CN117465279A - 一种电动汽车充电峰值功率智能控制系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种电动汽车充电峰值功率智能控制系统及方法，能够在包含多个变压器电源点的特点区域内，考虑不同时段、环境、交通等因素影响对局部充电峰值需求进行预测，并对各公共充电站允许的最大可用容量进行动态调节，从而在尽可能保证不削弱每个充电桩的充电服务能力的基础上，最大程度地减少局部充电负荷激增对电网的冲击，实现了电网整体运行稳定与充电效率的兼顾；本发明以新能源汽车大数据为基础，通过所提出的数据处理与分析手段实现了与实际需求相匹配的充电功率自适应分配，结合不同时段的充电计费策略，可实现充电峰值时的有序引导和车辆分流，有助于缓解电网局部的充电紧张情况，也能够使区域内整体的充电服务效率得到进一步优化。
Description
技术领域
本发明涉及电动车充电管理技术领域，具体为一种电动汽车充电峰值功率智能控制系统及方法。
背景技术
随着新能源电动汽车在我国的普及愈加广泛，车辆的充电需求也急剧增长，在部分区域的充电峰值时段，常发生充电基础设施数量与充电能力无法满足需求的情况。然而，受多种因素的影响，局部充电需求高峰发生的时间不可能完全相同，并且在相同变电站下的充电站之间，充电需求与负荷分布大多也不均匀，常见部分充电站的充电负荷极高而部分充电站闲置的情况。对于这种发生时间和位置分布不均的充电峰值，难以在充电设施建设规划时提前预测。而在充电拥挤现象比较严重后，依靠短时期内新增大量的充电设施来缓解并不现实，这是因为新增充电设施不仅会使局部电网的总负荷超出限制，同时也会对电网引入更多的冲击，从增加电网的复杂性影响系统稳定，故可能导致区域内整体的充电能力不升反降。
发明内容
有鉴于此，针对本领域中存在的技术问题，本发明提供了一种电动汽车充电峰值功率智能控制系统的控制方法，由多个公共充电站端和云端相互协同工作；
在每个公共充电站端，设置有所述智能控制系统和智能监控系统；所述智能控制系统包括参数设置模块、充电策略自动控制模块和充电站管理系统；所述智能监控系统包括电动车状态监控模块、远程监控控制模块和电网通信平台；智能控制系统与智能监控系统之间相互通信，两者还同时与云端的充电管理平台通信；所述充电管理平台在云端搭建，由运维管理层和数据管理层组成；
所述控制方法具体包括以下步骤：
S1、充电管理平台从实车中提取一定时期内各电动汽车的历史原始运行数据，每帧原始运行数据由VIN、车型、车辆状态、充电状态、SOC、经度、纬度、数据采集时间、环境温度、车速等组成；针对每一辆电动汽车从历史原始运行数据中提取出一个与其对应的数据集；
S2、充电管理平台的数据管理层根据每车对应的数据集中的车辆行驶或停车充电状态中提取出对应的停车充电数据帧；并对提取的停车充电数据帧执行包括对去除过短片段、片段空缺值填充、删除数据异常片段的数据清洗与异常处理；由此得到切分后的停车充电片段；
S3、将各停车充电片段对应的经纬度数据，利用现有数字地图平台转换成该平台的坐标格式，再经过该平台的轨迹纠偏修正功能进行必要的坐标修正；
S4、针对包含多个变压器电源点的区域，利用数字地图平台所提供的区域内公共充电站坐标，以一定距离或车程范围为约束，对各停车充电片段对应的修正后坐标匹配临近的公共充电站坐标，并将每个公共充电站坐标对应的停车片段数据建立起一个停车片段数据库；
S5、利用各公共充电站坐标对应的停车充电片段数据库，统计每日不同时段的充电事件次数；并针对相同时段的充电事件，提取停车充电片段对应的数据采集时间、车速、环境温度字段，作为可能影响车辆能耗水平的月份、季节、交通状况划分不同工况类型的依据；对工况类型和每日时段均相同的充电事件次数取平均值，定义为各公共充电站的充电事件密度；
S6、在相同时段的相同工况类型下，统计各变压器电源点分别对应的公共充电站充电事件密度之和；基于不同变压器电源点对应的充电事件密度之和之间的比例，表征特定时段与工况类型下各变压器电源点的潜在充电需求，并基于所述比例为各变压器电源点分配相应可用容量，同时保证各变压器电源点各自的负荷与总负荷均满足额定要求；
S7、在每个变压器电源点下，各公共充电站的智能控制系统之间通过远程监控控制模块和电网通信平台相互通信并与电网通信，在总负荷不超出所分配功率的基础上，通过充电策略自动控制模块为待充电车辆执行相应充电策略；运维管理层结合充电事件密度以及待充电的车型、VIN信息来分别确定各公共充电站在特定时段与工况类型对应的充电峰值时电价计费档位；通过电动车状态监控模块监测单次充电电量，并基于所确定的电价计费档位计算电费；
