CN115473309A

CN115473309A - 一种按序分时限流的充电管理方法和充电管理系统

Info

Publication number: CN115473309A
Application number: CN202211142795.0A
Authority: CN
Inventors: 郭晋昌; 袁涛; 史红燕
Original assignee: Longdong University
Current assignee: Longdong University
Priority date: 2022-09-20
Filing date: 2022-09-20
Publication date: 2022-12-13

Abstract

本发明涉及一种按序分时限流的充电管理方法和充电管理系统。该方法包括1)计算每个新接入需要充电的设备所需要的最大充电电流A和已经接通在充电的所有设备的充电电流B的总电流X。2)判断总电流X是否小于该充电管理系统设置的建议最大电流Y；若X小于或等于Y，则允许充电；若X大于Y，则不允许充电。3)不允许充电的新接入设备，根据请求充电的先后顺序记录；充电管理系统实时对总电流X计算，当满足X小于或等于Y时，接通排名第一的设备进行充电，同时排名靠后的设备依次向前名次递进。该充电管理方法不仅能够防止因总电流过大导致的安全事故，提升充电安全性，而且还能够根据“先请求先充电”原则进行依次充电，使用方便。

Description

一种按序分时限流的充电管理方法和充电管理系统

技术领域

本发明涉及充电管理技术领域，具体涉及一种按序分时限流的充电管理方法和充电管理系统。

背景技术

采用大量新能源动力设备代替传统化石燃料动力机组。需要移动的新能源动力设备都会涉及到充能问题。以电动汽车为例，近几年我国电动汽车产业链快速发展，电动汽车产销量呈爆发式增长。电动汽车数量的快速增长为环保做出了巨大贡献，但是也对电力基础设施提出了更高要求。例如住宅小区充电桩数量不断增加，必须对电力系统升级扩容，并且由于技术的进步，充电桩数量及其充电速度都快速增加，必须对电力系统进行反复多次升级扩容，浪费大量社会财富和资源。实践中，人们下班的时间相对集中，对电动汽车充电的时间也相对集中，电力系统必须满足大量电动汽车同时充电的需求，但是在非充电高峰充电系统会闲置，资源配置非常不合理。欠发达地区没有足够经费升级扩容电力系统，部分小区甚至不允许业主安装新能源汽车充电桩，矛盾非常突出。本发明提出的充电管理方法和管理系统可有效解决以上问题，合理分配电动汽车充电时间，在电力系统容量相对较小的情况下，分时满足所有电动汽车的充电需求，适合于住宅小区和新能源汽车充电站等环境，也可以有效管理其它设备充电过程。

另外，当大量设备同时接入电网充电时，若电网系统没有设置保险丝或空气开关等，由于电流过大，会给电网造成冲击，损坏电网系统，引发火灾等事故；若电网系统采用保险丝或空气开关等限制电流，则保险丝或空气开关会动作，虽然保护了电网系统安全，避免发生火灾等事故，但是会造成全部充电系统断电，并影响其它设备的正常充电。急需通过技术的方法解决以上矛盾。

发明内容

本发明的目的在于提供一种充电管理方法，用于解决充电设备过多，电流过大，电网基础设施不能满足充电需求的问题；同时本发明的目的还在于提供一种实现上述充电管理方法的充电管理设备。

本发明的一种充电管理方法采用以下技术方案：

一种充电管理方法，包括以下步骤：

1)充电管理系统计算每个新接入需要充电的设备所需要的最大充电电流A 和已经接通在充电的所有设备的充电电流B的总电流X；此步骤中，充电管理系统最大允许电流为Z，充电管理系统预设有建议最大电流为Y，Z大于Y，二者差值为S，S大于该充电管理系统所允许接入的单个设备需要的最大充电电流，即S大于A；

