CN106787091A - 一种用太阳能发电设备的电力驱动车充电桩 - Google Patents

一种用太阳能发电设备的电力驱动车充电桩 Download PDF

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Abstract

一种用太阳能发电设备的电力驱动车充电桩。该充电桩由太阳电池板、Boost型DC/DC电路、Buck型AC/DC电路、DSP控制***、智能控制开关、转换开关及检测电路组成。光伏电池阵列发出的直流电经Boost电路实现最大功率点跟踪；同时通过调节DC/DC电路工作状态而智能调节蓄电池的充电电流，该***还可通过开关控制实现向电动汽车的交流和直流充电。当光伏发电***不工作或充电电流不足时可通过智能开关自动切换交流电向蓄电池充电，保证蓄电池随时处于良好的工作状态。光伏充电桩在家庭光伏屋顶并网使用时，可通过电动汽车蓄电池实现电网的错峰调节功能。当光伏充电桩离网单独使用时，蓄电池容量根据实际况配置。

Description

一种用太阳能发电设备的电力驱动车充电桩
技术领域
本发明为一种用太阳能发电设备的电力驱动车充电桩***，主要应用于各种电力驱动车充电桩，本发明属新能源及电力驱动车充电技术领域。
背景技术
电力驱动车以电能代替石油作为动力源，真正做到了尾气零排放，具有清洁、环保、节能的特点，是世界汽车工业发展的热点和趋势。
电力驱动车充电桩为电力驱动车电池提供能源补给，是电力驱动车发展的关键环节。我国目前使用的充电桩分为交流和直流充电桩两种。交流充电桩是采用交流充电模式为自带充电装置控制装置的电力驱动车蓄电池进行充电的充电桩，特征是充电机为车载***，目前电力驱动车大部分采用交流充电模式；直流充电桩是采用可控直流为电力驱动车动力蓄电池进行充电的模式。目前充电桩的电能来源于电网，而电网的电能主要来源于以煤炭为主的火力发电，这样电力驱动车仅仅是将化石能源的消耗从汽车转移到煤炭发电，不能从根本上解决能源和环境污染问题；另外随着智能电网的发展和完善，通过智能充电控制实现电力驱动车“削峰真谷”的作用离不开可再生能源。可再生能源发电时通过光伏充电桩向电力驱动车充电，在电网用电高峰时电力驱动车还可通过光伏充电桩向电网送电。这些功能目前的充电桩是无法完成的。因此充电桩的最终发展目标是和可再生能源相结合的多功能电力驱动车充电桩，而太阳能光伏发电是可再生能源中最具有发展前途的方式。
发明内容
本发明的目的是提供一种新型太阳能光伏发电与充电桩相配合的用太阳能发电设备的电力驱动车充电桩，解决现有电力驱动车充电桩只能利用交流电网进行充电，不能从根本上解决能源再生和环境污染的问题，同时光伏充电桩可以离网安装在各种停车港湾或高速公路无服务区地带，为电力驱动车提供应急能源。
本发明是将太阳电池的电能通过智能控制器向蓄电池充电，用直流电或将直流电逆变为交流电配合充电桩为电力驱动车充电。***通过协调控制太阳能电池的最大功率跟踪、蓄电池智能充电、交流、直流、并网、离网等功能的智能切换，实现电能双向传输及向电网送电的功能等，可以保证光伏充电桩稳定为电力驱动车充电的同时实现太阳能的最优利用，本自动控制***兼容目前各种交直流充电桩。
本发明可以根据蓄电池的充放电状态智能改变充电电流，对太阳能电池实现最大功率跟踪功能等，同时***根据太阳能电池发电状态、接入电力驱动车状态、蓄电池电压、电流状态等自动选择大电压、大电流或涓流模式实现对蓄电池的协调充电管理，防止蓄电池过充过放，保证蓄电池始终处于最佳充电状态，提高蓄电池的使用寿命。在智能电网条件下，智能协调的自动控制***在蓄电池充满电的情况下可控制光伏发电***将电能馈入电网中；在电网电力处于用电高峰时刻由蓄电池或电力驱动车为电网提供能量，可起到调峰作用。
本发明提供的太阳能发电设备的电力驱动车充电桩包括太阳能电池(1)、充放电控制单元(2)、蓄电池(3)、DSP控制(4)、逆变单元(5)、传感器(6)、电力驱动车充电(7)、其中太阳能电池(1)通过由传感器(6)和DSP控制(4)控制的充电放电控制单元(2)向蓄电池(3)充电，同时蓄电池(3)单独或通过逆变单元(5)向电力驱动车充电(7)进行直流或交流充电；
