CN113442773A - 一种动态分配电动汽车有序充电时间段的系统及使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种动态分配电动汽车有序充电时间段的系统及使用方法，属于充电设施技术领域，包括服务信息获取系统、服务信息交互系统、服务信息处理系统、充电服务控制系统，充电设备会将状态写入寄存器单元，寄存器单元将状态信息发送给MCU控制器，所述MCU控制器读取到发送给所述服务信息交互系统，所述服务信息交互系统则在应用端根据状态信息显示用户选择充电方式；该动态分配电动汽车有序充电时间段的系统及方法，可以同时满足多辆电动汽车充电控制、区域电网内电动汽车充电控制以及单方向充电控制，侧重了多方面充电需求：能量损耗最小、用户收益最大化、充电调度偏差最小化、资源浪费最小化、用户充电公平化。

Description

一种动态分配电动汽车有序充电时间段的系统及使用方法

技术领域

本发明属于充电设施技术领域，具体涉及动态分配电动汽车有序充电时间段的系统及使用方法。

背景技术

作为新型基础设施七大领域之一，充电桩不仅是单一功能的新能源汽车补充能量基础设施，还应是我国基础设施数字化、信息化发展风向标。而新一轮新能源汽车充电桩建设不能再像过去那样大面积推出公共充电桩，而要以社区为主、公共为辅，避免重复投建，提高建设效率和使用率；在社区充电桩建设中，小区充电相比其他充电方式更经济、更高效，是满足新能源汽车充电需求的可行方式，但充电模式较为粗放，接入难、充电难问题在一定程度上也制约了新能源汽车的大规模推广，同时，居民小区新能源汽车大规模无序充电，充电负荷峰谷与居民生活用电重叠，也给配电网安全稳定运行带来了挑战。目前，充电桩进小区主要面临以下几个难题：

1、小区变压器容量有限：按照7kW/桩预留电力容量，若小区配备上百车位，仅业主充电容量对居民区变压器挑战极大；

2、具有安全隐患：前期未统一设计规划，需要改造和铺设线路，存在一定的安全隐患；

3、加剧用电峰谷差：业主充电多集中在居民用电高峰期，大量充电负荷接入，造成居民区用电峰谷差进一步加大，加剧电网削峰填谷的难度；

4、加剧三相不平衡：单相交流单桩使用单相电源供电，若同时集中在某一相上，会加剧居民区用电三相不平衡，加大线路损耗；

基于小区充电的多种难题，开展大规模电动汽车接入电网后对电网影响的定量评估及以减少负面影响为目标的充电控制策略研究，已日益成为人们关注的热点问题，有序充电的概念随之产生。从电网角度讲，有序充电是在满足电动汽车充电需求的前提下，运用实际有效地经济或技术措施引导、控制电动汽车进行充电，对电网负荷曲线进行削峰填谷，使负荷曲线方差较小，减少了发电装机容量建设，保证了电动汽车与电网的协调互动发展；

当前阶段，针对电动汽车的有序充电调度问题，国内外很多学者已在此方面进行了深入研究，侧重于充电方式改进以及不同时间段电价制定的研究主要有以下几种方案：①利用一种随机规划算法，以能量损耗最小化为目标，实现插电式混合动力汽车的协调充电；②在已知系统电价曲线的条件下，通过智能调度充电功率和充放电时间，实现电动汽车用户收益最大化的电动汽车充电优化控制策略；③利用充电负荷的时空双尺度可调节特性，建立一种基于负荷预测的有序充电模型；④根据换电站的特点以换电站各时刻的充电功率为控制对象，建立多目标的换电池站充电调度模型；⑤利用基于分时电价的PHEV电动汽车充电时隙选择逆向归纳优化算法，该算法可以有效降低用户充电成本；⑥基于客户订车需求，建立包含充电计划的电动汽车调度模型，有效减少用户充电等待时间；⑦基于分时电价制度，建立电网负荷波动及用户成本的多目标优化模型，得到次日优化充放电计划；⑧建立基于需求侧放电竞价的电动汽车充放电调度模型，有效降低充电成本和调度偏差；

