CN110562091B - 用于直流充电机的智能优化与监测装置、直流充电系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种用于直流充电机的智能优化与监测装置和直流充电系统，根据监听到的电池充电需求报文BCL计算电动汽车的需求功率P0；采用取整函数向上取整得到当前需要投入运行的充电子模块个数N；生成相应的充电子模块投入数量报文指令并发送至充电控制器；计算当前输出效率η；调整N，计算当前负载率λ，并在其在预设范围内时生成投入数量报文指令并发送至充电控制器，计算当前输出效率η；继续调整N，直到向上或向下调整N时λ均超出预设范围；输出最大输出效率η_max和最优投入个数，进入最优充电运行状态。通过本发明一方面可实现直流充电机输出效率的优化，在其基础上还可实现充电过程的窃电分析。

Description

用于直流充电机的智能优化与监测装置、直流充电系统

技术领域

本发明涉及一种充电机智能实时监测装置，特别是针对用于直流充电机的智能优化与监测装置、直流充电系统。

背景技术

随着电动汽车的普及，电动汽车充电设施也随之迅猛发展。从国家标准、行业标准以及企业标准的不停发布和更新来看，电动汽车充电设施的要求和功能正逐步完善和统一。电动汽车陆续进入千家万户，充电设施也一步步走近广大用户。不断利好消息公布的同时，也正在发生不相适宜的事件。不花钱就能给电动汽车充电？2018年北京一网约车司机利用国家电网充电软件的漏洞，使用“捏枪法”“卡秒法”实现免费或低价充电，半年的时间窃电382次。

不仅如此，窃电现象如此频繁的同时，充电输出效率不高也是目前较为严重的问题。2020年我国电动车的保有量目标是500万辆，平均每辆车平均电池容量200度电，每天补电20度。目前充电输出效率普遍不高，最高也只能达到92％。按总体补电1亿度电算，效率从92％提升到96％，那么每天将节省400万度电，每节约1度电，就相当于节省了0.4千克煤的能耗和4升净水，同时还减少了1千克二氧化碳和0.03千克二氧化硫的排放。仅仅是出行工具方面的优化，对环境和我国经济效益有着显著的影响。

目前，针对非车载充电机(简称充电机)和充电系统的研究较为多见，但缺乏对充电系统输出效率进行优化和管控；对窃电依据和预防办法的研究不足。电动汽车动力电池充电系统通常包含交流电能、交直流转化和电池接受直流电能三部分。而非车载充电机涉及前两个部分，若要判断其是否发生窃电，应明确交直流转化效率。但由于目前市场上充电模块输出效率(交流电能转化为直流电能的效率，即直流输出功率与交流输入功率的比值)不一致，尤其在充电模块负载率(充电模块实际承担的负载功率与其额定输出功率的比值)不同时，输出效率差异更为凸显，因而很难建立输出效率和负载率准确的映射关系。如表1所示，NB/T 33001-2018中7.11规定，负载率(即实际输出功率P₀/额定输出功率P_n)在一定范围内对应的输出效率的要求。而目前大多充电机厂家仅仅是满足该要求，但并不能明显优于该要求，可见，也正是因为充电模块千差万别，国家能源局难以把控，给出了较宽的范围。因此，如何优化充电输出效率以及准确判断是否发生窃电成为目前的难题。

表1

实际输出功率P<sub>0</sub>/额定输出功率P<sub>n</sub>	输出效率
		20％≤P<sub>0</sub>/P<sub>n</sub>≤50％	≥88％
50％＜P<sub>0</sub>/P<sub>n</sub>≤100％	≥93％

公开号为CN201620431792.2的实用新型专利公开了一种新能源充电桩的智能控制装置，该装置包括：固定座，固定座上设有充电桩体，充电桩体内设有电池组；充电桩体的端部后部设有智能防窃电控制装置，充电桩体内设有电路控制板，电路控制板与电池组连接，电路控制板连接有充电线，充电线的一端与电路控制板连接，充电线的另一端设有充电头；充电桩体的端部后部设有安装板，智能防窃电控制装置设置在安装板上。通过此智能防窃电控制装置可以方便电池组的智能防窃，但实际上其并未给出如何判断是否窃电的具体技术方案，未从根本上解决主流充电桩中的窃电等问题。

