本发明涉及充电设备，具体涉及一种基于储能电池供电的智能充电桩及其控制方法。
背景技术：
1、随着环境保护意识的增强和技术的发展，电动汽车（electric vehicle，ev）作为一种清洁交通工具，其市场份额逐年增加。电动汽车的广泛使用对传统能源消耗和城市污染问题提出了有效解决方案。然而，电动汽车的快速普及也带来了新的挑战，其中最为突出的就是充电基础设施的建设与优化。
2、由于传统的电动汽车充电桩主要依赖固定电网供电，在电网覆盖不全或电力供应不稳定的地区，电动汽车的使用受到极大限制。而且，随着电动汽车数量的增加，尤其是在城市地区，高峰时段的充电需求会对电网造成巨大负担，甚至可能导致供电不足，在偏远地区或者新开发的商业和居住区，电网基础设施可能还未完善，这使得部署传统充电桩面临诸多困难。因此，传统充电桩的对电网的依赖性高，存在高峰时段的电力负荷负担过大以及充电设施部署难的问题。
3、随着储能技术的进步，使用储能电池作为电源的充电桩成为一种可行的解决方案。这种充电桩可以独立于传统电网工作，具有灵活部署，不受电网覆盖的限制的优势，特别适合偏远地区、临时活动或电网建设落后地区的电动汽车充电需求。而且，能够减轻电网负担，在电网高峰负荷时段，储能电池供电的充电桩可以有效缓解电网的压力，提高整个电力系统的稳定性和可靠性。也能够提高能源利用效率，储能电池供电的充电桩可以在电网负荷较低时储存电能，在需求高峰时释放，优化能源分配，提高能源利用效率。
4、尽管基于储能电池供电的智能充电桩提供了上述优势，但在实际部署和运营中仍面临一系列技术挑战，其中，如何智能充电管理，根据电动汽车的充电需求和储能电池的状态如何进行智能调度充电，是保证充电效率和电池寿命，实现高效运营的关键，尤其是在独立运行时，通过对充电桩的管理控制，可以保证系统的稳定性和安全性的前提下，优化能源分配，提高能源利用效率。
技术实现思路
1、有鉴于此，为了解决传统充电基础设施面临的问题，并解决电动汽车的充电需求和储能电池的状态如何进行智能调度充电的问题，本发明提出了一种基于储能电池供电的智能充电桩及其控制方法，通过采用充电需求预测、智能监测、动态功率调整的方式，优化充电过程、提高充电效率和安全性。
2、本发明采用以下技术方案实现：
3、第一方面，本发明提供了一种基于储能电池供电的智能充电桩，包括：
4、储能电池组：由多个高能量密度的锂离子电池单元组成，储能电池组设置于充电桩内部且连接有用于监控和管理电池单元充电和放电过程的电池管理系统（bms，batterymanagement system）；
5、车辆监测模块：包括充电桩设备配备的标识符读取装置和编码器，用于识别并监测接入车辆的唯一标识符，调取车辆的历史充电数据，并监测车辆的实时充电状态信息；
6、充电需求预测模块：使用时间序列分析和深度学习模型对调取的历史充电数据进行分析，预测车辆充电需求，预测结果用于指导充电桩的能量储备和充电策略调整；
7、优化调度模块：用于基于注意力机制分析充电桩充电任务的紧急程度、预期充电时长、预计离开时间信息，为每个任务分配不同的权重，根据权重动态调整充电队列和功率输出；
8、充电功率动态调整模块：用于根据实时监测的储能电池组状态和电网负载，以及预测的车辆充电需求，动态调整充电桩输出的充电功率；
9、充电管理模块：包括充电控制器和中央处理器，充电控制器与储能电池组的电池管理系统连接，用于控制电池单元的充放电，充电控制器连接中央处理器，中央处理器与车辆监测模块、充电需求预测模块、优化调度模块以及充电功率动态调整模块连接，用于监测车辆的实时充电状态信息、预测车辆充电需求、调整充电队列和功率输出以及动态调整充电桩输出的充电功率。
10、作为本发明的进一步方案，所述标识符读取装置包括rfid阅读器（radiofrequency identification，rfid）和二维码扫描器，分别用于无接触地读取接入车辆携带的rfid标签中的唯一标识符以及扫描车辆二维码标签，获取车辆的唯一标识符。
11、作为本发明的进一步方案，所述编码器内包括数字信号处理单元，用于解码rfid阅读器或二维码扫描器读取到的唯一标识符，调取车辆的历史充电数据，监测车辆的实时充电状态信息，验证并转换为电子信息格式的编码数据，其中，车辆的实时充电状态信息包括电池容量和充电速率。
