CN117104063A - 一种新能源充电桩控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种新能源充电桩控制系统，涉及充电桩控制技术领域，解决充电桩过压保护控制问题，其中充电计费模块采用复合计费方法综合考虑时间和车辆电池充电功率因素进行复合计费，实现准确进行充电计费，用户界面模块通过Qt界面生成工具和事件处理函数设计用户充电界面和获取用户选择的充电方式信息，为用户带来便利，自动开关充电模块采用时间控制方法和电量控制方法实现充电桩自动控制车辆充电，过压诊断模块通过过压检测模型对充电桩充电数据过压分析，过压保护控制模块采用限压保护措施处理充电桩过压现象，本发明实现一种能够进行时间控制、电量控制和过压保护控制的新能源充电桩控制系统。
Description
技术领域
本发明涉及充电桩控制技术领域，且更具体地涉及一种新能源充电桩控制系统。
背景技术
新能源充电桩控制系统是指用于管理和控制新能源充电桩的软硬件系统，它的作用是实现对充电桩的监控、管理和控制，确保充电桩的安全、高效运行，提供便捷的服务体验，新能源充电桩控制系统可与互联网或移动通信网络连接，构建一个统一的充电服务平台，用户可以自助完成充电和支付操作，提供便捷的用户体验，新能源充电桩控制系统具有广阔的应用前景，随着充电设施建设规模的扩大和技术的不断进步，新能源充电桩控制系统将更加智能化、高效化，并与其他领域（如智慧城市、物联网）相结合，为用户提供更好的服务体验。
现有技术中，新能源充电桩控制系统存在很多弊端，一方面，新能源充电桩在充电计费方面不够准确，在使用中造成很多不便，新能源充电桩控制系统缺少用户界面模块，不能为用户带来便利，另一方面，新能源充电桩在开关控制方面不能同时实现时间控制和电量控制，新能源充电桩控制系统缺少过压检测和过压保护控制，造成不能及时发现过压现象，导致损害车辆充电电池和充电桩，因此，本发明提出一种新能源充电桩控制系统，旨在提供一种能够进行时间控制、电量控制和过压保护控制的新能源充电桩控制系统。
发明内容
针对上述技术的不足，本发明公开一种新能源充电桩控制系统，实时时钟采用网络时间协议获得准确的充电开始和结束的时间戳，充电功率获取模块采用充电功率计算函数获取车辆电池实际充电功率，充电计费模块采用复合计费方法综合考虑时间和车辆电池充电功率因素进行复合计费，解决新能源充电桩在充电计费方面不够准确问题，界面设计模块采用Qt界面生成工具设计用户充电界面，点击事件控制处理模块通过事件处理函数获取用户选择的充电方式信息，解决新能源充电桩控制系统缺少用户界面问题，自动开关充电模块采用时间控制方法和电量控制方法实现充电桩自动控制车辆充电，解决不能同时实现时间控制和电量控制问题，过压诊断模块采用随机性模拟算法对训练集进行模型模拟训练得到过压检测模型，过压检测模型通过过压标注对充电桩充电数据进行过压分析，过压保护控制模块采用限压保护措施处理充电桩过压现象，解决缺少过压检测和过压保护控制问题。
本发明采用以下技术方案：
一种新能源充电桩控制系统包含能源转化储存模块、充电模块、监测模块和通信模块；
所述能源转化储存模块采用太阳能电池板将太阳能转化为电能，能源转化储存模块通过可充电电池储存电能；
所述充电模块通过交直流转化器将交流电转化为车辆所需的直流电；
所述监测模块采用电压传感器、霍尔效应传感器和热敏二极管采集充电桩充电数据，所述充电桩充电数据包括充电电压、充电电流和可充电电池温度；
所述通信模块采用无线网络进行数据传输；
所述新能源充电桩控制系统还包括计费模块、安全保护控制模块和用户界面模块；
所述计费模块采用微处理器根据充电时长和功率消耗生成充电消费费用，所述微处理器包括充电时间获取模块、充电功率获取模块和充电计费模块，所述充电时间获取模块输出端和充电功率获取模块的输入端与所述充电计费模块的输入端连接；
