一种采用延迟充电的电动汽车有序充电控制方法及装置

技术领域

本发明涉及电动汽车充电领域，尤其涉及一种采用延迟充电方式控制电动汽车进行有序充电的方法和装置。

背景技术

随着世界经济的快速发展满足人类对能源的需求，不可再生能源被大量的用于日常生活中，产生了大量的环境污染。车辆已经成为人们生活和运动中不可或缺的一部分，如今使用的大部分燃油车无疑会增加二氧化碳的排放。虽然新能源发电被越来越多地引入电网发电，如光伏发电，风力发电等等；但由于光伏、风力输出与光照强度和风力大小密切相关，其功率输出是随机波动的，会对电力系统造成影响，产生电能质量问题。因此减少燃油车的使用，从汽油动力汽车转向电动汽车是解决汽油动力汽车造成的环境污染的有效手段。

电动汽车的充电周期与人们的生活习惯密切相关，随着全国电动汽车的逐年增多，电动汽车的大量无序充电具有不可预测性，这将对电网产生较大的影响。因为有必要对居民区的电动汽车充电进行合理的计划，有必要提出合理的家用电动汽车充电控制策略，确保电网充电区域的安全稳定运行。当前电网系统的有序充电对智能电网的发展起着越来越大的作用。随着目前已经开始大规模采用电动汽车(Electric Vehicle,EV)，有序充电对电网以及分布式能源的使用变得更加重要，因此需要做好充分准备管理EV带来充电问题。

本申请主要是以居民小区为主，针对电动汽车在小区充电过程中随机停放，且无序充电给电网系统造成的严重隐患以及充电时间过长的问题，提出了一种采用延迟充电的电动汽车有序充电控制方法及装置。

发明内容

为了解决以上现有技术的缺点和不足之处，本申请的目的是提供一种采用延迟充电的电动汽车有序充电控制方法及装置。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种采用延迟充电的电动汽车有序充电控制方法，包括如下步骤：

步骤S1：检测有无电动汽车接入，若有电动汽车接入则获取当前电动汽车的荷电功率，若无电动汽车接入则转步骤S3；

步骤S2：判断当前电动汽车是否符合延迟充电条件，若符合，电动汽车进入充电等待序列中；若不符合，则立即对电动汽车进行充电；

步骤S3：寻找充电等待序列中充电优先级最高的电动汽车；

步骤S4，若充电优先级最高的电动汽车的优先级＝1，直接对其进行充电；若充电优先级最高的电动汽车的优先级不等于1，则计算当前充电功率裕度；

步骤S5：判断当前充电功率裕度是否大于充电优先级最高电动汽车的充电功率；若结果为是，则对优先级最高的电动汽车进行充电，并返回步骤S3继续寻找本时刻充电优先级最高的电动汽车，判断是否可以进行充电，直到当前充电功率裕度小于当前充电优先级最高的电动汽车的充电功率。

