CN109228952A - 一种基于功率智能调配的充电桩充电系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于功率智能调配的充电桩充电系统和方法，系统包括服务器、移动终端、充电桩及控制主机，控制主机设置在变压器侧，控制主机与同一变压器台区范围内的充电桩连接；充电桩、移动终端及控制主机分别与服务器通信连接；系统以一个变压器台区范围为一个控制区域，每个控制区域包括一个控制主机和多个充电桩；控制主机用于采集、判断变压器的剩余功率；充电桩接收控制主机发送的指控制令并执行；服务器根据接收的数据智能调配充电桩的工作状态；通过本发明，实现了服务器智能调配充电桩的工作状态，降低了长期超负荷造成供电设备和充电桩的故障风险，使充电桩的使用更合理，有效延长了充电桩的使用寿命，降低了建设成本及维护成本。

Description

一种基于功率智能调配的充电桩充电系统和方法

技术领域

本发明涉及充电桩控制技术领域，尤其是涉及一种基于功率智能调配的充电桩充电系统和方法。

背景技术

目前全国有超过4亿辆电动自行车保有量，并且每年以10％的速度增长，每天有超过2亿辆电动自行车在充电，而目前的电动汽车保有量也在飞速增长，随着电动车保有量的增长，电动车的充电管理成为了一大难题，同时现有的充电桩往往是24小时处于工作状态，没有考虑到供电负荷的问题，往往在使用集中区域负荷始终处于较高的状态，而部分区域则使用率很低，造成部分区域长期超负荷使用，对充电桩及供电设备的使用寿命造成了较大影响，同时也对供电区域的电路稳定造成了一定影响，造成电能的浪费，而充电桩的使用率不均衡，也造成了设备的浪费，间接提高了建设成本。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提出了一种基于功率智能调配的充电桩充电系统和方法，通过实时获取充电桩和变压器功率对同一变压器台区范围内的充电桩工作状态进行智能调配，控制使用总功率，避免超负荷，并引导用户合理分流，使各充电桩使用率更均衡。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

具体的，一种基于功率智能调配的充电桩充电系统，包括服务器、移动终端及充电桩，所述系统还包括控制主机，所述控制主机设置在变压器侧，控制主机与同一变压器台区范围内的充电桩连接；所述充电桩、移动终端及控制主机分别与所述服务器通信连接；所述系统以一个变压器台区范围为一个控制区域，每个控制区域包括一个控制主机和多个充电桩；

所述控制主机用于实时监测变压器的负载率并判断变压器的剩余功率、将剩余功率数据发送至服务器、接收服务器的指令并向充电桩发送控制指令；

所述充电桩用于实时监测自身的充电监测数据并发送至服务器，接收控制主机发送的指控制令；

所述服务器用于接收控制主机和充电桩发送的剩余功率数据和充电监测数据并分析调配各充电桩的工作状态是可用或停止状态，向控制主机发送对应指令；

所述移动终端用于通过访问服务器获取充电桩的位置、工作状态信息及查询充电信息。

进一步的，所述控制主机包括第一中央处理模块、第一通信模块、第一定位模块、电压检测模块及电流检测模块；所述电压检测模块包括电压互感器和电压信号转换模块，所述电流检测模块包括电流互感器和电流信号转换模块；所述电压互感器和电流互感器设置在变压器侧输出端，电压互感器与电压信号转换模块连接，电流互感器与电流信号转换模块连接，电压信号转换模块、电流信号转换模块及第一定位模块分别与第一中央处理模块连接，第一中央处理模块通过第一通信模块与服务器通信连接。

