CN209776196U - 一种智能插座及基于功率分配的电动汽车充电系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种智能插座和基于功率分配的电动汽车充电系统，通过智能插座接入充电设备和工业设备，并连接到功率分配单元，能够根据功率分配方法自动分配富余电力给当前的用电设备，即通过建设动态负荷的新型耗能工厂，将工厂的富余电力见缝插针地分时地用于电动汽车的充电应用和工厂内动态工业设备，还可以通过智能插座等设施大量使用电动汽车车载慢充充电机，避免大量建设高成本的充电桩，避免充电设施和供电线路的大量闲置现象，也解决了工厂停工或低负载情况下浪费电力的问题。

Description

一种智能插座及基于功率分配的电动汽车充电系统

技术领域

本实用新型涉及电动汽车充电设施的技术领域，特别是一种智能插座及基于功率分配的电动汽车充电系统。

背景技术

随着电动汽车数量的日益增多，国内很多城市开始在其区域内覆盖充电设施以满足电动汽车的充电需求，但是充电设施运营商普遍亏损严重，原因在于充电设施运营商在新建充电设施的时候需要投资铺设新的电力线路和供电设施，而目前充电设施的利用率不高，供电设施的电力闲置率高，经济效益较差，运营商的充电项目回款慢。

另一方面，工厂内部的耗电设备并非全天运行，且部分耗电设备即使运行也是动态消耗电力的，特别是高耗能工厂，其耗电设备不可能满负载24小时不断运行的，因此对于工厂的电力线路来说，线路上的总负载通常是动态变化的，当某些时段工厂的耗电设备负载较低时，造成部分电力资源闲置。

结合上述两种情况，可以考虑在工厂内投资建设电动汽车的充电设施，通过充电设施将工厂的闲置电力充分利用起来，并且可以通过插座等设施大量使用电动汽车车载慢充充电机，避免大量建设高成本的充电桩。

实用新型内容

基于上述问题，本实用新型提供了一种智能插座及基于功率分配的电动汽车充电系统，通过功率动态分配同时满足工厂用电设备和充电设施的用电需求，减小充电项目的建设投资，提高工厂的电力利用率，实现电力的高效利用。

本实用新型解决其问题所采用的技术方案是：

一种智能插座，包括插座插口、通信模块和用电控制模块，所述通信模块包括申请用电模块和电压检测模块，所述用电控制模块包括用于存储ID号的存储芯片和内部供电开关，所述通信模块与所述用电控制模块连接。

进一步，还包括用于检测电能的电能表和用于禁止用电申请的用电申请屏蔽模块。

一种基于功率分配的电动汽车充电系统，包括上述的智能插座、接入工厂富余电力线路的功率分配单元以及连接所述智能插座的用电设备，所述用电设备包括用于电动汽车充电的充电设备和接入工厂动态供电线路的工业设备，一个所述用电设备连接一个所述智能插座，所述智能插座的数量大于或等于所述用电设备的数量，所述智能插座均连接到所述功率分配单元。

进一步，所述充电设备包括快充桩和/或慢充桩，所述动态供电线路的工业设备包括可设置供电时长的动态负荷电力设备和/或普通的动态负荷电力设备，每种所述充电设备均可设置一个以上，每种所述工业设备均可设置一个以上。

进一步，所述快充桩的数量小于慢充桩的数量，没有连接所述用电设备的智能插座的数量大于或等于所述慢充桩的数量。

进一步，连接于所述充电设备的所述智能插座还包括二维码扫描模块、充电整流模块、充电接头锁定模块和防雨棚，连接于车载充电机的智能插座还包括二维码扫描模块、充电接头锁定模块和防雨棚。

进一步，连接于所述可设置供电时长的动态负荷电力设备的所述智能插座还包括用电时长设置模块。

进一步，还包括设置于工厂固定供电线路的监控插座，所述监控插座接入工厂的固定供电线路的电力设备，并同时连接到所述功率分配单元，所述监控插座上包括一个用于在固定供电线路上的电力设备启动时、向所述功率分配单元请求大幅减小动态供电线路上的负载的手动申请用电模块。