12、作为本发明的进一步方案，所述充电需求预测模块包括历史数据分析器和长短期记忆网络模型，所述历史数据分析器用于收集车辆的历史充电数据，包括充电时间、充电量以及充电频率，所述长短期记忆网络模型作为深度学习模型，利用车辆的历史充电数据预测车辆未来时段的充电需求。
13、作为本发明的进一步方案，所述优化调度模块包括调度优化器，用于利用深度学习中的注意力机制分析即将进行充电的车辆任务的紧急程度、预期充电时长和预计离开时间，为每个充电任务分配权重，根据每个充电任务的权重和当前充电桩的状态，动态调整充电队列和功率分配。
14、作为本发明的进一步方案，所述充电功率动态调整模块包括实时状态监测器和功率调整单元，实时状态监测器用于实时监测储能电池组的电量、充电状态和当前电网的负载数据；所述功率调整单元，用于根据储能电池组的状态、电网负载和车辆的实时及预测充电需求，计算最优的充电功率输出值并实时调整充电功率。
15、作为本发明的进一步方案，所述基于储能电池供电的智能充电桩还包括：
16、环境监测模块，用于基于温度传感器和湿度传感器监测充电桩周围环境数据；
17、安全保护模块，设有过压、过流、短路和温度异常的保护电路；
18、通信模块，用于充电桩与中心管理系统的数据交换，支持充电桩与远程服务器、用户移动设备及充电桩之间的数据交换和通信；
19、用户界面，由触摸屏显示器辅以物理按键组成，用于显示充电状态、电量信息，并允许用户进行充电参数设置。
20、第二方面，本发明还提供了一种基于储能电池供电的智能充电桩的控制方法，包括以下步骤：
21、当电动汽车接入充电桩时，通过充电桩设备配备的标识符读取装置识别并监测接入车辆的唯一标识符，调取车辆的历史充电数据，并监测车辆的实时充电状态信息；
22、使用时间序列分析和深度学习模型对调取的历史充电数据进行分析，预测车辆充电需求；
23、基于注意力机制分析充电桩充电任务的紧急程度、预期充电时长、预计离开时间信息，为每个任务分配不同的权重，根据权重动态调整充电队列和功率输出；
24、根据实时监测的储能电池组状态和电网负载，以及预测的车辆充电需求，动态调整充电桩输出的充电功率；
25、通过通信模块与中心管理系统进行数据交换，支持充电桩与远程服务器、用户移动设备及充电桩之间的数据交换和通信；
26、通过用户界面显示充电状态、电量信息，并允许用户进行充电参数设置。
27、作为本发明的进一步方案，通过充电桩设备配备的标识符读取装置识别并监测接入车辆的唯一标识符时，标识符读取装置的rfid阅读器无接触地读取接入车辆携带的rfid标签中的唯一标识符，标识符读取装置的二维码扫描器通过扫描车辆二维码标签获取车辆的唯一标识符。
28、作为本发明的进一步方案，动态调整充电桩输出的充电功率时，包括：
29、实时状态监测器监测储能电池组的电量、充电状态和当前电网的负载数据；
30、功率调整单元根据储能电池组的状态、电网负载和车辆的实时预测充电需求，计算最优的充电功率输出值并实时调整充电功率。
31、作为本发明的进一步方案，所述深度学习模型使用长短期记忆网络（autoregressive integrated moving average，lstm），训练时，收集历史充电数据，并将历史充电数据的时间戳转换为数值型特征，并将处理后的数据划分为训练集、验证集和测试集，利用训练集数据训练模型，并监控验证集上的性能以调整参数，在测试集上运行模型，将最新的输入数据，输入到训练好的lstm模型中，获得未来一段时间内的充电需求预测。
32、与现有技术相比，本发明提供的基于储能电池供电的智能充电桩及其控制方法，具有以下有益效果：
33、1.高效的能量管理。通过对储能电池组的有效管理和利用，智能充电桩能够在电网负荷较低时储存能量，并在高需求时段提供稳定的充电服务，通过动态能量管理机制显著提高了能源的利用效率，并有助于平衡电网负载。
34、2.实时充电需求预测。利用时间序列分析和长短期记忆网络模型预测车辆的充电需求，为充电桩的能量储备和充电策略调整提供了科学依据。不仅确保了充电桩能够满足车辆的即时充电需求，还优化了储能资源的配置和利用。
