CN109532557A - 一种电动汽车充电系统以及控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种电动汽车充电系统以及控制方法，该系统包括：第一储能装置、直流母线以及至少一个充电设备。其中，所述第一储能装置的第一输入端与外接光伏组件的输出端相连，所述第一储能装置的第二输入端与外接电网相连，所述第一储能装置的输出端与所述直流母线相连。所述充电设备的输入端与所述直流母线电连接，且，所述充电设备与所述直流母线可滑动连接。在本发明中，采用储能装置作为供电电源，其为直流电，在电动车进行充电时，不需要进行交直流转换，提高了能效，因电能是由第一储能装置、光伏组件、第二储能装置提供，在充电负荷高时，也不会对电网造成冲击影响。

Description

一种电动汽车充电系统以及控制方法
技术领域
本发明涉及汽车充电技术领域，具体涉及一种电动汽车充电系统以及控制方法。
背景技术
随着新能源的快速发展，电动车越来越普遍，随之，电动车的充电需求也越来越大。目前，电动车可以通过固定场所的充电设备进行充电，请结合图1，图1提供了一种架空轨道式移动充电系统，包括AC/DC装置、直流母线导轨、牵引装置、充电控制器、主控单元、人机交互单元、通信单元、计量计费单元、线缆收放装置、充电线缆以及充电插头。
具体的，用户发送充电请求给主控单元，主控单元控制牵引装置，以使牵引装置带动充电控制器沿着直流母线导轨传送电缆线至待充电的电动车上方，实现用户通过电缆线与电动车连接进行充电。
然而，发明人发现，目前的架空式充电系统采用电网作为供电电源，在电动车进行充电时，充电负荷较大，会对电网进行冲击。
因此，如何提供一种电动汽车充电系统以及控制方法，能够降低电动车充电时对电网的冲击，是本领域技术人员亟待解决的一大技术难题。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例提供了一种电动汽车充电系统以及控制方法，能够降低电动车充电时对电网的冲击。
为实现上述目的，本发明实施例提供如下技术方案：
一种电动汽车充电系统，包括：第一储能装置、直流母线以及至少一个充电设备；
所述第一储能装置的第一输入端与外接光伏组件的输出端相连，所述第一储能装置的第二输入端与外接电网相连，所述第一储能装置的输出端与所述直流母线相连；
所述充电设备的输入端与所述直流母线电连接，且，所述充电设备与所述直流母线可滑动连接。
可选的，还包括：集中式DC/DC模块，
所述集中式DC/DC模块与所述直流母线相连，基于所述充电设备输出的控制信号，所述第一储能装置将所述直流母线上的电能通过所述集中式DC/DC模块转换成目标充电功率至所述充电设备，以使所述充电设备对待充电汽车进行充电。
可选的，还包括储能变流器，
所述储能变流器设置在所述外接电网与所述第一储能装置的第二输入端之间，用于将所述外接电网的交流电转换成直流电至所述第一储能装置，以使所述直流母线上的电压恒定。
可选的，还包括第二储能装置，
所述第二储能装置与所述充电设备电连接，当所述第一储能装置的电能低于第一阈值或充电功率波动大于第二阈值时，所述第二储能装置为所述充电设备提供电能。可选的，所述充电设备包括充电接口、数据采集模块以及通讯模块；
所述数据采集模块用于采集待充电汽车的需求充电功率；
所述通讯模块与所述数据采集模块相连，用于将所述需求充电功率发送至所述集中式DC/DC模块；
所述集中式DC/DC模块将所述直流母线上的电能转换成与所述需求充电功率相等的目标充电功率，并将所述目标充电功率传输至所述充电接口。
可选的，还包括：滑动控制器以及伸缩线缆，