其中，步骤S2中所述的延迟充电条件包括，用户返回小区的时刻到最迟充电完成时刻的时长大于电动汽车EV

其中，步骤S2中所述的延迟充电条件还包括，所述电动汽车的离开时刻在用电低谷时段开始之后。

其中，步骤S3中充电优先级的计算方式为：

车主外出回归后，电动汽车驻车时长的计算方式为：

T

其中，T

电动汽车结束充电时刻t

t

其中，t

设t时刻共有m辆电动汽车进行充电，则电动汽车充电总功率T

T

P

其中，P

则电动汽车进行有序充电的优先级的计算方法如式(5)所示：

其中，所述方法还包括：将已经完成充电的电动汽车从充电等待序列中剔除。

其中，所述方法还包括：步骤S6：判断当前时刻t是否大于用电低谷时段的开始时刻，是则结束循环，控制结束，否则返回步骤S1重新执行。

一种采用所述的用延迟充电的电动汽车有序充电控制方法的充电控制装置，包括：

有序充电控制器，用于获得各个充电桩连接的电动汽车的充电负荷信息后对电动汽车的充电进行控制；

至少一个充电桩，包括充电控制系统，充电桩通过充电控制系统获得电动汽车的电池信息，并将电动汽车的充电负荷信息上传至有序充电控制器；

以及通信线；

其中，所述有序充电控制器通过通信线与所述至少一个充电桩连接。

其中，所述充电桩还包括人机交互界面，用户经由充电桩的人机交互界面对电动汽车的期望荷电状态、用户预计离开时刻进行设定。

本申请以实际居民小区为算例，设计了一种采用延迟充电的电动汽车有序充电控制方法，采用延迟充电对电动汽车进行有序充电控制，利用汽车充电的优先级达到有序充电的目的，并通过小区的算例仿真分析，证明了本申请的电动汽车有序充电控制方法能够实现小区电动汽车的有序充电，并有效降低充电总峰值。

附图说明

图1为电动汽车有序充电控制框架；

图2为采用延迟充电的有序充电实施过程流程图；

图3为即充即走充电模式示意图；

图4为电动汽车回到社区时间示意图；

图5为电动汽车离开社区时间示意图；

图6为电动汽车充满电的时间示意图；

图7为电动汽车有序充电无序充电负荷图。

具体实施方式

下面将参考附图并结合实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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作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。

电动汽车(EV)充电有望成为现实居民区电力需求的重要组成部分，需要从对配电网规划原则和对负荷分布的影响等方面展开研究。随机模拟是用来结合概率收费模型和电力消费数据，在标准中定义的不同充电功率下，不受控制、限制和价格优化的家用电动汽车充电的影响。将大量的电动汽车推迟至用电电谷时段进行充电以减少新能源汽车充电对小区变压器的冲击，可以减少发电装机容量建设，并且考虑到分时电价的影响可以减少用户充电的费用，提高经济性，保证了电动汽车与电网的协调互动发展。

本申请提出的电动汽车有序充电控制装置的架构如图1所示。所述电动汽车有序充电控制装置，包括：

有序充电控制器，用于获得各个充电桩连接的电动汽车的充电负荷信息后对电动汽车的充电进行控制；

至少一个充电桩，包括充电控制系统，充电桩通过充电控制系统获得电动汽车的电池信息，并将电动汽车的充电负荷信息上传至有序充电控制器；

以及通信线；

其中，所述有序充电控制器通过通信线与所述至少一个充电桩连接。

其中，每个充电桩至少连接一个电动汽车，以对其进行充电控制。

在本申请一个实施例中，所述充电桩包括人机交互界面，当用户把电动汽车连接到充电桩时，可经由充电桩的人机交互界面对电动汽车的期望荷电状态、用户预计离开时刻进行设定。

在本申请一个实施例中，所述充电桩还包括充电控制系统，充电桩通过充电控制系统获得电动汽车的电池信息，并将电动汽车的充电负荷信息上传至有序充电控制器，有序充电控制器获得各个充电桩连接的电动汽车的充电负荷信息后对电动汽车的充电进行控制。

本申请还公开了一种电动汽车的有序充电方法，用于实现对电动汽车的充电进行有序控制。电动汽车的有序充电方法的设计最重要的阶段是对延迟充电条件的设置，通过将可以延迟充电的电动汽车延迟充电且不影响用户的期望充电量为基础，完成对居民小区的电动汽车有序充电的控制。

如图2所示，所述电动汽车的有序充电方法的实施过程的流程具体如下：

步骤S1：检测有无电动汽车接入，若有电动汽车接入则获取当前电动汽车的荷电功率，若无电动汽车接入则转步骤S3；

其中，所述当前电动汽车EV

在本申请一个实施例中，充电桩通过充电控制系统获得电动汽车EV

步骤S2：判断当前电动汽车是否符合延迟充电条件，若符合，电动汽车进入充电等待序列中；若不符合，则立即对电动汽车进行充电；

电动汽车的有序充电控制方法的设计最重要的阶段是对延迟充电条件的设置，通过将可以延迟充电的电动汽车延迟充电且不影响用户的期望充电量为基础，完成对居民小区的电动汽车有序充电的控制。

