本發(fā)明屬于充電設(shè)備的控制技術(shù)領(lǐng)域,涉及一種應(yīng)用于多路充電插口電動(dòng)汽車充電設(shè)備及其控制方法,控制方法具體包括:充電設(shè)備充電過程的控制時(shí)序、所連接各路電動(dòng)汽車的充電次序優(yōu)化策略以及各路充電插口與控制中心之間的通信模式三部分。
背景技術(shù):
近年來,隨著環(huán)境污染的加劇、化石燃料的日益枯竭,電動(dòng)汽車以其節(jié)能環(huán)保的優(yōu)點(diǎn)受到了各國政府的關(guān)注。尤其是在中國,政府先后出臺(tái)了各種推動(dòng)電動(dòng)汽車發(fā)展的激勵(lì)政策。
然而,在當(dāng)前形勢下,由于充電設(shè)備資源建設(shè)不足,電動(dòng)汽車的發(fā)展速度受到了較大的制約。充電設(shè)備建設(shè)成本與維護(hù)成本較高,對于充電服務(wù)提供商而言很難實(shí)現(xiàn)大規(guī)模盈利。因此,大力發(fā)展電動(dòng)汽車充電設(shè)備,特別是新型充電設(shè)備,對于提高充電設(shè)備利用率、減少資源占用有著重要的意義。
目前,市面上投入使用的電動(dòng)汽車充電設(shè)備主要為單充電插口類型,一臺(tái)充電設(shè)備在同一時(shí)間只能為最多一輛電動(dòng)汽車進(jìn)行充電。在電動(dòng)汽車充電完畢但仍未離開的時(shí)間內(nèi),此類充電設(shè)備是無法被其他電動(dòng)汽車連接使用的,因此往往會(huì)造成充電設(shè)備的浪費(fèi)。少部分新型的電動(dòng)汽車充電設(shè)備具備多個(gè)充電插口,從而可以同時(shí)連接多輛電動(dòng)汽車,并可以同時(shí)為多輛電動(dòng)汽車充電。盡管增加可接入的電動(dòng)汽車數(shù)量可以在一定程度上緩解充電資源的浪費(fèi);然而,由于同時(shí)為多輛電動(dòng)汽車充電需要提供成倍的充電功率,會(huì)導(dǎo)致投資成本大量增加。
申請?zhí)枮镃N201510409181.8的專利提出了一種具有多路充電插口的新型電動(dòng)汽車充電設(shè)備,如圖1所示。該種充電設(shè)備包括:連接有多個(gè)充電插口110的充電設(shè)備主體140;負(fù)荷開關(guān)130,多個(gè)隔離開關(guān)120,所述多個(gè)隔離開關(guān)的一端一一對應(yīng)地與所述多個(gè)充電插口相連;所述負(fù)荷開關(guān)的一端分別與所述多個(gè)隔離開關(guān)的另一端相連;所述充電設(shè)備主體與所述負(fù)荷開關(guān)的另一端相連。充電設(shè)備主體140通過控制單個(gè)負(fù)荷開關(guān)(K)130、多個(gè)隔離開關(guān)(Ki)120,i=1、2、……、c,來實(shí)現(xiàn)控制多路充電插口按照預(yù)先設(shè)定的充電策略對連接到設(shè)備上的電動(dòng)汽車進(jìn)行充電。當(dāng)所述多個(gè)充電插口中部分或全部充電插口連接有待充電車輛時(shí),所述充電設(shè)備主體根據(jù)預(yù)設(shè)的充電策略依次對每個(gè)待充電車輛充電。如圖2所示,充電設(shè)備主體140具體地包括:主控單元147,以及分別與主控單元147相連的人機(jī)交互模塊141,通信模塊142,存儲(chǔ)模塊143,數(shù)字電表144,充電模塊145,監(jiān)控模塊146。該種充電設(shè)備具有多個(gè)充電插口,可同時(shí)連接多輛電動(dòng)汽車,可用于提供公共停車場所的充電服務(wù),可以通過多路充電插口同時(shí)連接多輛電動(dòng)汽車,但其額定功率僅能提供一輛電動(dòng)汽車的充電功率。在實(shí)際情況下,按照標(biāo)準(zhǔn)GBT 27930規(guī)定,電動(dòng)汽車電池管理系統(tǒng)與充電設(shè)備之間的通信報(bào)文中,目標(biāo)地址與源地址區(qū)域是固定的,不因?yàn)樵O(shè)備不同而改變。因此在上述多接口電動(dòng)汽車充電設(shè)備的CAN總線通信中會(huì)存在不同接口之間地址沖突的問題。因此上述充電設(shè)備實(shí)際上無法實(shí)現(xiàn)相應(yīng)功能。
美國專利商標(biāo)局網(wǎng)上專利中申請?zhí)枮?3/693,747的專利也提出了一種多路充電插口的電動(dòng)汽車充電設(shè)備,但其使用過程中需要在電動(dòng)汽車上加裝硬件,在使用便捷性和交互性上存在缺陷。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:
本發(fā)明旨在至少在一定程度上解決上述相關(guān)技術(shù)中的技術(shù)問題之一,提出一種應(yīng)用于多路充電插口電動(dòng)汽車充電設(shè)備及其控制方法。本發(fā)明基于前述申請?zhí)枮镃N201510409181.8的專利提出的具有多路充電插口的電動(dòng)汽車充電設(shè)備的控制方法,通過在設(shè)備中增加報(bào)文識(shí)別模塊以及預(yù)設(shè)在充電設(shè)備主體中的充電次序優(yōu)化程序,解決了電動(dòng)汽車充電設(shè)備的各個(gè)接口之間在報(bào)文通信時(shí)的地址沖突問題,節(jié)省了在電動(dòng)汽車端進(jìn)行相關(guān)硬件配置的成本。
