一种充电桩有序充电管理系统及其控制方法

技术领域

本发明属于充电控制技术领域，特别涉及一种充电桩有序充电管理系统及其控制方法。

背景技术

目前我国电动汽车市场规模快速增长，在经济发达城市的部分小区已经形成了规模化充电需求。规模化电动汽车无序充电会对电网安全、经济、可靠运行带来巨大挑战，造成电动汽车充电需求无法及时满足。现有的充电桩系统存在以下问题：因电网负荷的增长，而导致配电网线路过载、电压跌落、配电网损耗增加等问题；因用户充电时间的不确定性，而产生随机性的电动汽车充电负荷的问题；因电网频率的恶化，而增加电网调频、调压难度的问题；设备在使用过程中产生大量谐波，从而减少设备使用寿命的问题；大规模的电动汽车充电负荷会改变配网拓扑结构以及负荷布局的问题。

发明内容

本发明针对现有技术中存在的技术问题，提供一种充电桩有序充电管理系统及其控制方法，根据载波集中器收集的台区负荷情况，调整台区所属充电桩的充电功率，实现有序充电。

本发明采用的技术方案是：一种充电桩有序充电管理系统，包括智慧能源主站、智能物联网关、载波集中器、载波模块和充电桩控制器，所述智慧能源主站与智能物联网关连接，所述智能物联网关与若干台区内的载波集中器连接，所述载波集中器与若干载波模块连接，每个载波模块与一个充电桩控制器连接。

作为优选，每个台区内设置有一个或多个载波集中器。

作为优选，所述智慧能源主站通过4G或5G方式与智能物联网关通讯，所述智能物联网关通过RS232方式与载波集中器通讯，所述载波集中器通过HPLC方式与载波模块通讯，所述载波模块通过CAN总线方式与充电桩控制器通讯。

作为优选，所述智能物联网关用于根据台区变压器负荷情况调整台区内的各充电桩的充电功率。

作为优选，所述智能物联网关包括CPU、内存、FLASH、4G/5G模块、RS485接口、RS232接口和网口，所述CPU分别与内存、FLASH、4G/5G模块、RS485接口、RS232接口和网口连接。

本发明采用的技术方案还是：上述充电桩有序充电管理系统的控制方法，包括以下步骤：

S1：智慧能源主站接收手机APP的某一充电桩的充电申请，生成充电计划并将充电计划传输给智能物联网关；

S2：智能物联网关通过调整各充电桩的充电功率来动态调整台区变压器负荷，判断该充电桩所在台区变压器负荷是否超过阈值：如果超过阈值，向智慧能源主站返回充电计划下发失败，智慧能源主站通知手机APP；如果未超过阈值，向该充电桩所在的载波集中器分配充电计划；

S3：上述载波集中器通过该充电桩对应的载波模块与充电桩控制器通讯，来启动该充电桩。

作为优选，步骤S2中，智能物联网关根据台区内台区变压器负荷情况，计算可接入负荷的余量，再根据台区内各充电桩的充电时间、充电量和充电功率，动态调整当前正在充电的充电桩的充电功率，增加可接入负荷的余量。接入尽可能多的充电申请。

作为优选，步骤S2中，智能物联网关根据根据用户充电申请的充电时间和取车时间，有序分配充电桩充电功率和充电次序。在台区负荷紧张情况下，满足多用户充电需求。

作为优选，S4：充电桩完成充电后，充电桩控制器将充电完成信息通过载波模块、载波集中器、智能物联网关发送到智慧能源主站，智慧能源主站将充电费用信息发送至手机APP。

作为优选，步骤S4中，智能物联网关收到充电完成信息后，动态调整其他充电桩的充电功率。

与现有技术相比，本发明所具有的有益效果是：

1.本发明根据电网的安全运行状态，以电动汽车的充电时间和充电功率为控制变量，综合考虑用户充电需求与电池性能等约束，以对电网影响最小、经济性最优为目标，协调电动汽车充放电过程，控制电动汽车进行有序充电；并将大规模电动汽车的电池作为分布式储能系统，在电网负荷高峰选择放电，低谷选择充电，合理优化协调其充放电过程，起到“削峰填谷”作用。在降低国网负荷的同时，保证电动汽车电量满足正常的行驶需求。

2.本发明的智能物联网关，作为支撑智慧能源主站核心的物联网设备，基于工业物联网+互联网的思想而设计，实时收集台区负荷数据，通过边缘计算实现台区内部的智能调整与控制，最终达到台区内部智慧用能、电网与用户供需平衡、动态规划、实时调整的目的。

3.本发明选用载波集中器，可自动接收多个载波模块的数据，进行数据汇总，传送至智能物联网关，减轻工作人员的工作力度，提高工作效率。载波模块通过CAN通信对充电桩下达充电指令，具有宽电压输入范围，无需额外布线，使用简单，操作方便，并可接收、上传充电桩控制器的数据。

