可避免電網過載的電動汽車有序輪流充電控制系統的製作方法

2024-03-10 02:36:15 2

專利名稱：可避免電網過載的電動汽車有序輪流充電控制系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種電動汽車路邊自動充電控制系統。
背景技術：
根據汽車業「十二五」規劃，未來五年，中國汽車業將大力提倡發展包括新能源汽車在內的節能汽車。純電動汽車受到前所未有的重視。但是電動汽車的便捷充電問題一直是個困擾電動汽車發展的瓶頸。目前電動汽車的使用中存在著一些問題，如電動汽車在路邊集中(慢充或快充)充電，容易引起電網過載而崩潰；傳統的充電裝置(充電站 與充電柱)車主難以查找，車輛不便停靠與使用；快充方式縮短電池壽命，等等。這些問題已經嚴重製約了電動汽車的普及和推廣。

發明內容
為解決上述問題，本發明的目的在於提供一種可避免電網過載的電動汽車有序輪流充電控制系統。本發明解決其問題所採用的技術方案是
可避免電網過載的電動汽車有序輪流充電控制系統，包括設置在車上用於取電的車載取電裝置，多個為電動汽車提供供電電壓的欄杆式供電樁及用於控制多個欄杆式供電樁的充電控制箱，充電控制箱與多個欄杆式供電樁連接，所述車載取電裝置包括用於控制車輛充電的車載充電控制盒，車載取電裝置通過車載充電控制盒內的車載通信接口與充電控制箱通信，所述充電控制箱通過網際網路和用於控制充電過程的充電管理中心連接通信，其中充電控制箱的電源輸入接口連接至當地的片區變壓器，所述片區變壓器通過充電控制箱為欄杆式供電樁供電，還包括用於實時檢測片區變壓器電力負荷、避免電網過載的電力負荷管理系統，所述電力負荷管理系統包括用於對片區變壓器電流及負載進行採樣的電流互感器、用於對片區變壓器電力負荷情況進行檢實時監測的電力負荷檢測模塊、用於對充電控制箱功率負荷進行管理的電力負荷管理模塊和用於與充電控制箱進行通信的電力通信接口，電流互感器、電力負荷檢測模塊、電力負荷管理模塊和電力通信接口依次相繼連接，充電控制箱通過電力通信接口上報待充電的車輛數目，電力負荷管理模塊根據片區變壓器的負荷情況向充電控制箱發送充電允許配額數，充電控制箱根據配額數對各個欄杆式供電樁進行輪流充電管理，控制欄杆式供電樁的充電車輛數量。充電控制箱連接有多個欄杆式供電樁，每個欄杆式供電樁可供一輛電動汽車進行充電，充電控制箱可對欄杆式供電樁的供電狀態進行控制，充電控制箱與需要充電的電動汽車有線或無線通信，並通過網際網路與充電管理中心通信，對電動汽車的充電過程進行控制及管理，由於欄杆式供電樁是通過當地的片區變壓器進行供電的，因此當充電車輛到達一定的數量時，會增加當地用電負荷，從而影響當地電力設施及居民的用電，制約著路邊自動汽車充電系統的發展。
為了解決這問題，設置電力負荷管理系統，實時檢測片區變壓器電力負荷，並與充電控制箱通信調整充電控制箱的充電控制方式，控制車輛充電的數量，避免電網過載。電力負荷管理模塊負責管理電動汽車的充電數量，通過電流互感器對片區變壓器的電流情況進行採樣，並將採用數據傳輸至電力負荷檢測模塊進行檢測，電力負荷管理模塊通過電力負荷檢測模塊獲知當地片區變壓器的電力負荷狀態。充電控制箱與需要充電的電動汽車有線或無線通信，獲取待充電的汽車數目，通過電力通信接口向電力負荷管理模塊上報待充電車輛的數據，電力負荷管理模塊根據片區變壓器的負荷情況向充電控制箱發送充電允許配額數，充電控制箱根據配額數對各個供電樁進行輪流充電管理，控制充電車輛的數量。進一步，當申請充電的車輛數大於配額數時，充電控制箱根據配額數量對所需充電車輛進行分組輪流控制充電，讓所需充電的汽車分組輪流充電。讓所需充電的汽車分組輪流充電，不僅能降低片區變壓器的負荷，而且可避免出現某輛汽車一直不能充電的情況，其分配方式的適用性和實用性較好。
進一步，充電控制箱預設了剩餘配額變化範圍，當車輛在進行輪流充電的過程中，由於片區變壓器的負荷會產生變化而導致充電配額變化時，若充電配額變化若超過預設變化範圍，則對配額數量進行相應的調整，若變化在範圍之內，則保持原來的充電控制。進一步，充電控制箱通過車載充電控制盒檢測車輛的電池餘量，若發現電池電量低，則該汽車直接進行優先充電，不需輪流充電管理，該設計可滿足汽車運行的必要電量，讓電量低的車輛優先充電，其實用性更好。