35、3.智能优化调度。基于注意力机制的优化调度模块能够动态调整充电队列和功率输出，确保紧急程度高或离开时间短的充电任务优先得到满足，灵活的调度策略显著提升了充电桩的服务效率和用户满意度。
36、4.动态功率调整。根据实时监测的储能电池组状态、电网负载和车辆的充电需求动态调整充电功率，既保护了电池健康，又优化了功率分配，降低了能源成本。而且，集成的安全保护模块对过压、过流、短路和温度异常等风险进行实时监控和应对，大幅提升了充电过程的安全性。
37、综上所述，本发明的基于储能电池供电的智能充电桩及其控制方法不仅提高了充电效率和安全性，还通过先进的算法和技术实现了对充电过程的智能管理和优化，为电动汽车用户提供了高效、安全、便捷的充电服务，同时为智慧城市和智能电网的发展做出了贡献。
38、本发明的这些方面或其他方面在以下实施例的描述中会更加简明易懂。应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本发明。
39、附图说明
40、为了更清楚地说明本发明实施例或相关技术中的技术方案，下面将对示例性实施例或相关技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
41、图1为本发明实施例的基于储能电池供电的智能充电桩的控制方法的流程图。
42、图2为本发明实施例的基于储能电池供电的智能充电桩的原理框图。
1.一种基于储能电池供电的智能充电桩，其特征在于，包括：
2.如权利要求1所述的基于储能电池供电的智能充电桩，其特征在于，所述标识符读取装置包括rfid阅读器和二维码扫描器，分别用于无接触地读取接入车辆携带的rfid标签中的唯一标识符以及扫描车辆二维码标签，获取车辆的唯一标识符。
3.如权利要求2所述的基于储能电池供电的智能充电桩，其特征在于，所述编码器内包括数字信号处理单元，用于解码rfid阅读器或二维码扫描器读取到的唯一标识符，调取车辆的历史充电数据，监测车辆的实时充电状态信息，验证并转换为电子信息格式的编码数据，其中，车辆的实时充电状态信息包括电池容量和充电速率。
4.如权利要求3所述的基于储能电池供电的智能充电桩，其特征在于，所述充电需求预测模块包括历史数据分析器和长短期记忆网络模型，所述历史数据分析器用于收集车辆的历史充电数据，包括充电时间、充电量以及充电频率，所述长短期记忆网络模型作为深度学习模型，利用车辆的历史充电数据预测车辆未来时段的充电需求。
5.如权利要求4所述的基于储能电池供电的智能充电桩，其特征在于，所述优化调度模块包括调度优化器，用于利用深度学习中的注意力机制分析即将进行充电的车辆任务的紧急程度、预期充电时长和预计离开时间，为每个充电任务分配权重，根据每个充电任务的权重和当前充电桩的状态，动态调整充电队列和功率分配。
6.如权利要求5所述的基于储能电池供电的智能充电桩，其特征在于，所述充电功率动态调整模块包括实时状态监测器和功率调整单元，实时状态监测器用于实时监测储能电池组的电量、充电状态和当前电网的负载数据；所述功率调整单元，用于根据储能电池组的状态、电网负载和车辆的实时及预测充电需求，计算最优的充电功率输出值并实时调整充电功率。
7.如权利要求1所述的基于储能电池供电的智能充电桩，其特征在于，所述基于储能电池供电的智能充电桩还包括：
8.一种基于储能电池供电的智能充电桩的控制方法，其特征在于，用于基于权利要求1-7中任意一项所述基于储能电池供电的智能充电桩执行该控制方法，该控制方法包括以下步骤：
9.如权利要求8所述的基于储能电池供电的智能充电桩的控制方法，其特征在于，通过充电桩设备配备的标识符读取装置识别并监测接入车辆的唯一标识符时，标识符读取装置的rfid阅读器无接触地读取接入车辆携带的rfid标签中的唯一标识符，标识符读取装置的二维码扫描器通过扫描车辆二维码标签获取车辆的唯一标识符。
10.如权利要求9所述的基于储能电池供电的智能充电桩的控制方法，其特征在于，动态调整充电桩输出的充电功率时，包括：
