合形成高效利用，并浮动降低含有此类管理特征3的补给对象的充电补给时间，并提高充电站的经济收益。

在优选实施方式中，该管理特征3还包括：第三特征33，该总节点1再次轮询各分节点2当前供能配额，若此时能源补给网络中经过第一第二特征32的能源配给操作后还有闲余部分，则向含有该第三特征33的该分节点2平均分配，形成单位时间内的供能配额增补。

上述轮询的次序或次数，并非限制本发明的实施方式需要遵循该轨迹进行，本领域技术人员可以根据本实施例了解，任何能够根据轮询获得上述在能源动态管控中所需信息的，无论是任意多次甚至是一次轮询的，都可以根据实际情况进行调整，而非必须进行额定多次的轮询过程，从而本领域技术人员可以根据情况适当进行相应的调整和解决，因此本实施例仅给出其中一种实施方式进行说明，而未进行限制，任何根据上述实施方式给出的变化或其结合方式皆属于本实施例的揭示范围内。

其中需要说明的是，该第一特征31的优先补给权限高于该第二特征32，该第二特征32补给权限高于该第三特征33，其中本实施例中该第一特征31优选为：具有快充功能，具有补给优先权，而该第二特征32优选为：具有快充功能，具有补给次优先权，第三特征33优选为：具有快充功能。从而区分三种特征，以形成不同识别后的补给效果，进而最大化利用能源输送网络的资源，避免资源闲置问题，有效提高能源补给效率。

此外本实施例中，该总节点1和分节点2之间的电网布设方式，可以采用拓扑结构构成，且根据需要及充电桩的结构功能设计，可以在分节点2下在设置子节点4，从而替代上述实施例中分节点2的功能，而该分节点2则主要用于管理各子节点4的能源供给及对接总节点1及子节点4间的信息传输。因此本领域技术人员可以了解，本发明的该能源补给管理系统，可以根据充电站的实际情况进行电网节点的拓展，以在分节点2处控制能源配额并向子节点4分配，从而对子节点4进行监控和管理，提高供电稳定性，并当子节点4发生故障、漏电等严重问题时，还可以及时由总节点1切断此分节点2的能源供应，并保证系统其他部分节点2的正常运行。

另一方面，本实施例中各节点控制充电电流的原理，可以采用PWM技术，即PWM输出占空比决定充电允许电流大小。例如占空比1～1000，1000表示允许充电电流为节点铭牌电流。节点根据允许充电电流大小和铭牌电流值，计算出PWM占空比，输出PWM从而控制充电允许电流。

(二)

为了进一步说明该能源补给管理系统的具体实施方式，以汽车充电站为例，本实施例中，该充电桩节点的电流分配算法逻辑如下：

其中该节点属性信息如下表所示：

当充电桩节点用电状态发生变化(有新充电请求加入、充电结束事件)，或者30分钟定时调度任务的触发，管理器开始进行电量分配。步奏如下：

a、各节点上报状态至总管理器11，并首先分配基础充电电流。

b、总管理器11进行第一次调度分配：总管理器轮询所有充电桩节点，获取补给对象设备信息及管理特征。并根据各节点客户级别(即充电优先等级)，计算出所属各节点电流分配比，轮询下发所有充电桩电流分配命令。

c、管理器进行第二次调度分配：管理器轮询下发获取充电桩设备信息。根据充电桩节点实际用电电流，回收多余分配的用电电流，根据各节点的重要程度，计算出第二轮电流分配比，轮询下发到各充电桩子站。

d、管理器进行第三次调度分配：管理器再次轮询采集充电桩设备信息，回收多余用电电流。对所有充电桩节点进行平均分配。

计算公式和分配细节如，设定参数：车辆电池状态CB，设置充电量大小SB，设置充电时间ST，剩余充电时间RT，客户等级VIP，桩群总分配电流TC(功率＝电流*电压，统一交流电压220V)，充电紧急程度UP＝设置充电时间ST÷剩余充电时间RT，充电重要程度IP＝(设置充电量大小SB-车辆电池状态CB)×客户等级VIP，紧急系数Ru，重要系数Ri。

