一种智能有序充电控制系统及充电控制方法

摘要

一种智能有序充电控制系统及充电控制方法。系统包括嵌入式控制器、人机接口、电力监控系统、电力电子器件和充电机组/充电桩；嵌入式控制器与人机接口相连、与电力监控系统通过隔离单元连接；电力监控系统与电力电子器件和充电机组/充电桩相连接。本系统设计中涵盖充电车辆电池自身物理特性下可承受能力、充电机输出功率、传输电网当前容量与用户充电需求等因子；在不超出电池自身物理特性承受能力的前提下(即对电池损害近乎为零)，结合充电机负载与传输电网容量信息，采用循环程序监测与电路动态调整，可保证整个充电过程安全稳定进行；同时，通过相关优化控制规则与算法，最大限度地满足用户不同充电需求。

权利要求

1.一种智能有序充电控制系统的充电控制方法，其特征在于：所述的智能有序充电控制系统包括：嵌入式控制器(1)、人机接口(2)、电力监控系统(3)、电力电子器件(4)和充电机组/充电桩(5)；其中：嵌入式控制器(1)与人机接口(2)相连、与电力监控系统(3)通过隔离单元连接；电力监控系统(3)与电力电子器件(4)和充电机组/充电桩(5)相连接，用于读取充电机组/充电桩(5)的信息，并通过电力电子器件(4)控制充电机组/充电桩(5)的充电进程；

其特征在于：所述的充电控制方法包括按顺序执行的下列步骤：

步骤1)等待充电开关闭合的S1阶段：首先，检测充电开关是否闭合，若充电开关断开则循环等待，直到充电开关闭合进入下一步S2阶段；

步骤2)判断自检电路是否正常的S2阶段：在此阶段中进行电路自检，若电路出现故障，则立即停止充电，同时将相关故障信息输出到人机接口(2)中的显示单元(26)进行显示，然后退出本流程；若正常，则进入下一步S3阶段，进行读取相关初始状态信息；

步骤3)获取电池最佳充电参考值的S3阶段：嵌入式控制器(1)根据车辆电池的初始状态信息，经分析运算处理之后，获得仅考虑电池自身物理特性条件下可承受的最佳充电电流参考值，并将所得的最佳电流参考值作为整个充电进程中第一准则，然后进入下一步S4阶段；

步骤4)充电机当前充电功率检测的S4阶段：检测获取充电机组/充电桩(5)当前的充电参数信息，然后进入下一步S5阶段；

步骤5)判断是否超出额定功率的S5阶段：根据S4阶段获取的充电机相关参数信息，判断充电机组/充电桩(5)当前功率是否超出其额定功率；若超出额定功率，则下一步进入S8阶段，减小充电机输出功率，之后再对充电机组/充电桩(5)进行检测判断；反之，进入下一步S6阶段；

步骤6)增大充电机组/充电桩输出功率的S6阶段：电力监控系统(3)依照充电机当前功率与额定功率差值情况，结合调控准则，向电力电子器件(4)下发控制指令；电力电子器件(4)执行控制命令增大充电机组/充电桩(5)的输出功率，然后进入下一步S7阶段；

步骤7)判断是否超出电网当前容量的S7阶段：检测充电机组/充电桩(5)当前充电容量总和是否超出传输电网当前容量；若超出当前电网容量，则下一步进入S8阶段，减小充电输出功率；反之，下一步进入S9阶段；

步骤8)减小充电机输出功率的S8阶段：电力监控系统(3)依照充电机当前功率与额定功率差值情况，结合调控准则，向电力电子器件(4)下发控制指令；电力电子器件(4)执行控制命令减小充电机组/充电桩(5)的输出功率，下一步重新进入S4阶段；

步骤9)获取充电车辆用户需求的S9阶段：嵌入式控制器(1)从人机接口(2)中的输入单元(24)读取用户输入的充电需求信息，结合上述电池最佳充电电流参考值、充电机组/充电桩(5)当前输出功率与传输电网当前容量信息，同时引入与相关因子匹配对应的权值，经分析运算处理之后，得到优化后充电电流或充电功率的调控值；并将该结果通过隔离单元(16)发送给电力监控系统(3)；

步骤10)实现电路协调平衡模块的S10阶段：电力监控系统(3)通过隔离单元(34)接收到调控值后进行相应处理，然后向电力电子器件(4)发送控制指令；电力电子器件(4)执行相应控制命令，对充电机组/充电桩(5)充电机充电进程进行智能动态调整；

