技术领域
[0001] 本
发明涉及充电桩技术领域，特别涉及一种能够预约用电的储能充电桩及其控制方法。
背景技术
[0002] 电动
汽车因为其特有的零排放零污染环境友好特性，可以有效降低因汽车尾气排放带来的空气污染。相对于传统燃油汽车，电动汽车的
能量转换效率高，污染低。随着市场上电动汽车的保有量逐年增加，其相应的配套充电设施也得到了不断地发展，但是大量电动汽车充电负荷的接入会进一步增大
电网侧负荷峰谷差，影响电
力系统经济运行。
[0003] 根据公共充电桩的峰谷分时电价标准，充电价格按照峰时(每日10-15时，18-21时)1.0044元/度，平时(每日7-10时，15-18时，21-23时)0.6950元/度，谷时(每日23时-次日7时)0.3946元/度。实有必要研制一种可预约用电的储能充电桩，借助于储能技术实现
削峰填谷，既可以充分利用电网峰谷电价差实现充电设施建设成本的回收以及盈利，同时预约充电模式可以引导用户有序充电，实现低成本促进“电网-用户负荷”的友好互动。
[0005] 请参阅图1所示，现有技术中公开过一种预约充电方法，其针对电动汽车用户，解决用户自由选择充电时间的预约充电，利用多媒体交互系统检测系统中是否预先存储有预约充电时间；若系统中预先存储有预约充电时间，则将存储的预约充电时间发送给
电池管理系统，若多媒体交互系统中没有预先存储预约充电时间，则在多媒体交互系统的界面设定并保存预约充电时间，并将设定的预约充电时间发送给
电池管理系统；汽车的充电连
接口设有
传感器，传感器在汽车连接至充电设备时发送
信号至电池管理系统，用于判断汽车已连接至充电设备；在汽车上设置一个计时器，计时器根据汽车连接至充电设备的时刻和预约充电时刻进行倒计时，电池管理系统接收到计时器发送的信号，用于判断达到预约充电时间；利用电池管理系统监测汽车电量，用于判断充电完成，若充电完成，则利用电池管理系统控制充电设备结束充电。
[0006] 现有技术二：
[0007] 请参阅图2所示，中国
专利申请公开第CN106685030 A号，公开了一种低成本电动汽车电网低谷储能充电桩，该发明的工作原理为：在电网低谷电价时段，通过检测储能
电池组与充电桩状态，控制
开关闭合为电池组充电；在峰值电价时段，控制电池组输出开关闭合，给电动汽车充电。该方案通过在配变、台变附加的高低压储能装置，类似于一个小微容量储能站形式的分布式供电辅助电源，可以提高电网峰段供应能力，提高电动汽车充电电费收益，同时降低配电线路及
变压器的最大负荷及峰谷差。
[0008] 上述现有技术，存在以下缺点：
[0009] 1、上述现有技术一缺乏有效的用户交互系统，需要用户自行判断充电时间，无法主动计算充电容量、充电时间以及不同模式间充电所需的电费差异，对于用户不够直观。
[0010] 2、上述现有技术二仅限于利用峰谷时段电价差异来提高电动汽车充电收益，同时有一定的削峰填谷作用，但是由于不含
人机交互系统，控
制模块只是简单的控制各开关与
接触器的通断，并没有对用户的有序充电进行引导，无法实现“电网-用户负荷”的友好互动。
发明内容
[0011] 本发明的目的在于提供一种能够预约用电的储能充电桩及其控制方法，以降低电动汽车充电负荷大量接入情况下的电网负荷峰谷差。
[0012] 为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
[0013] 一种能够预约用电的储能充电桩，包括：主开关、电源模块、接触器、储能电池组、
控制模块和充电枪；
[0014] 主开关的输入端连接交流电网；
[0015] 电源模块包括交流输入端和直流输入端，用于将输入的交流电或者直流电转换为用户充电所需的直流电；主开关的输出端连接电源模块的交流输入端；
[0016] 储能电池组，用于存储/释放
电能；储能电池组通过开关组连接电源模块；
[0017] 电源模块的输出端通过接触器连接充电枪；
[0018] 所述控制模块连接主开关、接触器、开关组、电源模块和储能电池组，用于通过控制主开关、接触器、开关组的通断实现充电桩工作模式的切换。
[0019] 进一步的，储能电池组包括6个
串联的M48112-S电池。
[0020] 进一步的，开关组包括充电开关和输出开关；电源模块的输出端通过充电开关连接储能电池组；储能电池组通过输出开关连接电源模块的直流输入端。
[0021] 进一步的，控制模块包括
