CN210591449U - 一种电动汽车充电桩分时共享监控管理系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及电动汽车充电桩监控管理领域，具体涉及一种电动汽车充电桩分时共享监控管理系统；换向控制管理装置、配电监控管理装置、交流充电桩、直流充电桩、网络运营管理平台和手机APP客户端，换向控制管理装置和配电监控管理装置与变压器连接，换向控制管理装置和配电监控管理装置通过通信单元与网络运营管理平台之间实现以太网通信，网络运营管理平台通过以太网通信方式分别与交流充电桩的和直流充电桩的主控单元连接，网络运营管理平台与手机APP客户端相互通讯；其有益效果在于：实现小区电网“车‑桩‑网”协调调度，可以提高充电站的车桩管理能力，获利更高的充电服务收益。

Description

一种电动汽车充电桩分时共享监控管理系统

技术领域

本实用新型涉及电动汽车充电桩监控管理领域，具体涉及一种电动汽车充电桩分时共享监控管理系统。

背景技术

随着我国大力推动电动汽车的快速普及，各类充电桩也应运而生。然而，目前充电桩的发展面临巨大阻力，很多停车场或小区拒绝安装充电桩，其原因不外乎以下几条：充电设备可能会引发火灾、漏电等安全事故；小区供电设施容量不够，安装充电桩会影响小区电网正常运转；充电桩可能会影响其他业主车辆出入等。其中最重要的理由是“小区供电设施容量不够，安装充电桩会影响小区电网正常运转”；小区物业管理大都表示，由于当时的变压器容量设计并没有考虑电动汽车，所以后期加装充电桩变得非常困难。

实用新型内容

为了克服上述缺点，本实用新型提出了一种电动汽车充电桩分时共享监控管理系统，通过监测配电变压器功率限值、实时负荷及上级系统的控制指令等情况，动态控制充电桩的上线数量、充电输出等，从而实现小区电网“车-桩-网”协调调度，该实用新型适用于居民小区停车场、企业专用停车场、公共停车场等各类露天车场与地下停车场或充电站内。

为实现上述目的，本实用新型技术方案如下：

一种电动汽车充电桩分时共享监控管理系统，其特征在于：包括换相控制管理装置、配电监控管理装置、交流充电桩、直流充电桩、网络运营管理平台和手机APP客户端；

换相控制管理装置和配电监控管理装置与变压器连接；换相控制管理装置通过通信单元与网络运营管理平台之间实现以太网通信，实时上传电网运行参数；配电监控管理装置通过通信单元与网络运营管理平台之间实现以太网通信，测量配电变压器的容量，实时上传配电网中电压、电流、功率、负载冗余量等参数，运营管理云平台根据电网参数信息对充电桩的接入、退出、充电、辅源输出等运行状态进行控制操作；网络运营管理平台通过以太网通信方式分别与交流充电桩的主控单元和直流充电桩的主控单元连接；交流充电桩和直流充电桩均通过充电桩通过主控单元、保护及监测单元、刷卡单元、计量单元、费用结算单元、人机交互单元、输出单元、辅助电源切换单元来实现交流充电桩和直流充电桩的控制引导、安全保护及监测、人机交互、计量及费用核算、充电记录及故障信息存储；网络运营管理平台与手机APP客户端相互通讯。

换相控制管理装置包括检测单元、换相开关单元、控制单元、通信单元，换相开关单元包括开关A、开关B和开关C，分别包括一个接触器、一个磁保持继电器和一个功率二极管，开关A、B、C分别与电网A、B、C三相连接。

配电监测管理装置具有高精度电参数计量采样单元、高速MCU数据处理单元、以太网通信单元及人机交互单元；采样单元检测变压器低压侧的电压、电流、有功功率、功率因数和频率等电参数；高速MCU数据处理单元完成实时采集数据的解析、分析与错误判断处理；人机交互单元包括触摸屏显示和工作状态指示。

所述交流充电桩的主控单元通过CAN总线与充电模块通信，动态调整充电模块输出电压电流。

所述交流充电桩和直流充电桩的主控单元通过RS485与智能电能表通信，获取电能计量信息，完成充电计费与充电过程的联动控制主控单元通过RS485与智能电能表通信，获取电能计量信息，完成充电计费与充电过程的联动控制。

