一种充电桩智能充电方法及智能充电桩系统与流程

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本发明为申请号2019104694847、申请日为2019年05月31日、发明名称为“一种智能充电桩错峰充电方法及智能充电桩系统”的分案申请。

本发明涉及充电桩充电控制技术领域，尤其涉及一种充电桩智能充电方法及智能充电桩系统。

背景技术：

在政策扶持引导和市场驱动下，我国新能源产业继续快速增长，新能源汽车产销居全球首位，其中充电设施的建设为新能源汽车发展做出积极贡献。充电设施就其使用场景看可分为私人随车配建充电桩和公共充电桩，2018年全年，公共类充电基础设施稳定增长，随车配建充电设施增速较快，截止2018年12月底，来自中国电动汽车充电基础设施促进联盟的数据统计，公共充电桩总量33.1万台，随车配建充电桩总量47.7万台。所以，对于纯电动汽车消费者而言，私人随车配建安装在住家小区内的充电桩是更为重要且常用的一种能源补充方式。

虽然家用充电桩的建设为电动汽车的发展做出了积极贡献，但同时也给公共配电网带来了巨大挑战，因为大多数用户的充电习惯是下班回到家停好车后将充电枪与车连接，随即开始充电，使得家用桩的用电高峰与居民用电高峰发生重叠，导致公共配电网负荷加剧的问题。而且针对个人来说没有利用国家制定的分时电价政策，没有做到减少充电费用节省成本。

现有技术中也提出了一些错峰充电的解决方案，例如专利公布号为cn108790893a的专利，其提供的方案是在车辆连接充电桩之后，判断当时是否处于用电高峰，如果是，则延时至非峰电价时段充电或利用储能模块充电，现有技术中没有对充电桩错峰充电计划的智能规划方案。

技术实现要素：

为了解决现有技术的问题，本发明提供了一种充电桩智能充电方法及智能充电桩系统，根据设定的充电条件，自动规划错峰充电时间段方案，减轻高峰用电的电网负担，降低用户的充电费用。所述技术方案如下：

一方面，本发明提供了一种智能充电桩错峰充电方法，包括以下步骤：

s1、接收用户设置的充电需求信息，所述充电需求信息包括用车时间、目标电量和开始时间；

s2、获取车辆当前剩余电量信息，根据充电桩功率，计算充电达到所述目标电量所需的充电时长；并获取从开始时间到用车时间跨度内所在地的分段电价信息，并按照分段电价信息由低到高排列得到对应的时间分段；

s3、判断最低分段电价对应的一个或多个时间分段的时间总和是否大于所需的充电时长，若是，从最低分段电价对应的一个或多个时间分段中选择充电时间段方案，使选择的所述充电时间段方案的时间总和等于所需的充电时长；否则，按照从较低分段电价到次低分段电价的顺序，在不同的时间分段内选择充电时间段方案，直至选择的充电时间段方案的时间总和等于所需的充电时长；

s4、按照选择的充电时间段方案实施充电操作，在所述充电时间段方案以外的时间内执行暂停充电操作。

可选地，在执行步骤s1之后，还包括执行以下操作：

查询是否存在开启的其他充电需求方案，若存在，则判断用户设置的开始时间至用车时间的时间段是否与其他充电需求方案中的开始时间至用车时间的时间段重合或部分重合，若是，则修改用户当前设置的充电需求信息或关闭所述其他充电需求方案同时执行步骤s2-s4，否则执行步骤s2-s4。

可选地，在执行步骤s4之前，还包括执行以下操作：

查询是否存在开启的其他充电时间段方案，若存在，则判断当前充电时间段方案是否与其他充电时间段方案具有重合或部分重合的充电时间段，若是，则修改用户当前设置的充电需求信息后再执行s2-s3或关闭所述其他充电时间段方案同时执行步骤s4，否则执行步骤s4。