所述安全保护控制模块采用可编程控制器实现充电桩开关控制和过压保护，所述可编程控制器包括自动开关充电模块、过压诊断模块和过压保护控制模块，所述过压诊断模块的输出端与过压保护控制模块的输入端连接；
所述用户界面模块通过触摸屏选择充电方式和完成支付，所述触摸屏包括界面设计模块和点击事件控制模块，所述界面设计模块的输出端与所述点击事件控制模块的输入端连接；
所述太阳能电池板的输出端与所述储能模块的输入端连接，所述监测模块输出端与通信模块的输入端连接，所述通信模块的输出端分别与计费模块的输入端、安全保护控制模块的输入端连接，所述用户界面模块的输出端与所述安全保护控制模块的输入端连接，所述安全保护控制模块的输出端和储能模块的输出端与充电模块的输入端连接。
作为本发明进一步的技术方案，所述充电时间获取模块通过实时时钟记录充电开始和结束的时间戳，所述实时时钟采用网络时间协议获得准确的充电开始和结束的时间戳，所述充电功率获取模块通过等效电路模型对车辆充电过程进行分析，所述等效电路模型根据阻性元件实现车辆电池充电能量损耗的定量分析，所述充电功率获取模块采用充电功率计算函数获取车辆电池实际充电功率，所述充电功率计算函数的公式为：
（1）
在公式（1）中，为车辆电池实际充电功率，/>为充电电压，/>为充电电流，/>为充电桩电阻器电阻值，/>为充电桩电阻器电阻值下标，/>为故障限压器电阻值，2为故障限压器电阻值下标，/>为交直流转化器中整流二极管电阻值，3为交直流转化器中整流二极管电阻值下标，/>为交直流转化器中稳压二极管电阻值，4为交直流转化器中稳压二极管电阻值下标。
作为本发明进一步的技术方案，所述充电计费模块采用复合计费方法综合考虑时间和车辆电池充电功率因素进行复合计费，所述复合计费方法根据充电时段设定充电费率，所述复合计费方法通过时间积分算法对充电开始和结束的时间戳内的车辆电池充电功率进行积分，获得充电桩输出总电量，充电计费为充电桩输出总电量与设定充电费率的乘积，所述时间积分算法的计算公式为：
（2）
在公式（2）中，为充电桩输出总电量，/>为充电开始的时间戳，/>为充电开始的时间戳下标，/>为结束的时间戳，/>为结束的时间戳下标，/>为充电桩充电效率，/>为车辆充电器的总阻值。
作为本发明进一步的实施例，所述自动开关充电模块采用时间控制方法和电量控制方法实现充电桩自动控制车辆充电，所述时间控制方法采用优先级调度算法实现时间充电控制指令输出，所述优先级调度算法通过动态优先级确定设定充电时间为最高优先权，所述优先级调度算法根据最高优先权产生时间充电控制指令，可编程控制器通过时间充电控制指令终止车辆充电，所述电量控制方法采用智能调度算法实现车辆自动充满断电，所述智能调度算法通过网络负荷平衡判断车辆充满状态，可编程控制器根据车辆充满状态终止车辆充电。
作为本发明进一步的实施例，所述过压诊断模块的工作方法为：
步骤一、采用数据定标标准化消除充电桩充电数据之间的量纲差异，所述数据定标标准化采用线性比例缩放将充电桩充电数据缩放到[0,1]范围内，过压诊断模块通过数据划分将缩放后的充电桩充电数据划分为训练集和测试集；
步骤二、然后再采用随机性模拟算法对训练集进行模型模拟训练，得到过压检测模型，所述随机性模拟算法通过交叉验证评估过压检测模型的性能，所述交叉验证根据测试集对过压检测模型进行测试，过压检测模型通过贝叶斯优化实现结构优化，所述贝叶斯优化采用拟合目标函数迭代计算过压检测模型最大化结构强度，所述过压检测模型最大化结构强度计算公式为：
（3）
在公式（3）中，为过压检测模型最大化结构强度，/>为充电桩最大电压阈值，/>为过压检测模型初始结构强度值，/>为拟合目标函数的拟合误差率，/>为贝叶斯优化的迭代次数；
步骤三、最后过压检测模型通过过压标注对充电桩充电数据进行过压分析，所述过压标注通过过压阈值对充电桩充电数据进行过压检测，实现充电桩过压诊断。
