CN113954679B - 一种应用于电动汽车有序充电控制的边缘控制设备 - Google Patents

一种应用于电动汽车有序充电控制的边缘控制设备 Download PDF

Info

Publication number
CN113954679B
CN113954679B CN202111408714.2A CN202111408714A CN113954679B CN 113954679 B CN113954679 B CN 113954679B CN 202111408714 A CN202111408714 A CN 202111408714A CN 113954679 B CN113954679 B CN 113954679B
Authority
CN
China
Prior art keywords
charging
control
interface
electric automobile
ordered
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202111408714.2A
Other languages
English (en)
Other versions
CN113954679A (zh
Inventor
张爱民
王珊
韩植
郭绍堂
李心怡
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Xian Jiaotong University
Original Assignee
Xian Jiaotong University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Xian Jiaotong University filed Critical Xian Jiaotong University
Priority to CN202111408714.2A priority Critical patent/CN113954679B/zh
Publication of CN113954679A publication Critical patent/CN113954679A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN113954679B publication Critical patent/CN113954679B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60LPROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L53/00Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles
    • B60L53/60Monitoring or controlling charging stations
    • B60L53/62Monitoring or controlling charging stations in response to charging parameters, e.g. current, voltage or electrical charge
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60LPROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L53/00Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles
    • B60L53/60Monitoring or controlling charging stations
    • B60L53/67Controlling two or more charging stations
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60LPROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L53/00Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles
    • B60L53/60Monitoring or controlling charging stations
    • B60L53/68Off-site monitoring or control, e.g. remote control
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/70Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/7072Electromobility specific charging systems or methods for batteries, ultracapacitors, supercapacitors or double-layer capacitors
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T90/00Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02T90/10Technologies relating to charging of electric vehicles
    • Y02T90/12Electric charging stations
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T90/00Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02T90/10Technologies relating to charging of electric vehicles
    • Y02T90/16Information or communication technologies improving the operation of electric vehicles

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)
  • Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)

Abstract

本发明公开了一种应用于电动汽车有序充电控制的边缘控制设备,包括:硬件层:用于提供底层设备驱动,并将采集到的数据信息送至存储层;存储层:用于进行数据存储和分类;应用层:用于接收上位机指令,对存储层存储的数据进行算法控制及逻辑控制,并提供容器化微服务,通过现场总线对充电桩设备进行控制。本发明由采用IEC 61499标准的微服务架构代替了传统单体应用开发,使每个微服务具有统一的封装和呈现方式,提高了应用的灵活性、扩展性、易用性和可重构性,有效考虑电网安全和电动汽车用户参与有序充电的决策行为特性及其相互影响,以满足用户充电需求并提高电网性能、减小配电网络负荷峰谷差,保障配电网络安全和稳定地运行。