发明内容

为解决上述问题，本发明公开一种用于直流充电机的智能优化与监测装置和直流充电系统，实现直流充电机输出效率的优化，进一步，还可基于优化后的输出效率实现充电过程的窃电分析。

本发明的技术方案如下:

方案一：一种用于直流充电机的智能优化与监测装置，所述智能优化与监测装置通过第一RS485总线与直流充电机的交流电能表连接通信，通过第二RS485总线与直流充电机的直流电能表连接通信，通过第一CAN线监听充电控制器与电动汽车的BMS之间的通信，通过第二CAN线监听充电控制器与充电模块之间的通信；所述智能优化与监测装置包括处理器和用于存储处理器可执行的指令的存储器，所述处理器被配置为：

通过第一CAN线监听到的电池充电需求报文BCL，获取电压需求和电流需求，将电压需求和电流需求相乘得到所述电动汽车的需求功率P0；

根据所述需求功率P0采用取整函数y＝ceil(x)向上取整得到当前需要投入运行的充电子模块个数N；生成相应的充电子模块投入数量报文指令并发送至充电控制器；待充电控制器响应投入数量报文指令后，计算当前输出效率η；

以s为步长向上或向下调整N，所述s为不小于1的自然数；计算当前负载率λ，并在所述负载率λ在预设范围内时，生成相应的投入数量报文指令并发送至充电控制器；待充电控制器响应投入数量报文指令后，计算当前输出效率η；继续调整N，重复上述过程，直到向上或向下调整N时，计算得到的λ均超出预设范围；

选择上述计算过程中最大输出效率η_max对应的需要投入运行的充电子模块个数N为最优投入个数，生成相应的投入数量报文指令并发送至充电控制器以进入最优充电运行状态；

所述需要投入运行的充电子模块个数N的计算方式为：

P_s表示单个充电子模块的额定功率，λ₀表示预设的初始负载率；

所述输出效率η的计算方式为：通过交流电能表获取当前输入功率P1，通过直流电能表获取当前输出功率P2，

所述负载率λ的计算方式为：

作为一种优选方案，所述处理器还被配置为：在每次计算完输出效率η后，将其与预设的目标效率η₀进行比较：若η≥η₀，确定当前投入运行的充电子模块个数N即为最优投入个数，并将当前运行状态作为最优充电运行状态保持；若η＜η₀，否则继续后续步骤。

作为一种优选方案，所述处理器还被配置为：在确定最优投入个数后，通过随机生成函数randperm(K,N)对预先存入的充电子模块的身份标识进行随机选取，其中，K为充电子模块总个数，N为最优投入个数，N<K；根据选取结果生成投入身份报文指令并发送至充电控制器，以进入最优充电运行状态。

作为一种优选方案，所述负载率的预设范围为30％～70％。

作为一种优选方案，所述初始负载率λ₀为60％

作为一种优选方案，所述目标效率η₀为96％。

作为一种优选方案，所述处理器还被配置为：在最优充电运行状态下，通过第一CAN线监听到的电池充电总状态报文(BCS)获取充电电压测量值和充电电流测量值，计算电动汽车的充电电池的充电接收功率P3，并与直流侧获取的直流输出功率P2进行比较，若P3<P2，说明直流侧有窃电风险，生成相应的窃电风险报文指令并发送至充电控制器；通过直流电能表获取直流侧的直流输出功率P2，通过交流电能表获取交流侧的交流有功功率P1，并将两者进行比较，若P2/η<P1，说明交流侧有窃电风险，生成相应的窃电风险报文指令并发送至充电控制器。

作为一种优选方案，所述处理器还被配置为：在待机状态下，获取交流侧的交流有功功率P1，并将其与已知的系统待机运行功率进行比较，当P1大于系统待机运行功率，说明交流侧有窃电风险，生成相应的窃电风险报文指令并发送至充电控制器。