作为本发明进一步的实施例，所述过压保护控制模块采用限压保护措施处理充电桩过压现象，所述限压保护措施采用能量流抑制效率目标函数对故障限压器进行限压电压值优化，能量流抑制效率目标函数通过二次约束优化获得故障限压器的最优限压策略，所述故障限流器根据最优限压策略减小充电桩充电电压。
作为本发明进一步的实施例，所述界面设计模块采用Qt界面生成工具设计用户充电界面，所述Qt界面生成工具设置充电方式选择按钮实现充电方式选择，所述充电方式选择按钮包括自动充满和充电时间自定义。
作为本发明进一步的实施例，所述点击事件控制模块通过事件处理函数获取用户选择的充电方式信息，所述事件处理函数通过使用事件对象的方法对用户选择的充电方式信息进行分析处理，事件处理函数通过无线网络通讯协议将分析处理后的充电方式信息输出给可编程控制器，所述可编程控制器通过分析处理后的充电方式信息选择时间控制方法和电量控制方法。
本发明区别于现有技术的积极有益效果：
本发明公开一种新能源充电桩控制系统，实时时钟采用网络时间协议获得准确的充电开始和结束的时间戳，充电功率获取模块采用充电功率计算函数获取车辆电池实际充电功率，充电计费模块采用复合计费方法综合考虑时间和车辆电池充电功率因素进行复合计费，实现准确进行充电计费，界面设计模块采用Qt界面生成工具设计用户充电界面，点击事件控制处理模块通过事件处理函数获取用户选择的充电方式信息，为用户带来便利，自动开关充电模块采用时间控制方法和电量控制方法实现充电桩自动控制车辆充电，实现进行时间控制和电量控制，过压诊断模块采用随机性模拟算法对训练集进行模型模拟训练得到过压检测模型，过压检测模型通过过压标注对充电桩充电数据进行过压分析，过压保护控制模块采用限压保护措施处理充电桩过压现象，实现过压检测和过压保护控制。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还根据这些附图获得其他的附图，其中：
图1为本发明一种新能源充电桩控制系统的整体架构原理图；
图2为本发明所采用的过压诊断模块工作流程图；
图3为本发明所采用的计费模块结构示意图；
图4为本发明所采用的安全保护模块结构示意图；
图5为本发明所采用的用户界面模块结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1-图5所示，一种新能源充电桩控制系统包含能源转化储存模块、充电模块、监测模块和通信模块；
所述能源转化储存模块采用太阳能电池板将太阳能转化为电能，能源转化储存模块通过可充电电池储存电能；
所述充电模块通过交直流转化器将交流电转化为车辆所需的直流电；
所述监测模块采用电压传感器、霍尔效应传感器和热敏二极管采集充电桩充电数据，所述充电桩充电数据包括充电电压、充电电流和可充电电池温度；
所述通信模块采用无线网络进行数据传输；
所述新能源充电桩控制系统还包括计费模块、安全保护控制模块和用户界面模块；
所述计费模块采用微处理器根据充电时长和功率消耗生成充电消费费用，所述微处理器包括充电时间获取模块、充电功率获取模块和充电计费模块，所述充电时间获取模块输出端和充电功率获取模块的输入端与所述充电计费模块的输入端连接；
所述安全保护控制模块采用可编程控制器实现充电桩开关控制和过压保护，所述可编程控制器包括自动开关充电模块、过压诊断模块和过压保护控制模块，所述过压诊断模块的输出端与过压保护控制模块的输入端连接；
所述用户界面模块通过触摸屏选择充电方式和完成支付，所述触摸屏包括界面设计模块和点击事件控制模块，所述界面设计模块的输出端与所述点击事件控制模块的输入端连接；
所述太阳能电池板的输出端与所述储能模块的输入端连接，所述监测模块输出端与通信模块的输入端连接，所述通信模块的输出端分别与计费模块的输入端、安全保护控制模块的输入端连接，所述用户界面模块的输出端与所述安全保护控制模块的输入端连接，所述安全保护控制模块的输出端和储能模块的输出端与充电模块的输入端连接。
