电动汽车充电电源智能分配系统

1.本实用新型涉及电动汽车充电领域，具体涉及电动汽车充电电源智能分配系统，是一种对小区多个充电桩所用电能的管理装置，特别涉及到的是在保证居民小区变压器不增容的前提下，通过本装置的控制，使得各充电桩能在小区变压器轻负荷时对电动汽车实现有序充电。


背景技术：

2.由于变压器容量限制，充电桩不能大范围进居民小区对电动汽车车主造成很大不便，用户非常渴望能把充电桩安装到小区停车位旁边。充电桩之所以不能进居民小区，是因为现在的居民小区在设计时并没有为充电汽车预留电力容量，加之电动汽车充电时功率较大，如果有多个电动汽车同时充电，必将影响居民正常用电，也会影响电用安全。


技术实现要素：

3.实用新型目的：本实用新型提供了一种充电桩电能管理系统，其目的在于能够在不增加居民小区变压器容量的前提下，充分利用变压器空闲容量，实现电动汽车充电桩进入居民小区，有效解决了目前电动汽车在居民小区无法充电的问题。
4.技术方案：
5.一种电动汽车充电电源智能分配系统，该系统的小区变压器通过电流互感器分别与电流变送器与民用电端连接，电流变送器连接有主控单元，民用电端包括并联连接的多个充电桩和小区用电装置；电流互感器用于检测民用电端用电电流，电流变送器用于对电流互感器的输出信号进行处理，用电负荷检测模块用于对来自电流变送器的信号进行处理。
6.进一步地，主控单元包括：第一单片机、用电负荷检测模块、第一通信模块、第一电源模块，用电负荷检测模块、第一通信模块、第一电源模块均与第一单片机连接，用电负荷检测模块前端通过电流变送器与电流互感器相连，第一通信模块与各个充电桩双向无线通信。
7.进一步地，充电桩为充电桩本体内设置有充电桩控制单元的结构，充电桩控制单元包括有第二单片机、充电申请检测模块、第二通讯模块、充电电源控制模块和第二电源模块，充电申请检测模块、第二通讯模块、充电电源控制模块和第二电源模块均与第二单片机连接，充电枪的插枪信号输入至充电申请检测模块，第二通讯模块与主控单元双向无线通信。
8.优点和效果
9.（1）提供了一种充电桩进入居民小区的可行方案，在不改变小区现有变压器容量的前提下，只需少量的工程即可实现充电桩进小区。
10.（2）可管理的充电桩数量可变，扩展灵活。
11.（3）为用电低谷时的多余电能找到了应用途径。
12.（4）设备投入成本低。
13.（5）易于使用和维护。
附图说明
14.图1为电动汽车充电电源智能分配系统主控单元结构示意图；
15.图2为电动汽车充电电源智能分配系统充电桩控制单元结构示意图；
16.图3为电动汽车充电电源智能分配系统在居民小区中的结构示意图；
17.图4为电动汽车充电电源智能分配系统主控单元的控制方法流程图；
18.图5为电动汽车充电电源智能分配系统充电桩控制单元控制方法流程图；
19.图中标注：1、小区变压器，2、电流互感器，3、电流变送器，4、主控单元，41、第一单片机，42、用电负荷检测模块，43、第一通信模块，44、第一电源模块，5、充电桩，51、第二单片机，52、充电申请检测模块，53、第二通讯模块，54、充电电源控制模块，55、第二电源模块，6、小区用电装置。
具体实施方式
20.下面结合附图对本实用新型进行具体说明。
21.本实用新型实时检测小区当前电力负荷情况，在电力负荷允许的情况下，自动对有充电需求的电动车进行充电。在普通充电桩前增加了电力负荷检测环节，在负荷允许情况下进行充电。
22.本实用新型提供一种能把充电桩进入居民小区的充电桩电能智能分配系统，它与多个充电桩一起构成居民小区电动汽车充电系统，该智能分配系统包括两个部分，一是检测控制部分，称为主控单元，另一个是终端充电桩部分，称为充电桩；其中，主控单元负责检测是否有空闲功率、接收充电桩的充电申请、发送充电或停止充电指令；充电桩负责发送充电桩充电申请、接收和执行主控单元发送的充电或停止充电指令。具体连接如图3所示。
23.该系统的小区变压器1通过电流互感器2分别与电流变送器3与民用电端连接，电流互感器非接触测量小区用电负荷。电流变送器3连接有主控单元4，民用电端包括并联连接的多个充电桩5和小区用电装置6；电流互感器2用于检测民用电端用电电流，经电流变送器3对电流互感器2的输出信号进行处理，再经过用电负荷检测模块42对来自电流变送器3的信号进行处理；
24.小区用电装置：指小区内各户及公共用电装置，其与市电连接方式不变。
25.小区变压器：指小区原有的电力变压器。
26.如图1所示，主控单元4包括：第一单片机41、用电负荷检测模块42、第一通信模块43、第一电源模块44，用电负荷检测模块42、第一通信模块43、第一电源模块44均与第一单片机41连接，用电负荷检测模块42前端通过电流变送器3与电流互感器2相连，第一通信模块43与各个充电桩5进行双向无线通信；第一单片机41用于指挥各模块协调工作；第一通信模块43负责与各个充电桩5交换信息，接收各充电桩的充电请求，向各充电桩5发送是否允许充电的命令；第一电源模块44用于为主控单元4提供直流电源；
