负荷控制装置、交流充电系统及控制方法与流程

本发明涉及汽车充电领域，尤其涉及一种负荷控制装置、交流充电系统及控制方法。

背景技术：

电动汽车的普及已成为一种趋势，而为电动汽车充电的充电站包括独立的充电站及设置在居民小区内的充电站。对于设置在居民小区内的充电站，各个交流充电桩一般接入的是单相交流电，由于电动汽车充电负荷的随机特性给配电网运行带来很多的不确定性，例如，会增加电网的三相不平衡度。另外，考虑到目前由于商业及住宅小区早期未规划充电设施，而又为了配合电动汽车的发展，后期会普遍增加功率和体积均较小的交流充电桩来满足需求，会进一步加剧电网的三相不平衡度。

技术实现要素：

为解决现有技术中所存在的上述增加电网的三相不平衡度的问题，本发明提供一种负荷控制装置、交流充电系统及控制方法，能实现电网的三相平衡，提高电网质量。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种负荷控制装置，内置或外接于单相交流充电桩，包括：

通信模块，用于从后台配电监控系统实时获取总变压器的三相负荷信息；

切换开关，而且，所述切换开关的三个输入端分别连接三相供电线路，所述切换开关的输出端连接单相交流充电桩的功率输入端；

控制模块，用于根据所述三相负荷信息确定最小负荷相，通过控制所述切换开关使所述单相交流充电桩的功率输入端接入所述最小负荷相的供电线路，并在所述单相交流充电桩与电动汽车建立cp握手信号时，使用所述最小负荷相的供电线路为所述电动汽车进行充电。

优选地，所述控制模块，还用于获取所述单相交流充电桩的当前最大可用功率，并判断所述当前最大可用功率是否大于预设值，在大于预设值，且在所述单相交流充电桩与电动汽车建立cp握手信号时，使用所述最小负荷相的供电线路为所述电动汽车进行充电。

优选地，还包括cp产生模块，而且，

所述控制模块，还用于在所述单相交流充电桩与电动汽车建立cp握手信号时，根据所述电动汽车的需求功率及所述单相交流充电桩的当前最大可用功率、额定功率，确定pwm信号的最终占空比；

所述cp产生模块，用于根据所确定的最终占空比产生pwm信号，并通过cp线向所述电动汽车传送所述pwm信号。

优选地，

在所述负荷控制装置内置于所述单相交流充电桩时，

所述控制模块，用于将所述单相交流充电桩的当前最大可用功率及额定功率进行比较，并根据两者中的较小值确定pwm信号的第一占空比；在所述单相交流充电桩与电动汽车建立cp握手信号时，根据所述单相交流充电桩的额定功率及所述电动汽车的需求功率获取pwm信号的第二占空比，并对所述第一占空比及所述第二占空比进行比较，且将两者中的较小值确定为pwm信号的最终占空比；

在所述负荷控制装置外接于所述单相交流充电桩时，所述负荷控制装置还包括cp采样模块，而且，

所述cp采样模块，用于在所述单相交流充电桩与电动汽车建立cp握手信号时，从所述单相交流充电桩的主控板获取pwm信号的第二占空比；

所述控制模块，还用于将所述单相交流充电桩的当前最大可用功率及额定功率进行比较，并根据两者中的较小值确定pwm信号的第一占空比；及对所述第一占空比及所述第二占空比进行比较，并将两者中的较小值确定为pwm信号的最终占空比。

本发明还构造一种交流充电系统，包括总变压器，还包括：

用于实时获取总变压器的三相负荷信息的后台配电监控系统；及

多个单相交流充电桩，且所述单相交流充电桩与所述后台配电监控系统通信连接；

以上所述的负荷控制装置，且所述负荷控制装置内置或外接于所述单相交流充电桩。

本发明还构造一种交流充电控制方法，包括以下步骤：

步骤s10.从后台配电监控系统实时获取总变压器的三相负荷信息；

步骤s20.根据所述三相负荷信息确定最小负荷相，并通过控制切换开关使单相交流充电桩的功率输入端接入所述最小负荷相的供电线路，其中，所述切换开关的三个输入端分别连接三相供电线路，所述切换开关的输出端连接单相交流充电桩的功率输入端；

