CN110782591B - 一种多头充电桩的充电枪联动互补方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种多头充电桩的充电枪联动互补方法，其通过在一个充电桩中设置有多个充电枪，充电枪在进行充电作业的时候，根据同一时间轴记录对应的充电功率，将所有充电枪的充电功率相加得出充电桩的总负荷功率，利用充电桩额定功率和总负荷功率计算盈余充电功率，最后以盈余充电功率作为充电桩的配电基准，实时控制每个正在作业的充电枪和新增充电枪的充电功率，达到单个充电枪在低功率充电阶段能将盈余的充电功率分配到其他充电枪，使相同额定充电功率的充电桩能支持更多的充电作业的目的，本发明提供的充电桩具有充电枪联动配电、充分利用充电资源和节省空间的优点。
Description
技术领域
本发明属于充电桩配电控制技术领域，尤其涉及一种多头充电桩的充电枪联动互补方法。
背景技术
充电桩的功能类似于加油站里面的加油机，可以固定在地面或墙壁，安装于公共建筑（公共楼宇、商场、公共停车场等）和居民小区停车场或充电站内，可以根据不同的电压等级为各种型号的电动汽车充电。充电桩的输入端与交流电网直接连接，输出端都装有充电插头用于为电动汽车充电。充电桩一般提供常规充电和快速充电两种充电方式，人们可以使用特定的充电卡在充电桩提供的人机交互操作界面上刷卡使用，进行相应的充电方式、充电时间、费用数据打印等操作，充电桩显示屏能显示充电量、费用、充电时间等数据。
目前的充电桩多为单头充电桩，每个充电桩只有一个充电枪或者充电插座，而每一个充电桩都会有其额定功率，但是实际充电过程中，实际充电功率为一个动态的变化过程，特别是目前的智能充电、快速充电等，充电功率会出现高低不同的变化。为了满足电池的充电需求，充电桩的额定功率必须大于电池的额定充电功率，即在初始预充电阶段、接近满电时的缓和充电等低功率的阶段时，充电桩的额定功率远大于实际充电功率，即有大量的充电功率盈余，在某种程度上造成资源的浪费。
发明内容
为了方便理解本发明的技术方案，在此明确定义本发明技术方案中的部分名词：
1、充电桩额定充电功率（电压、电流）：即充电桩在生产设计时设定的额定功率（电压、电流），是充电桩的固有特性。
2、电池额定充电功率（电压、电流）：即电池在生产设计时设定的额定充电功率功率（电压、电流），是电池固有特性。
3、总负荷功率（电压、电流）：即同一时间所有充电枪和充电插座实际负荷功率（电压、电流）之和。
4、盈余充电功率：充电桩的额定充电功率（即最大充电功率）减去总负荷功率得出盈余充电功率，即充电桩还能负荷的充电功率。
5、快速充电：相对于“非快速充电”具有更快的充电速度，具体流程是先采用10%电池额定充电电流进行预充电，至电池电压达到预充电电压阈值，再将充电电流增加至电池的额定充电电流进行恒流充电，至电池电压达到额定电压，最后保持充电电压不变进行恒压充电，至充电电流降低到10%电池额定充电电流时，完成充电。
6、非快速充电：相对于“快速充电”充电速度稍慢，在整个充电过程中优先采用“快速充电”的流程，当在充电过程中出现盈余充电功率不能满足“快速充电”的需求时采用盈余充电功率进行充电。
基于现有技术存在资源浪费的问题，本发明提供一种多头充电桩的充电枪联动互补方法，其通过在一个充电桩中设置有多个充电枪，充电枪在进行充电作业的时候，根据同一时间轴记录对应的充电功率，将所有充电枪的充电功率相加得出充电桩的总负荷功率，利用充电桩额定功率和总负荷功率计算盈余充电功率，最后以盈余充电功率作为充电桩的配电基准，实时控制每个正在作业的充电枪和新增充电枪的充电功率，达到单个充电枪在低功率充电阶段能将盈余的充电功率分配到其他充电枪，使相同额定充电功率的充电桩能支持更多的充电作业的目的，本发明提供的充电桩具有充电枪联动配电、充分利用充电资源和节省空间的优点。
