电动汽车智能充放电控制及计量装置、系统及方法与流程

本发明属于电动汽车智能充放电技术领域，尤其是涉及一种电动汽车智能充放电控制及计量装置、系统及方法。

背景技术：

近年来，随着中国经济的快速发展，电力负荷急剧增加，国内电网46在峰荷时段的缺电现象日益严重，调峰电源容量不足严重地影响了系统的供电质量和系统的经济效益。

此外，目前国内外电动汽车的发展日趋成熟，研究表明：由于大部分车辆90％的时间是处于停驶状态，因此，有人提出电动汽车不仅是电力使用者电动汽车处于充电状态；，而且还可以作为可移动的分布式储能装置，在满足电动汽车用户行驶需求的前提下，作为储能装置向电网输送功率电动汽车处于放电状态；。这种电动汽车与电网的互动被称为v2gvehicletogrid；技术。现在的v2g通常是指电动汽车与电网互动的一个系统，该系统的特点是在电动汽车需要充电时，由电网提供电能，当电动汽车停泊时，接入电网，并且可以将电能反馈给电网。

对于分布式储能电源的充电放电来说，电动汽车既是负荷又是储能电源，大规模电动汽车的自主充放电行为将会增加分布式储能电源负曲线的峰谷；而电动汽车充放电行为的可调特性，又为分布式储能电源负曲线的削峰填谷提供了新的方法。为此，研究并应用大规模电动汽车自主充放电行为及调控电动汽车的充放电行为，并引导电动汽车在空闲时来反反馈网作为分布式储能电源的削峰填谷，具有非常重要的意义。

通过使用具有v2g功能的电动汽车作为储能设备，将电网中负荷低谷时段的剩余电能转化为日间用电高峰时段的电能，在电力系统中承担着“削峰填谷”的作用。但是现有技术的v2g充电站对电动汽车的充放电控制都是直接按照代理商的设定，也就是分布式储能管理中心的反馈需求信号或充电信号直接对电动汽车进行充放电，不考虑用户侧的需求，并且车主在将自己的电动汽车参与调度的过程中看不到调度收益，极大影响车主参与调度的积极性。

为了更好地利用电动汽车充放电的可调性来降低用电压力，达到削峰填谷目的，人们进行了长期的探索，例如中国专利公开了一种智能电网管理系统[申请号：cn201820172533.1]，包括：能量管理系统，用于调配光伏发电系统、风力发电系统、充电站、v2g电站中的生产的能量；能量管理系统与储能系统连接，用于控制储能系统储存和/或支配能量；光伏发电系统，被配置为接入380v母线；风力发电系统，被配置为接入380v母线；储能系统，被配置为接入380v母线；充电站，被配置为将充电设备接入380v母线；v2g电站，被配置为接入380v母线。

上述方案综合调配多种能源，深入挖掘电动汽车在协助电力系统促进风能和太阳能等可再生能源消纳方面潜力，利用智能充放电设备实践电动汽车与电网双向互动的协调控制，最大限度的提高资源利用率。但是上述方案的能量管理系统用于调配光伏发电系统、风力发电系统、充电站、v2g电站中的生产的能量，并没有提供针对v2g电站基于用户的充放电控制和计量装置，并且上述方案存在结构复杂，设计成本高，不便于车主用户侧使用，同时仍然没有解决车主的个人需求，无法同时根据电动汽车、车主和电网调控三方控制电池充放电。

技术实现要素：

本发明的目的是针对上述问题，提供一种电动汽车智能充放电控制及计量装置；

本发明的另一目的是针对上述问题，提供一种分布式储能电源系统；

本发明的另一目的是针对上述问题，提供一种基于上述电动汽车智能充放电控制及计量装置的控制及计量方法。

为达到上述目的，本发明采用了下列技术方案：

一种电动汽车智能充放电控制及计量装置，包括充放电控制装置和充放电计量装置，所述充放电控制装置和充放电计量装置均可安装于充电桩或电动汽车上，且所述充放电控制装置包括控制芯片，所述控制芯片连接有输入模块、输出模块、控制辅助电路模块和第一通讯模块；所述充放电计量装置包括计量芯片，所述计量芯片连接有第二通讯模块、显示模块、人机交互模块、双向电能计量模块和计量辅助电路模块。

在上述电动汽车智能充放电控制及计量装置中，所述第一通讯模块包括无线通信模块；所述输入模块包括控制按键电路和电池荷电状态测量电路；所述输出模块包括第一led显示屏和第一状态指示灯；所述控制辅助电路模块包括电源电路和时钟电路。