近年来，人们对电动汽车有序充电的方法作了大量的探索，从不同方面研究出了多种有序充电优化方法。确定最优充电模式的唯一途径是综合考虑充电设备和充电汽车两方面的数据信息，充电设备包括充电站和充电桩，并且对所有数据进行统一分析和处理，根据侧重点的不同，不同的研究机构和研究人员比较了多种不同的充电模型，从研究层面上来划分有序充电可分为：(1)单一电动汽车充电控制；(2)多辆电动汽车充电控制；(3)区域电网内电动汽车充电控制。按功率流向划分，又可分为：(1)单方向充电控制，只考虑电网向电动汽车单向充电，不考虑电动汽车向电网反向馈送电能；(2)V2G(车辆到电网)方式，电动汽车接入电网后，电能在电池与电网之间双向流动，涉及电动汽车向电网馈送电能的情形。针对前述电动汽车有序充电的现有技术方案，一般方案能够分别解决1-2个充电侧重点，侧重点包括能量损耗最小、充电站运营收益最大化、用户收益最大化、用户充电等待时间最小化、充电调度偏差最小化、资源浪费最小化、用户充电公平化等等，多数有序充电方案无法多方面满足上述充电侧重需求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种动态分配电动汽车有序充电时间段的系统及使用方法，以解决充电桩无法实现充电调度偏差最小化的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种动态分配电动汽车有序充电时间段的系统，包括，

服务信息获取系统，所述服务信息获取系统用于采集电表数据、汽车数据以及物理卡信息后建立数据库，并提供充电服务的设备数据；

服务信息交互系统，所述信息交互系统用于将用户录入的个人信息与其相应的设备数据进行交互和绑定，实现系统与用户数据交互；

服务信息处理系统，所述服务信息处理系统用于根据预设的充电条件，通过充电顺序计算方法得到最大功率充电计划；

充电服务控制系统，所述充电服务控制系统获取服务信息处理系统发送的充电服务信息，并将充电服务信息传输到对应的充电设备上；

其中，所述充电设备会将状态写入寄存器单元，所述寄存器单元将状态信息发送给MCU控制器，所述MCU控制器读取到发送给所述服务信息交互系统，所述服务信息交互系统则在应用端根据状态信息显示用户选择充电方式。

优选的，所述服务信息交互系统包括充电方式单元、充电模式单元、取车单元、预约充电单元；

所述充电方式单元包括用户在输入端填入计划取车的取车时间模块以及充电模式的有序充电模块、无序充电模块；

所述充电模式单元包括按时长充电模块、按金额充电模块、按电量充电模块、自动充满模块；

所述取车单元用于用户在输入端界面上选择取车时间，且用户在充电模式单元中选择充电模式前，向桩端发起车辆bms信息查询，在收到车辆的bms信息后，根据电池额定容量和当前soc计算出用户实际充满还需充多少电量；其中，所述取车时间的起始时间为当前时间加上2小时；

所述预约充电单元用于预约充电中显示系统计算得出的计划启动充电时间、最晚启动充电时间以及计划结束充电时间，当用户选择好充电方式和模式之后，平台会将充电量和取车时间传给MCU控制器，MCU控制器调用服务信息处理系统计算出每个充电订单的计划开始启动时间以及最晚启动时间和计划结束时间，显示在用户输入端。

其中，当用户选择有序充电模式，申请充电后，进入服务信息交互系统的预约充电页面，用户在预约充电页修改充电需求或者取消预约结束该服务。

优选的，所述按时长充电模块用于用户输入充电维持的时长，所述服务信息交互系统将输入时长通过换算公式计算成电量传输给MCU控制器；换算公式：Du1=T*P*3.6×10^6；其中，Du1为换算得到的电量，T为用户填入的时长，P为汽车电池的额定输入功率；

所述按金额充电模块用于输入充电消费的金额，所述服务信息交互系统会将输入金额换算成电量传输给MCU控制器；

所述按电量充电模块用于用户输入充电设备给汽车输送的电量；

所述自动充满模块用于用户不需要填入数据，所述服务信息交互系统自动将该用户账户里剩余金额通过换算公式计算成最多可充电量值传输给MCU控制器；换算公式为：Du2=M/(A+B+C+D)*4，其中，M为账户钱包剩余总金额，A,B,C,D分别为尖峰谷平时段的电量计费单价，Du2为账户剩余金额最多可充电量；所述MCU控制器将汽车电池的最大标称容量与可充电量Du2作比较，取他们的较小值，再写入充电设备的寄存器里，充电设备根据读取到的需充电量进行充电，当到达该电量值则停止充电。

所述停止充电时优先级判断等级：一级，故障异常停止充电；二级，用户主动停止充电；三级，账户余额不足停止充电；四级，到达用户设定条件停止充电。

优选的，所述服务信息处理系统包括服务分组单元、服务优先级确定单元、充电排序单元、同桩充电多枪互斥单元、充电功率调控单元。

优选的，所述服务分组单元根据各个充电服务所属充电机编号和功率模块编号，将具有相同编号的分成一个组，将每组所有的充电服务根据用户填入的取车时间和充电量，计算出每个服务的所需充电时长以及时间片的最晚启动时间，每组服务都是一个时间片组；

