一种实现双向有序充放电模式的智能充电桩系统技术方案

本发明专利技术属于电动汽车有序充放电控制技术领域，具体为一种实现双向有序充放电模式的智能充电桩系统。本系统具有智能感知小区实时负荷功率的功能，具备了根据小区剩余供电功率进行自我调整的能力，可以在不进行小区配网升级改造的情况下进行部署，在节约配网升级扩容费用的同时，极大的提升了充电桩进入居民小区的部署速度；同时有助于电网“削峰填谷”目标的达成，实现了电动汽车作为移动式电能量载体，充分发挥客户端储能的作用，为全面推进国家电网公司提出的“将车联网平台打造成电动汽车与电网交互的交易平台，并发展为延伸到客户侧储能、分布式电源的智能用电综合管理平台，支撑国家电网公司的长远发展”这一目标提供强有力的支撑。

【技术实现步骤摘要】
一种实现双向有序充放电模式的智能充电桩系统
本专利技术属于电动汽车有序充放电控制
，具体为一种实现双向有序充放电模式的智能充电桩系统。
技术介绍
随着电动汽车销售量的爆发式增长，未来将会有大量电动汽车成为城市居民的上下班通勤、市内代步工具，分析其使用特点，此类用户对于大功率快速充电的需求不大，其充电模式将会是小功率低速充电模式，充电时间多为夜间停放于小区停车位的时段，并且期望充电价格能够低廉以降低其使用成本。小功率低速充电服务的典型规格依照GB/T-20234-2015的规定，按照7kW功率计算，参考当前主流电动汽车储能能力，以60kWh取值，粗略计算将其充满电约需要9小时时长，按照夜间电网负荷低谷时长约7小时（0点至7点）计算，可将电动汽车储能电池由0%充至80%。根据国网电动汽车服务有限公司的研究结论“两个80%”：即80%的电动汽车用户是平时在自己住所停车场充电的私人家庭用户；80%的电动汽车用户会在电网负荷低谷时期进行充电。上述的研究结论“两个80%”将会给现有电网增加大量负荷，以太原电网为例：全年最高负荷约为400万kW，如果太原市再增加20万辆电动汽车的保有量，按照其中80%用户按照上述使用模式进行充电，每辆车充电功率为7kW计算，将会给太原电网产生112万kW的新增功率负荷，势必对配电网产生较大的冲击，尤其是建设较早的老旧居民小区，晚间居民用电高峰时段的功率负荷再叠加电动汽车充电功率负荷，可能导致居民区配网无法满足负荷要求发生跳闸，严重影响城市供电质量，未来电动汽车保有量的爆发式增长将会导致这一矛盾更加突出。根据上述需求背景分析，为了应对未来电动汽车保有量的爆发式增长，需要研制一种能够在当前配网结构、负载能力限制下，自动调整电动汽车充电功率，并在配网供电能力不能满足小区用户负荷时，自动将电动汽车内存储的电能回送给小区用户负荷以实现“削峰填谷”的新型智能充电桩系统。
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术提供了一种实现双向有序充放电模式的智能充电桩系统。本专利技术提供的一种实现双向有序充放电模式的智能充电桩系统，包括系统主控制器、充电桩控制器、充电保护装置、放电保护装置、充放切换装置、充电电量计量装置、放电电量计量装置、直流充电机、IGBT逆变装置。其中：系统主控制器与用户负荷控制终端连接；充电桩控制器分别与系统主控制器、充电保护装置、放电保护装置、充放切换装置、充电电量计量装置、放电电量计量装置、直流充电机、IGBT逆变装置连接；充电保护装置、充电电量计量装置、直流充电机、充放切换装置连接构成充电电路；放电保护装置、放电电量计量装置、IGBT逆变装置、充放切换装置连接构成放电电路。