其中，第一次充电调度分配：

分节点充电配比M1＝充电紧急程度UP×紧急系数Ru；

桩群总充电配比Mt＝M1+M3+M6+……；

分节点分配电流A1＝桩群总分配电流TC×分节点充电配比M1÷桩群总充电配比Mt；

第二次充电调度分配：

第一次分配电流同步到各分节点后，总管理器会进行一次分节点轮询操作，采集各个分节点属性信息。总管理器根据各个分节点的用电电流情况和分节点所分配电流，进行各个节点的电量回收。回收电流RY-I1＝分节点分配电流A1-实际用电电流I1。

如果分节点回收电流RY-I1值大于1A，则认为充电负载饱和。不会给此分节点进行第二次充电调度分配。

重新将分节点分配电流A1设置为实际用电电流：节点分配电流A1＝实际用电电流I1；

回收总电流RY-It＝RY-11+RY-I2+……；

二次电流分配比L1＝充电重要程度IP×重要系数Ri；

二次桩群总充电配比Lt＝LI+L3+L6+……；

二次分节点再分配电流R1＝回收总电流RY-It×分节点二次电流分配比L1÷桩群总充电配比Lt。

第三次充电调度分配：

同理，第二次分配电流后，总管理器再次进行一次节点轮询操作，采集各个分节点属性信息。总管理器再次根据各个分节点的用电电流情况和分节点所分配电流，进行各个分节点的电量回收。

回收电流RI-I1＝分节点分配电流A1-实际用电电流I1。

如果分节点回收电流RY-I1值大于1A，则认为充电负载饱和，不会给此分节点进行第三次充电调度分配。

回收总电流RY-It＝RY-I1+RY-12+……；

总管理器对所有充电负载不饱和节点进行电流再分配，分配原则为：平均分配。

(三)

请参阅图5，根据本发明的另一方面，还提供了一种能源补给管理方法，该方法可被存储介质存储并在适配的硬件上运行，以形成如上所述的管理功效，其中本实施例中该方法步骤主要包括：S1建立由总节点1及分节点2组成的能源输送网络及通信网络；S2获取补给对象的管理特征3；S3经总节点1的处理后，调整对应分节点2单位时间内的供能配额。其中S4总节点1轮询各分节点2；S5当获取补给对象含有第一特征31时，向含有第一特征31的分节点2汇集当前补给对象所能承受的单位时间内的最高效补给的供能配额。

进一步的，S6当获取补给对象含有第二特征32时，调动供能配额的闲余部分，向含有第二特征32的分节点2汇聚，形成单位时间内的供能配额增补。此外步骤还包括：S7总节点1轮询各分节点2当前供能配额，调动供能配额的闲余部分，向未含有管理特征3的分节点2平均分配，形成单位时间内的供能配额增补。

其中，该第一特征31的优先补给权限高于该第二特征32，且本实施例中该第一特征31优选为：具有快充功能，具有补给优先权，而该第二特征32优选为：具有快充功能，具有补给次优先权。从而区分二种特征，以形成不同识别后的补给效果，进而最大化利用能源输送网络的资源，避免资源闲置问题，有效提高能源补给效率。

其中需要说明的是，本实施例中以超级充电站为例，即仅适配可快速充电的补给对象，因此各分节点2的充电桩并非额定功率，而是具有电流可调功能，从而可以根据补给对象的管理特征3，进行相应的单位时间内的充电电流大小的控制，使得补给对象可根据自身补给时间的需求，进行相应管理特征3的获取，从而获得不同的补给效率，同时超级充电站也可以避免电力资源闲置，进而提高资源利用率及收益，实现能源有效管控及利益最大化的管理功效。

为了实现上述目的，根据本发明的另一方面，提供了一种新能源汽车充电桩管理系统，其采用了如上的能源补给管理系统或管理方法构建。

以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

本领域技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得单片机、芯片或处理器(processor)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

此外，本发明实施例的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明实施例的思想，其同样应当视为本发明实施例所公开的内容。

Claims (6)