在上述电动汽车智能充放电控制及计量装置中，所述第二通讯模块包括can接口和rs485接口；所述显示模块包括第二led显示屏和第二状态指示灯；所述人机交互模块包括ic读卡器、触摸显示屏和交互按键电路；所述双向电能计量模块包括电能计量芯片及与所述电能计量芯片相连的电流采样电路和电压采样电路；所述计量辅助电路模块包括电源电路和时钟电路。

在上述电动汽车智能充放电控制及计量装置中，所述充放电计量装置和充放电控制装置均连接于v2g电站后台管理系统；

所述充放电控制装置和充放电计量装置为一体结构，且所述控制芯片和计量芯片为同一单片机芯片；所述计量辅助电路模块和控制辅助电路模块为同一辅助电路模块；所述显示模块、人机交互模块、输出模块和输入模块的操作和显示面板均位于同一控制面板上。

一种分布式储能电源系统，包括分布式电源、负荷、v2g电站、无功补偿装置、变压器、电网，以及所述的电动汽车智能充放电控制及计量装置和app模块，所述电动汽车智能充放电控制及计量装置安装在电动汽车或充电桩上且连接所述app模块和v2g电站，所述分布式电源、负荷、v2g电站、无功补偿装置均直接或间接连接于变压器的低压侧母线，所述电网连接于所述变压器的高压侧母线。

一种基于电动汽车智能充放电控制及计量装置的控制及计量方法，包括：

s1.电动汽车通过v2g电站的充电桩接入电网，并接收车主上传的充放电控制参数；

s2.根据充放电控制参数控制电动汽车为放电形式或充电形式。

在上述的电动汽车智能充放电控制及计量装置的控制及计量方法中，在步骤s1中，所述充放电控制参数包括取车时间、未来行驶里程、期望放电电价和期望充电电价参数，且用户通过充放电控制装置或app模块输入所述充放电控制参数。

在上述的电动汽车智能充放电控制及计量装置的控制及计量方法中，步骤s2具体包括：

s21.对所述电动汽车的电池荷电状态信息实时测量；

s22.若当前电池荷电状态大于未来里程行驶所需的荷电状态，且当前电网放电电价大于期望放电电价，则控制电池为放电形式。

s23.若当前电池荷荷电状态小于未来里程行驶所需的荷电状态，且当前电网充电电价小于期望充电电价，则控制电池为充电形式；

s24.在取车时间前的未来里程行驶所需电池荷电状态的充电时间段内控制电池为强制充电形式。

在上述的电动汽车智能充放电控制及计量装置的控制及计量方法中，在步骤s2中还包括：

在充放电的过程中通过led显示屏显示取车时间、未来里程、期望放电电价、期望充电电价，以及实时电动汽车充电电价和放电电价；通过多个状态指示灯分别指示充电状态、放电状态、充放电完成状态以及工作正常状态和无线通讯状态；

且当接收到v2g电站的反馈需求信息时执行步骤s22；当接收到v2g电站的充电需求时执行步骤s23。

在上述的电动汽车智能充放电控制及计量装置的控制及计量方法中，在步骤s2之前还包括：在车主放车刷ic卡时读取所述ic卡信息；

在步骤s2的充放电过程中持续记录电动汽车的充放电信息，并在车主取车刷ic卡时根据记录信息更新所述ic卡信息。

本发明的优点在于：对v2g电站增加充放电控制装置和充放电计量装置，使v2g电站不仅根据电网调度需求对电动汽车进行充放电控制，达到削封填谷的目的，而且能够将用户的需求考虑进去，满足个性化需求；根据用户设定的充放电控制参数使电动车参与调度的收益达到车主预期，并通过显示模块对收益进行显示，提高用户参与调度的积极性；具有强制充电功能满足用户基本用车需求，在用户需要使用车辆的时候无论其他因素是否满足充电要求，都对电动车辆进行充电直至电量满足未来行驶里程所需。

附图说明

图1是本发明实施例一中充放电控制装置的结构框图；

图2是本发明实施例一中充放电计量装置的结构框图；

图3是本发明实施例二中充放电控制及计量装置的结构框图；

图4是本发明实施例二中控制面板示意图；

图5是本发明实施例三中的系统结构框图。

附图标记：充放电控制装置1；控制芯片11；输入模块12；控制按键电路121；电池荷电状态测量电路122；输出模块13；第一led显示屏131；第一状态指示灯132；控制辅助电路模块14；电源电路141；时钟电路142；第一通讯模块15；无线通信模块151；充放电计量装置2；第二通讯模块21；can接口211；rs485接口212；显示模块22；第二led显示屏221；第二状态指示灯222；人机交互模块23；ic读卡器231；触摸显示屏232；交互按键电路233；微型打印机234；双向电能计量模块24；电能计量芯片241；电流采样电路242；电压采样电路243；计量辅助电路模块25；计量芯片26；单片机芯片3；辅助电路模块31；键盘电路32；led显示屏33；状态指示灯34分布式电源41；负荷42；v2g电站43；无功补偿装置44；变压器45；电网46；低压侧母线b0；高压侧母线b1。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细的说明。