进一步地，所述方法还包括，在执行步骤s2之前执行以下操作：

判断当前剩余电量信息是否高于预设的安全电量阈值，若是，则执行步骤s2；若否，则根据充电桩功率，计算从当前剩余电量充电达到所述安全电量阈值所需的预充电时长，并将当前剩余电量信息更新为安全电量阈值；并判断充电达到所述安全电量阈值时的时间是否超过用户设置的所述开始时间，若超过，则将所述开始时间更新为当前时间加上预充电时长后执行步骤s2。

进一步地，用户设置的所述充电需求信息还包括重复规则，所述重复规则包括周一至周日任意选择，或者仅一次生效。

进一步地，若在执行步骤s4过程中充电过程发生异常，则将所述开始时间更新为异常消除时的当前时间，并根据车辆当前实时剩余电量重新执行步骤s2-s4。

进一步地，在重新执行步骤s4之前，向客户端发送新的充电时间段方案，和/或在得到客户端的确认信息后执行s4。

进一步地，步骤s2中通过以下公式计算充电达到所述目标电量所需的充电时长：

其中，t为所需的充电时长，wt为目标电量，w0为车辆当前剩余电量，p为充电桩功率。

另一方面，本发明提供了一种错峰充电的智能充电桩系统，包括充电桩本体及服务器，所述服务器执行以下操作来控制充电桩开启充电或停止充电：

接收用户设置的充电需求信息，所述充电需求信息包括用车时间、目标电量和开始时间；

获取车辆当前剩余电量信息，根据充电桩功率，计算充电达到所述目标电量所需的充电时长；并获取从开始时间到用车时间跨度内所在地的分段电价信息，并按照分段电价信息由低到高排列得到对应的时间分段；

判断最低分段电价对应的一个或多个时间分段的时间总和是否大于所需的充电时长，若是，从最低分段电价对应的一个或多个时间分段中选择充电时间段方案，使选择的所述充电时间段方案的时间总和等于所需的充电时长；否则，按照从较低分段电价到次低分段电价的顺序，在不同的时间分段内选择充电时间段方案，直至选择的充电时间段方案的时间总和等于所需的充电时长；

按照选择的充电时间段方案实施充电操作，在所述充电时间段方案以外的时间内执行暂停充电操作。

进一步地，所述充电桩本体上设有与服务器通信的人机交互界面，所述人机交互界面用于供用户设置充电需求信息。

进一步地，所述系统还包括一个或多个客户端，所述充电桩本体上和/或客户端上设有一键启动按钮，所述一键启动按钮用于向服务器发送立即充电请求，所述服务器根据所述立即充电请求，控制充电桩立即开启充电。

本发明提供的技术方案带来的有益效果如下：

a.自动规划错峰充电时间段方案，减轻高峰用电的电网负担，降低用户的充电费用；

b.在错峰充电的同时，保障待充电车辆的电池安全电量，防止过低电量造成性能受损；

c.在智能充电过程中检测异常，提出了应对异常的充电方案修复方法；

d.存在方案冲突检测环节，不冲突的多个智能方案可以同时开启。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的智能充电桩错峰充电方法的流程图；

图2是本发明实施例提供的充电桩错峰充电且保障安全电量的方法流程图；

图3是本发明实施例提供的具有异常检测功能的充电桩错峰充电方法流程图；

图4是本发明实施例提供的错峰充电的智能充电桩系统的模块框图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，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的实施例，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，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、装置、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其他步骤或单元。

在本发明的一个实施例中，提供了一种充电桩智能充电方法，如图1所示，所述充电桩智能充电方法包括以下步骤：

s1、接收用户设置的充电需求信息。

具体地，所述充电需求信息包括用车时间、目标电量和开始时间，还可以设置重复规则，比如设置每周一至周五为从17:00开始到第二天07:00结束，目标为充满70％的电量，设置每周六至周日为从23:00开始至第二天08:30结束，目标为充满95％的电量。用户设置的充电重复规则还可以是仅一次生效。

s21、获取车辆当前剩余电量信息，根据充电桩功率，计算充电达到所述目标电量所需的充电时长。

具体地，当车辆连接充电桩的充电枪之后，车辆电池管理系统(bms)能够将车辆当前剩余电量信息发送给充电桩或服务器，比如当前剩余电量百分比为25％，根据车辆电池性能参数：电池总容量比如为60千瓦时，则剩余电量为15千瓦时的时候，对应的剩余电量百分比为25％，反之亦可以推算。