Description

一种应用于电动汽车有序充电控制的边缘控制设备
技术领域
本发明属于电动汽车充电技术领域,具体涉及一种应用于电动汽车有序充电控制的边缘控制设备。
背景技术
现代工厂需要采集大量来自于工业现场控制过程中产生的数据,并且借助这些数据,将轻松实现产线互联,从而实现工厂的控制层对整个工厂的生产安排、能源消耗、质量检测、缺陷反馈,进而优化生产、提高效能。边缘控制设备是工业控制中采集现场数据并将汇总数据发送到云端的硬件。边缘控制设备具有完备的数据采集、解析协议与边缘计算能力。通过利用其内置协议实现与多个工业自动化厂商的各种装置、仪器、设备和软件的连接和集成。区别于传统工业网关直接上传数据至云平台处理,边缘控制设备可以存储数据、预处理数据、响应本地请求并将规范化数据转发至云平台存储。这种方式不仅减少了对云端依赖,提高数据处理速度,以达到工业现场的要求,也可以将敏感数据在本地进行处理,提高了数据的安全性。
近年来软件规模的快速膨胀,各种机电产品的功能、性能大多通过软件的方式进行提升。通常所开发的应用称之为单体应用,但是当系统慢慢维护升级时,功能不断增加,单体应用变得复杂庞大,应用程序启动时间变长,无法满足当前互联网产品的技术需求。因此微服务架构的出现就是为了解决单体应用问题,围绕业务领域将应用程序分解成一套较小的的互联服务,这些应用可独立地进行开发、管理和迭代,易于第三方集成。在基于微服务思想的分布式应用开发中,可以采用容器和微服务技术,它们相互不受干扰,可以独立的开发,部署和升级。但是如何方便的进行编写和修改,使这些容器中的微服务进行统一的封装和呈现,对软件工程技术进步和物联网发展有着重要意义。
随着绿色低碳经济的推广,电动汽车的发展和控制系统的智能化需求也不断提升,但大规模的电动汽车就像一个个小型的电容或者电源,将不断的与电网进行能量交换。目前,电动汽车充电方式基本采用即插即充方式,并且在时间和空间上具有随机性和相似性,没有考虑对电网的影响,可能产生“峰上加峰”的情况,这必然会加重配电网负担。
发明内容
针对现有技术中存在的问题,本发明提供了一种应用于电动汽车有序充电控制的边缘控制设备,由采用IEC 61499标准的微服务架构代替了传统单体应用开发,使每个微服务具有统一的封装和呈现方式,提高了应用的灵活性、扩展性、易用性和可重构性,有效考虑电网安全和电动汽车用户参与有序充电的决策行为特性及其相互影响,以满足用户充电需求并提高电网性能、减小配电网络负荷峰谷差,保障配电网络安全和稳定地运行。
为了解决上述技术问题,本发明通过以下技术方案予以实现:
一种应用于电动汽车有序充电控制的边缘控制设备,包括:
硬件层:用于提供底层设备驱动,并将采集到的数据信息送至存储层;
存储层:用于进行数据存储和分类;
应用层:用于接收上位机指令,对存储层存储的数据进行算法控制及逻辑控制,并提供容器化微服务,通过现场总线对充电桩设备进行控制;
所述提供容器化微服务,具体为:
在Docker中运行IEC 61499运行时环境,在Eclipse 4DIAC-IDE分布式应用开发环境中,采用IEC 61499图形化编程方式搭建有序充电控制功能块库;
在Eclipse 4DIAC-IDE分布式应用开发环境中,通过有序充电控制功能块库中的功能块编排和配置生成相应的微服务,编译生成电动汽车有序充电控制应用程序;
在Eclipse 4DIAC-IDE分布式应用开发环境中,将电动汽车有序充电控制应用程序下发给充电桩设备实现有序充电控制;
所述通过现场总线对充电桩设备进行控制,具体为:
底层设备的驱动单元响应有序充电控制任务,完成多个充电桩的协同控制。
进一步地,在Eclipse 4DIAC-IDE分布式应用开发环境中,通过CAN协议将电动汽车有序充电控制应用程序下发给充电桩设备实现有序充电控制。
进一步地,利用MQTT协议实现边缘控制设备与云端的通信,将本地数据上传至云端。
进一步地,所述硬件层的底层主板采用i.MX8M mini,包括北向接口和南向接口,所述北向接口包括1路4/5G模块接口和2路以太网接口;所述南向接口包括6路RS485接口、1路CAN接口、2路I2C接口、2路SPI接口、1路USB2.0接口、4路PWM接口、3路以太网接口以及103路GPIO接口。
进一步地,所述存储层包括分布式关系数据库和分布式内存数据库;
所述分布式关系数据库中用于存储充电状态数据;
所述分布式内存数据库中用于存储台区负荷以及台区负荷变化曲线数据。
进一步地,所述微服务包括:
获取服务,用于获取台区内每个待充电电动汽车对应的停车时段和预期充电电量,以及台区负荷和台区负荷变化曲线;
充电时长确定服务,用于根据每个待充电电动汽车对应的预期充电电量确定该待充电电动汽车达到预期充电电量所需的充电时长;
