CN204947593U - 一种太阳能光伏电动车充电站智能控制*** - Google Patents

一种太阳能光伏电动车充电站智能控制*** Download PDF

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陈怀忠
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Abstract

本实用新型提供了一种太阳能光伏电动车充电站智能控制***，包括能量接收与转换单元、能量储存与分配控制单元、能量输出单元和公共直流母线；所述能量接收与转换单元、能量储存与分配控制单元、能量输出单元分别挂接在公共直流母线上。本实用新型太阳能光伏电动车充电站智能控制***具有结构简单、充电效率高、安全可靠性、使用寿命长等优点。

Description

一种太阳能光伏电动车充电站智能控制***
技术领域
本实用新型涉及太阳能技术领域，具体讲是一种太阳能光伏电动车充电站智能控制***。
背景技术
随着社会的发展，速度慢、耗费体力的自行车已逐步被电动车所代替。特别是公共交通拥挤的地区，又限制摩托车的使用，电动车则成为了人们日常上下班出行的最佳选择。随着中国经济的发展，电动车（含电动汽车）必然为成为广大国民的首选交通工具，电动车的增长，特别是大量电动汽车的增长，将必须有大量的充电站与其配套。同时随着太阳能发电技术和储电技术的不断成熟和完善，太阳能将更多地应用到交通领域。太阳能光伏充电站作为一种有效地新能源发电储能式充电站，其利用太阳能电池组件发电，并把产生的电能储存在蓄电池等储能设备中，行之有效地利用了新能源电力和技术，为电动车提供电源充电，达到节能环保的作用。太阳能充电站所发电力通过合理设计和建设可直接提供给电动自行车、电动汽车等充电。当前，我国太阳能光伏充电站控制***技术研究不断深入，与欧美国家相比，任有不少差距。
目前太阳能光伏充电站控制***技术主要在以下几方面需要。首先，太阳能电池发电成本比较高，所以合理的利用并存储太阳能是太阳能发电***的关键部分。传统蓄电池由于其能量密度高，在独立光伏发电***中得到了广泛的应用。但是蓄电池功率输出能力不足，寿命不长，为了满足短时大功率而配置大于经常性负荷容量造成严重浪费。其次，太阳能应用效率有待提高，太阳能电池在工作时,随着日照强度、环境温度的不同,其端电压将发生变化,使输出功率产生变化,故太阳能电池本身是一种极不稳定的电源。要提高太阳能光伏应用能量，必须研究一种控制策略，始终让太阳能光伏转换效率最大。最后，目前市场上太阳能光伏充电站只具有直流充电的慢充方式，光伏直流电源不能对交流负载进行供电，缺乏充电方式的多样性。
实用新型内容
本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种结构简单、充电效率高、安全可靠性、使用寿命长、便于推广使用的太阳能光伏电动车充电站智能控制***。
为了实现上述目的，本实用新型的技术方案如下：一种太阳能光伏电动车充电站智能控制***，包括能量接收与转换单元、能量储存与分配控制单元、能量输出单元和公共直流母线；所述能量接收与转换单元、能量储存与分配控制单元、能量输出单元分别挂接在公共直流母线上；所述能量接收与转换单元包括光伏PV阵列模块、MPPT模块和DC/DC模块一，光伏PV阵列模块与MPPT模块相连，MPPT模块与DC/DC模块一相连，DC/DC模块一挂接在公共直流母线上；所述能量储存与分配控制单元包括Buck-Boost变换器一、Buck-Boost变换器二、蓄电池、超级电容器、信息采集模块和中央控制器，Buck-Boost变换器一和Buck-Boost变换器二分别挂接在公共直流母线上，且Buck-Boost变换器一和Buck-Boost变换器二分别与蓄电池、超级电容器相连，DC/DC模块一、Buck-Boost变换器一和Buck-Boost变换器二均与信息采集模块相连，信息采集模块与中央控制器相连，中央控制器分别与Buck-Boost变换器一和Buck-Boost变换器二相连。
进一步地，所述能量输出单元包括DC/AC模块、DC/DC模块二和负载，DC/AC模块和DC/DC模块二均挂接在公共直流母线上，DC/AC模块、DC/DC模块二分别与负载相连。
进一步地，所述能量储存与分配控制单元还包括用于控制负载的负载开关，中央控制器与负载开关相连。
进一步地，所述负载与信息采集模块相连。
采用上述技术方案后，本实用新型与现有技术相比，具有以下优点：
一、采用超级电容器和蓄电池混合储能模式，当***中光伏电池输出功率大于负载额定功率时，多余的能量通过Buck-Boost变换器在蓄电池和超级电容器中存储起来。当输出功率不足时，由蓄电池和超级电容器供电保证负载供电稳定。超级电容器可以承担储能负荷中的频繁波动部分，这样可较好发挥超级电容器循环寿命长、大功率输出能力强以及响应速度迅速等优势，同时还能有效地避免超级电容器储能不高的缺点。对蓄电池而言，这样可减少频繁充放电带来的的小循环充放电现象，达到延长蓄电池使用寿命的目的。
二、采用最大功率点跟踪控制方法（MPPT）使太阳能光伏转换达到一个自动寻优过程，最优智能化实现太阳能光伏能量最大功率输出。
三、超级电容器和蓄电池均采用双向Buck-Boost转换电路与公共直流母线连接，便于能量管理，蓄电池与超级电容器电压等级不必与母端电压一个匹配。