在具体实施例中，太阳能电池板是利用光电效应将太阳能转化为电能的装置。其工作原理如下：1、光电效应：光电效应是指当光照射到某些物质表面时，会使得物质中的自由电子被激发并跃迁到导带中，形成电流的现象；2、半导体材料：太阳能电池板通常采用半导体材料，如硅（Si）或硒化镉（CdTe），这些材料具有特殊的能带结构，其中导带和价带之间存在禁带；2、P-N结构：太阳能电池板一般由P型半导体和N型半导体组成，P型半导体中掺入了少量的三价元素（如硼），形成正空穴；N型半导体中掺入了少量的五价元素（如磷），形成负载流子；3、光吸收与电荷分离：当太阳光照射到P-N结构上时，光子会激发P型区域和N型区域中的载流子，在禁带宽度内，光子能量足够大时，会产生一个电子-空穴对，由于P-N结构的内建电场，电子会向N型半导体移动，空穴会向P型半导体移动，从而产生电流；4、电流输出：太阳能电池板通过将P-N结构与外部回路连接，将光转化的电能输出为直流电，通常在太阳能电池板上安装金属导线网格以收集和传输产生的电流。
交直流转换器的原理是通过稳压二极管和整流二极管将输入的交流电转化为所需的直流电，交流的电压值和频率通常是不固定的，而车辆所需的直流电压和电流却是稳定的，因此，为了将交流电转化为车辆所需的直流电，需要进行以下几个步骤；1、 整流：使用整流二极管将交流电转化为半波或全波直流电；2、 滤波：使用电容和电感等元件来对原始波形进行平滑处理，这个过程被称为滤波，其主要目的是消除交流波动并使直流波形更加稳定；3、电压调节/稳压：使用稳压二极管来调节电压或稳定电压，以尽可能地将电压保持在所需范围内。交流电到直流电的转换原理是在将输入的交流电转换为直流电之前进行整流和滤波，并且通过电压调节/稳压和电流控制等步骤来实现，最终获得稳定的、适合车辆使用的直流电。
在进一步的实施例中，所述充电时间获取模块通过实时时钟记录充电开始和结束的时间戳，所述实时时钟采用网络时间协议获得准确的充电开始和结束的时间戳，所述充电功率获取模块通过等效电路模型对车辆充电过程进行分析，所述等效电路模型根据阻性元件实现车辆电池充电能量损耗的定量分析，所述充电功率获取模块采用充电功率计算函数获取车辆电池实际充电功率，所述充电功率计算函数的公式为：
（1）
在公式（1）中，为车辆电池实际充电功率，/>为充电电压，/>为充电电流，/>为充电桩电阻器电阻值，/>为充电桩电阻器电阻值下标，/>为故障限压器电阻值，2为故障限压器电阻值下标，/>为交直流转化器中整流二极管电阻值，3为交直流转化器中整流二极管电阻值下标，/>为交直流转化器中稳压二极管电阻值，4为交直流转化器中稳压二极管电阻值下标。
在具体实施例中，实时时钟可以通过网络时间协议（Network Time Protocol，NTP）获得准确的时间戳，以确定充电开始和结束的时间，NTP是一种用于同步计算机系统时钟的协议，它通过与时间服务器进行通信，获取精确的时间信息，以下是实现准确充电开始和结束时间戳的步骤：1、连接到无线网络：实时时钟需要连接到无线网络以获取网络时间；2、配置NTP客户端：在实时时钟上配置NTP客户端软件，该软件能够与NTP服务器进行通信并获取准确的时间信息，根据具体情况选择合适的NTP客户端软件，如Linux系统中常用的ntpdate、chrony等；3、设置NTP服务器：指定一个可靠且准确的NTP服务器作为时间源，可以选择公共的NTP服务器，例如time.google.com、pool.ntp.org等，也可以使用私有的NTP服务器；4、同步时间：启动NTP客户端软件并与指定的NTP服务器进行通信，从服务器获取当前准确的时间信息，并将其同步到实时时钟上；5、获取充电开始和结束时间戳：在需要记录充电开始和结束时间的地方，在充电过程开始前和结束后分别读取实时时钟上已同步好的时间信息，即可获得准确的时间戳。