充电时段分配计划制定服务,用于根据每个待充电电动汽车的停车时段、每个待充电电动汽车达到预期充电电量所需的充电时长、台区负荷和台区负荷变化曲线,利用电动汽车有序充电控制模型制定每个待充电电动汽车对应的充电时段分配计划。
进一步地,所述边缘控制设备采用linux操作系统。
进一步地,所述边缘控制设备搭载外设通讯模块。
与现有技术相比,本发明至少具有以下有益效果:
1.本发明基于微服务架构思想,适用于分布式系统开发,将应用程序分解成一套较小的微服务,并结合IEC61499标准和Docker容器技术进行统一封装,使应用模块化,实现了服务之间的解耦,能够快速部署、更新和管理。
2.本发明采用IEC 61499标准的工业软件开发标准,采用图形化的应用程序开发方式,使工业控制软件封装成为功能块形式的软件组件,使得开发任务清晰明确,开发人员不再关心设备之间的接口和通信,避免传统分布式系统开发碎片化,提高的程序开发的效率,便于开发人员交流、维护,解决传统电动汽车有序充电控制应用集中式开发模式的灵活性不足与扩展性差的问题。
3.本发明支持开放型功能块库的开发,可根据开发人员需求,增加自定义功能块,并通过图形化界面搭建后,一键部署即可直接运行,无需手动编写控制程序代码,提高算法的开发效率,也避免了手动编码所引入的错误。
4.本发明采用的Eclipse 4DIAC分布式工业自动化控制软件提供实时数据回显功能,支持在线调参,加快控制算法调试过程。
为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂,下文特举较佳实施例,并配合所附附图,作详细说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式中的技术方案,下面将对具体实施方式描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图是本发明的一些实施方式,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明一种应用于电动汽车有序充电控制的边缘控制设备构成结构图;
图2为边缘控制设备应用于电动汽车充电站结构框图;
图3为功能块结构图;
图4所示为功能块执行流程图;
图5为有序充电流程图。
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,下面将结合附图对本发明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。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做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。
本发明提供的一种应用于电动汽车有序充电控制的边缘控制设备,包括:
硬件层:用于提供底层设备驱动,并将采集到的数据信息送至存储层。
具体地说,硬件层的底层主板采用i.MX8M mini,包括北向接口和南向接口,北向接口包括1路4/5G模块接口和2路以太网接口;南向接口包括6路RS485接口、1路CAN接口、2路I2C接口、2路SPI接口、1路USB2.0接口、4路PWM接口、3路以太网接口以及103路GPIO接口。
存储层:用于进行数据存储和分类。
具体地说,存储层包括分布式关系数据库和分布式内存数据库。其中,分布式关系数据库中用于存储充电状态数据;分布式内存数据库中用于存储台区负荷以及台区负荷变化曲线数据。
应用层:用于接收上位机指令,对存储层存储的数据进行算法控制及逻辑控制,并提供容器化微服务,并通过现场总线对充电桩设备进行控制。
具体地说,在Eclipse 4DIAC-IDE分布式应用开发环境中,通过CAN协议将电动汽车有序充电控制应用程序下发给充电桩设备实现有序充电控制。利用MQTT协议实现边缘控制设备与云端的通信,将本地数据上传至云端,通过云端机器的学习生成一系列优化模型实现大数据分析、设备监控以及运维。
本发明中,提供容器化微服务,具体为:在Docker容器中运行IEC 61499运行时环境,在Eclipse 4DIAC-IDE分布式应用开发环境中,采用IEC 61499图形化编程方式搭建有序充电控制功能块库;
在Eclipse 4DIAC-IDE分布式应用开发环境中,通过有序充电控制功能块库中的功能块编排和配置生成相应的微服务,编译生成电动汽车有序充电控制应用程序;
在Eclipse 4DIAC-IDE分布式应用开发环境中,将电动汽车有序充电控制应用程序下发给充电桩设备实现有序充电控制。
本发明中,通过现场总线对充电桩设备进行控制,具体为:底层设备的驱动单元响应有序充电控制任务,完成多个充电桩的协同控制。
微服务包含了一个或多个功能块,微服务之间通过通信功能块进行信息交互,可实现的微服务有:
获取服务,用于获取台区内每个待充电电动汽车对应的停车时段和预期充电电量,以及台区负荷和台区负荷变化曲线;
充电时长确定服务,用于根据每个待充电电动汽车对应的预期充电电量确定该待充电电动汽车达到预期充电电量所需的充电时长;
充电时段分配计划制定服务,用于根据每个待充电电动汽车的停车时段、每个待充电电动汽车达到预期充电电量所需的充电时长、台区负荷和台区负荷变化曲线,利用电动汽车有序充电控制模型制定每个待充电电动汽车对应的充电时段分配计划。
微服务通过服务接口功能块与边缘设备交换信息,实现有序充电控制功能如下:
步骤1:获取台区内每个待充电电动汽车对应的停车时段和预期充电电量,以及台区负荷和台区负荷变化曲线;
具体地说,台区内每个待充电电动汽车对应的停车时段和预期充电电量的获取方法为:
接收用户发送的待充电电动汽车对应的停车时段和预期充电电量。
台区负荷和台区负荷变化曲线的获取方法为:
读取数据库中对应的台区负荷和台区负荷变化曲线。
步骤2:根据每个待充电电动汽车对应的预期充电电量确定该待充电电动汽车达到预期充电电量所需的充电时长;
根据每个待充电电动汽车对应的预期充电电量确定该待充电电动汽车达到预期充电电量所需的充电时长,具体为:
利用每个待充电电动汽车对应的预期充电电量除以充电桩的充电功率,得到每个待充电电动汽车达到预期充电电量所需的充电时长。
步骤3:根据每个待充电电动汽车的停车时段、每个待充电电动汽车达到预期充电电量所需的充电时长、台区负荷和台区负荷变化曲线,利用电动汽车有序充电控制模型制定每个待充电电动汽车对应的充电时段分配计划,具体如下:
将每小时按照等间隔划分的方式划分为若干时间段,该时间段作为一个最小充电时间单元;
根据每个待充电电动汽车达到预期充电电量所需的充电时长,确定每个待充电电动汽车所需充电时间单元的个数;
将每个待充电电动汽车所需充电时间单元的个数随机分配到对应的停车时段内,得到每个待充电电动汽车对应的初始充电时间单元分配计划;
根据台区负荷、台区负荷变化曲线和每个待充电电动汽车对应的初始充电时间单元分配计划,利用电动汽车有序充电控制模型得到每个待充电电动汽车对应的充电时段分配计划。
下面进行详细的解释说明。
边缘控制设备是将汇总数据发送到云端的硬件。它是作为通往云端的最后一层物理实体,是机器层OT和云端IT解决方案的接口。其中机器层OT包括用于实时监测控制设备、生产过程及事件的硬件和软件。边缘控制设备具有完备的数据采集、解析协议与边缘计算能力。
存储层为数据存储单元,针对服务应用功能和数据库之间的关系,不再采用传统多个服务共享一个数据库的方式,整体架构为每个微服务建立独立数据库,包括结构化数据库和分布式内存数据库,根据微服务的类型进行选择。其中充电状态等即采即用数据采用分布式内存数据库;台区负荷、台区负荷变化曲线等过程数据采用分布式关系数据库。
应用层提供容器化微服务应用,将IEC 61499作为应用的编排和配置工具,实现电动汽车有序充电控制、协议转换、通信功能。包括Docker引擎、4DIAC-IDE分布式应用程序开发环境、IEC61499运行时、功能块库以及微服务应用。
IEC 61499标准是面向分布式工业自动化控制系统,IEC 61499标准突出了分布式的概念:提出了一种全新的设计方法。从系统的角度开发一个由各种功能块组成的程序,然后将程序中的各个功能块映射到每一个物理控制中,这个过程称为Mapping。设计者不再关心设备之间的接口和通信,从而提高程序开发的效率。
功能块是IEC 61499标准中最重要的概念之一。功能块本质上是一种图形化程序设计方法。功能块是一段标准的程序,它们的引线是输入数据或者输出数据。网络图的连线表示了个功能块之间数据引用的方式。功能块包含了输入输出参数,内部的函数相当于功能块的内部算法,功能块的实例就是对象。IEC61499的功能块有数据输入和数据输出,在IEC 61499控制器中,外部输入产生一个事件信号,每个功能块只有输入事件发生变化时,内部功能才运行一次,同时输出新的事件和输出新的数据。IEC 61499控制器采取的一种异步控制方式,系统中的事件和数据可以在一个控制器内部传递,也可以通过网络在系统的多个设备之间传递。
容器化微服务指Docker容器技术,Docker是一个开源的应用容器引擎,提供了一个虚拟开发环境,让开发者可以打包他们的应用以及依赖包到一个可移植的镜像中,然后发布到任何流行的Linux或Windows机器上,也可以实现虚拟化。Docker是完全使用沙箱机制,相互之间不会有任何接口。让用户无需关注底层操作,每个容器中运行着一个应用,不同容器相互隔离,容器之间也可以进行网络通信。