1.一种能源补给管理系统，其特征在于，包括：由总节点及分节点组成的能源输送网络及通信网络，所述分节点获取当前补给对象的管理特征，向所述总节点传送，所述总节点经处理后，调整所述能源输送网络中各所述分节点的单位时间内的供能配额，所述管理特征包括：第一特征，其中所述总节点轮询各所述分节点获取补给对象的所述第一特征，经处理后调整各所述分节点供能配额，以在保证各所述分节点补给对象的单位时间内的基础补给所需供能配额的条件下，向含有所述第一特征的所述分节点汇集当前补给对象所能承受的单位时间内最高效补给的供能配额，包括：设定在第一特征下，分节点充电配比M1=充电紧急程度UP×紧急系数Ru；桩群总充电配比Mt = M1 + M3 + M6 + ……；分节点分配电流A1=桩群总分配电流TC×分节点充电配比M1÷桩群总充电配比Mt；第二特征，所述总节点再次轮询各所述分节点当前单位时间内的供能配额，调动供能配额的闲余部分，向含有所述第二特征的所述分节点汇聚，形成单位时间内的供能配额增补，包括：当完成第一特征的供能配额调整后，在第二特征下设定回收闲余电流RY-I1=分节点分配电流A1–实际用电电流I1；如果分节点回收电流RY-I1值大于预设值，则认为充电负载饱和，不会给此分节点进行第二特征充电调度分配，重新将分节点分配电流A1 设置为实际用电电流：节点分配电流A1=实际用电电流 I1；回收总电流 RY-It = RY-I1 + RY-I2 + …… ；第二特征电流分配比L1=充电重要程度IP×重要系数Ri ；第二特征桩群总充电配比Lt=L1+L3+L6+…… ；第二特征分节点再分配电流R1=回收总电流RY-It×分节点第二特征电流分配比L1÷桩群总充电配比Lt。

2.根据权利要求1所述的能源补给管理系统，其特征在于，该管理特征还包括：第三特征，所述总节点再次轮询各所述分节点当前供能配额，调动供能配额的闲余部分，向未含第三特征的所述分节点平均分配，形成单位时间内的供能配额增补。

3.根据权利要求1所述的能源补给管理系统，其特征在于，所述总节点包括：总管理器，第一通信装置及能源总线，所述分节点包括：第二通信装置，集中管理器，数据采集装置，送能装置，所述总管理器与集中管理器通过所述第一、二通信装置连接，以获取与所述集中管理器连接的所述数据采集装置采集的与所述送能装置连接的补给对象的所述管理特征，经所述总管理器处理后，控制所述能源总线向各所述分节点额定供能，并向所述集中管理器给出与各所述送能装置匹配的供能配额命令以供其执行，所述集中管理器控制所述送能装置向补给对象供能。

4.一种能源补给管理方法，其特征在于步骤包括：S1建立由总节点及分节点组成的能源输送网络及通信网络；S2获取补给对象的管理特征；S3经总节点的处理后，调整对应分节点单位时间内的供能配额；S4总节点轮询各分节点；S5当获取补给对象含有第一特征时，向含有第一特征的分节点汇集当前补给对象所能承受的单位时间内的最高效补给的供能配额，包括设定在第一特征下，分节点充电配比M1=充电紧急程度UP×紧急系数Ru；桩群总充电配比Mt = M1 + M3 + M6 + ……；分节点分配电流A1 =桩群总分配电流TC × 分节点充电配比M1÷桩群总充电配比Mt；S6当获取补给对象含有第二特征时，调动供能配额的闲余部分，向含有第二特征的分节点汇聚，形成单位时间内的供能配额增补，包括：当完成第一特征的供能配额调整后，在第二特征下设定回收闲余电流RY-I1=分节点分配电流A1–实际用电电流 I1；如果分节点回收电流RY-I1值大于预设值，则认为充电负载饱和，不会给此分节点进行第二特征充电调度分配，重新将分节点分配电流A1 设置为实际用电电流：节点分配电流A1 =实际用电电流 I1；回收总电流 RY-It = RY-I1 + RY-I2 + …… ；第二特征电流分配比L1=充电重要程度IP×重要系数Ri ；第二特征桩群总充电配比Lt=L1+L3+L6+……；第二特征分节点再分配电流R1=回收总电流RY-It×分节点第二特征电流分配比L1÷桩群总充电配比Lt。

5.根据权利要求4所述的能源补给管理方法，其特征在于步骤还包括：S7总节点轮询各分节点当前供能配额，调动供能配额的闲余部分，向未含有管理特征的分节点平均分配，形成单位时间内的供能配额增补。

6.一种新能源汽车充电桩管理系统，其特征在于采用如权利要求1至5任意所述的能源补给管理系统或管理方法。

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