所述直流母线设置在车位的上方，与所述伸缩线缆的一端相连，所述伸缩线缆的另一端与所述充电设备相连；
所述充电设备通过所述滑动控制器与所述直流母线可滑动连接。
可选的，所述伸缩线缆与所述直流母线连接的一端设置有金属环，通过所述金属环与所述直流母线滑动连接。
可选的，所述集中式DC/DC模块还包括功率分配处理器所述功率分配处理器获取所述光伏组件、所述外接电网以及所述第一储能装置的电能参数以及充电设备的功率参数，基于所述直流母线进行电能的分配。
一种控制方法，其特征在于，应用于任意一项上述的电动汽车充电系统，该控制方法包括：
获取待充电汽车的需求充电功率；
将所述直流母线上的电能转换成与所述需求充电功率相等的目标充电功率，以使所述目标充电功率对所述待充电汽车充电。
可选的，还包括：获取所述光伏组件、所述外接电网以及所述第一储能装置的电能参数以及充电设备的功率参数，基于所述直流母线进行电能的分配。
基于上述技术方案，本发明提供了一种电动汽车充电系统，包括：第一储能装置、直流母线以及至少一个充电设备。其中，所述第一储能装置的第一输入端与外接光伏组件的输出端相连，所述第一储能装置的第二输入端与外接电网相连，所述第一储能装置的输出端与所述直流母线相连。所述充电设备的输入端与所述直流母线电连接，且，所述充电设备与所述直流母线可滑动连接。在本发明中，采用储能装置作为供电电源，其为直流电，在电动车进行充电时，不需要进行交直流转换，提高了能效，因电能是由第一储能装置、光伏组件、第二储能装置提供，在充电负荷高时，也不会对电网造成冲击影响。并就此基础上，本发明还提供了基于上述电动汽车充电系统的控制方法，首先获取所述光伏组件、所述外接电网以及所述第一、二储能装置的电能参数以及充电设备的功率参数，然后基于所述直流母线进行电能的分配，降低充电行为对配电网的冲击。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为现有技术中一种电动汽车充电系统的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的一种电动汽车充电系统的架构示意图；
图3为本发明实施例提供的一种电动汽车充电系统的原理示意图；
图4为本发明实施例提供的一种控制方法的流程示意图；
图5为本发明实施例提供的一种控制方法的又一流程示意图；
图6为本发明实施例提供的一种电动汽车充电系统中系统调度示意图；
图7为本发明实施例提供的一种控制方法的又一流程示意图；
图8为负荷冲击曲线示意图。
具体实施方式
结合背景技术，发明人发现，当前的架空轨道式移动充电系统中，采用电网作为供电电源，其供电母线为交流电，而电动汽车采用直流电，因此，在电动汽车进行充电时，需要将电网的交流电转换成直流电。通常，可以通过充电桩的AC/DC模块进行转换，或者通过车载充电机的AC/DC模块进行转换，然而，无论是哪种转换方式，均会导致能量损失，进而降低充电效率。除此，在架空式移动充电领域，电动汽车充电接入配电网属于大功率负荷，尤其对于350kW直流快充技术，这种冲击性负荷会对配电网产生很大的冲击，引起潮流变化、电压失衡、网损增加等问题，进而导致输电效率和供电质量下降，甚至会引起配电网系统瘫痪。
基于此，请参阅图2以及图3，其中，图2为本发明实施例提供的一种电动汽车充电系统的架构示意图，图3为本发明实施例提供的一种电动汽车充电系统的原理示意图。该电动汽车充电系统，包括：第一储能装置11、直流母线12以及至少一个充电设备13。
其中，各器件的连接关系如下：
第一储能装置11的第一输入端与外接光伏组件14的输出端相连，第一储能装置11的第二输入端与外接电网15相连，第一储能装置11的输出端与直流母线12相连。
