一种应用于多路充电插口电动汽车充电设备及其控制方法技术

本发明专利技术涉及一种应用于多路充电插口电动汽车充电设备及其控制方法，属于充电设备的控制技术领域，该设备包括充电设备主体、负荷开关、多个隔离开关以及多个充电插口，还包括设置在充电设备主体内的报文识别模块或设置在充电设备主体中的多路串行通信接口；该方法包括：充电设备充电过程的控制时序、所连接各路电动汽车的充电次序优化策略以及各路充电插口与控制中心之间的通信模式三部分。本发明专利技术可以实现单路功率输出、各充电插口充电状态的灵活切换；实现充电设备与电池管理系统之间的正常通信；通过多种充电次序协调控制策略的合理选择，实现单台或站内多台多路充电插口充电设备的充电次序最优化，提高充电设备利用率，降低充电成本。

【技术实现步骤摘要】
一种应用于多路充电插口电动汽车充电设备及其控制方法
本专利技术属于充电设备的控制
，涉及一种应用于多路充电插口电动汽车充电设备及其控制方法，控制方法具体包括：充电设备充电过程的控制时序、所连接各路电动汽车的充电次序优化策略以及各路充电插口与控制中心之间的通信模式三部分。
技术介绍
近年来，随着环境污染的加剧、化石燃料的日益枯竭，电动汽车以其节能环保的优点受到了各国政府的关注。尤其是在中国，政府先后出台了各种推动电动汽车发展的激励政策。然而，在当前形势下，由于充电设备资源建设不足，电动汽车的发展速度受到了较大的制约。充电设备建设成本与维护成本较高，对于充电服务提供商而言很难实现大规模盈利。因此，大力发展电动汽车充电设备，特别是新型充电设备，对于提高充电设备利用率、减少资源占用有着重要的意义。目前，市面上投入使用的电动汽车充电设备主要为单充电插口类型，一台充电设备在同一时间只能为最多一辆电动汽车进行充电。在电动汽车充电完毕但仍未离开的时间内，此类充电设备是无法被其他电动汽车连接使用的，因此往往会造成充电设备的浪费。少部分新型的电动汽车充电设备具备多个充电插口，从而可以同时连接多辆电动汽车，并可以同时为多辆电动汽车充电。尽管增加可接入的电动汽车数量可以在一定程度上缓解充电资源的浪费；然而，由于同时为多辆电动汽车充电需要提供成倍的充电功率，会导致投资成本大量增加。申请号为CN201510409181.8的专利提出了一种具有多路充电插口的新型电动汽车充电设备，如图1所示。该种充电设备包括：连接有多个充电插口110的充电设备主体140；负荷开关130，多个隔离开关120，所述多个隔离开关的一端一一对应地与所述多个充电插口相连；所述负荷开关的一端分别与所述多个隔离开关的另一端相连；所述充电设备主体与所述负荷开关的另一端相连。充电设备主体140通过控制单个负荷开关(K)130、多个隔离开关(Ki)120，i＝1、2、……、c，来实现控制多路充电插口按照预先设定的充电策略对连接到设备上的电动汽车进行充电。当所述多个充电插口中部分或全部充电插口连接有待充电车辆时，所述充电设备主体根据预设的充电策略依次对每个待充电车辆充电。如图2所示，充电设备主体140具体地包括：主控单元147，以及分别与主控单元147相连的人机交互模块141，通信模块142，存储模块143，数字电表144，充电模块145，监控模块146。该种充电设备具有多个充电插口，可同时连接多辆电动汽车，可用于提供公共停车场所的充电服务，可以通过多路充电插口同时连接多辆电动汽车，但其额定功率仅能提供一辆电动汽车的充电功率。