实施例一

本实施例公开了一种电动汽车智能充放电控制及计量装置，包括充放电控制装置1和充放电计量装置2，且充放电控制装置1和充放电计量装置2均可安装于充电桩或电动汽车上。

其中如图1所示，充放电控制装置1包括控制芯片11，控制芯片11的输入端连接有输入模块12、控制辅助电路模块14和第一通讯模块15，控制芯片11的输出端连接有输出模块13和第一通讯模块15。

具体地，第一通讯模块15包括无线通信模块151；输入模块12包括控制按键电路121和电池荷电状态测量电路122；输出模块13包括第一led显示屏131和第一状态指示灯132；控制辅助电路模块14包括电源电路141和时钟电路142。并且充放电控制装置1通过第一通讯模块15连接于v2g电站后台管理系统和v2g电站电池管理系统。

用户通过控制按键电路121输入取车时间、未来行驶里程、期望放电电价和期望充电电价等充放电控制参数。此外控制芯片11通过无线通信模块151连接于app模块，用户能够通过该app模块远程修改或设置充放电控制参数；电池荷电状态测量电路122用于测量电动汽车电池的当前荷电，并将测量结果发送给控制芯片11；第一led显示屏131用于显示取车时间、未来行驶里程、期望放电电价和期望充电电价等充放电控制参数，以及电动汽车充电电价和放电电价等实际参数；第一状态指示灯132用于指示充电状态、放电状态、充放电完成状态以及工作正常状态和无线通讯状态灯状态。

进一步地，如图2所示，充放电计量装置2包括计量芯片26，计量芯片26连接有第二通讯模块21、显示模块22、人机交互模块23、双向电能计量模块24和计量辅助电路模块25。

其中，第二通讯模块21包括can接口211和rs485接口212，计量芯片26通过rs485接口212与v2g电站电池管理系统连接，通过can接口211与v2g电站后台管理系统连接；显示模块22包括第二led显示屏221和第二状态指示灯222；人机交互模块23包括ic读卡器231、触摸显示屏232和交互按键电路233，ic读卡器231为接触式ic读卡器，通过rs-232或485与计量芯片26连接，ic读卡器231用于读取ic卡内的信息，识别用户身份，以及进行充电费和放电收益的更新读写操作；双向电能计量模块24包括电能计量芯片241及与电能计量芯片241相连的电流采样电路242和电压采样电路243；计量辅助电路模块25包括电源电路141和时钟电路142。第二led显示屏221也可以用于显示显示取车时间、未来行驶里程、期望放电电价和期望充电电价等充放电控制参数，以及电动汽车充电电价和放电电价等实际参数；第二状态指示灯也可以用于指示充电状态、放电状态、充放电完成状态以及工作正常状态和无线通讯状态灯状态；交互按键电路233用于供用户与充放电计量装置2进行交互，用户能够通过交互按键电路233完成功能转换和各种充放电控制参数的设置。

进一步地，计量芯片26还连接有微型打印机234，为用户提供票据打印，票据上的信息包括充电时间，放电时间，充电量、放电量、充电费用、放电收益、ic卡内金额等内容。

本领域技术人员都应当知道v2g电站后台管理系统连接于v2g电站电池管理系统，v2g电站后台管理系统接收分布式储能管理中心的反馈或充电需求，并将反馈或充电需求发送给v2g电站电池管理系统，由v2g电池管理系统控制电动汽车充放电，v2g电站后台管理系统和v2g电站电池管理系统均采用现有技术，在此不进行赘述，且现有技术中v2g电站43电池管理系统直接根据电动汽车的电池电量和v2g电站后台管理系统接收到的反馈或充电需求控制电动汽车充电或放电。本发明增加充放电控制装置1，能够供用户将自己的需求输入，使v2g电站43能够同时考虑用户需求对电动汽车进行充放电控制，更加个性化；同时通过设置充放电计量装置2，将电动汽车充放电状态以及充放电的收益和费用进行显示并写入相应用户的ic卡，实现电动汽车与电网46之间能量双向交互的计费与结算，提高用户参与电网46调度的积极性。

实施例二

如图3所示，本实施例与实施例一类似，不同之处在于，本实施例的充放电控制装置1和充放电计量装置2为一体结构，且控制芯片11和计量芯片26为同一单片机芯片3，单片机芯片3连接有辅助电路模块31、键盘电路32、led显示屏33和状态指示灯34，以及充放电控制装置1和充放电计量装置2中的其他模块，该辅助电路模块31包括计量辅助电路模块25和控制辅助电路模块14，控制按键电路121和交互按键电路233位于同一键盘电路32，该键盘可以为电子键盘也可为机械键盘；led显示屏33包括第一led显示屏131和第二led显示屏221，状态指示灯34包括第一状态指示灯132和第二状态指示灯222。并且显示模块22、人机交互模块23、输出模块13和输入模块12的操作和显示面板均位于同一控制面板上，控制面板示意图如图4所示。