充电设备13的输入端与直流母线12电连接，且，充电设备13与直流母线12可滑动连接。
可见，本实施例采用第一储能装置作为供电电源，其直接与直流母线相连，二者之间不需要进行交直流转换，能量效率高。并且，通过第一储能装置对电动汽车进行充电，由于第一储能装置预先存储有直流电，因此，当电动汽车进行充电时，不会对配电网产生冲击。
需要说明的是，在本实施例中，直流母线可以有多种呈现方式，如为架空式供电母线。第一储能装置也可以具有多种呈现形态，如可以为不同电化学类型电池。
具体的，本发明实施例提供的一种电动汽车充电系统还包括：滑动控制器以及伸缩线缆。
其中，所述直流母线设置在车位的上方，与所述伸缩线缆的一端相连，所述伸缩线缆的另一端与所述充电设备相连。所述充电设备通过所述滑动控制器与所述直流母线可滑动连接。
除此，所述伸缩线缆与所述直流母线连接的一端设置有金属环，通过所述金属环与所述直流母线滑动连接。
在上述实施例的基础上，发明人发现，现有架空式移动充电系统方案中的每台充电末端设备需要具有DC/DC功率变换功能，为电动汽车提供所需的电压和电流。但由于充电末端设备利用率的问题，会造成DC/DC模块的资源浪费。
举例说明，若每台充电末端DC/DC功率模块可为车辆提供150kw的快充需求，移动充电站内若安装60台移动充电末端设备，那么可提供9000kw的充电功率，由于60台充电末端设备不可能同时全部被使用，假若同时只有一半的移动充电末端被使用，此时的DC/DC功率模块的利用率只有50％，就会有4500kw的DC/DC功率模块被浪费。
因此，在本实施例中，电动汽车充电系统还包括集中式DC/DC模块。其中，所述集中式DC/DC模块不分散在单一的充电设备中，采用集中存储，形成集中式DC/DC模块，与所述直流母线相连，基于所述充电设备输出的控制信号，所述第一储能装置将所述直流母线上的电能通过所述集中式DC/DC模块转换成目标充电功率至所述充电设备，以使所述充电设备对待充电汽车进行充电，即，基于充电需求进行分配，提高了DC/DC模块的利用率。
具体的，所述集中式DC/DC模块还包括功率分配处理器，所述功率分配处理器获取所述光伏组件、所述外接电网以及所述第一储能装置的电能参数以及充电设备的功率参数，基于所述直流母线进行电能的分配。
示意性的，通过将所有移动充电末端的DC/DC功率模块进行集中共享，根据场站的实际利用率设置满足实际需求的DC/DC功率模块。例如上述情况，本实施例只提供总容量为4500kw的DC/DC功率模块，根据用户正在使用的充电末端设备进行动态分配，实现DC/DC资源的共享，有效利用率最大化，减少初始投资成本。
当移动充电末端的利用率提高后，例如利用率从50％提高到60％，此时，可以在集中式DC/DC模块中再额外增加DC/DC模块即可。
除此，本实施例中第一储能装置可以通过多种方式进行储能，例如，可以存储光伏组件产生的电能。还可以通过储能变流器PCS将电网的能量转换后进行存储。
具体的，所述储能变流器设置在所述外接电网与所述第一储能装置的第二输入端之间，用于将所述外接电网的交流电转换成直流电至所述第一储能装置，以使所述直流母线上的电压恒定。
需要说明的是，在本实施例中，储能变流器是第一储能装置与交流电网的接口，进行与电网的功率交换以及维持直流母线电压恒定。
在上述实施例的基础上，本实施例提供的电动汽车充电系统还可以包括第二储能装置。该第二储能装置与所述充电设备电连接，当所述第一储能装置的电能低于第一阈值或充电功率波动大于第二阈值时，所述第二储能装置为所述充电设备提供电能。