四、***输出采用DC/DC和DC/AC逆变两种方式，如此可提供电动车快充和慢充模式，有利于电动车充电多样性，给用户更多的选择。
附图说明
附图1是本实用新型太阳能光伏电动车充电站智能控制***的结构框图。
附图2是信息采集模块的电路图。
图中所示：1、能量接收与转换单元11、光伏PV阵列模块12、MPPT模块13、DC/DC模块一2、能量储存与分配控制单元21、Buck-Boost变换器一22、Buck-Boost变换器二23、蓄电池24、超级电容器25、信息采集模块26、中央控制器27、负载开关3、能量输出单元31、DC/AC模块32、DC/DC模块二33、负载4、公共直流母线。
具体实施方式
下面通过附图和实施例对本实用新型作进一步详细阐述。
如图1所示：一种太阳能光伏电动车充电站智能控制***，包括能量接收与转换单元1、能量储存与分配控制单元2、能量输出单元3和公共直流母线4。能量接收与转换单元1、能量储存与分配控制单元2、能量输出单元3分别挂接在公共直流母线4上。能量接收与转换单元1包括光伏PV阵列模块11、MPPT模块12和DC/DC模块一13。光伏PV阵列模块11与MPPT模块12相连，MPPT模块12与DC/DC模块一13相连，DC/DC模块一13挂接在公共直流母线4上。能量储存与分配控制单元2包括Buck-Boost变换器一21、Buck-Boost变换器二22、蓄电池23、超级电容器24、信息采集模块25和中央控制器26。中央控制器26采用型号为TMS320F2812的DSP芯片。Buck-Boost变换器一21和Buck-Boost变换器二22分别挂接在公共直流母线4上，且Buck-Boost变换器一21和Buck-Boost变换器二22分别与蓄电池23、超级电容器24相连。DC/DC模块一13、Buck-Boost变换器一21和Buck-Boost变换器二22均与信息采集模块25相连，信息采集模块25与中央控制器26相连，中央控制器26分别与Buck-Boost变换器一21和Buck-Boost变换器二22相连。
以上所述的信息采集模块25用于信号的采集，信号采集主要是对光伏发电***运行过程中的电压等进行准确的采样，能够随时了解***的运行状态，如图2是***直流信号的电压采样电路。电压采样电路先对光伏阵列的输出电压进行电阻分压，经过电压跟随器等处理，最后将得到的合适的信号送入DSP芯片的AD端口。
本实施例中，能量输出单元3包括DC/AC模块31、DC/DC模块二32和负载33，DC/AC模块31和DC/DC模块二32均挂接在公共直流母线4上，DC/AC模块31、DC/DC模块二32分别与负载33相连。
本实施例中，能量储存与分配控制单元2还包括用于控制负载33的负载开关27，中央控制器26与负载开关27相连。且所述负载33与信息采集模块25相连。
以下为本实用新型太阳能光伏电动车充电站智能控制***的工作原理：
能量接收与转换单元1通过光伏PV阵列模块11接收太阳能能量，采用最大功率点追踪MPPT模块12对光伏PV阵列模块11的能量进行处理，得到最大的能量输出，输出能量经过DC/DC模块一13，将光伏电压进行处理，得到满足***合适的电压，将该电压输出到公共直流母线4上，供能量储存与分配控制单元2进行能量分配处理，最后通过公共直流母线4输出到输出单元。
Buck-Boost变换器（包括Buck-Boost变换器一21和Buck-Boost变换器二22）内部由IGBT开关管和二极管等元件构成，中央控制器26通过对Buck-Boost变换器一21和Buck-Boost变换器二22中IGBT开关管的控制，使电路具有充电与放电功能，双向变换器电路来实现能量的双向流动。信息采集模块25采集蓄电池23、超级电容器24、能量接收与转换单元1和能量输出单元3中的电压、功率等信号，并输出到中央控制器26中，中央控制器26进行分析处理，并根据预设的能量控制策略，实现对Buck-Boost变换器一21、Buck-Boost变换器二22以及负载开关27进行控制，控制蓄电池23和超级电容器24充电和放电功能，决定二者的工作模式，在不改变Buck-Boost变换器输入输出电压方向的条件下实现改变电流方向的目的。输出电压与公共直流母线4和能量输出单元3相连。
DC/DC模块二32提供直流负载33输出，采用DC/DC电路，可得到多路不同等级直流电压，供不同负载33等级用户使用，具有快充功能。DC/AC模块31主要功能是将直流电转换为交流电，具有慢充功能，可提供给自带电动车充电器的交流用户使用，实现充电多样性，给用户更多的选择。
以下为本实用新型太阳能光伏电动车充电站智能控制***的能量主要控制策略：
使蓄电池23长期保持在较高荷电状态，减少蓄电池23充放电循环次数。因此，在工作过程中，***优先为蓄电池23进行充电。如果光伏电池输出功率大于负载33功率要求，多余的能量向蓄电池23和超级电容器24充电。如果光伏电池输出功率小于负载33功率要求，蓄电池23提供不足功率保证公共直流母线4电压稳定。如果负载33功率突变，启动超级电容器24为负载33放电，提供冲击功率。如果超级电容器24和蓄电池23放电时间过长，端电压达到过放电压时，切断负载开关27，待超级电容器24和蓄电池23电压上升后再对负载33进行充电。举个例子，比如连续阴天，充电站的电能无法满足充电要求，此时中央控制器26控制负载开关27切断，负载33无法充电，如此也能对充电站起到保护作用，延长使用寿命。