在車輛進行輪流充電的過程中，片區變壓器的負荷會不斷產生變化，同時允許車輛充電的配額也在不斷變化，當充電配額變化時，車輛充電控制需要進行相應的調整，在系統運行時對剩餘配額變化的數值預先設置一個範圍，若剩餘配額的變化超過預設範圍，啟動快減慢增的跟蹤算法，則對配額數進行相應的調整，即預設的配額數增加的幅度比配額數減少的幅度大，在配額數減少的時候系統能快速響應調整實際配額數，以免為當地的片區變壓器代理負擔，而在配額數增加時能保持系統的穩定性。當配額數未超過預設範圍時，啟動初值算法，即保持系統初始設定的配額數，在剩餘配額數變化不大的情況下，避免因為配額數的不斷變化而導致系統不斷調整，使充電控制的模式不斷變化，增加系統的穩定性。若充電控制箱與電力負荷管理系統的通信發生故障，則啟動最小值算法，即將歷史數據表中的同期時間內的配額數最小值作為實際的配額分配數。該設置可確保在充電控制箱與電力負荷管理系統的通信發生故障時，充電系統不會對電網帶來負荷，保證了片區變壓器的正常運行。進一步，所述電力負荷管理系統還包括用電負荷傳感器節點，所述用電負荷傳感器節點與電力負荷管理模塊相連接，系統所在區域的儲能電站、居民區、生產企業及快速充電站通過用電負荷傳感器節點向電力負荷管理模塊上報用電負荷情況。該設計以便電力負荷管理模塊及時調整充電控制箱的充電允許配額數。進一步，電力負荷管理系統對片區內的生產企業的用電負荷、片區內的居民區用電負荷、片區內的電動汽車輪流慢充充電控制箱、片區內輪流快充的快速充電站、片區內的儲能電站進行統一的監控、管理與分配。其中生產企業的用電，享有最高優先級，生產企業的大功率設備開機用電前，要先向片區的「電力負荷管理系統」發出「申請與通知」，方便「電力負荷管理系統」事先進行電力資源的統一安排。居民區的用電優先級次於生產企業，居民區的電力負荷傳感器，實時地向「電力負荷管理系統」匯報居民區的電力負荷情況，方便「電力負荷管理系統」進行電力資源的統一安排。電動汽車實行按配額數的輪流慢充充電次於居民區用電，電動汽車的車輛群，按照「電力負荷管理系統」發布的「充電允許的配額數」，在充電控制箱的統一控制下，進行輪流慢充充電。而片區內的快速充電站，按照「電力負荷管理系統」發布的「充電允許的配額數」，在快速充電站的充電控制箱的統一控制下，對車輛群進行輪流快充充電。片區內的儲能電站，在夜間低谷電的階段，受控充電；片區內的儲能電站，在用電高峰期，受控放電併網。進一步，所述充電控制箱包括充電控制模塊、用於與車輛進行通信的車輛通信接口、用於與電力負荷管理系統通信的電力系統通信模塊、通過光纖連接至網際網路的光纖接入點和用於對欄杆式供電樁進行供電控制的供電開關，所述車輛通信接口、電力系統通信模塊、光纖接入點和供電開關分別與充電控制模塊連接，所述供電開關的電源輸入端與片區變壓器連接，供電開關的供電輸出端連接至欄杆式供電樁。充電控制模塊通過電力系統通信模塊、車輛通信接口分別與電力負荷管理系統和充電車輛進行通信，以獲取所需充電 車輛數量和片區變壓器充電允許配額數，通過光纖接入點連接網際網路與充電管理中心進行通信，控制對車輛的充電進行控制並實現相關計費，並根據充電允許配額數，並通過供電開關控制多個欄杆式供電樁的供電。進一步，電力負荷管理系統中的電力通信接口通過GPRS網絡或光纖網絡與電力系統通信模塊連接通信。GPRS網絡可利用現有的通信設備，降低系統成本，而使用光纖網絡其速度更快，可靠性更高；本系統可根據不同地方使用不同的通信方式進行通信，其實用性和適用性更好。進一步，車載取電裝置包括用於連接欄杆式供電樁進行取電的車載取電器、電池盒、用於對電池盒進行慢充電的車載慢充充電電機和用控制車輛充電的車載充電控制盒，所述車載充電控制盒內設有用於與充電控制箱車輛通信接口連接通信的車載通信接口，所述車載取電器、車載慢充充電機和電池盒依次相繼連接，車載充電控制盒分別與車載慢充充電機和電池盒相連接。所述車載慢充充電機將來自取電器的交流電轉換成直流電為電池盒內的電池充電，而車載充電控制盒對車載慢充充電機進行充電控制，車載充電控制盒連接電池盒獲取電池盒內的電池餘量信息。 進一步，所述欄杆式供電樁包括受控插電座和供電極板，所述受控插座和供電極板分別與供電開關的電源供電輸出端連接；所述車載取電器包括與受控插電座相匹配的插電電極和與供電極板相匹配的取電器電極，所述插電電極和取電器電極分別與車載慢充充電電機連接。車輛可通過受控插座或供電極板進行充電，其選擇方式更多，運行效果更好。進一步，所述受控插電座包括用於供插電電極插入取電的受控電力線插座、用於讀取用戶IC卡的停車位IC卡讀卡器及用於顯示充電狀態的顯示模塊，所述受控電力線插座與供電開關的輸出端連接，所述IC卡讀卡器與車輛通信接口有線連接。