进一步的，所述第一通信模块可以为无线以太网通信模块或3G/4G通信模块。

进一步的，所述充电桩包括第二中央处理模块、第二通信模块、第三通信模块及第二定位模块，所述第二通信模块、第三通信模块及第二定位模块分别与第二中央处理模块连接。

进一步的，所述第二通信模块为无线以太网通信模块或3G/4G通信模块；所述第三通信模块为NB-IOT模块。

进一步的，所述充电桩通过RS485总线与控制主机连接。

具体的，一种基于功率智能调配的充电桩充电方法，包括以下步骤：

S1.根据变压器历史负载率数据，设定变压器剩余功率阈值；

S2.控制主机获取变压器的电流、电压数据，计算变压器实际剩余功率，并与所述剩余功率阈值比较，若变压器实际剩余功率大于剩余功率阈值，执行S2，否则，执行S3；

S3.控制主机向服务器发送剩余功率不足的信息，服务器获取与控制主机同一台区的各充电桩的当前功率计量数据并比较，剔除最大值，计算剩余充电桩总功率并与实际剩余功率比较，重复剔除过程，直至剩余充电桩总功率小于实际剩余功率；

S4.服务器向控制主机发送关闭被剔除充电桩的指令；

S5.控制主机接收关闭指令并向对应充电桩发送确认信息确认充电桩当前是否处于充电状态，若是，在设定间隔时间后，执行S5，否则，执行S6；

S6.控制主机向对应充电桩发送关闭指令，充电桩断开供电回路。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

以变压器台区作为控制单元，控制主机实时获取变压器剩余功率，服务器计算台区范围内充电桩总功率并进行比较判断，关闭高负荷充电桩，使总功率控制在剩余功率范围内，降低了因长期超负荷造成的变压器故障风险，同时，通过对充电桩的智能调控，避免了充电桩长期满负荷工作，使充电桩的使用更合理，有效延长了充电桩的使用寿命；用户可通过移动终端查询充电桩的位置及当前工作状态是可使用还是停用，通过对充电桩的调控，实现了对用户的引流，使各充电桩的使用率趋于均衡，有效降低了建设成本及维护成本。

附图说明

图1为本发明的一种基于功率智能调配的充电桩充电系统结构示意图；

图2为本发明实施例的控制主机结构示意图；

图3为本发明的一种基于功率智能调配的充电桩充电方法流程图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

如图1所示，一种基于功率智能调配的充电桩充电系统，包括服务器、移动终端及充电桩，系统还包括控制主机，控制主机设置在变压器侧，控制主机与同一变压器台区范围内的充电桩连接；充电桩、移动终端及控制主机分别与服务器通信连接；系统以一个变压器台区范围为一个控制区域，每个控制区域包括一个控制主机和多个充电桩，整个系统包括多个控制区域；

控制主机用于实时监测变压器的负载率并判断变压器的剩余功率、将剩余功率数据发送至服务器、接收服务器的指令并向充电桩发送控制指令；

充电桩用于实时监测自身的充电监测数据并发送至服务器，接收控制主机发送的指控制令；

服务器用于接收控制主机和充电桩发送的剩余功率数据和充电监测数据并分析调配各充电桩的工作状态是可用或停止状态，向控制主机发送对应指令；

移动终端用于通过访问服务器获取充电桩的位置、工作状态信息及查询充电信息，本实施例中，移动终端可以是平板电脑、智能手机、手持机等。

如图2所示，控制主机包括第一中央处理模块、第一通信模块、第一定位模块、电压检测模块及电流检测模块；电压检测模块包括电压互感器和电压信号转换模块，电流检测模块包括电流互感器和电流信号转换模块；电压互感器和电流互感器设置在变压器侧输出端，电压互感器与电压信号转换模块连接，电流互感器与电流信号转换模块连接，电压信号转换模块、电流信号转换模块及第一定位模块分别与第一中央处理模块连接，第一中央处理模块通过第一通信模块与服务器通信连接。

本实施例中，第一通信模块为3G/4G通信模块，用于控制主机与服务器的数据通信，第一中央处理模块为工控主板，用于接收服务器的指令、对各充电桩进行控制，第一定位模块为北斗定位模块，用于获取控制主机的定位信息，第一中央处理器还连接有存储器，用于缓存采集到的电压、电流数据，存储器为SD卡。