步骤s30.在判断出所述单相交流充电桩与电动汽车建立cp握手信号时，使用所述最小负荷相的供电线路为所述电动汽车进行充电。

优选地，在所述步骤s20和所述步骤s30之间，还包括以下步骤：

步骤s40.获取所述单相交流充电桩的当前最大可用功率；

步骤s50.判断所述当前最大可用功率是否大于预设值，若否，则执行所述步骤s40；若是，则执行所述步骤s30。

优选地，所述步骤s30包括以下步骤：

步骤s31.在判断出所述单相交流充电桩与电动汽车建立cp握手信号时，根据所述电动汽车的需求功率及所述单相交流充电桩的当前最大可用功率、额定功率，确定pwm信号的最终占空比；

步骤s32.根据所确定的pwm信号的最终占空比，通过cp线向所述电动汽车传送该pwm信号。

优选地，所述步骤s31包括以下步骤：

步骤s311.将所述单相交流充电桩的当前最大可用功率及额定功率进行比较，并根据两者中的较小值确定pwm信号的第一占空比；

步骤s312.在所述单相交流充电桩与电动汽车建立cp握手信号时，根据所述单相交流充电桩的额定功率及所述电动汽车的需求功率确定pwm信号的第二占空比；

步骤s313.对所述第一占空比及所述第二占空比进行比较，并将两者中的较小值确定为pwm信号的最终占空比。

实施本发明的技术方案，本发明的负荷控制装置可根据后台配电监控系统实时获取的三相用电负荷数据，来将单相交流充电桩的输入连接到负荷最小的一相线路，使商业或小区物业在不增加额外大功率无功补偿设备的前提下，实现电网的三相平衡，提高电网质量。

另外，本发明的负荷控制装置还通过改变cp信号pwm波的占空比来实现充电功率的调节，从而解决电力容量有限的已建小区无法实时进行电力负荷调度的问题和多品牌老旧充电桩在不断电的情况无法统一进行功率实时调节的问题。提高了已建小区负荷调度的灵活性和充电桩的利用率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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是本发明商业或小区交流充电系统的电路示意图；

图2是本发明提供的一种交流充电系统的第一实施例的结构示意图；

图3是图2中负荷控制装置的第一实施例的结构示意图；

图4是本发明提供的一种交流充电系统的第二实施例的结构示意图；

图5是图4中负荷控制装置的第一实施例的结构示意图；

图6是本发明提供的一种交流充电控制方法的第一实施例的流程示意图。

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。

图1是本发明商业或小区交流充电系统的电路示意图，在该交流充电系统中，后台配电监控系统20接入总变压器的供电线路，且用于实时获取总变压器的三相负荷信息。多个单相交流充电桩11、12、…、1n分别通过各自的负荷控制装置接入总变压器的供电线路，而且，每个单相交流充电桩11、12、…、1n均通过通信线与后台配电监控系统20进行连接，当然也可进行无线通信连接。需说明的是，在其它实施例中，负荷控制装置也可内置在单相交流充电桩内。

图2是本发明提供的一种交流充电系统的第一实施例的结构示意图，该实施例的交流充电系统包括单相交流充电桩及外接于该单相交流充电桩的负荷控制装置102，且该单相交流充电桩包括充电枪(未示出)、主控板101。另外，负荷控制装置102接入总变压器的a、b、c三相供电线路及零线n。当该单相交流充电桩激活(例如用户触发)后，负荷控制装置102从后台配电监控系统20实时获取三相负荷信息，并切换至负荷最小的相线来供电。

进一步地，在该实施例的单相交流充电桩内，cp信号作为单相交流充电桩与电动汽车的充电连接桥梁，电动汽车通过改变cp信号的电平幅值来反馈充电枪的连接就绪、充电开始、充电终止等状态，负荷控制装置102通过改变cp信号pwm波的最终占空比来调节电动汽车的充电功率，从而在单相交流充电桩不停止工作的情况下实现电力负荷调度。

