CN118019661A - 使用单码电源插头的具备电源同步方法的汽车 - Google Patents

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Abstract

本发明包括：车辆电池；以及储能***，安装在所述车辆为电池充电，并提供电力给所述车辆外部的负载充电，当单码单线电源插头连接到车辆外部的插座来对负载充电时，为负载充电而放电的电力与从插座提供的商用交流电源同步，储能***包括AC/DC转换器、电池、升压器、DC/AC转换器、电源控制单元、商用交流电源(Vac)，连接到供电端子(ACP)的电感器(L)、一个端子连接到电感器(L)，另一端子连接到输入/输出端子(IOP)的开关单元(SW)、将电感器电流(IL)与恢复极限电流(Iref)进行比较的电流判断单元、以及若电感器电流(IL)小于恢复极限电流(Iref)，则导通开关单元(SW)，若电感器电流(IL)与恢复极限电流(Iref)相同，则关闭开关单元(SW)，当在开关控制信号(SWC)被去激活之后经过了参考时间(Tref)时，开关控制信号(SWC)被激活以接通开关单元(SW)的切换控制单元。

Description

使用单码电源插头的具备电源同步方法的汽车
技术领域
本发明涉及一种储能***，尤其涉及提供给家庭的电网电源的商用交流电源能够防止停电后恢复供电时储能***损坏，商用交流电源持续稳定地连接到负载，可以向交流电力及电池提供由电池中积累的电能产生的交流电，通过输入/输出端，将商用交流电源提供给AC/DC转换器对电池充电，同时将电池中充电的电能通过输入/输出端提供给负载，由于储能***的电源插头连接到作为商用交流电源的供电终端的插座，因此安装时无需搭建配电箱，安装简便的储能***。
背景技术
储能***ESS是一种存储能量的电池，连接到智能电网，存储太阳能和风能等可再生能源产生的电力，或通过在电价低时接收并存储外部电网的电力，并在用电高时释放所存储的电力，从电力供应商的角度来看是一种提高电力运行效率，从消费者的角度来看有助于降低电费的装置。
尤其，根据用电需求过大造成的大面积停电的经验，缺电造成循环性停电的风险加大，在夜间等轻载时将闲置电量存储起来，在高峰用电时再存储起来，因此，对储能***通过负载均衡来分配峰值负载的需求不断增加。
家庭也使用***交流电的商用交流电源，以应对电力短缺或停电的情况的储能***。
作为与家庭使用的储能***相关的现有技术，公开了韩国专利公开号10-1616982“家庭智能储能***”公布日期：2016年4月29日。
现有技术的家用智能储能***，在由商用交流电源的***电力正常供应，或当商用交流电源因停电而被切断时，可以稳定地向负载供电，但当商用交流电源停电后恢复时，商用交流电与电池存储的能量放电产生的交流电之间的信号同步可能不一致，从而导致储能***损坏的问题。
另外，现有技术中，商用交流电源的输入端必须连接到用于电池充电的AC/DC转换器的输入端，以及将电池充电的电能转换成交流电压的AC/DC转换器的输出端必须连接到负载端，但是由于负载端必须安装在家庭提供的配电箱中，因此需要在配电箱上进行安装工作才能将储能***安装在电网交流电源上，因此，安装并不容易。
发明内容
要解决的技术问题
本发明是鉴于所述诸多问题而提出的，其目的在于，提供一种通过防止停电后恢复提供给家庭的***电源的商用交流电源时储能***的损坏，能够供应商用交流电源持续稳定地供给负载的***交流电及电池中积累的电能所产生的电池交流电力，商用交流电源通过输入/输出端提供给AC/DC转换器对电池进行充电，同时，电池中充入的电能通过输入/输出端供给负载，将储能***的电源插头连接到供应商用交流电源的插座，因此安装时无需搭建配电箱，易于安装的储能***。