S8、定期返回步骤S1重新提取实车历史原始运行数据并重复执行本方法的各个步骤，对功率分配与电价计费策略进行更新。
进一步地，步骤S1中所提取的实车原始运行数据以及后续处理过程均基于国标GB32960规范数据格式。
进一步地，步骤S3中具体利用包括高德地图、百度地图的数字地图平台执行经纬度坐标转换与修正。
进一步地，步骤S4中针对数字地图中包括部分医院、工厂等的重点场所，在预先设定的距离范围内搜索临近的多个公共充电站坐标，并为这些公共充电站的停车充电片段增加重点场所标记字段；在步骤S6中基于所述重点场所标记字段，先将这些公共充电站对应的数个变压器电源点作为一个整体来计算充电事件密度之和以及与其他变压器电源点之间的所述比例；基于所述比例分配所述数个变压器定电源点整体的可用容量；再基于相应充电事件密度之和的比例分配该整体中各变压器电源点下的可用容量。
进一步地，在步骤S7中在充电峰值时，基于待充电车辆的车型、VIN信息来分别确定各车辆的电价计费档位。
进一步地，所述运维管理层在该方法的步骤重复执行指定次数后，通过所述远程监控控制模块对公共充电站中的各充电桩运行状态进行监测评估；所述数据管理层基于所述监测评估结果，对分配给各变压器电源点的可用容量进行调整，并用于后续方法的执行过程。
相应地，本发明还提供了一种用于执行前述方法的电动汽车充电峰值功率智能控制系统，由所述智能控制系统和智能监控系统组成；所述智能控制系统包括参数设置模块、充电策略自动控制模块和充电站管理系统；所述智能监控系统包括电动车状态监控模块、远程监控控制模块和电网通信平台；智能控制系统与智能监控系统之间相互通信，智能控制系统的充电站管理系统和智能监控系统的远程监控控制模块均与云端的充电管理平台通信；
智能控制系统中，所述参数设置模块用于驾驶员自主选择充电时长、快慢充模式以及充电速率；充电策略自动控制模块在保证其所在充电站的负荷不超出分配的可用容量基础上，结合参数设置执行相应充电策略；智能监控系统中，所述电动车状态监控模块包括电池监控单元、电压监控单元和电流监控单元，用于对充电时的电池、电压和电流进行数据监测，所述电池监控单元包括温度检测单元和电量监测单元，用于对充电时电池的温度和实时电量进行监测；电网通信平台用于与所属变压器电源点、供电部门之间实现实时功率、充电电量与电费信息的交互。
与现有技术相比，本发明的有益效果至少包括：
1、本发明能够在包含多个变压器电源点的特点区域内，考虑不同时段、环境、交通等因素影响对局部充电峰值需求进行预测，并对各公共充电站允许的最大可用容量进行动态调节，从而在尽可能保证不削弱每个充电桩的充电服务能力的基础上，最大程度地减少局部充电负荷激增对电网的冲击，实现了电网整体运行稳定与充电效率的兼顾；
本发明以新能源汽车大数据为基础，通过所提出的数据处理与分析手段实现了与实际需求相匹配的充电功率自适应分配，结合不同时段的充电计费策略，可实现充电峰值时的有序引导和车辆分流，有助于缓解电网局部的充电紧张情况，也能够使区域内整体的充电服务效率得到进一步优化。
附图说明
图1为本发明所提供方法中充电站端与云端协同工作的原理示意图；
图2为智能控制系统的可选结构框架图；
图3为云端充电管理平台的可选结构框架图；
图4为智能监控系统的可选结构框架图；
图5为电动车状态监控模块的可选结构框架。
具体实施方式
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。
本发明所提供的电动汽车充电峰值功率智能控制系统的控制方法，由多个公共充电站端和云端相互协同工作；
在每个公共充电站端，设置有所述智能控制系统和智能监控系统；所述智能控制系统包括参数设置模块、充电策略自动控制模块和充电站管理系统；所述智能监控系统包括电动车状态监控模块、远程监控控制模块和电网通信平台；智能控制系统与智能监控系统之间相互通信，如图1所示两者还同时与云端的充电管理平台通信；所述充电管理平台在云端搭建，由运维管理层和数据管理层组成；
所述控制方法具体包括以下步骤：