每个服务的所需充电时长计算公式：T_所需=Du3/P*60,其中，T_所需为每个服务所需充电时长即时间片，Du3为交互系统给到的用户计划充电量的换算值，P为给有序充电方式分配的充电功率，60的单位为分钟（min）；

根据有序充电系统要求需要提前1小时完成充电，计算出每个时间片的最晚启动充电时间：

T_最晚启动=T_取车-T_所需-60，其中T_取车为用户填入的取车时间，T_所需为每个服务所需充电时长即时间片。

优选的，所述服务优先级确定单元通过充电优先级公式计算服务的优先级：R =T_最晚启动-T_当前

其中，R代表充电优先级的值，值越小，优先级越高；T的数据格式：YYYY-MM-DD HH:MM:SS，

若优先级相同，则先到充电桩的先充电；根据订单的开始服务时间来确定；优先级的从低到高的顺序为-R，R0，无序，+R，+R_充电中，其中，-R代表优先级值为负数，+R代表优先级值为正数，R0代表优先级值为0，+R_充电中代表服务优先级值为正数且服务状态是充电中状态。

优选的，所述充电排序单元根据优先级将每个时间片组设置多级队列，优先级高的队列优先充电，队列里按照服务开始时间先后排序，所述充电优先级排序方法，包括以下步骤：

S11、根据T_最晚启动将每组时间片按照时间先后排序，无序服务的T_最晚启动=T_当前 ；

S12、优先安排服务优先级R为负数且为有序充电方式的队列；

S13、其次安排服务优先级R为0且为有序充电方式的队列；

S14、再安排服务为无序充电方式的队列；

S15、最后安排服务优先级R为正数且为有序充电方式的对列。

优选的，所述充电排序单元还根据尖峰谷平分时电价，通过时间片组优化方法查找时间片组里是否存在可以优化启动时间的时间片，所述时间片组优化方法如下：

S21、若是无序服务的时间片，不优化；S22、若是有序服务时间片，且其最晚启动时间（T_最晚启动）早于等于当前时间的，不优化；S23、若是有序服务时间片，且其最晚启动时间（T_最晚启动）晚于当前时间的：若其取车时间在峰时电价(16:00-24:00）期间的，尽量将其启动时间设置在谷时电价期间（00:00-08:00）和平时电价期间（08:00-16:00）启动；若取车时间在平时电价(08:00-16:00）期间的，尽量将其启动时间设置在谷时电价期间（00:00-08:00）之间启动；

S24、其他情况均不优化。

优选的，所述同桩充电多枪互斥单元用于同一充电桩上同时有多辆车需要充电时，会根据优先级逐一安排，优先级相同的则按照用户进入充电服务的时间先后顺序安排充电顺序；

所述充电功率调控单元根据电网当前剩余可用的功率以及充电方式通过充电功率调整方法设置处于充电中状态的充电功率，所述充电功率调整方法包括以下步骤：

S25、若当电网剩余可用功率远大于所有充电中的服务总功率之和：

S251、服务的优先级R为负数或者0的时候，安排满功率充电；

S252、无序服务安排满功率充电；

S253、服务的优先级R为正数的时候，安排其所属功率模块额定功率的1/2为其充电；

S254、当服务所属功率模块下仅一个服务时，安排其满功率充电。

S26、若电网剩余可用功率远小于等于所有充电中的服务总功率之和：

S261、MCU控制器通过采集电表上的实时功率，得出当前电网下其他接入设备群或场站的实时总功率；

S262、将变电柜的输出总功率减掉当前其他设备或场站的实时总功率得到有序桩群剩余可用功率

S263、若有序桩群剩余可用功率大于有序桩群当前充电中订单功率总和，则不需要降功率；

S264、若有序桩群剩余可用功率大于40KW且小于等于有序桩群当前充电中订单功率总和，则每减少20KW，触发一次MCU控制器的降功率动作；

S265、若有序桩群剩余可用功率小于等于40KW,触发一次降功率动作，且直接告警，并上报平台；

S266、若通过降功率公式得到降低后充电率，平台通过充电进度查询得知当前充电功率的变化曲线；并反映到用户侧；

所述降低后充电率为：20KW 与处于有序充电中状态的枪数相除得到每个充电枪需要降低的功率；

有序充电中枪的当前功率减掉每个枪需要降低的功率得到降低后的充电功率。

本发明另提供一种动态分配电动汽车有序充电时间段系统的使用方法，包括以下步骤：

S1、用户充电之前，选择充电模式单元，或者通过服务信息交互系统中的预约充电单元进行预约充电；

S2、当用户输入完成后，服务信息处理系统对输入的参数进行计算，通过充电排序单元的充电优先级排序方法得到队列里按照服务开始时间先后排序，同时根据时间片组优化方法得到最优取车时间，并通过充电功率调整方法设置处于充电中状态的充电功率；