步骤11)检测充电开关是否断开的S11阶段：检测充电开关是否断开，若充电开关断开，则停止对电池进行充电，本流程至此结束；反之，下一步返回S2阶段，重复上述过程。

说明书

一种智能有序充电控制系统及充电控制方法

技术领域

[0001] 本发明属于电动车辆多目标有序充电控制技术领域，特别是涉及一种智能有序充电控制系统及充电控制方法。

背景技术

[0002] 随着电动车辆逐步取代传统燃油车辆，电动车辆的充电难题日益浮现；尤其是在现今电网传输容量一定的情况下，这一问题更加凸显；用户购买的电动车辆通常只能到指定的充电站对电池进行能量补充，因此十分不便，且多数充电采用单一的恒流或恒压方式，从而对电池带来不同程度的损害，结果导致用户对于充电服务过程的满意度较低，因而上述因素严重制约了电动车辆的推广普及。

发明内容

[0003] 为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种智能有序充电控制系统及充电控制方法。

[0004] 为了达到上述目的，本发明提供的智能有序充电控制系统包括：嵌入式控制器、人机接口、电力监控系统、电力电子器件和充电机组/充电桩；其中：嵌入式控制器与人机接口相连、与电力监控系统通过隔离单元连接；电力监控系统与电力电子器件和充电机组/充电桩相连接，用于读取充电机组/充电桩的信息，并通过电力电子器件控制充电机组/充电桩的充电进程。

[0005] 所述的嵌入式控制器主要包括处理器、时钟单元、通信接口、存储单元、数据转换单元、显示单元、隔离单元和自故障检测单元；其中：处理器分别与时钟单元、通信接口、存储单元、数据转换单元、显示单元和自故障检测单元相连接，数据转换单元与隔离单元连接。

[0006] 所述的电力监控系统主要包括处理器、时钟单元、数据转换单元、隔离单元、通信接口、存储单元与自故障检测单元；其中：处理器分别与时钟单元、数据转换单元、通信接口、存储单元和自故障检测单元相连接，数据转换单元与隔离单元连接。

[0007] 所述的电力电子器件为场效应管、晶闸管。

[0008] 所述的人机接口主要包括通信接口、微处理器、缓存单元、输入单元、数据转换单元、显示单元与通信转换单元；其中：微处理器与缓存单元、数据转换单元和通信转换单元相连接，数据转换单元与输入单元和显示单元连接；通信转换单元与通信接口连接。

[0009] 本发明提供的智能有序充电控制系统所采用的充电控制方法包括按顺序执行的下列步骤：

[0010] 步骤1)等待充电开关闭合的S1阶段：首先，检测充电开关是否闭合，若充电开关断开则循环等待，直到充电开关闭合进入下一步S2阶段；

[0011] 步骤2)判断自检电路是否正常的S2阶段：在此阶段中进行电路自检，若电路出现故障，则立即停止充电，同时将相关故障信息输出到人机接口中的显示单元进行显示，然后退出本流程；若正常，则进入下一步S3阶段，进行读取相关初始状态信息；

[0012] 步骤3)获取电池最佳充电参考值的S3阶段：嵌入式控制器根据车辆电池的初始状态信息，结合相关理论与算法，经分析运算处理之后，获得仅考虑电池自身物理特性条件下可承受的最佳充电电流参考值，并将所得的最佳电流参考值作为整个充电进程中第一准则，然后进入下一步S4阶段；

[0013] 步骤4)充电机当前充电功率检测的S4阶段：检测获取充电机组/充电桩中充电机当前的充电参数信息，然后进入下一步S5阶段；

[0014] 步骤5)判断是否超出额定功率的S5阶段：根据S4阶段获取的充电机相关参数信息，判断充电机组/充电桩当前功率是否超出其额定功率；若超出额定功率，则下一步进入S8阶段，减小充电机输出功率，之后再对充电机组/充电桩进行检测判断；反之，进入下一步S6阶段；

[0015] 步骤6)增大充电机组/充电桩输出功率的S6阶段：电力监控系统依照充电机当前功率与额定功率差值情况，结合调控准则，向电力电子器件下发控制指令；电力电子器件执行控制命令增大充电机组/充电桩的输出功率，然后进入下一步S7阶段；

[0016] 步骤7)判断是否超出电网当前容量的S7阶段：检测充电机组/充电桩当前充电容量总和是否超出传输电网当前容量；若超出当前电网容量，则下一步进入S8阶段，减小充电输出功率；反之，下一步进入S9阶段；

[0017] 步骤8)减小充电机输出功率的S8阶段：电力监控系统依照充电机当前功率与额定功率差值情况，结合调控准则，向电力电子器件下发控制指令；电力电子器件执行控制命令减小充电机组/充电桩的输出功率，下一步重新进入S4阶段；

[0018] 步骤9)获取充电车辆用户需求的S9阶段：嵌入式控制器从人机接口中的输入单元读取用户输入的充电需求信息，结合上述电池最佳充电电流参考值、充电机组/充电桩当前输出功率与传输电网当前容量信息，依照相关优化方法，同时引入与相关因子匹配对应的权值，经分析运算处理之后，得到优化后充电电流或充电功率的调控值；并将该结果通过隔离单元发送给电力监控系统；