实际充电功率可能会受到阻性元件的影响，在计算时应尽量考虑这些因素以获得更准确的结果，充电功率计算函数能够准确获取车辆电池实际充电功率，车辆电池实际充电功率计算结果如表1所示：
表1车辆电池实际充电功率统计表
如表1所示，设置四个测试组，采用两种方法计算车辆电池充电功率，方法1通过充电电压和充电电流的乘积直接计算车辆电池充电功率，方法2为充电功率计算函数获取车辆电池实际充电功率，方法1的误差大于方法2的误差，可知本发明充电功率计算函数获取车辆电池实际充电功率具有突出的技术效果。
在进一步的实施例中，所述充电计费模块采用复合计费方法综合考虑时间和车辆电池充电功率因素进行复合计费，所述复合计费方法根据充电时段设定充电费率，所述复合计费方法通过时间积分算法对充电开始和结束的时间戳内的车辆电池充电功率进行积分，获得充电桩输出总电量，充电计费为充电桩输出总电量与设定充电费率的乘积，所述时间积分算法的计算公式为：
（2）
在公式（2）中，为充电桩输出总电量，/>为充电开始的时间戳，/>为充电开始的时间戳下标，/>为结束的时间戳，/>为结束的时间戳下标，/>为充电桩充电效率，/>为车辆充电器的总阻值。
在具体实施例中，复合计费方法是一种综合考虑时间和车辆电池充电功率因素进行复合计费的方法，它可以根据车辆电池充电功率的波动以及电网的负荷情况进行灵活调整充电价格，并且可以在尽可能短的时间内为车辆提供充足的电力，1. 可以减少能源浪费：在电网负荷较高的时候，充电价格较高，可以鼓励用户在电网负荷较低的时候进行充电，从而减少能源浪费；2. 可以降低充电成本：在电网负荷较低的时候，充电价格相对较低，用户可以更加灵活地选择充电时间，从而降低充电成本；3. 可以提高充电效率：根据复合计费方法的充电特性，可以在可能短的时间内为车辆提供充足的电力，提高充电效率；4.可以更好地保护电网：在高峰期进行大量的充电行为将会对电网造成压力，复合计费方法可以减少高峰期的充电行为，从而更好地保护电网；总之，复合计费方法综合考虑时间和车辆电池充电功率因素进行复合计费，可以提高能源利用效率，降低充电成本，提高充电效率，更好地保护电网，因此具有广泛的应用前景和经济效益。复合计费方法的用户满意度如表2所示：
表2复合计费方法的用户满意度
设置四个测试组，每组对象数均相同，采用两种方法进行充电计费，方法3为通过充电桩输出总电量进行计费，方法4采用充电桩输出总电量与设定充电费率进行计费，如表2所示，用户满意度为用户满意数与对象数的比值，方法3和方法4的用户满意度有明显差别，方法4精确度明显大于方法3，可知充电桩输出总电量与设定充电费率进行计费具有突出的技术效果。
在进一步的实施例中，所述自动开关充电模块采用时间控制方法和电量控制方法实现充电桩自动控制车辆充电，所述时间控制方法采用优先级调度算法实现时间充电控制指令输出，所述优先级调度算法通过动态优先级确定设定充电时间为最高优先权，所述优先级调度算法根据最高优先权产生时间充电控制指令，可编程控制器通过时间充电控制指令终止车辆充电，所述电量控制方法采用智能调度算法实现车辆自动充满断电，所述智能调度算法通过网络负荷平衡判断车辆充满状态，可编程控制器根据车辆充满状态终止车辆充电。
在进一步的实施例中，所述过压诊断模块的工作方法为：
步骤一、采用数据定标标准化消除充电桩充电数据之间的量纲差异，所述数据定标标准化采用线性比例缩放将充电桩充电数据缩放到[0,1]范围内，过压诊断模块通过数据划分将缩放后的充电桩充电数据划分为训练集和测试集；
步骤二、然后再采用随机性模拟算法对训练集进行模型模拟训练，得到过压检测模型，所述随机性模拟算法通过交叉验证评估过压检测模型的性能，所述交叉验证根据测试集对过压检测模型进行测试，过压检测模型通过贝叶斯优化实现结构优化，所述贝叶斯优化采用拟合目标函数迭代计算过压检测模型最大化结构强度，所述过压检测模型最大化结构强度计算公式为：
（3）