本發(fā)明提出的一種應(yīng)用于多路充電插口電動(dòng)汽車充電設(shè)備,包括:充電設(shè)備主體、負(fù)荷開關(guān)、多個(gè)隔離開關(guān)以及多個(gè)充電插口;所述充電設(shè)備主體包括:主控單元,以及分別與主控單元相連的人機(jī)交互模塊,通信模塊,存儲(chǔ)模塊,數(shù)字電表,充電模塊,監(jiān)控模塊;其特征在于,還包括設(shè)置在充電設(shè)備主體中的報(bào)文識(shí)別模塊或設(shè)置在充電設(shè)備主體中的多路串行通信接口;其中:
所述負(fù)荷開關(guān)連接在充電設(shè)備主體與多個(gè)隔離開關(guān)之間,用于開斷充電電流,可以在主控單元控制下實(shí)現(xiàn)開合;
所述隔離開關(guān),安裝于各個(gè)充電插口之前,用于控制各個(gè)插口與充電總線的電氣連接關(guān)系,可以在主控單元控制下實(shí)現(xiàn)開合;
所述報(bào)文處理模塊,采用一塊帶有串行通信功能的可編程控制器,安裝于充電設(shè)備主體的各個(gè)充電插口處,用于對充電設(shè)備主體發(fā)出的報(bào)文進(jìn)行讀取、加工和再發(fā)送;
所述多路串行通信接口,安裝于充電設(shè)備主體部分,用于為各個(gè)充電插口及充電設(shè)備主體重新分配地址,并可以使用CAN通信協(xié)議分別與多路電動(dòng)汽車的電池管理系統(tǒng)通信;
所述的充電設(shè)備主體,通過控制單個(gè)負(fù)荷開關(guān)、多個(gè)隔離開關(guān)實(shí)現(xiàn)控制多路充電插口按照預(yù)先設(shè)定的充電策略對連接到設(shè)備上的電動(dòng)汽車進(jìn)行充電;其中:
人機(jī)交互模塊:用于實(shí)現(xiàn)待充電車輛充電需求的輸入和充電相關(guān)信息的展示;
通信模塊:用于實(shí)現(xiàn)所述充電設(shè)備主體與所述多個(gè)充電插口和通過所述多個(gè)充電插口接入的待充電車輛的雙向通信;
存儲(chǔ)模塊:用于存儲(chǔ)所述待充電車輛的充電記錄、動(dòng)力電池信息、所述通信模塊收發(fā)的通信信息;
數(shù)字電表:用于進(jìn)行電量計(jì)量;
充電模塊:連接交流電網(wǎng),用于將電網(wǎng)輸入的電壓、電流轉(zhuǎn)化為所述充電設(shè)備輸出的電壓、電流對待充電車輛充電,所述充電模塊通過所述負(fù)荷開關(guān)與所述多個(gè)充電插口相連,所述負(fù)荷開關(guān)在主控單元的控制下實(shí)現(xiàn)閉合和開斷;
監(jiān)控模塊:用于監(jiān)控通過所述多個(gè)充電插口接入所述充電設(shè)備的待充電車輛的動(dòng)力電池狀態(tài)、所述充電設(shè)備輸出的實(shí)時(shí)電壓及電流信息;
主控單元:分別與所述人機(jī)交互模塊、存儲(chǔ)模塊、數(shù)字電表、通信模塊、充電模塊和監(jiān)控模塊相連,以對所述人機(jī)交互模塊、存儲(chǔ)模塊、數(shù)字電表、通信模塊、充電模塊和監(jiān)控模塊進(jìn)行控制,對連接在多路充電插口的電動(dòng)汽車充電設(shè)備的時(shí)序進(jìn)行控制。
本發(fā)明提出的采用如上述充電設(shè)備對電動(dòng)汽車充電的控制方法,其特征在于,該方法包括車輛接入識(shí)別與通信、充電需求獲取、充電次序優(yōu)化計(jì)算和充電插口狀態(tài)檢查與切換四個(gè)步驟完成充電控制;具體包括以下步驟:
1)車輛接入識(shí)別與通信:
11)當(dāng)電動(dòng)汽車接入某一個(gè)充電插口時(shí),充電插口通過電壓檢測判斷是否有車輛接入并向主體部分給出反饋信號(hào);充電設(shè)備主體接收到充電插口有車輛接入的信號(hào)后,控制通信模塊開始與所連接電動(dòng)汽車的電池管理系統(tǒng)進(jìn)行報(bào)文通信;
12)當(dāng)充電設(shè)備同時(shí)連接有多輛電動(dòng)汽車時(shí),充電設(shè)備通過通信模塊依次間隔地向CAN通信總線發(fā)送不同車輛對應(yīng)的報(bào)文,如此不斷循環(huán),直到車輛狀態(tài)發(fā)生變化;通信模塊會(huì)為不同充電插口分配不同的新地址,并通過CAN總線向不同車輛分別發(fā)送對應(yīng)的報(bào)文,然后由各個(gè)充電插口處的報(bào)文識(shí)別模塊對接收的報(bào)文加以識(shí)別并選擇對應(yīng)目標(biāo)地址的報(bào)文進(jìn)行修改后傳送到電動(dòng)汽車端;或者由充電設(shè)備主體通過多路串行通信接口分別發(fā)送至對應(yīng)的電動(dòng)汽車端;
2)充電需求獲?。?/p>
充電設(shè)備通過發(fā)送標(biāo)準(zhǔn)GBT 27930規(guī)定的通信報(bào)文向電動(dòng)汽車的電池管理系統(tǒng)詢問并獲得電動(dòng)汽車的電池狀態(tài);并且,充電設(shè)備通過人機(jī)交互模塊從用戶處獲取充電需求;