S3、充电服务控制系统接收到控制指令后，MCU控制器将执行命令发送给充电设备。

本发明的技术效果和优点：该动态分配电动汽车有序充电时间段的系统及方法，可以同时满足多辆电动汽车充电控制、区域电网内电动汽车充电控制以及单方向充电控制，侧重了多方面充电需求：能量损耗最小、用户收益最大化、充电调度偏差最小化、资源浪费最小化、用户充电公平化等等；通过智能调度充电功率和充放电时间，实现电动汽车用户收益最大化的电动汽车充电优化控制策略，基于客户订车需求，建立包含充电计划的电动汽车调度模型，有效减少用户充电等待时间；基于分时电价制度，建立计及电网负荷波动及用户成本的多目标优化模型，得到次日优化充放电计划。

附图说明

图1为本发明的系统组成示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供了如图1中所示的一种动态分配电动汽车有序充电时间段的系统，包括：

服务信息获取系统，服务信息获取系统用于采集电表数据、汽车数据以及物理卡信息后建立数据库，并提供充电服务的设备数据；

服务信息交互系统，信息交互系统用于将用户录入的个人信息与其相应的设备数据进行交互和绑定，实现系统与用户数据交互；服务信息交互系统包括充电方式单元、充电模式单元、取车单元、预约充电单元；

充电方式单元包括用户在输入端填入计划取车的取车时间模块以及充电模式的有序充电模块、无序充电模块；

充电模式单元包括按时长充电模块、按金额充电模块、按电量充电模块、自动充满模块；

按时长充电模块用于用户输入充电维持的时长，服务信息交互系统将输入时长通过换算公式计算成电量传输给MCU控制器；换算公式：Du1=T*P*3.6×10^6；其中，Du1为换算得到的电量，T为用户填入的时长，P为汽车电池的额定输入功率；

按金额充电模块用于输入充电消费的金额，服务信息交互系统会将输入金额换算成电量传输给MCU控制器；

按电量充电模块用于用户输入充电设备给汽车输送的电量；

自动充满模块用于用户不需要填入数据，所述服务信息交互系统自动将该用户账户里剩余金额通过换算公式计算成最多可充电量值传输给MCU控制器；换算公式为：Du2=M/(A+B+C+D)*4，其中，M为账户钱包剩余总金额，A,B,C,D分别为尖峰谷平时段的电量计费单价，Du2为账户剩余金额最多可充电量；MCU控制器将汽车电池的最大标称容量与可充电量Du2作比较，取他们的较小值，再写入充电设备的寄存器里，充电设备根据读取到的需充电量进行充电，当到达该电量值则停止充电。

停止充电时的优先级判断等级：一级，故障异常停止充电；二级，用户主动停止充电；三级，账户余额不足停止充电；四级，到达用户设定条件停止充电。

取车单元用于用户在输入端界面上选择取车时间，且用户在充电模式单元中选择充电模式前，向桩端发起车辆bms信息查询，在收到车辆的bms信息后，根据电池额定容量和当前soc计算出用户实际充满还需充多少电量；其中，取车时间的起始时间为当前时间加上2小时；

预约充电单元用于预约充电中显示系统计算得出的计划启动充电时间、最晚启动充电时间以及计划结束充电时间，当用户选择好充电方式和模式之后，平台会将充电量和取车时间传给MCU控制器，MCU控制器调用服务信息处理系统计算出每个充电订单的计划开始启动时间以及最晚启动时间和计划结束时间，显示在用户输入端。

其中，当用户选择有序充电模式，申请充电后，进入服务信息交互系统的预约充电页面，用户在预约充电页修改充电需求或者取消预约结束该服务。

服务信息处理系统，服务信息处理系统用于根据预设的充电条件，通过充电顺序计算方法得到最大功率充电计划；

服务信息处理系统包括服务分组单元、服务优先级确定单元、充电排序单元、同桩充电多枪互斥单元、充电功率调控单元。

所述服务分组单元根据各个充电服务所属充电机编号和功率模块编号，将具有相同编号的分成一个组，将每组所有的充电服务根据用户填入的取车时间和充电量，计算出每个服务的所需充电时长以及时间片的最晚启动时间，每组服务都是一个时间片组；