在公式（3）中，为过压检测模型最大化结构强度，/>为充电桩最大电压阈值，/>为过压检测模型初始结构强度值，/>为拟合目标函数的拟合误差率，/>为贝叶斯优化的迭代次数；
步骤三、最后过压检测模型通过过压标注对充电桩充电数据进行过压分析，所述过压标注通过过压阈值对充电桩充电数据进行过压检测，实现充电桩过压诊断。
在具体实施例中，贝叶斯优化是一种基于贝叶斯定理的优化方法，它通过随机探索目标函数的参数空间，然后使用先前的结果来指导下一步的探索，最终找到最小值或最大值，在过压检测模型最大化结构强度方面，贝叶斯优化可以通过以下步骤来实现:1. 拟合目标函数：拟合目标函数是模型的输入和输出之间的映射，例如模型的输入是充电桩的结构参数，输出是结构强度，拟合目标函数具有一定的光滑性，使得可以使用梯度等方法对其进行优化；2. 初始化过压检测模型：首先需要对拟合目标函数的输入和输出建立一个过压检测模型，该模型使用先验知识和标记数据来学习输入和输出之间的概率分布，然后利用这个分布进行后续的优化搜索；3. 选择下一个输入点：利用过压检测模型，生成下一个输入点，生成的输入点应该是尚未被探索的点，并且在拟合目标函数中具有最大可能的目标函数值；4. 评估拟合目标函数：对于新生成的输入点，评估其拟合目标函数并更新过压检测模型，更新后的过压检测模型应反映当前已知的输入和输出之间的关系，并用于生成下一个输入点；5. 重复进行步骤3和步骤4，直到达到停止条件，例如，可以设置搜索轮数或评估拟合目标函数的限制时间，总之，通过贝叶斯优化和目标函数迭代计算，可以最大化充电桩过压检测模型的结构强度，使其具有更好的性能和诊断充电桩过压准确性。过压检测模型最大化结构强度计算结果统计表如表3所示：
表3过压检测模型最大化结构强度计算结果统计表
如表3所示，设置四个测试组，采用两种方法计算过压检测模型最大化结构强度，方法5通过随机搜索方法随机生成大量的输入数据，然后根据输出数据筛选出过压检测模型最大化结构强度，方法6通过拟合目标函数迭代计算过压检测模型最大化结构强度，方法5的误差大于方法6的误差，可知本发明拟合目标函数迭代计算过压检测模型最大化结构强度具有突出的技术效果。
在进一步的实施例中，所述过压保护控制模块采用限压保护措施处理充电桩过压现象，所述限压保护措施采用能量流抑制效率目标函数对故障限压器进行限压电压值优化，能量流抑制效率目标函数通过二次约束优化获得故障限压器的最优限压策略，所述故障限流器根据最优限压策略减小充电桩充电电压。
在进一步的实施例中，所述界面设计模块采用Qt界面生成工具设计用户充电界面，所述Qt界面生成工具设置充电方式选择按钮实现充电方式选择，所述充电方式选择按钮包括自动充满和充电时间自定义。
在进一步的实施例中，所述点击事件控制模块通过事件处理函数获取用户选择的充电方式信息，所述事件处理函数通过使用事件对象的方法对用户选择的充电方式信息进行分析处理，事件处理函数通过无线网络通讯协议将分析处理后的充电方式信息输出给可编程控制器，所述可编程控制器通过分析处理后的充电方式信息选择时间控制方法和电量控制方法。
在具体实施例中，无线网络通讯协议是在无线网络通信中使用的一种标准化的规则和约定，它规定了无线数据通信中的数据格式、数据传输速率、错误处理、流量控制、数据加密和解密等方面的细节，这样，无线网络设备（如WiFi路由器、移动电话、传感器等）可以使用相同的协议进行通信，从而实现互操作性和互联互通，无线网络通讯协议在无线网络中起着至关重要的作用，它们使得各种无线设备能够在无线网络中互相通信，从而实现了人与机器、机器与机器之间的实时通信和数据交换。
可编程控制器（Programmable Logic Controller, PLC）是一种数字化电子计算机，用于控制工业过程、机器人、机械运动或其他自动化系统。PLC 的主要作用是接受输入信号、逻辑处理、控制输出信号，实现对自动化过程的精确控制。