在本申请的一个实施例中，所述延迟充电条件可以包括：

用户返回小区的时刻到最迟充电完成时刻的时长大于电动汽车EV

通过上述充电延迟条件的设置，仅当用户在小区内的停留时间大于或远大于电动汽车充电所需的时间时，才进行延迟充电，能够保证用户离开小区时，电动汽车的电量能够达到用户的期待荷电状态，进而不影响用户的使用体验。

在本申请另一个实施例中，所述延迟充电条件还可以包括，所述电动汽车EV离开时刻在用电低谷时段开始之后。

通过上述充电延迟条件的设置，在满足用户离开小区时，电动汽车的电量达到用户的期望荷电状态的基础上，进一步限定了当电动汽车可以在用电低谷时段充电时，将其延迟到用电低谷时段再进行充电，从而通过将大量的电动汽车推迟至用电低谷时段进行充电以减少新能源汽车充电对小区变压器的冲击，可以减少发电装机容量建设，并且考虑到分时电价的影响可以减少用户充电的费用，提高经济性，保证了电动汽车与电网的协调互动发展。

其中，所述电动汽车的离开时刻、用户期望荷电状态等，例如可以由用户在讲电动汽车连接到充电桩时，通过充电桩的人机交互界面进行选择或输入。

其中，车主外出回归时，电动汽车EV

车主外出回归后，电动汽车驻车时长的计算方式为：

T

其中，T

电动汽车结束充电时刻t

t

其中，t

设t时刻共有m辆电动汽车进行充电，则电动汽车充电总功率T

T

P

其中，P

则电动汽车进行有序充电的优先级的计算方法如式(5)所示：

在满足上述延迟充电条件的情况下，电动汽车进入有序充电控制器的充电等待序列中；若不满足上述延迟充电条件，则立即对电动汽车进行充电以保证充电结束时的电量最大程度接近用户期待荷电状态。

步骤S3-1：在t时刻将已经完成充电的电动汽车从充电等待序列中剔除；

本领域技术人员可以理解的是，当电动汽车完成充电后，则可以将其移出充电等待序列，在后续进行延迟充电控制时不再考虑。

其中，所述最迟充电完成时刻，以及电动汽车充电所需时间由

电动汽车EV

t

其中，t

步骤S3：寻找充电等待序列中充电优先级最高的电动汽车；

在本申请一个实施例中，通过有序充电控制器采集t时刻该小区的实时负荷信息，并寻找充电等待序列中优先级最高的车辆。其中，寻找充电等待序列中优先级最高的车辆，需要先计算出充电等待序列中所有电动汽车的充电优先级。

在本申请一个实施例中，计算充电等待序列中电动汽车EV

可以理解的是，电动汽车EV

T

步骤S4，若充电优先级最高的电动汽车的优先级＝1，直接对其进行充电；若充电优先级最高的电动汽车的优先级不等于1，则计算当前充电功率裕度；

若计算出的充电等待序列中充电优先级最高的至少一个电动汽车的优先级＝1，则有序充电控制器控制充电优先级＝1的电动汽车对应的充电桩，使其对所述电动汽车进行充电。

从上式(8)可以看出，本申请中设定当充电优先级a

其中，优先级a

若计算出的充电等待序列中充电优先级最高的电动汽车的充电优先级不等于1，则采用当日制定的功率限制值计算t时刻小区的当前功率裕度，根据当前充电功率裕度是否足够来确定是否对当前电动汽车进行充电。

在本申请一个实施例中，设t时刻共有m辆电动汽车进行充电，

那么，当前充电功率裕度Pa表达式如(7)所示：

P

步骤S5：判断当前充电功率裕度是否大于充电优先级最高电动汽车的充电功率；若结果为是，则对优先级最高的电动汽车进行充电，并返回步骤S3继续寻找本时刻充电优先级最高的电动汽车，判断是否可以进行充电，直到当前充电功率裕度小于当前充电优先级最高的电动汽车的充电功率。

本申请一个实施例中，本步骤先判断当前功率裕度是否大于优先级最高车辆的充电功率，若结果为是，则对优先级最高的电动汽车进行充电，并记录充电开始时间、计算充电结束时间、以及更新当前功率裕度；并返回步骤S4继续寻找本时刻优先级最高的电动汽车，判断是否可以进行充电，直到优先级不等于1且功率裕度小于电动汽车充电功率。

