一种充电桩系统的智能监控方法
【专利摘要】本发明公开了一种充电桩系统的智能监控方法，通过该方法向充电终端下发针对电动汽车电池的充电特性曲线，充电终端在根据电池的充放电次数及温度等变量修正充电特性曲线，然后给电动汽车电池充电，提高了电动汽车的充电效率以及电池的安全性和使用寿命，此外该系统还解决了目前电动汽车充电桩网侧谐波含量比较大的问题，且能够滤除负载电流中的基波无功电流、负序电流、零序电流和谐波电流，只留下基波正序有功分量，避免了零序泄露误差的影响，极大提升了充电的效率和安全性。
【专利说明】一种充电桩系统的智能监控方法 所属技术领域
[0001] 本发明涉一种充电粧系统的智能监控方法。
【背景技术】
[0002] 随着全球能源危机的不断加深，石油资源的日趋枯竭以及大气污染、全球气温上 升的危害加剧，节能和减排是未来汽车技术发展的主攻方向。日本丰田公司率先开发出混 合动力汽车Prius，揭开了电动汽车的时代序幕。电动汽车作为新一代的交通工具，在节能 减排、减少人类对传统化石能源的依赖方面具备传统汽车不可比拟的优势。2009年以来，中 国政府密集出台了鼓励电动汽车及相关行业发展的政策措施，企业对电动汽车的研发和产 业化投入显著增强。
[0003] 当电动汽车充电电池能源消耗到一定程度时，就需要使用能源供给装置对该电池 进行充电，以保证电动汽车重复使用，达到"以电代油"的目的，因此能源供给装置对电动汽 车的推广使用具有不可替代的作用。能源供给装置主要有两种形式，一种是直流充电粧，该 充电粧功率较大，1 〇〇kW左右，充电时间短，体积比较大，因此一般安装在固定的地点；另一 种是交流充电粧，直接利用交流电网，输出交流电能，通过电动汽车自带的车载充电粧将交 流电能转换为直流电能为充电电池进行充电。该种充电形式功率较小，一般为10kW左右，充 电时间长，体积小，因此可以充分利用城市的各个角落为电动汽车进行充电。
[0004] 电动汽车是以电池作为能量来源，通过控制器、电机等部件，将电能转化为机械能 运动，以控制电流大小改变速度的车辆。现有的电动汽车包括电动汽车和电动自行车。电 动汽车的充电一般需要用户自行解决或者建设专门的充电粧。现有的公共充电粧数量不 足。同时由于各厂家的充电接口各不相同，使得建立统一的电动汽车充电站存在困难。
[0005] 由于充电粧采用的充电粧和所带的负载是非线性设备，因此在运行时会给电网的 电能质量带来不好的影响，主要体现在电网功率因数下降和给电网带来谐波污染等方面。 其中谐波污染对电网造成的危害主要有以下几个方面:谐波电流造成的电压和发热情况会 导致功率因数补偿电容器的使用寿命缩短；由于机械振动会受到基波频率磁场和谐波电流 的影响，当机械谐振频率和电气励磁频率相等时，会发生共振从而产生更大的机械应力，破 坏设备;谐波会导致系统对电压过零和电压为零的点判断失误;谐波电流会造成变压器铁 损和铜损的增加;对电子设备和继电保护产生干扰;谐波电流会导致设备误动作，可能会中 断生产和运行。
【发明内容】
[0006] 为解决上述问题，本发明提供一种充电粧系统的智能监控方法，通过该方法向充 电终端下发针对电动汽车电池的充电特性曲线，充电终端在根据电池的充放电次数及温度 等变量修正充电特性曲线，然后给电动汽车电池充电，提高了电动汽车的充电效率以及电 池的安全性和使用寿命，此外该系统还解决了目前电动汽车充电粧网侧谐波含量比较大的 问题，且能够滤除负载电流中的基波无功电流、负序电流、零序电流和谐波电流，只留下基 波正序有功分量，避免了零序泄露误差的影响，极大提升了充电的效率和安全性。
[0007] 为了实现上述目的，本发明提供一种智能充电粧系统的监控方法，该监控方法包 括如下步骤：
[0008] S1.充电终端与充电的电动汽车进行数据连接，识别获取电动汽车的电池类别；