详细连接关系参见图1系统结构图。本专利技术提供的支持有序双向充放电的智能充电桩控制系统所采用的充放电控制方法包括按顺序执行的下列步骤：1、系统主控制器的工作步骤：A.充电模式与放电模式的判别（参见图2系统主控制器模式切换工作逻辑图）：步骤1）自检阶段S1：系统主控制器开始上电执行自检程序，期间如发生异常则转入告警阶段S2，通过自检无异常则转入下一阶段S3；步骤2）获取小区负荷阶段S3：系统主控制器与小区用户负荷控制终端进行通信，获取小区当前负荷功率值P，如通信异常则转入告警阶段S2，正常取得小区当前负荷功率值P则转入负荷判断阶段S4；步骤3）负荷判断阶段S4：取得小区当前负荷功率值P之后，与系统主控制器内置的小区供电功率最大值Pmax进行比较，如果P≤Pmax，则进入充电模式S5；如果P＞Pmax，进入放电模式S6；步骤4）以上从获取小区用户负荷阶段S3开始，进行周期性循环跳转，系统主控制器将周期性判断P与Pmax的大小关系从而实现充电模式和放电模式的切换。B.充电模式的工作步骤：步骤1）建立通信链接S1：系统主控制器与充电桩控制器之间建立通信链接，如成功转入步骤S4，建立通信链接不成功转入步骤S2，将不能建立通信链接的充电桩暂停服务，同时将其编号上传至管理后台并送出报警信息，提醒维护人员进行现场维修处理；步骤2）形成排队队列S4：将成功建立通信链接的充电桩按照其编号、车辆接入情况、车辆所需待充电量要素进行排队，建立起充电桩排队队列；步骤3）队列排序S5：将成功建立的充电桩排队队列按照所连接车辆需要的待充电量作为关键值进行索引排序，形成充电优先级队列；步骤4）功率分配S6：对充电优先级队列进行处理，给处于充电优先级队列中的每个充电桩分配充电功率；步骤5）功率分配下达S7：用之前建立的通信链接将每个充电桩的充电功率数值下发给相应的充电桩，前端充电桩收到充电功率数值后依照该数值执行充电；步骤6）循环更新充电优先级队列S8：充电工作进行指定时长后，前端充电桩将新的待充电量数据回传给系统主控制器，系统主控制器收到更新后的待充电量数据重新进行排序形成新的充电优先级队列，开始进入下一次工作循环。C.放电模式的工作步骤：步骤1）建立通信链接S1：系统主控制器与充电桩控制器之间建立通信链接，如成功转入步骤S4，建立通信链接不成功转入步骤S2，将不能建立通信链接的充电桩暂停服务，同时将其编号上传至管理后台并送出报警信息，提醒维护人员进行现场维修处理；步骤2）形成排队队列S4：将成功建立通信链接的充电桩按照其编号、车辆接入情况要素进行排队，建立起充电桩排队队列；步骤3）队列排序S5：将成功建立的充电桩排队队列按照所连接车辆的电池组剩余电量进行索引排序，形成放电优先级队列，在放电优先级队列中剔除电池组剩余电量不足10%的车辆相关数值；步骤4）功率分配S6：对放电优先级队列进行处理，给处于放电优先级队列中的每个充电桩分配放电功率；步骤5）功率分配下达S7：用之前建立的通信链接将每个充电桩的放电功率数值下发给相应的充电桩，前端充电桩收到放电功率数值后依照该数值控制连接的电动汽车进行放电；步骤6）循环更新充电优先级队列S8：放电工作进行指定时长后，前端充电桩将新的车辆余电量数据回传给系统主控制器，系统主控制器收到更新后的车辆余电量数据重新进行排序形成新的放电优先级队列，开始进入下一次工作循环；2、充电桩控制器的工作步骤：A.