进一步，所述智能插座通过互联网或工厂内局域网的方式接入所述功率分配单元。

进一步，所述功率分配单元为云服务器或电力调度中心。

本实用新型的有益效果是：本实用新型给出了一种智能插座和与智能插座相匹配的功率分配单元，充电设备、工业设备以及电动汽车的车载充电机接入智能插座，再连接到功率分配单元，功率分配单元能够根据功率分配规则自动分配富余电力给当前的用电设备，即通过建设动态负荷的新型耗能工厂，将工厂的富余电力见缝插针地分时地用于电动汽车的充电应用和工厂内动态工业设备，避免充电设施和供电线路的大量闲置现象，也解决了工厂停工或低负载情况下浪费电力的问题。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明。

图1是本实用新型的所述充电系统的连接关系示意图；

图2是本实用新型的一种智能插座的实施例的模块示意图；

图3是本实用新型的一种连接可设置供电时长的动态负荷电力设备的智能插座的实施例的模块示意图；

图4是本实用新型的一种连接电动汽车的车载充电机的智能插座的实施例的模块示意图；

图5是本实用新型的一种连接充电桩的智能插座的实施例的模块示意图。

具体实施方式

随着电动汽车的普及，充电设施作为一个城市的基础设施之一，吸引了很多充电桩运营商投资建设，但是目前电动汽车的普及率在未来一段时间内难以提高到较高的水平，因此，现时已建成的充电桩利用率非常低，特别在非一线城市，充电桩运营商的亏损较大，经济效益差，充电项目回款慢。

因此为解决上述问题，本申请考虑到目前高耗能工厂存在闲置电力的现状，再结合充电设施的运营需求，提出下面解决问题的多个实施方式。

作为高耗能工厂和充电桩运营商合作开发的方式，最基本的方案为：在合作工厂的输电总线路中，分离出两部分电功率，分别是固定供电线路功率和动态供电线路功率，固定供电线路功率供应给工厂的固定用电设备，而动态供电线路功率连接到功率分配单元，由功率分配单元将这部分电功率作为工厂的富余电力进行分配，分配对象包括充电设备和动态供电线路中的工业设备，从而在保证工厂固定供电线路的电力设备正常工作的基础上，实现动态调节合作工厂的富余电力。下面对该技术方案进行具体说明：

参照图1，本实用新型提供的一个实施例，一种基于功率分配的电动汽车充电系统，包括智能插座、功率分配单元以及连接所述智能插座的用电设备，所述用电设备包括用于电动汽车充电的充电设备和工厂动态供电线路中的工业设备，一个所述用电设备连接一个所述智能插座，所述智能插座的数量大于或等于所述用电设备的数量，所述智能插座均连接到所述功率分配单元。

本实施例中，每个所述充电设备和工业设备均有一个智能插座对应，同时在所述智能插座的数量大于所述用电设备的数量的情况下，多出来的所述智能插座用于电动汽车的车载充电机，即对应现时市面上直接接入市电来充电的电动汽车，而所述充电设备则对应需要特定充电桩的电动汽车。因此本实施例中所述智能插座的连接对象包括充电设备、工业设备和车载充电机。

所述智能插座全部接入到所述功率分配单元，接受所述功率分配单元的控制，当有所述用电设备通过所述智能插座向功率分配单元申请用电时，所述功率分配单元通过查询当前供电系统的功率余量，按照一定的规则决定是否向所述用电设备进行供电。基于二元分时共用的思路，将工厂的动态供电线路独立出来并根据一定的规则进行电力分配，可以同时满足工厂内接入动态供电线路的所述工业设备、工厂外的所述充电设备和车载充电机，并给充电设备提供了电力和场所，减小了工厂电力闲置的情况和充电桩运营商的投资成本，对工厂来说，能够对其供电线路进行有效的利用，在低负载的时候能够将电力分配给与自己合作的充电桩运营商，对充电桩运营商来说，省去了供电设施建设和线路铺设的成本，仅需要对充电设备和智能插座进行投资，大大节省了自己的运营成本，一举两得。

优选地，本实用新型的另一个实施例的一种基于功率分配的电动汽车充电系统，所述充电设备包括快充桩和/或慢充桩，所述动态供电线路的工业设备包括可设置供电时长的动态负荷电力设备和/或普通的动态负荷电力设备，每种所述充电设备均可设置一个以上，每种所述工业设备均可设置一个以上。