[0009] S2.各充电终端根据进行充电的电动汽车类别向充电服务及控制模块获取充电曲 线信息，并根据充电曲线信息控制充电进程；
[0010] S3.充电系统装运行期间，实时检测充电粧系统的系统无功和谐波电流大小；
[0011] S4.根据检测到的系统无功和谐波电流大小，实时进行无功动态补偿和谐波滤除， 保障充电粧系统安全经济运行。
[0012] 优选的，在步骤S1中，电动汽车的电池类别由充电终端通过与电动汽车的数据连 接获取，也即，通过充电终端连接电动汽车的数据接口来获取其类别。
[0013] 优选的，在步骤S2中，包括如下子步骤：
[0014] S21.充电终端获取到电动汽车类别后，将其发送到充电服务及控制模块请求对应 的充电曲线信息；
[0015] S22.充电服务及控制模块根据电池类别查询获取充电曲线信息；
[0016] S23.充电服务及控制模块根据请求下发充电曲线信息。
[0017]优选的，在S2的充电进程中，充电终端可以根据用户设置以预定时间充电、预定电 量充电等不同充电方式进行充电，从而方便电动汽车用户使用。
[0018] 优选的，在S2的充电进程中，充电终端还用于记录充电电量，并将充电电量上报到 充电服务及控制模块
[0019] 在S3中，谐波电流的检测具体步骤为：
[0020] S31.将负载电流ia、ib、ic分解成基波i al、ibl、icl与谐波iak、ibk、ick之和；
[0021] S32.考虑到三相不平衡，将电流基波电流"1、^1、丨。 1分为正序、零序和负序分量， 贝1J谐波电流"、ibk、ick也可以分解为正序、零序和负序分量；
[0024]中是分别为基波正序和负序分量，Ik+、Ik-分别为k次谐波正序和负序分量， θι-是基波负序的初始相位，9k+、0k-分别是k次谐波正序和负序的初始相位。上式谐波频率最 低可达100Hz，经过低通滤波器(LFP)，则三相瞬时功率中的谐波分量就能完全滤去，只剩下
从而可以得到滤除了负载电流中的基波无功电流、负序电流、零 序电流和谐波电流，只留下基波正序有功分量，避免了零序泄露误差的影响。
[0025]优选的，若考虑到三相不平衡的情况，则可以将负载侧基波电流分解为正序、负序 和零序分量，则谐波电流也可以分解为正序、负序和零序分量iak、ibk、ick$*
[0031] 其中是分别为基波正序和负序分量，Ik+、Ik-、Ik〇分别为k次谐波正序和 负序分量，θι-是基波负序的初始相位，9k+、0k_分别是k次谐波正序和负序的初始相位，φ是 功率因数角。
[0032]优选的，在步骤S4中，具体采用如下无功动态补偿方法实现无功动态补偿和谐波 滤除：
[0033] S41.通过谐波检测模块检测到系统无功和谐波电流大小，作为指令信号，与PWM变 流器的输出电流进行比较，误差大小与滞环比较器的环宽相比较得到一组PWM波；
[0034] S42. Ρ丽波发送给功率器件的控制端控制功率器件的开关，跟随无功和谐波电流；
[0035] S43 .PWM变流器将与无功和谐波电流大小相等，方向相反的电流注入到配电网侧， 与配电网侧中包含的无功和谐波电流相互抵消，从而达到消除配电网侧无功和谐波电流的 目的。
[0036] 本发明具有如下优点：（1)通过该系统向充电终端下发针对电动汽车电池的充电 特性曲线，充电终端在根据电池的充放电次数及温度等变量修正充电特性曲线，然后给电 动汽车电池充电，提高了电动汽车的充电效率以及电池的安全性和使用寿命；（2)通过该系 统，解决了目前电动汽车充电粧网侧谐波含量比较大的问题，且能够滤除负载电流中的基 波无功电流、负序电流、零序电流和谐波电流，只留下基波正序有功分量，避免了零序泄露 误差的影响。
【附图说明】
[0037] 图1示出了本发明的一种智能充电粧系统的框图；
[0038] 图2示出了一种充电粧系统的智能监控方法的流程图。