PLC 的原理是：PLC 以一组逻辑电路或单片机芯片作为控制核心，在此基础上向外接口提供输入、输出信号和数据存储空间。通过从传感器端口接收输入，PLC 对输入作出响应，运行逻辑程序，然后通过输出端口向执行器发送指令，从而实现精确的控制，具体而言，PLC 的原理包括以下几个方面：1. 输入模块：通过输入模块将各种不同通信协议的设备信号，例如开关、传感器等，转换为 PLC 接受的信号，输入信号被转换为数字信号，并存储在 PLC 的内存中；2. 输出模块：在逻辑处理后，PLC 通过输出模块将关联的控制信号发送到执行器，例如继电器、电动机等；3. 中央处理单元（CPU）：CPU 是 PLC 的核心部分，它有一个控制程序来处理输入信号，通过基于逻辑、定时和计数等功能模块，计算机能够适当地响应输入信号并确定输出信号；4. 程序存储器：程序存储器是用于存储程序代码、指令和数据的存储器，程序员在编程时将程序代码写入计算机的程序存储器中，以便计算机能够执行特定的功能和任务。总的来说，可编程控制器通过读取输入信号并执行逻辑程序进行计算，控制输出信号，实现对自动化过程的控制，它包括输入模块、输出模块、CPU 和程序存储器等组件，其原理是基于数字电路技术和计算机技术。
虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这些具体实施方式仅是举例说明，本领域的技术人员在不脱离本发明的原理和实质的情况下，对上述方法和系统的细节进行各种省略、替换和改变。例如，合并上述方法步骤，从而按照实质相同的方法执行实质相同的功能以实现实质相同的结果则属于本发明的范围。因此，本发明的范围仅由所附权利要求书限定。
Claims (8)
1.一种新能源充电桩控制系统，其特征在于：所述新能源充电桩控制系统包含能源转化储存模块、充电模块、监测模块和通信模块：
所述能源转化储存模块采用太阳能电池板将太阳能转化为电能，能源转化储存模块通过可充电电池储存电能；
所述充电模块通过交直流转化器将交流电转化为车辆所需的直流电；
所述监测模块采用电压传感器、霍尔效应传感器和热敏二极管采集充电桩充电数据，所述充电桩充电数据包括充电电压、充电电流和可充电电池温度；
所述通信模块采用无线网络进行数据传输；
其特征在于：所述新能源充电桩控制系统还包括计费模块、安全保护控制模块和用户界面模块；
所述计费模块采用微处理器根据充电时长和功率消耗生成充电消费费用，所述微处理器包括充电时间获取模块、充电功率获取模块和充电计费模块，所述充电时间获取模块的输出端和充电功率获取模块的输入端与所述充电计费模块的输入端连接；
所述安全保护控制模块采用可编程控制器实现充电桩开关控制和过压保护，所述可编程控制器包括自动开关充电模块、过压诊断模块和过压保护控制模块，所述过压诊断模块的输出端与过压保护控制模块的输入端连接；
所述用户界面模块通过触摸屏选择充电方式和完成支付，所述触摸屏包括界面设计模块和点击事件控制模块，所述界面设计模块的输出端与所述点击事件控制模块的输入端连接；
所述太阳能电池板的输出端与所述储能模块的输入端连接，所述监测模块输出端与通信模块的输入端连接，所述通信模块的输出端分别与计费模块的输入端和安全保护控制模块的输入端连接，所述用户界面模块的输出端与所述安全保护控制模块的输入端连接，所述安全保护控制模块的输出端和所述储能模块的输出端与充电模块的输入端连接。
2.根据权利要求1所述的一种新能源充电桩控制系统，其特征在于：所述充电时间获取模块通过实时时钟记录充电开始和结束的时间戳，所述实时时钟采用网络时间协议获得准确的充电开始和结束的时间戳，所述充电功率获取模块通过等效电路模型对车辆充电过程进行分析，所述等效电路模型根据阻性元件实现车辆电池充电能量损耗的定量分析，所述充电功率获取模块采用充电功率计算函数获取车辆电池实际充电功率，所述充电功率计算函数的公式为：
（1）