综上，本发明的单相交流充电桩为具有三相供电线路选择、功率调度功能的充电桩，另外，该单相交流充电桩还包括有计量模块、显示模块等。

图3是图2中负荷控制装置的第一实施例的结构示意图，该实施例的负荷控制装置包括有：控制模块1021、通信模块1022、切换开关1023。其中，通信模块1022用于从后台配电监控系统实时获取总变压器的三相负荷信息，该通信模块1022例如为串口通信模块，其通过串口方式将每相配电的实时负载数据传送至控制模块1021。切换开关1023具有四个输入端及两个输出端，而且，该切换开关1023的三个输入端分别连接三相供电线路，另一个输入端接零线，该切换开关的两输出端分别连接单相交流充电桩(未示出)的两交流输入端，当然在其它实施例中，切换开关也可选择三选一的切换开关，且其三个输入端分别接三相供电线路，一个输出端连接单相交流充电桩的功率输入端，另外，单相交流充电桩的另一输入端直接接入总变压器的零线。控制模块1021用于根据三相负荷信息确定最小负荷相，通过控制切换开关1023使该单相交流充电桩的功率输入端接入最小负荷相的供电线路，并在该单相交流充电桩与电动汽车建立cp握手信号时，使用最小负荷相的供电线路为电动汽车进行充电。

进一步地，控制模块1021还用于获取该单相交流充电桩的当前最大可用功率(剩余电力容量)，并判断当前最大可用功率是否大于预设值，在大于预设值，且在单相交流充电桩与电动汽车建立cp握手信号时，使用最小负荷相的供电线路为电动汽车进行充电。在一个具体例子中，可通过以下方式获取最大可用功率：可设置两个电能表，其中一个电能表用于实时采集小区居民用电的当前用电总功率p1，另一电能表用于实时采集多个单相交流充电桩的当前充电总功率p2，若小区配电系统的最大额定功率为p0，小区变压器的效率因数为c0，则单相交流充电桩的当前最大可用功率为：p0*c0-p1-p2。另外，只有在单相交流充电桩的当前最大可用功率大于预设值(例如，1kw)时，才允许该单相交流充电桩为电动汽车充电，从而避免低效率地充电，也降低充电风险。

进一步地，结合图3所示的负荷控制装置，该负荷控制装置还包括cp产生模块1024，而且，控制模块1021还用于在单相交流充电桩与电动汽车建立cp握手信号时，根据电动汽车的需求功率及单相交流充电桩的当前最大可用功率、额定功率，确定pwm信号的最终占空比；cp产生模块1024用于根据所确定的最终占空比产生pwm信号，并通过cp线向电动汽车传送pwm信号。

进一步地，结合图3所示的负荷控制装置，该负荷控制装置还包括cp采样模块1025，其中，控制模块1021还用于将单相交流充电桩的当前最大可用功率及额定功率进行比较，并根据两者中的较小值确定pwm信号的第一占空比，在此需说明的是，功率与第一占空比的对应关系参考gbt18487.1-2015电动车辆传导充电系统中通用要求中附录a中规定的充电电流与占空比映射关系。cp采样模块1025用于在单相交流充电桩与电动汽车建立cp握手信号时，从单相交流充电桩的主控板获取pwm信号的第二占空比，其中，第二占空比是主控板根据单相交流充电桩的额定功率及电动汽车的需求功率确定的。而且，控制模块1021还用于对第一占空比及第二占空比进行比较，并将两者中的较小值确定为pwm信号的最终占空比。最后需说明的是，cp信号为连接单相交流充电桩和电动汽车的桥梁，具体地：当控制模块1021通过cp产生模块1024检测到插枪信号后，通过cp采样模块1025反馈给主控板连接就绪的消息，然后，控制模块1021通过cp采样模块1025开始采样主控板输出的cp输入信号的第二占空比。控制模块1021将采样数据(第二占空比)与实时负载数据(第一占空比)对比后，通过cp产生模块1024输出最终占空比的pwm波给电动汽车。

