CN101640434A - 电动车光伏并网充电系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电动车光伏并网充电系统，包括光伏组件阵列、并网逆变器、组件及环境监测系统、变压器、配电柜及计量表、充电控制系统、充电监测系统和充电器，可在高尔夫电瓶车、电动公交车和其它电动车充电站中使用。充电控制系统能够控制充电器接入的数目和接入的顺序，实现电动车的充电管理。充电监测系统时时监测电池的充电信息，显示所有接入的电动车电池组的充电状态。充电器完成电动车电池组的具体充电控制和过充保护。电动车光伏并网充电站可以实现对不同厂家生产的多辆不同类型的电动车充电的组织和管理，可实现电动车快速充电、纯太阳能充电以及其它充电形式。
Description
技术领域
本发明涉及电动车充电系统，特别涉及利用光伏组件并网发电为电动车充电的充电系统。
背景技术
目前全球能源紧缺，汽车是能源消耗的重要领域。发展和推广电动汽车，对实现能源多样化和可持续发展意义重大。汽车工业领域和主要工业国家对发展电动汽车十分重视。我国已经将电动汽车发展列入国家中长期发展战略的重点领域。电动车充电站是电动汽车产业化和商业化运行的重要基础设施。随着市场上电动车的使用越来越多，当其同时充电时，特别是在白天用电高峰期进行充电时，会对电网造成很大的压力。现有充电站主要是属于沿用常规充电机使用市电为特定型号的电动车充电而建立的充电机集群。有些电动车是作为短距离代步工具运行的，此类电动车在白天的大部分时间里是处于停放状态的，因此利用太阳能来为电动车充电可以有效的缓解用电压力。
发明专利200610062677.3公开了一种电动车充电系统，然而此系统利用的是市电充电，发明专利200710118518.5则公开了一种电动汽车的充电运行方法，其中涉及的充电站可以使用市电也可以使用太阳能为汽车充电，但是该发明没有解决多辆车和多种供电系统运行下的充电组织和管理问题，特别是没有针对太阳能特点提出的系统解决方案。与此同时，直到目前，我国还没有真正意义上的电动汽车用光伏充电站，它不同于传统意义上的市电充电站，具有特殊的技术要求和特征：一方面太阳能发电具有自己的特征，比如易于受环境的影响而不稳定等；另一方面，充电站不应该是简单的多台充电机的集合，应该是一个针对不同电动车辆，针对不同电池组的充电和管理系统。
发明内容
鉴于上述原因，本发明的目的是提供一种符合电动汽车充电站要求的光伏并网充电系统。
为实现上述目的，本发明提供一种电动车光伏并网充电系统，其特征在于，它包括光伏组件阵列、并网逆变器、组件及环境监测系统、变压器、配电柜及计量表、充电控制系统、充电监测系统和充电器。
电动车的动力电池可以是铅酸蓄电池、钠硫电池、锂离子电池、镍氢电池以及其它可用的电化学动力电池。
所述光伏组件阵列系统主要完成将太阳能转变为直流电。
所述光伏组件阵列包括光伏组件、防逆流装置、旁路元件、接线箱和安装固定支架等；光伏组件包括非晶硅电池、双结非晶硅微晶硅电池、铜铟镓锡CIGS电池、染料敏化太阳能电池DSSC以及其它能将太阳能转化为电能的组件和装置。所述光伏组件阵列系统是由多块独立的光伏组件通过串联或并联的方式连接在一起，光伏组件的数目和串并联方式根据实际需求的功率、输出电压和输出电流来进行设计，使光伏组件最终的发电规模与计划负载的大小相匹配。
所述并网逆变器包括电压、电流控制部分，最大功率追踪控制部分，并网保护部分和反孤岛部分，光伏组件产生的直流不稳电力经过逆变器转变为和市电电网一致的谐波交流电，实现并网发电。
所述组件及环境监测系统包括光伏组件工作状态监测部分和环境监测部分。所述环境监测系统，其特征在于：包括温度传感器，湿度传感器，风速测量设备，太阳辐射强度测量设备和数据记录与通信控制；所述光伏组件工作状态监测部分，其特征在于：包括组件输出电压、电流及功率值的测量、记录和计算机的通信控制。