具体的，第一储能装置为固定容量的储能设备，因此会出现存储的剩余电能低于某个阈值，如低于第一阈值，或者电动汽车在充电过程中，出现第一储能装置的充电功率波动大于第二阈值时，本实施例可以通过调度第二储能装置，通过第二储能装置对充电设备进行供电。
例如，第二储能装置包含移动储能车和电动汽车(例如闲置的电动大巴可以利用自身电池为外界提供电能)。其可以与充电设备电连接，对待充电的电动汽车进行补充充电。
除此，本实施例中的第二储能装置还可以在光伏组件产能大于第一储能装置的容量时，对剩余的光伏出力进行存储，以提高光伏组件产能的利用率。
可见，本实施例中，当电动汽车在停车位内有充电需求时，可通过APP等人机交互方式发送充电请求，移动式的充电设备为停泊的电动汽车完成充电任务。并且，根据不同调度策略，还可以通过移动储能车或电动大巴由直流母线经过充电设备传导入电动汽车。
具体的，本实施还提供了一种充电设备的具体实现结构，该充电设备包括充电接口、数据采集模块以及通讯模块。
其中，数据采集模块用于采集待充电汽车的需求充电功率。通讯模块与数据采集模块相连，用于将需求充电功率发送至集中式DC/DC模块。集中式DC/DC模块将直流母线上的电能转换成与需求充电功率相等的目标充电功率，并将目标充电功率传输至充电接口。
具体的，本实施例中，充电设备可以具有多个端口，能够同时连接多台待充电的电动汽车以及移动储能车。充电接口具有能量控制功能，实现能量的双向流动。数据采集模块获取车辆的充放电信息，通过通讯模块，如无线传输加密模块，与后台服务器连接，用于获取待充电汽车的需求充电功率。
并且，后台服务器可以具体为负荷预测子服务器以及光伏发电预测子服务器。其中，光伏发电预测子服务器与第一储能装置以及光伏组件相连，获取光伏组件的短期发电预测数据以及超短期发电预测数据。负荷预测子服务器获取充电站的短期负荷预测数据以及超短期负荷预测数据。通过与充电设备相连的人机交互接口读取电动汽车的充电信息，将所述充电信息进行汇总，得到该充电站的实时负荷数据。
基于上述数据，可以设定相应的控制方法，以实现充电站的合理供电，如图4所示，该控制方法包括：
S41、获取待充电汽车的需求充电功率；
S42、将所述直流母线上的电能转换成与所述需求充电功率相等的目标充电功率，以使所述目标充电功率对所述待充电汽车充电。
其中，获取待充电汽车的需求充电功率，具体通过获取汽车电池BMS的需求充电电压、电流、电池剩余容量(SOC)，进而计算出需求充电功率。当获取了待充电汽车的需求充电量后，需要比对第一储能装置的剩余电能是否满足该需求充电量，如，电动汽车的需求充电量为2000kw，而第一储能装置的剩余充电量不足以将电动汽车充满，此时，可以调度第二储能装置，如移动储能车，使其对待充电汽车进行充电。
当第一储能装置的剩余充电量足以将电动汽车充满时，通过分配对应的DC/DC模块，实现对充电设备的供电。
除此，如图5所示，本实施例提供的控制方法，还包括：
S51、获取所述光伏组件、所述外接电网以及所述第一储能装置的电能参数以及充电设备的功率参数，基于所述直流母线进行电能的分配。
具体的，如图6所示，图6为基于架空式移动充电系统物理架构下的通讯调度原理图，光伏发电预测子服务器在对实时的储能电池和光伏进行信息采集的基础上，可实现对充电场站内未来一段时间内的发电数据进行合理预测。除此，光伏发电预测子服务器还可以对储能电池和光伏两种电源形式下达调度指令，控制电源的能量输出大小。
负荷预测子服务器在获取充电设备的实时用电数据的基础上，可实现对充电场站内未来一段时间内的负荷数据进行合理预测，还可以对充电设备下达调度指令，控制充电设备的投切和充电功率调节。