实施例三

如图5所示，本实施例提供了一种分布式储能电源系统，包括分布式电源41、负荷42、v2g电站43、无功补偿装置44、变压器45、电网46，以及实施例一或实施例二中电动汽车智能充放电控制及计量装置和app模块，电动汽车智能充放电控制及计量装置安装在电动汽车或充电桩上且连接于app模块和v2g电站43，分布式电源41、负荷42、v2g电站43、无功补偿装置44均直接或间接连接于变压器45的低压侧母线b0，电网46连接于变压器45的高压侧母线b1。分布式电源41可以为风力发电机组、光伏发电机组及飞轮或化学电池储能等。

实施例四

本实施例公开了一种基于电动汽车智能充放电控制及计量装置的控制及计量方法，包括：

s1.电动汽车通过v2g电站43的充电桩接入电网46，并接收车主上传的充放电控制参数；

s2.根据充放电控制参数控制电动汽车为放电形式或充电形式。

进一步地，在步骤s1中，充放电控制参数包括取车时间、未来行驶里程、期望放电电价和期望充电电价参数等参数，且用户可通过充放电控制装置1或app模块输入充放电控制参数。

进一步地，步骤s2具体包括：

s21.对电动汽车的电池荷电状态信息实时测量；通过该步骤获取电动汽车的实时电量；

s22.若当前电池荷电状态大于未来里程行驶所需的荷电状态，且当前电网放电电价大于期望放电电价，则控制电池为放电形式；通过该步骤将多余的电量在电价高的时候反馈给电网，从而达到放电收益目的；

s23.若当前电池荷荷电状态小于未来里程行驶所需的荷电状态，且当前电网充电电价小于期望充电电价，则控制电池为充电形式；通过该步骤，在电量不足的情况下，在电价低的时候仅充电，从而达到降低充电费用的目的；

s24.在取车时间前的未来里程行驶所需电池荷电状态的充电时间段内控制电池为强制充电形式。通过该步骤可优先强制进行电动汽车充电任务，实现电动汽车的基本驾驶功能。

优选地，在步骤s2中还包括：

在充放电的过程中通过led显示屏显示取车时间、未来里程、期望放电电价、期望充电电价，以及实时电动汽车充电电价和放电电价；通过多个状态指示灯分别指示充电状态、放电状态、充放电完成状态以及工作正常状态和无线通讯状态；

优选地，且当接收到v2g电站43的反馈需求信息时执行步骤s22；当接收到v2g电站43的充电需求时执行步骤s23。v2电站接收的是分布式储能管理中心的反馈或充电需求，当需要进行电网46调度的时候分布式储能管理中心将调度信息，也就是反馈需求发送给各个v2g电站43，当不需要调度的时候分布式储能管理中心将不调度的信息，也就是充电需求信息发送给v2g电站43，v2g电站43同时根据反馈需求用户设定的充放电控制参数控制各辆电动汽车进行充放电控制，能够同时满足电网调度需求和用户个人需求。

进一步地，在步骤s2之前还包括：在车主放车刷ic卡时读取ic卡信息；在步骤s2的充放电过程中持续记录电动汽车的充放电信息，并在车主取车刷ic卡时根据记录信息更新ic卡信息，ic卡信息包括用户身份信息、累计/本次充电时间、累计/本次放电时间，累计/本次充电量、累计/本次放电量，累计/本次充电费，累计/本次放电收益，当前余额等ic卡信息，其中除了用户身份信息，其余信息在用户每次充放电的后均根据用电量、放电量、充放电时间等参数更新。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

尽管本文较多地使用了充放电控制装置1；控制芯片11；输入模块12；控制按键电路121；电池荷电状态测量电路122；输出模块13；第一led显示屏131；第一状态指示灯132；控制辅助电路模块14；电源电路141；时钟电路142；第一通讯模块15；无线通信模块151；充放电计量装置2；第二通讯模块21；can接口211；rs485接口212；显示模块22；第二led显示屏221；第二状态指示灯222；人机交互模块23；ic读卡器231；触摸显示屏232；交互按键电路233；微型打印机234；双向电能计量模块24；电能计量芯片241；电流采样电路242；电压采样电路243；计量辅助电路模块25；计量芯片26；单片机芯片3；辅助电路模块31；键盘电路32；led显示屏33；状态指示灯34分布式电源41；负荷42；v2g电站43；无功补偿装置44；变压器45；电网46；低压侧母线b0；高压侧母线b1等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。