本发明的另一目的在于，提供一种将上述储能***安装在电动汽车上，为电动汽车的电池充电，并在电动汽车行驶后，当电动汽车储能***的电源使用单根电线***提供商用交流电源的插座时，作为独立的逆变器为家用电器供电，并且可以在家庭瞬时停电时执行不间断电源UPS的功能以保护负载，并且当停电后商用交流电源恢复时，由商用交流电源和储能***产生的交流电即时转换，通过同步来防止储能***损坏，并且不需要在配电箱上进行安装工作的使用单码电源插头的具备电源同步方法的汽车。
技术方案
为了实现所述目的，本发明的使用单码电源插头的具备电源同步方法的汽车，其特征在于，包括：电池，用于提供电源来驱动所述车辆；以及储能***，安装在所述车辆的一部分，为所述电池充电所述电池，并提供电力给所述车辆外部的负载充电，当单码单线电源插头连接到所述车辆外部的插座来对所述负载充电时，为所述负载充电而放电的电力与从所述插座提供的商用交流电源同步，所述储能***包括：AC/DC转换器，其通过输入/输出端子接收作为***电源的所述商用交流电源，并将商用交流电流转换为直流电源；电池，对从所述AC/DC转换器输出的直流电进行充电；升压器，对所述电池中充电的直流电进行升压并输出升压直流电压；DC/AC转换器，将所述升压直流电压转换成交流电，并通过所述输入/输出端子向负载提供电池交流电力；电源控制单元，控制所述AC/DC转换器的操作以对所述电池进行充电，通过控制所述DC/AC转换器的操作，以便将所述电池交流电力提供给所述负载；电感器，一个端子与供给所述商用交流电源的供电端子连接；开关单元，一个端子连接到所述电感器的另一端子，另一端子连接到所述输入/输出端子；电流判断单元，将流过所述电感器电感器电流与由用户所定的恢复极限电流进行比较；以及切换控制单元，若所述电流判断单元中所述电感器电流小于所述恢复极限电流，则输出激活的开关控制信号以导通所述开关单元，若所述电感器电流与所述恢复极限电流相同，则输出非激活的开关控制信号以关闭所述开关单元，当在所述开关控制信号被去激活之后经过了由用户确定的参考时间时，所述开关控制信号被激活以接通所述开关单元。
有益效果
本发明实施例提供通过防止停电后恢复提供给家庭的***电源的商用交流电源时储能***的损坏，能够供应商用交流电源持续稳定地供给负载的***交流电及电池中积累的电能所产生的电池交流电力，商用交流电源通过输入/输出端提供给AC/DC转换器对电池进行充电，同时，电池中充入的电能通过输入/输出端供给负载，将储能***的电源插头连接到供应商用交流电源的插座，因此安装时无需搭建配电箱，易于安装的效果。
本发明的实施例提供将上述储能***安装在电动汽车上，为电动汽车的电池充电，并在电动汽车行驶后，当电动汽车储能***的电源使用单根电线***提供商用交流电源的插座时，作为独立的逆变器为家用电器供电，并且可以在家庭瞬时停电时执行不间断电源UPS的功能以保护负载，并且当停电后商用交流电源恢复时，由商用交流电源和储能***产生的交流电即时转换，通过同步来防止储能***损坏，并且不需要在配电箱上进行安装工作，能够简单安装的效果。
附图说明
图1是根据本发明实施例的储能***的结构图。
图2是用于说明根据本发明的实施例的储能***的动作的商用交流功率电感器电流、开关控制信号及负载电源的波形图。
图3是根据本发明实施例的使用单码电源插头的具备电源同步方法的汽车的结构图。
图4是根据本发明实施例的使用单码电源插头的具备电源同步方法的汽车的应用示例。
具体实施方式
下面将参照附图详细描述本发明的储能***。