所述变压器可以将中高压电网降压成低压交流电和所述并网逆变器中的交流电并联接入配电柜中供应负载，另一方面，当所述光伏组件的发电量超过负载需求时就会产生剩余电力，这些剩余电力通过逆变器变为低压交流电，并通过变压器升压后并入中高压电网实现电力的重新分配。
所述配电柜及计量表包括低压配电柜和多种计量表。所述低压配电柜中的低压电器包括熔断器、交流接触器、剩余电流动作保护器、电容器及其它设备；所述计量表包括电能表、电流表、电压表及其它用运行参数的监测统计分析的仪表。
所述充电控制系统能够控制充电器接入的数目和接入的顺序，实现电动车的充电管理。本发明所述充电控制系统，能够根据用户设定来实现不同的充电模式。
当多辆电动车接入充电系统时，如果用户只希望用太阳能为负载充电，充电监测系统将会给出目前已接入系统的所有电动车的电池组的剩余容量，控制系统将根据电池剩余容量的大小对电池组进行分级，并按照电池组剩余容量由高到低的顺序接入电动车，接入电动车的数目则根据此时光伏组件的发电量来确定。
当多辆电动车接入充电系统中，如果用户需要所有电动车在尽可能短的时间内完成充电，则控制系统将会同时接入所有待充电电池组，此时光伏组件和电网以并联的方式共同为电池组充电提供电力。
当电动车需要白天用太阳能充电，夜间用市电充电时，组件和环境监测系统将根据得到的环境信息自动调配光伏组件和市电的电力，即在白天时，市电被从系统中隔离开，所有接入系统的电动车均从光伏组件所产生的电力中充电，在夜晚时，市电接入系统，将所有电动车的电池组充满。
所述充电监测系统包括电池组开路电压采样测量及记录电路、电池组剩余电力测量电路、各个充电器电流大小采样测量电路和计算机通信控制部分，系统能够根据充电器所处状态和历史记录，时时反应电池的充电信息，显示所有接入的电动车电池组的充电状态。
所述充电器包括整流滤波电路、变压器、电压采样电路、由单片机构成的充电控制器、功率转换电路、驱动电路、过流过压保护电路、温度测量电路、状态显示和数据通信电路及其它部分，可以完成对电池组的自动阶段性充电控制，电动车的动力电池性质易受温度的影响，因此本系统充电器可以根据温度对充电电压、电流和过流过压保护进行修正和补偿，防止动力电池在充放电过程中由环境温度变化引起电池的损坏。
本发明的电动车光伏并网充电系统用途广泛，可在高尔夫电瓶车、电动公交车和其它电动车充电站中使用，可以实现对不同厂家生产的多辆不同类型的电动车进行充电的组织和管理，可实现电动车快速充电、纯太阳能充电以及其它多种充电形式。
附图说明
图1为本发明实施例一的系统结构原理方框图；
图2为本发明实施例一的系统工作控制流程图；
图3为本发明实施例二的系统结构原理方框图；
图4为本发明实施例二的系统工作控制流程图；
图5为本发明实施例三的系统工作控制流程图；
其中，图1为摘要附图。
具体实施方式
以下仅为本发明的较佳实施例，不能以此限定本发明的范围。即大凡依本发明申请专利范围所作的均等变化与修饰，皆应仍属本发明专利涵盖的范围内。
下面结合附图对本发明并网光伏充电系统进行说明。
实施例一
如图1所示，本发明的充电站是一种利用光伏组件并网发电为电动车充电的充电系统，包括光伏组件阵列、并网逆变器、组件及环境监测系统、变压器、配电柜及计量表、充电控制系统、充电监测系统和充电器。光伏组件阵列所产生的电通过并网逆变器后和电网的电并联接入配电柜中供负载使用。充电控制系统和充电器能够有选择的为电池组进行充电。
本方案与现有市电和太阳能充电站的区别是充电系统可以根据实际情况有多种充电模式可以选择，可以对所有已接入的电池组根据剩余容量进行分级，并且根据分级的结果进行选择性的充电。
其工作控制流程如图2：选择纯太阳能充电下工作，就要求接入的电池组分级进行选择性充电，当一个电池组接入时，系统会首先通过充电监测系统得到目前所有接入电池组的剩余电量信息和目前通过充电控制系统的总电流然后对所有电池组按照剩余电量的多少进行分级，组件监测系统会为充电控制系统提供目前组件的产能，通过对比组件的产能和负载用电状态选择接入哪几个电池组，保证剩余电量最多的电池组先充满。考虑到太阳能发电的不稳定性，系统时时监控产能和负载的变化，当负载用电量超过光伏组件的产能时，系统会自动开始对负载进行新的分级和选择性接入。