充电模式：步骤1）上电自检阶段S1：充电桩控制器开始上电运行自检程序，如正常转入建立通信S3；否则转入告警阶段S2，充电桩面板告警灯电量，显示屏出现“暂停服务”提示；步骤2）建立通信阶段S3：充电桩控制器与系统主控制器之间建立通信链接，开始接受系统主控制器下发的工作模式指令，如出现异常则转入告警阶段S5，充电桩面板告警灯电量，显示屏出现“暂停服务”提示；根据接收到的工作模式指令，如果收到放电模式指令转入放电模式S4；收到充电模式则充电桩进入有序充电模式S6；步骤3）进入充电模式S6：充电桩控制器通过内部通信链路发出充电模式指令给充放切换装置，充放切换装置收到充电模式指令后，将充放切换置于充电模式；步骤4）检测充电车辆接入S7：充电桩控制器尝试周期性通过充放切换装置与充电车辆进行通信，如通信成功转入获取充电需求信息S8阶段；通信未能建立则循环尝试建立通信链接，尝试次数超过规定循环次数则转入告警阶段S5；步骤5）获取充电需求信息S8阶段：充电桩控制器与接入的充电车辆进行通信，获取充电车辆的待充电量信息发送至系统主控制器本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种实现双向有序充放电模式的智能充电桩系统，其特征在于包括系统主控制器、充电桩控制器、充电保护装置、放电保护装置、充放切换装置、充电电量计量装置、放电电量计量装置、直流充电机、IGBT逆变装置，其中：系统主控制器与用户负荷控制终端连接；充电桩控制器分别与系统主控制器、充电保护装置、放电保护装置、充放切换装置、充电电量计量装置、放电电量计量装置、直流充电机、IGBT逆变装置连接；充电保护装置、充电电量计量装置、直流充电机、充放切换装置连接构成充电电路；放电保护装置、放电电量计量装置、IGBT逆变装置、充放切换装置连接构成放电电路；该实现双向有序充放电模式的智能充电桩系统所采用的充放电控制方法包括按顺序执行的下列步骤：系统主控制器的工作步骤：A.充电模式与放电模式的判别：步骤1）自检阶段S1：系统主控制器开始上电执行自检程序，期间如发生异常则转入告警阶段S2，通过自检无异常则转入下一阶段S3；步骤2）获取小区负荷阶段S3：系统主控制器与小区用户负荷控制终端进行通信，获取小区当前负荷功率值P，如通信异常则转入告警阶段S2，正常取得小区当前负荷功率值P则转入负荷判断阶段S4；步骤3）负荷判断阶段S4：取得小区当前负荷功率值P之后，与系统主控制器内置的小区供电功率最大值Pmax进行比较，如果P≤Pmax，则进入充电模式S5；如果P＞Pmax，进入放电模式S6；步骤4）以上从获取小区用户负荷阶段S3开始，进行周期性循环跳转，系统主控制器将周期性判断P与Pmax的大小关系从而实现充电模式和放电模式的切换；B.充电模式的工作步骤：步骤1）建立通信链接S1：系统主控制器与充电桩控制器之间建立通信链接，如成功转入步骤S4，建立通信链接不成功转入步骤S2，将不能建立通信链接的充电桩暂停服务，同时将其编号上传至管理后台并送出报警信息，提醒维护人员进行现场维修处理；步骤2）形成排队队列S4：将成功建立通信链接的充电桩按照其编号、车辆接入情况、车辆所需待充电量要素进行排队，建立起充电桩排队队列；步骤3）队列排序S5：将成功建立的充电桩排队队列按照所连接车辆需要的待充电量作为关键值进行索引排序，形成充电优先级队列；步骤4）功率分配S6：对充电优先级队列进行处理，给处于充电优先级队列中的每个充电桩分配充电功率；步骤5）功率分配下达S7：用之前建立的通信链接将每个充电桩的充电功率数值下发给相应的充电桩，前端充电桩收到充电功率数值后依照该数值执行充电；步骤6）循环更新充电优先级队列S8：充电工作进行指定时长后，前端充电桩将新的待充电量数据回传给系统主控制器，系统主控制器收到更新后的待充电量数据重新进行排序形成新的充电优先级队列，开始进入下一次工作循环；C.