基于Eclipse 4DIAC框架的分布式应用开发环境Eclipse 4DIAC-IDE提供友好的用户应用程序搭建界面,通过在界面拖动模块,用户可以搭建自己的控制算法。同时Eclipse 4DIAC-IDE会对模块间传递的数据类型进行检测,对于不匹配的数据类型会进行相应的错误提示,此外还提供实时数据回显及在线调参的功能,方便控制算法调试。Eclipse 4DIAC分布式开源软件框架,主要分为开发环境IDE和运行时Forte两部分组成。
Eclipse 4DIAC-IDE是支持IEC 61499标准的分布式应用程序开发环境,提供应用程序图形化搭建界面,并对序充电控制功能块间传递的数据类型进行检测,使用java开发程序。
IEC 61499运行时指4DIAC Forte运行时环境,提供对其应用程序的在线重新配置和实时执行IEC 61499标准提供的所有功能块类型的支持,用于提供应用程序运行的系统环境以及数据交互通信。支持所有IEC 61131-3版本2的基本数据类型、结构和数组。底层设备运行时环境通过通信层为上层应用程序提供灵活的基础通信架构,采用C++开发程序。
功能块库除Eclipse 4DIAC-IDE中提供的基本功能块外还提供了数据库访问功能块、通信类功能块库、数据采集和测量功能块库、IO接口功能块库和有序充电算法功能块库。其中,数据库访问功能块能够有效的根据微服务类型选择相应的数据库;通信类功能块库包括了TCP、MQTT、Modbus、698等协议解析。数据采集和测量功能块库可以实现设备对现场数据的预处理,包括数字滤波、快速傅里叶变换、平均值、中位数、PID算法、卡尔曼滤波;IO接口功能块库包括数字输入输出接口、ADC模拟量采集、PWM输出、脉冲计数。
有序充电控制功能块库提供有序充电控制模型,包含计算模型和优化模型,其中优化模型采用粒子群算法,该功能块用于设计电动汽车有序充电系统控制任务和控制逻辑。
驱动单元,用于提供外部设备的操作接口,并且实现设备的驱动程序。
下面结合附图进行详细的解释说明。
如图1所示,本发明由硬件层、存储层和应用层构成。其中硬件层包括1路4/5G模块接口和2路以太网接口;6路RS485接口、1路CAN接口、2路I2C接口、2路SPI接口、1路USB2.0接口、4路PWM接口、3路以太网接口以及103路GPIO接口。用于为上层程序提供外部设备的操作接口,实现设备的驱动,并对采集到的数据信息进行汇总和分类,将得到的数据送至存储层。
存储层用于进行数据存储和分类,根据微服务的类型进行选择,包括分布式关系数据库和分布式内存数据库。其中充电状态等即采即用数据采用分布式内存数据库;台区负荷、台区负荷变化曲线等过程数据采用分布式关系数据库。
应用层:用于接收上位机指令,对采集到的数据进行算法控制及逻辑控制,提供容器化微服务应用,包括Docker引擎、Eclipse 4DIAC-IDE分布式应用程序开发环境、IEC61499运行时、功能块库以及微服务应用。基于IEC 61499标准的电动汽车有序充电实现方法业务流程如下,针对电动汽车有序充电控制系统,在Docker容器中部署Eclipse 4DIAC-IDE分布式应用程序开发环境和IEC61499运行时,用户使用Eclipse 4DIAC-IDE编写有序充电控制算法等功能块,IDE会自动生成控制算法脚本。微服务应用是使用功能块网络来编排的,分布式应用程序设计时IDE通过动态链接的方式加载微服务所需的功能块库,自动生成相关微服务。应用程序通过功能块访问设备中的微服务和IO接口,在配置好目标设备网络之后,即可实现有序充电控制程序的一键分布式部署,从而实现充电桩有序充电控制。
图2为电动汽车充电站结构框图,在电动汽车充电场景中,边缘控制设备采集充电桩各项物理指标进行有序充电控制,交换数据中心数据并采用MQTT协议实现边缘到云端的通讯,将数据上传至云端,经过云端机器的学习生成一系列优化模型,实现大数据分析,设备监控,运维等;同时通过RS485(DLT698.45)与台区变压器通讯读取当前台区用电数据,用于计算电动汽车充电分配的电量;通过CAN协议与各充电桩通讯、控制。
图3为功能块结构图,IEC 61499功能块的所有操作都是通过事件来同步的。在事件到来之前,相关连的数据已经出现在它们的输入端。功能块的内部程序分成两个部分,一个是执行控制程序段,它根据输入事件来决定算法的执行,另一部分是算法。算法中会使用到输入数据,并且会产生输出数据。当内部算法执行完成之后,执行控制程序段将更加内部的状态图确定输出事件。
图4所示为功能块执行流程图,具体步骤如下:
t1相应的输入数据变量值可用;
t2在事件输入端发生事件;
t3执行控制功能,通知资源调度功能调度一个算法执行;
t4算法执行开始;
t5算法输出值;
t6资源调度功能通知算法执行结束;
t7调度功能调用执行控制功能;
t8执行控制功能在事件输出端输出事件。
图5为有序充电流程图,具体包括如下步骤:
步骤1:获取台区内每个待充电电动汽车对应的停车时段和预期充电电量,以及台区负荷和台区负荷变化曲线;