实施例二
如图3所示，与实施例一不同的是在电池组可拆装，要求全天候运行的充电系统中，控制流程如图4所示，光伏组件产生的电通过并网逆变器后与市电并联为电动车充电，电动车无需分级，随时接入随时充电。此系统的充电器在电池组充满后自动断开。
实施例三
如图3所示，与实施例二不同的是，配电柜能够根据组件和环境监测系统得到的信息自动调配光伏组件和市电的电力。如控制流程图5所示，在白天时，市电被从系统中隔离开，所有接入系统的电动车均从光伏组件所产生的电力中充电，在夜晚时，市电接入系统，将所有电动车的电池组充满。
上述实施例只是对于本发明进行说明，而不是对本发明的保护范围的限制。本领域的技术人员在本发明的启示下，可能做出一些变通的实施方式，均属于本发明的保护的范围。比如：充电监测系统中的电压电流取样方式多种多样，可以分压取样或者使用霍尔电压传感器取样；电动车充电器可以是交流输入，也可以是直流转直流的充电设备，只是此时充电控制系统可以将配电柜产生的交流电先进行整流；控制系统的主体可以是单片机、DSP等芯片，它们都可以用来做监测然后进行控制，等等。
Claims (10)
1.一种电动车光伏并网充电系统，其特征在于，包括：光伏组件阵列、并网逆变器、组件及环境监测系统、变压器、配电柜及计量表、充电控制系统、充电监测系统和充电器。
2.根据权利要求1所述的电动车光伏并网充电系统，其特征在于，光伏组件阵列系统是由太阳能电池按照实际需求功率、输出电压和输出电流设计不同的串联和并联形式，使光伏组件的规模和计划负载相匹配。
3.根据权利要求1所述的电动车光伏并网充电系统，其特征在于，并网逆变器包括电压、电流控制部分，最大功率追踪控制部分，并网保护部分和反孤岛部分，光伏组件产生的直流不稳电力经过逆变器转变为和市电电网一致的谐波交流电，实现并网发电。
4.根据权利要求1所述的电动车光伏并网充电系统，其特征在于，组件及环境监测系统包括光伏组件工作状态监测部分和环境监测部分；环境监测系统包括温度传感器，湿度传感器，风速测量设备，太阳辐射强度测量设备和数据记录与通信控制；光伏组件工作状态监测部分包括组件输出电压、电流及功率值的测量、记录和计算机的通信控制。
5.根据权利要求1所述的电动车光伏并网充电系统，其特征在于，变压器将中高压电网降压成低压交流电和并网逆变器中的交流电并联接入配电柜中供应负载，所述光伏组件所产生剩余电力也可以升压并入中高压电网。
6.根据权利要求1所述的电动车光伏并网充电系统，其特征在于，充电器是交流输入或是直流转直流的充电设备。
7.根据权利要求1所述的电动车光伏并网充电系统，其特征在于，充电监测系统包括电池组开路电压采样测量及记录电路、电池组剩余电力测量电路、各个充电器电流大小采样测量电路和计算机通信控制部分，充电监测系统中的电压电流取样方式为分压取样或者霍耳感应取样。
8.根据权利要求1～7所述的任意一种电动车光伏并网充电系统，其特征在于，充电控制系统能根据设定来实现电力的分配，当多辆电动车只需要太阳能充电时，充电监测系统将会给出目前已接入系统的所有电动车的电池组的剩余容量，控制系统将根据电池剩余容量的大小对电池组进行分级，并按照电池组剩余容量由高到低的顺序接入电动车，同时根据光伏组件的发电量，选择接入充电的电动车数量。
9.根据权利要求1～7所述的任意一种电动车光伏并网充电系统，其特征在于，当多辆电动车需要最快速充电时，电动车无需分级，控制系统将会接入所有待充电电池组，从光伏组件和电网以并联的方式对电池组进行充电。
10.根据权利要求1～7所述的任意一种电动车光伏并网充电系统，其特征在于，当电动车需要白天用太阳能充电，夜间用市电充电时，组件和环境监测系统将根据得到的环境信息自动调配光伏组件和市电的电力，即在白天时，市电被从系统中隔离开，所有接入系统的电动车均从光伏组件所产生的电力中充电，在夜晚时，市电接入系统，将所有电动车的电池组充满。
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