放电模式的工作步骤：步骤1）建立通信链接S1：系统主控制器与充电桩控制器之间建立通信链接，如成功转入步骤S4，建立通信链接不成功转入步骤S2，将不能建立通信链接的充电桩暂停服务，同时将其编号上传至管理后台并送出报警信息，提醒维护人员进行现场维修处理；步骤2）形成排队队列S4：将成功建立通信链接的充电桩按照其编号、车辆接入情况要素进行排队，建立起充电桩排队队列；步骤3）队列排序S5：将成功建立的充电桩排队队列按照所连接车辆的电池组剩余电量进行索引排序，形成放电优先级队列，在放电优先级队列中剔除电池组剩余电量不足10%的车辆相关数值；步骤4）功率分配S6：对放电优先级队列进行处理，给处于放电优先级队列中的每个充电桩分配放电功率；步骤5）功率分配下达S7：用之前建立的通信链接将每个充电桩的放电功率数值下发给相应的充电桩，前端充电桩收到放电功率数值后依照该数值控制连接的电动汽车进行放电；步骤6）循环更新充电优先级队列S8：放电工作进行指定时长后，前端充电桩将新的车辆余电量数据回传给系统主控制器，系统主控制器收到更新后的车辆余电量数据重新进行排序形成新的放电优先级队列，开始进入下一次工作循环；充电桩控制器的工作步骤：A.充电模式：步骤1）上电自检阶段S1：充电桩控制器开始上电运行自检程序，如正常转入建立通信S3；否则转入告警阶段S2，充电桩面板告警灯电量，显示屏出现“暂停服务”提示；步骤2）建立通信阶段S3：充电桩控制器与系统主控制器之间建立通信链接，开始接受系统主控制器下发的工作模式指令，如出现异常则转入告警阶段S5，充电桩面板告警灯点亮，显示屏出现“暂停服务”提示；根据接收到的工作模式指令，如果收到放电模式指令转入放电模式S4；收到充电模式则充电桩进入有序充电模式S6；步骤3）进入充电模式S6：充电桩控制器通过内部通信链路发出充电模式指令给充放切换装置，充放切换装置收到充电模式指令后，将充放切换置于充电模式；步骤4）检测充电车辆接入S7：充电桩控制器尝试周期性通过充放切换装置与充电车辆进行通信，如通信成功转入获取...

【技术特征摘要】
1.一种实现双向有序充放电模式的智能充电桩系统，其特征在于包括系统主控制器、充电桩控制器、充电保护装置、放电保护装置、充放切换装置、充电电量计量装置、放电电量计量装置、直流充电机、IGBT逆变装置，其中：系统主控制器与用户负荷控制终端连接；充电桩控制器分别与系统主控制器、充电保护装置、放电保护装置、充放切换装置、充电电量计量装置、放电电量计量装置、直流充电机、IGBT逆变装置连接；充电保护装置、充电电量计量装置、直流充电机、充放切换装置连接构成充电电路；放电保护装置、放电电量计量装置、IGBT逆变装置、充放切换装置连接构成放电电路；该实现双向有序充放电模式的智能充电桩系统所采用的充放电控制方法包括按顺序执行的下列步骤：系统主控制器的工作步骤：A.充电模式与放电模式的判别：步骤1）自检阶段S1：系统主控制器开始上电执行自检程序，期间如发生异常则转入告警阶段S2，通过自检无异常则转入下一阶段S3；步骤2）获取小区负荷阶段S3：系统主控制器与小区用户负荷控制终端进行通信，获取小区当前负荷功率值P，如通信异常则转入告警阶段S2，正常取得小区当前负荷功率值P则转入负荷判断阶段S4；步骤3）负荷判断阶段S4：取得小区当前负荷功率值P之后，与系统主控制器内置的小区供电功率最大值Pmax进行比较，如果P≤Pmax，则进入充电模式S5；如果P＞Pmax，进入放电模式S6；步骤4）以上从获取小区用户负荷阶段S3开始，进行周期性循环跳转，系统主控制器将周期性判断P与Pmax的大小关系从而实现充电模式和放电模式的切换；B.