如图1所示，本发明的储能***包括AC/DC转换器10，其通过输入/输出端子IOP接收作为***电源的商用交流电源Vac，并将其转换为直流电源；电池B，对从AC/DC转换器10输出的直流电进行充电；升压器20，对电池B中充电的直流电进行升压并输出升压直流电压DC；DC/AC转换器30，将升压直流电压DC转换成交流电，并通过输入/输出端子IOP向负载70提供电池交流电力Bac；电源控制单元40，控制AC/DC转换器10的操作以对电池B进行充电，控制DC/AC转换器30的操作，以便将电池交流电力Bac提供给负载70；电感器L，一个端子与供给所述商用交流电源Vac的供电端子ACP连接；开关单元SW，一个端子连接到所述电感器L的另一端子，另一端子连接到所述输入/输出端子IOP；电流判断单元50，将流过所述电感器L电感器电流IL与由用户所定的恢复极限电流Iref进行比较；以及切换控制单元60，若电流判断单元50中电感器电流IL小于恢复极限电流Iref，则输出激活的开关控制信号SWC以导通开关单元SW，若电感器电流IL与恢复极限电流Iref相同，则输出非激活的开关控制信号SWC以关闭开关单元SW，当在开关控制信号SWC被去激活之后经过了由用户确定的参考时间Tref时，开关控制信号SWC被激活以接通开关单元SW。
另外，提供商用交流电源Vac的供电端子ACP连接到插座，并且将单码电源插头连接到电感器L的一个端子，以将电源插头连接到插座。
根据上述结构的本发明的储能***的操作如下。
如图1所示，本发明的AC/DC转换器10、电池B、升压器20、DC/AC转换器30、电源控制单元40是储能***的通常的结构。
AC/DC转换器10通过输入/输出端子IOP从供给有作为***电力的商用交流电源Vac的供电端子ACP接收商用交流电源Vac，将商用交流电源Vac转换为与电池B的充电电压相对应的直流电源，并利用直流电源对电池B进行充电。
升压器20将电池B中充电的直流电升压至约400V的直流电压并输出升压直流电压DC。
DC/AC转换器30将升压直流电压DC转换为交流电源，并通过输入/输出端子IOP将电池交流电力Bac供给至负载70。
电源控制单元40控制AC/DC转换器10的操作，使得电池B处于设定的充电状态，并且当满足电池B中累积的能量的放电条件时，控制DC/AC转换器30的操作，以便将电池交流电力Bac提供给负载70。
放电条件可以通过多种方式设置，例如在白天设定的每周时区或停电期间，以便在峰值负载时使用。
当作为***电源的商用交流电源Vac正常供应时，负载70由商用交流电源Vac驱动，或者在放电状态下，负载70由商用交流电源Vac和电池交流电力Bac驱动。
若在正常供应商用交流电源Vac的同时发生停电，则负载70仅由电池交流电力Bac驱动。
商用交流电源Vac正常供电或停电时提供给负载的最大电流为负载所需功率/220V，因此以家庭为例，假设负载所需功率最大不超过7KW，最大电流为7KW/220V＝32A。
如图2所示，若用户确定的恢复极限电流Iref设置为值大于提供给负载的最大电流40A，则当商用交流电源ac正常供应时或者在停电期间，电流判断单元50将流过电感器L的电感器电流IL与恢复限制电流Iref进行比较，此时，电感器电流IL具备始终小于恢复极限电流Iref的值，因此开关控制单元60输出激活的开关控制信号SWC，并且开关单元SW由于激活的开关控制信号SWC而处于导通状态。
因此，当商用交流电源AC正常供应时或者在停电期间，开关单元SW持续接通，因此，当商用交流电源AC正常供应时，负载70被驱动或者在放电情况下，负载70由商用交流电源Vac和电池交流电力Bac驱动，并且停电时，电池交流电力Bac通过输入/输出端子IOP提供给负载70以驱动负载70。
当商用交流电源Vac在停电后恢复时，电池交流电力Bac也通过输入/输出端子IOP供给到供电端子ACP，如图2所示，当电源恢复后，商用交流电源Vac与电池交流电力Bac为180度，即电池交流电力Bac的交流电为+220V当商用交流电源Vac为-220V时，电感器L产生的电感器电流IL变大，当电流判断单元50使电感器电流IL增大并达到与恢复极限电流Iref相同值时，开关控制单元60输出去激活的开关控制信号SWC，并且开关单元SW被去激活的开关控制信号SWC关断，并且电感器电流IL变为0。