【具体实施方式】
[0039] 图1示出了一种智能充电粧系统10的框图，该系统10包括：
[0040]谐波检测模块11，用于实时检测充电粧系统10的无功和谐波电流大小；
[0041 ]多个充电终端12，用于对多个电动汽车的电池组30进行充电；
[0042] 有源电力滤波器13,用于实时对充电粧系统进行谐波滤除，提高充电粧系统运行 的功率因素；
[0043] 充电服务及控制模块14，用于控制充电粧系统10的运行，包括控制上述每个充电 终端12对电池组的充电功率，控制有源电力滤波器13对充电粧系统10的进行谐波滤除； [0044]其中，各充电终端12定时向充电服务及控制模块上报状态信息，所述充电服务及 控制模块14还可用于用于存储所有充电终端13的位置以及所述状态信息。
[0045] 优选的，所述充电服务及控制模块14还存储有不同类别的电池的充电曲线信息， 所述充电终端12用于从所述充电服务及控制模块14获取进行充电的电动汽车的电池类别 对应的所述充电曲线信息，并根据所述充电曲线信息控制充电进程。
[0046] 优选的，所述充电终端12还用于记录充电电量并上报到充电服务及控制模块14。
[0047] 优选地，所述充电终端12包括：
[0048] 通信装置，用于与充电服务及控制模块以及所述应用终端进行通信；
[0049] 程控电源，用于根据控制进行充电；
[0050] 充电接口，与所述程控电源连接，用于连接电动汽车；
[0051]电量计量装置，用于计量充电电量。
[0052] 所述有源电力滤波器13包括：电感一L1、电感二L2、非线性负载W、PWM变流器S、电 容C，配电网分别与电感一L1、电感二L2,电感一L1的另一端连接到非线性负载W，电感二L2 的另一端连接PWM变流器S，PWM变流器S并联有电容C，配电网的接入端和电容C通过电压采 样A/D模块1分别连接到指令电流运算器输入端和PWM发生器输入端，电容C的两端通过电压 采样A/D模块和PI调节器连接到指令电流运算器输入端，电感一L1的输入端连接电流采样 A/D模块连接到指令电流运算器输入端，PWM变流器S的输入端通过电流采样A/D模块连接到 指令电流运算器输出端，指令电流运算器输出端连接到PWM发生器输入端。
[0053]所述谐波检测模块11采用如下方式检测充电粧系统10中的谐波分量：
[0054] 将负载电流ia、ib、ic分解成基波ial、i bl、icl与谐波iak、ibk、ick之和；
[0055]考虑到三相不平衡，将电流基波电流"1^1、1。1分为正序、零序和负序分量，则谐 波电流"、1&、1。15也可以分解为正序、零序和负序分量；
[0058]其中是分别为基波正序和负序分量，Ik+、Ik-分别为k次谐波正序和负序分 量，θι-是基波负序的初始相位，9k+、0k-分别是k次谐波正序和负序的初始相位。上式谐波频 率最低可达100Hz，经过低通滤波器(LFP)，则三相瞬时功率中的谐波分量就能完全滤去，只
从而可以得到滤除了负载电流中的基波无功电流、负序电流、 ? 零序电流和谐波电流，只留下基波正序有功分量，避免了零序泄露误差的影响。
[0059] 所述有源电力滤波器13采用如下方式消除谐波：
[0060] 通过谐波检测模块11检测到系统无功和谐波电流大小，作为指令信号，与PWM变流 器的输出电流进行比较，误差大小与滞环比较器的环宽相比较得到一组PWM波；
[0061] PWM波发送给功率器件的控制端控制功率器件的开关，跟随无功和谐波电流；
[0062] PWM变流器将与无功和谐波电流大小相等，方向相反的电流注入到配电网侧，与配 电网侧中包含的无功和谐波电流相互抵消，从而达到消除配电网侧无功和谐波电流的目 的。
[0063] 图2示出了一种智能充电粧系统的监控方法的流程图。该监控方法包括如下步骤：