充电模式的工作步骤：步骤1）建立通信链接S1：系统主控制器与充电桩控制器之间建立通信链接，如成功转入步骤S4，建立通信链接不成功转入步骤S2，将不能建立通信链接的充电桩暂停服务，同时将其编号上传至管理后台并送出报警信息，提醒维护人员进行现场维修处理；步骤2）形成排队队列S4：将成功建立通信链接的充电桩按照其编号、车辆接入情况、车辆所需待充电量要素进行排队，建立起充电桩排队队列；步骤3）队列排序S5：将成功建立的充电桩排队队列按照所连接车辆需要的待充电量作为关键值进行索引排序，形成充电优先级队列；步骤4）功率分配S6：对充电优先级队列进行处理，给处于充电优先级队列中的每个充电桩分配充电功率；步骤5）功率分配下达S7：用之前建立的通信链接将每个充电桩的充电功率数值下发给相应的充电桩，前端充电桩收到充电功率数值后依照该数值执行充电；步骤6）循环更新充电优先级队列S8：充电工作进行指定时长后，前端充电桩将新的待充电量数据回传给系统主控制器，系统主控制器收到更新后的待充电量数据重新进行排序形成新的充电优先级队列，开始进入下一次工作循环；C.放电模式的工作步骤：步骤1）建立通信链接S1：系统主控制器与充电桩控制器之间建立通信链接，如成功转入步骤S4，建立通信链接不成功转入步骤S2，将不能建立通信链接的充电桩暂停服务，同时将其编号上传至管理后台并送出报警信息，提醒维护人员进行现场维修处理；步骤2）形成排队队列S4：将成功建立通信链接的充电桩按照其编号、车辆接入情况要素进行排队，建立起充电桩排队队列；步骤3）队列排序S5：将成功建立的充电桩排队队列按照所连接车辆的电池组剩余电量进行索引排序，形成放电优先级队列，在放电优先级队列中剔除电池组剩余电量不足10%的车辆相关数值；步骤4）功率分配S6：对放电优先级队列进行处理，给处于放电优先级队列中的每个充电桩分配放电功率；步骤5）功率分配下达S7：用之前建立的通信链接将每个充电桩的放电功率数值下发给相应的充电桩，前端充电桩收到放电功率数值后依照该数值控制连接的电动汽车进行放电；步骤6）循环更新充电优先级队列S8：放电工作进行指定时长后，前端充电桩将新的车辆余电量数据回传给系统主控制器，系统主控制器收到更新后的车辆余电量数据重新进行排序形成新的放电优先级队列，开始进入下一次工作循环；充电桩控制器的工作步骤：A.充电模式：步骤1）上电自检阶段S1：充电桩控制器开始上电运行自检程序，如正常转入建立通信S3；否则转入告警阶段S2，充电桩面板告警灯电量，显示屏出现“暂停服务”提示；步骤2）建立通信阶段S3：充电桩控制器与系统主控制器之间建立通信链接，开始接受系统主控制器下发的工作模式指令，如出现异常则转入告警阶段S5，充电桩面板告警灯点亮，显示屏出现“暂停服务”提示；根据接收到的工作模式指令，如果收到放电模式指令转入放电模式S4；收到充电模式则充电桩进入有序充电模式S6；步骤3）进入充电模式S6：充电桩控制...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙国繁，安琪，
申请(专利权)人：国网电动汽车山西服务有限公司，
类型：发明
国别省市：山西,14