因此，当电源恢复时，电感器电流IL通过电感器L逐渐增大，当电感器电流IL变为与恢复极限电流Iref相同的值时，开关单元SW被关闭，由于开关单元SW被关断，因此电池交流电力Bac不能被输出到供电端子ACP，因此仅商用交流电源Vac被供应到负载70。
因此，当电源恢复时，可以防止商用交流电源Vac与电池交流电力Bac之间的相位差对储能***造成的损坏，并且负载70正常由商用交流电源Vac驱动。
开关控制单元60为，当在开关控制信号SWC由于电源故障而被去激活之后经过用户确定的参考时间Tref大约3秒时，输出激活的开关控制信号SWC，开关单元SW被打开，储能***正常运行。
因此，即使当电力恢复时，本发明也能够由商用交流电源的交流电力及电池中累积的能量产生的电池交流电力连续且稳定地向负载70供应。
另外，在本发明的储能***中，通过输入/输出端IOP向AC/DC转换器10提供商用交流电源Vac，用于对电池进行充电，同时，电池B中充电的电池交流电Bac通过输入/输出端子IOP提供给负载，提供商用交流电源Vac的供电端子ACP通过插座连接，并且储能***的电源插头连接到插座供电，通过插头连接供电端子ACP和电感器L，不再需要像以往那样搭建配电箱来安装储能***，安装方便。
图3是根据本发明实施例的使用单码电源插头的具备电源同步方法的汽车结构图。
参照图3，根据本发明实施例的使用单码电源插头的具备电源同步方法的汽车包括电池110、逆变器120、电机130、减速器140、储能***150、电缆160及单线电源插头170。
在本发明实施例中，汽车可以指以电为主要动力源的如电动汽车、氢电汽车、混合动力汽车等电动汽车EV。在本发明的实施例中，将以电动汽车为例进行描述。
电动汽车100将高压电池110的电力转换成三相交流电以驱动如永磁同步电机或感应电机等的三相交流电机，并通过电机轴和减速器140驱动连接的轮胎以移动汽车。电池110可以提供用于驱动电动汽车100的电力。
逆变器120可以使用来自电池110的电力作为输入通过传输转换器来驱动电机130。该逆变器120可以包括功率半导体和DC链路电容器作为主要功率部件。另外，逆变器120包括用于散发从开关元件产生的热量的冷却单元、用于连接到高压电池110、电机130或配电器的母线、连接器、以及开关元件的用于控制的控制板、门板等。
由于电动汽车100使用电力作为能源，因此必须将电力储存并储存作为能源，为此，电池110必须通过一般商用交流电源来充电。然而，当使用充电站给电动汽车100充电时，必须在整个电力短缺的地区安装充电站，这需要巨大的预算并且可能延误的限制。
因此，在本发明的实施例中，使用高压商用电源，为了对作为电动汽车100的储能装置的电池110进行充电，可以在电动汽车100的一部分包括储能***150。在图3的实施例中，储能***150可以被实现为图1级图2中所示的储能***150。
在储能***150中，单线电源插头170可以通过电缆160连接到商用交流电源例如，交流220V。储能***150将通过单根电缆160级单线电源插头170供应商用交流电源Vac的供应端子ACP以***方式连接到插座。
当对电动汽车100的电池110充电时，储能***150可以向电池110供电或者释放存储在储能***150中的电力并将其传输到***。确定是否对电动汽车100的电池110充电或向***传输电力可以由电力控制单元40或储能***150的控制器151确定。例如，电力控制单元40或控制器151可以在充电模式下控制电池110的充电操作，并在放电模式下控制将电力传输到***。
另外，储能***150在用户期望的特定预设时间执行充电或放电操作。例如，储能***150在电费低的时候(例如，应用低电价的深夜)对电池110的电力进行充电，并且可以通过在用户期望的预设特定时间(例如，在白天用电量增加且电费较高的时段)以平衡的方式释放电池110中所充电的峰值电力来使用。