S1、充电管理平台从实车中提取一定时期内各电动汽车的历史原始运行数据，每帧原始运行数据由VIN、车型、车辆状态、充电状态、SOC、经度、纬度、数据采集时间、环境温度、车速、充电桩组成；针对每一辆电动汽车从原始运行数据中提取出一个与其对应的数据集；提取的历史原始运行数据所对应的一定时期，可选择对特定城市区域范围内大量电动汽车能耗与相关影响因素具有规律性变化的不同时间段，比如夏季或冬季由于车辆空调的使用以及不同环境温度下电池性能差异，导致车辆完全不同的能耗表现与充电需求的改变，因此可以季节作为历史原始运行数据提取的时间依据，对于春季与秋季视为近似相同的环境条件，提取近几年的历史原始运行数据统一用于这两个季节的可用容量分配；对于夏季或冬季则分别提取往年相同季节的数据；又比如某些城市的学校附近在学期和假期的交通状况不同也会间接地影响车辆充电需求，故也可以针对学期和假期时段分别提取相应历史原始运行数据；
S2、充电管理平台的数据管理层根据每车对应的数据集中的车辆行驶或停车充电状态中提取出对应的停车充电数据帧；并对提取的停车充电数据帧执行包括对去除过短片段、片段空缺值填充、删除数据异常片段的数据清洗与异常处理；由此得到切分后的多个停车充电片段；
S3、将各停车充电片段对应的经纬度数据，利用现有数字地图平台转换成该平台的坐标格式，再经过该数字地图平台的轨迹纠偏修正功能进行必要的坐标修正；
S4、针对包含多个变压器电源点的区域，利用数字地图平台所提供的区域内公共充电站坐标，以一定距离或车程范围为约束，对各停车充电片段对应的修正后坐标匹配临近的公共充电站坐标，并将每个公共充电站坐标对应的停车片段数据建立起一个停车片段数据库；通过此步骤将发生在各公共充电站附件的历史充电事件进行存储，可用于后续对各充电站对应的潜在充电需求分布进行统计；在此步骤中对充电事件具体发生在公共充电桩还是私人充电桩并不加以区分，目的是保证统计样本的数量并相对充分真实的反映充电需求，同时也能在可用容量分配中尽可能保留各充电站的允许负荷裕量，避免削弱充电设施的充电服务能力；
S5、利用各公共充电站坐标对应的停车充电片段数据库，统计每日不同时段的相应充电事件次数；并针对相同时段的充电事件，提取停车充电片段对应的数据采集时间、车速、环境温度字段，作为可能影响车辆能耗水平的月份、季节、交通状况划分不同工况类型的依据；对工况类型和每日时段均相同的充电事件次数取平均值，定义为各公共充电站的充电事件密度；由于车辆在工作日使用时的行驶路线相对固定，同时在外部环境温度、交通状况、出行时间等方面随每日时段的不同也呈现出规律性的变化，因而可以作为反映车辆能耗变化与充电需求的参考依据；由于节假日时驾驶员的用车与充电行为随机性较强，因此可将节假日的充电事件次数不进行统计，或者在历史原始运行数据提取时就加以排除；
S6、在相同时段的相同工况类型下，统计各变压器电源点分别对应的公共充电站充电事件密度之和；基于不同变压器电源点对应的充电事件密度之和之间的比例，表征特定时段与工况类型下各变压器电源点的潜在充电需求，并基于所述比例为各变压器电源点分配相应可用容量，同时保证各变压器电源点各自的负荷与总负荷均满足额定要求；
S7、在每个变压器电源点下，各公共充电站的智能控制系统之间通过远程监控控制模块和电网通信平台相互通信并与电网通信，在总负荷不超出所分配功率的基础上，通过充电策略自动控制模块为待充电车辆执行相应充电策略；运维管理层结合充电事件密度以及待充电的车型、VIN信息来分别确定各公共充电站在特定时段与工况类型对应的充电峰值时电价计费档位；通过电动车状态监控模块监测单次充电电量，并基于所确定的电价计费档位计算电费；
S8、定期返回步骤S1重新提取实车历史原始运行数据并重复执行本方法的各个步骤，对功率分配与电价计费策略进行更新。
在本发明的一个优选实施方式中，步骤S1中所提取的实车原始运行数据以及后续处理过程均基于国标GB32960规范数据格式，该格式数据在目前的一些新能源汽车大数据平台中已被广泛地采用，较有利于本发明的应用与推广。
在本发明的一个优选实施方式中，步骤S3中具体利用包括高德地图、百度地图的数字地图平台执行经纬度坐标转换与修正。现有的数字地图平台如高德地图、百度地图等均可提供该坐标转换、车辆轨迹纠偏修正服务，也同样采用上述国标数据格式，因而便于在具体实施本发明时选用，省去了路网地图的重复搭建与车辆位置坐标定位、充电设施坐标标记与识别的过程。