充放电控制单元(2)包括：光伏DC/DC电路(21)、向蓄电池充电的交流AC/DC电路(22)、智能开关K1(23)、智能开关K2(24)、双路转换开关Kab(25)和触摸开关(26)；
逆变单元(5)包括：逆变电路(51)和并网控制开关S(52)；
传感器(6)包括：电流传感器Ipv(61)和电压传感器Vpv(62)；
电力驱动车充电(7)包括：交流充电电路(71)、直流充电电路(72)；
光伏DC/DC单元(21)连接智能开关(23)和DSP控制(4)，光伏DC/DC单元(21)同时连接太阳电池(1)；交流AC/DC单元(22)同时连接智能开关K1(23)和智能开关K2(24)；知能开关K1(23)还同时连接蓄电池(3)和DSP控制(4)；智能开关K2(24)还同时连接DSP控制(4)、直流充电(72)和交流电网(8)；双路转换开关(25)同时连接DSP控制(4)、逆变电路(51)、交流充电(71)、直流充电(72)、和交流电网(8)；触摸开关(26)连接DSP控制(4)；
蓄电池(3)；同时连接电压传感器Vpv(62)和逆变电路(51)；
DSP控制(4)；同时连接逆变电路(51)、并网控制开关S(52)、电流传感器Ipv(61)、电压传感器Vpv(62)、直流充电(72)；DSP控制(4)根据电流传感器Ipv(61)、电压传感器Vpv(62)检测到的充电电流及蓄电池电压信号生成PWM脉冲及控制信号控制光伏DC/DC电路(21)、智能开关K1(23)、智能开关K2(24)和双路转换开关Kab(25)及并网控制开关S(52)的工作状态，完成最大功率跟踪和充电自动协调控制；
逆变单元(5)通过并网控制开关S(52)连接交流电网(8)；
电力驱动车充电(7)通过负载(73)连接交流电网(8)；
并网控制开关S(52)决定逆变电路的工作状态，而并网控制开关S(52)的状态通过DSP控制(4)控制蓄电池和逆变单元的工作状态决定。
当光伏发电***不工作或充电电流不足时可通过智能开关K1(23)、K2(24)自动切换交流电向蓄电池充电，保证蓄电池随时处于良好的工作状态。光伏充电桩在家庭光伏屋顶并网使用时，可通过电力驱动车蓄电池实现电网的错峰调节功能。
本发明的优点和有益效果是：
1、太阳能电池输出电压经Boost拓扑调节输出电压并实现最大功率点跟踪；并通过调节充放电协调控制智能调节蓄电池的充电电流，同时可改变充电桩的充电方式，使光伏发电发挥最大的效能。还可实现蓄电池和电力驱动车的交、直流充电。光伏充电桩在家庭光伏屋顶并网使用时，可配合智能电网通过电力驱动车蓄电池实现电网的错峰调节功能。
2、本***通过实时检测太阳能光伏发电的输出电流，通过DSP控制太阳能光伏发电***的最大功率输出及充电电流，当光伏发电***不工作或充电电流不足时可通过智能开关自动切换交流电向蓄电池充电，保证蓄电池随时处于良好的工作状态。
3、电路中设计了K1、K2、2个智能控制开关和Kab、S等2个转换开关，其中2个智能开关分别控制交流充电和交流电网的通断，自动切换交流电向蓄电池充电提高能源和利用率。充电桩面板的触摸开关通过DSP控制转换开关Kab实现电力驱动车交直流充电模式转换，其中直流充电由DSP控制还可实现快速充电模式。***同时通过DSP智能控制开关S实现***离网、并网功能。
4、通过调整PWM脉冲的占空比控制DC/DC单元实现智能充电电流的调整，使***蓄电池与电力驱动车车载蓄电池始终处于良好的充电状态和实现最大功率点跟综功能。
5、该控制***采用DSP控制电路，控制精确，硬件电路简单、自动化程度高。
附图说明
图1总体结构图；
图2原理框图；
图3电路原理图；
图4 DSP控制原理图。