本实施例中充电桩营运商的建设部分包括快充桩和/或慢充桩，在实际建设过程中，可以根据实际情况考虑两种充电桩同时建设或仅选其中一种进行建设，而工厂内动态供电线路中的设备主要分为两种类型，涵盖了目前工厂的非固定设备的常规运行方式，即定时运行的设备和随时待机的设备，工厂可以根据实际情况对其工业设备进行接入。

优选地，本实用新型的另一个实施例的一种基于功率分配的电动汽车充电系统，所述快充桩的数量小于慢充桩的数量，没有连接所述用电设备的智能插座的数量大于或等于所述慢充桩的数量。

本实施例中，所述智能插座的数量大于所述用电设备的数量，多余的所述智能插座用于连接电动汽车的车载充电机，即充电桩运营商可以建设成一个同时具有快充桩、慢充桩和适用于车载充电机的装置的充电场所，满足目前所有充电汽车的需要。特别地，本实施例中所述智能插座的数量远大于所述用电设备的数量，这部分适用于车载充电机的智能插座可以大幅减少建设两种充电桩的成本。

优选地，本实用新型的另一个实施例的一种基于功率分配的电动汽车充电系统，还包括设置于工厂固定供电线路的监控插座，所述监控插座接入工厂的固定供电线路的电力设备，并同时连接到所述功率分配单元，所述监控插座上包括一个用于在固定供电线路上的电力设备启动时、向所述功率分配单元请求大幅减小动态供电线路上的负载的手动申请用电模块。

本实施例中，将固定供电线路的工厂内的电力设备通过所述监控插座纳入所述功率分配单元，实际上所述监控插座的功能仅为在某些场景中向所述功率分配单元发出要求，这些场景包括但不限于固定供电线路的电力设备需要大功率开机启动时、临时加入大功率电力设备时。所述监控插座的结构在下述所述智能插座的结构部分中进一步说明。

参照图2，本实用新型提供的一个实施例，一种智能插座，包括插座插口、通信模块和用电控制模块，所述通信模块包括申请用电模块和电压检测模块，所述用电控制模块包括用于存储ID号的存储芯片和内部供电开关，所述通信模块与所述用电控制模块连接。

本实施例中，所述智能插座应用于上述实施例的充电系统，所述插座插口用于连接所述用电设备，由于所述用电设备的接头不尽相同，因此本实施例中智能插座的插座插口根据实际情况设置，包括但不限于三相插口、充电桩插口和对应各种芯数的工业插头的插口；所述通信模块用于与所述功率分配单元通信，向所述功率分配单元发送用电申请、ID号和当前接入的所述用电设备的电压，所述用电控制模块除了存储有ID号外，还有用于根据实际应用断开供电的内部供电开关，所述内部供电开关的断电情况分为用户主动断电、到达设定条件断电和所述功率分配单元的强制断电。

优选地，参照图4-5，本实用新型的另一个实施例的智能插座，还包括用于检测电能的电能表和用于禁止用电申请的用电申请屏蔽模块。

本实施例中增加所述电能表用于检测当前用电设备消耗了多少电能，可以应用于所述充电设备的计费，也可以根据电能表对所述工业设备的耗电量进行监控，而所述用电申请屏蔽模块，工作原理为所述智能插座成功申请到电力供应并接入到动态供电线路后，所述功率分配单元返回一个命令到所述用电申请屏蔽模块，让所述申请用电模块停止工作，当所述智能插座未能成功申请到电力供应时，所述用电申请屏蔽模块没能收到返回的命令，则所述申请用电模块将间歇性地向所述功率分配单元再次申请用电。

优选地，参照图3-5，本实用新型的另一个实施例中，连接于所述充电设备的所述智能插座还包括二维码扫描模块、充电整流模块、充电接头锁定模块和防雨棚，连接于车载充电机的智能插座还包括二维码扫描模块、充电接头锁定模块和防雨棚，连接于所述可设置供电时长的动态负荷电力设备的所述智能插座还包括用电时长设置模块。