[0019] 步骤10)电路协调平衡模块的S10阶段：电力监控系统通过隔离单元接收到调控值后进行相应处理，然后向电力电子器件发送控制指令；电力电子器件执行相应控制命令，对充电机组/充电桩充电机充电进程进行智能动态调整；

[0020] 步骤11)检测充电开关是否断开的S11阶段：检测充电开关是否断开，若充电开关断开，则停止对电池进行充电，本流程至此结束；反之，下一步返回S2阶段，重复上述过程。

[0021] 本发明的智能有序充电控制系统及充电控制方法的优点和积极效果：

[0022] 本系统设计中涵盖充电车辆电池自身物理特性下可承受能力、充电机输出功率、传输电网当前容量与用户充电需求等因子；在不超出电池自身物理特性承受能力的前提下(即对电池损害近乎为零)，结合充电机负载与传输电网容量信息，采用循环程序监测与电路动态调整，可保证整个充电过程安全稳定进行；同时，通过相关优化控制规则与算法，最大限度地满足用户不同充电需求。

[0023] 本系统可向小型、微型化方向发展演变，变成车载式便携设备，实现随时随地依照电池自身与所处环境情况进行能量补给的功能。

[0024] 本系统符合国家大力鼓励提倡的电动车辆取代传统燃油车辆的政策，有效解决了车辆充电难问题；可用于大规模充电站充电进程的调控，也可用于小规模社区充电桩设备的有效补充，从而为电动车辆普及推广中遭遇的瓶颈问题提供了一种有效的技术方案支持。

附图说明

[0025] 图1为本发明提供的智能有序充电控制系统结构示意图。

[0026] 图2为本发明提供的智能有序充电控制系统中嵌入式控制器结构框图。

[0027] 图3为本发明提供的智能有序充电控制系统中电力监控系统结构框图。

[0028] 图4为本发明提供的智能有序充电控制系统中人机接口结构框图。

[0029] 图5为本发明提供的智能有序充电控制系统所采用的充电控制方法流程图。

具体实施方式

[0030] 下面结合附图和具体实施例对本发明提供的智能有序充电控制系统及充电控制方法进行详细说明。

[0031] 如图1所示，本发明提供的智能有序充电控制系统包括：

[0032] 嵌入式控制器1、人机接口2、电力监控系统3、电力电子器件4和充电机组/充电桩5；其中：嵌入式控制器1与人机接口2相连、与电力监控系统3通过隔离单元连接；电力监控系统3与电力电子器件4和充电机组/充电桩5相连接，用于读取充电机组/充电桩5的信息，并通过电力电子器件4控制充电机组/充电桩5的充电进程。

[0033] 嵌入式控制器1为本系统实现智能控制的核心部件，电力监控系统3是本智能有序充电控制系统的关键部件，人机接口2是智能有序充电控制系统及充电控制方法与外界交互的重要部件，电力电子器件4为控制部件，充电机组/充电桩5为充电机组或充电桩，其与传输电网和充电车辆相连接，经一系列变换后将传输电网的能量传送给充电车辆。

[0034] 如图2所示，所述的嵌入式控制器1主要包括处理器18、时钟单元11、通信接口12、存储单元13、数据转换单元14、显示单元15、隔离单元(16)和自故障检测单元17；其中：处理器18分别与时钟单元11、通信接口12、存储单元13、数据转换单元14、显示单元15和自故障检测单元17相连接，数据转换单元14与隔离单元16连接。

[0035] 处理器18为由微控制器、微处理器、DSP或FPGA等作为核心的控制部件，可移植操作系统，具备自身故障监测和上报功能；处理器18依次经数据转换单元14和隔离单元16与电力监控系统3相连接；存储单元13用于相关程序的存储与数据的缓存等；通信接口12用于与人机接口2间的数据信息传输，数据通常采用数字量形式与标准总线；显示单元15用于嵌入式控制器1运行状态的显示；时钟单元11提供时钟同步触发信号，用于模型计算和显示、记时；自故障检测单元17具备故障检测功能，其每隔一定时间触发故障检测信号，通过本嵌入式控制器1中各单元的应答信号来判断是否发生故障、故障类型等信息，若发生异常，则将异常信息上报。

[0036] 如图3所示，所述的电力监控系统3主要包括处理器31、时钟单元32、数据转换单元33、隔离单元34、通信接口35、存储单元36与自故障检测单元37；其中：处理器31分别与时钟单元32、数据转换单元33、通信接口35、存储单元36和自故障检测单元37相连接，数据转换单元33与隔离单元34连接。