每个服务的所需充电时长计算公式：T_所需=Du3/P*60,其中，T_所需为每个服务所需充电时长即时间片，Du3为交互系统给到的用户计划充电量的换算值，P为给有序充电方式分配的充电功率；

根据有序充电系统要求需要提前1小时完成充电，计算出每个时间片的最晚启动充电时间：

T_最晚启动=T_取车-T_所需-60，其中T_取车为用户填入的取车时间，T_所需为每个服务所需充电时长即时间片。

服务优先级确定单元通过充电优先级公式计算服务的优先级：R =T_最晚启动-T_当前

其中，R代表充电优先级的值，值越小，优先级越高；T的数据格式：YYYY-MM-DD HH:MM:SS，

若优先级相同，则先到充电桩的先充电；根据订单的开始服务时间来确定；优先级的从低到高的顺序为-R，R0，无序，+R，+R_充电中，其中，-R代表优先级值为负数，+R代表优先级值为正数，R0代表优先级值为0，+R_充电中代表服务优先级值为正数且服务状态是充电中状态。

充电排序单元根据优先级将每个时间片组设置多级队列，优先级高的队列优先充电，队列里按照服务开始时间先后排序，充电优先级排序方法，包括以下步骤：

S11、根据T_最晚启动将每组时间片按照时间先后排序，无序服务的T_最晚启动=T_当前 ；

S12、优先安排服务优先级R为负数且为有序充电方式的队列；

S13、其次安排服务优先级R为0且为有序充电方式的队列；

S14、再安排服务为无序充电方式的队列；

S15、最后安排服务优先级R为正数且为有序充电方式的对列。

充电排序单元还根据尖峰谷平分时电价，通过时间片组优化方法查找时间片组里是否存在可以优化启动时间的时间片，时间片组优化方法如下：

S21、若是无序服务的时间片，不优化；S22、若是有序服务时间片，且其最晚启动时间（T_最晚启动）早于等于当前时间的，不优化；S23、若是有序服务时间片，且其最晚启动时间（T_最晚启动）晚于当前时间的：若其取车时间在峰时电价(16:00-24:00）期间的，尽量将其启动时间设置在谷时电价期间（00:00-08:00）和平时电价期间（08:00-16:00）启动；若取车时间在平时电价(08:00-16:00）期间的，尽量将其启动时间设置在谷时电价期间（00:00-08:00）之间启动；S24、其他情况均不优化。

同桩充电多枪互斥单元用于同一充电桩上同时有多辆车需要充电时，会根据优先级逐一安排，优先级相同的则按照用户进入充电服务的时间先后顺序安排充电顺序；

充电功率调控单元根据电网当前剩余可用的功率以及充电方式通过充电功率调整方法设置处于充电中状态的充电功率，充电功率调整方法包括以下步骤：

S25、若当电网剩余可用功率远大于所有充电中的服务总功率之和：

S251、服务的优先级R为负数或者0的时候，安排满功率充电；

S252、无序服务安排满功率充电；

S253、服务的优先级R为正数的时候，安排其所属功率模块额定功率的1/2为其充电；

S254、当服务所属功率模块下仅一个服务时，安排其满功率充电。

S26、若电网剩余可用功率远小于等于所有充电中的服务总功率之和：

S261、MCU控制器通过采集电表上的实时功率，得出当前电网下其他接入设备群或场站的实时总功率；

S262、将变电柜的输出总功率减掉当前其他设备或场站的实时总功率得到有序桩群剩余可用功率；

S263、若有序桩群剩余可用功率大于有序桩群当前充电中订单功率总和，则不需要降功率；

S264、若有序桩群剩余可用功率大于40KW且小于等于有序桩群当前充电中订单功率总和，则每减少20KW，触发一次MCU控制器的降功率动作；

S265、若有序桩群剩余可用功率小于等于40KW,触发一次降功率动作，且直接告警，并上报平台；

S266、若通过降功率公式得到降低后充电率，平台通过充电进度查询得知当前充电功率的变化曲线；并反映到用户侧；

降低后充电率为：20KW 与处于有序充电中状态的枪数相除得到每个充电枪需要降低的功率；

有序充电中枪的当前功率减掉每个枪需要降低的功率得到降低后的充电功率。

充电服务控制系统，充电服务控制系统获取服务信息处理系统发送的充电服务信息，并将充电服务信息传输到对应的充电设备上；

其中，充电设备会将状态写入寄存器单元，寄存器单元将状态信息发送给MCU控制器，MCU控制器读取到发送给服务信息交互系统，服务信息交互系统则在应用端根据状态信息显示用户选择充电方式，