2)判断步骤1)中计算得出的总电流X是否小于或等于建议最大电流Y；若X小于或等于Y，则允许新接入的设备进行充电；若X大于Y，则不允许新接入的设备充电；

3)步骤2)中对于不允许充电的新接入设备，充电管理系统会根据请求充电的先后顺序记录下上述不允许充电的新接入设备；充电管理系统实时对充电电流B进行监控并与排名第一的设备的最大充电电流A进行总电流X的计算，当满足X小于或等于Y条件时，依据“先请求先充电”的原则接通排名第一的设备进行充电，同时排名第二及后面的设备依次向前进行名次的递进。

本发明的一种充电管理系统采用以下技术方案：

一种充电管理系统，包括：

上位机，所述上位机包括总控制器和总通信模块；以及

至少两个下位机，所述下位机包括子控制器、电控型开关模块、子通信模块和电流检测器，所述电控型开关模块的电能输入端用于连接电网，所述电控型开关模块的电能输出端用于输出电能，所述电流检测器用于检测所述电控型开关模块的电流；所述子控制器的控制信号输出端连接所述电控型开关模块的控制信号输入端，所述子控制器的通信端连接所述子通信模块，所述子控制器的电流信号输入端连接所述电流检测器的电流信号输出端；

所述总通信模块与各下位机的子通信模块通信连接。

进一步地，所述下位机还包括人机交互界面，所述子控制器的交互端连接所述人机交互界面。

进一步地，所述总控制器为单片机。

进一步地，所述总通信模块和子通信模块均为无线通信模块。

进一步地，所述电控型开关模块为继电器。

本发明的一种充电管理系统采用以下技术方案：

一种充电管理系统，包括：

至少两个下位机，所述下位机包括控制器、电控型开关模块、通信模块和电流检测器，所述电控型开关模块的电能输入端用于连接电网，所述电控型开关模块的电能输出端用于输出电能，所述电流检测器用于检测所述电控型开关模块的电流；所述控制器的控制信号输出端连接所述电控型开关模块的控制信号输入端，所述控制器的通信端连接所述通信模块，所述控制器的电流信号输入端连接所述电流检测器的电流信号输出端；

各下位机的通信模块通信连接。

进一步地，所述下位机还包括人机交互界面，所述控制器的交互端连接所述人机交互界面。

进一步地，所述控制器为单片机。

进一步地，所述通信模块为无线通信模块。

进一步地，所述电控型开关模块为继电器。

本发明提供的一种充电管理方法，通过设置预设比充电系统的最大允许电流Z小的建议最大电流Y来设置安全充电区域，同时对单个设备的最大充电电流进行限定要小于Z与Y的差值S，保证充电的安全。在此条件下，当有新的需要充电的设备接入时，充电管理系统会首先计算该设备需要的最大充电电流 A和已经在充电的所有设备的充电电流B的总电流X，将总电流X与该充电管理系统的建议最大电流Y相比较来判断是否允许该设备充电。该充电管理方法能够根据实际情况确定是否对新接入的设备进行充电，且不影响其他设备的正常充电，也能够防止因总电流过大导致的安全事故，提升充电安全性，避免主电路保险丝熔断影响已经接通在充电的设备的正常充电。而且对于不能及时被允许充电的设备，能够根据“先请求先充电”原则进行顺序充电，使用方便，且公平公正。

本发明提供的第一种充电管理系统中，当某一个需要充电的设备接入到下位机时，该下位机与上位机进行通信，上位机对已接入的下位机的总电流进行判断，若满足充电条件(X小于或等于Y)，则上位机通过总通信模块向该下位机下发导通指令，控制电控型开关模块导通，开始充电；若不满足充电条件，则上位机通过总通信模块向该下位机下发断开指令，控制电控型开关模块不导通，不充电。因此，通过充电管理系统的硬件组成，可以在设备充电时，根据实际情况确定是否投入充电，且不影响其他设备的正常充电，也能够防止因总电流过大导致的安全事故，提升充电安全性。