采样单元、通信单元、保护单元、计费单元和DSP；采样单元、通信单元、保护单元、计费单元均连接DSP；DSP连接人机交互界面、主开关、接触器和开关组。
[0022] 进一步的，DSP通过CAN总线连接人机交互界面。
[0023] 进一步的，DSP通过无线通讯方式连接人机交互界面。
[0024] 进一步的，采样单元，用于通过对输入输出以及储能电池运行参数信号进行采样检测；
[0025] 通信单元，用于与充电汽车通信，获取汽车充电参数；
[0026] 保护单元，用于将采样单元与通信单元返回数据与预设整定值比较，超过
阈值进行报警保护；
[0027] 计费单元，用于计算电费；
[0028] 人机交互界面，用于用户根据自身实际情况以及不同充电模式下所需的预算电费选择对应的充电模式；同时用于显示充电过程中的充电信息。
[0029] 进一步的，保护单元，用于将采样单元与通信单元返回数据与预设整定值比较，实现
过热保护、过流保护、过欠压保护、自动限流保护。
[0030] 一种能够预约用电的储能充电桩的充电方法，包括：
[0031] 夜间电网波谷时段，控制模块采样储能电池组状态信息，当储能电池组电量不足时控制主开关与充电开关闭合，断开储能电池组输出开关，此时电源模块工作在AC/DC模式，通过交流电网为储能电池组充电；充电桩设置了两路独立输出，一路通过充电开关与储能电池组连接，一路通过接触器与充电枪连接；
[0032] 日间电网波峰时段，控制模块采样检测储能电池组的状态信息，在储能电池组电量充足时，控制主开关与储能电池组充电开关均断开，闭合储能电池组输出开关与接触器，此时电源模块工作在DC/DC模式，储能电池组的电能通过电源模块转换后为电动汽车充电。
[0033] 进一步的，充电方法包括：直接用电与预约用电两种充电模式；
[0034] 控制模块根据充电汽车信息采样计算出该车辆完成充电所需电量以及用时T1；
[0035] 其中直接充电模式基于完成充电用时最短原则，按照实时电价为电动汽车充电，直至电池充满或用户主动结束充电；
[0036] 预约用电模式基于完成充电电费最少原则，此模式下用户选择预计结束充电时间T2；
[0037] 如果T1
[0038] 相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：
[0039] 本发明借助于储能电池组的储能，起到了削峰填谷作用，解决了因电动汽车充电接入带来电网侧峰谷差增大的问题；同时，减轻了电网波峰时段的负荷，保障电网安全运行的同时，充分了利用波谷时段电量，充分利用了电能，实现充电设施建设成本的快速回收，另一方面降低用户在峰时充电造成的电费支出。
[0040] 按照用户需求设计了预约充电计费模式和实时计费充电模式，实现了智能化、个性化的用电服务，用户仅需要设置车型与充电完成时间，充电桩自动判断出最优充电模式，预约充电模式的优惠电价政策也可以引导用户有序充电，实现低成本促进“电网-用户负荷”的友好互动；提升客户服务体验。
[0041] 装置设计有过热保护、过流保护、过欠压保护、自动限流保护，完全保护内部运算
电路的安全，保证装置安全、可靠运行。
附图说明
[0042] 构成本申请的一部分的
说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性
实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
[0043] 图1为现有技术一充电桩预约充电步骤示意图；
[0044] 图2为现有技术二一种低成本电动汽车电网低谷储能充电桩原理图；
[0045] 图3为本发明一种能够预约用电的储能充电桩的结构
框图；
[0046] 图4为本发明一种能够预约用电的储能充电桩的控制模块示意图。
具体实施方式
[0047] 下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
[0048] 以下详细说明均是示例性的说明，旨在对本发明提供进一步的详细说明。除非另有指明，本发明所采用的所有技术术语与本申请所属领域的一般技术人员的通常理解的含义相同。本发明所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而并非意图限制根据本发明的示例性实施方式。