由于充电峰值时激增的充电负荷对配电网冲击很大，有可能影响医院、精密制造设备的正常工作，而在对单一变压器电源点执行可用容量动态分配时更容易加剧电网负担，并对这些重要场所产生严重影响，因此有必要将附件的多个变压器电源点整体考虑，以保证功率分配前后电网均稳定运行。因此在本发明的一个优选实施方式中，步骤S4中针对数字地图中包括部分医院、工厂等的重点场所，在预先设定的距离范围内搜索临近的多个公共充电站坐标，并为这些公共充电站的停车充电片段增加重点场所标记字段；在步骤S6中基于所述重点场所标记字段，先将这些公共充电站对应的数个变压器电源点作为一个整体来计算充电事件密度之和以及与其他变压器电源点之间的所述比例；基于所述比例分配所述数个变压器定电源点整体的可用容量；再基于相应充电事件密度之和的比例分配该整体中各变压器电源点下的可用容量。
在本发明的一个优选实施方式中，在步骤S7中在充电峰值时，基于待充电车辆的车型、VIN信息来分别确定各车辆的电价计费档位。例如，可以选择对纯电动汽车与增程式电动汽车提供不同的计费档位，通过设定纯电动汽车的电价较低，增程式电动汽车的电价较高，引导增程式电动汽车在充电峰值时段采用加油补能方式来暂时缓解充电紧张；也可以基于待充电车辆的SOC、剩余电量等数据确定当前充电需求的紧迫程度，并利用不同的电价档位引导充电不紧迫的车辆暂时分流，从而将充电服务能力更好地向急需充电的车辆倾斜分配。
在本发明的一个优选实施方式中，所述运维管理层在该方法的步骤重复执行指定次数后，通过所述远程监控控制模块对公共充电站中的各充电桩运行状态进行监测评估；所述数据管理层基于所述监测评估结果，对分配给各变压器电源点的可用容量进行调整，并用于后续方法的执行过程。
相应地，本发明还提供了一种用于执行前述方法的电动汽车充电峰值功率智能控制系统，由所述智能控制系统和智能监控系统组成；所述智能控制系统包括参数设置模块、充电策略自动控制模块和充电站管理系统；所述智能监控系统包括电动车状态监控模块、远程监控控制模块和电网通信平台；智能控制系统与智能监控系统之间相互通信，智能控制系统的充电站管理系统和智能监控系统的远程监控控制模块均与云端的充电管理平台通信；通过这种方式即在不同变压器电源点之间、相同变压器电源点下的公共充电站之间以及公共充电站中的各充电桩之间形成了高效的通信与电能路由交换网络。
智能控制系统中，所述参数设置模块用于驾驶员自主选择充电时长、快慢充模式以及充电速率；充电策略自动控制模块在保证其所在充电站的负荷不超出分配的可用容量基础上，结合参数设置执行相应充电策略；智能监控系统中，所述电动车状态监控模块包括电池监控单元、电压监控单元和电流监控单元，用于对充电时的电池、电压和电流进行数据监测，所述电池监控单元包括温度检测单元和电量监测单元，用于对充电时电池的温度和实时电量进行监测；电网通信平台用于与供电部门实现充电电量与电费信息的交互。图2-5示出了上述基于本发明的各组成模块可选框架组成结构，以及云端充电管理平台的管理层和运维层框架。应理解，本发明实施例中各步骤的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本发明实施例的实施过程构成任何限定。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (7)
1.一种电动汽车充电峰值功率智能控制系统的控制方法，由多个公共充电站端和云端相互协同工作；
在每个公共充电站端设置有智能控制系统和智能监控系统；所述智能控制系统包括参数设置模块、充电策略自动控制模块和充电站管理系统；所述智能监控系统包括电动车状态监控模块、远程监控控制模块和电网通信平台；智能控制系统与智能监控系统之间相互通信，两者还同时与云端的充电管理平台通信；所述充电管理平台在云端搭建，由运维管理层和数据管理层组成；
所述控制方法具体包括以下步骤：
S1、充电管理平台从实车中提取一定时期内各电动汽车的历史原始运行数据，每帧原始运行数据由VIN、车型、车辆状态、充电状态、SOC、经度、纬度、数据采集时间、环境温度、车速组成；针对每一辆电动汽车从历史原始运行数据中提取出一个与其对应的数据集；
S2、充电管理平台的数据管理层根据每车对应的数据集中的车辆行驶或停车充电状态中提取出对应的停车充电数据帧；并对提取的停车充电数据帧执行包括对去除过短片段、片段空缺值填充、删除数据异常片段的数据清洗与异常处理；由此得到切分后的停车充电片段；
S3、将各停车充电片段对应的经纬度数据，利用现有数字地图平台转换成该平台的坐标格式，再经过该平台的轨迹纠偏修正功能进行必要的坐标修正；