步骤S6：判断当前时刻t是否大于用电低谷时段的开始时刻，是则结束循环，控制结束，否则返回步骤S1重新执行。

实施例1

为了更加直观的展现上述延迟充电控制方法的执行过程，本申请收集了12条居民小区出行数据如表2所示，选取其中新能源汽车的到达时间、离开时间、充满电的时长。并且假设该小区的用电低谷时段为21:00至次日清晨8:00，在不考虑功率限制、仅满足优先级但不具体根据优先级进行有序充电的情况下，对上述控制逻辑进行简单的模拟(图3)与即充即走的无序充电进行对比。

表2居民小区出行数据

如图3所示，点状部分为新能源汽车的充电的时间，条状部分为新能源汽车可以进行充电的时间。可以看出：C、G、H、I、J、K、L七辆车均可在峰谷时进行充电，但由于没有有序充电策略的帮助，导致原本可以延迟充电的新能源汽车直接在到达小区的时候就立即开始了充电，导致在用电高峰有大量的新能源汽车接入电网进行充电；导致峰上加峰。给小区的变压器带来很大的负担，甚至会有安全隐患。

如果在采用了有序充电策略后，可以明显的看到21:00前用电高峰阶段进行充电的电动汽车数量明显减少：从9辆车减少为5辆车进行充电。与此同时21:00后的用电峰谷时段的充电车辆由3辆车增加到了7辆车。大大降低了用电高峰期的变压器负荷，同时利用夜晚峰谷时段进行充电，达到了削峰填谷的目的。

实施例2

本申请还对电动汽车有序充电控制方法进行了实验算例分析，并利用仿真结果证明了该有序延迟充电控制方法的有效性。

1参数设置

为了进行仿真分析，本申请调研的有车家庭回到社区的时间如图4所示；有车家庭离开社区的时间如图5所示；有车家庭电动汽车充满电的时间如图6所示。

对用户的充电行为做出如下假设：

(1)用户出行数据取自图4、5、6。共计44量电动汽车，充电桩的配比设计为1:1，可随时接入充电桩，等待有序充电控制器的控制；

(2)充电桩为慢速交流充电装置(约为7Kw)，峰谷时段为22:00-8:00；

(3)电动汽车每天返回后均进行充电，用户期望电量为满电；

(4)变压器的负荷红线为1100KW。

2仿真结果

利用本申请设计的电动汽车有序充电策略对电动汽车的案例进行仿真分析，可以得出有序充电和无序充电曲线波动图，具体如图7所示。从有序充电和无序充电曲线数据的波动可以看出，不采用有序充电的策略下，电动汽车处理大规模无序状态，且电动汽车的充电高峰期出现在一天当中的下班高峰期到凌晨期间。此时电网系统的用电量即为负荷的最高峰，电网系统的压力也最大。

而在有序充电模式下通过合理的安排电动汽车进行充电，可以有效加快电动充电的时间，利用设计的充电策略合理的安排高峰期的车辆，并让他们有序进行充电，将汽车的充电时间安排到其他的时间段，提高电网的安全运行，降低电网系统的负荷压力。

为了更直观的体现有序充电的控制效果，计算44辆电动汽车下的无序充电和有序充电模式下的峰谷差，结果如表3所示。

表3无序充电和有序充电模式下负荷指标对比

从表3无序充电和有序充电模式下负荷指标对比的数据可以看出，电动汽车的数量相同的情况下，有序充电对电网负荷的总峰值远小于无序充电时的总峰值；且无序充电已经超过负荷的红线(1100)，而有序充电可以保证负荷的稳定性；从负荷的峰谷差可以看出，有序充电的峰谷差仅为无序充电峰谷差的二分之一。因此可以得出，本申请的电动汽车延迟充电的有序充电方法和装置可以有效地控制电动汽车的充电安全，将可以延迟充电的电动汽车进行延迟充电，达到削峰填谷，错峰充电的目的；消除事故隐患，对电动汽车的推广具有一定的意义。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。