图中，1太阳电池、2充放电控制单元、21光伏DC/DC电路、22向蓄电池充电的交流AC/DC电路、23智能开关K1、24智能开关K2、25双路转换开关Kab、26触摸开关、3蓄电池、4DSP控制、5逆变单元、51逆变电路、52并网控制开关、6传感器、61电流传感器、62电压传感器、7电力驱动车充电、71交流充电、72直流充电、73负载RFZ、8交流电网。
具体实施方式
如图1所示新型用太阳能发电设备的电力驱动车充电桩***，由充放电控制单元2、蓄电池3、DSP控制4、逆变单元5、传感器6、电力驱动车充电7组成，充放电控制单元2连接太阳电池1、电力驱动车充电***7连接交流电网8。
图2为原理框图、图3是电路原理图、图4是DSP控制原理图。
下面结合附图对本发明作进一步说明：
本发明设计有光伏电池阵列的Boost型DC/DC电路、交流电向蓄电池充电的整流及Back型AC/DC电路、智能开关和转换开关等组成。控制***主要是利用DSP通过检测的电压和电流信号产生控制主电路开关管的PWM脉宽调制信号，并产生相应的智能及转换开关的控制信号。
本发明在充放电控制单元2中设计了两个智能控制开关K1(23)、K2(24)、转换开关Kab(25)，如图2、图3所示，自动控制原理如下：
充放电控制单元(2)中的智能开关K1(23)初始状态时，触点“a”连接到触点“b”，即接通光伏DC/DC单元(21)，智能开关K2(24)为断开，实现太阳电池向蓄电池智能充电；
当控制***通过电压传感器Vpv(62)检测到蓄电池电压低于设定什时，DSP控制(4)向智能开关K1(23)发送控制指令，使得智能开关K1(23)的触点“a”和触点“c”连接，智能开关K2(24)闭合，实现交流电向蓄电池智能充电，***为太阳能光伏充电状态，其智能充电方式受DSP(4)控制。
当双路转换开关Kab(25)的触点“b”、“b’”同时连接触点“a”、“a’”时，负载RFZ(73)连接交流电网，电力驱动车为交流电网充电状态，充电控过程由电力驱动车自带的充电机控制；
光伏充电桩离网工作时并网控制开关S(52)断开，当双路转换开关Kab(25)的触点“c”、“c’”同时连接触点“a”、“a’”，负载RFZ(73)连接逆变电路输出，电力驱动车为交流充电状态，充电控过程由逆变电路(51)和电力驱动车自带的充电机共同控制；
DSP(4)根据传感器(61、62)检测到通过DC/DC(21)控制的太阳电池输出电流信号IMP、输出电压信号VPv、(即蓄电池的端电压和充电电流)，产生控制电路IGBT管SPv的脉宽调制信号PWMPv(见图3)，以实现智能充电控制和实现最大功率点跟踪功能，此时双路转换开关Kab(25)的触点“d”、“d’”同时连接触点“a”、“a’”，现载RFZ(73)连接蓄电池(3)通过直流充电电路(72)进行直流充电，由DSP控制(4)根据电力驱动车动力电池的状态控制直流充电电路自动选择快速充电或标准充电方式；当蓄电池的端电压到达预设的最大值时，DSP(4)控制为涓流充电；当检测到蓄电池的端电压下降到预设定的最小值时，DSP(4)发送控制指令使得智能开关23的“a”端和“c”端连接；智能开关24触点同时闭合，此时交流电通过交流AC/DC(22)的Back电路和蓄电池连接，由DSP发出控IGBT管SJL的脉宽调制信号PWMJL以实现智能充电控制，控制方法和光伏发电相同。
当用户通过光伏充电桩控制面板的触摸开关(26)选择电力驱动车交流充电时，双路转换开关Kab(25)的触点“b”、“b’”同时连接触点“a”、“a’”时，负载RFZ(73)连接交流电网，此时若S(52)断开，充电桩以交流电网为用户充电；若S(52)闭合，光伏充电桩以并网状态为用户充电。S(52)的状态通过DSP控制蓄电池和逆变器工作状态决定。触摸开关(26)通过DSP控制(4)控制双路转换开关Kab(25)的工作状态。
若光伏充电桩离网工作时(如建在高速公路停车港湾处)，用户可通过光伏充电桩控制面板的触摸开关(26)选择电力驱动车交流充电，***自动转为逆变器交流输出。当选择电力驱动车直流充电时，Kab(25)触点连接直流充电电路，由DSP根据电力驱动车动力电池的状态控制直流充电电路自动选择快速充电或标准充电方式。