所述充电桩保护及监测单元通过继电器进行过流和短路保护。

所述交流充电桩和直流充电桩输入端口均设有防雷模块。

所述所述交流充电桩和直流充电桩输出单元提供0～180KW供电能力,最大输出电流为360A。

所述交流充电桩和直流充电桩均设置辅助电源，提供12V或24V辅助电源。

本实用新型的有益效果为：配电容量限制是扩装充电桩的重要因素，老旧小区尤其突出。采用能源互联网理念的分时共享充电电源系统是该问题的可行解决方案，不需要增容就可以大量安装充电桩；分时共享充电电源的直接效益是可以提高充电站的车桩管理能力，获利更高的充电服务收益。我国大力推动电动汽车的快速普及，充电桩电源管理市场前景广阔。

附图说明

图1为本实用新型结构框图；

图2—26为本实用新型部分电路原理图；

具体实施方式

实施例1

现结合实施例、附图对本实用新型作进一步描述：

换相控制管理装置实现低压线路三相负荷自动平衡，提高供电质量及设备利用率，保证电网中充电桩等安全可靠运行。包括检测单元、换相开关单元、控制单元、通信单元。

1)换相控制管理装置的通信单元与网络运营管理云平台之间实现以太网通信功能，实时上传电网运行参数。

2)换相控制管理装置的控制单元完成监测电参数的分析处理，计算电网电流不平衡度和信号处理功能。通过计数器选择换相切换时刻点。

3)换相控制管理装置的换相开关单元包括开关A、开关B和开关C，分别包括一个接触器、一个磁保持继电器和一个功率二极管。开关A、B、C分别与电网 A、B、C三相连接。在接收到控制单元的切换命令后，根据换相切换时刻点实现无弧换相功能，切换时间小于5ms。具有换相开关动作状态指示功能。

4)换相控制管理装置的检测单元用于采集三相电网中负载电参数。

配电监测管理装置可精确测量配电变压器的容量，具有高精度电参数计量采样单元、高速MCU数据处理单元、以太网通信单元及人机交互单元。

1)该装置中高精度电参数计量采样单元检测变压器低压侧的电压、电流、有功功率、功率因数和频率等电参数。测量范围宽，测量精度为0.2级。同时该单元具有额定电压、额定电流的校正功能。在不外接电压、电流互感器的情况下，可完成1000KVA以下的配电变压器的空负载监测。

2)高速MCU数据处理单元完成实时采集数据的解析、分析与错误判断处理功能。同时具有通信超时检测功能，保障配电网中数据传递安全可靠。

3)采用高速CAN与网络运营管理云平台通信，实时上传配电网中电压、电流、功率、负载冗余量等参数，运营管理云平台根据电网参数信息对充电桩的接入、退出、充电、辅源输出等运行状态进行控制操作，达到“车-桩-网”的分时共享及动态调配功能。

4)人机交互单元包括触摸屏显示和工作状态指示功能。触摸屏显示完成电压电流实时显示功能，以及各个配置参数的设置及按键操作功能。工作状态指示实现该装置电源、通信、故障等运行状态的判断及指示灯显示功能。

交流充电桩和直流充电桩通过主控单元、保护及监测单元、刷卡单元、计量单元、费用结算单元、人机交互单元、输出单元、辅助电源切换单元来实现充电桩控制引导、安全保护及监测、人机交互、计量及费用核算、充电记录及故障信息存储等功能。

1)主控单元具有充电流程控制功能、充电模块控制输出功能、通信管理功能、信息存储功能。

a、充电流程控制功能是根据检测点的电压状态或者车辆发送的通信报文，来判断目前处于充电的哪个阶段，进而控制充电桩中的执行机构来对车辆进行安全充电。

b、充电模块输出控制是主控单元通过高速CAN总线与高频充电模块通信，根据充电模块状态和运行信息，动态调整输出电压和输出电流，完成充电模块状态监测与充电过程的联动控制，以适应当前所处于的不同充电阶段以及不同型号的车辆。

c、通讯管理功能具体如下：

主控单元通过CAN网络与电动汽车BMS通信，用于判断电动汽车动力电池类型；获得动力电池系统参数，充电前和充电过程中动力电池的电压、电流、温度等状态数据，完成充电机的充电控制。

主控单元通过CAN总线与充电模块通信，动态调整充电模块输出电压电流。

主控单元通过RS485与智能电能表通信，获取电能计量信息，完成充电计费与充电过程的联动控制。

主控单元通过RS485将电能计量、充电机工作信息传送给触摸屏，同时获取并执行触摸屏发送的控制命令。

充电桩主控单元通过以太网与网络运营管理云平台通信，管理云平台通过电网负载冗余量处理计算，下发充电桩运行命令，主控单元通过接收命令实时调整接入、退出充电桩的个数与充电桩充电状态，实现充电桩的动态调配功能。

d、采用SPI flash存储芯片实现信息存储功能，具备电子可擦除可编程 (EEPROM)的性能，同时可以快速读取数据，有效地防止系统掉电丢失数据。主控单元对充电电压过压、欠压、电流过载、漏电流保护故障、浪涌故障、桩车连接故障、以及急停开关闭合产生告警并记录；具有历史充电记录存储功能，能够记录卡信息、充电启停时间、充电电量、充电费用等参数。