本发明提供的第二种充电管理系统中，该充电管理系统是一个去中心化、去上位机的系统，第一种充电系统中上位机的工作在第二种系统中由下位机实现，所以第二种系统中无需上位机。第二种系统中各下位机之间通信连接，信息共享。具体有两类实现方法：第一类，所有下位机共享信息，包括目前充电设备数量，所有充电设备总电流，是否有设备等待充电，等待充电设备的数量及排队顺序等。当有新设备接入充电时，对应下位机会计算充电系统的总电流 X，并判断是否允许该设备充电，若X小于或等于Y则允许充电，控制该下位机的电控型开关模块导通，开始充电，若X大于Y不允许设备充电，则将设备记录，并将以上信息共享给其它所有下位机。第二类，所有下位机共享信息，包括目前充电设备数量，所有充电设备总电流，是否有设备等待充电，等待充电设备的数量及排队顺序等。当有新设备接入充电时，对应下位机将设备请求充电的信息共享给其它下位机，所有下位机分别计算总电流，并判断是否允许设备充电，若允许充电，对应下位机控制该下位机的电控型开关模块导通，开始充电，若不允许设备充电，则所有下位机分别记录请求充电的设备，所有下位机保存充电系统的状态。总结，第一种充电管理系统中上位机的工作，在第二种充电管理系统中有两类实现方法，第一类由请求充电的设备对应的下位机实现并共享信息给其它下位机，第二类由请求充电的设备对应的下位机将请求充电的信息共享给其它下位机，所有下位机分别实现上位机的工作。

附图说明

图1是本发明提供的第一种充电管理系统的结构图；

图2是本发明提供的第二种充电管理系统的结构图。

具体实施方式

一种按序分时限流的充电管理方法，包括以下步骤：

2)判断步骤1)中计算得出的总电流X是否小于建议最大电流Y；若X小于或等于Y，则允许新接入的设备进行充电；若X大于Y，则不允许新接入的设备充电；

本申请中，设置建议最大电流Y的原因是：目前技术条件下，储电类电池在充电过程中电流是变化的，一般储存的电量越少充电时瞬间电流越大，随着充电过程的进行，电池电量增加，电流逐渐减小。本系统采用“尝试法”识别新接入的充电设备需要的最大电流A，“尝试法”即首先允许新接入的设备充电，然后识别设备需要的最大电流A，计算并判断是否满足充电的条件。为了防止尝试过程中总电流X大于系统允许最大总电流Z，损坏电力系统，所以设置了“建议最大电流Y”。充电管理系统正常运行过程中，总电流X要小于或等于Y。当有新充电设备接入，在尝试过程总电流X可能会大于Y，但是由于 Z和Y的差值S肯定大于A，所以尝试过程总电流X肯定小于Z，在尝试过程中依然能够保证系统的安全性。

实施例一：

本实施例提供一种充电管理系统，该充电管理系统可用于新能源汽车充电站充电管理、小区汽车充电管理或其它充电设备的充电管理。

如图1所示，充电管理系统包括上位机和n个下位机，n大于或等于2，下位机的具体数量由实际需要进行设定。

上位机包括总控制器和总通信模块。总控制器可以为单片机、DSP(数字信号处理器)、PLC(逻辑程序控制器)等模块，本实施例以单片机为例。

各个下位机的结构相同，以下以任意一个为例进行说明。下位机包括子控制器、电控型开关模块、子通信模块和电流检测器。

子控制器也可以为单片机、DSP(数字信号处理器)、PLC(逻辑程序控制器)等模块，本实施例以单片机为例。

电控型开关模块的电能输入端用于连接电网，电控型开关模块的电能输出端用于输出电能，比如：电控型开关模块的电能输出端为充电接口，用于连接充电设备，比如新能源汽车。电控型开关模块可以采用现有的受控于电信号的开关器件，比如继电器或MOS管等，本实施例以继电器为例，则继电器包括控制线圈和触点开关，电控型开关模块的电能输入端为触点开关的电能输入端，电控型开关模块的电能输出端为触点开关的电能输出端，通过控制继电器的控制线圈的得电状态，来控制触点开关的开关状态。