Claims (3)

1.一种用太阳能发电设备的电力驱动车充电桩，其特征在于：该充电桩包括太阳能电池(1)、充放电控制单元(2)、蓄电池(3)、DSP控制(4)、逆变器(5)、传感器(6)、电力驱动车充电(7)：其中太阳能电池(1)通过由传感器(6)和DSP控制(4)充放电控制单元(2)向蓄电池(3)充电，同时蓄电池(3)单独或通过逆变器(5)向电力驱动车充电(7)进行直流或交流充电；
充放电控制单元(2)包括：光伏DC/DC电路(21)、向蓄电池充电的交流AC/DC电路(22)、智能开关K1(23)、智能开关K2(24)、双路转换开关Kab(25)和触摸开关(26)；
逆变器单元(5)包括：逆变器电路(51)和并网控制开关S(52)；
传感器(6)包括：电流传感器Ipv(61)和电压传感器Vpv(62)；
电力驱动车充电(7)包括：交流充电(71)、直流充电(72)；
光伏DC/DC单元(21)连接智能开关K1(23)和DSP控制(4)，光伏DC/DC电路(21)同时连接太阳能电池(1)；交流AC/DC电路(22)同时连接智能开关K1(23)和智能开关K2(24)；智能开关K1(23)还同时连接同时蓄电池(3)和DSP控制(4)；智能开关K2(24)还同时连接DSP控制(4)、直流充电(72)和交流电网(8)；双路转换开关Kab(25)同时连接DSP控制(4)、逆变器电路(51)、交流充电(71)、直流充电(72)和交流电网(8)：触摸开关(26)连接DSP控制(4)；
蓄电池(3)：同时连接电压传感器Vpv(62)和逆变器电路(51)；
DSP控制(4)：还同时连接逆变器电路(51)、并网控制开关S(52)、电流传感器Ipv(61)、电压传感器Vpv(62)、直流充电(72)；DSP控制(4)根据电流传感器Ipv(61)、电压传感器Vpv(62)检测到的充电电流及蓄电池电压信号生成PWM脉冲及控制信号控制光伏DC/DC电路(21)、智能开关K1(23)、智能开关K2(24)、双路转换开关Kab(25)及并网控制开关S(52)的工作状态，完成最大功率跟踪和充电自动协调控制；
逆变单元(5)通过并网控制开关S(52)连接交流电网(8)；
电动汽车充电(7)通过负载(73)连接交流电网(8)；
并网控制开关S(52)决定逆变电路的工作状态，而并网控制开关S(52)的状态通过DSP控制(4)控制蓄电池和逆变器单元工作状态。
2.根据权利要求1所述的用太阳能发电设备的电力驱动车充电桩，其特征在于：充放电控制单元(2)中的智能开关K1(23)初始状态时，触点“a”连接到触点“b”，即接通光伏DC/DC
单元(21)，智能开关K2(24)为断开，实现太阳能电池向蓄电池智能充电；
当充电桩的控制***通过电压传感器Vpv(62)检测到蓄电池电压低于设定值时，DSP控制(4)向智能开关K1(23)发送控制指令，使得智能开关K1(23)触点“a”连接到触点“c”连接，智能开关K2(24)闭合，实现交流电向蓄电池智能充电。
3.根据权利要求1所述的用太阳能发电设备的电力驱动车充电桩，其特征在于：当双路转换开关Kab(25)的触点“b”，“b”同时连接触点“a”、“a”时，负载Rfz(73)连接交流电网，电力驱动车为交流电网充电状态，充电过程由电力驱动车自带的充电电机控制；
太阳能充电桩离网工作时并网控制开关S(52)断开，当双路转换开关Kab(25)的触点“c”、“c”同时连接触点“a”、“a”时，负载Rfz(73)连接逆变器电路输出，电力驱动车为交流充电状态，充电过程由逆变器电路(51)和电力驱动车自带的充电电机共同控制；当双路转换开关Kab(25)的触点“d”、“d”同时连接触点“a”、“a”时，负载Rfz(73)连接蓄电池(3)通过直流电充电(72)进行直流充电，由DSP控制(4)根据电力驱动车动力电池的状态控制直流充电电路自动选择快速充电或标准充电方式；
当双路转换开关Kab(25)的触点“b”、“b”同时连接触点“a”、“a”时，负载Rfz(73)连接交流电网，若此时并网控制开关S(52)断开，太阳能充电桩以交流电网为用户充电；若并网控制开关S(52)闭合，太阳能充电桩以并网状态为用户充电；并网控制开关S(52)的状态通过DSP控制(4)控制蓄电池(3)和逆变器电路(51)工作状态决定。
触摸开关(26)通过DSP控制(4)控制双路转换开关Kab(25)的工作状态。
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