2)保护及监测单元

保护及监测单元具有充电桩输入侧及输出侧的过流保护和短路保护功能。具备交流输入的过压、欠压和缺相保护功能。具备急停保护功能，能快速切断充电模块电源和分断输出开关。具备软启动功能，防止直流冲击电流输出。利用绝缘监测模块实现绝缘检测保护功能。在充电过程中，充电桩主控单元能自动监测各设备的运行和通信状态是否正常，自动判断充电连接器、充电电缆是否正确，且主控单元能自动监测BMS的电池状态和运行信息动态，使电池处于最佳充电状态；对于异常操作与故障及时报告并自动处理。

3)刷卡单元由读卡器和IC卡组成，刷卡可开启充电流程及结算费用。

4)计量单元选用具有计量计费资质的智能电表，通过RS485接口与主控单元通信，主控单元可实时读取充电电量并在触摸屏上显示。每个充电枪配置独立的多功能电能表，实现独立计量功能。

5)费用结算单元硬件电路满足国家电网公司的《电动汽车非车载整车直流充电机通用技术规范》以及《电动汽车非车载整车交流充电机通用技术规范》。并采用数据加解密等技术，通过以太网通信模块与后台服务器共同完成费用的结算功能。

6)人机交互单元包括触摸屏显示模块和充电桩状态指示模块。触摸屏显示模块采用7寸触摸屏，实现充电过程中充电时间、电压、电流、电量、卡余额与消费金额的显示功能，以及各个配置参数的设置功能。充电桩具有“空闲”、“忙碌”、“故障”三种运行状态，充电桩状态指示模块实现三种状态的判断及指示功能。

7)输出单元，提供0～180kW供电能力，最大输出电流为360A。

8)在电动汽车充电过程中，辅助电源切换单元为车载BMS系统提供12V或24V辅助电源，由BMS系统实时监控动力电池的状态。在分时共享及动态调配方面，主控单元通过控制辅源的输出达到控制充电桩与车辆的连接状态的目的，当充电桩输出的总功率达到管理平台最大允许量时，其余处于连接状态的充电桩会自动切断辅源输出，使车与桩断开连接，从而保证电网供电安全可靠。

网络运营管理云平台通信与配电监测管理装置、换相控制管理装置、充电桩通过以太网通信方式，实现以下功能：

1)管理云平台通过配电监测管理装置实时监测配电网中电压、电流、功率、负载冗余量等参数，根据变压器容量与电网负载的大小，实时调整接入、退出充电桩的个数与充电桩运行状态。当交流充电桩或者直流充电桩为电动汽车充电，输出达到管理平台最大允许量时，其他在线充电桩皆处于排队等待状态。

2)管理云平台具有用电优先级管控功能。在动态调配过程中在最大限度提高充电桩的接入及使用个数时也考虑到小区用户不定时的波动用电量，所以管理平台始终将变压器负载冗余量的10％作为小区用户的预留负荷使用。从而保证电网负荷的运行安全。

3)管理云平台具有电网负荷统计分析功能，可以根据使用时间内的电网负载信息生成负载运行分时共享控制管理机制。该机制具有自我学习、自主控制功能，可根据电网负载用电量的周期性变化而不断更新，利用该控制管理机制既实现了小区用电突发状况的应急功能，也实现了变压器冗余量和充电桩的动态调配功能。在冗余量满足的情况下，动态调配遵从先接入交流充电桩，后接入直流充电桩的原则。管理平台监测所有充电车辆的实时SOC值，根据车辆SOC值抽调该车相对应充电桩的部分功率，并将其分配给其他其他充电桩；在动态调配时充电桩可在10ms内实现状态切换。

4)实现充电桩数据实时监测、处理及数据库管理功能。管理平台对充电桩工作状态及充电电压、电流等充电信息具有实时监测功能，对异常信息或操作具有实时报警提示功能；对充电桩的出厂编号等各项静态参数自动监测并维护；管理平台提供对充电桩和电池组遥测、遥信、报警事件等实时数据和历史数据的集中存储和查询功能；管理平台具备用户账户管理、操作记录、故障记录、充电运行参数异常记录和电池组参数异常记录功能。