27.充电桩为1至n个充电桩，充电桩5为充电桩本体内设置有充电桩控制单元，如图2所示，充电桩控制单元包括第二单片机51、充电申请检测模块52、第二通讯模块53、充电电
源控制模块54和第二电源模块55，充电申请检测模块52、第二通讯模块53、充电电源控制模块54和第二电源模块55均与第二单片机51连接，充电枪的插枪信号输入至充电申请检测模块52，第二通讯模块53与第一通信模块43双向无线通信。
28.本实用新型的充电桩5为在现有充电桩基本结构基础上，增加了由单片机模块、充电申请检测模块、通讯模块和充电电源控制模块组成的充电桩控制单元，当该单元检测到充电桩的充电枪已经插枪，就向主控单元发出充电请求，并接收主控单元发来的数据信息与指令。如果此时有空闲负荷，主控单元就会发出允许充电桩充电的指令，充电桩控制单元就会接通充电电源开关，充电桩进入充电状态。否则，充电桩停止充电。
29.第二单片机51用于指挥各模块协调工作；
30.充电申请检测模块52用于检测充电桩是否要求充电；
31.第二通讯模块53用于负责与主控单元4交换信息，接收是否允许充电的命令；
32.充电电源控制模块54用于控制充电桩是否充电；
33.第二电源模块55用于为充电桩5提供直流电源。
34.一种电动汽车充电电源智能分配系统的控制方法，如图4-5所示，步骤为：
35.步骤1：充电桩电能管理系统的主控单元4初始化；
36.步骤2：用电负荷检测模块42实时测量小区用电负荷，第一通信模块43与所有充电枪已经插枪的充电桩5的第二通讯模块53通讯，接受申请并排序，显示系统运行状态；充电桩控制单元实时本充电桩的充电枪是否插枪，如果插枪，与主控单元通信，发充电申请，否则，不发充电申请。
37.步骤3：当小区实时用电负荷小于小区变压器1额定负荷一定比例（可按需要设定，比如90%或100%，如考虑运行安全系数，优选为90%，可设定为80%-99%或更低一些）时，主控单元4根据申请充电的优先顺序，逐一允许各充电桩5充电，每开启一台充电桩后，经适当延时后再次检测是否还有剩余可用功率功率，如果还有剩余可用功率功率，就再开启一台充电桩，如此循环直至没有剩余可用功率功率为止。充电桩5接收主控单元4的指令，如果允许本充电桩5充电，命令充电电源控制模块开启充电电源开始充电，否则关闭充电电源停止充电。
38.充电方案为：在集中供电区域的总入口加装用电电流传感器，实时检测当前该区域的用电负荷情况。如果实时用电负荷低于该区域最大用电负荷，则根据实时用电负荷冗余量，依照电动车充电分配规则进行有秩序的充电。充电桩加装智能控制装置，当车主需要充电时，将充电枪插入电动车充电口，但不会马上充电。智能控制装置会自动向充电分配系统申请充电权限，获得权限方可开始充电，否则等待。具体规则：1-排队规则，按照充电桩智能控制装置申请充电的先后顺序，在用电负荷可用范围内分配充电权限。2-权属规则分配充电权限，即按照申请充电权限的智能控制装置所属权限进行充电分配，拥有高优先权的电动车可优先充电，例如急救车等特种车辆、或者通过多缴费的方式购买优先权。
39.当有电动车充电完毕，已结束充电权限可继续分配其它后续电动车。当用电负荷出现新的冗余量后，可实时给待充电车辆分配充电权限。
40.步骤4：第一通信模块43与各充电桩5的第二通讯模块53通信，检查是否有充电桩5完成充电，完成充电停止相应的充电桩5供电，没有完成充电不做操作；
41.步骤5：用电负荷检测模块42循环监测小区变压器1的实时负荷，当小区变压器1负
荷达到额定负荷时，系统对充电时间较长或临近充电完成的充电桩断电，以保证电网安全运行。
42.本实用新型工作原理如下：
43.首先实时测量小区用电功率，由于小区额定用电功率是已知的，就可以计算出剩余可用功率，然后再根据各充电桩通过第二通讯模块53通信总线发出的充电请求，计算出充电需求的总功率，如果剩余可用功率大于充电需求，则允许所有的充电桩对汽车充电，如果剩余可用功率小于充电需求，则只允许一部分充电桩对电动汽车充电。
44.本实用新型的工作过程如下：
45.本装置启动后实时检测并显示小区用电功率，然后设定多个充电桩充电模式，等待接收各充电桩的充电请求，如果此时剩余功率满足充电要求，即刻允许充电桩对充电汽车充电并显示充电桩号码，如果此时剩余功率不满足充电要求，则按照预设的充电模式管理各充电桩有序工作，在此种情况下，哪些充电桩允许充电，哪些充电桩不允许充电，取决于本装置的模式设定，可用按插入充电枪的先后顺序进行，也可以按部分充电桩充电一定时间后轮换其他的充电桩的方式进行。如果在充电过程中，剩余功率增加，则按预设模式开启更多的充电桩，如果在充电过程中，剩余功率减少，则按预设模式关闭一些的充电桩。当充电桩的充电枪插入电动汽车时，其通过第二通讯模块53通信总线向本装置发送充电请求并等待充电，一旦接到本装置发送的允许充电指令后，就可以对充电汽车充电了。
46.充电桩可以设置在小区停车位旁，居民就可以在晚上停车的时候给电动车充电，而后半夜是用电的低谷，此时通过我们的充电桩电能管理系统控制各充电桩给电动汽车充电，既给汽车充了电，又为后半夜富余的电能找到了新应用，避免了能源浪费。因此，充电桩电能管理系统圆满地解决了充电桩进小区的问题。