一般家用充电桩功率为慢充充电桩，以功率为7千瓦为例，电池需要从剩余电量20千瓦时充到55千瓦时，则所需的充电时长为(55-20)千瓦时/7千瓦＝5小时。

现有技术中，错峰充电是通过绕开高峰段进行充电，并充满至100％后自动停止充电，而本发明是通过用户设置的充电需求(其中，充电目标电量可灵活设置100％或其他百分比)合理规划充电时间(如果规划结果无法避开高峰段，则高峰段也会实行充电，这与现有技术是不同的)，同时设置目标电量为非100％也是本发明的一个创新点，可以确保电量不会100％充满，提升电池性能。

s22、获取从开始时间到用车时间跨度内所在地的分段电价信息，并按照分段电价信息由低到高排列得到对应的时间分段。

具体地，以上海为例，分时段电价表如下表1：

即以夏季为例，从开始时间9:00到用车时间19:00按照分段电价信息由低到高排列得到对应的时间分段如下：

表2

或者，同为平时段的11:00-13:00与15:00-18:00时间段可以调换顺序；又或者，同为峰时段的9:00-11:00、13:00-15:00、18:00-19:00时间段可以调换顺序。

对于其他开始时间-用车时间的情况，建立不同的分段电价信息由低到高排列得到对应的时间分段表。

以上步骤s21和s22合起来为步骤s2，且可以先执行s21后执行s22，也可以先执行s22后执行s21。

s3、判断最低分段电价对应的一个或多个时间分段的时间总和是否大于所需的充电时长，若是，从最低分段电价对应的一个或多个时间分段中选择充电时间段方案，使选择的所述充电时间段方案的时间总和等于所需的充电时长；否则，按照从较低分段电价到次低分段电价的顺序，在不同的时间分段内选择充电时间段方案，直至选择的充电时间段方案的时间总和等于所需的充电时长。

以上表2为例，即如果所需的充电时长为2.5小时，则从15:00-18:00中选取2.5小时，比如15:00-17:30或者15:30-18:00或者15:10-16:20加16:40-18:00之和的时间段作为最终的充电时间段方案；也可以选取11:00-13:00加15:00-15:30。

假如所需的充电时长为8小时，则按照表2可知，11:00-13:00的2小时，15:00-18:00的3小时组成平时段的5小时，再加上峰时段的3小时，可以组成8小时，即最终的充电时间段方案之一即为：9:00-14:00、15:00-18:00；或者另一充电时间段方案为9:00-13:00、15:00-19:00；或者另一充电时间段方案为11:00-19:00(不局限于以上三种)。

假如所需的充电时长超过10小时，则最终的充电时间段方案为从开始时间09:00到用车时间19:00(结束时间)的全程时间。

s4、按照选择的充电时间段方案实施充电操作，在所述充电时间段方案以外的时间内执行暂停充电操作。

以充电时间段方案为09:00-14:00、15:00-18:00为例，具体包括：从09:00-14:00为充电阶段，从14:00-15:00为等待充电阶段，从15:00-18:00为充电阶段并在18:00后停止充电，并随着时间到达用车时间19:00，充电方案执行完毕。

本发明是针对家用充电桩提出的充电方案，除了初始人工设置充电需求信息以外，无需人工干预，而是由充电系统自动规划并实施充电方案，这与现有技术中的错峰充电方案相比具有较大的不同，本发明实施例中，在设置好充电需求信息的前提下，用户将充电枪与车辆连接好就可以离开了，这是本发明的一个创新之处。

由于用户可以设置多种充电需求信息，则在执行方案之前需要查询是否存在开启的其他充电时间段方案，如果存在其他方案，需要判断当前方案与存在的其他方案是否冲突。判断是否冲突可以通过以下方式：