另外，该实施例的负荷控制装置还包括辅助电源1026，该辅助电源1026从总变压器的其中一相供电线路(例如，a相)上取电，经转换后，为控制模块1021供电。

图4是本发明提供的一种交流充电系统的第二实施例的结构示意图，该实施例的交流充电系统包括单相交流充电桩及内置在该单相交流充电桩内的负荷控制装置102′在此需说明的是，该实施例的负荷控制装置102′相比图2所示的负荷控制装置102，所不同的仅是：该实施例的负荷控制装置102′还集成有主控板的功能，即，负荷控制装置102′及主控板集成为一体。

图5是图4中负荷控制装置的第一实施例的结构示意图，该实施例的负荷控制装置102′包括控制模块1021′、通信模块1022′、切换开关1023′、cp产生模块1024′和辅助电源1026′，而且，该实施例的负荷控制装置相比图3所示的负荷控制装置，所不同的仅是，该实施例的控制模块1021′还具有充电桩内主控板的功能，因此可省去图3所示的实施例中的cp采样模块。在该实施例中，控制模块1021′用于在单相交流充电桩与电动汽车建立cp握手信号时，根据电动汽车的需求功率及单相交流充电桩的当前最大可用功率、额定功率，确定pwm信号的最终占空比。具体地，控制模块1021′用于将单相交流充电桩的当前最大可用功率及额定功率进行比较，并根据两者中的较小值确定pwm信号的第一占空比；还用于在单相交流充电桩与电动汽车建立cp握手信号时，根据单相交流充电桩的额定功率及电动汽车的需求功率确定pwm信号的第二占空比；还用于对第一占空比及第二占空比进行比较，并将两者中的较小值确定为pwm信号的最终占空比。

图6是本发明提供的一种交流充电控制方法的第一实施例的流程示意图，该实施例的交流充电控制方法应用在单相交流充电桩内，且包括以下步骤：

步骤s10.从后台配电监控系统实时获取总变压器的三相负荷信息；

步骤s20.根据三相负荷信息确定最小负荷相，并通过控制切换开关使单相交流充电桩的功率输入端接入最小负荷相的供电线路，并持续到本次充电结束，其中，切换开关的三个输入端分别连接三相供电线路，切换开关的输出端连接单相交流充电桩的输出端；

步骤s30.在判断出单相交流充电桩与电动汽车建立cp握手信号时，使用最小负荷相的供电线路为电动汽车进行充电。

另外，当电动汽车充满电或其它意外导致充电结束时，均会触发cp信号电平幅值的改变，负荷控制装置中的cp产生模块检测到cp信号的电平改变后，同步通过cp采样模块反馈主控板，从而结束充电。

进一步地，在步骤s20和步骤s30之间，还包括以下步骤：

步骤s40.获取单相交流充电桩的当前最大可用功率；

步骤s50.判断当前最大可用功率是否大于预设值，若否，则执行步骤s40；若是，则执行步骤s30。

在一个具体实施例中，步骤s30包括以下步骤：

步骤s31.在判断出单相交流充电桩与电动汽车建立cp握手信号时，根据电动汽车的需求功率及单相交流充电桩的当前最大可用功率、额定功率，确定pwm信号的最终占空比；

步骤s32.根据所确定的pwm信号的最终占空比，通过cp线向电动汽车传送该pwm信号。

进一步地，步骤s31包括以下步骤：

步骤s311.将单相交流充电桩的当前最大可用功率及额定功率进行比较，并根据两者中的较小值确定pwm信号的第一占空比；

步骤s312.在单相交流充电桩与电动汽车建立cp握手信号时，根据单相交流充电桩的额定功率及电动汽车的需求功率确定pwm信号的第二占空比；

步骤s313.对第一占空比及第二占空比进行比较，并将两者中的较小值确定为pwm信号的最终占空比。

本发明实施例的方法中的步骤可以根据实际需要进行顺序调整、合并和删减。本发明实施例的装置中的模块或单元或子单元可以根据实际需要进行合并、划分和删减。本领域普通技术人员可以理解上述实施例的各种方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令终端设备相关的硬件来完成，该程序可以存储于一计算机可读存储介质中，存储介质可以包括：闪存盘、只读存储器rom、随机存取器ram、磁盘或光盘等。

以上所揭露的仅为本发明的较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明的权利范围，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分流程，并依本发明权利要求所作的等同变化，仍属于发明所涵盖的范围。