MCU控制器在获取到服务信息处理系统给到的所有充电服务的充电顺序和优先级以及充电功率值后，将这些充电服务的信息根据IP地址传输到对应的充电设备（充电桩）上。MCU控制器采用ModbusTCP与充电设备通信，周期发送心跳报文获取对应桩的充电枪口状态。当充电服务对应的充电枪状态为空闲、已插枪、插枪预约中等，MCU控制器会把不断更新的充电顺序和优先级下发给这些服务对应充电设备；当充电服务对应的充电枪状态为充电中状态时，MCU控制器会判断该充电枪下的服务的计划启动时间是否大于当前时间（即充电中的订单服务计划启动时间发生了更新），如果大于当前时间，则将当前的充电服务中断，并将该桩对应的最新的充电服务顺序（时间片组）给到充电设备，充电设备按照收到的服务的最新的计划启动时间对汽车进行充电；当有充电服务完成时或者新的充电服务加入时，MCU控制器都会通知服务信息处理系统更新充电顺序；其中，充电服务完成时，MCU控制器会通知服务信息处理系统释放其对应的时间片，重新更新其他时间片排序，以免造成充电设备资源的浪费。充电设备除了按照MCU控制器传输过来的充电顺序执行充电操作，还可以根据其所属充电机的功率模块的被占用程度和当前充电设备上的服务的优先级来判断当前是否可以允许新的无序充电方式的服务加入，如果不允许新的无序服务加入，则充电桩桩体的无序不可用的状态指示灯会变成黄色闪烁，同时，充电设备会将该状态写入寄存器单元，MCU控制器通过心跳报文读取到便上报给服务信息交互系统，服务信息交互系统则在PC端和手机端给用户选择充电方式的可视页面上禁用掉无序充电方式，防止有序充电站被大量的无序服务占用，影响有序充电的效率和利用率；如果允许的话，则状态指示灯为绿色常亮。

充电服务控制系统的突出优势是由充电桩MCU控制器来担任有序充电的大脑，是服务信息处理系统的载体。MCU控制器连接服务交互系统和充电设备，服务交互系统下发了确认开始充电的命令后，之后充电设备的所有启动和停止行为都会有MCU控制器的参与以及监控。充电设备除了按照MCU控制器传输过来的充电顺序执行充电操作，还可以根据其所属充电机的功率模块的被占用程度和当前充电设备上的服务的优先级来判断当前是否可以允许新的无序充电方式的服务加入，如果不允许新的无序服务加入，则充电桩桩体的无序不可用的状态指示灯会变成黄色闪烁，同时，充电设备会将该状态写入寄存器单元，MCU控制器通过心跳报文读取到便上报给服务信息交互系统，服务信息交互系统则在PC端和手机端给用户选择充电方式的可视页面上禁用掉无序充电方式，防止有序充电站被大量的无序服务占用，影响有序充电的效率和利用率；如果允许的话，则状态指示灯为绿色常亮。

充电设备包含充电机以及充电桩，充电机负责功率模块的分配以及电能供给。将充电机的功率模块进行分组。可按实际需求分组，本案例按40KW分成一组。下面是无序不可用实现方式：

计算充电桩上当前订单的实时功率：P=UI。通过充电机与充电桩之间的相互通信，比较充电机同一组功率模块下所有充电桩的实时功率，如果其中某个充电桩上的订单的实时功率>=所属该组功率模块的1/2且该订单的计划启动时间<=当前时间的话，则充电桩桩体的无序不可用状态灯将变成黄色闪烁。用户将可以在视距范围内及时知道哪些桩可以无序充电，哪些不可以无序充电，节省用户的时间成本，给用户在充电位的选择上提供便利。当桩体变成无序可用的状态时，指示灯会变成绿色常亮。此时用户可以根据自己的需求随意选择无序或者有序充电方式。

本发明另提供一种该动态分配电动汽车有序充电时间段的系统的使用方法，包括以下步骤：

S1、用户充电之前，选择充电模式单元，或者通过服务信息交互系统中的预约充电单元进行预约充电；

S2、当用户输入完成后，服务信息处理系统对输入的参数进行计算，通过充电排序单元的充电优先级排序方法得到队列里按照服务开始时间先后排序，同时根据时间片组优化方法得到最优取车时间，并通过充电功率调整方法设置处于充电中状态的充电功率；

S3、充电服务控制系统接收到控制指令后，MCU控制器将执行命令发送给充电设备。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换,凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种动态分配电动汽车有序充电时间段的系统，其特征在于：包括，