3)充電次序優(yōu)化計(jì)算:
31)充電站控制中心上位機(jī)或充電設(shè)備主體根據(jù)所有電動(dòng)汽車的電池狀態(tài)、充電需求以及電價(jià)等因素,按照遠(yuǎn)程充電策略或本地充電策略計(jì)算得到各輛電動(dòng)汽車的充電次序安排;
若充電設(shè)備接受其所在的充電站控制中心上位機(jī)的調(diào)度控制,則充電設(shè)備將收集到的電池狀態(tài)與用戶充電需求上傳至控制中心上位機(jī),由上位機(jī)負(fù)責(zé)依據(jù)當(dāng)前控制中心下轄充電設(shè)備連接的所有電動(dòng)汽車的電池狀態(tài)、充電需求以及電價(jià)等因素,按照遠(yuǎn)程充電策略計(jì)算得到各輛電動(dòng)汽車的充電次序安排,并向充電設(shè)備下達(dá)相關(guān)控制指令;
若充電設(shè)備不接受控制中心上位機(jī)的調(diào)度控制,則充電設(shè)備將根據(jù)收集到的當(dāng)前連接的所有電動(dòng)汽車的電池狀態(tài)、充電需求等因素,按照預(yù)設(shè)的順序充電策略或充電成本最小化為目標(biāo)的優(yōu)化模型計(jì)算得到的優(yōu)化充電策略對各輛電動(dòng)汽車的充電次序安排,并按該次序充電;
32)充電設(shè)備或控制中心將當(dāng)前時(shí)段各個(gè)充電插口所連接車輛的荷電狀態(tài)、期望荷電狀態(tài)、預(yù)計(jì)離開時(shí)間等充電信息數(shù)據(jù)根據(jù)遠(yuǎn)程充電策略或本地充電策略,得到從當(dāng)前時(shí)刻開始若干時(shí)段內(nèi)各個(gè)充電插口的充電次序;若有解,則通過人機(jī)交互模塊給出反饋,并轉(zhuǎn)步驟4);若無解,則說明不能滿足充電需求,則將該車離開時(shí)的期望荷電狀態(tài)減少一較小的固定值,之后再次求解判斷充電需求是否可以滿足,若充電需求可以被滿足,則通過人機(jī)交互模塊征求用戶同意,如果用戶同意減少期望荷電狀態(tài),則轉(zhuǎn)步驟4);如果用戶拒絕減少期望荷電狀態(tài),或者車輛充電需求仍無法得到滿足,則充電設(shè)備應(yīng)當(dāng)拒絕為來車提供充電服務(wù),并通過人機(jī)交互模塊對用戶進(jìn)行反饋;
4)充電插口狀態(tài)檢查與切換
充電設(shè)備在對車輛進(jìn)行充電時(shí),每間隔一段時(shí)間重新進(jìn)行一次充電次序計(jì)算后,主控模塊將當(dāng)前充電的插口和功率狀態(tài)與所述充電次序計(jì)算的結(jié)果進(jìn)行比對;若當(dāng)前正在充電的插口及充電功率與計(jì)算結(jié)果一致,則繼續(xù)按照當(dāng)前功率設(shè)定和插口設(shè)定進(jìn)行充電,直至下一間隔進(jìn)行下一次計(jì)算和比對;若兩者不一致,則充電設(shè)備進(jìn)行動(dòng)作切換充電插口;從而完成插口的狀態(tài)切換,充電設(shè)備轉(zhuǎn)而對新的充電插口處所連接的電動(dòng)汽車進(jìn)行充電。
本發(fā)明方法的技術(shù)解決方案特點(diǎn)及有益效果在于:
本發(fā)明對原充電設(shè)備進(jìn)行改進(jìn),增加了設(shè)置在充電設(shè)備主體中的報(bào)文識(shí)別模塊或設(shè)置在充電設(shè)備主體中的多路串行通信接口。采用所述設(shè)備對多路充電插口的電動(dòng)汽車充電設(shè)備的時(shí)序進(jìn)行控制,即對于每輛接入的電動(dòng)汽車,按照識(shí)別與通信、充電需求獲取、充電次序計(jì)算和充電插口狀態(tài)檢查與切換四個(gè)步驟完成充電,使用負(fù)荷開關(guān)和隔離開關(guān)的控制配合實(shí)現(xiàn)充電插口的狀態(tài)切換,實(shí)現(xiàn)所連接各路電動(dòng)汽車的充電次序的優(yōu)化;為各個(gè)接口及充電設(shè)備主體重新分配地址,并在充電設(shè)備的各個(gè)充電插口處安裝報(bào)文識(shí)別模塊,通過對報(bào)文的加工實(shí)現(xiàn)地址的分離,或者在充電設(shè)備主體中設(shè)置多路串行通信接口對不同電動(dòng)汽車加以區(qū)分,解決了具有多路充電插口的電動(dòng)汽車充電設(shè)備的各個(gè)接口之間在報(bào)文通信時(shí)的地址沖突問題,節(jié)省了在電動(dòng)汽車端進(jìn)行相關(guān)硬件配置的成本;考慮購電成本、開關(guān)損耗、時(shí)間裕量等因素,提出了基于多路充電插口電動(dòng)汽車充電設(shè)備的本地及遠(yuǎn)程充電次序優(yōu)化策略實(shí)現(xiàn)本地控制和遠(yuǎn)程控制在內(nèi)的單路功率輸出、多路充電插口的充電次序的優(yōu)化。
附圖說明