本发明通过以下详细技术方案达到上述目的：
一种多头充电桩的充电枪联动互补方法，其通过在一个充电桩中设置有多个充电枪，充电枪在进行充电作业的时候，根据同一时间轴记录对应的充电功率，将所有充电枪的充电功率相加得出充电桩的总负荷功率，利用充电桩额定功率和总负荷功率计算盈余充电功率，最后以盈余充电功率作为充电桩的配电基准，实时控制每个正在作业的充电枪和新增充电枪的充电功率，详细包括以下步骤：
步骤S10，登录用户账户，根据实际情况选择待充电电池种类，充电桩根据电池种类从数据库中调用对应电池种类的标准充电电流变化曲线图，针对同一时间点将充电电流变化曲线和充电桩的盈余充电功率对应的盈余充电电流变化曲线作对比，若电池充电电流变化曲线低于盈余充电电流时，执行步骤S20；若电池充电电流变化曲线与盈余充电电流有交点时，执行步骤S30；若电池充电电流变化曲线高于盈余充电电流时，执行步骤S40；
步骤S20，对电池进行分阶段充电，先采用10%电池额定充电电流进行预充电，至电池电压达到预充电电压阈值，再将充电电流增加至电池的额定充电电流进行恒流充电，至电池电压达到额定电压，最后保持充电电压不变进行恒压充电，至充电电流降低到10%电池额定充电电流时，完成充电；
步骤S30，向用户发出非快速充电确认提醒，用户确认接受后，当电池充电电流变化曲线低于盈余充电电流变化曲线的部分，采用步骤S20的分阶段充电方式进行电池充电，当电池充电电流变化曲线高于盈余充电电流变化曲线的部分，采用充电桩剩余最大的盈余电流进行充电；
步骤S40，充电桩主控单元根据选择的电池在数据库中的标准充电电流变化数据和盈余充电电流变化数据计算等待时间，并向用户发出等待信号和等待时间；
步骤S50，本步骤在整个充电过程中执行，实时检测并记录充电电流、充电电压和电池电压的数据，同时计算出实时充电功率、盈余充电功率和盈余充电电流，并以同一时间轴线绘制充电电流、充电电压、电池电压、实时充电功率、盈余充电功率和盈余充电电流的变化曲线图。
其中，所述的步骤S10还包括步骤S11，用户根据实际情况，自行录入电池相关参数规格，包括额定充/放电电压、额定充/放电电流、充/放电温度和充/放电功率，充电桩在生产阶段预先录入常用电池种类及相关参数，但部分不常见的电池则需要自行录入，方便建立档案和补充数据库的不足。
为了减轻充电桩主控单元的运算负担，在步骤S10可以添加一个子步骤：充电桩主控单元根据用户所选择的电池种类对比电池的额定充电功率和总盈余功率的大小，若额定充电功率小于总盈余功率，则采用传统的充电控制方法，即为该电池所连接的充电枪分配与该电池的额定充电功率大小相等的充电功率进行充电；若额定充电功率大于总盈余功率，则继续执行步骤S10，当电池的额定充电功率小于总盈余功率时，代表充电桩还有较大量的盈余功率，此时无需采用复杂的配电运算方法，降低主控单元的运算工作量，在一定程度上可以降低能耗，也可以使主控单元将运算能力分配到数据分析上，分析并计算出更准确的数据基础；若充电桩主控单元的计算能力充足，也可以不添加本子步骤，直接执行步骤S10。
其中，所述的步骤S30和步骤S40还包括步骤S31，向新使用用户发出优先充电请求确认信号，新使用用户确认后，充电桩向所有正在使用该充电桩的用户进行广播发送优先充电请求，若有用户同意，则新使用用户和同意给与优先充电的用户的设备互换充电优先顺序，新使用用户的设备进入快速充电流程，即步骤S20的流程，同意给与优先充电的用户继续执行步骤S30和步骤S40，方便紧急充电的用户可以向其他用户请求帮助，如设置在办公楼附近的充电桩，上班人员可以拥有一整天的充电时间，相对路过的人员或者急着外出的人员会拥有更充裕的时间，完全可以让别人优先充电，在实际执行过程中，可以添加上奖励规则，激励人员让出充电优先权。