5)具有智能计量计费功能，具有发卡、充值、消费记录统计查询等功能，且消费记录具有完整性；管理平台可对充电桩下发控制指令，具有远程设置功能，可对充电桩“尖峰平谷”电价、网络、充电方式、充电参数、密码等数据进行设置。

6)具有单车核算功能，充电桩上传包含VIN车辆识别码的充电订单报告，管理云平台通过VIN车辆识别码进行电动汽车识别，从而实现单车充电电量的核算功能。

7)管理云平台对已连接的车辆可以实现一键启动充电功能，方便集中管理。

8)管理平台具备完善的权限管理功能，能够分级设置不同用户的权限等级，保证用户权利与平台中的数据权限相匹配。

9)充电记录和各类数据曲线均以报表形式展示，能够选择时间段自动生成 Excel表。

10)管理人员也可通过以太网对桩体进行远程配置或者程序升级。

11)网络管理平台具有后台通讯功能，可及用户需求数据上传至手机APP客户端。

手机APP客户端具有客户信息、充电记录、充值等个人管理功能。具有充电站搜索、空闲充电桩搜索、扫码充电等移动信息管理功能。具有消息通知、论坛管理等功能。方便充电站运营商对充电站状态、收费方式、充电方式等信息的维护与充电桩的管理。

图2—26为本实用新型各部分电路原理图。

对于本领域技术人员而言，显然本实用新型不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本实用新型。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本实用新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本实用新型内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (9)

1.一种电动汽车充电桩分时共享监控管理系统，其特征在于：包括换相控制管理装置、配电监控管理装置、交流充电桩、直流充电桩、网络运营管理平台和手机APP客户端；

换相控制管理装置和配电监控管理装置与变压器连接；换相控制管理装置通过通信单元与网络运营管理平台之间实现以太网通信，实时上传电网运行参数；配电监控管理装置通过通信单元与网络运营管理平台之间实现以太网通信，测量配电变压器的容量，实时上传配电网中电压、电流、功率、负载冗余量参数，运营管理云平台根据电网参数信息对充电桩的接入、退出、充电、辅源输出运行状态进行控制操作；网络运营管理平台通过以太网通信方式分别与交流充电桩的主控单元和直流充电桩的主控单元连接；交流充电桩和直流充电桩均通过充电桩通过主控单元、保护及监测单元、刷卡单元、计量单元、费用结算单元、人机交互单元、输出单元、辅助电源切换单元来实现交流充电桩和直流充电桩的控制引导、安全保护及监测、人机交互、计量及费用核算、充电记录及故障信息存储；网络运营管理平台与手机APP客户端相互通讯。

2.根据权利要求1所述的一种电动汽车充电桩分时共享监控管理系统，其特征在于：换相控制管理装置包括检测单元、换相开关单元、控制单元、通信单元，换相开关单元包括开关A、开关B和开关C，分别包括一个接触器、一个磁保持继电器和一个功率二极管，开关A、B、C分别与电网A、B、C三相连接。

3.根据权利要求1所述的一种电动汽车充电桩分时共享监控管理系统，其特征在于：配电监测管理装置具有高精度电参数计量采样单元、高速MCU数据处理单元、以太网通信单元及人机交互单元；采样单元检测变压器低压侧的电压、电流、有功功率、功率因数和频率电参数；高速MCU数据处理单元完成实时采集数据的解析、分析与错误判断处理；人机交互单元包括触摸屏显示和工作状态指示。

4.根据权利要求1所述的一种电动汽车充电桩分时共享监控管理系统，其特征在于：所述直流充电桩的主控单元通过CAN总线与充电模块通信，动态调整充电模块输出电压电流。

5.根据权利要求1所述的一种电动汽车充电桩分时共享监控管理系统，其特征在于：所述交流充电桩和直流充电桩的主控单元通过RS485与智能电能表通信，获取电能计量信息，完成充电计费与充电过程的联动控制。

6.根据权利要求1所述的一种电动汽车充电桩分时共享监控管理系统，其特征在于：所述充电桩保护及监测单元通过继电器进行过流和短路保护。

7.根据权利要求1所述的一种电动汽车充电桩分时共享监控管理系统，其特征在于：所述交流充电桩和直流充电桩输入端口均设有防雷模块。

8.根据权利要求1所述的一种电动汽车充电桩分时共享监控管理系统，其特征在于：所述交流充电桩和直流充电桩输出单元提供0～180KW供电能力,最大输出电流为360A。

9.根据权利要求1所述的一种电动汽车充电桩分时共享监控管理系统，其特征在于：所述交流充电桩和直流充电桩均设置辅助电源，提供12V或24V辅助电源。

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