在公式（1）中，为车辆电池实际充电功率，/>为充电电压，/>为充电电流，/>为充电桩电阻器电阻值，/>为充电桩电阻器电阻值下标，/>为故障限压器电阻值，2为故障限压器电阻值下标，/>为交直流转化器中整流二极管电阻值，3为交直流转化器中整流二极管电阻值下标，/>为交直流转化器中稳压二极管电阻值，4为交直流转化器中稳压二极管电阻值下标。
3.根据权利要求1所述的一种新能源充电桩控制系统，其特征在于：所述充电计费模块采用复合计费方法综合考虑时间和车辆电池充电功率因素进行复合计费，所述复合计费方法根据充电时段设定充电费率，所述复合计费方法通过时间积分算法对充电开始和结束的时间戳内的车辆电池充电功率进行积分，获得充电桩输出总电量，充电计费为充电桩输出总电量与设定充电费率的乘积，所述时间积分算法的计算公式为：
（2）
在公式（2）中，为充电桩输出总电量，/>为充电开始的时间戳，/>为充电开始的时间戳下标，/>为结束的时间戳，/>为结束的时间戳下标，/>为充电桩充电效率，/>为车辆充电器的总阻值。
4.根据权利要求1所述的一种新能源充电桩控制系统，其特征在于：所述自动开关充电模块采用时间控制方法和电量控制方法实现充电桩自动控制车辆充电，所述时间控制方法采用优先级调度算法实现时间充电控制指令输出，所述优先级调度算法通过动态优先级确定设定充电时间为最高优先权，所述优先级调度算法根据最高优先权产生时间充电控制指令，可编程控制器通过时间充电控制指令终止车辆充电，所述电量控制方法采用智能调度算法实现车辆自动充满断电，所述智能调度算法通过网络负荷平衡判断车辆充满状态，可编程控制器根据车辆充满状态终止车辆充电。
5.根据权利要求1所述的一种新能源充电桩控制系统，其特征在于：所述过压诊断模块的工作方法为：
步骤一、采用数据定标标准化消除充电桩充电数据之间的量纲差异，所述数据定标标准化采用线性比例缩放将充电桩充电数据缩放到[0,1]范围内，过压诊断模块通过数据划分将缩放后的充电桩充电数据划分为训练集和测试集；
步骤二、然后再采用随机性模拟算法对训练集进行模型模拟训练，得到过压检测模型，所述随机性模拟算法通过交叉验证评估过压检测模型的性能，所述交叉验证根据测试集对过压检测模型进行测试，过压检测模型通过贝叶斯优化实现结构优化，所述贝叶斯优化采用拟合目标函数迭代计算过压检测模型最大化结构强度，所述过压检测模型最大化结构强度计算公式为：
（3）
在公式（3）中，为过压检测模型最大化结构强度，/>为充电桩最大电压阈值，/>为过压检测模型初始结构强度值，/>为拟合目标函数的拟合误差率，/>为贝叶斯优化的迭代次数；
步骤三、最后过压检测模型通过过压标注对充电桩充电数据进行过压分析，所述过压标注通过过压阈值对充电桩充电数据进行过压检测，实现充电桩过压诊断。
6.根据权利要求1所述的一种新能源充电桩控制系统，其特征在于：所述过压保护控制模块采用限压保护措施处理充电桩过压现象，所述限压保护措施采用能量流抑制效率目标函数对故障限压器进行限压电压值优化，能量流抑制效率目标函数通过二次约束优化获得故障限压器的最优限压策略，所述故障限流器根据最优限压策略减小充电桩充电电压。
7.根据权利要求1所述的一种新能源充电桩控制系统，其特征在于：所述界面设计模块采用Qt界面生成工具设计用户充电界面，所述Qt界面生成工具设置充电方式选择按钮实现充电方式选择，所述充电方式选择按钮包括自动充满和充电时间自定义。
8.根据权利要求1所述的一种新能源充电桩控制系统，其特征在于：所述点击事件控制模块通过事件处理函数获取用户选择的充电方式信息，所述事件处理函数通过使用事件对象的方法对用户选择的充电方式信息进行分析处理，事件处理函数通过无线网络通讯协议将分析处理后的充电方式信息输出给可编程控制器，所述可编程控制器通过分析处理后的充电方式信息选择时间控制方法和电量控制方法。
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