CN114069800A - 一种交流充电桩充电电流自适应控制装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及电动汽车有序充电技术领域，公开了一种交流充电桩充电电流自适应控制装置及方法，所述装置包括主控单元、充电桩接口单元、充电桩信息交互单元、负荷协调单元、BMS接口单元和BMS信息交互单元；所述充电桩接口单元与交流充电桩的充电插头连接；所述充电桩信息交互单元一端与所述充电桩接口单元连接，所述充电桩信息交互单元另一端与所述主控单元连接；所述负荷协调单元与配电台区变压器通信连接，所述负荷协调单元通过通信单元与所述主控单元通信连接；所述BMS接口单元与电动汽车的充电插座连接；所述BMS充电桩信息交互单元一端与BMS接口单元连接，所述BMS充电桩信息交互单元另一端与所述主控单元连接。本发明解决了现有交流充电桩不能实现有序充电的问题。
Description
技术领域
本发明涉及电动汽车有序充电技术领域，具体是指一种交流充电桩充电电流自适应控制装置及方法。
背景技术
随着电动汽车数量的不断增长，受原有配电变压器容量大小制约，变压器台区内可装设充电桩数量和功率均受到限制，甚至某些老旧小区配电线路载流量小无法安装交流充电桩，限制了充电设施的建设发展。并且，大量电动汽车的无序充电行为对配网冲击巨大，构成较大的运行风险。采用有序充电的方式可一定程度上缓解此问题，而现在常规的有序充电控制方式是通过“能源路由器+能源控制器”的方式，必须对充电桩进行适应性改造，以让充电桩接收并响应能源控制器的指令，大量私人桩、存量桩难以采用该方式。
现有的电动汽车有序充电主要包括两种方案：
第一种方案为通过获取车辆需求信息和用户用车信息进行调整；但是，获取车辆及用户用车信息比较困难，直流充电桩可以通过BMS获取电池SOC数据，交流桩基本获取不到，用户用车信息必须由用户自主输入。
如申请号201811532865.7公开了一种适用于直流充电桩的有序充电控制方法、控制器及系统，包括获取台区变压器实时负荷、车辆实时充电需求功率及充电桩的实时运行状况，在台区变压器负荷不越限的前提下，制定出有序充电策略并下发至充电桩，实现了电动汽车的有序充电。
如申请号为201610343944.8公开了一种电动汽车有序充电智能管理系统及有序充电控制方法，包括终端网络云平台、电动汽车动力电池APP系统、有序充电智能管理模块、充电站管理系统、智能实施网络终端服务器、神经网络算法模块、退役电池移动式储能系统、储能逆变器，对充电站内所有电动汽车动力电池的充放电时序进行智能管理和控制。
第二种方案为通过采集台区负荷信息建立数学模型来调整充电；这种方案中数学模型是基于历史数据，当前建立的模型普遍偏差较大，且多数交流充电并不支持实时调整充电功率。
如申请号为202110039508.2公开了一种基于电动汽车充电负荷预测的有序充电调度方法，建立了电动汽车充电负荷预测模型，并以用户侧充电费用最小和电网侧负荷峰谷差最小为目标函数，建立片区内电动汽车有序充电优化模型。
综上所述，现有交流电充电桩其缺乏有效实现有序充电的方式，限制了交流电充电桩的建设发展。
发明内容
基于以上技术问题，本发明提供了一种交流充电桩充电电流自适应控制装置及方法，解决了现有交流充电桩不能实现有序充电的问题。
为解决以上技术问题，本发明采用的技术方案如下：
一种交流充电桩充电电流自适应控制装置，包括主控单元、充电桩接口单元、充电桩信息交互单元、负荷协调单元、BMS接口单元和BMS信息交互单元；充电桩接口单元与交流充电桩的充电插头连接；充电桩信息交互单元一端与充电桩接口单元连接，充电桩信息交互单元另一端与主控单元连接；负荷协调单元与配电台区变压器通信连接，负荷协调单元通过通信单元与主控单元通信连接；BMS接口单元与电动汽车的充电插座连接；BMS充电桩信息交互单元一端与BMS接口单元连接，BMS充电桩信息交互单元另一端与主控单元连接。
进一步的，充电桩信息交互单元包括开关Sa、二极管Da、电阻Ra、电阻Rb和开关Sb，开关Sa一端与充电桩接口单元的CP端子连接，开关Sa的另一端与二极管Da的一端连接，二极管Da的另一端与主控单元连接；电阻Ra和电阻Rb的一端接入二极管Da与主控单元之间，电阻Ra的另一端与充电桩接口单元的PE端子连接，电阻Rb的另一端经开关Sb与充电桩接口单元的PE端子连接。