圖1為專利號(hào)CN201510409181.8提出的具有多路充電插口的電動(dòng)汽車充電設(shè)備結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為專利號(hào)CN201510409181.8提出的具有多路充電插口的電動(dòng)汽車充電設(shè)備的充電設(shè)備主體結(jié)構(gòu)組成及控制原理框圖。
圖3為本發(fā)明的具有多路充電插口的電動(dòng)汽車充電設(shè)備的充電設(shè)備主體結(jié)構(gòu)及控制原理圖。
圖4為本發(fā)明具有多路充電插口的電動(dòng)汽車充電設(shè)備的控制方法流程框圖。
圖5為電動(dòng)汽車充電機(jī)與電動(dòng)汽車電池管理系統(tǒng)的報(bào)文通信協(xié)議。
具體實(shí)施方式
本發(fā)明提出的一種可應(yīng)用于多路充電插口充電設(shè)備及其控制方法結(jié)合附圖對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行更加詳細(xì)的介紹。
本發(fā)明提出的一種可應(yīng)用于多路充電插口充電設(shè)備是在前述申請?zhí)枮镃N201510409181.8的專利申請中提出的具有多路充電插口的電動(dòng)汽車充電設(shè)備的基礎(chǔ)上的改進(jìn);本發(fā)明的充電設(shè)備可以在一個(gè)充電站安裝多臺(tái),各臺(tái)充電設(shè)備分別與充電站控制中心上位機(jī)在線連接,也可離線獨(dú)立運(yùn)行。
本發(fā)明的每臺(tái)充電設(shè)備包括:充電設(shè)備主體、負(fù)荷開關(guān)、多個(gè)隔離開關(guān)以及多個(gè)充電插口(圖1);所述充電設(shè)備主體包括:主控單元,以及分別與主控單元相連的人機(jī)交互模塊,通信模塊,存儲(chǔ)模塊,數(shù)字電表,充電模塊,監(jiān)控模塊;其特征在于,還包括設(shè)置在充電設(shè)備主體中的報(bào)文識(shí)別模塊或設(shè)置在充電設(shè)備主體中的多路串行通信接口。其中:
所述負(fù)荷開關(guān)連接在充電設(shè)備主體與多個(gè)隔離開關(guān)之間,用于開斷充電電流,可以在主控單元控制下實(shí)現(xiàn)開合;
所述隔離開關(guān),安裝于各個(gè)充電插口之前,用于控制各個(gè)插口與充電總線的電氣連接關(guān)系,可以在主控單元控制下實(shí)現(xiàn)開合;
所述報(bào)文處理模塊,采用一塊帶有串行通信功能的可編程控制器,安裝于充電設(shè)備主體的各個(gè)充電插口處,用于對充電設(shè)備主體發(fā)出的報(bào)文進(jìn)行讀取、加工和再發(fā)送。
所述多路串行通信接口(屬于常規(guī)接口),安裝于充電設(shè)備主體部分,用于為各個(gè)充電插口及充電設(shè)備主體重新分配地址,并可以使用CAN通信協(xié)議分別與多路電動(dòng)汽車的電池管理系統(tǒng)通信。
所述的充電設(shè)備主體,通過控制單個(gè)負(fù)荷開關(guān)、多個(gè)隔離開關(guān)實(shí)現(xiàn)控制多路充電插口按照預(yù)先設(shè)定的充電策略對連接到設(shè)備上的電動(dòng)汽車進(jìn)行充電。其中:
人機(jī)交互模塊:用于實(shí)現(xiàn)待充電車輛充電需求的輸入和充電相關(guān)信息的展示;
通信模塊:用于實(shí)現(xiàn)所述充電設(shè)備主體與所述多個(gè)充電插口和通過所述多個(gè)充電插口接入的待充電車輛的雙向通信;
存儲(chǔ)模塊:用于存儲(chǔ)所述待充電車輛的充電記錄、動(dòng)力電池信息、所述通信模塊收發(fā)的通信信息;
數(shù)字電表:用于進(jìn)行電量計(jì)量;
充電模塊:連接交流電網(wǎng),用于將電網(wǎng)輸入的電壓、電流轉(zhuǎn)化為所述充電設(shè)備輸出的電壓、電流對待充電車輛充電,所述充電模塊通過所述負(fù)荷開關(guān)與所述多個(gè)充電插口相連,所述負(fù)荷開關(guān)在主控單元的控制下實(shí)現(xiàn)閉合和開斷;
監(jiān)控模塊:用于監(jiān)控通過所述多個(gè)充電插口接入所述充電設(shè)備的待充電車輛的動(dòng)力電池狀態(tài)、所述充電設(shè)備輸出的實(shí)時(shí)電壓及電流信息;
主控單元:分別與所述人機(jī)交互模塊、存儲(chǔ)模塊、數(shù)字電表、通信模塊、充電模塊和監(jiān)控模塊相連,以對所述人機(jī)交互模塊、存儲(chǔ)模塊、數(shù)字電表、通信模塊、充電模塊和監(jiān)控模塊進(jìn)行控制,對連接在多路充電插口的電動(dòng)汽車充電設(shè)備的時(shí)序進(jìn)行控制。
本發(fā)明基于上述設(shè)備對電動(dòng)汽車充電的控制方法流程如圖3所示,包括車輛接入識(shí)別與通信、充電需求獲取、充電次序優(yōu)化計(jì)算和充電插口狀態(tài)檢查與切換四個(gè)步驟完成充電控制;具體包括以下步驟:
1)車輛接入識(shí)別與通信:
11)當(dāng)電動(dòng)汽車接入某一個(gè)充電插口時(shí),充電插口通過電壓檢測判斷是否有車輛接入并向主體部分給出反饋信號(hào);充電設(shè)備主體接收到充電插口有車輛接入的信號(hào)后,控制通信模塊開始與所連接電動(dòng)汽車的電池管理系統(tǒng)進(jìn)行報(bào)文通信(在整個(gè)充電過程中,充電設(shè)備主體都需要與各個(gè)接口連接的電動(dòng)汽車電池管理系統(tǒng)保持報(bào)文通信。為解決充電設(shè)備主體同時(shí)與多個(gè)充電插口連接的電池管理系統(tǒng)通信的地址沖突問題,針對充電設(shè)備主體采用單一通信接口與多路電動(dòng)汽車電池管理系統(tǒng)通信及采用多路通信接口一對一與多路電池管理系統(tǒng)通信兩種情況),本發(fā)明分別提出兩種報(bào)文通信方式:
第一種,充電設(shè)備主體充電插口處增加報(bào)文處理模塊,充電設(shè)備主體使用單一通信接口與多個(gè)電動(dòng)汽車的電池管理系統(tǒng)通信(考慮到按照標(biāo)準(zhǔn)GBT 27930中的規(guī)定,各路電動(dòng)汽車的地址均為同一常量):首先報(bào)文處理模塊對電動(dòng)汽車電池管理系統(tǒng)及充電設(shè)備主體進(jìn)行地址的重新分配,為所述充電設(shè)備主體及每個(gè)充電插口連接的電動(dòng)汽車電池管理系統(tǒng)都分配一個(gè)單字節(jié)長度的新地址。例如,可將充電設(shè)備主體設(shè)置為0xA0,各路電動(dòng)汽車電池管理系統(tǒng)分別為0xD1、0xD2等等。并且,在充電設(shè)備主體充電插口處增加報(bào)文處理模塊(如圖2中160所示)。
所述報(bào)文處理模塊接收對應(yīng)充電插口路徑上傳輸?shù)膱?bào)文,并對報(bào)文進(jìn)行地址信息的替換修改。圖5中給出了標(biāo)準(zhǔn)GBT 27930中規(guī)定的電動(dòng)汽車電池管理系統(tǒng)與非車載充電機(jī)的報(bào)文通信格式。報(bào)文從左至右依次為優(yōu)先權(quán)(表示報(bào)文處理的優(yōu)先級(jí),數(shù)值越大優(yōu)先級(jí)越高)、保留位(保留以作他用)、參數(shù)組格式(表示報(bào)文的種類)、目標(biāo)地址、源地址與數(shù)據(jù)域(報(bào)文的具體數(shù)據(jù)),其中目標(biāo)地址與源地址規(guī)定為地址常量,不隨設(shè)備的更改而改變。
本發(fā)明對傳輸過程中的報(bào)文在此通信協(xié)議基礎(chǔ)上進(jìn)行更改。具體實(shí)施說明如下:當(dāng)某一充電插口上電動(dòng)汽車的電池管理系統(tǒng),依照圖5的報(bào)文格式向充電設(shè)備主體發(fā)送某一報(bào)文時(shí),在發(fā)送至CAN總線時(shí)首先由該充電插口上的報(bào)文處理模塊接收該報(bào)文,并按照圖4所示的通信協(xié)議格式對報(bào)文進(jìn)行修改,將原本幀格式中的源地址信息替換為當(dāng)前插口的新地址,將原本幀格式中的目標(biāo)地址信息替換為充電設(shè)備主體的新地址。然后再通過CAN總線發(fā)送至充電設(shè)備主體連接的報(bào)文處理模塊,由充電設(shè)備主體連接的報(bào)文處理模塊讀取報(bào)文,確認(rèn)目標(biāo)地址正確后對報(bào)文進(jìn)行二次還原,將源地址與目標(biāo)地址再次替換原本幀格式中規(guī)定的地址,得到符合標(biāo)準(zhǔn)GBT 27930的報(bào)文內(nèi)容,并傳送至充電設(shè)備端。同理,當(dāng)充電設(shè)備要向某一充電插口上連接的電動(dòng)汽車電池管理系統(tǒng)發(fā)送報(bào)文時(shí),首先由充電設(shè)備端的報(bào)文處理模塊接受報(bào)文并按照圖4所示的通信協(xié)議格式替換地址信息,將原本幀格式中的源地址信息替換為充電設(shè)備主體的新地址,將原本幀格式中的目標(biāo)地址信息替換為目標(biāo)電池管理系統(tǒng)的新地址,之后通過CAN總線發(fā)送,對應(yīng)插口處的報(bào)文處理模塊識(shí)別到報(bào)文后接受報(bào)文,并對報(bào)文進(jìn)行二次修改,得到符合標(biāo)準(zhǔn)GBT 27930的報(bào)文內(nèi)容,并進(jìn)一步發(fā)送給該充電插口連接的電動(dòng)汽車電池管理系統(tǒng)。總體上,無論電動(dòng)汽車充電過程處于哪個(gè)具體階段,發(fā)送的是何種類型的報(bào)文,報(bào)文通信模塊起到的作用僅僅是在維持報(bào)文其他部分內(nèi)容不變的基礎(chǔ)上,將地址信息進(jìn)行替換的翻譯作用。
第二種,充電設(shè)備主體本身設(shè)置有多個(gè)串行通信接口,將每一充電插口分別對應(yīng)不同的通信接口(因此對于地址的識(shí)別和處理則可以通過控制程序從軟件層面加以實(shí)現(xiàn)而不需要在硬件層面增加報(bào)文處理模塊):當(dāng)某一接口上連接的電動(dòng)汽車的電池管理系統(tǒng)依照標(biāo)準(zhǔn)GBT 27930中規(guī)定的報(bào)文格式向充電設(shè)備發(fā)送某一報(bào)文時(shí),充電設(shè)備通過讀取相應(yīng)串口接收的數(shù)據(jù)即可獲得對應(yīng)電動(dòng)汽車的電池管理系統(tǒng)發(fā)送的報(bào)文數(shù)據(jù),而不需要對報(bào)文內(nèi)容進(jìn)行更改;同理,當(dāng)充電設(shè)備向某一插口上的電動(dòng)汽車電池管理系統(tǒng)發(fā)送報(bào)文時(shí),也只需按照標(biāo)準(zhǔn)GBT 27930中規(guī)定的報(bào)文格式向?qū)?yīng)通信接口發(fā)出即可。