在实际情况下，按照标准GBT27930规定，电动汽车电池管理系统与充电设备之间的通信报文中，目标地址与源地址区域是固定的，不因为设备不同而改变。因此在上述多接口电动汽车充电设备的CAN总线通信中会存在不同接口之间地址冲突的问题。因此上述充电设备实际上无法实现相应功能。美国专利商标局网上专利中申请号为13/693,747的专利也提出了一种多路充电插口的电动汽车充电设备，但其使用过程中需要在电动汽车上加装硬件，在使用便捷性和交互性上存在缺陷。
技术实现思路
本专利技术旨在至少在一定程度上解决上述相关技术中的技术问题之一，提出一种应用于多路充电插口电动汽车充电设备及其控制方法。本专利技术基于前述申请号为CN201510409181.8的专利提出的具有多路充电插口的电动汽车充电设备的控制方法，通过在设备中增加报文识别模块以及预设在充电设备主体中的充电次序优化程序，解决了电动汽车充电设备的各个接口之间在报文通信时的地址冲突问题，节省了在电动汽车端进行相关硬件配置的成本。本专利技术提出的一种应用于多路充电插口电动汽车充电设备，包括：充电设备主体、负荷开关、多个隔离开关以及多个充电插口；所述充电设备主体包括：主控单元，以及分别与主控单元相连的人机交互模块，通信模块，存储模块，数字电表，充电模块，监控模块；其特征在于，还包括设置在充电设备主体中的报文识别模块或设置在充电设备主体中的多路串行通信接口；其中：所述负荷开关连接在充电设备主体与多个隔离开关之间，用于开断充电电流，可以在主控单元控制下实现开合；所述隔离开关，安装于各个充电插口之前，用于控制各个插口与充电总线的电气连接关系，可以在主控单元控制下实现开合；所述报文处理模块，采用一块带有串行通信功能的可编程控制器，安装于充电设备主体的各个充电插口处，用于对充电设备主体发出的报文进行读取、加工和再发送；所述多路串行通信接口，安装于充电设备主体部分，用于为各个充电插口及充电设备主体重新分配地址，并可以使用CAN通信协议分别与多路电动汽车的电池管理系统通信；所述的充电设备主体，通过控制单个负荷开关、多个隔离开关实现控制多路充电插口按照预先设定的充电策略对连接到设备上的电动汽车进行充电；其中：人机交互模块：用于实现待充电车辆充电需求的输入和充电相关信息的展示；通信模块：用于实现所述充电设备主体与所述多个充电插口和通过所述多个充电插口接入的待充电车辆的双向通信；存储模块：用于存储所述待充电车辆的充电记录、动力电池信息、所述通信模块收发的通信信息；数字电表：用于进行电量计量；充电模块：连接交流电网，用于将电网输入的电压、电流转化为所述充电设备输出的电压、电流对待充电车辆充电，所述充电模块通过所述负荷开关与所述多个充电插口相连，所述负荷开关在主控单元的控制下实现闭合和开断；监控模块：用于监控通过所述多个充电插口接入所述充电设备的待充电车辆的动力电池状态、所述充电设备输出的实时电压及电流信息；主控单元：分别与所述人机交互模块、存储模块、数字电表、通信模块、充电模块和监控模块相连，以对所述人机交互模块、存储模块、数字电表、通信模块、充电模块和监控模块进行控制，对连接在多路充电插口的电动汽车充电设备的时序进行控制。