其中，所述的步骤S30还包括步骤S32，充电桩主控单元根据用户设定的用电设备为每个用户的每个用电设备建立数据档案，并单独记录该用电设备的充电数据，包括电池两端的电压、充电电压、充电电流和充电时间，并形成单独的数据时间变化曲线图，建立单独的数据档案，可以更准确的判断出充电等待时间和其他个性化的分析判断，也能为大数据分析提供实际的数据基础。
其中，所述的步骤S10和步骤S40中，还包括充电桩的主控单元判断待充电设备在数据库中是否存有独立的数据档案，若有，则步骤S10采用独立的数据档案中生成的单独充电电流时间变化曲线代替标准充电电流变化曲线和盈余充电电流变化曲线作对比；步骤S40采用独立的数据档案中的单独的充电电流变化数据代替标准充电电流变化数据和盈余充电电流变化数据进行等待时间的计算。
其中，所述的步骤S50还包括步骤S51，充电桩主控单元在每次充电结束后将该用电设备的本次充电的充电数据和以前的充电数据进行比对，分析该用电设备的电池老化情况，并将分析结果发送到用户端 。
本发明具有的有益效果：
1、将多头充电桩配合采用电池充电电流变化曲线和盈余充电电流变化曲线作对比，根据对比结果判断新启用的充电枪是否拥有足够的充电功率，相对于传统的一桩一枪的方式，相当于将充电枪剩余的充电功率转让给新的充电枪，使相同功率下的充电桩能支持更多的充电枪。
2、建立了单独的数据档案进行分析，更加准确的分析出电池情况、充电时间和等待时间等的数据，同时使用其中一个充电桩的其中一个充电枪进行充电后，数据会发送到云端，和其他充电桩进行信息共享，使充电更加方便和智能化。
附图说明
图1，一种多头充电桩的充电枪联动互补方法的流程图。
图2，电池充电电流变化曲线低于盈余充电电流曲线的示意图。
图3，电池充电电流变化曲线和盈余充电电流曲线有交点的示意图。
图4，电池充电电流变化曲线高于盈余充电电流曲线示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做详细的描述。
一种多头充电桩的充电枪联动互补方法，其通过在一个充电桩中设置有多个充电枪，充电枪在进行充电作业的时候，根据同一时间轴记录对应的充电功率，将所有充电枪的充电功率相加得出充电桩的总负荷功率，利用充电桩额定功率和总负荷功率计算盈余充电功率，最后以盈余充电功率作为充电桩的配电基准，实时控制每个正在作业的充电枪和新增充电枪的充电功率，详细包括以下步骤：
步骤S10，登录用户账户，根据实际情况选择待充电电池种类或者根据实际情况，自行录入电池相关参数规格，充电桩根据电池种类从数据库中调用对应电池种类的标准充电电流变化曲线图，若为自行录入的电池种类，则从网络数据库调用相关数据或者通过大数据分析采用参数接近的电池种类的相关数据，针对同一时间点将充电电流变化曲线和充电桩的盈余充电功率对应的盈余充电电流变化曲线作对比，如图2，若电池充电电流变化曲线低于盈余充电电流时，执行步骤S20；如图3，若电池充电电流变化曲线与盈余充电电流有交点时，执行步骤S30；如图4，若电池充电电流变化曲线高于盈余充电电流时，执行步骤S40，例如一个电池的额定充电电流为2A，充电桩的额定充电电流为10A，在传统的控制方法中，充电桩最多能同时容纳5个充电枪进行充电，每个分配2A的电流，但在预充电阶段，每个电池实际只需要0.2A的电流，其余功率处于闲置状态；若采用本专利的方法，假如有两个电池正在恒流充电阶段，两个电池在预充电阶段，一个在结束的恒压充电阶段，此时实际充电桩的负荷功率为4.4-6.4A之间（2+2+0.2+0.2+A，恒压阶段电流在从额定电流开始逐渐下降），盈余充电电流为3.6-5.6A之间，大于电池的额定充电电流，所以可以多接入一个电池，充分利用充电资源；
步骤S20，对电池进行分阶段充电，先采用10%电池额定充电电流进行预充电，至电池电压达到预充电电压阈值，再将充电电流增加至电池的额定充电电流进行恒流充电，至电池电压达到额定电压，最后保持充电电压不变进行恒压充电，至充电电流降低到10%电池额定充电电流时，完成充电；