12)當(dāng)充電設(shè)備同時(shí)連接有多輛電動(dòng)汽車時(shí)(需要與多輛電動(dòng)汽車保持報(bào)文通信連接,為此需要輪流與每輛車進(jìn)行通信),充電設(shè)備通過通信模塊依次間隔地向CAN通信總線發(fā)送不同車輛對應(yīng)的報(bào)文(之間間隔很短的時(shí)間,例如20ms。比如,當(dāng)前充電設(shè)備連接有兩輛電動(dòng)汽車,分別為1#和2#車輛,1#車輛處于充電階段,2#車輛處于握手階段,則通信模塊首先發(fā)送給1#車輛的充電階段所需報(bào)文,20ms后發(fā)送2#車輛所需的握手報(bào)文),如此不斷循環(huán),直到車輛狀態(tài)發(fā)生變化。通信模塊會(huì)為不同充電插口分配不同的新地址,并通過CAN總線向不同車輛分別發(fā)送對應(yīng)的報(bào)文(發(fā)送到CAN總線上的報(bào)文中目標(biāo)地址并非國家標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的目標(biāo)地址常量,而是替換后的新地址),然后由各個(gè)充電插口處的報(bào)文識(shí)別模塊對接收的報(bào)文加以識(shí)別并選擇對應(yīng)目標(biāo)地址的報(bào)文進(jìn)行修改后傳送到電動(dòng)汽車端;或者由充電設(shè)備主體通過多路串行通信接口分別發(fā)送至對應(yīng)的電動(dòng)汽車端。
2)充電需求獲?。?/p>
電動(dòng)汽車接入識(shí)別完成并開啟報(bào)文通信后,充電設(shè)備通過發(fā)送標(biāo)準(zhǔn)GBT 27930規(guī)定的通信報(bào)文向電動(dòng)汽車的電池管理系統(tǒng)詢問并獲得電動(dòng)汽車的電池狀態(tài)。并且,充電設(shè)備通過人機(jī)交互模塊從用戶處獲取充電需求,包括但不僅限于預(yù)計(jì)離開的時(shí)刻及離開時(shí)期望達(dá)到的電池剩余容量。
3)充電次序優(yōu)化計(jì)算:
31)充電站控制中心上位機(jī)或充電設(shè)備主體根據(jù)所有電動(dòng)汽車的電池狀態(tài)、充電需求以及電價(jià)等因素,按照遠(yuǎn)程充電策略或本地充電策略計(jì)算得到各輛電動(dòng)汽車的充電次序安排;兩種情況具體說明如下:
若充電設(shè)備接受其所在的充電站控制中心上位機(jī)的調(diào)度控制,則充電設(shè)備將收集到的電池狀態(tài)與用戶充電需求上傳至控制中心上位機(jī),由上位機(jī)負(fù)責(zé)依據(jù)當(dāng)前控制中心下轄充電設(shè)備連接的所有電動(dòng)汽車的電池狀態(tài)、充電需求以及電價(jià)等因素,按照遠(yuǎn)程充電策略計(jì)算得到各輛電動(dòng)汽車的充電次序安排,并向充電設(shè)備下達(dá)相關(guān)控制指令;
若(由于未配建控制中心或其他原因)充電設(shè)備不接受控制中心上位機(jī)的調(diào)度控制,則充電設(shè)備將根據(jù)收集到的當(dāng)前連接的所有電動(dòng)汽車的電池狀態(tài)、充電需求等因素,按照預(yù)設(shè)的順序充電策略或充電成本最小化為目標(biāo)的優(yōu)化模型計(jì)算得到的優(yōu)化充電策略對各輛電動(dòng)汽車的充電次序安排,并按該次序充電。
32)充電設(shè)備或控制中心將當(dāng)前時(shí)段各個(gè)充電插口所連接車輛的荷電狀態(tài)、期望荷電狀態(tài)、預(yù)計(jì)離開時(shí)間等充電信息數(shù)據(jù)根據(jù)遠(yuǎn)程充電策略或本地充電策略,計(jì)算得到從當(dāng)前時(shí)刻開始若干時(shí)段內(nèi)各個(gè)充電插口的充電次序。若有解,則通過人機(jī)交互模塊給出反饋,并轉(zhuǎn)步驟4)進(jìn)行充電次序的定時(shí)檢查與充電插口狀態(tài)切換;若無解,則說明不能滿足充電需求,則將該車離開時(shí)的期望荷電狀態(tài)減少一較小的固定值(例如2%),之后再次求解判斷充電需求是否可以滿足,若充電需求可以被滿足,則通過人機(jī)交互模塊征求用戶同意,如果用戶同意減少期望荷電狀態(tài),則轉(zhuǎn)步驟4)同樣進(jìn)入充電次序的定時(shí)檢查與充電插口狀態(tài)切換;如果用戶拒絕減少期望荷電狀態(tài),或者車輛充電需求仍無法得到滿足,則充電設(shè)備應(yīng)當(dāng)拒絕為來車提供充電服務(wù),并通過人機(jī)交互模塊對用戶進(jìn)行反饋(說明本充電設(shè)備無法為來車提供服務(wù))。
