CN110303932A - 一种基于大数据的双向充电平台及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了基于大数据的双向充电平台，包括双向充电网络大数据中心、电网系统、若干双向充电装置、若干双向充电综合监控模块、和各个车辆上的用户终端和车载双向充电模块，电网系统通过双向充电网络大数据中心、双向充电综合监控模块和双向充电装置将实时电网波动信息和实时电价传输给车载双向充电模块并提供给用户终端，用户终端参考接收的数据向车载双向充电模块发出指令，车载双向充电模块根据指令调整电池进行充电或放电，双向充电综合监控模块能够监控车辆数量和车辆的充放电状态并将该数据传输给双向充电网络大数据中心，双向充电网络大数据中心对数据进行处理并将处理结果传输给电网系统，该平台基于大数据处理能提供更好的充放电策略。
Description
技术领域
本发明涉及新能源汽车车载充电技术领域，具体涉及一种基于大数据的双 向充电平台及方法。
背景技术
目前，随着全球能源危机的不断扩大,人们纷纷开始考虑寻找新的能源形式 来代替传统化石能源。汽车行业由于对传统能源的严重依赖，成了各国能源体 制改革的众矢之的。近年来，如太阳能、风能等替代能源得到了充分发展，但 由于这类能源极低的能量密度和低效的储存方法，使其不能够被广泛使用。电 能高效、低碳、便于传递和存储的优势逐渐凸显出来。各国纷纷将电能作为汽 车行业的替代能源，因此电动汽车迅速崛起。其中以纯电动汽车为主要代表， 但随着电动汽车设计续驶里程的显著提高，电动驱动电池需要携带的电量也随 之增加。车用充电技术也随之成了众多科研工作者的研究热点。目前的充电技术，主要是将电网的能量传递到车载驱动电池上，能量流动方式单一。由于目 前电动汽车保有量相比传统汽车还有很大差距，所以传统的“电网—驱动电池” 的单向充电模式基本能够满足现阶段的使用需求。电动汽车数量会在未来几年 持续高速增长。按照我国的发展计划，预计到2030年新能源汽车保有量将不低 于8000万辆，对于汽车行业以及相关行业来说，这部分数据资源是一笔隐藏的 财富，需要有效利用，此时汽车电池中储存的能量会达到一个较高的量级，这 些能量可反馈给电网，以满足电网用电高峰期的负荷，同样的，新能源汽车数 量的激增，对于电网系统的稳定性会带来巨大的冲击，比如，在高电价时间内，汽车用户往往会通过向电网输电来赚取收益，但过多的汽车如果同时向电网输 电，会使电网系统产生很大的波动，可能会使电网系统瘫痪。这种电动汽车数 量的激增，也将随之产生庞大的数据流量，传统数据处理技术来说将会面临巨 大的挑战。
综上所述，新的发展形势下，当汽车与电网连接进行双向充电时，以下三 方面的问题亟待解决：第一，庞大的电动汽车数量意味着大量的电能波动，电 网需要妥善地处理电动汽车驱动电池充电对电力系统的剧烈冲击；第二，电动 汽车的用电量将超过终端居民消费的50％以上，能源结构的巨大变化，将对电网 的能源“再分配”提出新的挑战；第三，电力系统数据爆炸式增长，数据类型 也将更加丰富，传统的数据处理技术势必遇到“瓶颈”，电力行业和汽车行业如 何从海量数据中快速获取知识和有用信息并加以利用更是一个至关重要的问 题。
因此，如何提供一种能够解决上述问题的双向充电平台便成为了本领域技 术人员急需解决的技术问题。
发明内容
本发明提供了一种基于大数据的双向充电平台，包括双向充电网络大数据 中心、电网系统、若干分布于不同区域的双向充电装置、若干双向充电综合监 控模块、和配置在可接入所述双向充电装置的各个车辆上的用户终端和车载双 向充电模块，所述双向充电装置与所述双向充电监控模块一一对应连接，每辆 车辆上的用户终端和车载双向充电模块一一对应连接，所述电网系统连接所述 双向充电网络大数据中心，所述双向充电网络大数据中心连接若干所述双向充 电综合监控模块，所述电网系统通过双向充电网络大数据中心、双向充电综合 监控模块和双向充电装置能够将所述电网系统内的实时的电网波动信息和实时 电价传输给接入所述双向充电装置的若干辆汽车的车载双向充电模块并最终提 供给用户终端，所述用户终端参考接收到的所述实时的电网波动信息和实时电 价向所述车载双向充电模块发出充放电指令，所述车载双向充电模块根据接收 的指令能够调整电池进行充电或者放电，所述双向充电综合监控模块能够监控 接入每个所述双向充电装置的车辆的数量和每辆所述车辆的充放电状态并将监 控的车辆的数量和每辆所述车辆的充放电状态的数据传输给所述双向充电网络 大数据中心，所述双向充电网络大数据中心对接收的数据进行存储和处理并将 处理结果传输给所述电网系统。
作为优选，所述双向充电网络大数据中心包括大数据访问框架模块、大数 据存储框架模块、大数据调度框架模块、大数据处理框架模块，所述大数据存 储框架模块为基于Hadoop文件系统的分布式文件处理系统，所述大数据处理框 架模块基于Map Reduce的分布式计算技术能够进行数据处理，所述大数据存储 框架模块和所述大数据处理框架模块通过网络层连接到所述大数据访问框架模 块，所述大数据访问框架模块集成了计算机编程语言Pig、数据仓库工具Hive 和开源数据传递工具Sqoop子模块，所述大数据调度框架模块包括基于列存储 的开源非关系型数据库Hbase、数据序列化格式与传输工具Avro、分布式锁 设施Zoo Keeper和日志收集系统Flume子模块，所述大数据调度框架模块能 够对数据进行组织与调度。
作为优选，所述车载双向充电模块配置有异常报警模块，所述异常报警模 块能够在充放电异常状态下停止所述车载双向充电模块的工作。
作为优选，所述双向充电装置为双向充电桩，所述双向充电桩设置在车辆 流量和停放密度集中的区域。
作为优选，所述双向充电桩对外通讯采用CAN通讯接口，所述双向充电桩 对外通讯协议采用国标电动汽车电池管理系统与非车载充电之间的通信协议中 的规定和技术标准。
作为优选，所述双向充电装置包括报警和应急保护模块，所述报警和应急 保护模块能够对充放电过程中的异常状态进行报警和应急保护。
作为优选，所述双向充电装置综合监控模块包括数据保护模块，所述数据 保护模块能够保护所述双向充电装置综合监控模块中的数据的安全。
作为优选，所述双向充电网络大数据中心还包括数据管理模块，所述数据 管理模块能够对数据进行管理。
作为优选，所述双向充电网络大数据中心还包括安全与备份模块，所述安 全与备份模块能够对数据进行安全防护和备份。
本发明提供的基于大数据的双向充电平台，具有如下技术效果：
该平台包括双向充电网络大数据中心、电网系统、若干分布于不同区域的 双向充电装置和若干双向充电综合监控模块，双向充电装置用于汽车接入，进 而实现与电网系统之间的充放电，电网系统通过双向充电网络大数据中心、双 向充电综合监控模块和双向充电装置能够将电网的实时波动信息和实时电价传 输给接入双向充电装置的若干辆汽车上配置的车载双向充电模块，进而提供给 用户终端，用户终端根据电网的实时波动信息和电价来决定充放电，比如，有 些汽车可能没必要必须进行充电，但接入双向充电装置的时段，如果电价较低， 汽车用户会进行充电，但此时如果电价较高或者电网的波动信息显示波动较大 时，汽车用户可能就不会进行充电了，如果该时段，接入的车辆是较大的一个 量级，如果没有考虑电价的话，较多汽车同时接入电网进行充电，如此一来可 能会对电网造成很大的冲击，严重的话可能会使电网瘫痪，而通过本平台，可 避免上述情况的发生；进一步的，接入的汽车通过双向充电装置、双向充电综 合监控模块，可见汽车的充放电状态传输给双向充电网络大数据中心，双向充 电网络大数据中心可对该数据进行处理并将处理结果反馈给电网系统，电网系 统可以实时更新电网的波动信息并通过该平台分享给新接入的汽车，进而汽车 可根据该信息作出合理的充放电决策；同时，该处理结果，也可以作为调整实 时电价的参考，比如，电网系统得知某一时间段为汽车充电高峰期，该时间段， 电网的负载较大，在调整电价时，其可以作为参考，比如可将该时间段的电价 稍微提升，如此一来，一些没必要必须充电的汽车用户可能会不进行汽车的充 电，其可减轻电网系统的负载，保障了电网的稳定可靠运转；进一步的，该平 台能够收集不同区域的双向充电装置的接入汽车的数量，其可对每个双向充电 装置的使用需求作一个调查，比如某个区域的汽车充电所需的用电量较大，可 相应的在该区域增设新的双向充电装置，以满足使用需求。
该大数据平台，能够很好地应对汽车数量增长带来的数据洪流，并能够从 PB、ZB级的海量数据中分析、提取出有价值的数据，用于电网系统运维和用户 服务，解决了传统数据处理技术难以处理的问题。
该平台用大数据技术的强大处理能力，给出汽车用户最优的充放电策略， 既满足了用户需求，又能够在一定程度上缓解电网系统的配电压力，而且随着 汽车数量的不断增长，大数据技术的优势会持续凸显出来。
作为优选，异常报警模块能够保证充放电的安全性。
作为优选，报警和应急保护模块同样可保证充放电的安全性。
作为优选，数据保护模块可保护数据的安全。
本发明还提供了一种基于大数据的双向充电方法，所述方法基于上述所述 的任一双向充电平台进行，包括如下步骤：
步骤1：所述双向充电网络大数据中心收集当前状态下的电网系统内实时的 电网波动信息和实时电价，并传输给所述双向充电综合监控模块；
步骤2：新接入所述双向充电装置的车辆的车载双向充电模块通过与所述双 向充电监控模块相连接的所述双向充电装置能够获取当前状态下的电网系统内 实时的电网波动信息和实时电价并传输给车辆上的用户终端，所述用户终端参 考接收的电网波动信息和实时电价向所述车载双向充电模块发出充放电指令；
步骤3：所述车载双向充电模根据接收的指令调整电池进行充电或者放电并 能够将电池的充放电状态通过所述双向充电装置传输给所述双向充电综合监控 模块；
步骤4：所述双向充电综合监控模块将接收的电池的充放电状态的数据和接 入每个所述双向充电装置的车辆的数量传输给所述双向充电网络大数据中心， 所述双向充电网络大数据中心对接收的数据进行存储和处理并将能够将处理结 果传输给所述电网系统；
步骤5：电网系统根据处理结果能够实时更新电网系统的波动信息，并反馈 给所述双向充电网络大数据中心；
步骤6：所述双向充电网络大数据中心接收更新后的电网系统的波动信息 后，重复步骤1-5。
作为优选，步骤2中，所述用户终端向所述车载双向充电模块发出充放电 指令前，所述用户终端参考接收的电网波动信息和实时电价，同时考虑车辆的 自身需求。
作为优选，步骤5中，电网系统根据处理结果可以得知每个所述双向充电 装置是否能满足使用需求并基于此可以调整不同区域的双向充电装置的数量， 同时可将处理结果作为调整电价的参考。
该方法基于上述的双向充电平台进行，所以具有同样的有益效果。
附图说明
图1为本发明所提供的大数据双向充电平台的结构框图；
图2为本发明所述提供基于大数据的双向充电方法的流程示意图。
具体实施方式
如图1-2所示，图1为本发明所提供的大数据双向充电平台的结构框图； 图2为本发明所述提供基于大数据的双向充电方法的流程示意图。
如图1所示，本发明提供了一种基于大数据的双向充电平台，其包括双向 充电网络大数据中心、电网系统、若干分布于不同区域的双向充电装置、若干 双向充电综合监控模块、和配置在可接入所述双向充电装置的各个车辆上的用 户终端和车载双向充电模块，所述双向充电装置与所述双向充电监控模块一一 对应连接，每辆车辆上的用户终端和车载双向充电模块一一对应连接，所述电 网系统连接所述双向充电网络大数据中心，所述双向充电网络大数据中心连接 若干所述双向充电综合监控模块，所述电网系统通过双向充电网络大数据中心、 双向充电综合监控模块和双向充电装置能够将所述电网系统内的实时的电网波 动信息和实时电价传输给接入所述双向充电装置的若干辆汽车的车载双向充电 模块并最终提供给用户终端，所述用户终端参考接收到的所述实时的电网波动 信息和实时电价向所述车载双向充电模块发出充放电指令，所述车载双向充电 模块根据接收的指令能够调整电池进行充电或者放电，所述双向充电综合监控 模块能够监控接入每个所述双向充电装置的车辆的数量和每辆所述车辆的充放 电状态并将监控的车辆的数量和每辆所述车辆的充放电状态的数据传输给所述 双向充电网络大数据中心，所述双向充电网络大数据中心对接收的数据进行存 储和处理并将处理结果传输给所述电网系统。
该平台包括双向充电网络大数据中心、电网系统、若干分布于不同区域的 双向充电装置和若干双向充电综合监控模块，双向充电装置用于汽车接入，进 而实现与电网系统之间的充放电，电网系统通过双向充电网络大数据中心、双 向充电综合监控模块和双向充电装置能够将电网的实时波动信息和实时电价传 输给接入双向充电装置的若干辆汽车上配置的车载双向充电模块，进而提供给 用户终端，用户终端根据电网的实时波动信息和电价来决定充放电，比如，有 些汽车可能没必要必须进行充电，但接入双向充电装置的时段，如果电价较低， 汽车用户会进行充电，但此时如果电价较高或者电网的波动信息显示波动较大 时，汽车用户可能就不会进行充电了，如果该时段，接入的车辆是较大的一个 量级，如果没有考虑电价的话，较多汽车同时接入电网进行充电，如此一来可 能会对电网造成很大的冲击，严重的话可能会使电网瘫痪，而通过本平台，可 避免上述情况的发生；进一步的，接入的汽车通过双向充电装置、双向充电综 合监控模块，可见汽车的充放电状态传输给双向充电网络大数据中心，双向充 电网络大数据中心可对该数据进行处理并将处理结果反馈给电网系统，电网系 统可以实时更新电网的波动信息并通过该平台分享给新接入的汽车，进而汽车 可根据该信息作出合理的充放电决策；同时，该处理结果，也可以作为调整实 时电价的参考，比如，电网系统得知某一时间段为汽车充电高峰期，该时间段， 电网的负载较大，在调整电价时，其可以作为参考，比如可将该时间段的电价 稍微提升，如此一来，一些没必要必须充电的汽车用户可能会不进行汽车的充 电，其可减轻电网系统的负载，保障了电网的稳定可靠运转；进一步的，该平 台能够收集不同区域的双向充电装置的接入汽车的数量，其可对每个双向充电 装置的使用需求作一个调查，比如某个区域的汽车充电所需的用电量较大，可 相应的在该区域增设新的双向充电装置，以满足使用需求。
该大数据平台，能够很好地应对汽车数量增长带来的数据洪流，并能够从 PB、ZB级的海量数据中分析、提取出有价值的数据，用于电网系统运维和用户 服务，解决了传统数据处理技术难以处理的问题。
该平台用大数据技术的强大处理能力，给出汽车用户最优的充放电策略， 既满足了用户需求，又能够在一定程度上缓解电网系统的配电压力，而且随着 汽车数量的不断增长，大数据技术的优势会持续凸显出来。
进一步的，双向充电网络大数据中心包括大数据访问框架模块、大数据存 储框架模块、大数据调度框架模块、大数据处理框架模块，所述大数据存储框 架模块为基于Hadoop文件系统的分布式文件处理系统，所述大数据处理框架模 块基于Map Reduce的分布式计算技术能够进行数据处理，所述大数据存储框架 模块和所述大数据处理框架模块通过网络层连接到所述大数据访问框架模块， 所述大数据访问框架模块集成了计算机编程语言Pig、数据仓库工具Hive和开 源数据传递工具Sqoop子模块，所述大数据调度框架模块包括基于列存储的开 源非关系型数据库Hbase、数据序列化格式与传输工具Avro、分布式锁设施 Zoo Keeper和日志收集系统Flume子模块，所述大数据调度框架模块能够对数据进行组织与调度。
本发明中，车载双向充电模块配置有异常报警模块，所述异常报警模块能 够在充放电异常状态下停止所述车载双向充电模块的工作。
异常报警模块能够保证充放电的安全性。
进一步的，双向充电装置为双向充电桩，所述双向充电桩设置在车辆流量 和停放密度集中的区域。
其中，双向充电桩对外通讯采用CAN通讯接口，所述双向充电桩对外通讯 协议采用国标电动汽车电池管理系统与非车载充电之间的通信协议中的规定和 技术标准。
进一步的，双向充电装置包括报警和应急保护模块，所述报警和应急保护 模块能够对充放电过程中的异常状态进行报警和应急保护。
报警和应急保护模块同样可保证充放电的安全性。
进一步的，双向充电装置综合监控模块包括数据保护模块，所述数据保护 模块能够保护所述双向充电装置综合监控模块中的数据的安全。
数据保护模块可保护数据的安全。
进一步的，双向充电网络大数据中心还包括数据管理模块，所述数据管理 模块能够对数据进行管理。
双向充电网络大数据中心还包括安全与备份模块，所述安全与备份模块能 够对数据进行安全防护和备份。
本发明还提供了一种基于大数据的双向充电方法，方法基于上述双向充电 平台进行，包括如下步骤：
步骤1：所述双向充电网络大数据中心收集当前状态下的电网系统内实时的 电网波动信息和实时电价，并传输给所述双向充电综合监控模块；
步骤2：新接入所述双向充电装置的车辆的车载双向充电模块通过与所述双 向充电监控模块相连接的所述双向充电装置能够获取当前状态下的电网系统内 实时的电网波动信息和实时电价并传输给车辆上的用户终端，所述用户终端参 考接收的电网波动信息和实时电价向所述车载双向充电模块发出充放电指令；
步骤3：所述车载双向充电模根据接收的指令调整电池进行充电或者放电并 能够将电池的充放电状态通过所述双向充电装置传输给所述双向充电综合监控 模块；
步骤4：所述双向充电综合监控模块将接收的电池的充放电状态的数据和接 入每个所述双向充电装置的车辆的数量传输给所述双向充电网络大数据中心， 所述双向充电网络大数据中心对接收的数据进行存储和处理并将能够将处理结 果传输给所述电网系统；
步骤5：电网系统根据处理结果能够实时更新电网系统的波动信息，并反馈 给所述双向充电网络大数据中心；
步骤6：所述双向充电网络大数据中心接收更新后的电网系统的波动信息 后，重复步骤1-5。
进一步的，步骤2中，用户终端向所述车载双向充电模块发出充放电指令 前，所述用户终端参考接收的电网波动信息和实时电价，同时考虑车辆的自身 需求。比如，接入时的电价较高，但车辆可能突然要改变行程，耗费较多的电 量，此时，可能就不进行放电了。
进一步的，步骤5中，电网系统根据处理结果可以得知每个所述双向充电 装置是否能满足使用需求并基于此可以调整不同区域的双向充电装置的数量， 同时可将处理结果作为调整电价的参考。
该方法基于上述的双向充电平台进行，所以具有同样的有益效果。
Claims (12)
1.一种基于大数据的双向充电平台，其特征在于，包括双向充电网络大数据中心、电网系统、若干分布于不同区域的双向充电装置、若干双向充电综合监控模块、和配置在可接入所述双向充电装置的各个车辆上的用户终端和车载双向充电模块，所述双向充电装置与所述双向充电监控模块一一对应连接，每辆车辆上的用户终端和车载双向充电模块一一对应连接，所述电网系统连接所述双向充电网络大数据中心，所述双向充电网络大数据中心连接若干所述双向充电综合监控模块，所述电网系统通过双向充电网络大数据中心、双向充电综合监控模块和双向充电装置能够将所述电网系统内的实时的电网波动信息和实时电价传输给接入所述双向充电装置的若干辆汽车的车载双向充电模块并最终提供给用户终端，所述用户终端参考接收到的所述实时的电网波动信息和实时电价向所述车载双向充电模块发出充放电指令，所述车载双向充电模块根据接收的指令能够调整电池进行充电或者放电，所述双向充电综合监控模块能够监控接入每个所述双向充电装置的车辆的数量和每辆所述车辆的充放电状态并将监控的车辆的数量和每辆所述车辆的充放电状态的数据传输给所述双向充电网络大数据中心，所述双向充电网络大数据中心对接收的数据进行存储和处理并将处理结果传输给所述电网系统。
2.根据权利要求1所述的基于大数据的双向充电平台，其特征在于，所述双向充电网络大数据中心包括大数据访问框架模块、大数据存储框架模块、大数据调度框架模块、大数据处理框架模块，所述大数据存储框架模块为基于Hadoop文件系统的分布式文件处理系统，所述大数据处理框架模块基于Map Reduce的分布式计算技术能够进行数据处理，所述大数据存储框架模块和所述大数据处理框架模块通过网络层连接到所述大数据访问框架模块，所述大数据访问框架模块集成了计算机编程语言Pig、数据仓库工具Hive和开源数据传递工具Sqoop子模块，所述大数据调度框架模块包括基于列存储的开源非关系型数据库Hbase、数据序列化格式与传输工具Avro、分布式锁设施Zoo Keeper和日志收集系统Flume子模块，所述大数据调度框架模块能够对数据进行组织与调度。
3.根据权利要求1所述的基于大数据的双向充电平台，其特征在于，所述车载双向充电模块配置有异常报警模块，所述异常报警模块能够在充放电异常状态下停止所述车载双向充电模块的工作。
4.根据权利要求1所述的基于大数据的双向充电平台，其特征在于，所述双向充电装置为双向充电桩，所述双向充电桩设置在车辆流量和停放密度集中的区域。
5.根据权利要求4所述的基于大数据的双向充电平台，其特征在于，所述双向充电桩对外通讯采用CAN通讯接口，所述双向充电桩对外通讯协议采用国标电动汽车电池管理系统与非车载充电之间的通信协议中的规定和技术标准。
6.根据权利要求1所述的基于大数据的双向充电平台，其特征在于，所述双向充电装置包括报警和应急保护模块，所述报警和应急保护模块能够对充放电过程中的异常状态进行报警和应急保护。
7.根据权利要求1所述的基于大数据的双向充电平台，其特征在于，所述双向充电装置综合监控模块包括数据保护模块，所述数据保护模块能够保护所述双向充电装置综合监控模块中的数据的安全。
8.根据权利要求1所述的基于大数据的双向充电平台，其特征在于，所述双向充电网络大数据中心还包括数据管理模块，所述数据管理模块能够对数据进行管理。
9.根据权利要求1所述的基于大数据的双向充电平台，其特征在于，所述双向充电网络大数据中心还包括安全与备份模块，所述安全与备份模块能够对数据进行安全防护和备份。
10.一种基于大数据的双向充电方法，其特征在于，所述方法基于权利要求1-9之一所述的双向充电平台进行，包括如下步骤：
步骤1：所述双向充电网络大数据中心收集当前状态下的电网系统内实时的电网波动信息和实时电价，并传输给所述双向充电综合监控模块；
步骤2：新接入所述双向充电装置的车辆的车载双向充电模块通过与所述双向充电监控模块相连接的所述双向充电装置能够获取当前状态下的电网系统内实时的电网波动信息和实时电价并传输给车辆上的用户终端，所述用户终端参考接收的电网波动信息和实时电价向所述车载双向充电模块发出充放电指令；
步骤3：所述车载双向充电模根据接收的指令调整电池进行充电或者放电并能够将电池的充放电状态通过所述双向充电装置传输给所述双向充电综合监控模块；
步骤4：所述双向充电综合监控模块将接收的电池的充放电状态的数据和接入每个所述双向充电装置的车辆的数量传输给所述双向充电网络大数据中心，所述双向充电网络大数据中心对接收的数据进行存储和处理并将能够将处理结果传输给所述电网系统；
步骤5：电网系统根据处理结果能够实时更新电网系统的波动信息，并反馈给所述双向充电网络大数据中心；
步骤6：所述双向充电网络大数据中心接收更新后的电网系统的波动信息后，重复步骤1-5。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，步骤2中，所述用户终端向所述车载双向充电模块发出充放电指令前，所述用户终端参考接收的电网波动信息和实时电价，同时考虑车辆的自身需求。
12.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，步骤5中，电网系统根据处理结果可以得知每个所述双向充电装置是否能满足使用需求并基于此可以调整不同区域的双向充电装置的数量，同时可将处理结果作为调整电价的参考。
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