所述IC卡讀卡器用於在充電時通過刷卡啟動充電程序，其中IC卡與電動汽車上的車載取電裝置相對應，當用戶刷卡時，IC卡通過IC卡讀卡器把車輛的有關信息通過車載通信接口傳輸至充電控制箱內的充電控制模塊，充電控制模塊通過控制供電開關實現輪流充電控制，更加方便了用戶的使用，其中在充電過程中顯示模塊可提示充電的狀態。其中顯示模塊包括紅、綠、黃三種顏色的指示燈，當紅燈閃爍時，代表充電或通信發生故障，提示司機作相關處理，當綠燈閃爍時，代表正在正常充電中，當黃燈常亮時，代表證處於待機狀態，當黃燈閃爍時，代表正在等待充電的狀態，通過顯示模塊可讓司機及時獲取電動汽車的充電狀態，方便了用戶的使用，其設計更為合理。進一步，所述充電控制箱還包括Zigbbe無線通信模塊，所述無線通信模塊與充電控制模塊相連接，所述車載充電控制盒包括zigbbe無線通信接口，所述無線通信接口與zigbbe無線通信模塊通過zigbee無線信道無線連接。ZigBee技術是一種近距離、低複雜度、低功耗、低速率、低成本的雙向無線通訊技術。主要用於距離短、功耗低且傳輸速率不高的各種電子設備之間進行數據傳輸以及典型的有周期性數據、間歇性數據和低反應時間數據傳輸的應用，採用ZigBee信道進行無線通信可大大減少充電控制箱與車載取電裝置之間的通信成本。進一步，本自動充電系統實行「車牌號+ GSM號碼卡+資料庫」的預付費充值卡方 式的充電電費管理，即通過車輛的ID號、GSM號碼卡，預存電費；該設置可讓車主用戶隨充隨扣，並可查詢相關餘額，為了避免因為餘額不足不能充電導致的經濟損失，本系統允許車輛連續三次臨時欠費情況下的充電，(欠費信息，屏顯及語音提示的方式通知車主)。基於車載GSM號碼卡的電費結算，有利於進行跨區充電操作。需要充電的車輛首先通過車載通信接口向充電控制箱報導，通過車載通信接口及車輛通信接口向車輛取電裝置發送該供電樁的信息，如供電樁的ID號、GSM號碼。當欄杆式供電樁在檢測不到充電電流時，充電控制模塊控制供電開關切斷交流電強電供應，車輛與欄杆式供電樁實行「報導-匯報流量-退出」機制，車輛在充電完畢後，向充電控制箱發送扣費信息進行扣費。而現場督察人員可根據車牌號碼在網上查找到該車的流量與扣費的歷史數據。進一步，還包括用於將直流電變為交流電的逆變單元陣列，所述逆變單元陣列的直流輸入端與供電開關連接，逆變單元陣列的交流輸出端與電網連接。當所在片區變壓器負荷緊張的時候，在電力負荷管理系統的統一控制下，車輛可通過逆變單元陣列往電網逆變放電，緩解所在片區變壓器的用電緊張。優選地，所述逆變單元陣列的交流輸出端通過併網濾波器與電網連接。該設計時輸入電網的電流更加平穩，其實用性更好。進一步，所述供電開關包括通信接口開關、充電開關、放電開關和用於驅動括通信接口開關、充電開關、放電開關開合狀態的開關控制驅動電路，所述開關控制驅動電路與通信接口開關、充電開關、放電開關的開合控制端電氣連接；其中通信接口開關的一端與充電控制模塊連接，充電開關的一端與片區變壓器的電力輸出端連接，放電開關的一端與逆變單元陣列連接，而通信接口開關、充電開關、放電開關的另一端均與欄杆式供電樁的供電線連接，所述開關控制驅動電路的控制輸入端與充電控制模塊連接。所述通信接口開關、充電開關和放電開關受到開關控制驅動帶來路的驅動控制，其中開關控制驅動電路的控制輸入端分別設有三路控制輸入接口，分別控制通信接口開關、充電開關和放電開關，所述充電開關負責連接片區變壓器和欄杆式供電樁的供電線路，即欄杆式充電樁的受控插電座或供電極板，為車輛提供供電，而放電開關則用於連接欄杆式供電樁和逆變單元陣列，用於使汽車上的直流電可輸出到電網中，而通信接口開關用於控制充電控制模塊與欄杆式供電樁的通信，其中充電控制模塊與欄杆式供電樁的通信與供電共用線路，能減少線路的鋪設，減少成本其控制方式也較為穩定。本發明的有益效果是本發明可避免電網過載的電動汽車有序輪流充電控制系統，通過在原來路邊自動充電系統的基礎上設置用於實時檢測片區變壓器電力負荷、避免電網過載的電力負荷管理系統，對車輛的充電數量進行管理，利用該系統，可以有效避免電動汽車在路邊集中充電而引起電網過載崩潰的問題，從而確保電網的安全。該系統解除了電網公司發展電動汽車路邊充電模式的顧慮，有助於推動電動汽車路邊充電模式的快速普及。