储能***150在预设的特定时间对电池110进行充电，并在所述电池110中充电的电力超过所述电池110所消耗的电力的峰值时执行放电操作。
此时，储能***150可以自动设置电力消耗的峰值。当消费者使用电力时，储能***150将供应给负载70的电力消耗的峰值存储为预定时间段的平均模式值，并且可以设置最大峰值和最小峰值。储能***150包括控制器151，以确保电力在最大峰值和最小峰值的范围内充电和放电。例如，储能***150可以将高于平均模式值的功率设置为峰值。
图4是根据本发明实施例的使用单码电源插头的具备电源同步方法的汽车的应用示例。
参照图4，储能***150的单线电源插头170可以连接到电动汽车100外部的插座并连接到另一汽车或家用电器。因此，在本发明的实施例中，在驱动电动汽车100之后，储能***150中剩余的剩余电量可以用作为家庭中的家用电器或其他汽车充电的电源。
例如，当接收储能***150的商用交流电源供电的单线电源插头170***插座时，从储能***150放出的交流电就是从插座提供的电力同步化，可以执行独立逆变器功能，为家用电器或其他车辆供电。此外，还可发挥不间断电源UPS功能，克服停电故障，在家庭瞬时停电等浪涌情况下提供稳定的交流电，保护家用电器，并可作为电源直通和附加电源的插座。
另外，当商用交流电源停电后恢复时，商用交流电源Vac和电池B中存储的能量放电所产生的交流电源和信号同步可能会不匹配，从而导致信号不匹配，这导致储能***150可能被损坏。然而，本发明实施例采用如图1及图2所示的单码储能***150而不是现有的两线***来与电力***即时同步，以防止损坏逆变器。
当电动汽车100中的储能***150的电源插头170***插座时，电力从储能***150放电并且从插座供应电力。若从能量存储***150供应的电力与从插座供应的电力(通常从KEPCO供应的电力)不同步，则储能***150可能被损坏。
然而，本发明的实施例是在如商业用电停电的浪涌情况下通过将储能***150的单线电源插头170***插座，其执行不间断电源UPS功能以向家用电器或其他车辆供电，作为独立逆变器操作，并且当商用交流电源恢复时，由储能***150提供的交流电和由储能***150提供的交流电插座瞬间同步以产生能量，这防止存储***150被损坏。
此外，由于一般的ESS不具有同步功能，因此必须单独提供电源输入和输出端子并用2根电线连接，但为此需要在配电箱上进行安装工作。然而，本发明的实施例能够使图1和图2中说明的储能***150提供的电力与储能***150恢复的电力同步，使得一个单码电源插头170采用单码方式，无需在配电箱上单独进行安装工作。
因此，在本发明的实施例中，将作为并网逆变器的储能***150安装在电动汽车100上，使得一个单码电源插头170可以给自己的汽车或其他汽车充电，可以作为汽车充电线进行充电，也可以作为家用充电线为家用电器充电。
即，本发明的实施例包括用于对电动汽车100的高压电池110进行充电的功能、为家里的家电等传递负载电的V2L功能及使用单代码电源插头170使用电力同步方法将电力传输到电网的V2G功能。
本发明实施例仅通过连接储能***150和插座即可进行充电和放电，因此对安装空间的限制很少，并且不需要单独的布线工作。
另外，在本发明实施例中，储能***150不经过充电站而连接至一般商用交流电源(例如，AC220V)插座，可以减轻实际用电电网低压线路的负荷，由于不经过变压器减少传输电力的损耗。另外，本发明的实施例确定储能***150中的负载的电力状态并执行与电网联动的供电操作，从而降低电网电力的峰值。
另外，本发明实施例以电力作为主要动力源的电动汽车为例进行了说明。然而，本发明实施例不限于此，可以通过将储能***150安装在使用燃料电池、电池或电容器等动力的汽车中来执行上述操作，并且汽车的类型为仅限于此。