服务信息获取系统，用于采集电表数据、汽车数据以及物理卡信息后建立数据库，并提供充电服务的设备数据；

服务信息交互系统，用于将用户录入的个人信息与其相应的设备数据进行交互和绑定，实现系统与用户数据交互；

服务信息处理系统，用于根据预设的充电条件，通过充电顺序计算方法得到最大功率充电计划；

充电服务控制系统，用于获取服务信息处理系统发送的充电服务信息，并将充电服务信息传输到对应的充电设备上；

所述充电设备会将状态写入寄存器单元，所述寄存器单元将状态信息发送给MCU控制器，所述MCU控制器读取到发送给所述服务信息交互系统，所述服务信息交互系统则在应用端根据状态信息显示用户选择充电方式。

2.根据权利要求1所述的一种动态分配电动汽车有序充电时间段的系统，其特征在于：所述服务信息交互系统包括充电方式单元、充电模式单元、取车单元、预约充电单元；

所述充电方式单元包括用户在输入端填入计划取车的取车时间模块以及充电模式的有序充电模块和无序充电模块；

所述充电模式单元包括按时长充电模块、按金额充电模块、按电量充电模块、自动充满模块；

所述取车单元用于用户在输入端界面上选择取车时间，且用户在充电模式单元中选择充电模式前，向桩端发起车辆bms信息查询，在收到车辆的bms信息后，根据电池额定容量和当前soc计算出用户实际充满还需充多少电量；其中，所述取车时间的起始时间为当前时间加上2小时；

所述预约充电单元用于预约充电中显示系统计算得出的计划启动充电时间、最晚启动充电时间以及计划结束充电时间，当用户选择好充电方式和模式之后，平台会将充电量和取车时间传给MCU控制器，MCU控制器调用服务信息处理系统计算出每个充电订单的计划开始启动时间以及最晚启动时间和计划结束时间，显示在用户输入端；

当用户选择有序充电模式，申请充电后，进入服务信息交互系统的预约充电页面，用户在预约充电页修改充电需求或者取消预约结束该服务。

3.根据权利要求2所述的一种动态分配电动汽车有序充电时间段的系统，其特征在于：所述按时长充电模块用于用户输入充电维持的时长，所述服务信息交互系统将输入时长通过换算公式计算成电量传输给MCU控制器；换算公式：Du1=T*P*3.6×10^6；其中，Du1为换算得到的电量，T为用户填入的时长，P为汽车电池的额定输入功率；

所述按金额充电模块用于输入充电消费的金额，所述服务信息交互系统会将输入金额换算成电量传输给MCU控制器；

所述按电量充电模块用于用户输入充电设备给汽车输送的电量；

所述自动充满模块用于用户不需要填入数据，所述服务信息交互系统自动将该用户账户里剩余金额通过换算公式计算成最多可充电量值传输给MCU控制器；换算公式为：Du2=M/(A+B+C+D)*4，其中，M为账户钱包剩余总金额，A,B,C,D分别为尖峰谷平时段的电量计费单价，Du2为账户剩余金额最多可充电量；所述MCU控制器将汽车电池的最大标称容量与可充电量Du2作比较，取他们的较小值，再写入充电设备的寄存器里，充电设备根据读取到的需充电量进行充电，当到达该电量值则停止充电；

所述停止充电时优先级判断等级：一级，故障异常停止充电；二级，用户主动停止充电；三级，账户余额不足停止充电；四级，到达用户设定条件停止充电。

4.根据权利要求1所述的一种动态分配电动汽车有序充电时间段的系统，其特征在于：所述服务信息处理系统包括服务分组单元、服务优先级确定单元、充电排序单元、同桩充电多枪互斥单元、充电功率调控单元。

5.根据权利要求4所述的一种动态分配电动汽车有序充电时间段的系统，其特征在于：所述服务分组单元根据各个充电服务所属充电机编号和功率模块编号，将具有相同编号的分成一个组，将每组所有的充电服务根据用户填入的取车时间和充电量，计算出每个服务的所需充电时长以及时间片的最晚启动时间，每组服务都是一个时间片组；

每个服务的所需充电时长计算公式：T_所需=Du3/P*60,其中，T_所需为每个服务所需充电时长即时间片，Du3为交互系统给到的用户计划充电量的换算值，P为给有序充电方式分配的充电功率，60的单位为分钟；

根据有序充电系统要求需要提前1小时完成充电，计算出每个时间片的最晚启动充电时间：

T_最晚启动=T_取车-T_所需-60，其中T_取车为用户填入的取车时间，T_所需为每个服务所需充电时长即时间片。

6.根据权利要求4所述的一种动态分配电动汽车有序充电时间段的系统，其特征在于：所述服务优先级确定单元通过充电优先级公式计算服务的优先级：R =T_最晚启动-T_当前