进一步的，BMS信息交互单元包括开关Sc和电阻Rc，开关Sc一端与主控单元的PWM信号端或+12V直流信号端连接，开关Rc的另一端与电子Rc的一端连接，Rc的另一端与BMS接口单元的CP端子连接。
进一步的，通信单元与主控单元之间基于HPLC进行通信。
进一步的，充电桩接口单元与BMS接口单元的结构与GB/T 20234.2-2015中规定的交流充电桩的供电接口相同。
进一步的，负荷协调单元通过采集配电台区变压器电能表的功率计量数据作为配电台区变压器的负荷数据。
一种交流充电桩充电电流自适应控制方法，方法基于上述的交流充电桩充电电流自适应控制装置，包括：
将充电桩接口单元与交流充电桩的供电插头连接，将BMS接口单元与电动汽车的充电插座连接；
主控单元接收到电动汽车的车辆控制装置发出的充电开始信号后，将充电桩信息交互单元与充电桩接口单元接通；
充电桩接口单元接收交流充电桩的供电控制装置发送的第一PWM信号，并将第一PWM信号发送给主控单元；
S104，负荷协调单元采集配电台区变压器的负荷数据，并根据负荷数据，通过通信单元发送功率调节指令给主控单元；
主控单元基于功率调节指令对第一PWM信号的占空比进行调整获得第二PWM信号，并将第二PWM信号经BMS交互单元传输给车辆控制装置用于调整充电时的最大允许输入电流。
进一步的，负荷协调单元采集配电台区变压器的负荷数据之前，还包括：
负荷协调单元通过通信单元向主控单元发送查询指令，查询交流充电桩充电电流自适应控制装置的工作状态；
若交流充电桩充电电流自适应控制装置处于工作状态，负荷协调单元采集配电台区变压器的负荷数据并发送。
进一步的，主控单元接收到电动汽车的车辆控制装置发出的充电结束信号后，将充电结束信号传输给交流电充电桩的供电控制装置，供电控制装置响应充电结束信号，结束充电。
进一步的，主控单元接收到交流充电桩的供电控制装置发出的充电结束信号后，将充电结束信号传输给电动汽车的车辆控制装置，车辆控制装置响应充电结束信号，结束充电。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明提供一种电动汽车充电电流自适应控制装置及方法，通过实时采集变压器台区负荷，根据负荷情况自动调整充电电流，实现大量交流桩的有序充电，电网公司在不增加变压器台区容量的前提下可最大限度满足高负荷小区的交流充电桩报装申请，大量私人桩、存量桩在不改动现有交流充电桩结构的前提下可接受电网有序充电调度，操作简单、方便。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，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。其中：
图1为交流充电桩充电电流自适应控制装置结构框图。
图2为交流充电桩充电电流自适应控制装置与交流充电桩、电动汽车连接示意图。
图3为交流充电桩充电电流自适应控制方法流程示意图。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例的附图，对本申请实施例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申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本申请的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
除非另外定义，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本申请所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本申请中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。