如上所述，应当理解为本发明可以在不脱离本发明的本质特征的情况下以修改的形式来实现。因此，所指定的实施例应从说明性而非限制性的角度考虑，本发明的范围由权利要求书而非前述说明来指示，并且等同范围内的所有差异均旨在包括在本发明的保护范围之内。
产业上的利用可能性
本发明涉及提供给家庭的电网电源的商用交流电源能够防止停电后恢复供电时储能***损坏，商用交流电源持续稳定地连接到负载，可以向交流电力及电池提供由电池中积累的电能产生的交流电。

Claims (4)

1.一种使用单码电源插头的具备电源同步方法的汽车，其特征在于，包括：
电池，用于提供电源来驱动所述车辆；以及储能***，安装在所述车辆的一部分，为所述电池充电所述电池，并提供电力给所述车辆外部的负载充电，当单码单线电源插头连接到所述车辆外部的插座来对所述负载充电时，为所述负载充电而放电的电力与从所述插座提供的商用交流电源同步，
所述储能***包括：
AC/DC转换器(10)，其通过输入/输出端子(IOP)接收作为***电源的所述商用交流电源(Vac)，并将商用交流电流转换为直流电源；
电池(B)，对从所述AC/DC转换器(10)输出的直流电进行充电；
升压器(20)，对所述电池(B)中充电的直流电进行升压并输出升压直流电压DC；
DC/AC转换器(30)，将所述升压直流电压(DC)转换成交流电，并通过所述输入/输出端子(IOP)向负载(70)提供电池交流电力(Bac)；
电源控制单元(40)，控制所述AC/DC转换器(10)的操作以对所述电池(B)进行充电，通过控制所述DC/AC转换器(30)的操作，以便将所述电池交流电力(Bac)提供给所述负载(70)；
电感器(L)，一个端子与供给所述商用交流电源(Vac)的供电端子(ACP)连接；
开关单元(SW)，一个端子连接到所述电感器(L)的另一端子，另一端子连接到所述输入/输出端子(IOP)；
电流判断单元(50)，将流过所述电感器(L)电感器电流(IL)与由用户所定的恢复极限电流(Iref)进行比较；以及
切换控制单元(60)，若所述电流判断单元(50)中所述电感器电流(IL)小于所述恢复极限电流(Iref)，则输出激活的开关控制信号(SWC)以导通所述开关单元(SW)，若所述电感器电流(IL)与所述恢复极限电流(Iref)相同，则输出非激活的开关控制信号(SWC)以关闭所述开关单元(SW)，当在所述开关控制信号(SWC)被去激活之后经过了由用户确定的参考时间(Tref)时，所述开关控制信号(SWC)被激活以接通所述开关单元(SW)。
2.根据权利要求1所述的使用单码电源插头的具备电源同步方法的汽车，其特征在于，提供所述商用交流电源(Vac)的供电端子(ACP)连接到所述插座，并且将所述单码电源插头连接到所述电感器(L)的一个端子，以将所述电源插头连接到所述插座。
3.根据权利要求1所述的使用单码电源插头的具备电源同步方法的汽车，其特征在于，所述储能***在所述商用交流电源不从所述插座提供的浪涌情况下，当所述单码电源插头连接到所述插座时，执行不间断电源(UPS)功能，为负载供电，当所述单码电源插头连接至所述插座时，所述商用交流电源恢复且从所述储能***释放的电力与从所述插座提供的所述商用交流电同步以对所述负载充电。
4.根据权利要求1所述的使用单码电源插头的具备电源同步方法的汽车，其特征在于，所述储能***还包括控制器，
控制器执行在用户期望的预设特定时间进行对所述电池充电所述电源的充电操作或对所述负载进行充电的放电操作，当向所述电池充电的电源超过所述电池消耗的电量的峰值时执行所述放电操作，并且控制所述电源的充电和放电发生在最大峰值和最小峰值的范围内。
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