一种电网互动式电动汽车智能充电装置

摘要

本发明公开了一种电网互动式电动汽车智能充电装置，包括充电桩、电网互动装置和配电柜，所述电网互动装置设置于配电柜内，同一配电柜供电的所有充电桩和配电柜通过布线槽内的三相供电线相连，所有充电桩和电网互动装置通过GPRS通信；所述电网互动装置根据所有充电桩的整桩的运行状态、用户的充电需求、电动汽车的充电需求和桩内电源的使用情况信息，确定每个充电桩的整桩功率需求，电网容量与配电柜总的功率需求相比得到供需比，供需比乘上每个充电桩的整桩功率需求得到每个桩的最大可用功率，通过GPRS模块下发给每个充电桩。本发明合理分配同一配电柜供电的所有充电桩的功率输出，在不超电力容量的条件下，实现安全、高效、快速充电。

说明书

技术领域

本发明涉及电动汽车充电领域，特别是一种电网互动式电动汽车智能充电装置。

背景技术

目前大多数居民小区、停车场等急需安装充电桩设施的场所没有配备大电力容量的供电线路。从主线拉线到充电桩，要有设计费(电力系统规定拉线要规划设计)、材料费(开关、线缆、配电防火墙、变压器等)、施工费等投入，申报和建设时间也要60天左右，接一个站平均的电力接入费用要30万，约占一个站平均投资的40％甚至更高。另一方面，目前充电桩没能和电网监测形成通信互动，不能最高效率的使用电网容量。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够合理分配同一配电柜供电的所有充电桩的功率输出的电网互动式电动汽车智能充电装置，在不超电力容量的条件下，实现安全、高效、快速充电。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种电网互动式电动汽车智能充电装置，包括充电桩、电网互动装置和配电柜，所述电网互动装置设置于配电柜内，同一配电柜供电的所有充电桩和配电柜通过布线槽内的三相供电线相连，同一配电柜供电的所有充电桩和电网互动装置通过GPRS通信；

所述电网互动装置根据同一配电柜供电的所有充电桩的整桩的运行状态、用户的充电需求、电动汽车的充电需求和桩内电源的使用情况信息，确定每个充电桩的整桩功率需求，将所有充电桩的整桩功率需求相加得到配电柜总的功率需求；电网容量与配电柜总的功率需求相比得到供需比，供需比乘上每个充电桩的整桩功率需求得到每个桩的最大可用功率即功率分配信息，功率分配信息通过GPRS模块下发给每个充电桩。

进一步地，所述每个充电桩均包括充电桩综控电路板、GPRS模块、触摸屏、刷卡机、充电枪、电源，其中充电桩综控电路板包括整桩状态机模块、电网互动模块、人机交互模块、车桩交互模块、桩内交互模块；充电桩综控电路板内的整桩状态机模块与其余模块交互得到整桩的运行状态，具体为：通过人机交互模块与触摸屏、刷卡机通信得到用户的充电需求；通过车桩交互模块与充电枪通信，充电枪与电动汽车的BMS 系统通信得到电动汽车的充电需求；通过桩内交互模块与桩内电源通信，得到桩内电源的使用情况；通过电网互动模块和GPRS模块通信，GPRS模块与电网互动装置通信，上传整桩的运行状态、用户的充电需求、电动汽车的充电需求和桩内电源的使用情况信息，同时接收电网互动装置的功率分配信息。

进一步地，所述电网互动装置硬件包括霍尔元件、ARM微控制器、GPRS单元；ARM微控制器包括功率分配模块；电网互动装置首先使用霍尔元件测量配电电流，其次通过ARM微控制器采样配电电流，同时通过GPRS单元与配电柜供电的所有充电桩通信得到整桩的运行状态、用户的充电需求、电动汽车的充电需求和桩内电源的使用情况信息，再通过功率分配模块确定每个充电桩的最大可用功率即功率分配信息，即功率分配信息最后通过GPRS单元发送给每个充电桩。

进一步地，所述充电桩的整桩运行状态包括正常和故障；用户的充电需求分为一级、二级、三级，对应的充电需求的权重分别为100％、75％、50％；电动汽车的充电需求为电动汽车BMS系统的充电需求；桩内电源的使用情况为整桩所有电源可输出的最大功率；

整桩运行状态为故障时，整桩功率需求为0W；整桩运行状态正常时，电动汽车的充电需求与用户充电需求权重相乘，当结果大于桩内所有电源可输出最大功率时，整桩功率需求取桩内所有电源可输出的最大功率，否则取相乘的结果。

本发明与现有技术相比，其显著优点在于：(1)综合电网负荷、整桩的运行状态、用户的充电需求、电动汽车的充电需求和桩内电源的使用情况信息，合理分配同一配电柜供电的所有充电桩的功率输出，在不超电力容量的条件下，实现安全、高效、快速充电；(2)电网与充电桩互动的信息记录下来后对区域内的配电改造需求，区域内电动汽车的充电需求都有很好的预估；(3)解决了居民小区、停车场等急需安装充电桩设施的场所没有配备大电力容量的供电线路的问题节省了开支。