步骤2:根据每个待充电电动汽车对应的预期充电电量确定该待充电电动汽车达到预期充电电量所需的充电时长;
步骤3:根据每个待充电电动汽车的停车时段、每个待充电电动汽车达到预期充电电量所需的充电时长、台区负荷和台区负荷变化曲线,利用电动汽车有序充电控制模型制定每个待充电电动汽车对应的充电时段分配计划。
最后应说明的是:以上所述实施例,仅为本发明的具体实施方式,用以说明本发明的技术方案,而非对其限制,本发明的保护范围并不局限于此,尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内,其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化,或者对其中部分技术特征进行等同替换;而这些修改、变化或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围,都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此,本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种应用于电动汽车有序充电控制的边缘控制设备,其特征在于,包括:
硬件层:用于提供底层设备驱动,并将采集到的数据信息送至存储层;
存储层:用于进行数据存储和分类;
应用层:用于接收上位机指令,对存储层存储的数据进行算法控制及逻辑控制,并提供容器化微服务,并通过现场总线对充电桩设备进行控制;
所述提供容器化微服务,具体为:
在Docker容器中运行IEC 61499运行时环境,在Eclipse 4DIAC-IDE分布式应用开发环境中,采用IEC 61499图形化编程方式搭建有序充电控制功能块库;
在Eclipse 4DIAC-IDE分布式应用开发环境中,通过有序充电控制功能块库中的功能块编排和配置生成相应的微服务,编译生成电动汽车有序充电控制应用程序;
在Eclipse 4DIAC-IDE分布式应用开发环境中,将电动汽车有序充电控制应用程序下发给充电桩设备实现有序充电控制;
所述通过现场总线对充电桩设备进行控制,具体为:
底层设备的驱动单元响应有序充电控制任务,完成多个充电桩的协同控制。
2.根据权利要求1所述的一种应用于电动汽车有序充电控制的边缘控制设备,其特征在于,在Eclipse 4DIAC-IDE分布式应用开发环境中,通过CAN协议将电动汽车有序充电控制应用程序下发给充电桩设备实现有序充电控制。
3.根据权利要求1所述的一种应用于电动汽车有序充电控制的边缘控制设备,其特征在于,利用MQTT协议实现边缘控制设备与云端的通信,将本地数据上传至云端。
4.根据权利要求1所述的一种应用于电动汽车有序充电控制的边缘控制设备,其特征在于,所述硬件层的底层主板采用i.MX8M mini,包括北向接口和南向接口,所述北向接口包括1路4/5G模块接口和2路以太网接口;所述南向接口包括6路RS485接口、1路CAN接口、2路I2C接口、2路SPI接口、1路USB2.0接口、4路PWM接口、3路以太网接口以及103路GPIO接口。
5.根据权利要求1所述的一种应用于电动汽车有序充电控制的边缘控制设备,其特征在于,所述存储层包括分布式关系数据库和分布式内存数据库;
所述分布式关系数据库中用于存储充电状态数据;
所述分布式内存数据库中用于存储台区负荷以及台区负荷变化曲线数据。
6.根据权利要求1所述的一种应用于电动汽车有序充电控制的边缘控制设备,其特征在于,所述微服务包括:
获取服务,用于获取台区内每个待充电电动汽车对应的停车时段和预期充电电量,以及台区负荷和台区负荷变化曲线;
充电时长确定服务,用于根据每个待充电电动汽车对应的预期充电电量确定该待充电电动汽车达到预期充电电量所需的充电时长;
充电时段分配计划制定服务,用于根据每个待充电电动汽车的停车时段、每个待充电电动汽车达到预期充电电量所需的充电时长、台区负荷和台区负荷变化曲线,利用电动汽车有序充电控制模型制定每个待充电电动汽车对应的充电时段分配计划。
7.根据权利要求1所述的一种应用于电动汽车有序充电控制的边缘控制设备,其特征在于,所述边缘控制设备采用linux操作系统。
8.根据权利要求1所述的一种应用于电动汽车有序充电控制的边缘控制设备,其特征在于,所述边缘控制设备搭载外设通讯模块。
CN202111408714.2A 2021-11-24 2021-11-24 一种应用于电动汽车有序充电控制的边缘控制设备 Active CN113954679B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111408714.2A CN113954679B (zh) 2021-11-24 2021-11-24 一种应用于电动汽车有序充电控制的边缘控制设备