本实施例可以基于上述的一种基于功率分配的电动汽车充电系统，也可以基于上述的一种智能插座，由于所述充电设备和所述工业设备的应用场景不同，所述智能插座在其基础功能上进一步扩展，其中针对所述充电设备，所述智能插座增加用于共享模式的所述二维码扫描模块，通过扫描二维码进行用户认证或定时定量计费等操作，还设置有所述充电整流模块，将输电网的交流转换成直流电对电动汽车的电池进行快速充电，设置所述充电接头锁定模块防止用户未缴费或不当操作的情况下拔出充电插头，另外还设置所述防雨棚防止雨水进入插座损坏插座内电路；针对连接电动汽车车载充电机的情况，仅在上述功能的基础上去掉所述充电整流模块，其余功能相同；所述工业设备方面，所述普通的动态负荷电力设备配合基础功能的所述智能插座使用即可，而所述可设置供电时长的动态负荷电力设备的智能插座中还需要设置所述用电时长设置模块，用于时间设定和定时断开等功能。

优选地，本实用新型的另一个实施例中的一种基于功率分配的电动汽车充电系统，所述智能插座通过互联网或工厂内局域网的方式接入所述功率分配单元。

本实施例中实际上表明了所述智能插座的所述通信模块可以采用多种模式与所述功率分配单元通信，考虑到工厂属于小型网络区域，可以采用物联网的方式进行组网，因此所述通信模块实际上是物联网通信模块，通过互联网的方式组网是常规手段，此处不再详述，通过局域网组建小规模的物联网，可以通过光纤总线、485总线、CAN 总线的方式进行设备连接，也可以通过无线如wifi、蓝牙等进行组网连接，又或者采用无线和有线的方式结合，只要能实现数据传输即可。

优选地，本实用新型的另一个实施例中的一种基于功率分配的电动汽车充电系统，所述功率分配单元为云服务器或电力调度中心。基于物联网或互联网的组网方式，所述功率分配单元可以是适用于物联网的电力调度中心，或者是适用于互联网的云服务器，所述云服务器或电力调度中心中包含了对功率分配的具体控制方法，该控制方法将由下述实施例进行具体说明。

参照图1-5，本实用新型提供的一个实施例，包含一个具体的充电系统方案，其中包括了一种智能插座和一种基于功率分配的电动汽车充电系统，下面进行说明。

前提条件如下，将工厂的输变电线路划分成两个部分，一部分的电力供给工厂内固定的电力设备，即工厂生产需要的必需设备整体，该部分线路作为固定供电线路，另一部分的电力供给下述的充电系统，这部分线路作为动态供电线路，即工厂非必要保持峰值工作所需的富余电力。

一种基于功率分配的电动汽车充电系统，包括智能插座、接入工厂动态供电线路的功率分配单元以及连接所述智能插座的用电设备，所述用电设备包括用于电动汽车充电的充电设备和接入工厂动态供电线路的工业设备，一个所述用电设备连接一个所述智能插座，所述智能插座的数量远大于所述用电设备的数量，所述智能插座均通过物联网连接到所述功率分配单元，连接介质为光纤，所述功率分配单元为电力调度中心。

所述用电设备方面：所述充电设备包括快充桩和慢充桩，所述动态供电线路的工业设备包括可设置供电时长的动态负荷电力设备和普通的动态负荷电力设备，在数量上，上述所有类型的用电设备的数据均大于1个，所述快充桩的数量小于慢充桩的数量，没有连接所述用电设备的智能插座的数量大于所述慢充桩的数量，而可设置供电时长的动态负荷电力设备和普通的动态负荷电力设备的数量则根据工厂实际设置，不同的工厂具有不同的生产规模，根据实际情况设定即可。

所述智能插座，最基本的功能下，包括插座插口、通信模块和用电控制模块，所述通信模块包括申请用电模块和电压检测模块，所述用电控制模块包括用于存储ID号的存储芯片和内部供电开关，还包括用于检测电能的电能表和用于禁止用电申请的用电申请屏蔽模块，所述通信模块与所述用电控制模块连接。