本专利技术提出的采用如上述充电设备对电动汽车充电的控制方法，其特征在于，该方法包括车辆接入识别与通信、充电需求获取、充电次序优化计算和充电插口状态检查与切换四个步骤完成充电控制；具体包括以下步骤：1)车辆接入识别与通信：11)当电动汽车接入某一个充电插口时，充电插口通过电压检测判断是否有车辆接入并向主体部分给出反馈信号；充电设备主体接收到充电插口有车辆接入的信号后，控制通信模块开始与所连接电动汽车的电池管理系统进行报文通信；12)当充电设备同时连接有多辆电动汽车时，充电设备通过通信模块依次间隔地向CAN通信总线发送不同车辆对应的报文，如此不断循环，直到车辆状态发生变化；通信模块会为不同充电插口分配不同的新地址，并通过CAN总线向不同车辆分别发送对应的报文，然后由各个充电插口处的报文识别模块对接收的报文加以识别并选择对应目标地址的报文进行修改后传送到电动汽车端；或者由充电设备主体通过多路串行通信接口分别发送至对应的电动汽车端；2)充电需求获取：充电设备通过发送标准GBT27930规定的通信报文向电动汽车的电池管理系统询问并获得电动汽车的电池状态；并且，充电设备通过人机交互模块从用户处获取充电需求；3)充电次序优化计算：31)充电站控制中心上位机或充电设备主体根据所有电动汽车的电池状态、充电需求以及电价等因素，按照远程充电策略或本本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种应用于多路充电插口电动汽车充电设备，包括：充电设备主体、负荷开关、多个隔离开关以及多个充电插口；所述充电设备主体包括：主控单元，以及分别与主控单元相连的人机交互模块，通信模块，存储模块，数字电表，充电模块，监控模块；其特征在于，还包括设置在充电设备主体中的报文识别模块或设置在充电设备主体中的多路串行通信接口；其中：所述负荷开关连接在充电设备主体与多个隔离开关之间，用于开断充电电流，可以在主控单元控制下实现开合；所述隔离开关，安装于各个充电插口之前，用于控制各个插口与充电总线的电气连接关系，可以在主控单元控制下实现开合；所述报文处理模块，采用一块带有串行通信功能的可编程控制器，安装于充电设备主体的各个充电插口处，用于对充电设备主体发出的报文进行读取、加工和再发送；所述多路串行通信接口，安装于充电设备主体部分，用于为各个充电插口及充电设备主体重新分配地址，并可以使用CAN通信协议分别与多路电动汽车的电池管理系统通信；所述的充电设备主体，通过控制单个负荷开关、多个隔离开关实现控制多路充电插口按照预先设定的充电策略对连接到设备上的电动汽车进行充电；其中：人机交互模块：用于实现待充电车辆充电需求的输入和充电相关信息的展示；通信模块：用于实现所述充电设备主体与所述多个充电插口和通过所述多个充电插口接入的待充电车辆的双向通信；存储模块：用于存储所述待充电车辆的充电记录、动力电池信息、所述通信模块收发的通信信息；数字电表：用于进行电量计量；充电模块：连接交流电网，用于将电网输入的电压、电流转化为所述充电设备输出的电压、电流对待充电车辆充电，所述充电模块通过所述负荷开关与所述多个充电插口相连，所述负荷开关在主控单元的控制下实现闭合和开断；监控模块：用于监控通过所述多个充电插口接入所述充电设备的待充电车辆的动力电池状态、所述充电设备输出的实时电压及电流信息；主控单元：分别与所述人机交互模块、存储模块、数字电表、通信模块、充电模块和监控模块相连，以对所述人机交互模块、存储模块、数字电表、通信模块、充电模块和监控模块进行控制，对连接在多路充电插口的电动汽车充电设备的时序进行控制。...