4)充電插口狀態(tài)檢查與切換:
充電設(shè)備在對車輛進(jìn)行充電時(shí),每間隔一段時(shí)間(例如15分鐘)重新進(jìn)行一次充電次序計(jì)算,充電設(shè)備計(jì)算完畢充電次序或者接收到控制中心計(jì)算的充電次序結(jié)果后,主控模塊將當(dāng)前充電的插口和功率狀態(tài)與所述充電次序計(jì)算的結(jié)果進(jìn)行比對。若當(dāng)前正在充電的插口及充電功率與計(jì)算結(jié)果一致,則繼續(xù)按照當(dāng)前功率設(shè)定和插口設(shè)定進(jìn)行充電,直至下一次15分鐘后進(jìn)行下一次計(jì)算和比對;若兩者不一致,則充電設(shè)備進(jìn)行動(dòng)作切換充電插口。具體過程為:充電設(shè)備應(yīng)向當(dāng)前充電插口連接的電動(dòng)汽車電池管理系統(tǒng)發(fā)送停止充電報(bào)文,得到響應(yīng)后控制負(fù)荷開關(guān)斷開。負(fù)荷開關(guān)斷開成功后,控制當(dāng)前充電插口處的隔離開關(guān)斷開,然后進(jìn)行自檢:若此時(shí)所有負(fù)荷開關(guān)及隔離開關(guān)均處于開斷狀態(tài),則控制需要充電的插口處的隔離開關(guān)閉合,而其余隔離開關(guān)仍舊保持開斷狀態(tài),然后控制閉合負(fù)荷開關(guān),從而完成插口的狀態(tài)切換,充電設(shè)備轉(zhuǎn)而對新的充電插口處所連接的電動(dòng)汽車進(jìn)行充電。所述步驟3)中本地控制策略采用順序充電策略或優(yōu)化充電策略兩種方式:
(1)順序充電策略:
不進(jìn)行用戶的充電需求、電池狀態(tài)和分時(shí)電價(jià)等因素的優(yōu)化,僅僅按照電動(dòng)汽車接入充電設(shè)備的次序,以“先到先充,后到后充”為原則,優(yōu)先安排先接入的電動(dòng)汽車進(jìn)行充電。前一輛電動(dòng)汽車的充電需求滿足后,再切換至另一輛電動(dòng)汽車進(jìn)行充電。
(2)優(yōu)化充電策略在考慮分時(shí)電價(jià)等政策的情況下,由于通常對充電用戶所收取的電費(fèi)不會(huì)因?yàn)槠湓诔潆娺^程中所做出的貢獻(xiàn)而有所區(qū)別,即在某一時(shí)間段對所有汽車收取的電費(fèi)是相同的,因此以降低充電成本為優(yōu)化目標(biāo)安排各輛電動(dòng)汽車進(jìn)行充電。同時(shí),由于本地控制策略由單臺(tái)充電設(shè)備獨(dú)立計(jì)算決策,在計(jì)算時(shí)可以認(rèn)為充電功率是滿足配電變壓器功率約束的,因此在本地控制策略下充電功率取充電設(shè)備輸出功率與電動(dòng)汽車功率需求的較小值。
所述優(yōu)化控制策略以降低充電成本為優(yōu)化目標(biāo),其目標(biāo)函數(shù)如下:
其中,τH為優(yōu)化的最長時(shí)間范圍,N為本地(單臺(tái))多路插口充電設(shè)備下的充電插口數(shù)量,Pi為編號(hào)i的充電插口的充電功率,取充電設(shè)備輸出功率與電動(dòng)汽車功率需求的較小值,ui,τ為編號(hào)i的充電插口在τ時(shí)刻的工作狀態(tài)(0為空閑,1為充電),Tτ為τ時(shí)刻從電網(wǎng)側(cè)購電的電價(jià),η為充電設(shè)備的充電效率,Δτ為設(shè)定的檢查時(shí)長(通常設(shè)為15分鐘),Tsw為開關(guān)動(dòng)作的損耗成本系數(shù),可通過成本折舊得到,Tde,i為編號(hào)i的充電插口所連接電動(dòng)汽車的離開時(shí)間,Tst,i為編號(hào)i的充電插口所連接電動(dòng)汽車實(shí)際完成充電需求的時(shí)間。
上式中,第一項(xiàng)表示全時(shí)間段內(nèi)從電網(wǎng)側(cè)購電的成本,第二項(xiàng)表示全時(shí)間段內(nèi)開關(guān)總的切換損耗成本,第三項(xiàng)表示充電設(shè)備連接的各接口全時(shí)段內(nèi)的總時(shí)間機(jī)會(huì)成本,用時(shí)間裕量的相反數(shù)表示,前面的系數(shù)ε為一個(gè)很小的正數(shù)(使第三項(xiàng)遠(yuǎn)小于前兩項(xiàng),例如可取為0.001),負(fù)號(hào)體現(xiàn)了時(shí)間裕量越大時(shí)間機(jī)會(huì)成本越小。
該優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)滿足的約束條件,包括:
2)充電能量約束,即每一插口連接的電動(dòng)汽車的充電需求都能得到滿足
k為當(dāng)前時(shí)刻新接入電動(dòng)汽車的插口編號(hào)。
2)插口充電狀態(tài)互斥約束,即同一時(shí)間僅有最多一個(gè)插口進(jìn)行充電
3)停放狀態(tài)約束,即只有停放有未滿足充電需求的電動(dòng)汽車的充電插口才可進(jìn)行充電