根据连接的用电设备不同，所述智能插座在基础功能上增加了一些模块，对于工厂内普通的动态负荷电力设备，所述智能插座使用基础功能即可，对于可设置供电时长的动态负荷电力设备，所述智能插座还包括用电时长设置模块，可以人工设定工作时间和工作时长，并在到达工作时长后自动断电，对于充电设备，所述智能插座还包括二维码扫描模块、充电整流模块、充电接头锁定模块和防雨棚，对于电动汽车的车载充电机，所述智能插座还包括二维码扫描模块、充电接头锁定模块和防雨棚。

所述充电系统还包括设置于工厂固定供电线路的监控插座，所述监控插座接入工厂的固定供电线路的电力设备，并同时连接到所述功率分配单元，所述监控插座上包括一个手动申请用电模块，用于在固定供电线路上的电力设备启动时，向所述功率分配单元请求大幅减小动态供电线路上的负载。实际上所述监控插座是一个不具备主动用电申请功能的所述智能插座，并在此基础上增加所述手动申请用电模块。

本实施例实现了一种工厂与充电营运商的合作模式，基于所述充电系统和工厂的实际情况，其工作模式包括但不限于以下两种：

(1)动态停工模式：

工厂设有规模化的动态负荷电力设备，均通过所述智能插座接入到所述功率分配单元中，作为一个动态负荷电力编组，该编组能够快速启动和关断，动态启停，目的在于快速响应所述充电设备和电动汽车的车载充电机的用电需求。

在应用上：

当系统检测到没有电动汽车充电或者充电车辆较少的时候，动态供电线路的电力主要由合作工厂的大量所述工业设备吸收，用于产生经济效益，避免供电线路的闲置；

当系统检测到有大量的电动汽车充电的时候，动态供电线路的电力，一部分分配到所述充电设备和电动汽车的车载充电机，另一部分电力则在功率分配子单元的统一控制下，由一定数量的所述工业设备吸收。

(2)夜间停工的模式：

该模式的控制策略为，白天时段，所述充电设备不工作，动态供电线路的电力全部由工厂的所述工业设备吸收，用于产生经济效益，避免供电线路闲置；夜间时段，工厂的设备处于部分停工或全部停工的状态，动态供电线路的电力主要用于所述充电设备，实现夜间充电，剩余的电力，通过功率分配子单元分配到小规模的所述工业设备上。

夜间部分停工，主要针对工厂内普通的动态负荷电力设备，所述功率分配单元发送命令给连接着普通的动态负荷电力设备的智能插座的所述用电申请屏蔽模块，使其不能在夜间接入动态供电线路用电，工厂内仍保留部分所述工业设备和/或固定供电线路的电力设备的运行；另一方面，夜间全部停工，针对工厂内全部所述工业设备，所述功率分配单元发送命令给连接着所述工业设备的智能插座，激活所述用电申请屏蔽模块，即包括了普通的动态负荷电力设备和可设置时长的动态负荷电力设备，均全部停工，此时还包括了固定供电线路上的电力设备也进入停工状态，并向所述功率分配单元发送停工状态信息，在此状态下，固定供电线路的电力设备如果要恢复启动，如早上开工等情况，则所述监控插座通过自身的所述手动申请用电模块向所述功率分配单元进行恢复供电申请，所述功率分配单元分批快速断开在网设备的供电使线路的空闲功率大于启动的功率需求，并反馈给所述监控插座，再恢复固定供电线路的供电，避免线路过载。

按照设备数量来配置所述充电系统，本实施例的一个实际例子，可以是：工厂面积一平方公里，总的输变电供电功率1000kw，建设有800个智能插座，10个慢充桩，1个100kw快充桩，10台100kw 的高耗能电力设备。

按照工厂类型来配置所述充电系统，本实施例的几个实际例子，可以是：

1.玻璃制造厂：玻璃材料的混合设备，作为普通的动态负荷，设定为普通的动态负荷电力设备；一部分电窑炉，接入固定供电线路，另一部分电窑炉，设定为可设置时长的动态负荷电力设备；液态玻璃的制玻璃设备，接入固定供电线路；