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111408714.2A CN113954679B (zh) 2021-11-24 2021-11-24 一种应用于电动汽车有序充电控制的边缘控制设备

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN113954679A CN113954679A (zh) 2022-01-21
CN113954679B true CN113954679B (zh) 2023-06-23

Family

ID=79471981

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202111408714.2A Active CN113954679B (zh) 2021-11-24 2021-11-24 一种应用于电动汽车有序充电控制的边缘控制设备

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN113954679B (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114640697B (zh) * 2022-03-15 2023-02-14 西安交通大学 配电物联网边缘控制器的数据处理方法、设备及存储介质

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102708427A (zh) * 2012-06-29 2012-10-03 山东电力集团公司电力科学研究院 大规模充电桩对小区配电系统影响分析决策系统及方法
DE102013022087A1 (de) * 2013-12-23 2015-06-25 SmargeTech GmbH Vorrichtung, Verfahren und System zum Einstellen eines Ladestroms von elektrischen Energiespeichern in elektrifizierten Fahrzeugen

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102708427A (zh) * 2012-06-29 2012-10-03 山东电力集团公司电力科学研究院 大规模充电桩对小区配电系统影响分析决策系统及方法
DE102013022087A1 (de) * 2013-12-23 2015-06-25 SmargeTech GmbH Vorrichtung, Verfahren und System zum Einstellen eines Ladestroms von elektrischen Energiespeichern in elektrifizierten Fahrzeugen

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
考虑多方利益的居民小区电动汽车有序充电策略;肖建康;邱晓燕;潘胤吉;吴甲武;;电测与仪表(第10期);6-12、31 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN113954679A (zh) 2022-01-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN112181382A (zh) 一种基于软件定义的工业智能控制系统
CN109408500B (zh) 人工智能运行平台
CN105912339B (zh) 一种数控系统中应用的开发与集成方法及系统
WO2016130873A1 (en) Extending a programmable logic controller with apps
CN109542450B (zh) 智能变电站过程层智能组件实现方法及装置
CN103488775A (zh) 一种用于大数据处理的计算系统及计算方法
CN105069702B (zh) 一种电网集成信息处理方法
CN109980779B (zh) 一种智能变电站多间隔集群测控装置及其部署方法
CN102929725A (zh) 信号处理并行计算软件的动态重配置方法
CN111767031A (zh) 一种基于仿真的核电工业互联网实验床
CN113055478A (zh) 一种设备数据的处理方法、装置、设备及介质
CN113954679B (zh) 一种应用于电动汽车有序充电控制的边缘控制设备
CN113822585A (zh) 一种智能冶炼工厂信息化管理系统
CN113051040A (zh) 一种异地远程分布式联合仿真方法
CN110262996A (zh) 一种基于高性能可重构计算的超级计算机
CN112558624B (zh) 一种航天器自主任务规划验证部署一体式智能计算系统
Lyu et al. Evaluating a self-manageable architecture for industrial automation systems
CN103309658B (zh) 基于Agent的动态演化系统及方法
CN107908459A (zh) 一种云计算调度系统
CN113928155B (zh) 一种电动汽车有序充电控制系统的搭建方法
CN113632132A (zh) 计算机辅助的能量管理方法和能量管理系统
CN115755810A (zh) 一种基于协同控制的分布式控制装置
CN109213105A (zh) 一种可重构装置、实现可重构的方法及分布式控制系统
CN114490371A (zh) 基于人工智能的数据测试方法、装置、测试设备及介质
CN112131812A (zh) 一种多步长并行电力实时仿真系统和方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant