專利名稱：一種充電控制器及其控制方法
技術領域：
本發(fā)明涉及電動控制領域，具體涉及一種充電控制器及其控制方法。
背景技術：
隨著能源危機和環(huán)境危機的日益嚴重，汽車工業(yè)掀起了一場新的革命，為減少汽車使用對環(huán)境和能源的壓力，電動汽車成為了未來發(fā)展的熱點。但是，大規(guī)模電動汽車的使用對電網(wǎng)系統(tǒng)提出了新的挑戰(zhàn)，電動汽車的充電對電網(wǎng)會產(chǎn)生很大的影響，致使千家萬戶不同程度受到影響。假設電動汽車充電時，電網(wǎng)頻率下降到48Hz時，電動機轉速就下降 4%，這樣許多工業(yè)產(chǎn)品的產(chǎn)量會下降，質量也無法保證。因此，保證電力系統(tǒng)穩(wěn)定地運行是十分重要的。這樣，如何控制和管理電動汽車的充電過程，并讓電動汽車參與電網(wǎng)的互動對于電網(wǎng)的穩(wěn)定和安全有著重要的意義，也對電動汽車發(fā)展有著重要的影響。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術的不足，本發(fā)明提供一種充電控制器及其控制方法，以保證電動汽車在充電時對電網(wǎng)的影響最小。本發(fā)明提供的一種充電控制器，其改進之處在于，包括檢測模塊、通信模塊I、中央控制模塊、AD轉換模塊和輸出功率控制模塊；所述中央控制模塊分別與所述通信模塊I、所述AD轉換模塊和所述輸出功率控制模塊連接；所述AD轉換模塊與所述檢測模塊連接；所述檢測模塊包括電壓檢測單元、電流檢測單元和頻率檢測單元。本發(fā)明提供的第一優(yōu)選方案的充電控制器，其改進之處在于，所述輸出功率控制模塊與充電設備連接；所述輸出功率控制模塊包括通信模塊II、PWM波產(chǎn)生電路和CPU外圍電路；所述CPU外圍電路分別與所述信模塊II和所述PWM波產(chǎn)生電路連接。本發(fā)明提供的第二優(yōu)選方案的充電控制器，其改進之處在于，所述檢測模塊與公共電網(wǎng)連接。本發(fā)明提供的第三優(yōu)選方案的充電控制器，其改進之處在于，所述通信模塊I包括GPRS接口、TCP/IP以太網(wǎng)接口、CAN總線通信接口、PLC通信接口、Zigbee總線通信接口、 3G無線通信接口和4G無線通信接口。本發(fā)明提供的較選方案的充電控制器，其改進之處在于，所述通信模塊II包括 PLC通信單元和CAN通信單元，控制器通信模塊II的CPU具有flexCAN功能，PWM功能，IIC 功能，ADC功能。本發(fā)明基于另一目的提供的一種如上述所述充電控制器的控制方法，其改進之處在于，所述方法包括如下步驟(1)將充電控制器安裝在充電設備內(nèi)；(2)監(jiān)控系統(tǒng)設定充電設備的參考值和偏差范圍；(3)充電設備識別充電者的信息，將信息發(fā)給監(jiān)控系統(tǒng)；(4)監(jiān)控系統(tǒng)確認后保存信息，并將所述信息反饋給充電設備的功率輸出模塊，功率輸出模塊存儲所述信息；(5)檢測模塊采集配電網(wǎng)的頻率和電壓，并將采集的數(shù)據(jù)傳給中央控制單元，中央控制單元將采集的數(shù)據(jù)與參考值進行比較，控制輸出功率控制模塊輸出相應功率；(6)通信模塊II將充電情況發(fā)送給充電者和監(jiān)控系統(tǒng)，中央控制單元記錄充電時間。本發(fā)明提供的第一優(yōu)選方案的控制方法，其改進之處在于，充電者的信息包括充電起始時間，明天的計劃行駛里程，次日的行車出發(fā)時間。本發(fā)明提供的第二優(yōu)選方案的控制方法，其改進之處在于，所述檢測值包括電壓值、電流值和頻率值。本發(fā)明提供的第三優(yōu)選方案的控制方法，其改進之處在于，所述參考值是指接入電網(wǎng)實際情況的電壓和頻率值；其中實際情況是指額定功率是50Hz，但是有正負0.2的偏差，所以離發(fā)電廠遠的末端，實際可能是49. 8Hz或者50. 2Hz。本發(fā)明提供的第四優(yōu)選方案的控制方法，其改進之處在于，所述偏差范圍是指與參考值的偏差范圍，其頻率偏差范圍為0. 3HZ-0. 5Hz。本發(fā)明基于另一目的提供的一種如上述所述充電控制器的控制方法，其改進之處在于，所述方法包括如下步驟1)將充電控制器安裝在充電設備內(nèi)；2)充電設備識別充電者的信息，確認后保存信息，并將所述信息反饋給功率輸出模塊，功率輸出模塊存儲所述信息；3)檢測模塊采集配電網(wǎng)的頻率和電壓，并將采集的數(shù)據(jù)傳給中央控制單元，中央控制單元將采集的數(shù)據(jù)與參考值進行比較，控制輸出功率控制模塊輸出相應功率；4)通信模塊II將充電情況發(fā)送給充電者和監(jiān)控系統(tǒng)，中央控制單元記錄充電時間。與現(xiàn)有技術比，本發(fā)明的有益效果為1)本發(fā)明是用于電動汽車充電設備的控制器，通過控制器可以實際調節(jié)充電設備的輸出功率，進而減小電動汽車充電對電網(wǎng)的影響，同時控制器可以控制電動汽車的充電策略，更好的服務于電網(wǎng)系統(tǒng)和用戶。2)提出了一種適用于電網(wǎng)穩(wěn)定和安全的電動汽車充電控制方法，很好的實現(xiàn)了電動汽車與電網(wǎng)的互動。3)本發(fā)明的檢測模塊具備實時采集數(shù)據(jù)的功能，在未接收到監(jiān)控系統(tǒng)命令時，自己可以根據(jù)測量值進行功率調節(jié)判定。4)本發(fā)明具有能量回饋的過程，可將電動汽車作為一個小電源使用。


圖1為本發(fā)明提供的充電控制器結構示意圖。圖2為本發(fā)明提供的控制方法流程圖。
具體實施例方式下面結合附圖對本發(fā)明的具體實施方式
作進一步的詳細說明。
實施例一如圖1所示，本實施例提供的充電控制器包括檢測模塊、通信模塊I、中央控制模塊、AD轉換模塊和輸出功率控制模塊；中央控制模塊分別與通信模塊I、AD轉換模塊和輸出功率控制模塊連接；輸出功率控制模塊再與充電設備連接，AD轉換模塊再依次與檢測模塊和公共電網(wǎng)連接；中央控制模塊主要用于控制器的整體控制，包括核心MCU的外圍電路，外擴存儲
-V^r ^t ο輸出功率控制模塊針對直流充電設備和交流充電設備不同而不同，對于交流充電設備而言，通過功率輸出模塊與電動汽車通信，下發(fā)目前交流充電設備最大輸出能力，從而減少電動汽車的使用功率。對于直流充電設備，可以通過輸出功率控制模塊改變設備中開關器件的占空比，從而改變充電設備輸出功率。輸出功率控制模塊包括通信模塊11(包括 PLC通信單元和CAN通信單元)、PWM波產(chǎn)生電路和CPU外圍電路；CPU外圍電路分別與信模塊II和PWM波產(chǎn)生電路連接。檢測模塊主要用于檢測電網(wǎng)的參數(shù)，包括電壓檢測單元、電流檢測單元和頻率檢測單元。