[0064] S1.充电终端与充电的电动汽车进行数据连接，识别获取电动汽车的电池类别；
[0065] S2.各充电终端根据进行充电的电动汽车类别向充电服务及控制模块获取充电曲 线信息，并根据充电曲线信息控制充电进程；
[0066] S3.充电系统装运行期间，实时检测充电粧系统的系统无功和谐波电流大小；
[0067] S4.根据检测到的系统无功和谐波电流大小，实时进行无功动态补偿和谐波滤除， 保障充电粧系统安全经济运行。
[0068] 优选的，在步骤S1中，电动汽车的电池类别由充电终端通过与电动汽车的数据连 接获取，也即，通过充电终端连接电动汽车的数据接口来获取其类别。
[0069] 优选的，在步骤S2中，包括如下子步骤：
[0070] S21.充电终端获取到电动汽车类别后，将其发送到充电服务及控制模块请求对应 的充电曲线信息；
[0071 ] S22.充电服务及控制模块根据电池类别查询获取充电曲线信息；
[0072] S23.充电服务及控制模块根据请求下发充电曲线信息。
[0073] 优选的，在S2的充电进程中，充电终端可以根据用户设置以预定时间充电、预定电 量充电等不同充电方式进行充电，从而方便电动汽车用户使用。
[0074] 优选的，在S2的充电进程中，充电终端还用于记录充电电量，并将充电电量上报到 充电服务及控制模块
[0075] 在S3中，谐波电流的检测具体步骤为：
[0076] S31.将负载电流ia、ib、ic分解成基波i al、ibl、icl与谐波iak、ibk、ick之和；
[0077] S32.考虑到三相不平衡，将电流基波电流"1上1、丨。 1分为正序、零序和负序分量， 贝1J谐波电流"、ibk、ick也可以分解为正序、零序和负序分量；
[0080]中Ιι+、Ιι-是分别为基波正序和负序分量，Ik+、Ik-分别为k次谐波正序和负序分量， 01-是基波负序的初始相位，9k+、0k-分别是k次谐波正序和负序的初始相位。上式谐波频率最 低可达100HZ，经过低通滤波器(LFP)，则三相瞬时功率中的谐波分量就能完全滤去，只剩下 从而可以得到滤除了负载电流中的基波无功电流、负序电流、零
? 序电流和谐波电流，只留下基波正序有功分量，避免了零序泄露误差的影响。
[0081]优选的，若考虑到三相不平衡的情况，则可以将负载侧基波电流分解为正序、负序 和零序分量，则谐波电流也可以分解为正序、负序和零序分量iak、ibk、ick$*
[0087] 其中是分别为基波正序和负序分量，Ik+、Ik-、Ik〇分别为k次谐波正序和 负序分量，θι-是基波负序的初始相位，9k+、9k-分别是k次谐波正序和负序的初始相位，φ是 功率因数角。
[0088] 优选的，在步骤S4中，具体采用如下无功动态补偿方法实现无功动态补偿和谐波 滤除：
[0089] S41.通过谐波检测模块检测到系统无功和谐波电流大小，作为指令信号，与PWM变 流器的输出电流进行比较，误差大小与滞环比较器的环宽相比较得到一组PWM波；
[0090] S42. Ρ丽波发送给功率器件的控制端控制功率器件的开关，跟随无功和谐波电流；
[0091 ] S43 .PWM变流器将与无功和谐波电流大小相等，方向相反的电流注入到配电网侧， 与配电网侧中包含的无功和谐波电流相互抵消，从而达到消除配电网侧无功和谐波电流的 目的。
[0092]以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定 本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在 不脱离本发明构思的前提下，做出若干等同替代或明显变型，而且性能或用途相同，都应当 视为属于本发明的保护范围。
【主权项】