2.金属粉末制备厂：金属熔融炉，设定为可设置时长的动态负荷电力设备；金属微球的旋涡研磨机，作为普通的动态负荷，设定为普通的动态负荷电力设备；

3.粉末冶金厂：粉末材料的搅拌与模具压制成型设备，作为普通的动态负荷，设定为普通的动态负荷电力设备；粉末冶金的烧结炉，设定为可设置时长的动态负荷电力设备；

4.陶瓷制备厂：陶瓷材料的混合与模具压制成型设备，作为普通的动态负荷，设定为普通的动态负荷电力设备；一部分电窑炉，接入固定供电线路，另一部分电窑炉，设定为可设置时长的动态负荷电力设备；

5.液氮制备厂：空气的净化设备，接入固定供电线路；空气的压缩机，作为普通的动态负荷，设定为普通的动态负荷电力设备；制冷液化设备，接入固定供电线路；

6.机械零件加工厂：机械零件的自动化加工设备，作为普通的动态负荷，设定为普通的动态负荷电力设备。

通过上述实施例，所述充电系统具有如下有益效果，通过引入低成本的智能插座，把大量的慢充充电设施转移到了车辆侧，使得运营商避免大规模建设充电设施，运营商避免了资金囤积和回款困难，有效降低充电设备的闲置率；基于二元分时共用的模式，提高了工厂线路的利用率，避免了电力资源的闲置，总体来说，本充电系统结构简单，成本相对较低，能够实现智能电网的功能。

以上所述，只是本实用新型的较佳实施例而已，本实用新型并不局限于上述实施方式，只要其以相同的手段达到本实用新型的技术效果，都应属于本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种智能插座，包括插座插口，其特征在于：还包括通信模块和用电控制模块，所述通信模块包括申请用电模块和电压检测模块，所述用电控制模块包括用于存储I D号的存储芯片和内部供电开关，所述通信模块与所述用电控制模块连接。

2.根据权利要求1所述的一种智能插座，其特征在于：还包括用于检测电能的电能表和用于禁止用电申请的用电申请屏蔽模块。

3.一种基于功率分配的电动汽车充电系统，其特征在于：包括权利要求1-2任一所述的智能插座、接入工厂动态供电线路的功率分配单元以及连接所述智能插座的用电设备，所述用电设备包括用于电动汽车充电的充电设备和接入工厂动态供电线路的工业设备，一个所述用电设备连接一个所述智能插座，所述智能插座的数量大于或等于所述用电设备的数量，所述智能插座均连接到所述功率分配单元。

4.根据权利要求3所述的一种基于功率分配的电动汽车充电系统，其特征在于：所述充电设备包括快充桩和/或慢充桩，所述动态供电线路的工业设备包括可设置供电时长的动态负荷电力设备和/或普通的动态负荷电力设备，每种所述充电设备均可设置一个以上，每种所述工业设备均可设置一个以上。

5.根据权利要求4所述的一种基于功率分配的电动汽车充电系统，其特征在于：所述快充桩的数量小于慢充桩的数量，没有连接所述用电设备的智能插座的数量大于或等于所述慢充桩的数量。

6.根据权利要求4所述的一种基于功率分配的电动汽车充电系统，其特征在于：连接于所述充电设备的所述智能插座还包括二维码扫描模块、充电整流模块、充电接头锁定模块和防雨棚，连接于车载充电机的智能插座还包括二维码扫描模块、充电接头锁定模块和防雨棚。

7.根据权利要求4所述的一种基于功率分配的电动汽车充电系统，其特征在于：连接于所述可设置供电时长的动态负荷电力设备的所述智能插座还包括用电时长设置模块。

8.根据权利要求3所述的一种基于功率分配的电动汽车充电系统，其特征在于：还包括设置于工厂固定供电线路的监控插座，所述监控插座接入工厂的固定供电线路的电力设备，并同时连接到所述功率分配单元，所述监控插座上包括一个用于在固定供电线路上的电力设备启动时、向所述功率分配单元请求大幅减小动态供电线路上的负载的手动申请用电模块。

9.根据权利要求3所述的一种基于功率分配的电动汽车充电系统，其特征在于：所述智能插座通过互联网或工厂内局域网的方式接入所述功率分配单元。

10.根据权利要求9所述的一种基于功率分配的电动汽车充电系统，其特征在于：所述功率分配单元为云服务器或电力调度中心。