附图说明

图1为本发明实施例的结构框图；

图2为本发明实施例的智能物联网关的结构示意图；

图3为本发明实施例的控制流程图；

图4为本发明实施例的智能物联网关启动充电流程图；

图5为本发明实施例的智能物联网关结束充电流程图；

图6为本发明实施例的手机APP操作流程图。

图中1-智慧能源主站，2-智能物联网关，3-载波集中器，4-载波模块，5-充电桩控制器，6-充电桩。

具体实施方式

为使本领域技术人员更好的理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本发明作详细说明。

本发明的实施例提供了一种充电桩有序充电管理系统，如图1-2所示，其包括智慧能源主站1、智能物联网关2、载波集中器3、载波模块4和充电桩控制器5，所述智慧能源主站1与智能物联网关2连接，所述智能物联网关2与若干台区内的载波集中器3连接，所述载波集中器3与若干载波模块4连接，每个载波模块4与一个充电桩控制器5连接。每个台区内设置有一个或多个载波集中器3。本实施例中台区1中使用了两个载波集中器3，台区2中使用了一个载波集中器3，每个载波集中器3都与多个载波模块4连接，每个载波模块4对应一个充电桩。每个台区内载波集中器3的数量根据充电桩6数量而定，多个载波集中器3分片管理载波模块4和充电桩6，提高智能物联网关2与充电桩控制器5通信效率，避免单个载波集中器3管理太多载波模块4，导致控制时序混乱，采集充电桩6数据超时的问题。

所述智慧能源主站1通过4G或5G方式与智能物联网关2通讯，所述智能物联网关2通过RS232方式与载波集中器3通讯，所述载波集中器3通过HPLC方式与载波模块4通讯，所述载波模块4通过CAN总线方式与充电桩控制器5通讯。充电桩控制器5主要负责充电功率的控制、充电数据的采集和查询、充电交易数据的存储等。所述智能物联网关2用于根据台区负荷情况判断台区内的充电桩6能否用于充电。所述智能物联网关2包括CPU、内存、FLASH(内存器件)、4G/5G模块、RS485接口、RS232接口和网口，所述CPU分别与内存、FLASH、4G/5G模块、RS485接口、RS232接口和网口连接。RS485接口可连接台区总表或DTU等设备，监测变压器负载，收集台区变压器负荷数据。RS232接口和网口可用于调试或用于光纤传输数据。智慧能源主站1与智能物联网关2通信采用加密数据传输，智能物联网关2与载波集中器3采用加密数据传输，加密方式不限于软加密和硬加密。

本发明的实施例提供了一种充电桩有序充电管理系统的控制方法，如图3所示，包括以下步骤：

S1：手机APP通过扫描某一充电桩6上的二维码来向智慧能源主站1发送充电申请，智慧能源主站1接收手机APP的该充电桩6的充电申请，生成充电计划并将充电计划传输给智能物联网关2。

S2：智能物联网关2根据台区内台区变压器负荷情况，计算可接入负荷的余量，再根据台区内各充电桩6的充电时间、充电量和充电功率，动态调整当前正在充电的充电桩6的充电功率，增加可接入负荷的余量。充电时间由用户充电申请的充电时间和取车时间确定。智能物联网关2通过调整各充电桩6的充电功率来动态调整台区负荷，再判断增加该充电桩6后，所在台区的负荷是否超过阈值。如果超过阈值，向智慧能源主站1返回充电计划下发失败，智慧能源主站1通知手机APP；如果未超过阈值，向该充电桩6所在的载波集中器3分配充电计划。

S3：上述载波集中器3将充电计划发送给载波模块4，载波模块4与充电桩控制器5通讯，来启动该充电桩6。

S4：充电桩6完成充电后，充电桩控制器5将充电完成信息经过载波模块4、载波集中器3、智能物联网关2发送到智慧能源主站1，智慧能源主站1将充电费用信息发送至手机APP。智能物联网关收到充电完成信息后，动态调整其他充电桩的充电功率。

智能物联网关2启动充电的过程，如图4所示，智能物联网关收到智慧能源主站1下发的充电计划后，做出响应，并解析该充电计划，判断能够进行充电计划后，加密充电计划，并下发给载波集中器3，最终传递到充电桩控制器5；充电桩控制器5根据充电计划生成充电计划事件(充电桩能正常工作)和充电计划执行事件(充电桩已经开始充电)；智能物联网关2收到充电计划事件后，解析充电计划事件，并响应，然后向智慧能源主站1上报充电计划事件；智能物联网关2收到充电计划执行事件后，解析充电计划事件，并响应，然后向智慧能源主站1上报充电计划事件。

智能物联网关2在解析该充电计划后，获取充电桩的充电功率，与台区变压器可接入负荷的余量进行对比，余量不足时，调整正在工作的充电桩的充电功率来增加负荷余量，余量足够后，再加密充电计划，向电桩控制器5下发。调整充电桩的充电功率包括减小充电桩的充电功率、充电桩暂停充电和汽车电池反向供电。

智能物联网关2结束充电的过程，如图5所示，充满电或者停止充电后，电桩控制器5生成充电结算事件；智能物联网关2收到充电结算事件后，解析充电结算事件，并响应，然后向智慧能源主站1上报充电结算事件。

手机APP操作流程，如图6所示，打开手机APP，扫描充电桩二维码，设定充电模式和充电量；在充电桩启动充电后，可以随时查看充电状态；等待正常充电完成或手动结束充电后，接收到结算订单并支付订单。在设定充电模式和充电量时，可以选定取车时间，确定充电时长。

以上通过实施例对本发明进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的示例性实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。本发明的保护范围由权利要求书限定。凡利用本发明所述的技术方案，或本领域的技术人员在本发明技术方案的启发下，在本发明的实质和保护范围内，设计出类似的技术方案而达到上述技术效果的，或者对申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖保护范围之内。