電壓檢測單元可為電壓傳感器，主要檢測電網(wǎng)電壓；電流檢測單元可為電流傳感器，主要檢測電網(wǎng)電流；頻率檢測單元可為頻率采集傳感器，主要檢測電網(wǎng)頻率?；蛘唠妷簷z測單元、電流檢測單元和頻率檢測單元可用算法檢測相應的電網(wǎng)參數(shù)。通信模塊I包括GPRS接口、TCP/IP以太網(wǎng)接口、CAN總線通信接口、PLC通信接口、Zigbee總線通信接口、3G無線通信接口和4G無線通信接口，其實現(xiàn)監(jiān)控系統(tǒng)與中央控制模塊之間的通信。監(jiān)控系統(tǒng)包括車輛運行監(jiān)控系統(tǒng)、充電監(jiān)控系統(tǒng)、用戶交互數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)、電池狀態(tài)評估系統(tǒng)。其用于通知所接入的充電設備目前所接入配電網(wǎng)的頻率和電壓參考值，同時用于記錄充電過程中功率變化過程，也用于識別用戶信息，當用戶充電時，充電設備具有ID 識別功能，通過刷卡可以識別用戶的身份，并可以查詢詳細的信息。車輛運行監(jiān)控系統(tǒng)主要采集車輛行駛信息，并且制定計劃；充電監(jiān)控系統(tǒng)主要進行狀態(tài)評估；用戶交互數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)主要用于與控制器進行信息交換；電池狀態(tài)評估系統(tǒng)主要用于對電動汽車的電池進行狀態(tài)評估。頻率檢測模塊和電壓檢測模塊進行配電網(wǎng)末端的頻率檢測和電壓檢測，并將檢測數(shù)據(jù)經(jīng)過AD轉換模塊送至中央控制模塊，中央控制模塊將采集數(shù)據(jù)與內(nèi)部設定參考值進行比較，通過設定標準值與實際測量值的差值來控制充電設備的輸出功率，進而維持配電網(wǎng)的功率相對恒定。本發(fā)明的方法，有效地緩解了大量電動汽車充電過程中對電網(wǎng)的影響， 同時，可以控制電動汽車與電網(wǎng)的友好互動。具體的，本實施例的控制方法流程圖如圖2所示，包括如下步驟(1)將充電控制器安裝在充電設備內(nèi)；充電設備為直流充電機；(2)監(jiān)控系統(tǒng)設定充電設備的參考值和偏差范圍；如果未接收到監(jiān)控系統(tǒng)的反映所接入電網(wǎng)的參考值，則控制器采用內(nèi)設的標準值作為參考值。(3)充電設備的用戶信息識別模塊識別充電者的信息，將信息發(fā)給監(jiān)控系統(tǒng)；充電設備的用戶信息識別模塊具有射頻卡識別功能，射頻卡識別將充電者的信息讀入系統(tǒng)，發(fā)給監(jiān)控系統(tǒng)并判斷信息是否有誤。其中信息包括充電起始時間，明天的計劃行駛里程，次日的行車出發(fā)時間。(4)監(jiān)控系統(tǒng)確認后保存信息，并將所述信息反饋給充電設備的功率輸出模塊，功率輸出模塊的內(nèi)存中或者外擴存儲器存儲所述信息；(5)檢測模塊采集配電網(wǎng)的頻率和電壓，并將采集的數(shù)據(jù)傳給中央控制單元，中央控制單元將采集的數(shù)據(jù)與參考值進行比較，控制輸出功率控制模塊輸出相應功率；具體的控制器的檢測模塊實時采集配電網(wǎng)的頻率和電壓。并將采集數(shù)據(jù)傳送至控制器的中央控制單元，中央控制單元將采集的數(shù)據(jù)與參考值進行比較，如果兩者的差小于偏差范圍，則繼續(xù)按原來的輸出功率進行充電。