下面結合附圖和實例對本發明作進一步說明。圖I是本發明電動汽車輪流充電控制系統的整體系統原理示意圖。圖2是本發明電動汽車輪流充電控制系統的系統示意框圖。圖3是本發明車載取電裝置的系統框圖。 圖4是本發明供電開關的原理示意圖。圖5是本發明充電控制箱與受控插電座的連接示意圖。圖6是本發明的充電控制主流程圖。圖7是當剩餘配額數超過預設範圍時的充電控制子流程圖。圖8是當剩餘配額數少於預設範圍時的充電控制子流程圖。圖9是當充電控制箱與電力負荷管理系統通信故障時的充電控制子流程圖。
具體實施例方式參照圖I-圖4所示，本發明可避免電網過載的電動汽車有序輪流充電控制系統，包括設置在車上用於取電的車載取電裝置2，多個為電動汽車提供供電電壓的欄杆式供電樁I及用於控制多個欄杆式供電樁I的充電控制箱3，充電控制箱3與多個欄杆式供電樁I連接，所述車載取電裝置2包括用於控制車輛充電的車載充電控制盒21，車載取電裝置2通過車載充電控制盒21內的車載通信接口 22與充電控制箱3通信，所述充電控制箱3通過網際網路和用於控制充電過程的充電管理中心4連接通信，其中充電控制箱3的電源輸入接口連接至當地的片區變壓器5，所述片區變壓器5通過充電控制箱3為欄杆式供電樁I供電，其特徵在於還包括用於實時檢測片區變壓器5電力負荷、避免電網過載的電力負荷管理系統6，所述電力負荷管理系統6包括用於對片區變壓器5電流及負載進行採樣的電流互感器61、用於對片區變壓器5電力負荷情況進行檢實時監測的電力負荷檢測模塊62，通過電流互感器61獲取片區變壓器5的電流信息，並根據該信息進行分析得出片區變壓器5的電力負荷及功率餘量、用於對充電控制箱3功率負荷進行管理的電力負荷管理模塊63和用於與充電控制箱3進行通信的電力通信接口 64，電流互感器61、電力負荷檢測模塊62、電力負荷管理模塊63和電力通信接口 64依次相繼連接，充電控制箱3通過電力通信接口 64上報待充電的車輛數目，電力負荷管理模塊63根據片區變壓器5的負荷情況向充電控制箱3發送充電允許配額數，充電控制箱3根據配額數對各個欄杆式供電樁I進行輪流充電管理，控制欄杆式供電樁I的充電數量。充電控制箱3連接有多個欄杆式供電樁I，每個欄杆式供電樁I可供一輛電動汽車進行充電，充電控制箱3可對欄杆式供電樁I的供電狀態進行控制，充電控制箱3與需要充電的電動汽車有線或無線通信，並通過網際網路與充電管理中心4通信，對電動汽車的充電過程進行控制及管理，由於欄杆式供電樁I是通過當地的片區變壓器5進行供電的，因此當充電車輛到達一定的數量時，會增加當地用電負荷，從而影響當地電力設施及居民的用電，制約著路邊自動汽車充電系統的發展。為了解決這問題，設置電力負荷管理系統6，實時檢測片區變壓器5電力負荷，並與充電控制箱3通信調整充電控制箱3的充電控制方式，控制車輛充電的數量，避免電網過載。電力負荷管理模塊63負責管理電動汽車的充電數量，通過電流互感器61對片區變壓器5的電流情況進行採樣，並將採用數據傳輸至電力負荷檢測模塊62進行檢測，電力 負荷管理模塊63通過電力負荷檢測模塊62獲知當地片區變壓器5的電力負荷狀態。充電控制箱3與需要充電的電動汽車有線或無線通信，獲取待充電的汽車數目，通過電力通信接口 64向電力負荷管理模塊63上報待充電車輛的數據，電力負荷管理模塊63根據片區變壓器5的負荷情況向充電控制箱3發送充電允許配額數，充電控制箱3根據配額數對各個欄杆式供電樁I進行輪流充電管理，控制充電車輛的數量。進一步，當申請充電的車輛數大於配額數時，充電控制箱3根據配額數量對所需充電車輛進行分組輪流控制充電，讓所需充電的汽車分組輪流充電。讓所需充電的汽車分組輪流充電，不僅能降低片區變壓器5的負荷，而且可避免出現某輛汽車一直不能充電的情況，其分配方式的適用性和實用性較好。進一步，充電控制箱3預設了剩餘配額變化範圍，當車輛在進行輪流充電的過程中，由於片區變壓器5的負荷會產生變化而導致充電配額變化時，若充電配額變化若超過預設變化範圍，則對配額數量進行相應的調整，若變化在範圍之內，則保持原來的充電控制。進一步，充電控制箱3通過車載充電控制盒21檢測車輛的電池餘量，若發現電池電量低，則該汽車直接進行優先充電，不需輪流充電管理，該設計可滿足汽車運行的必要電量，讓電量低的車輛優先充電，其實用性更好。在車輛進行輪流充電的過程中，片區變壓器5的負荷會不斷產生變化，同時允許車輛充電的配額也在不斷變化，當充電配額變化時，車輛充電控制需要進行相應的調整，在系統運行時對剩餘配額變化的數值預先設置一個範圍，若剩餘配額的變化超過預設範圍，啟動快減慢增的跟蹤算法，則對配額數進行相應的調整，即預設的配額數增加的幅度比配額數減少的幅度大，在配額數減少的時候系統能快速響應調整實際配額數，以免為當地的片區變壓器5代理負擔，而在配額數增加時能保持系統的穩定性。