【技术特征摘要】
1.一种应用于多路充电插口电动汽车充电设备，包括：充电设备主体、负荷开关、多个隔离开关以及多个充电插口；所述充电设备主体包括：主控单元，以及分别与主控单元相连的人机交互模块，通信模块，存储模块，数字电表，充电模块，监控模块；其特征在于，还包括设置在充电设备主体中的报文识别模块或设置在充电设备主体中的多路串行通信接口；其中：所述负荷开关连接在充电设备主体与多个隔离开关之间，用于开断充电电流，可以在主控单元控制下实现开合；所述隔离开关，安装于各个充电插口之前，用于控制各个插口与充电总线的电气连接关系，可以在主控单元控制下实现开合；所述报文处理模块，采用一块带有串行通信功能的可编程控制器，安装于充电设备主体的各个充电插口处，用于对充电设备主体发出的报文进行读取、加工和再发送；所述多路串行通信接口，安装于充电设备主体部分，用于为各个充电插口及充电设备主体重新分配地址，并可以使用CAN通信协议分别与多路电动汽车的电池管理系统通信；所述的充电设备主体，通过控制单个负荷开关、多个隔离开关实现控制多路充电插口按照预先设定的充电策略对连接到设备上的电动汽车进行充电；其中：人机交互模块：用于实现待充电车辆充电需求的输入和充电相关信息的展示；通信模块：用于实现所述充电设备主体与所述多个充电插口和通过所述多个充电插口接入的待充电车辆的双向通信；存储模块：用于存储所述待充电车辆的充电记录、动力电池信息、所述通信模块收发的通信信息；数字电表：用于进行电量计量；充电模块：连接交流电网，用于将电网输入的电压、电流转化为所述充电设备输出的电压、电流对待充电车辆充电，所述充电模块通过所述负荷开关与所述多个充电插口相连，所述负荷开关在主控单元的控制下实现闭合和开断；监控模块：用于监控通过所述多个充电插口接入所述充电设备的待充电车辆的动力电池状态、所述充电设备输出的实时电压及电流信息；主控单元：分别与所述人机交互模块、存储模块、数字电表、通信模块、充电模块和监控模块相连，以对所述人机交互模块、存储模块、数字电表、通信模块、充电模块和监控模块进行控制，对连接在多路充电插口的电动汽车充电设备的时序进行控制。2.一种采用如权利要求1所述设备对电动汽车充电的控制方法，其特征在于，该方法包括车辆接入识别与通信、充电需求获取、充电次序优化计算和充电插口状态检查与切换四个步骤完成充电控制；具体包括以下步骤：1)车辆接入识别与通信：11)当电动汽车接入某一个充电插口时，充电插口通过电压检测判断是否有车辆接入并向主体部分给出反馈信号；充电设备主体接收到充电插口有车辆接入的信号后，控制通信模块开始与所连接电动汽车的电池管理系统进行报文通信；12)当充电设备同时连接有多辆电动汽车时，充电设备通过通信模块依次间隔地向CAN通信总线发送不同车辆对应的报文，如此不断循环，直到车辆状态发生变化；通信模块会为不同充电插口分配不同的新地址，并通过CAN总线向不同车辆分别发送对应的报文，然后由各个充电插口处的报文识别模块对接收的报文加以识别并选择对应目标地址的报文进行修改后传送到电动汽车端；或者由充电设备主体通过多路串行通信接口分别发送至对应的电动汽车端；2)充电需求获取：充电设备通过发送标准GBT27930规定的通信报文向电动汽车的电池管理系统询问并获得电动汽车的电池状态；并且，充电设备通过人机交互模块从用户处获取充电需求；3)充电次序优化计算：31)充电站控制中心上位机或充电设备主体根据所有电动汽车的电池状态、充电需求以及电价等因素，按照远程充电策略或本地充电策略计算得到各辆电动汽车的充电次序安排；若充电设备接受其所在的充电站控制中心上位机的调度控制，则充电设备将收集到的电池状态与用户充电需求上传至控制中心上位机，由上位机负责依据当前控制中心下辖充电设备连接的所有电动汽车的电池状态、充电需求以及电价等因素，按照远程充电策略计算得到各辆电动汽车的充电次序安排，并向充电设备下达相关控制指令；若充电设备不接受控制中心上位机的调度控制，则充电设备将根据收集到的当前连接的所有电动汽车的电池状态、充