充电桩包括第二中央处理模块、第二通信模块、第三通信模块及第二定位模块，第二通信模块、第三通信模块及第二定位模块分别与第二中央处理模块连接。

本实施例中，存储器、中央处理模块以及通信模块各元件相互之间直接或间接地电性连接，以实现数据的传输或交互。例如，这些元件相互之间可通过一条或多条通讯总线或信号线实现电性连接。其中，存储器可以是，但不限于，随机存取存储器(Random AccessMemory，RAM)，只读存储器(Read Only Memory，ROM)，可编程只读存储器(ProgrammableRead-Onl y Memory，PROM)，可擦除只读存储器(Erasable Programmable Read-OnlyMemory，EPROM)，电可擦除只读存储器(Electric Erasable Programmable Read-OnlyMemory，EEPROM)等。其中，存储器用于存储程序和获取的计量、监测数据，中央处理模块在接收到执行指令后，执行所述程序。

其中，第二通信模块为3G/4G通信模块；第三通信模块为NB-IOT模块，第二定位模块为北斗定位模块，第二中央处理模块为工控主板，每个控制区域内的多个充电桩通过RS485总线与控制主机连接；每个充电桩上设置有两个通信模块，对应两套通信系统，正常情况下，充电桩通过4G网络向服务器发送计量数据、定位信息和其他监测数据，若服务器不能正常接收充电桩发送的数据，如同一个数据连续三次发送失败，则充电桩通过NB-IOT模块与服务器进行数据通信；同时，当控制主机与服务器的数据通信出现异常时，控制主机可通过充电桩与服务器进行数据交换；采用双网切换的通信方式，有效保证了前后端之间的数据通信稳定，降低了因数据通信异常造成控制系统瘫痪的风险，同时控制主机和各充电桩之间双向通信，使控制主机、充电桩和服务器之间的通信更加灵活，效率更高。

如图3所示，一种基于功率智能调配的充电桩充电方法，包括以下步骤：

S1.根据变压器历史负载率数据，设定变压器剩余功率阈值；具体的，服务器通过获取的大量变压器功率数据，分析变压器的负载趋势，并结合分析数据，设定一个合理的变压器剩余功率阈值，该剩余功率阈值可以为变压器满负荷时的最高瞬时功率与变压器的平均有效功率之差，通过阈值的设定，可以有效的控制变压器的负荷维持在合理范围内，避免长期超负荷造成设备老化、故障。

S2.控制主机获取变压器的电流、电压数据，获取变压器的当前有效功率，并根据当前有效功率计算变压器的实际剩余功率，将变压器的实际剩余功率与设定的剩余功率阈值比较，若变压器实际剩余功率大于剩余功率阈值，执行S2，否则，执行S3；

S3.控制主机向服务器发送剩余功率不足的信息，服务器解析信息并根据信息中的定位标识和时间点，获取与控制主机同一台区，即同一控制区域内的各充电桩的当前功率计量数据并逐一进行比较，剔除功率数据最大值，并将对应充电桩进行标记，计算剩余充电桩的总功率并与变压器的实际剩余功率比较，重复上述剔除过程，直至剩余充电桩总功率小于实际剩余功率；

S4.服务器向控制主机发送关闭被剔除充电桩的指令；

S5.控制主机接收关闭指令并向对应充电桩发送确认信息确认充电桩当前是否处于充电状态，若是，在设定间隔时间后，执行S5，否则，执行S6；

S6.控制主机向对应被标记的充电桩发送关闭指令，充电桩断开供电回路，停止工作，同时向服务器发送关闭确认信息，服务器接收到关闭确认信息后，将被标记的充电桩重新标记为暂停使用。

用户使用时，可通过智能手机APP访问服务器，查询各个控制区域内的充电桩使用状况是可用、暂停使用还是使用中，用户根据查询信息，可自主选择最近的充电桩进行充电，或者通过系统自动为用户选择最近可用充电桩，并为用户规划路线，通过本发明，极大的方便了用户，用户可直观的自主查找充电桩或通过系统推荐找到充电桩进行充电，同时，系统通过功率调配，控制不同充电桩的不同工种状态，对用户实现了引导分流，避免了某些充电桩使用率过高，而有的使用率过低，能有效的将各控制区域内的有效功率控制在合理范围内，同时平衡了各充电桩的使用率，延长了供电设备和充电桩的寿命，降低了后期维护成本。