當配額數未超過預設範圍時，啟動初值算法，即保持系統初始設定的配額數，在剩餘配額數變化不大的情況下，避免因為配額數的不斷變化而導致系統不斷調整，使充電控制的模式不斷變化，增加系統的穩定性。若充電控制箱3與電力負荷管理系統6的通信發生故障，則啟動最小值算法，即將歷史數據表中的同期時間內的配額數最小值作為實際的配額分配數。該設置可確保在充電控制箱3與電力負荷管理系統6的通信發生故障時，充電系統不會對電網帶來負荷，保證了片區變壓器5的正常運行。進一步，所述電力負荷管理系統6還包括用電負荷傳感器節點65，所述用電負荷傳感器節點65與電力負荷管理模塊63相連接，系統所在區域的儲能電站、居民區、生產企業及快速充電站通過用電負荷傳感器節點65向電力負荷管理模塊63上報用電負荷情況。該設計以便電力負荷管理模塊63及時調整充電控制箱3的充電允許配額數。進一步，電力負荷管理系統6對片區內的生產企業的用電負荷、片區內的居民區用電負荷、片區內的電動汽車輪流慢充充電控制箱、片區內輪流快充的快速充電站、片區內的儲能電站進行統一的監控、管理與分配。其中生產企業的用電，享有最高優先級，生產企業的大功率設備開機用電前，要先向片區的「電力負荷管理系統6」發出「申請與通知」，方便「電力負荷管理系統6」事先進行電力資源的統一安排。居民區的用電優先級次於生產企業，居民區的電力負荷傳感器，實時地向「電力負荷管理系統6」匯報居民區的電力負荷情況，方便「電力負荷管理系統6」進行電力資源的統一安排。電動汽車實行按配額數的輪流慢充充電次於居民區用電，電動汽車的車輛群，按照「電力負荷管理系統6」發布的「充電允 許的配額數」，在充電控制箱3的統一控制下，進行輪流慢充充電。而片區內的快速充電站，按照「電力負荷管理系統6」發布的「充電允許的配額數」，在快速充電站的充電控制箱的統一控制下，對車輛群進行輪流快充充電。片區內的儲能電站，在夜間低谷電的階段，受控充電；片區內的儲能電站，在用電高峰期，受控放電併網。進一步，所述充電控制箱3包括充電控制模塊31、用於與車輛進行通信的車輛通信接口 32、用於與電力負荷管理系統6通信的電力系統通信模塊33、通過光纖連接至網際網路的光纖接入點34和用於對欄杆式供電樁I進行供電控制的供電開關35，所述車輛通信接口 32、電力系統通信模塊33、光纖接入點34和供電開關35分別與充電控制模塊31連接，所述供電開關35的電源輸入端與片區變壓器5連接，供電開關35的供電輸出端連接至欄杆式供電樁I。充電控制模塊31通過電力系統通信模塊33、車輛通信接口 32分別與電力負荷管理系統6和充電車輛進行通信，以獲取所需充電車輛數量和片區變壓器5充電允許配額數，通過光纖接入點34連接網際網路與充電管理中心4進行通信，控制對車輛的充電進行控制並實現相關計費，並根據充電允許配額數，並通過供電開關35控制多個欄杆式供電樁I的供電。進一步，電力負荷管理系統6中的電力通信接口 64通過GPRS網絡或光纖網絡與電力系統通信模塊33連接通信。GPRS網絡可利用現有的通信設備，降低系統成本，而使用光纖網絡其速度更快，可靠性更高；本系統可根據不同地方使用不同的通信方式進行通信，其實用性和適用性更好。進一步，車載取電裝置2包括用於連接欄杆式供電樁I進行取電的車載取電器23、電池盒24、用於對電池盒24進行慢充電的車載慢充充電電機25和用控制車輛充電的車載充電控制盒21，所述車載充電控制盒21內設有用於與充電控制箱3車輛通信接口 32連接通信的車載通信接口 22，所述車載取電器23、車載慢充充電機和電池盒24依次相繼連接，車載充電控制盒21分別與車載慢充充電機和電池盒24相連接。所述車載慢充充電機將來自取電器的交流電轉換成直流電為電池盒24內的電池充電，而車載充電控制盒21對車載慢充充電機進行充電控制，車載充電控制盒21連接電池盒24獲取電池盒24內的電池餘量信息。進一步，所述欄杆式供電樁I包括受控插電座11和供電極板12，所述受控插電座11和供電極板12分別與供電開關35的電源供電輸出端連接；所述車載取電器23包括與受控插電座11相匹配的插電電極231和與供電極板12相匹配的取電器電極232，所述插電電極231和取電器電極232分別與車載慢充充電電機25連接。車輛可通過受控插電座11或供電極板12進行充電，其選擇方式更多，運行效果更好。