上述約束中,SOCde,i表示編號(hào)i的充電插口所連接電動(dòng)汽車離開時(shí)期望達(dá)到的荷電狀態(tài),SOCar,k表示編號(hào)k的充電插口所連接電動(dòng)汽車接入時(shí)的初始荷電狀態(tài),SOCcu,i表示編號(hào)i的充電插口所連接電動(dòng)汽車當(dāng)前的荷電狀態(tài),Ebat,i表示編號(hào)i的充電插口所連接電動(dòng)汽車的電池容量,si,τ為編號(hào)i的充電插口在τ時(shí)刻的停放狀態(tài)(0為未停放,1為停放)。
通過此優(yōu)化模型可以計(jì)算得出當(dāng)前時(shí)刻起至τH時(shí)刻各接口充電狀態(tài)的時(shí)序安排,按照當(dāng)前時(shí)刻各接口的最優(yōu)充電狀態(tài)安排充電即可。
所述步驟3)中的遠(yuǎn)程控制策略由目標(biāo)函數(shù)和目標(biāo)函數(shù)的約束條件組成的遠(yuǎn)程優(yōu)化模型計(jì)算得到。在此種策略下,需要考慮充電站內(nèi)多臺(tái)多路插口充電設(shè)備之間的功率配合遵守配電變壓器的功率約束。因此當(dāng)采用遠(yuǎn)程控制策略由控制中心進(jìn)行計(jì)算時(shí),需要將各臺(tái)充電設(shè)備各時(shí)段的功率也作為決策變量。
遠(yuǎn)程優(yōu)化模型的目標(biāo)函數(shù)如下:
其中,τH為優(yōu)化的最長時(shí)間范圍,N為充電站內(nèi)多路插口充電設(shè)備的個(gè)數(shù),Nj為編號(hào)j的多路插口充電設(shè)備下的充電插口數(shù)量,Pj,i為編號(hào)j的多路插口充電設(shè)備下編號(hào)i的充電插口的充電功率,uj,i(τ)為編號(hào)j的多路插口充電設(shè)備下編號(hào)i的充電插口在τ時(shí)刻的工作狀態(tài)(0為空閑,1為充電),Tτ為τ時(shí)刻從電網(wǎng)側(cè)購電的電價(jià),ηj為編號(hào)j的多路插口充電設(shè)備的充電效率,Δτ為設(shè)定的檢查時(shí)長(通常設(shè)為15分鐘),Tsw為開關(guān)動(dòng)作的損耗成本系數(shù),可通過成本折舊得到,τDE,j,i為編號(hào)j的多路插口充電設(shè)備下編號(hào)i的充電插口所連接電動(dòng)汽車的離開時(shí)間,τST,j,i為編號(hào)j的多路插口充電設(shè)備下編號(hào)i的充電插口所連接電動(dòng)汽車實(shí)際完成充電需求的時(shí)間。
上式中,第一項(xiàng)表示全時(shí)間段內(nèi)從電網(wǎng)側(cè)購電的成本,第二項(xiàng)表示全時(shí)間段內(nèi)開關(guān)總的切換損耗成本,第三項(xiàng)表示全時(shí)段內(nèi)的總時(shí)間機(jī)會(huì)成本,用時(shí)間裕量的相反數(shù)表示,前面的系數(shù)ε為一個(gè)很小的正數(shù),負(fù)號(hào)體現(xiàn)了時(shí)間裕量越大時(shí)間機(jī)會(huì)成本越小。
該優(yōu)化目標(biāo)滿足的約束條件包括:
1)充電功率約束,即每一充電設(shè)備下各插口對應(yīng)的充電功率不超過充電設(shè)備最大輸出功率和電動(dòng)汽車功率需求,各充電設(shè)備總充電功率不超過配電變壓器最大功率
2)充電能量約束,即每一插口連接的電動(dòng)汽車的充電需求都能得到滿足
k為當(dāng)前時(shí)刻新接入電動(dòng)汽車的充電設(shè)備編號(hào),m為當(dāng)前時(shí)刻新接入電動(dòng)汽車的充電插口編號(hào)。
3)插口充電狀態(tài)互斥約束,即單臺(tái)多路插口充電設(shè)備下同一時(shí)間僅有最多一個(gè)插口進(jìn)行充電
4)停放狀態(tài)約束,即只有停放有未滿足充電需求的電動(dòng)汽車的充電插口才可進(jìn)行充電
上述約束中,表示編號(hào)j的多路插口充電設(shè)備的最大輸出功率,表示編號(hào)j的多路插口充電設(shè)備下編號(hào)i的充電插口所連接電動(dòng)汽車的功率需求,PTRmax表示充電站配電變壓器的最大功率,SOCDE,j,i表示編號(hào)j的多路插口充電設(shè)備下編號(hào)i的充電插口所連接電動(dòng)汽車離開時(shí)期望達(dá)到的荷電狀態(tài),SOCAR,m,k表示編號(hào)m的多路插口充電設(shè)備下編號(hào)k的充電插口所連接電動(dòng)汽車接入時(shí)的初始荷電狀態(tài),SOCCU,j,i表示編號(hào)j的多路插口充電設(shè)備下編號(hào)i的充電插口所連接電動(dòng)汽車當(dāng)前的荷電狀態(tài),EBA,j,i表示編號(hào)j的多路插口充電設(shè)備下編號(hào)i的充電插口所連接電動(dòng)汽車的電池容量,sj,i(τ)為編號(hào)j的多路插口充電設(shè)備下編號(hào)i的充電插口在τ時(shí)刻的停放狀態(tài)(0為未停放,1為停放)。
通過此優(yōu)化模型可以計(jì)算得出當(dāng)前時(shí)刻起至τH時(shí)刻充電站內(nèi)各充電機(jī)各接口充電狀態(tài)的時(shí)序安排,按照當(dāng)前時(shí)刻各接口的最優(yōu)充電狀態(tài)安排充電即可。