其中，R代表充电优先级的值，值越小，优先级越高；T的数据格式：YYYY-MM-DD HH:MM:SS，

若优先级相同，则先到充电桩的先充电；根据订单的开始服务时间来确定；优先级的从低到高的顺序为-R，R0，无序，+R，+R_充电中，其中，-R代表优先级值为负数，+R代表优先级值为正数，R0代表优先级值为0，+R_充电中代表服务优先级值为正数且服务状态是充电中状态。

7.根据权利要求4所述的一种动态分配电动汽车有序充电时间段的系统，其特征在于：所述充电排序单元根据优先级将每个时间片组设置多级队列，优先级高的队列优先充电，队列里按照服务开始时间先后排序，充电优先级排序方法，包括以下步骤：

S11、根据T_最晚启动将每组时间片按照时间先后排序，无序服务的T_最晚启动=T_当前 ；

S12、优先安排服务优先级R为负数且为有序充电方式的队列；

S13、其次安排服务优先级R为0且为有序充电方式的队列；

S14、再安排服务为无序充电方式的队列；

S15、最后安排服务优先级R为正数且为有序充电方式的对列。

8.根据权利要求7所述的一种动态分配电动汽车有序充电时间段的系统，其特征在于：所述充电排序单元还根据尖峰谷平分时电价，通过时间片组优化方法查找时间片组里是否存在可以优化启动时间的时间片，所述时间片组优化方法如下：

S21、若是无序服务的时间片，不优化；

S22、若是有序服务时间片，且其最晚启动时间T_最晚启动早于等于当前时间的，不优化；

S23、若是有序服务时间片，且其最晚启动时间T_最晚启动晚于当前时间的：若其取车时间在峰时电价期间16:00-24:00的，将其启动时间设置在谷时电价期间00:00-08:00和平时电价期间08:00-16:00启动；若取车时间在平时电价期间08:00-16:00的，将其启动时间设置在谷时电价期间00:00-08:00之间启动；

S24、其他情况均不优化。

9.根据权利要求4所述的一种动态分配电动汽车有序充电时间段的系统，其特征在于：所述同桩充电多枪互斥单元用于同一充电桩上同时有多辆车需要充电时，会根据优先级逐一安排，优先级相同的则按照用户进入充电服务的时间先后顺序安排充电顺序；

所述充电功率调控单元根据电网当前剩余可用的功率以及充电方式通过充电功率调整方法设置处于充电中状态的充电功率，所述充电功率调整方法包括以下步骤：

S25、若当电网剩余可用功率大于所有充电中的服务总功率之和：

S251、服务的优先级R为负数或者0的时候，安排满功率充电；

S252、无序服务安排满功率充电；

S253、服务的优先级R为正数的时候，安排其所属功率模块额定功率的1/2为其充电；

S254、当服务所属功率模块下仅一个服务时，安排其满功率充电；

S26、若电网剩余可用功率小于等于所有充电中的服务总功率之和：

S261、MCU控制器通过采集电表上的实时功率，得出当前电网下其他接入设备群或场站的实时总功率；

S262、将变电柜的输出总功率减掉当前其他设备或场站的实时总功率得到有序桩群剩余可用功率；

S263、若有序桩群剩余可用功率大于有序桩群当前充电中订单功率总和，则不需要降功率；

S264、若有序桩群剩余可用功率大于40KW且小于等于有序桩群当前充电中订单功率总和，则每减少20KW，触发一次MCU控制器的降功率动作；

S265、若有序桩群剩余可用功率小于等于40KW,触发一次降功率动作，且直接告警，并上报平台；

S266、若通过降功率公式得到降低后充电率，平台通过充电进度查询得知当前充电功率的变化曲线；并反映到用户侧；

所述降低后充电率为：20KW 与处于有序充电中状态的枪数相除得到每个充电枪需要降低的功率；

有序充电中枪的当前功率减掉每个枪需要降低的功率得到降低后的充电功率。

10.根据权利要求1、2、4、7、8和9任意一项所述的一种动态分配电动汽车有序充电时间段系统的使用方法，其特征在于：所述使用方法包括以下步骤：

S1、用户充电之前，选择充电模式单元，或者通过服务信息交互系统中的预约充电单元进行预约充电；

S2、当用户输入完成后，服务信息处理系统对输入的参数进行计算，通过充电排序单元的充电优先级排序方法得到队列里按照服务开始时间先后排序，同时根据时间片组优化方法得到最优取车时间，并通过充电功率调整方法设置处于充电中状态的充电功率；

S3、充电服务控制系统接收到控制指令后，MCU控制器将执行命令发送给充电设备。

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