參照圖5所示，所述受控插電座11包括用於供插電電極231插入取電的受控電力線插座111、用於讀取用戶IC卡的停車位IC卡讀卡器112及用於顯示充電狀態的顯示模塊113，所述受控電力線插座111與供電開關35的輸出端連接，所述IC卡讀卡器112與車輛通信接口 32有線連接。所述IC卡讀卡器用於在充電時通過刷卡啟動充電程序，其中IC卡與電動汽車上的車載取電裝置2相對應，當用戶刷卡時，IC卡通過IC卡讀卡器把車輛的有關信息通過車載通信接口 32傳輸至充電控制箱3內的充電控制模塊31，充電控制模塊31通過控制供電開關35實現輪流充電控制，更加方便了用戶的使用，其中在充電過程中顯示模 塊113可提示充電的狀態。其中顯示模塊113包括紅、綠、黃三種顏色的指示燈，當紅燈閃爍時，代表充電或通信發生故障，提示司機作相關處理，當綠燈閃爍時，代表正在正常充電中，當黃燈常亮時，代表證處於待機狀態，當黃燈閃爍時，代表正在等待充電的狀態，通過顯示模塊113可讓司機及時獲取電動汽車的充電狀態，方便了用戶的使用，其設計更為合理。進一步，所述充電控制箱3還包括zigbbe無線通信模塊36，所述無線通信模塊36與充電控制模塊31相連接，所述車載充電控制盒21包括zigbbe無線通信接口 26，所述無線通信接口 26與zigbbe無線通信模塊36通過zigbee無線信道無線連接。ZigBee技術是一種近距離、低複雜度、低功耗、低速率、低成本的雙向無線通訊技術。主要用於距離短、功耗低且傳輸速率不高的各種電子設備之間進行數據傳輸以及典型的有周期性數據、間歇性數據和低反應時間數據傳輸的應用，採用ZigBee信道進行無線通信可大大減少充電控制箱3與車載取電裝置2之間的通信成本。進一步，本自動充電系統實行「車牌號+ GSM號碼卡+資料庫」的預付費充值卡方式的充電電費管理，即通過車輛的ID號、GSM號碼卡，預存電費；該設置可讓車主用戶隨充隨扣，並可查詢相關餘額，為了避免因為餘額不足不能充電導致的經濟損失，本系統允許車輛連續三次臨時欠費情況下的充電，(欠費信息，屏顯及語音提示的方式通知車主)。基於車載GSM號碼卡的電費結算，有利於進行跨區充電操作。需要充電的車輛首先通過車載通信接口 26向充電控制箱3報導，通過車載通信接口 26及車輛通信接口 32向車輛取電裝置2發送該供電樁的信息，如供電樁的ID號、GSM號碼。當欄杆式供電樁I在檢測不到充電電流時，充電控制模塊31控制供電開關35切斷交流電強電供應，車輛與欄杆式供電樁I實行「報導-匯報流量-退出」機制，車輛在充電完畢後，向充電控制箱3發送扣費信息進行扣費。而現場督察人員可根據車牌號碼在網上查找到該車的流量與扣費的歷史數據。進一步，還包括用於將直流電變為交流電的逆變單元陣列7，所述逆變單元陣列7的直流輸入端與供電開關35連接，逆變單元陣列7的交流輸出端與電網連接。當所在片區變壓器5負荷緊張的時候，在電力負荷管理系統6的統一控制下，車輛可通過逆變單元陣列7往電網逆變放電，緩解所在片區變壓器5的用電緊張。優選地，所述逆變單元陣列7的交流輸出端通過併網濾波器8與電網連接。該設計時輸入電網的電流更加平穩，其實用性更好。進一步，所述供電開關35包括通信接口開關351、充電開關352、放電開關353和用於驅動括通信接口開關351、充電開關352、放電開關353開合狀態的開關控制驅動電路354，所述開關控制驅動電路354與通信接口開關351、充電開關352、放電開關353的開合控制端電氣連接；其中通信接口開關351的一端與充電控制模塊31連接，充電開關352的一端與片區變壓器5的電力輸出端連接，放電開關353的一端與逆變單元陣列7連接，而通信接口開關351、充電開關352、放電開關353的另一端均與欄杆式供電樁I的供電線連接，所述開關控制驅動電路354的控制輸入端355與充電控制模塊31連接。所述通信接口開關351、充電開關352和放電開關353受到開關控制驅動帶來路的驅動控制，其中開關控制驅動電路354的控制輸入端355分別設有三路控制輸入接口，分別控制通信接口開關351、充電開關352和放電開關353，所述充電開關352負責連接片區變 壓器5和欄杆式供電樁I的供電線路，即欄杆式充電樁的受控插電座11或供電極板12,為車輛提供供電，而放電開關353則用於連接欄杆式供電樁I和逆變單元陣列7，用於使汽車上的直流電可輸出到電網中，而通信接口開關351用於控制充電控制模塊31與欄杆式供電樁I的通信，其中充電控制模塊31與欄杆式供電樁I的通信與供電共用線路，能減少線路的鋪設，減少成本其控制方式也較為穩定。