附图说明

图1为本发明电网互动式电动汽车智能充电装置的结构框图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例进行详细的说明，但是本质发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。

结合图1，本发明电网互动式电动汽车智能充电装置，包括充电桩、电网互动装置 和配电柜，所述电网互动装置设置于配电柜内，同一配电柜供电的所有充电桩和配电柜通过布线槽内的三相供电线相连，同一配电柜供电的所有充电桩和电网互动装置通过GPRS通信；所述电网互动装置根据同一配电柜供电的所有充电桩的整桩的运行状态、用户的充电需求、电动汽车的充电需求和桩内电源的使用情况信息，确定每个充电桩的整桩功率需求，将所有充电桩的整桩功率需求相加得到配电柜总的功率需求；电网容量与配电柜总的功率需求相比得到供需比，供需比乘上每个充电桩的整桩功率需求得到每个桩的最大可用功率即功率分配信息，功率分配信息通过GPRS模块下发给每个充电桩。

所述每个充电桩均包括充电桩综控电路板、GPRS模块、触摸屏、刷卡机、充电枪、电源，其中充电桩综控电路板包括整桩状态机模块、电网互动模块、人机交互模块、车桩交互模块、桩内交互模块；充电桩综控电路板内的整桩状态机模块与其余模块交互得到整桩的运行状态，具体为：通过人机交互模块与触摸屏、刷卡机通信得到用户的充电需求；通过车桩交互模块与充电枪通信，充电枪与电动汽车的BMS系统通信得到电动汽车的充电需求；通过桩内交互模块与桩内电源通信，得到桩内电源的使用情况；通过电网互动模块和GPRS模块通信，GPRS模块与电网互动装置通信，上传整桩的运行状态、用户的充电需求、电动汽车的充电需求和桩内电源的使用情况信息，同时接收电网互动装置的功率分配信息。

电网互动装置硬件包括霍尔元件、ARM微控制器、GPRS单元；ARM微控制器包括功率分配模块；电网互动装置首先使用霍尔元件测量配电电流，其次通过ARM微控制器采样配电电流，同时通过GPRS单元与配电柜供电的所有充电桩通信得到整桩的运行状态、用户的充电需求、电动汽车的充电需求和桩内电源的使用情况信息，再通过功率分配模块确定每个充电桩的最大可用功率即功率分配信息，即功率分配信息最后通过GPRS单元发送给每个充电桩。

所述充电桩的整桩运行状态包括正常和故障；用户的充电需求分为一级、二级、三级，对应的充电需求的权重分别为100％、75％、50％；电动汽车的充电需求为电动汽车BMS系统的充电需求；桩内电源的使用情况为整桩所有电源可输出的最大功率；整桩运行状态为故障时，整桩功率需求为0W；整桩运行状态正常时，电动汽车的充电需求与用户充电需求权重相乘，当结果大于桩内所有电源可输出最大功率时，整桩功率需求取桩内所有电源可输出的最大功率，否则取相乘的结果。以上计算方法如表1 所示。

表1整桩功率需求计算方法

电网互动装置通过对同一配电柜供电的所有充电桩的整桩的运行状态、用户的充电需求、电动汽车的充电需求和桩内电源的使用情况信息进行分析计算，得到每个桩的整桩功率需求，相加得到配电柜总的功率需求。使用电网容量与配电柜总的功率需求相比得到供需比(如公式1所示)，供需比乘上每个桩的整桩功率需求得到每个桩的最大可用功率(如公式2所示)，通过GPRS模块下发给每个充电桩。

$\eta =\frac{P_c}{P_{1\_need}+P_{2\_need}+...+P_{n\_need}}---\left(1\right)$

P_{n_max}＝η·P_{n_need}(2)

其中，η为供需比，P_c为电网容量，P_{1_need}、P_{2_need}…P_{n_need}为每台桩的整桩功率需求，P_{n_max}为每台桩的最大可用功率。

本发明很好解决了居民小区、停车场等急需安装充电桩设施的场所没有配备大电力容量的供电线路的问题。综合电网负荷、整桩的运行状态、用户的充电需求、电动汽车的充电需求和桩内电源的使用情况信息，合理分配同一配电柜供电的所有充电桩的功率输出，在不超电力容量的条件下，实现安全、高效、快速充电。同时，电网与充电桩互动的信息记录下来后对区域内的配电改造需求，区域内电动汽车的充电需求都有很好的预估。

以上所述的本发明型实施方式，并不构成对本发明型保护范围的限定。任何在本发明型的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明型的权利要求保护范围之内。