步骤S30，向用户发出非快速充电确认提醒，用户确认接受后，当电池充电电流变化曲线低于盈余充电电流变化曲线的部分，采用步骤S20的分阶段充电方式进行电池充电，当电池充电电流变化曲线高于盈余充电电流变化曲线的部分，采用充电桩剩余最大的盈余电流进行充电；
步骤S40，充电桩主控单元根据选择的电池在数据库中的标准充电电流变化数据和盈余充电电流变化数据计算等待时间，并向用户发出等待信号和等待时间；
步骤S50，本步骤在整个充电过程中执行，实时检测并记录充电电流、充电电压和电池电压的数据，同时计算出实时充电功率、盈余充电功率和盈余充电电流，并以同一时间轴线绘制充电电流、充电电压、电池电压、实时充电功率、盈余充电功率和盈余充电电流的变化曲线图，充电桩主控单元在每次充电结束后将该用电设备的本次充电的充电数据和以前的充电数据进行比对，分析该用电设备的电池老化情况，如充电时间明显变短或者满电电压异常等情况均可以判断出电池是否老化或者出现其他异常状态，并将分析结果发送到用户端。
作为优选实施例，所述的步骤S10还包括步骤S12，充电桩主控单元根据用户所选择的电池种类对比电池的额定充电功率和总盈余功率的大小，若额定充电功率小于总盈余功率，则采用传统的充电控制方法；若额定充电功率大于总盈余功率，则继续执行步骤S10。
作为优选实施例，所述的步骤S30和步骤S40还包括步骤S31，向新使用用户发出优先充电请求确认信号，新使用用户确认后，充电桩向所有正在使用该充电桩的用户进行广播发送优先充电请求，若有用户同意，则新使用用户和同意给与优先充电的用户的设备互换充电优先顺序，新使用用户的设备进入快速充电流程，即步骤S20的流程，同意给与优先充电的用户继续执行步骤S30和步骤S40。
作为优选实施例，所述的步骤S30还包括步骤S32，充电桩主控单元根据用户设定的用电设备为每个用户的每个用电设备建立数据档案，并单独记录该用电设备的充电数据，包括电池两端的电压、充电电压、充电电流和充电时间，并形成单独的数据时间变化曲线图。
作为优选实施例，所述的步骤S10和步骤S40中，还包括充电桩的主控单元判断待充电设备在数据库中是否存有独立的数据档案，若有，则步骤S10采用独立的数据档案中生成的单独充电电流时间变化曲线代替标准充电电流变化曲线和盈余充电电流变化曲线作对比；步骤S40采用独立的数据档案中的单独的充电电流变化数据代替标准充电电流变化数据和盈余充电电流变化数据进行等待时间的计算。
采用上述的充电枪联动互补方法的充电桩包括有主控单元、充电机组、配电控制单元、检测单元、辅助电源和若干充电枪；所述的充电机组输入端与电网连接、输出端与若干相互并联连接的充电枪连接；所述的检测单元检测待充电电池两端电压、充电电压和充电电流，并通信连接到配电控制单元和主控单元，将检测数据发送到配电控制单元和主控单元；所述的配电控制单元与主控单元相互通信连接，由主控单元向配电控制单元发送控制指令，配电控制单元控制和分配从充电机组输出到每个充电枪的电能；所述的辅助电源为充电桩各单元模块提供工作电源；所述的主控单元集成有通讯模块，通信连接到充电机组、配电控制单元、检测单元、辅助电源和若干充电枪，同时通过通信模块连接到云端服务器；所述的充电枪上设置有并联连接的充电插头、充电插座和自动充电枪锁，所述的自动充电枪锁由辅助电源供能并通信连接到主控单元，由主控单元控制开启和关闭，所述的从电枪通过自动充电枪锁锁定在充电桩外壳上。
以上所述实施例仅表达了本发明的一种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (6)