參照圖6-圖9所示，本發明的具體的充電管理控制過程如下充電控制箱與需要充電的車輛進行通信，為車輛簡歷充電服務列表，獲取申請充電的車輛數M，與電力負荷管理系統通信獲取片區變壓器分配給充電控制箱的配額數N，若申請充電的車輛數M小於配額數N，則各車輛進入充電狀態。若申請充電的車輛數M大於配額數N，則讓車輛匯報電池餘電，充電控制根據車輛的電池餘電對車輛進行排除，若車輛的通信模塊出現故障需要人工聯繫供電的車輛則直接進入充電狀態，車輛充電充滿後停止充電並向車主髮結算帳單。若待充電車輛的電池餘量少於30%，則該車輛直接進入充電狀態，車輛充電充滿後停止充電並向車主髮結算帳單。這時系統剩餘的配額數為N』，充電控制箱將剩餘的車輛分成三組進行每隔I小時的輪流充電，即其中第一組一小時內相對固定地充電，第二組頻繁地在充電/等待兩個狀態變換，第三組處於一直等待的狀態，以上三組車輛每隔I小時輪換一次，實現輪流充電。充電控制箱根據系統配額數的不斷變化，片區變壓器的負荷會不斷產生變化，同時允許車輛充電的配額也在不斷變化，當充電配額變化時，剩餘配額數N』變化，其中剩餘配額數N』的預設範圍設置為減少幅度範圍為5個,增加幅度範圍為10個,若剩餘配額數N』的減少幅度超過5個，則以即時配額數作為實際的配額分配數，若剩餘配額數N』的增加幅度超過10個，則以即時配額數作為實際的配額分配數。若剩餘配額數N』不在預設的範圍內，則啟動初值算法，即確認在I小時充電時段的初始時刻的配額數為實際分配數K，實際分配數不再跟蹤該時段內的配額數的變化，保持實際分配數的相對穩定。若充電控制箱與電力負荷管理系統的通信發生故障，則啟動最小值算法，即將歷史數據表中的同期的I小時時段的配額數的最小值作為實際分配數。
充電控制箱確定車輛的實際分配數K，若有臨時退出充電的車輛，則對充電車輛進行臨時結算和臨時記錄。在充電過程中若有車輛發出退出充電申請，則對該車輛進行充電電費的總結算，通過簡訊向車主髮結算帳單。當該組車輛充電滿I小時後，對I小時內的歷史數據((配額數、配額數的變化幅度、實際分配數、配額數的最小值，等等)進行記錄，並保存在歷史數據表)，然後對三組車輛進行輪換轉換模式，同時對於臨時退出的充電車輛進行電費的臨時結算和臨時記錄。以上所述，只是本發明的較佳實施例而已，本發明並不局限於上述實施方式，只要 其以相同的手段達到本發明的技術效果，都應屬於本發明的保護範圍。
權利要求
1.可避免電網過載的電動汽車有序輪流充電控制系統，包括設置在車上用於取電的車載取電裝置(2)，多個為電動汽車提供供電電壓的欄杆式供電樁(I)及用於控制多個欄杆式供電樁(I)的充電控制箱(3 )，充電控制箱(3 )與多個欄杆式供電樁(I)連接，所述車載取電裝置(2)包括用於控制車輛充電的車載充電控制盒(21)，車載取電裝置(2)通過車載充電控制盒(21)內的車載通信接口( 22 )與充電控制箱(3 )通信，所述充電控制箱(3 )通過網際網路和用於控制充電過程的充電管理中心(4)連接通信，其中充電控制箱(3)的電源輸入接口連接至當地的片區變壓器(5 )，所述片區變壓器(5 )通過充電控制箱(3 )為欄杆式供電樁(I)供電，其特徵在於還包括用於實時檢測片區變壓器(5)電力負荷、避免電網過載的電力負荷管理系統(6)，所述電力負荷管理系統(6)包括用於對片區變壓器(5)電流及負載進行採樣的電流互感器(61)、用於對片區變壓器(5)電力負荷情況進行檢實時監測的電力負荷檢測模塊(62 )、用於對充電控制箱(3 )功率負荷進行管理的電力負荷管理模塊(63 )和用於與充電控制箱(3)進行通信的電力通信接口(64)，電流互感器(61)、電力負荷檢測模塊(62)、電力負荷管理模塊(63)和電力通信接口(64)依次相繼連接，充電控制箱(3)通過電力通信接口(64)上報待充電的車輛數目，電力負荷管理模塊(63)根據片區變壓器(5) 的負荷情況向充電控制箱(3)發送充電允許配額數，充電控制箱(3)根據配額數對各個欄 杆式供電樁(I)進行輪流充電管理，控制欄杆式供電樁(I)的充電車輛數量。
2.根據權利要求I所述的可避免電網過載的電動汽車有序輪流充電控制系統，其特徵在於當申請充電的車輛數大於配額數時，充電控制箱(3)根據配額數量對所需充電車輛進行分組輪流控制充電，讓所需充電的汽車分組輪流充電。
3.根據權利要求2所述的可避免電網過載的電動汽車有序輪流充電控制系統，其特徵在於充電控制箱(3)預設了剩餘配額變化範圍，當車輛在進行輪流充電的過程中，由於片區變壓器(5)的負荷會產生變化而導致充電配額變化時，若充電配額變化若超過預設變化範圍，則對配額數量進行相應的調整，若變化在範圍之內，則保持原來的充電控制。