参阅图1，在一些实施例中，一种交流充电桩充电电流自适应控制装置，包括主控单元、充电桩接口单元、充电桩信息交互单元、负荷协调单元、BMS接口单元和BMS信息交互单元；充电桩接口单元与交流充电桩的充电插头连接；充电桩信息交互单元一端与充电桩接口单元连接，充电桩信息交互单元另一端与主控单元连接；负荷协调单元与配电台区变压器通信连接，负荷协调单元通过通信单元与主控单元通信连接；BMS接口单元与电动汽车的充电插座连接；BMS充电桩信息交互单元一端与BMS接口单元连接，BMS充电桩信息交互单元另一端与主控单元连接。
本实施例中，充电桩接口单元与交流充电桩连接，BMS接口单元与电动汽车连接，以此在现有的交流充电桩和电动汽车直接连接充电的结构中，增加了充电电流自适应控制装置这一中间环节，用于根据配电台区变压器的负荷调整交流充电桩的充电电流，以实现现有交流充电桩的有序充电调度。
其中，充电桩接口单元与交流充电桩的充电插头连接，用于接收由交流充电桩提供的三相线信号L、零线信号N、保护接地信号PE以及控制导引信号CP。
其中，充电桩信息交互单元用于将充电桩接口单元传输的信号输送给主控单元，还可以将主控单元发送的指令通过充电桩接口单元传输给交流充电桩。
其中，BMS接口单元与电动汽车的充电插座连接，用于向电动汽车输送由交流充电桩提供的三相线信号L、零线信号N、保护接地信号PE，以及向电动汽车输送由主控单元处理后的控制导引信号CP。
其中，BMS信息交互单元用于将主控单元处理后的信号通过BMS接口单元传输给电动汽车，还可以接收电动汽车通过BMS接口单元传输的信号给主控单元。
其中，负荷协调单元与配电台区变压器通信连接，用于采集配电台区变压器的负荷，并根据配电台区变压器的负荷情况向主控单元传输功率调节指令。
其中，通信单元用于接收负荷协调单元传输的功率调节指令，并将接收到的功率调节指令发送给主控单元处理。
优选的，通信单元与主控单元之间基于HPLC进行通信。HPLC(高速电力线载波)，也称为宽带电力线载波，是在低压电力线上进行数据传输的宽带电力线载波技术。宽带电力线载波通信网络则是以电力线作为通信媒介，实现低压电力用户用电信息汇聚、传输、交互的通信网络。与传统的低速窄带电力线载波技术而言，HPLC技术具有带宽大、传输速率高，可以满足低压电力线载波通信更高的需求。
具体的，对于负荷协调单元与通信单元之间，可以通过无线通信的方式传输指令。
其中，主控单元用于接收充电桩信息交互单元、BMS信息交互单元、负荷协调单元传输的信号并处理，并将处理后的信号或指令发送给交流充电桩或电动汽车进行充电控制。
优选的，充电桩接口单元与BMS接口单元的结构与GB/T 20234.2-2015中规定的交流充电桩的供电接口相同。充电桩接口单元与BMS接口单元的结构符合国标要求，以增强其适用性。
优选的，负荷协调单元通过采集配电台区变压器电能表的功率计量数据作为配电台区变压器的负荷数据。
其中，负荷协调单元具有电能表数据接口，直接从电能表数据接口中发送功率查询指令，并接收配电台区变压器电能表的功率计量数据，并以此数据作为配电台区变压器的负荷数据。
具体的，负荷协调单元可以通过数据线连接电能表的方式获取配电台区变压器的功率计量数据。
参阅图2，在一些实施例中，充电桩信息交互单元包括开关Sa、二极管Da、电阻Ra、电阻Rb和开关Sb，开关Sa一端与充电桩接口单元的CP端子连接，开关Sa的另一端与二极管Da的一端连接，二极管Da的另一端与主控单元连接；电阻Ra和电阻Rb的一端接入二极管Da与主控单元之间，电阻Ra的另一端与充电桩接口单元的PE端子连接，电阻Rb的另一端经开关Sb与充电桩接口单元的PE端子连接。
其中，充电桩信息交互单元其电气电路结构是对电动汽车端的电气电路结构进行模拟，可以让充电桩将交流充电桩充电电流自适应控制装置识别为一辆电动汽车，从而与其进行稳定的信息交互。
参阅图2，在一些实施例中，BMS信息交互单元包括开关Sc和电阻Rc，开关Sc一端与主控单元的PWM信号端或+12V直流信号端连接，开关Rc的另一端与电子Rc的一端连接，Rc的另一端与BMS接口单元的CP端子连接。
其中，BMS信息交互单元其电气电路结构是对充电桩端的电气电路结构进行模拟，可以让充电桩将交流充电桩充电电流自适应控制装置识别为一台充电桩，从而与其进行稳定的信息交互。
在一些实施例中，参阅图2，已知电阻R1、开关S1、供电控制装置和供电控制装置的+12V直流信号端、PWM信号端为现有交流充电桩结构，已知二极管D1、电阻R2、电阻R3、开关S2和车辆控制装置、车载充电机为现有电动汽车机构。基于上述的交流充电桩充电电流自适应控制装置，本申请还公开了一种交流充电桩充电电流自适应控制方法。