1.一种多头充电桩的充电枪联动互补方法，其特征在于，其通过在一个充电桩中设置有多个充电枪，充电枪在进行充电作业的时候，根据同一时间轴记录对应的充电功率，将所有充电枪的充电功率相加得出充电桩的总负荷功率，利用充电桩额定功率和总负荷功率计算盈余充电功率，最后以盈余充电功率作为充电桩的配电基准，实时控制每个正在作业的充电枪和新增充电枪的充电功率，详细包括以下步骤：
步骤S10，登录用户账户，根据实际情况选择待充电电池种类，充电桩根据电池种类从数据库中调用对应电池种类的标准充电电流变化曲线图，针对同一时间点将充电电流变化曲线和充电桩的盈余充电功率对应的盈余充电电流变化曲线作对比，若电池充电电流变化曲线低于盈余充电电流时，执行步骤S20；若电池充电电流变化曲线与盈余充电电流有交点时，执行步骤S30；若电池充电电流变化曲线高于盈余充电电流时，执行步骤S40；
步骤S20，对电池进行分阶段充电，先采用10%电池额定充电电流进行预充电，至电池电压达到预充电电压阈值，再将充电电流增加至电池的额定充电电流进行恒流充电，至电池电压达到额定电压，最后保持充电电压不变进行恒压充电，至充电电流降低到10%电池额定充电电流时，完成充电；
步骤S30，向用户发出非快速充电确认提醒，用户确认接受后，当电池充电电流变化曲线低于盈余充电电流变化曲线的部分，采用步骤S20的分阶段充电方式进行电池充电，当电池充电电流变化曲线高于盈余充电电流变化曲线的部分，采用充电桩剩余最大的盈余电流进行充电；
步骤S40，充电桩主控单元根据选择的电池在数据库中的标准充电电流变化数据和盈余充电电流变化数据计算等待时间，并向用户发出等待信号和等待时间；
步骤S50，本步骤在整个充电过程中执行，实时检测并记录充电电流、充电电压和电池电压的数据，同时计算出实时充电功率、盈余充电功率和盈余充电电流，并以同一时间轴线绘制充电电流、充电电压、电池电压、实时充电功率、盈余充电功率和盈余充电电流的变化曲线图。
2.根据权利要求1所述的一种多头充电桩的充电枪联动互补方法，其特征在于，所述的步骤S10还包括步骤S11，用户根据实际情况，自行录入电池相关参数规格，包括额定充/放电电压、额定充/放电电流、充/放电温度和充/放电功率。
3.根据权利要求2所述的一种多头充电桩的充电枪联动互补方法，其特征在于，所述的步骤S30和步骤S40还包括步骤S31，向新使用用户发出优先充电请求确认信号，新使用用户确认后，充电桩向所有正在使用该充电桩的用户进行广播发送优先充电请求，若有用户同意，则新使用用户和同意给与优先充电的用户的设备互换充电优先顺序，新使用用户的设备进入步骤S20的流程，同意给与优先充电的用户继续执行步骤S30和步骤S40。
4.根据权利要求3所述的一种多头充电桩的充电枪联动互补方法，其特征在于，所述的步骤S30还包括步骤S32，充电桩主控单元根据用户设定的用电设备为每个用户的每个用电设备建立数据档案，并单独记录该用电设备的充电数据，包括电池两端的电压、充电电压、充电电流和充电时间，并形成单独的数据时间变化曲线图。
5.根据权利要求4所述的一种多头充电桩的充电枪联动互补方法，其特征在于，所述的步骤S10和步骤S40中，还包括充电桩的主控单元判断待充电设备在数据库中是否存有独立的数据档案，若有，则步骤S10采用独立的数据档案中生成的单独充电电流时间变化曲线代替标准充电电流变化曲线和盈余充电电流变化曲线作对比；步骤S40采用独立的数据档案中的单独的充电电流变化数据代替标准充电电流变化数据和盈余充电电流变化数据进行等待时间的计算。
6.根据权利要求5所述的一种多头充电桩的充电枪联动互补方法，其特征在于，还包括步骤S50还包括步骤S51，充电桩主控单元在每次充电结束后将该用电设备的本次充电的充电数据和以前的充电数据进行比对，分析该用电设备的电池老化情况，并将分析结果发送到用户端 。
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