作为一种优选方案，所述处理器还被配置为：在充电结束后，通过第一CAN线监听到的统计数据报文(CSD)获取充电机本次为电动汽车充电而输出的直流电量W_电；计算直流电能表在本次充电过程中的起讫值的差值，得到直流侧充电模块输出的电能W_直；计算交流电能表在本次充电过程中的起讫值的差值，得到交流侧输入的电能W_交；将直流电量W_电和电能W_直进行比较，若W_电＜W_直，说明直流侧有窃电风险，生成相应的窃电风险报文指令并发送至充电控制器；将电能W_交和电能W_直进行比较，若W_交＞W_直/η，说明交流侧有窃电风险，生成相应的窃电风险报文指令并发送至充电控制器。

方案二：一种直流充电系统，包括直流充电机和具有方案一及其优化方案任意一项所述的智能优化与监测装置；所述直流充电机包括充电控制器，以及与其电连接的充电模块、直流电能表和交流电能表。

方案三：一种用于直流充电机的智能优化与监测装置，所述智能优化与监测装置通过第一RS485总线与直流充电机的交流电能表连接通信，通过第二RS485总线与直流充电机的直流电能表连接通信，通过第一CAN线监听充电控制器与电动汽车的BMS之间的通信，通过第二CAN线监听充电控制器与充电模块之间的通信；所述智能优化与监测装置包括输出效率优化、随机选择模块和窃电分析模块；所述输出效率优化用于优化直流充电机的输出效率；所述随机选择模块用于根据输出效率模块最终输出的最优投入个数后通过随机生成函数randperm(K,N)对预先存入的充电子模块的身份标识进行随机选取，根据选取结果生成投入身份报文指令并发送至充电控制器，以进入最优充电运行状态；所述窃电分析模块用于在进入最优充电运行状态，实时对直流充电机的直流输入和交流输出侧进行窃电分析，并在有窃电风险产生时，生成相应的窃电风险报文指令并发送至充电控制器。

方案四：一种直流充电系统，包括直流充电机和具有方案三所述的智能优化与监测装置；所述直流充电机包括充电控制器，以及与其电连接的充电模块、直流电能表和交流电能表。

其中，上述各方案中，智能优化与监测装置生成的各类通讯报文指令均符合《SAEJ1939-21-2006商用车控制系统局域网络(CAN总线)通讯协议》所规定的格式，并通过第一CAN线及充电控制器与充电模块之间的通信信道发送至充电控制器。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

(1)基于经验拟定的非车载充电机效率负荷曲线，通过智能优化与监测装置具有的输出效率优化功能实时采集获取电动汽车和充电机的相关数据，并根据充电需求在预设范围内对充电机负载率进行调节，匹配合适数量的充电子模块数量投入运行，优化充电机输出效率，使其达到最优值输出效率，提高系统电能使用效率。

(2)还可通过设定目标效率，还可提升输出效率优化程序的运行效率，尽时达到或接近目标输出效率。

(3)通过智能优化与监测装置具有的随机选择功能，在接收到最优投入个数时，可通过随机函数产生实际投入运行的不重复的充电子模块身份编号，避免当充电子模块不全部运行时，因总是顺序启动导致的个别充电子模块运行寿命大大缩减的问题，使得充电系统中各充电子模块出力相对均衡，保证系统健康运行。

(4)基于优化后的输出效率，通过智能优化与监测装置具有的窃电分析功能实时获取充电机的交流侧和直流侧相关数据以及电动汽车和充电机之间的通讯报文，实时监测电动汽车与非车载充电机的运行状态，准确判断待机状态、充电过程中以及充电结束各阶段是否存在窃电、跑电等风险，并能在出现风险或故障时通过充电控制器上报管理平台，实现提前预警。

附图说明

图1是实施例中公开的非车载充电系统的结构示意框图；

图2是实施例中非车载充电机的效率负荷曲线；

图3是实施例中智能优化与监测装置的结构示意框图；

图4是实施例中智能优化与监测装置的一种工作示意图；

图5是实施例中智能优化与监测装置的另一种工作示意图。

具体实施方式

本发明针对目前无法明确充电机输出效率，无法判断充电过程是否存在窃电的技术难题，首先运用充电输出优化算法，综合提升充电机的输出效率；然后在输出效率最大化的基础上诊断是否发生窃电行为。

如图1所示，实施例中公开一种非车载充电系统(简称系统)，主要包括充电机1、智能优化与监测装置2。充电机主要包括充电控制器11及与其电连接的充电模块12、直流电能表13、交流电能表14、交流断路器15(图中未示意)和交流接触器16(图中未示意)等；充电控制器11通过CAN线分别与充电模块12以及电动汽车电池管理系统(以下简称BMS)连接通讯；充电模块12又包括多块并联的充电子模块，各充电子模块的型号和电性能参数均相同。充电子模块个数通常取决于充电设备额定输出功率，例如，目前常见的120kW的充电设备，配备15kW的充电子模块，相应的该充电模块即包含8个充电子模块。智能优化与监测装置2通过RS485_1总线与交流电能表13通信连接，通过RS485_2总线与直流电能表14通信连接，同时还通过CAN_2线监听充电控制器与充电模块，通过CAN_1线监听充电控制器与BMS之间的通讯。结合图3所示，智能优化与监测装置2主要包括输出效率优化21、随机选择模块22和窃电分析模块23。

如图2所示，从根据经验得到的非车载充电机的效率负荷曲线看，充电模块的输出效率通常与充电模块的负载率有关，在充电模块负载率30％～70％范围内，效率可达到96％。可见，选择合适的充电模块负载率，对输出效率曲线起到至关重要的作用。因此，可通过调节充电模块的负载率使其输出效率达到或尽可能接近96％，并由此明确并统一标准，为判断窃电判断做基础准备。

在充电过程中，为解决充电模块在不同负载率工况下的输出效率差异较大的问题，智能优化与监测装置2包括输出效率优化模块21，用于识别电动汽车的需求功率，根据预设的初始负载率(例如，60％)自适应匹配出当前需要运行的充电子模块的数量，并在充电过程中实时读取交流侧的输入功率和直流侧的输出功率，计算输出效率，若输出效率小于目标效率(例如，96％)，则继续在30％～70％范围内调整负载率，重新匹配投入运行的充电子模块的个数，直到输出效率达到或接近目标效率，从而实现充电模块的输出效率最优。

如图4所示，该输出效率优化模块21运行时，可执行以下指令：

在启动运行时，输出效率优化模块21通过CAN_1线监听获得BMS向充电控制器发送的电池充电需求报文BCL，并从中获取电压需求和电流需求，将电压需求和电流需求相乘得到电动汽车的需求功率P0，并发送至输出效率优化模块21；输出效率优化模块21根据预设的初始负载率λ₀＝60％，计算出需要开启的充电子模块的个数N，为保证计算得到的个数为整数，采用取整函数y＝ceil(x)向上取整得到当前应开启的充电子模块的数量。计算公式如下：

其中，P_s表示单个充电子模块的额定功率；由此，得到当前需要开启的充电子模块的个数N。输出效率优化模块21并由此生成相应的投入数量报文指令，然后通过CAN_1线和借用监听充电控制器11与充电模块12之间的通信信道向充电控制器11发出相应的投入数量报文指令。报文格式符合《SAEJ1939-21-2006商用车控制系统局域网络(CAN总线)通讯协议》所规定的格式，主要包括帧格式、报文数据内容、报文发送波特率、周期和超时时间。报文内容举例如表2所示：

表2

在优化过程中，输出效率优化模块21通过交流电能表13实时读取输入功率P1，通过直流电能表14实时读取输出功率P2，计算当前输出效率η，η＝P2/P1，并将输出效率η输出至输出效率优化模块21。然后再以步长为1的阶梯在N左右两侧依次取数，计算每一个N对应的负载率，直到负载率超出预先设定的负载率范围，取最大输出效率η_max对应的个数N作为最终运行需要投入的充电子模块个数。结合图2所示，由于充电输出效率曲线随负载率呈同向变化，即在最大输出效率η_max两侧输出效率均连续减小，因此，在上述计算过程中，如效率出现下降时，则可不用继续算该侧的其它个数。

根据物理实验数据，在预先设定的30％～70％的范围内调整当前负载率λ，重新匹配与之相适应的投入运行的充电子模块个数，并通知充电控制器11；然后重复上述过程，直到找到最大输出效率η_max。

作为一种优选方案，输出效率优化模块21每次计算输出效率时，将当前输出效率η与目标效率η₀进行比较：若η≥η₀，说明已达到优化目的，可进行后续窃电分析，此时即使当前输出效率并非最大值，也无需再寻找最大输出效率η_max，当前输出效率对应的个数N即可作为最终运行需要投入的充电子模块个数；若η＜η₀，则需要继续优化，直到达到目标效率η₀或找到最大输出效率η_max，此时的最大输出效率η_max可能接近目标效率η₀，或者达到目标效率η₀，或者刚好为最大输出效率η_max。