参阅图3，所述交流充电桩充电电流自适应控制方法包括：
S301，将充电桩接口单元与交流充电桩的供电插头连接，将BMS接口单元与电动汽车的充电插座连接；
具体的，充电桩接口单元与交流充电桩的充电插头连接，用于接收由交流充电桩提供的三相线信号L、零线信号N、保护接地信号PE以及控制导引信号CP。
具体的，BMS接口单元与电动汽车的充电插座连接，用于向电动汽车输送由交流充电桩提供的三相线信号L、零线信号N、保护接地信号PE以及控制导引信号CP。
S302，主控单元接收到电动汽车的车辆控制装置发出的充电开始信号后，将充电桩信息交互单元与充电桩接口单元接通；
具体的，主控单元接收到充电开始信号的具体体现是，主控单元检测到检测点a的电压由12V变为9V，此时，主控但与那向充电桩信息交互单元发送控制指令闭合开关Sa，使充电桩信息交互单元与充电桩接口单元连通。
S303，充电桩接口单元接收交流充电桩的供电控制装置发送的第一PWM信号，并将第一PWM信号发送给主控单元；
具体的，交流充电桩的供电控制装置检测到检测点1电压由12V变为9V后，开关S1切换到PWM信号端向充电桩接口单元发送第一PWM信号。
S304，负荷协调单元采集配电台区变压器的负荷数据，并根据负荷数据，通过通信单元发送功率调节指令给主控单元；
其中，负荷协调单元根据配电台区变压器的负荷状态向主控单元发送功率调节指令。具体的，如果配电台区变压器负荷超过阈值，则负荷协调单元发送低功率调节指令，反之，则发送高功率调节指令。
S305，主控单元基于功率调节指令对第一PWM信号的占空比进行调整获得第二PWM信号，并将第二PWM信号经BMS交互单元传输给车辆控制装置用于调整充电时的最大允许输入电流。
具体的，BMS交互单元在传输第二PWM信号时，开关Sc切换到PWM信号端。
其中，可知当调整电动汽车充电时的最大允许输入电流之后，充电桩便可按照常规充电流程，按此输入电流对电动汽车进行后续充电操作，从而达到根据配电台区变压器的负荷调整充电电流的目的。因此，对于电动车的充电步骤还包括：
电动汽车的车辆控制装置接收到第二PWM信号后，将开关S2闭合；BMS信息交互单元检测点a检测到CP电平由9V变为6V，主控单元向充电桩信息交互单元发送控制指令，闭合开关Sb；供电控制装置的检测点1检测到CP电平由9V变为6V，闭合K1和K2，开始以第二PWM信号占空比所对应的充电电流给电动汽车充电。
优选的，主控单元接收到电动汽车的车辆控制装置发出的充电结束信号后，将充电结束信号传输给交流电充电桩的供电控制装置，供电控制装置响应充电结束信号，结束充电。
具体的，电动汽车的车辆控制装置发出充电结束信号后，BMS接口单元接收的CP信变为9W电平，表示电动汽车发出了充电结束信号，主控单元给充电桩信息交互单元发送控制指令，断开开关Sb，交流充电桩的供电控制装置将响应该控制指令，结束充电。
优选的，主控单元接收到交流充电桩的供电控制装置发出的充电结束信号后，将充电结束信号传输给电动汽车的车辆控制装置，车辆控制装置响应充电结束信号，结束充电。
具体的，交流充电桩的供电控制装置发出充电结束信号后，充电接口单元接收的CP信号变为6V电平，表示交流充电桩发出了充电结束信号，主控单元给BMS信息交互单元发送控制指令，开关Sc切换至+12V信号端连接状态，电动汽车的车辆控制装置将响应该信号，结束充电。
在一些实施例中，负荷协调单元采集配电台区变压器的负荷数据之前，还包括：
负荷协调单元通过通信单元向主控单元发送查询指令，查询交流充电桩充电电流自适应控制装置的工作状态；
若交流充电桩充电电流自适应控制装置处于工作状态，负荷协调单元采集配电台区变压器的负荷数据并发送。
本实施例中，交流充电桩充电电流自适应控制装置处于工作状态，则表明交流充电桩正在充电，此时，负荷协调单元才会采集配电台区变压器负荷数据并发送。
如上即为本发明的实施例。上述实施例以及实施例中的具体参数仅是为了清楚表述发明的验证过程，并非用以限制本发明的专利保护范围，本发明的专利保护范围仍然以其权利要求书为准，凡是运用本发明的说明书及附图内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本发明的保护范围内。
