CN108767892B - 一种电动汽车的充电站系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电动汽车的充电站系统，包括：储能变流器，与外部电网相连接，用于将外部电网的交流电转换成直流电，对储能电池组进行充电，以及将储能电池组输出的直流电转换成交流电，释放给外部电网；储能电池组，与储能变流器相连接；充电站，与外部电网相连接，用于对电动汽车进行充电；功率检测单元，串接在储能变流器和充电站的交流母线上，用于对充电站和储能变流器的功率进行测量。本发明能够避免在对电池汽车进行随机无序充电时所导致的电网的配网负荷峰峰叠加问题，保证电网的用电负荷稳定，还能降低电池汽车的用电成本，同时能够避免网侧开关频繁切换，也能够以较经济形式防逆流。
Description
技术领域
本发明涉及电动汽车充电技术领域，特别是涉及一种电动汽车的充电站系统。
背景技术
目前，我国已经成为全球最大的电动汽车市场，为了推进电动汽车的发展，需要布置大量的电动汽车充电站(如充电桩)。
由于对电动汽车进行充电的时间是不固定和随机无序的，这样容易导致电网的配网负荷出现峰峰叠加，峰谷差将进一步扩大。如果在“峰”时充电，一方面会使得电动汽车的用电成本较高；另一方面，将导致电网的用电负荷增加，对电网的供电质量产生严重的影响。
因此，目前迫切需要开发出一种技术，其能够避免在对电池汽车进行随机无序充电时所导致的电网的配网负荷峰峰叠加问题，保证电网的用电负荷稳定，不对电网的供电质量产生不良的影响，同时降低电池汽车的用电成本。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提供一种电动汽车的充电站系统，其能够避免在对电池汽车进行随机无序充电时所导致的电网的配网负荷峰峰叠加问题，保证电网的用电负荷稳定，不对电网的供电质量产生不良的影响，还能降低电池汽车的用电成本，有利于推广应用，具有重要的实际应用意义。
为此，本发明提供了一种电动汽车的充电站系统，包括：
储能变流器，与外部电网相连接，用于将外部电网的交流电转换成直流电，对储能电池组进行充电，以及将储能电池组输出的直流电转换成交流电，释放给外部电网；
储能电池组，与储能变流器相连接；
充电站，与外部电网相连接，用于对电动汽车进行充电；
功率检测单元，串接在储能变流器和充电站的交流母线上，用于对充电站和储能变流器的功率进行测量。
其中，还包括协调控制器，其与储能变流器和功率检测单元相连接，用于在预设的低电价时间段内，发送控制信号给所述储能变流器，控制所述储能变流器对储能电池组进行充电，以及在预设的高电价时间段，在充电站用电时，通过实时采集功率监测单元的功率，实时控制储能变流器释放储能电池组的电能，将储能电池组的输出的直流电转换成交流电释放给外部电网，实时补充电动汽车通过与外部电网相连接的充电站充电时所消耗的功率。
其中，所述储能变流器和充电站在工作时，始终是并联在外部电网上。
其中，在预设的低电价时间段内，所述储能变流器对储能电池组进行充电的功率等于储能电池组的剩余可充电电量除以预设的低电价时间段时长之商。
其中，还包括电池管理系统，与储能电池组、储能变流器和协调控制器通过信号线相连接，用于对储能电池组中电池的预设状态信息进行采集和管理，并供协调控制器采集，同时配合协调控制器对储能变流器进行冗余控制。
其中，所述外部电网与充电站之间设置有第一电磁开关，所述外部电网和储能变流器之间设置有一个第二电磁开关；
第一电磁开关用于手动断开外部电网与充电站之间的电连接，或者根据协调控制器的控制，来自动断开外部电网与充电站之间的电连接；
第二电磁开关用于手动断开外部电网与储能变流器之间的电连接，或者根据协调控制器的控制，来自动断开外部电网与储能变流器之间的电连接。
其中，还包括本地监控单元，用于对电池管理系统采集的预设电池状态信息进行监视，对协调控制器输入控制指令。
其中，还包括远程监控单元，与协调控制器通过信号线相连接，用于通过GPRS信号方式，将协调控制器获取的储能电池组中电池的预设状态信息发送到远端服务器。
由以上本发明提供的技术方案可见，本发明与现有技术相比，本发明提供了一种电动汽车的充电站系统，其能够避免在对电池汽车进行随机无序充电时所导致的电网的配网负荷峰峰叠加问题，保证电网的用电负荷稳定，不对电网的供电质量产生不良的影响，还能降低电池汽车的用电成本，有利于推广应用，具有重要的实际应用意义。
附图说明
图1是本发明提供的一种电动汽车的充电站系统的结构示意图；
图2是本发明提供的一种电动汽车的充电站系统具体实施例的结构示意图；
图3是本发明提供的一种电动汽车的充电站系统中协调控制器内的PI控制器的控制原理图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和实施方式对本发明作进一步的详细说明。
参见图1、图2，本发明提供了一种电动汽车的充电站系统，该系统包括：
储能变流器100，与外部电网相连接，用于将外部电网传来的交流电转换成直流电，然后对储能电池组200进行充电，以及将储能电池组200输出的直流电转换成交流电，释放给外部电网；
储能电池组200，与储能变流器100相连接，用于存储所述储能变流器100传来的电能，以及向所述储能变流器100输出直流电；
充电站(如充电桩)300，作为对电动汽车进行充电的执行单元，与外部电网相连接，用于对电动汽车进行充电；充电站作为负载挂接在外部电网上。
功率检测单元800，用于测量包括充电站300和储能变流器100在内的全部用电设备的总的用电功率，所述功率检测单元800串接在充电站300和储能变流器100的公用母线回路上。
具体实现上，对于本发明提供的充电站系统，还包括协调控制器400，其与储能变流器100和功率检测单元800相连接，用于在预设的低电价时间段内，发送控制信号给所述储能变流器100，控制所述储能变流器100对储能电池组200进行充电，以及在预设的高电价时间段内，在充电站300用电时，通过实时采集功率监测单元800的功率，实时控制所述储能变流器100释放储能电池组200的电能，将所述储能电池组200的输出的直流电转换成交流电释放给外部电网，实时补充电动汽车通过与外部电网相连接的充电站充电时所消耗的功率，等效实现电动汽车充电所消耗的功率等于储能变流器100释放储能电池组200的功率，因此，使得外部电网的网侧有功功率为0功率，等效实现使用谷电的目的。
也就是说，协调控制器400，根据从功率检测单元800获取的实时功率，通过实时控制算法控制储能变流器100对储能电池组200在高电价时段放电，等效实现充电站用电功率等于储能变流器100对储能电池组200的放电功率，并在低电价时段补充电；另外在放电时，协调控制器400能够进行防逆流控制。
需要说明的是，储能变流器100和充电站300在工作时，始终是并联在外部电网上的，不需要切换开关。
在本发明中，具体实现上，所述预设的低电价时间段可以为夜间的电价为“谷价”的时间段，可以与供电企业规定的低电价时间段一致；所述预设的高电价时间段可以为除了低电价时间段之外的其他时间段，可以是供电企业规定的正常收费或者高价收费的时间段(即用电“峰时”的时间段)，这时，电池组将放电。
在本发明中，具体实现上，在预设的低电价时间段内，所述储能变流器100对储能电池组200进行充电的功率可以优选为：等于储能电池组200的剩余可充电电量除以预设的低电价时间段时长之商。
需要说明的是，所述协调控制器根据在夜间电价为“谷价”时的时间段，来对储能电池组进行充电，充电功率可以根据电池剩余容量在此时间段平均分配；其他时间段(即电价为非“谷价”时)，则实时控制储能变流器放电功率，使得储能变流器释放给外部电网的功率等同于外部电网向充电站输出的功率(即电动汽车在充电站上消耗的功率)，从而使外部电网的网侧有功功率为0功率，等效实现使用谷电的目的。
具体实现上，所述协调控制器400可以为以单片机MCU、数字信号处理器DSP、可编程控制器PLC、中央处理器CPU等为核心的控制器系统。
对于本发明，需要说明的是，协调控制器在非“谷价”时控制电池放电，可以利用比例积分调节(PI)控制器，来实现对外部电网的网侧电网功率的闭环控制，使网侧有功功率实时逼近0。如图3所示，PI控制器给定X为0，反馈量W为功率检测单元实时检测的有功功率，输出Y作为储能变流器的有功功率设定值，通过协调控制器实时发送给储能变流器。PI调节器算法在协调控制器中，以一定的控制周期执行。控制周期取决于有功功率的获取的刷新时间和储能变流器的响应时间。控制周期优选为二者的最大值。
协调控制器可以根据预设的时间段(如预设的低电价时间段和高电价时间段)，来切换电池充放电逻辑，同时，防逆流功能作为软件功能块串接在充放电逻辑里。
对于本发明，所述储能电池组，在协调控制器和储能变流器的控制下，根据实时时间进行的充放电功能切换，时间设定可以根据当地的峰谷电价时间确定。
对于本发明，为了实现防逆流功能，通过实时监测网侧功率，出现逆流功率▽p，当▽P＜Pth(如设定用电功率为正，预设功率值Pth可以设定为0或者是很小的负数)，实时限定储能变流器P的预设有功功率为0。
对于本发明，具体实现上，所述储能变流器100与外部电网之间还设置有一个隔离变压器500，用于实现储能变流器100与外部电网之间的隔离。
对于本发明，具体实现上，还包括电池管理系统600，与储能电池组200、储能变流器100和协调控制器400通过信号线相连接，用于对储能电池组200中电池的预设状态信息(例如剩余电量SOC、单体电池间的能量均衡、电池组总电压等)进行采集和管理，并供协调控制器400采集，同时配合协调控制器400对储能变流器100进行冗余控制。
其中的电池管理系统BMS通过通讯总线和储能变流器PCS相连，一方面可将BMS信息发送给PCS,另一方面当BMS检查到电池系统报警信息后，可以对PCS发送停机命令，实现对PCS的冗余控制。通讯总线可以是RS485网络总线、CAN网络总线、以太网等。
对于本发明，具体实现上，所述外部电网与充电站300之间设置有第一电磁开关701(可以为断路器或者接触器)，所述外部电网和储能变流器100之间设置有一个第二电磁开关702(可以为断路器或者接触器)；
第一电磁开关701用于手动断开外部电网与充电站300之间的电连接，或者根据协调控制器400的控制(发送控制信号)，来自动断开外部电网与充电站300之间的电连接；
第二电磁开关702用于手动断开外部电网与储能变流器100之间的电连接，或者根据协调控制器400的控制(发送控制信号)，来自动断开外部电网与储能变流器100之间的电连接。
对于本发明，具体实现上，功率检测单元800，用于对充电站300和储能变流器的用电功率进行双向统计。
具体实现上，所述功率检测单元800，可以是具有功率检测功能的板卡，也可以是智能双向电表，串接在充电站300和储能变流器100的公用母线回路上。
对于本发明，具体实现上，本发明提供的充电站系统，还包括本地监控单元，与电池管理系统BMS通过信号线相连接，用于对电池管理系统BMS采集的预设电池状态信息(即本地系统的在线数据)进行监视，当电池管理系统BMS采集的预设电池状态信息不在对应的预设数值范围内时，向用户发出报警提示；同时和协调控制器通过通讯线相连，用于接收用户输入的控制指令，然后转发给协调控制器进行操作控制。
对于本发明，具体实现上，本发明提供的充电站系统，还包括远程监控单元，与协调控制器通过信号线相连接，用于实现远程对本地系统的数据状态监视和指令控制，具体可以通过GPRS信号方式，将本地系统状态信息(如储能电池组200中电池的预设状态信息)发送到远端服务器。
对于本发明，具体实现上，协调控制器通过快速通讯实时采集BMS、PCS和功率检测单元信息。
需要说明的是，对于本发明提供的电动汽车的充电站系统，其是基于协调控制器的，协调控制器是控制核心，并且作为实时的控制器，具备实时计算能力，同时还具有实时时钟功能，可以实时读取实时时间。此外，协调控制器采集BMS、PCS和功率检测单元的信息，控制储能变流器PCS的功率给定和开关机指令等。
对于本发明提供的电动汽车的充电站系统，本地监控单元的监控线路和协调控制器的控制线路相互独立，数据相互冗余。
具体实现上，本地监控单元通过独立的通讯链路采集PCS、BMS、协调控制器、充电站的信息，通过人机界面的形式对系统数据监视和显示。
具体实现上，远程监控单元可以包括GPRSDTU(即GPRS模块)，通过通讯总线(可以是RS485、RS232、CAN或者以太网)连接协调控制器或者本地监控单元，将本地数据以协议包的形式，以GPRS信号转发出去，远程终端(即远端服务器)以网页或APP的形式实现数据的查看。
基于以上技术方案，与现有技术相比较，本发明提供的电动汽车的充电站系统，具有以下的有益技术效果：
1、可以实现电动汽车充电站在白天“峰时”利用“谷电”对电动汽车充电的目的，通过峰谷价差节省用电成本；
2、储能电池组放电时，对网侧功率使用PI控制器，来进行闭环实时控制，最大限度的节省了用电电能；
3、通过并网控制，实现避免了现有离并网系统的并网开关的频繁切换和工作模式切换带来的系统稳定性问题；
4、通过集成防逆流功能以最经济方式，实现避免向电网反送电问题；
5、由电池管理系统BMS对储能交流器PCS进行冗余控制，增加了系统可靠性；
6、本地监控单元的监控线路和协调控制器的控制线路相互独立，实现数据冗余采集；
7、远程监控单元运行，随时掌握系统运行情况。
综上所述，本发明与现有技术相比，本发明提供了一种电动汽车的充电站系统，其能够避免在对电池汽车进行随机无序充电时所导致的电网的配网负荷峰峰叠加问题，保证电网的用电负荷稳定，不对电网的供电质量产生不良的影响，且能降低电池汽车的用电成本，有利于推广应用，具有重要的实际应用意义。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种电动汽车的充电站系统，其特征在于，包括：
储能变流器(100)，与外部电网相连接，用于将外部电网的交流电转换成直流电，对储能电池组(200)进行充电，以及将储能电池组(200)输出的直流电转换成交流电，释放给外部电网；
储能电池组(200)，与储能变流器(100)相连接；
充电站(300)，与外部电网相连接，用于对电动汽车进行充电；
功率检测单元(800)，串接在储能变流器(100)和充电站(300)的交流母线上，用于测量包括充电站(300)和储能变流器(100)在内的全部用电设备的总的用电功率；
所述的充电站系统，还包括协调控制器(400)，其与储能变流器(100)和功率检测单元(800)相连接，用于在预设的低电价时间段内，发送控制信号给所述储能变流器(100)，控制所述储能变流器(100)对储能电池组(200)进行充电，以及在预设的高电价时间段，在充电站(300)用电时，通过实时采集功率监测单元(800)的功率，实时控制储能变流器(100)释放储能电池组(200)的电能，将储能电池组(200)的输出的直流电转换成交流电释放给外部电网，实时补充电动汽车通过与外部电网相连接的充电站充电时所消耗的功率，等效实现电动汽车充电所消耗的功率等于储能变流器(100)释放储能电池组(200)的功率，使得外部电网的网侧有功功率为零功率。
2.如权利要求1所述的充电站系统，其特征在于，所述储能变流器(100)和充电站(300)在工作时，始终是并联在外部电网上。
3.如权利要求1所述的充电站系统，其特征在于，在预设的低电价时间段内，所述储能变流器(100)对储能电池组(200)进行充电的功率等于储能电池组(200)的剩余可充电电量除以预设的低电价时间段时长之商。
4.如权利要求1所述的充电站系统，其特征在于，还包括电池管理系统(600)，与储能电池组(200)、储能变流器(100)和协调控制器(400)通过信号线相连接，用于对储能电池组(200)中电池的预设状态信息进行采集和管理，并供协调控制器(400)采集，同时配合协调控制器(400)对储能变流器(100)进行冗余控制。
5.如权利要求1至4中任一项所述的充电站系统，其特征在于，所述外部电网与充电站(300)之间设置有第一电磁开关(701)，所述外部电网和储能变流器(100)之间设置有一个第二电磁开关(702)；
第一电磁开关(701)用于手动断开外部电网与充电站(300)之间的电连接，或者根据协调控制器(400)的控制，来自动断开外部电网与充电站(300)之间的电连接；
第二电磁开关(702)用于手动断开外部电网与储能变流器(100)之间的电连接，或者根据协调控制器(400)的控制，来自动断开外部电网与储能变流器(100)之间的电连接。
6.如权利要求4所述的充电站系统，其特征在于，还包括本地监控单元，用于对电池管理系统(600)采集的预设电池状态信息进行监视，对协调控制器(400)输入控制指令。
7.如权利要求4所述的充电站系统，其特征在于，还包括远程监控单元，与协调控制器(400)通过信号线相连接，用于通过GPRS信号方式，将协调控制器(400)获取的储能电池组(200)中电池的预设状态信息发送到远端服务器。
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