如果兩者的差大于偏差范圍，并且此時的采集頻率小于參考值，則控制器的中央控制單元會控制功率輸出控制模塊，查詢此時充電的充電電流和充電的電池的荷電狀態(tài)(SOC)。根據(jù)次日的行駛里程來估算用電S0C，如果此時電池SOC已經(jīng)完全滿足次日的行車計劃，則充電機可以調整輸出功率，此時，功率輸出模塊向監(jiān)控系統(tǒng)請求輸出功率減小， 如果監(jiān)控系統(tǒng)允許，則充電設備按照此功率輸出。如果此時與監(jiān)控系統(tǒng)通信中斷，則不進行請求工作，按功率輸出模塊計算的功率進行輸出，同時，控制器檢測模塊實時監(jiān)測此時的配電網(wǎng)變化，根據(jù)情況進行動態(tài)調節(jié)。如果此時SOC不滿足次日計劃，則應該根據(jù)次日計劃所需SOC與此時電池SOC計算充電時間，根據(jù)充電時間與次日計算輸出功率，進而執(zhí)行功率輸出的變化輸出；充電時間的計算公式為(1-當前SOC值)*電池容量/充電電流+k、(單位小時，其中、為電池充電修正時間，k為評價電池一致性系數(shù))。其中的充電電流，對于直流充電機而言，根據(jù)目前的功率除以電壓計算得到。(6)通信模塊II將充電情況發(fā)送給充電者和監(jiān)控系統(tǒng)，中央控制單元記錄充電時間。當直流充電機具有能量雙向流動的功能時，如果電網(wǎng)狀態(tài)低于正常的值，可對電網(wǎng)進行能量的回饋。實施例二本實施例和實施例一結構和原理基本相同，不同之處在于，將充電控制器安裝在充電設備內(nèi)；充電設備為交流充電樁；具體步驟如下(1)將充電控制器安裝在充電設備內(nèi)；充電設備為交流充電樁。(2)監(jiān)控系統(tǒng)設定充電設備的參考值和偏差范圍；如果未接收到監(jiān)控系統(tǒng)的反映所接入電網(wǎng)的參考值，則控制器采用內(nèi)設的標準值作為參考值。(3)充電設備的用戶信息識別模塊識別充電者的信息，將信息發(fā)給監(jiān)控系統(tǒng)；充電設備的用戶信息識別模塊具備射頻卡識別功能，射頻卡識別將充電者的信息讀入系統(tǒng)，發(fā)給監(jiān)控系統(tǒng)并判斷信息是否有誤。其中信息包括充電起始時間，明天的計劃行駛里程，次日的行車出發(fā)時間。(4)監(jiān)控系統(tǒng)確認后保存信息，并將所述信息反饋給充電設備的功率輸出模塊，功率輸出模塊的內(nèi)存中或者外擴存儲器存儲所述信息。(5)檢測模塊采集配電網(wǎng)的頻率和電壓，并將采集的數(shù)據(jù)傳給中央控制單元，中央控制單元將采集的數(shù)據(jù)與參考值進行比較，控制輸出功率控制模塊輸出相應功率；
具體的控制器的檢測模塊實時采集配電網(wǎng)的頻率和電壓。并將采集數(shù)據(jù)傳送至控制器的中央控制單元，中央控制單元將采集的數(shù)據(jù)與參考值進行比較，如果兩者的差小于偏差范圍，則繼續(xù)按原來的輸出功率進行充電。如果兩者的差大于偏差范圍，并且此時的采集頻率小于參考值，則控制器的中央控制單元會控制功率輸出控制模塊，功率輸出模塊會和車載充電機進行通信，得知電池的SOC信息。根據(jù)次日的行駛里程來估算用電S0C，如果此時電池SOC已經(jīng)完全滿足次日的行車計劃，則充電機可以調整輸出功率，此時，功率輸出模塊向監(jiān)控系統(tǒng)請求輸出功率減小， 如果監(jiān)控系統(tǒng)允許，則充電設備按照此功率輸出。