[0049] 请参阅图3所示，本发明提供一种能够预约用电的储能充电桩，采用功能单元模块化设计，包括交流电网、主开关、电源模块、接触器、储能电池组、控制模块、充电开关、输出开关、充电枪和人机交互界面。
[0050] 交流电网通过主开关连接电源模块；交流电网：市电380V输入，控制模块通过主开关开闭状态控制电源输入状态。
[0051] 电源模块：选用可以兼容交流与直流输入的电源模块，用于将输入电转换为用户充电所需的直流电，通过接触器和充电枪给电动汽车充电。
[0052] 储能电池组：储能系统采用锂电池，多电池簇并联接入设计方式，6个M48112-S电池串联+1个HV900112高压箱组成一个电池簇，放置于1个
机架上，顶层控制箱含有TOP BMU模块以及能量管理器EMS模块，置于电池汇流柜内。储能电池组通过输出开关连接电源模块的输入端，通过充电开关连接电源模块的输出端。
[0053] 控制模块：控制模块采用数字化DSP芯片，通过控制开关与接触器触点的通断实现充电桩工作模式的切换，并根据新
能源汽车电池管理系统(BMS)的要求动态调整恒压、恒流充电模式。请参阅图4所示，控制模块由采样单元、通信单元、保护单元、计费单元和DSP组成。采样单元、通信单元、保护单元、计费单元均连接DSP，DSP通过CAN总线连接人机交互
触摸屏和四路开关控制端。
[0054] 1)采样单元通过对输入输出以及储能电池运行参数信号采样检测，确保充电桩以及储能电池工作在正常状态；
[0055] 2)通信单元借助CAN通信协议与充电汽车通信，获取汽车充电参数(包括充电
电压、充电
电流、电池SOC、充电功率)；
[0056] 3)保护单元将采样与通信单元返回数据与整定值比较，智能研判，实现交直流输入过/欠压保护、直流输出过/欠压保护、过流保护、
短路保护、过热保护、限压限流保护、充电连接异常保护、急停保护功能；
[0057] 4)计费单元具有电费预算与实时计费功能，电费预算根据控制模块设置的多种计费模式，结合电池额定容量与SOC计算出两种计费模式下充电所需电费预算值，同时充电时根据采样单元返回数据计算输出功率，按照用户选择的计费模式计算充电实时电费；
[0058] 5)人机交互界面：人机交互界面采用触摸屏，用户借助交互界面，可以根据自身实际情况以及不同充电模式下所需的预算电费选择对应的充电模式，同时借助人机交互界面可以直观的观察到充电过程中的各项输出信息。
[0059] 本发明提供一种能够预约用电的储能充电桩的控制方法，包括：
[0060] 1)储能电池组的充放电：
[0061] 储能电池组的充电在夜间谷时(每日23时-次日7时)完成，此时控制模块通
过采样储能电池组状态信息，当电池组电量不足时控制主开关与充电开关闭合，断开储能电池组输出开关，此时电源模块工作在AC/DC模式，通过交流电网为储能电池组充电。充电桩设置了两路独立输出，储能电池组充电过程中不影响用户通过充电枪为电动汽车充电，相当于此时储能电池组与电动汽车均为充电负荷，交流电网同时对两者进行充电。
[0062] 储能电池组的放电受控制模块控制，优先在峰时(每日10-15时，18-21时)放电，控制模块通过检测储能电池组状态信息，在储能电池组电量充足时，控制主开关与储能电池组充电开关断开，闭合储能电池组输出开关与输出接触器，此时电源模块工作在DC/DC模式，相当于断开交流电网输入，由储能电池组直接为电动汽车充电。
[0063] 2)充电桩计费模式
[0064] 本发明设计的智能充电桩具有直接用电与预约用电两种计费模式。控制模块根据充电汽车信息采样计算出该车辆完成充电所需电量以及用时T1。其中直接充电模式基于完成充电用时最短原则，按照实时电价为电动汽车充电，直至电池充满或用户主动结束充电。预约用电模式基于完成充电电费最少原则，此模式下用户需要选择预计结束充电时间T2，如果T1
费用。
[0065] 3)用户使用方案
[0066] 用户将电动汽车接入充电桩的充电枪后，在人机交互界面选择充电车型，随后控制模块根据充电汽车信息采样输出不同模式下完成充电所需电费到人机交互界面，用户根据自身的实际情况选择充电模式。
[0067] 由技术常识可知，本发明可以通过其它的不脱离其精神实质或必要特征的实施方案来实现。因此，上述公开的实施方案，就各方面而言，都只是举例说明，并不是仅有的。所有在本发明范围内或在等同于本发明的范围内的改变均被本发明包含。