S4、针对包含多个变压器电源点的区域，利用数字地图平台所提供的区域内公共充电站坐标，以一定距离或车程范围为约束，对各停车充电片段对应的修正后坐标匹配临近的公共充电站坐标，并将每个公共充电站坐标对应的停车片段数据建立起一个停车片段数据库；
S5、利用各公共充电站坐标对应的停车充电片段数据库，统计每日不同时段的充电事件次数；并针对相同时段的充电事件，提取停车充电片段对应的数据采集时间、车速、环境温度字段，作为可能影响车辆能耗水平的月份、季节、交通状况划分不同工况类型的依据；对工况类型和每日时段均相同的充电事件次数取平均值，定义为各公共充电站的充电事件密度；
S6、在相同时段的相同工况类型下，统计各变压器电源点分别对应的公共充电站充电事件密度之和；基于不同变压器电源点对应的充电事件密度之和之间的比例，表征特定时段与工况类型下各变压器电源点的潜在充电需求，并基于所述比例为各变压器电源点分配相应可用容量，同时保证各变压器电源点各自的负荷与总负荷均满足额定要求；
S7、在每个变压器电源点下，各公共充电站的智能控制系统之间通过远程监控控制模块和电网通信平台相互通信并与电网通信，在总负荷不超出所分配功率的基础上，通过充电策略自动控制模块为待充电车辆执行相应充电策略；运维管理层结合充电事件密度以及待充电的车型、VIN信息来分别确定各公共充电站在特定时段与工况类型对应的充电峰值时电价计费档位；通过电动车状态监控模块监测单次充电电量，并基于所确定的电价计费档位计算电费；
S8、定期返回步骤S1重新提取实车历史原始运行数据并重复执行本方法的各个步骤，对功率分配与电价计费策略进行更新。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤S1中所提取的实车原始运行数据以及后续处理过程均基于国标GB32960规范数据格式。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤S3中具体利用包括高德地图、百度地图的数字地图平台执行经纬度坐标转换与修正。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤S4中针对数字地图中包括部分医院、工厂的重点场所，在预先设定的距离范围内搜索临近的多个公共充电站坐标，并为这些公共充电站的停车充电片段增加重点场所标记字段；在步骤S6中基于所述重点场所标记字段，先将这些公共充电站对应的数个变压器电源点作为一个整体来计算充电事件密度之和以及与其他变压器电源点之间的所述比例；基于所述比例分配该整体的总可用容量；再基于相应充电事件密度之和的比例分配该整体中各变压器电源点下的可用容量。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于：在步骤S7中在充电峰值时，基于待充电车辆的车型、VIN信息来分别确定各车辆的电价计费档位。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述运维管理层在该方法的步骤重复执行指定次数后，通过所述远程监控控制模块对公共充电站中的各充电桩运行状态进行监测评估；所述数据管理层基于所述监测评估结果，对分配给各变压器电源点的可用容量进行调整，并用于后续方法的执行过程。
7.一种用于执行权利要求1-6任一项所述方法的电动汽车充电峰值功率智能控制系统，其特征在于：由充电站端的智能控制系统、智能监控系统和云端的充电管理平台组成；所述智能控制系统包括参数设置模块、充电策略自动控制模块和充电站管理系统；所述智能监控系统包括电动车状态监控模块、远程监控控制模块和电网通信平台；智能控制系统与智能监控系统之间相互通信，智能控制系统的充电站管理系统和智能监控系统的远程监控控制模块均与云端的充电管理平台通信；
智能控制系统中，所述参数设置模块用于驾驶员自主选择充电时长、快慢充模式以及充电速率；充电策略自动控制模块在保证其所在充电站的负荷不超出分配的可用容量基础上，结合参数设置执行相应充电策略；智能监控系统中，所述电动车状态监控模块包括电池监控单元、电压监控单元和电流监控单元，用于对充电时的电池、电压和电流进行数据监测，所述电池监控单元包括温度检测单元和电量监测单元，用于对充电时电池的温度和实时电量进行监测；电网通信平台用于与所属变压器电源点以及供电部门之间实现实时功率、充电电量与电费信息的交互。
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