第一种比较简单的方式为，在执行s1之后就判断，用户设置的开始时间至用车时间的时间段是否与其他充电需求方案中的开始时间至用车时间的时间段重合或部分重合，比如当前设置用车时间为15:00，早于其他方案的开始时间18:00，则两个方案不冲突；或者设置周日的方案，与重复规则为周一到周五的其他方案是不冲突的；若是两个方案中的开始时间-用车时间的时间段有重叠，则可以认为是互为冲突方案。若冲突，则修改用户当前设置的充电需求信息或强制启用当前待开启的充电需求方案，即客户可以有至少两种选择：修改当前方案使得避免冲突，或者关闭其他现有方案，强制按照当前的用户设置来启动当前方案(继续执行步骤s2-s4)。若不存在开启的其他充电方案或者当前充电方案与其他充电方案不冲突，则直接执行步骤s2-s4。

第二种比较复杂的方式是在执行s4之前判断，当前(执行完s1-s3得到的)充电时间段方案是否与其他充电时间段方案具有重合或部分重合的充电时间段，所述当前充电时间段方案即通过s2和s3得到，比如从18:00-19:30为充电阶段，从19:30-01:30为等待充电阶段，从01:30-07:00为充电阶段，并随着时间到达用车时间07:00，充电方案执行完毕，则其充电时间段由两个充电阶段组成：18:00-19:30及01:30-07:00。若存在的其他充电时间段方案的充电时间段与之至少有部分重合，则可以认为是互为冲突方案。若冲突，则修改用户当前设置的充电需求信息后再执行s2-s3得到新的充电时间段方案后再判断是否与存在的其他方案冲突或强制启用当前待开启的充电时间段方案，即客户可以有至少两种选择：修改当前方案使得避免冲突，或者关闭其他现有方案，强制按照当前的充电时间段方案(继续执行步骤s4)。若不存在开启的其他充电方案或者当前充电方案与其他充电方案不冲突，则直接执行步骤s4。

第二种方式可以排除某些第一种方式判定为冲突，实际上并不冲突的充电方案，比如存在的其他方案的开始时间为18:00，用车时间为第二天07:00，充电时间段由两个充电阶段组成：18:00-19:30及第二天01:30-07:00。而当前设置的开始时间为1:00，用车时间为20:00，充电时间段比如只有一个小时，那么这一个小时一定是出自于02:00-05:00间的一个小时，这与第二天01:30-07:00是没有冲突的(尽管两个方案的开始时间-用车时间有18:00-20:00这部分重叠)。

以上两种冲突解决方案也是本发明的创新点之一，其使得在实施本发明的技术方案时，可以不限定于设置一条充电需求信息，尤其适合用于一个充电桩为多辆车充电服务的情况。

在本发明的一个优选实施例中，需要确保排除车辆电池处于低电量状态，一方面，这样可以避免低电量影响电池性能降低，另一方面，可以应付临时紧急用车的情况，为了实现上述方案，如图2所示，在执行步骤s2之前执行以下操作：

判断当前剩余电量信息是否高于预设的安全电量阈值(比如12千瓦时，这个可以由系统初始化设置，也可以用户根据实际需求设置及随时更改)，若是，则执行步骤s2；若否，则根据充电桩功率，计算从当前剩余电量(比如5千瓦时)充电达到所述安全电量阈值所需的预充电时长(比如(12-5)千瓦时/7千瓦＝1小时)，并将当前剩余电量信息更新为安全电量阈值(12千瓦时)；并判断充电达到所述安全电量阈值时的时间是否超过用户设置的所述开始时间，若超过，则将所述开始时间更新为当前时间加上预充电时长后执行步骤s2。比如当前时间为16:30，用户设置的开始时间为18:00，则执行步骤s2的时候，开始时间依然是18:00；比如当前时间为17:20，则在执行步骤s2的时候，开始时间需要更新为18:20。除了当前剩余电量和开始时间可能有更新，执行s2-s4的方法是与上述一致的，在此不再赘述。