在本申请所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的系统和方法，也可以通过其它的方式实现。以上所描述的实施例仅仅是示意性的，例如，附图中的流程图和框图显示了根据本发明的实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现方式中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。

另外，在本发明实施例中的各功能模块可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或两个以上模块集成形成一个独立的部分。

Claims (7)

1.一种基于功率智能调配的充电桩充电系统，包括服务器、移动终端及充电桩，其特征在于，所述系统还包括控制主机，所述控制主机设置在变压器侧，控制主机与同一变压器台区范围内的充电桩连接；所述充电桩、移动终端及控制主机分别与所述服务器通信连接；所述系统以一个变压器台区范围为一个控制区域，每个控制区域包括一个控制主机和多个充电桩；

所述控制主机用于实时监测变压器的负载率并判断变压器的剩余功率、将剩余功率数据发送至服务器、接收服务器的指令并向充电桩发送控制指令；

所述充电桩用于实时监测自身的充电监测数据并发送至服务器，接收控制主机发送的指控制令；

所述服务器用于接收控制主机和充电桩发送的剩余功率数据和充电监测数据并分析调配各充电桩的工作状态是可用或停止状态，向控制主机发送对应指令；

所述移动终端用于通过访问服务器获取充电桩的位置、工作状态信息及查询充电信息。

2.根据权利要求1所述的一种基于功率智能调配的充电桩充电系统,其特征在于，所述控制主机包括第一中央处理模块、第一通信模块、第一定位模块、电压检测模块及电流检测模块；所述电压检测模块包括电压互感器和电压信号转换模块，所述电流检测模块包括电流互感器和电流信号转换模块；所述电压互感器和电流互感器设置在变压器侧输出端，电压互感器与电压信号转换模块连接，电流互感器与电流信号转换模块连接，电压信号转换模块、电流信号转换模块及第一定位模块分别与第一中央处理模块连接，第一中央处理模块通过第一通信模块与服务器通信连接。

3.根据权利要求2所述的一种基于功率智能调配的充电桩充电系统,其特征在于，所述第一通信模块可以为无线以太网通信模块或3G/4G通信模块。

4.根据权利要求1所述的一种基于功率智能调配的充电桩充电系统,其特征在于，所述充电桩包括第二中央处理模块、第二通信模块、第三通信模块及第二定位模块，所述第二通信模块、第三通信模块及第二定位模块分别与第二中央处理模块连接。

5.根据权利要求4所述的一种基于功率智能调配的充电桩充电系统,其特征在于，所述第二通信模块为无线以太网通信模块或3G/4G通信模块；所述第三通信模块为NB-IOT模块。

6.根据权利要求1所述的一种基于功率智能调配的充电桩充电系统,其特征在于，所述充电桩通过RS485总线与控制主机连接。

7.一种基于功率智能调配的充电桩充电方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1.根据变压器历史负载率数据，设定变压器剩余功率阈值；

S2.控制主机获取变压器的电流、电压数据，计算变压器实际剩余功率，并与所述剩余功率阈值比较，若变压器实际剩余功率大于剩余功率阈值，执行S2，否则，执行S3；

S3.控制主机向服务器发送剩余功率不足的信息，服务器获取与控制主机同一台区的各充电桩的当前功率计量数据并比较，剔除最大值，计算剩余充电桩总功率并与实际剩余功率比较，重复剔除过程，直至剩余充电桩总功率小于实际剩余功率；

S4.服务器向控制主机发送关闭被剔除充电桩的指令；

S5.控制主机接收关闭指令并向对应充电桩发送确认信息确认充电桩当前是否处于充电状态，若是，在设定间隔时间后，执行S5，否则，执行S6；

S6.控制主机向对应充电桩发送关闭指令，充电桩断开供电回路。