Claims (4)

1.一种太阳能光伏电动车充电站智能控制***，其特征在于：包括能量接收与转换单元、能量储存与分配控制单元、能量输出单元和公共直流母线；所述能量接收与转换单元、能量储存与分配控制单元、能量输出单元分别挂接在公共直流母线上；所述能量接收与转换单元包括光伏PV阵列模块、MPPT模块和DC/DC模块一，光伏PV阵列模块与MPPT模块相连，MPPT模块与DC/DC模块一相连，DC/DC模块一挂接在公共直流母线上；所述能量储存与分配控制单元包括Buck-Boost变换器一、Buck-Boost变换器二、蓄电池、超级电容器、信息采集模块和中央控制器，Buck-Boost变换器一和Buck-Boost变换器二分别挂接在公共直流母线上，且Buck-Boost变换器一和Buck-Boost变换器二分别与蓄电池、超级电容器相连，DC/DC模块一、Buck-Boost变换器一和Buck-Boost变换器二均与信息采集模块相连，信息采集模块与中央控制器相连，中央控制器分别与Buck-Boost变换器一和Buck-Boost变换器二相连。
2.根据权利要求1所述的一种太阳能光伏电动车充电站智能控制***，其特征在于：所述能量输出单元包括DC/AC模块、DC/DC模块二和负载，DC/AC模块和DC/DC模块二均挂接在公共直流母线上，DC/AC模块、DC/DC模块二分别与负载相连。
3.根据权利要求1所述的一种太阳能光伏电动车充电站智能控制***，其特征在于：所述能量储存与分配控制单元还包括用于控制负载的负载开关，中央控制器与负载开关相连。
4.根据权利要求2所述的一种太阳能光伏电动车充电站智能控制***，其特征在于：所述负载与信息采集模块相连。
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