电流检测器用于实时检测电控型开关模块的电流，可以串联设置在电控型开关模块的电能输入端处，也可以串联设置在电控型开关模块的电能输出端处。应当理解，电流检测器的具体类型受电流类型以及电流范围决定，若充电管理系统的具体场景中的充电电流为交流电流，则电流检测器为交流电流互感器，若充电电流为直流电流，则电流检测器为直流电流互感器。而且，电流检测器的选型也需要与充电电流的电流范围相适配。

子控制器的控制信号输出端连接电控型开关模块的控制信号输入端，子控制器的通信端连接子通信模块，子控制器的电流信号输入端连接电流检测器的电流信号输出端。

总通信模块与各下位机的子通信模块通信连接。总通信模块与各下位机的子通信模块可以有线通信连接，则总通信模块和子通信模块均为有线通信模块，也可以无线通信连接，则总通信模块和子通信模块均为无线通信模块，比如：ZigBee无线通信电路。应当理解，上位机可以和每一个下位机通信，然而各下位机之间不通信。

本实施例中，为了便于操作，下位机还包括人机交互界面，比如触摸屏、按键组合等等，子控制器的交互端连接人机交互界面。

当有一个设备需要连接某一个下位机请求充电时，可以操作人机交互界面，对应下位机会将充电请求发送给上位机，上位机记录有该新接入设备所需要的最大充电电流A并与当前处于充电状态的充电设备的充电电流B进行总电流X计算，上位机判断总电流X是否达到该充电管理系统设置的建议最大电流 Y。若X小于或等于Y，则上位机向该下位机发送导通指令(即允许充电指令)，该下位机控制电控型开关模块导通，设备开始充电；若X大于Y，则上位机向该下位机发送断开指令(即不允许充电指令)，该下位机控制电控型开关模块断开，设备不充电。本实施例中，各下位机通过电流检测器实时检测下位机对应设备的充电电流，并通过通信模块实时共享信息给上位机，上位机实时计算在充电设备电流与最优先请求的设备所需要充电的最大电流的总电流 X，当满足X小于或等于Y条件时，上位机向该下位机发送导通指令，对应下位机控制电控型开关模块导通，设备开始充电。

另外，有多个待充电设备请求充电时，上位机会按照“先请求先充电”的原则，为各待充电设备排队，使之依次接入进行充电。

实施例二：

本实施例提供一种充电管理系统，该充电管理系统可用于新能源汽车充电站充电管理、小区汽车充电管理、充电站充电管理或其它充电设备的充电管理。

如图2所示，该充电管理系统包括n个下位机，n大于或等于2，下位机的具体数量由实际需要进行设定。

各个下位机的结构相同，以下以任意一个为例进行说明。下位机包括控制器、电控型开关模块、通信模块和电流检测器。

控制器也可以为单片机、DSP(数字信号处理器)、PLC(逻辑程序控制器)等控制设备，本实施例以单片机为例。

电控型开关模块的电能输入端用于连接电网，电控型开关模块的电能输出端用于输出电能，比如：电控型开关模块的电能输出端为充电接口，用于连接充电设备，比如新能源汽车进行充电。电控型开关模块可以采用现有的受控于电信号的开关器件，比如继电器，再比如MOS管等等，本实施例以继电器为例，则继电器包括控制线圈和触点开关，电控型开关模块的电能输入端为触点开关的电能输入端，电控型开关模块的电能输出端为触点开关的电能输出端，通过控制继电器的控制线圈的得电状态，来控制触点开关的开关状态。

电流检测器用于检测电控型开关模块的电流，可以串联设置在电控型开关模块的电能输入端处，也可以串联设置在电控型开关模块的电能输出端处。应当理解，电流检测器的具体类型受电流类型以及电流范围决定，若充电管理系统的具体场景中的充电电流为交流电流，则电流检测器为交流电流互感器，若充电电流为直流电流，则电流检测器为直流电流互感器。而且，电流检测器的选型也需要与充电电流的电流范围相适配。