4.根據權利要求1-3任一所述的可避免電網過載的電動汽車有序輪流充電控制系統，其特徵在於所述電力負荷管理系統(6)還包括用電負荷傳感器節點(65)，所述用電負荷傳感器節點(65)與電力負荷管理模塊(63)相連接，系統所在區域的儲能電站、居民區、生產企業及快速充電站通過用電負荷傳感器節點(65)向電力負荷管理模塊(63)上報用電負荷情況。
5.根據權利要求1-3任一所述的可避免電網過載的電動汽車有序輪流充電控制系統，其特徵在於所述充電控制箱(3)包括充電控制模塊(31)、用於與車輛進行通信的車輛通信接口(32)、用於與電力負荷管理系統(6)通信的電力系統通信模塊(33)、通過光纖連接至網際網路的光纖接入點(34)和用於對欄杆式供電樁(I)進行供電控制的供電開關(35)，所述車輛通信接口( 32)、電力系統通信模塊(33)、光纖接入點(34)和供電開關(35)分別與充電控制模塊(31)連接，所述供電開關(35)的電源輸入端與片區變壓器(5)連接，供電開關(35)的供電輸出端連接至欄杆式供電樁(I)。
6.根據權利要求5所述的可避免電網過載的電動汽車有序輪流充電控制系統，其特徵在於電力負荷管理系統(6)中的電力通信接口(64)通過GPRS網絡或光纖網絡與電力系統通信模塊(33)連接通信。
7.根據權利要求5所述的可避免電網過載的電動汽車有序輪流充電控制系統，其特徵在於車載取電裝置(2 )包括用於連接欄杆式供電樁(I)進行取電的車載取電器(23 )、電池盒(24)、用於對電池盒(24)進行慢充電的車載慢充充電電機(25)和用控制車輛充電的車載充電控制盒(21)，所述車載充電控制盒(21)內設有用於與充電控制箱(3)車輛通信接口(32)連接通信的車載通信接口(22)，所述車載取電器(23)、車載慢充充電機和電池盒(24)依次相繼連接，車載充電控制盒(21)分別與車載慢充充電機和電池盒(24)相連接。
8.根據權利要求7所述的可避免電網過載的電動汽車有序輪流充電控制系統，其特徵在於所述欄杆式供電樁(I)包括受控插電座(11)和供電極板(12),所述受控插電座(11)和供電極板(12)分別與供電開關(35)的電源供電輸出端連接；所述車載取電器(23)包括與受控插電座(11)相匹配的插電電極(231)和與供電極板(12)相匹配的取電器電極(232),所述插電電極(231)和取電器電極(232)分別與車載慢充充電電機(25)連接。
9.根據權利要求5所述的可避免電網過載的電動汽車有序輪流充電控制系統，其特徵在於還包括用於將直流電變為交流電的逆變單元陣列(7)，所述逆變單元陣列(7)的直流輸入端與供電開關(35)連接，逆變單元陣列(7)的交流輸出端與電網連接。
10.根據權利要求9所述的可避免電網過載的電動汽車有序輪流充電控制系統，其特徵在於所述供電開關(35)包括通信接口開關(351)、充電開關(352)、放電開關(353)和用於驅動括通信接口開關(351)、充電開關(352)、放電開關(353)開合狀態的開關控制驅動電路(354)，所述開關控制驅動電路(354)與通信接口開關(351)、充電開關(352)、放電開關(353)的開合控制端電氣連接；其中通信接口開關(351)的一端與充電控制模塊(31)連接，充電開關(352)的一端與片區變壓器(5)的電力輸出端連接,放電開關(353)的一端與逆變單元陣列(7)連接，而通信接口開關(351)、充電開關(352)、放電開關(353)的另一端均與欄杆式供電樁(I)的供電線連接，所述開關控制驅動電路(354)的控制輸入端(355 )與充電控制模塊(31)連接。
全文摘要
本發明公開了可避免電網過載的電動汽車有序輪流充電控制系統，包括電力負荷管理系統、充電控制箱、欄杆式供電樁、車載取電裝置、充電管理中心，通過在原來路邊自動充電系統的基礎上設置用於實時檢測片區變壓器電力負荷、避免電網過載的電力負荷管理系統，對所需充電車輛的充電數量進行管理，利用該系統，可以有效避免電動汽車在路邊集中充電而引起電網過載崩潰的問題，從而確保電網的安全。該系統解除了電網公司發展電動汽車路邊充電模式的顧慮，有助於推動電動汽車路邊充電模式的快速普及。
文檔編號H02J3/28GK102831719SQ20121028476
公開日2012年12月19日 申請日期2012年8月6日 優先權日2012年8月6日
發明者成志東 申請人:成志東