1. 一种智能充电粧系统的监控方法，其特征在于，包括如下步骤：51. 充电终端与充电的电动汽车进行数据连接，识别获取电动汽车的电池类别；52. 各充电终端根据进行充电的电动汽车类别向充电服务及控制模块获取充电曲线信 息，并根据充电曲线信息控制充电进程；53. 充电系统装运行期间，实时检测充电粧系统的系统无功和谐波电流大小；54. 根据检测到的系统无功和谐波电流大小，实时进行无功动态补偿和谐波滤除，保障 充电粧系统安全经济运行。2. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤Sl中，电动汽车的电池类别由充电终 端通过与电动汽车的数据连接获取，也即，通过充电终端连接电动汽车的数据接口来获取 其类别。3. 如权利要求2所述的方法，其特征在于，在步骤S2中，包括如下子步骤：521. 充电终端获取到电动汽车类别后，将其发送到充电服务及控制模块请求对应的充 电曲线信息；522. 充电服务及控制模块根据电池类别查询获取充电曲线信息；523. 充电服务及控制模块根据请求下发充电曲线信息。4. 如权利要求3所述的方法，其特征在于，在S2的充电进程中，充电终端可以根据用户 设置以预定时间充电、预定电量充电等不同充电方式进行充电，从而方便电动汽车用户使 用。5. 如权利要求4所述的方法，其特征在于，在S2的充电进程中，充电终端还用于记录充 电电量，并将充电电量上报到充电服务及控制模块。6. 如权利要求5所述的方法，其特征在于，在S3中，谐波电流的检测具体步骤为：531. 将负载电流ia、ib、i。分解成基波iai、ibi、ici与谐波iak、ibk、ick之和；532. 考虑到三相不平衡，将电流基波电流ial、ibl、"分为正序、零序和负序分量，则谐 波电流"、1&、1。1 5也可以分解为正序、零序和负序分量；533. 三相瞬时功2将上述步骤得到的分解结果代入该式，可得：中Ιι+、Ιι-是分别为基波正序和负序分量，Ik+、Ik-分别为k次谐波正序和负序分量，Q1-是 基波负序的初始相位，9k+、0k_分别是k次谐波正序和负序的初始相位，上式谐波频率最低可 达IOOHz，经过低通滤波器(LFP)，则三相瞬时功率中的谐波分量就能完全滤去，只剩下稳态从而可以得到滤除了负载电流中的基波无功电流、负序电流、零序电 流和谐波电流，只留下基波正序有功分量，避免了零序泄露误差的影响。7. 如权利要求5所述的方法，其特征在于，若考虑到三相不平衡的情况，则可以将负载 侦_波电流分解为正序、负序和零序分量"上以&则谐波电流也可以分解为正序义序 和零序分量i ak、ibk、ick，其中三相瞬时功率P上述分解的分量分别代入该式，可 得；其中Ii+、Ii-UiQ是分别为基汲止序和货序分重，Ik+、lk-、lk〇分别为k次谐汲止序和负序 分量，θρ是基波负序的初始相位，0k+、0k_分别是k次谐波正序和负序的初始相位，φ是功率 因数角。8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，在步骤S4中，具体采用如下无功动态补偿方 法实现无功动态补偿和谐波滤除：541. 通过谐波检测模块检测到系统无功和谐波电流大小，作为指令信号，与PWM变流器 的输出电流进行比较，误差大小与滞环比较器的环宽相比较得到一组PWM波； 542. PffM波发送给功率器件的控制端控制功率器件的开关，跟随无功和谐波电流； 543. PWM变流器将与无功和谐波电流大小相等，方向相反的电流注入到配电网侧，与配 电网侧中包含的无功和谐波电流相互抵消，从而达到消除配电网侧无功和谐波电流的目 的。
【文档编号】B60L11/18GK106026278SQ201610520218
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年7月1日
【发明人】吴文坚
【申请人】吴文坚