控制器的控制信号输出端连接电控型开关模块的控制信号输入端，控制器的通信端连接通信模块，控制器的电流信号输入端连接电流检测器的电流信号输出端。

各下位机的通信模块通信连接，各下位机之间采用全双工方式通信，也即，各下位机的通信模块之间相互通信连接，实现每一个下位机均可以接收到其他所有下位机的数据。各下位机的通信模块之间可以有线通信连接，则各通信模块均为有线通信模块，也可以无线通信连接，则通信模块均为无线通信模块，比如：ZigBee无线通信电路。

本实施例中，为了便于操作，下位机还包括人机交互界面，比如触摸屏、按键组合等等，控制器的交互端连接人机交互界面。

本实施例提供的充电管理系统为去中心化的系统，而是采用多个相互通讯连接的下位机控制。该种充电管理系统有两类控制方式：第一类，所有下位机之间信息共享，当有设备请求充电时，对应下位机会计算充电总电流，决定是否允许设备充电，并蒋信息发送给其它下位机共享。例如，当有一个设备需要连接某一个下位机请求充电时，可以操作人机交互界面，该下位机采用尝试法接通该下位机接入的设备并采集电流，然后进行整个充电管理系统的总电流X 计算，若X小于或等于Y，该下位机控制电控型开关模块导通，该设备开始充电；若X大于Y，则该下位机发送断开指令(即不允许充电指令)，该下位机控制电控型开关模块断开，设备不充电，该下位机记录下该设备的充电请求。该下位机蒋以上信息共享给其它下位机。

第二类，所有下位机之间信息共享，当有设备请求充电时，对应下位机会蒋信息共享给其它所有下位机，所有下位机分布计算总电流并分别决策是否允许设备充电，由于所有下位机共享信息并且有相同的算法，所以所有下位机计算和决策的结果相同。例如当有一个设备需要连接某一个下位机请求充电时，可以操作人机交互界面，该下位机会采用尝试法接通该下位机接入的设备并采集电流，并这些消息共享给其它下位机，所有下位机进行整个充电管理系统的总电流X计算，若X小于或等于Y，该下位机控制电控型开关模块导通，该设备开始充电；若X大于Y，则该下位机控制电控型开关模块断开，设备不充电。所有下位机分别记录下该设备的充电请，以便于之后其它下位机有设备请求充电但没有没允许时，可以与在先请求充电没有被允许的设备按照请求的顺序进行在充电管理系统中进行排队等待充电。

Claims

1.一种按序分时限流的充电管理方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)充电管理系统计算每个新接入需要充电的设备所需要的最大充电电流A和已经接通在充电的所有设备的充电电流B的总电流X；此步骤中，充电管理系统最大允许电流为Z，充电管理系统预设有建议最大电流为Y，Z大于Y，二者差值为S，S大于该充电管理系统所允许接入的单个设备需要的最大充电电流，即S大于A；

2.一种能够实现上述充电管理方法的充电管理系统，其特征在于，包括：

上位机，所述上位机包括总控制器和总通信模块；以及

所述总通信模块与各下位机的子通信模块通信连接。

3.根据权利要求2所述的充电管理系统，其特征在于，所述下位机还包括人机交互界面，所述子控制器的交互端连接所述人机交互界面。

4.根据权利要求2所述的充电管理系统，其特征在于，所述总通信模块和子通信模块均为无线通信模块。

5.根据权利要求2所述的充电管理系统，其特征在于，所述电控型开关模块为继电器。

6.一种能够实现上述充电管理方法的充电管理系统，其特征在于，包括：

各下位机的通信模块通信连接。

7.根据权利要求6所述的充电管理系统，其特征在于，所述下位机还包括人机交互界面，所述控制器的交互端连接所述人机交互界面。

8.根据权利要求6所述的充电管理系统，其特征在于，所述通信模块为无线通信模块。

9.根据权利要求6所述的充电管理系统，其特征在于，所述电控型开关模块为继电器。