[0037] 电力监测系统3中的处理器31为由微控制器、微处理器或PLC等构成的核心控制部件，具备自身故障监测和上报功能；所述的处理器31通过隔离单元34实现充电机组/充电桩5与嵌入式控制器1的电气隔离连接，数据接口采用数字量和标准总线方式；电力监控系统3经电力电子器件4向充电机组/充电桩5充电机5下发控制指令，充电机组/充电桩5向电力监控系统3实时反馈信号和自身数据，数据采用数字量和总线方式传送至电力监控系统3。

[0038] 所述的电力电子器件4为场效应管、晶闸管等电力器件，用于执行电力监控系统3下发的控制指令。

[0039] 如图4所示，所述的人机接口2主要包括通信接口21、微处理器22、缓存单元23、输入单元24、数据转换单元25、显示单元26与通信转换单元27；其中：微处理器22与缓存单元23、数据转换单元25和通信转换单元27相连接，数据转换单元25与输入单元24和显示单元
26连接；通信转换单元27与通信接口21连接。

[0040] 通信接口21完成人机接口2与嵌入式控制器1的数据信息传输。

[0041] 如图5所示，本发明提供的智能有序充电控制系统所采用的充电控制方法包括按顺序执行的下列步骤：

[0042] 步骤1)等待充电开关闭合的S1阶段：首先，检测充电开关是否闭合，若充电开关断开则循环等待，直到充电开关闭合进入下一步S2阶段；

[0043] 步骤2)判断自检电路是否正常的S2阶段：在此阶段中进行电路自检，若电路出现故障，则立即停止充电，同时将相关故障信息输出到人机接口2中的显示单元26进行显示，然后退出本流程；若正常，则进入下一步S3阶段，进行读取相关初始状态信息；

[0044] 步骤3)获取电池最佳充电参考值的S3阶段：嵌入式控制器1根据车辆电池的初始状态信息，结合相关理论与算法，经分析运算处理之后，获得仅考虑电池自身物理特性条件下可承受的最佳充电电流参考值(依照马斯定律，电池在实际充电进程中的充电电流值不能超出该最佳电流参考值；否则，将对电池造成损伤)，并将所得的最佳电流参考值作为整个充电进程中第一准则，然后进入下一步S4阶段；

[0045] 步骤4)充电机当前充电功率检测的S4阶段：检测获取充电机组/充电桩5中充电机当前的充电参数信息，然后进入下一步S5阶段；

[0046] 步骤5)判断是否超出额定功率的S5阶段：根据S4阶段获取的充电机相关参数信息，判断充电机组/充电桩5当前功率是否超出其额定功率；若超出额定功率，则下一步进入S8阶段，减小充电机输出功率，之后再对充电机组/充电桩5进行检测判断；反之，进入下一步S6阶段；

[0047] 步骤6)增大充电机组/充电桩输出功率的S6阶段：电力监控系统3依照充电机当前功率与额定功率差值情况，结合调控准则，向电力电子器件4下发控制指令；电力电子器件4执行控制命令增大充电机组/充电桩5的输出功率，然后进入下一步S7阶段；

[0048] 步骤7)判断是否超出电网当前容量的S7阶段：检测充电机组/充电桩5当前充电容量总和是否超出传输电网当前容量；若超出当前电网容量，则下一步进入S8阶段，减小充电输出功率；反之，下一步进入S9阶段；

[0049] 步骤8)减小充电机输出功率的S8阶段：电力监控系统3依照充电机当前功率与额定功率差值情况，结合调控准则，向电力电子器件4下发控制指令；电力电子器件4执行控制命令减小充电机组/充电桩5的输出功率，下一步重新进入S4阶段；

[0050] 步骤9)获取充电车辆用户需求的S9阶段：嵌入式控制器1从人机接口2中的输入单元24读取用户输入的充电需求信息，结合上述电池最佳充电电流参考值、充电机组/充电桩5当前输出功率与传输电网当前容量信息，依照相关优化方法，同时引入与相关因子匹配对应的权值，经分析运算处理之后，得到优化后充电电流或充电功率的调控值；并将该结果通过隔离单元16发送给电力监控系统3；

[0051] 步骤10)电路协调平衡模块的S10阶段：电力监控系统3通过隔离单元34接收到调控值后进行相应处理，然后向电力电子器件4发送控制指令；电力电子器件4执行相应控制命令，对充电机组/充电桩5充电机充电进程进行智能动态调整；

[0052] 步骤11)检测充电开关是否断开的S11阶段：检测充电开关是否断开，若充电开关断开，则停止对电池进行充电，本流程至此结束；反之，下一步返回S2阶段，重复上述过程。

[0053] 另外，在本系统中，除与充电机组/充电桩5相关的检测装置需安装在充电机组/充电桩5上之外，其余部件可以集中安装在同一电气柜中，也可以采用分布式的安装办法，以利于更好地电气隔离；其中，嵌入式控制器1与人机接口2可集中到一起，这样便于设备的管理。