如果此時與監(jiān)控系統(tǒng)通信中斷，則就按此功率進行輸出，同時，控制器的檢測模塊實時監(jiān)測此時的配電網(wǎng)變化，根據(jù)情況進行調節(jié)。 如果此時SOC不滿足次日計劃，則應該根據(jù)次日計劃所需SOC與此時電池SOC計算充電時間，根據(jù)充電時間計算輸出功率，進而執(zhí)行功率輸出的變化輸出；充電時間的計算公式為(1-當前SOC值)*電池容量/充電電流+k、(單位小時，其中、為電池充電修正時間，k為評價電池一致性系數(shù))。其中充電電流，對于交流充電樁而言，充電樁輸出功率乘以充電機的效率計算車載充電機的輸出功率，輸出電壓可以通過與車載充電機的通信得到。當車載充電機具有能量雙向流動的功能時，功率調節(jié)后，如果電網(wǎng)狀態(tài)仍然低于正常的值，則繼續(xù)進行上述的計算過程，并減小輸出功率。當輸出功率變化0時，電網(wǎng)狀態(tài)仍不能恢復，則根據(jù)此時電池的SOC與次日計劃使用S0C，同時考慮電池實際情況(主要考率再下次電能補給前，考慮電池壽命，一般SOC需留有30%)則計算電池可以釋放的能量， 對電網(wǎng)進行能量的回饋。能量回饋包括有功補償和無功補償，通過電壓采集，如果測量電壓比配電網(wǎng)額定電壓，但電網(wǎng)頻率正常，此時，電池作為儲能終端，具備電容器特性，與變流器配合可以實現(xiàn)從電網(wǎng)吸收或向電網(wǎng)注入無功，支持或幫助系統(tǒng)電壓恢復。(6)通信模塊II將充電情況發(fā)送給充電者和監(jiān)控系統(tǒng)，中央控制單元記錄充電時間。本發(fā)明在電動汽車充電時，根據(jù)電網(wǎng)波動情況，采取相應充電步驟，保證了電網(wǎng)的穩(wěn)定性。實施例三本實施例和實施例一、實施例二的結構和原理基本相同，不同之處在于，當監(jiān)控系統(tǒng)和充電設備之間存在通訊故障時，只需通過充電設備識別用戶信息。具體步驟如下(1)將充電控制器安裝在充電設備內(nèi)；(2)充電設備識別充電者的信息，確認后保存信息，并將所述信息反饋給功率輸出模塊，功率輸出模塊存儲所述信息；(3)檢測模塊采集配電網(wǎng)的頻率和電壓，并將采集的數(shù)據(jù)傳給中央控制單元，中央控制單元將采集的數(shù)據(jù)與參考值進行比較，控制輸出功率控制模塊輸出相應功率；(4)通信模塊II將充電情況發(fā)送給充電者和監(jiān)控系統(tǒng)，中央控制單元記錄充電時間。最后應該說明的是結合上述實施例僅說明本發(fā)明的技術方案而非對其限制。所屬領域的普通技術人員應當理解到本領域技術人員可以對本發(fā)明的具體實施方式
進行修改或者等同替換，但這些修改或變更均在申請待批的權利要求保護范圍之中。
權利要求
1.一種充電控制器，其特征在于，包括檢測模塊、通信模塊I、中央控制模塊、AD轉換模塊和輸出功率控制模塊；所述中央控制模塊分別與所述通信模塊I、所述AD轉換模塊和所述輸出功率控制模塊連接；所述AD轉換模塊與所述檢測模塊連接；所述檢測模塊包括電壓檢測單元、電流檢測單元和頻率檢測單元。
2.如權利要求1所述的充電控制器，其特征在于，所述輸出功率控制模塊與充電設備連接；所述輸出功率控制模塊包括通信模塊II、PWM波產(chǎn)生電路和CPU外圍電路；所述CPU 外圍電路分別與所述信模塊II和所述PWM波產(chǎn)生電路連接。