电需求等因素，按照预设的顺序充电策略或充电成本最小化为目标的优化模型计算得到的优化充电策略对各辆电动汽车的充电次序安排，并按该次序充电；32)充电设备或控制中心将当前时段各个充电插口所连接车辆的荷电状态、期望荷电状态、预计离开时间等充电信息数据根据远程充电策略或本地充电策略，得到从当前时刻开始若干时段内各个充电插口的充电次序；若有解，则通过人机交互模块给出反馈，并转步骤4)；若无解，则说明不能满足充电需求，则将该车离开时的期望荷电状态减少一较小的固定值，之后再次求解判断充电需求是否可以满足，若充电需求可以被满足，则通过人机交互模块征求用户同意，如果用户同意减少期望荷电状态，则转步骤4)；如果用户拒绝减少期望荷电状态，或者车辆充电需求仍无法得到满足，则充电设备应当拒绝为来车提供充电服务，并通过人机交互模块对用户进行反馈；4)充电插口状态检查与切换充电设备在对车辆进行充电时，每间隔一段时间重新进行一次充电次序计算后，主控模块将当前充电的插口和功率状态与所述充电次序计算的结果进行比对；若当前正在充电的插口及充电功率与计算结果一致，则继续按照当前功率设定和插口设定进行充电，直至下一间隔进行下一次计算和比对；若两者不一致，则充电设备进行动作切换充电插口；从而完成插口的状态切换，充电设备转而对新的充电插口处所连接的电动汽车进行充电。3.如权利要求2所述充电控制方法，其特征在于，所述步骤11)进行报文通信，若充电设备主体充电插口处增加报文处理模块，充电设备主体使用单一通信接口与多个电动汽车的电池管理系统通信：首先报文处理模块对电动汽车电池管理系统及充电设备主体进行地址的重新分配，为所述充电设备主体及每个充电插口连接的电动汽车电池管理系统都分配一个新地址；所述报文处理模块接收对应接口路径上传输的报文，将源地址信息替换为当前插口的新地址，将目标地址信息替换为充电设备主体的新地址；然后再通过CAN总线发送至充电设备主体连接的报文处理模块，由充电设备主体连接的报文处理模块读取报文，确认目标地址正确后对报文进行二次还原，将源地址与目标地址再次替换成原本帧格式中规定的地址，得到符合标准GBT27930的报文内容，并传送至充电设备端；同理，当充电设备要向某一接口上的电动汽车电池管理系统发送报文时，首先由充电设备端的报文处理模块接受报文并按照标准GBT27930中规定的通信协议格式替换地址信息，将原本帧格式中的源地址信息替换为充电设备主体的新地址，将原本帧格式中的目标地址信息替换为目标电池管理系统的新地址，之后通过CAN总线发送，对应接口处的报文处理模块识别到报文后接受报文，并对报文进行二次修改，得到符合标准GBT27930的报文内容，并进一步发送给该充电插口连接的电动汽车电池管理系统；总体上，无论电动汽车充电过程处于哪个具体阶段，发送的是何种类型的报文，报文通信模块起到的作用仅仅是在维持报文其他部分内容不变的基础上，将地址信息进行替换的翻译作用；若充电设备主体本身设置有多个串行通信接口，将每一充电插口分别对应不同的通信接口：当某一接口上电动汽车，电动汽车的电池管理系统依照标准GBT27930中规定的报文格式向充电设备发送某一报文时，充电设备通过读取相应串口接收的数据即可获得对应电动汽车的电池管理系统发送的报文数据；同理，当充电设备向某一插口上的电动汽车电池管理系统发送报文时，也按照标准GBT27930中规定的报文格式向对应通信接口发出即可。4.如权利要求2所述充电控制方法，其特征在于，所述步骤3)中本地控制策略采用顺序充电策略或优化充电策略两种；(1)顺序充电策略：按照电动汽车接入充电设备的次序，以“先到先充，后到后充”为原则，优先安排先接入的电动汽车进行充电；前一辆电动汽车的充电需求满足后，再切换至另一辆电动汽车进行充电；(2)优化充电策略：所述优化充电策略以降低充电成本为优化目标，其目标函数如下：

【专利技术属性】
技术研发人员：胡泽春，段小宇，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京,11