现有技术中的错峰充电方案都限制在低峰时段开始为车辆充电，而本发明创新地提出优先考虑安全电量阈值的技术方案，即在插上充电枪的时候，先检测当前剩余电量，若低于安全电量阈值，则无论当前处于什么时段，哪怕是峰时段，也优先立即充电直至电量达到安全电量阈值，这使在出现计划外的临时用车的情况时，本发明实施例提供的充电方案能够更好地满足用户的出行需求，设置安全电量阈值本身没有操作性上的难度，但是，本领域技术人员不容易想到要这样设置，这构成本发明的一个创新点。

在本发明的一个优选实施例中，若在执行步骤s4过程中充电过程发生异常，如图3所示，则将所述开始时间更新为异常消除时的当前时间，并根据车辆当前实时剩余电量自动重新执行步骤s2-s4，或者在重新执行步骤s4之前，向客户端发送新的充电时间段方案，得到客户端的确认信息后执行s4。

具体地，所述异常可以包括但不限于充电桩短暂故障、车枪连接异常或者临时用车，比如，设置的方案中开始时间为18:00，但是实际连上车枪的时间为18:20，那么认定车枪连接异常，异常消除的当前时间18:20作为更新的开始时间来计算这次充电具体的时间段方案；或者在充电一段时间后，用户临时用车，则当用户再次将车枪连接上，此时作为更新的开始时间，以及当前实时剩余电量来计算这次充电的具体时间段方案。

现有技术中，对于故障的处理方式一般是终止当前操作，等待人工指令介入，但是在本发明实施例中，由于前述的由充电系统自动规划并实施充电方案，因此，在故障消除之后，系统会自动规划新的充电方案并自动执行，如果不采用本发明实施例的技术方案，一旦出现未知的短暂故障而终止充电动作，当客户用车时才发现车辆没有充上电，会严重影响用户的出行计划。因此，本发明实施例提供的故障消除后自动规划新的充电技术方案，使在到达用车时间时，用户车辆如预期地充到目标电量，而不受故障影响，这是本发明的一个创新点。

在本发明的另一个实施例中，提供了一种错峰充电的智能充电桩系统，如图4所示，所述系统包括充电桩本体及服务器，所述服务器执行以下操作来控制充电桩开启充电或停止充电：

接收用户设置的充电需求信息，所述充电需求信息包括用车时间、目标电量和开始时间；

获取车辆当前剩余电量信息，根据充电桩功率，计算充电达到所述目标电量所需的充电时长；并获取从开始时间到用车时间跨度内所在地的分段电价信息，并按照分段电价信息由低到高排列得到对应的时间分段；

判断最低分段电价对应的一个或多个时间分段的时间总和是否大于所需的充电时长，若是，从最低分段电价对应的一个或多个时间分段中选择充电时间段方案，使选择的所述充电时间段方案的时间总和等于所需的充电时长；否则，按照从较低分段电价到次低分段电价的顺序，在不同的时间分段内选择充电时间段方案，直至选择的充电时间段方案的时间总和等于所需的充电时长；

按照选择的充电时间段方案实施充电操作，在所述充电时间段方案以外的时间内执行暂停充电操作。

优选地，所述充电桩本体上设有与服务器通信的人机交互界面，所述人机交互界面用于供用户设置充电需求信息。更优选地，所述系统还包括一个或多个客户端，所述充电桩本体上和/或客户端上设有一键启动按钮，所述一键启动按钮用于向服务器发送立即充电请求，所述服务器根据所述立即充电请求，弃用上述智能错峰充电方案，而是控制充电桩立即开启充电，这样可以适应紧急用车的情况，充满自动结束或者由用户手动结束充电动作。此次快速开启充电模式不影响后续智能错峰充电方案的执行。

本发明根据设定的充电条件，自动规划错峰充电时间段方案，减轻高峰用电的电网负担，降低用户的充电费用。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，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。