Claims (10)
1.一种交流充电桩充电电流自适应控制装置，其特征在于，包括：
主控单元；
充电桩接口单元，所述充电桩接口单元与交流充电桩的充电插头连接；
充电桩信息交互单元，所述充电桩信息交互单元一端与所述充电桩接口单元连接，所述充电桩信息交互单元另一端与所述主控单元连接；
负荷协调单元，所述负荷协调单元与配电台区变压器通信连接，所述负荷协调单元通过通信单元与所述主控单元通信连接；
BMS接口单元，所述BMS接口单元与电动汽车的充电插座连接；
BMS信息交互单元，所述BMS充电桩信息交互单元一端与BMS接口单元连接，所述BMS充电桩信息交互单元另一端与所述主控单元连接。
2.根据权利要求1所述的一种交流充电桩充电电流自适应控制装置，其特征在于：
所述充电桩信息交互单元包括开关Sa、二极管Da、电阻Ra、电阻Rb和开关Sb，所述开关Sa一端与所述充电桩接口单元的CP端子连接，所述开关Sa的另一端与所述二极管Da的一端连接，所述二极管Da的另一端与所述主控单元连接；所述电阻Ra和所述电阻Rb的一端接入所述二极管Da与所述主控单元之间，所述电阻Ra的另一端与所述充电桩接口单元的PE端子连接，所述电阻Rb的另一端经所述开关Sb与所述充电桩接口单元的PE端子连接。
3.根据权利要求1所述的一种交流充电桩充电电流自适应控制装置，其特征在于：
所述BMS信息交互单元包括开关Sc和电阻Rc，所述开关Sc一端与所述主控单元的PWM信号端或+12V直流信号端连接，所述开关Rc的另一端与所述电子Rc的一端连接，所述Rc的另一端与所述BMS接口单元的CP端子连接。
4.根据权利要求1所述的一种交流充电桩充电电流自适应控制装置，其特征在于：
所述通信单元与所述主控单元之间基于HPLC进行通信。
5.根据权利要求1所述的一种交流充电桩充电电流自适应控制装置，其特征在于：
所述充电桩接口单元与所述BMS接口单元的结构与GB/T 20234.2-2015中规定的交流充电桩的供电接口相同。
6.根据权利要求1所述的一种交流充电桩充电电流自适应控制装置，其特征在于：
所述负荷协调单元通过采集配电台区变压器电能表的功率计量数据作为配电台区变压器的负荷数据。
7.一种交流充电桩充电电流自适应控制方法，所述方法基于权利要求1-6任意一项所述的交流充电桩充电电流自适应控制装置，其特征在于，包括：
将所述充电桩接口单元与交流充电桩的供电插头连接，将所述BMS接口单元与电动汽车的充电插座连接；
所述主控单元接收到电动汽车的车辆控制装置发出的充电开始信号后，将所述充电桩信息交互单元与所述充电桩接口单元接通；
所述充电桩接口单元接收交流充电桩的供电控制装置发送的第一PWM信号，并将所述第一PWM信号发送给所述主控单元；
所述负荷协调单元采集配电台区变压器的负荷数据，并根据所述负荷数据，通过所述通信单元发送功率调节指令给主控单元；
所述主控单元基于所述功率调节指令对所述第一PWM信号的占空比进行调整获得第二PWM信号，并将所述第二PWM信号经BMS交互单元传输给车辆控制装置用于调整充电时的最大允许输入电流。
8.根据权利要求7所述的一种交流充电桩充电电流自适应控制方法，其特征在于，所述负荷协调单元采集配电台区变压器的负荷数据之前，还包括：
所述负荷协调单元通过通信单元向所述主控单元发送查询指令，查询所述交流充电桩充电电流自适应控制装置的工作状态；
若所述交流充电桩充电电流自适应控制装置处于工作状态，所述负荷协调单元采集配电台区变压器的负荷数据并发送。
9.根据权利要求7所述的一种交流充电桩充电电流自适应控制方，其特征在于，还包括：
所述主控单元接收到电动汽车的车辆控制装置发出的充电结束信号后，将所述充电结束信号传输给交流电充电桩的供电控制装置，所述供电控制装置响应所述充电结束信号，结束充电。
10.根据权利要求7所述的一种交流充电桩充电电流自适应控制方，其特征在于，还包括：
所述主控单元接收到交流充电桩的供电控制装置发出的充电结束信号后，将所述充电结束信号传输给电动汽车的车辆控制装置，所述车辆控制装置响应所述充电结束信号，结束充电。
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