接下来通过一个具体的实例，来简单介绍其优化调节过程。

假定某一台非车载直流充电机额定输出功率为150kW，充电模块包含10个充电子模块，每个充电子模块额定功率为15kW，电动汽车在这台充电机上充电。非车载直流充电机(以下简称系统)稳定运行后，输出效率优化模块21通过RS485_1总线与交流电能表13通信连接，读取到输入功率P1＝44.944kW，通过RS485_2总线与直流电能表14通信连接，读取到输出功率P2＝40kW，计算出当前输出效率η＝89％。这里需要说明的是，启动时默认开启全部充电子模块，因此，该输出效率对应的是全部充电子模块投入运行时对应的值。将当前输出效率与目标输出效率(96％)进行比较89％≤96％，因此执行效率优化流程如下：

通过CAN_1线监听充电控制器与电动汽车的BMS之间的通信，获取到电池电压需求是500V，电池电流需求是80A，计算得到需求功率P0为40kW，然后将预设的负载率λ₀＝60％带入y＝ceil(x)函数，得到：

说明当前宜开启充电子模块个数N为5，并生成相应的投入数量报文指令通过CAN_1线，并借用充电控制器与电动汽车的BMS之间的通信通道向充电控制器11发出当前宜开启充电子模块个数为5的投入数量报文指令，然后充电控制器11立即关闭剩余的3个充电子模块并调整电流参数。原先10个充电子模块输出80A，每个充电子模块设定8A，现在只开启5个充电子模块，则每个充电子模块设定16A。等系统稳定输出后，通过RS485_1总线与交流电能表13通信连接，读取到输入功率P1＝42.553kW，通过RS485_2总线与直流电能表14通信连接，读取到输出功率P2＝40kW，计算出当前输出效率η＝94％。将当前输出效率与目标输出效率(96％)进行比较，94％≤96％，因此继续执行优化过程。

由输出效率优化模块21计算出本次的实际负载率λ＝40/75*100％＝53.3％，在预先设定的负载范围(30％～70％)内，可继续调整当前负载率λ，因此，首先尝试向下以步长为1的阶梯，取N＝4，利用负载率公式求得当前负载率λ：

说明当前宜开启充电子模块个数N为4时，负载率满足调节的范围要求，然后生成相应的投入数量报文指令并发送到充电控制器11，然后充电控制器11立即关闭剩余的1个模块并调整电流参数。原先5个模块输出80A，每个模块设定16A，现在只开启4个模块，则每个模块设定20A。等系统稳定输出后，通过交流电能表13读取到输入功率P1＝42.105kW，通过直流电能表14读取到输出功率P2＝40kW，计算出当前输出效率η＝95％。将当前输出效率与目标输出效率(96％)进行比较，95％≤96％，因此继续执行优化过程。

接着，尝试再向下以步长为1的阶梯，取N＝3，利用负载率公式求得当前λ：

说明当前宜开启充电子模块个数N为3时，负载率已不满足调节的范围要求，进入到向上以步长为1的阶梯优化流程，取N＝6，利用负载率公式求得当前λ：

说明当前宜开启充电子模块个数N为6时，负载率满足调节的范围要求，然后生成相应的投入数量报文指令并发送到充电控制器11，然后充电控制器11立即开启剩余充电子模块的2个并调整电流参数。原先4个模块输出80A，每个模块设定20A，现在开启6个模块，则每个模块设定13.33A。等系统稳定输出后，读取到输入功率P1＝43.011kW，读取到输出功率P2＝40kW，计算出当前输出效率η＝93％。将当前输出效率与目标输出效率(96％)进行比较，93％≤96％。但不再继续进行优化，因此此时得出最大输出效率值对应的宜开启充电子模块数量N＝4。以上运行数据对比可参见表3。

表3

充电子模块个数N	输出效率η	负载率	30％≤λ≤70％
				5	94％	53.3％	满足
4	95％	66.7％	满足
				3	/	89％	不满足
6	93％	44％	满足

由于充电输出效率曲线随负载率同方向变化，因此N＝4时为输出效率最高值点，不必再继续计算N＝7时的值，即使其负载率满足要求。

如图5所示，进一步的，考虑到每次充电时，通过匹配充电子模块负载率，得出充电子模块启动数量N，这种部分充电子模块参与工作的方式易导致仅仅前几个编号对应的充电子模块一直处于工作状态，这样会加速这几个频繁运行的充电子模块的老化衰减，使得充电系统健康度不均衡。为此，智能优化与监测装置2还包括随机选择模块22。在上述过程中，输出效率优化模块21将输出效率优化结束后的最优投入个数告知随机选择模块22；随机选择模块22通过随机生成函数randperm(K,N)对预先存入的充电子模块的身份标识(例如各充电子模块的地址编码)进行随机选取，输出被选中的充电子模块的身份标识，然后生成相应的投入身份报文指令，并通过CAN_1线和借用监听充电控制器11与充电模块12之间的通信信道输出至充电控制器11；其中，K表示充电模块所包含的充电子模块的个数，N表示当前需要开启的充电子模块的个数，N<K。其中，投入身份报文指令同样需符合《SAEJ1939-21-2006商用车控制系统局域网络(CAN总线)通讯协议》所规定的格式，报文格式如表4所示：

表4

其中：1)有效数据长度指：“有效数据01”至“有效数据N”的个数；2)累加和校验码从“报文总帧数”至“有效数据N”内容的累加和；3)接收完多帧协议数据时，需进行数据的校验，当校验不通过时丢弃此次传输数据。

报文举例如表5所示：

表5中，开启5个充电子模块，具体为序号为：01,02,05,07,08,地址编码的充电子模块。

基于这种随机生成函数randperm(K,N)，等可能性的出现各充电子模块的地址编码，即在使用过程中，各充电子模块的身份标识被选中的概率几乎相等，从而避免当系统中充电子模块不全部运行时，部分充电子模块始终运行，部分充电子模块几乎不运行，导致的部分充电子模块容易老化，寿命大大缩减的问题，让系统出力保持均衡。

还需要说明的是，当采用随机选择模块22，无需再单独发送投入数量报文指令，因为投入身份报文指令中已包含投入数量，直接向充电控制器11发送投入身份报文指令即可。

当得到输出效率优化完成后，输出效率优化模块21停止运行，开始进入有无窃电的风险分析，因此，智能优化与监测装置2还包括窃电分析模块23。窃电分析模块23在运行时执行以下指令：

待机状态下，交流接触器设置为断开，充电模块处于关机状态，仅仅一些用于通讯和计量以及充电控制器处在工作状态。窃电分析模块23获取交流电能表的输入功率P1，并将其与已知的系统待机运行功率进行比较，当输入功率P1大于系统待机运行功率，则说明交流侧存在窃电风险。例如，待机状态下，系统输入功率≤22W，如果此阶段获取的实际输入功率高于此标准值，则说明交流侧有窃电风险存在，生成相应的窃电风险报文指令并通过CAN_1线和借用监听充电控制器11与充电模块12之间的通信信道发送给充电控制器，可由充电控制器11上报窃电故障到监控平台。窃电风险报文的格式和内容同样需符合《SAEJ1939-21-2006商用车控制系统局域网络(CAN总线)通讯协议》所规定的格式，举例说明如表6所示：

表6

在充电阶段，窃电分析模块23通过交流电能表13实时获取交流输入电压U1、交流输入电流I1、交流有功功率P1；通过直流电能表14实时获取直流输出电压U2、直流输出电流I2、直流输出功率P2；通过监听BMS向充电控制器11发送的电池充电总状态报文(BCS)，获取充电电压测量值、充电电流测量值等数据；通过监听充电控制器11向BMS发送的充电机充电状态报文(CCS)，获取充电模块的电压输出值、电流输出值和累计充电时间等数据。在充电结束状态，通过监听充电控制器11向BMS发送的统计数据报文(CSD)，获取累计充电时间、输出能量和充电机编号等数据。

窃电分析模块23根据获取到的有关非车载充电机的交流侧、直流侧、充电模块和BMS侧(电动汽车充电电池这四个对象的相关数据后，通过事先构建的数学等量关系，判断是否有无窃电分析发生。具体其判断过程如下：

在充电过程中，窃电分析模块23通过获取的电池充电总状态报文(BCS)中的充电电压测量值和充电电流测量值计算电池充电接收功率P3，即充电电压测量值和充电电流测量值的乘积，并与直流侧获取的直流输出功率P2进行比较：若P3＝P2，说明直流侧没有窃电风险；若P3<P2，说明直流侧有窃电风险存在，可将此风险上报给平台。窃电分析模块还可将直流侧获取的直流输出功率P2和获取的交流侧交流有功功率P1(即输入功率)进行比较：若P1＝P2/η，说明交流侧无窃电风险；若P2/η<P1，说明交流侧有窃电风险存在，需将此风险上报给平台。

充电结束后，理论上，电动汽车所充的电量W_电与直流电能表输出的电能W_直相等，即W_电＝W_直，交流侧输入电能W_交应等于直流侧输出的电能W_直与输出效率η的比值，即W_交＝W_直/η，但实际过程中由于可能出现的窃电现象，并非完全如此。窃电分析模块通过统计数据报文(CSD)获取充电机本次为电动汽车充电而输出的直流电量，即输出能量；通过计算直流电能表在本次充电过程中的起讫值的差值，得到直流侧充电模块输出的电能W_直。若W_电＜W_直，说明存在直流侧窃电的风险。通过计算交流电能表在本次充电过程中的起讫值的差值，得到交流侧输入电能W_交。若W_交＞W_直/η，说明存在交流侧窃电的风险。

由此可见，本发明结合充电模块输出外特性曲线，通过输出效率优化模块可将充电模块效率统一提升至96％左右，通过窃电分析模块基于该标准更能准确判断是否存在窃电。并且，本发明不仅可以在充电结束后通过电能电量比较判断有无窃电风险，还可以在充电过程中通过交流电能表的交流输入功率与直流表输出功率以及电池充电总状态报文(BCS)中的充电电压测量值和充电电流测量值等综合判断，在线实时得知是否有窃电风险存在，从而解决现有技术中无法实时准确判断是否产生了窃电的技术难题。

可见，本发明将窃电风险设置在非车载充电机不同的工作状态下进行分析，有效判断交流侧和直流侧窃电，并且可以实施在线分析，不用等到充电结束后再来判断和上报。通过对输出效率的监测，设置投入运行的充电子模块的数量，来保证输出效率最优，同时还可以判断充电模块输出参数的性能优劣，并对其参数选型具有一定指导意义。

最后还需要说明的是，在具体应用时，智能优化与监测装置2可以是一台计算机或服务器，其主要包括处理器和存储器。输出效率优化模块21、随机选择模块22和窃电分析模块23均为存储器内存储的相对独立功能的软件程序模块，在运行时被处理器调用执行相应的指令，实现上述功能。当智能优化与监测装置2为计算机时，可采用主频800MHz、Flash256Kb高速闪存，采用多路通讯接口，并包括至少两个CAN接口和两个RS485接口，从而实现上述方法。

另外，上述实施例用于满足一机双枪的非车载充电机需求，一机双枪的原理与之相同，仍可采用本发明所述的技术方案。此处不再赘述。

最后要说明的是，以上仅为本申请较佳的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，相关专业技术人员在不脱离本发明精神和构思前提下推演出的其它改进和变化，均应在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于直流充电机的智能优化与监测装置，其特征在于，所述智能优化与监测装置通过第一RS485总线与直流充电机的交流电能表连接通信，通过第二RS485总线与直流充电机的直流电能表连接通信，通过第一CAN线监听直流充电机的充电控制器与电动汽车的BMS之间的通信，通过第二CAN线监听直流充电机的充电控制器与直流充电机的充电模块之间的通信；

所述智能优化与监测装置包括处理器和用于存储处理器可执行的指令的存储器，所述处理器被配置为：

通过第一CAN线监听到的电池充电需求报文BCL，获取电压需求和电流需求，将所述电压需求和电流需求相乘得到所述电动汽车的需求功率P0；

根据所述需求功率P0采用取整函数y＝ceil(x)向上取整得到当前需要投入运行的充电子模块个数N；生成相应的充电子模块投入数量报文指令并发送至充电控制器；待充电控制器响应投入数量报文指令后，计算当前输出效率η；

以s为步长向上或向下调整N，所述s为不小于1的自然数；计算当前负载率λ，若所述负载率λ在预设范围内，生成相应的投入数量报文指令并发送至充电控制器；

待充电控制器响应投入数量报文指令后，计算当前输出效率η；继续调整N，重复上述过程，直到向上或向下调整N时，计算得到的λ均超出预设范围；

选择上述计算过程中最大输出效率η_max对应的需要投入运行的充电子模块个数N作为最优投入个数，生成相应的投入数量报文指令并发送至充电控制器，以进入最优充电运行状态；

所述需要投入运行的充电子模块个数N的计算方式为：

P_s表示单个充电子模块的额定功率，λ₀表示预设的初始负载率；

所述输出效率η的计算方式为：通过交流电能表获取当前输入功率P1，通过直流电能表获取当前输出功率P2，

所述负载率λ的计算方式为：

。

2.如权利要求1所述的智能优化与监测装置，其特征在于，所述处理器还被配置为：在每次计算完输出效率η后，将其与预设的目标效率η₀进行比较：若η≥η₀，则不再进行计算并寻找最大输出效率η_max，确定当前投入运行的充电子模块个数N即为最优投入个数，当前运行状态即为最优充电运行状态；若η＜η₀，则需要继续优化，直到达到目标效率η₀或者找到最大输出效率η_max。

3.如权利要求1所述的智能优化与监测装置，其特征在于，所述处理器还被配置为：在确定最优投入个数后，通过随机生成函数randperm(K,N)对预先存入的充电子模块的身份标识进行随机选取，其中，K为充电子模块总个数，N为最优投入个数，N<K；根据选取结果生成投入身份报文指令并发送至充电控制器，以进入最优充电运行状态。

4.如权利要求1所述的智能优化与监测装置，其特征在于，所述负载率的预设范围为30％～70％。

5.如权利要求1所述的智能优化与监测装置，其特征在于，所述初始负载率λ₀为60％

6.如权利要求1所述的智能优化与监测装置，其特征在于，所述目标效率η₀为96％。

7.如权利要求1所述的智能优化与监测装置，其特征在于，所述处理器还被配置为：在最优充电运行状态下，通过第一CAN线监听到的电池充电总状态报文获取充电电压测量值和充电电流测量值，计算电动汽车的充电电池的充电接收功率P3，并与直流侧获取的直流输出功率P2进行比较，若P3<P2，说明直流侧有窃电风险，生成相应的窃电风险报文指令并发送至充电控制器；

通过直流电能表获取直流侧的直流输出功率P2，通过交流电能表获取交流侧的输入功率P1，并将两者进行比较，若P2/η<P1，说明交流侧有窃电风险，生成相应的窃电风险报文指令并发送至充电控制器。

8.如权利要求1所述的智能优化与监测装置，其特征在于，所述处理器还被配置为：在待机状态下，获取交流侧的交流有功功率P1，并将其与已知的系统待机运行功率进行比较，当P1大于系统待机运行功率，说明交流侧有窃电风险，生成相应的窃电风险报文指令并发送至充电控制器。

9.如权利要求1所述的智能优化与监测装置，其特征在于，所述处理器还被配置为：在充电结束后，通过第一CAN线监听到的统计数据报文获取充电机本次为电动汽车充电而输出的直流电量W_电；计算直流电能表在本次充电过程中的起讫值的差值，得到直流侧充电模块输出的电能W_直；计算交流电能表在本次充电过程中的起讫值的差值，得到交流侧输入的电能W_交；

将直流电量W_电和电能W_直进行比较，若W_电＜W_直，说明直流侧有窃电风险，生成相应的窃电风险报文指令并发送至充电控制器；

将电能W_交和电能W_直进行比较，若W_交＞W_直/η，说明交流侧有窃电风险，生成相应的窃电风险报文指令并发送至充电控制器。

10.一种直流充电系统，其特征在于，包括直流充电机和具有权利要求1至9任意一项所述的智能优化与监测装置；所述直流充电机包括充电控制器，以及与其电连接的充电模块、直流电能表和交流电能表。

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