3.如權利要求1所述的充電控制器，其特征在于，所述檢測模塊與公共電網(wǎng)連接。
4.如權利要求1所述的充電控制器，其特征在于，所述通信模塊I包括GPRS接口、TCP/ IP以太網(wǎng)接口、CAN總線通信接口、PLC通信接口、Zigbee總線通信接口、3G無線通信接口和4G無線通信接口。
5.如權利要求2所述的充電控制器，其特征在于，所述通信模塊II包括PLC通信單元和CAN通信單元，控制器通信模塊II的CPU具有flexCAN功能，PWM功能，IIC功能，ADC功能。
6.一種基于權利要求1所述充電控制器的控制方法，其特征在于，所述方法包括如下步驟(1)將充電控制器安裝在充電設備內(nèi)；(2)監(jiān)控系統(tǒng)設定充電設備的參考值和偏差范圍；(3)充電設備識別充電者的信息，將信息發(fā)給監(jiān)控系統(tǒng)；(4)監(jiān)控系統(tǒng)確認后保存信息，并將所述信息反饋給充電設備的功率輸出模塊，功率輸出模塊存儲所述信息；(5)檢測模塊采集配電網(wǎng)的頻率和電壓，并將采集的數(shù)據(jù)傳給中央控制單元，中央控制單元將采集的數(shù)據(jù)與參考值進行比較，控制輸出功率控制模塊輸出相應功率；(6)通信模塊II將充電情況發(fā)送給充電者和監(jiān)控系統(tǒng)，中央控制單元記錄充電時間。
7.如權利要求6所述的控制方法，其特征在于，充電者的信息包括充電起始時間，明天的計劃行駛里程，次日的行車出發(fā)時間。
8.如權利要求6所述的控制方法，其特征在于，所述檢測值包括電壓值、電流值和頻率值。
9.如權利要求6所述的控制方法，其特征在于，所述參考值是指接入電網(wǎng)實際情況的電壓和頻率值。
10.如權利要求6所述的控制方法，其特征在于，所述偏差范圍是指與參考值的偏差范圍，其頻率偏差范圍為0. 3Hz-0. 5Hz。
11.一種基于權利要求1所述充電控制器的控制方法，其特征在于，所述方法包括如下步驟1)將充電控制器安裝在充電設備內(nèi)；2)充電設備識別充電者的信息，確認后保存信息，并將所述信息反饋給功率輸出模塊， 功率輸出模塊存儲所述信息；3)檢測模塊采集配電網(wǎng)的頻率和電壓，并將采集的數(shù)據(jù)傳給中央控制單元，中央控制單元將采集的數(shù)據(jù)與參考值進行比較，控制輸出功率控制模塊輸出相應功率；4)通信模塊II將充電情況發(fā)送給充電者和監(jiān)控系統(tǒng)，中央控制單元記錄充電時間。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種充電控制器及其控制方法，包括檢測模塊、通信模塊I、中央控制模塊、AD轉換模塊和輸出功率控制模塊；中央控制模塊分別與通信模塊I、所述AD轉換模塊和輸出功率控制模塊連接；AD轉換模塊與檢測模塊連接。本發(fā)明通過控制器可以實際調節(jié)充電設備的輸出功率，進而減小電動汽車充電對電網(wǎng)的影響，同時控制器可以控制電動汽車的充電策略，更好的服務于電網(wǎng)系統(tǒng)和用戶。本發(fā)明提出的控制方法，很好的實現(xiàn)了電動汽車與電網(wǎng)的互動。
文檔編號H02J7/00GK102412606SQ201110369299
公開日2012年4月11日 申請日期2011年11月18日 優(yōu)先權日2011年11月18日
發(fā)明者嚴輝, 李曉強, 李武峰, 李索宇 申請人:中國電力科學研究院