光伏发电预测子服务器可与负荷预测子服务器进行信息交互，使得电源侧与负荷侧供需平衡。电动汽车和移动储能车实现信息联网，统一接入到车联网子服务器。同时，在与负荷预测子服务器和负荷预测子服务器信息交互的基础上，可对联网的电动汽车和移动储能车下达调度指令。
移动储能车或电动汽车在收到调度指令后可接入充电设备进行放电，补充电源侧能量输出的不足或者可解决在充电冲击负荷下对配网的不利影响。
示意性的，结合图7，根据超短期发电预测和负荷预测，实时调度第二储能装置。当充电负荷小于等于光伏出力时，只通过光伏组件出力，为充电负荷提供电能。当充电负荷大于光伏出力时，在光伏组件出力的基础上增加第一储能装置，二者同时为充电负荷提供电能。当充电负荷大于光伏出力与第一储能装置的能量总和时，增加第二储能装置，如移动储能车以及电动汽车，三者共同为充电负荷提供电能，进而削减了汽车充电对配电网的冲击。配电网可以作为兜底电源，在夜间谷值电价时段为储能充电或任一时段通过储能变流器为充电负荷直接提供电能。
具体的，本实施例提供了采用本实施例提供的控制方法后，冲击负荷的曲线图，如图8所示。以某一园区架空式移动充电系统充电负荷数据为实施例进行分析，曲线1为园区原始用电负荷曲线，曲线2为园区内引入架空式移动充电系统后的总负荷曲线，在图中可看出，由于充电需求的突增或者快充的影响，造成短期的冲击负荷(尖峰)，使得原本1200kw～1500kw的负荷功率突增到2000kw以上，造成配电网损增加，降低变压器寿命，电能质量超标等不利影响。
若用户的变压器为2000KVA，用户将会不得不面临配电系统升级改造的需求。但若采用本实施例提供的控制方法，在冲击负荷阶段增加固定储能出力和增加移动储能车和电动大巴入网出力，，因充电负载由原先的配电网线路转嫁到第一储能装置、第二储能装置、光伏组件上面，配电网负载功率变小，减小了充电负荷对配电网的冲击影响，实施效果分别如曲线3和曲线4所示，其中，曲线3为增加固定储能出力后对应的曲线，曲线4为增加第二储能装置后对对应的曲线，园区配电网负载功率可降低到1000kw，改善效果明显，将配电网负载降低到1500kw范围内，用户无需面临配电系统升级改造的需求。可见，通过此种方法有效降低了充电负荷对配网的不利影响。
基于上述技术方案，本发明提供了一种电动汽车充电系统，包括：第一储能装置、直流母线以及至少一个充电设备。其中，所述第一储能装置的第一输入端与外接光伏组件的输出端相连，所述第一储能装置的第二输入端与外接电网相连，所述第一储能装置的输出端与所述直流母线相连。所述充电设备的输入端与所述直流母线电连接，且，所述充电设备与所述直流母线可滑动连接。在本发明中，采用储能装置作为供电电源，其为直流电，在电动车进行充电时，不需要进行交直流转换，提高了能效，因电能是由第一储能装置、光伏组件、第二储能装置提供，在充电负荷高时，也不会对电网造成冲击影响。并就此基础上，本发明还提供了基于上述电动汽车充电系统的控制方法，首先获取所述光伏组件、所述外接电网以及所述第一、二储能装置的电能参数以及充电设备的功率参数，然后基于所述直流母线进行电能的分配，降低充电行为对配电网的冲击。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种电动汽车充电系统，其特征在于，包括：第一储能装置、直流母线以及至少一个充电设备；
所述第一储能装置的第一输入端与外接光伏组件的输出端相连，所述第一储能装置的第二输入端与外接电网相连，所述第一储能装置的输出端与所述直流母线相连；
所述充电设备的输入端与所述直流母线电连接，且，所述充电设备与所述直流母线可滑动连接。
2.根据权利要求1所述的电动汽车充电系统，其特征在于，还包括：集中式DC/DC模块，
所述集中式DC/DC模块与所述直流母线相连，基于所述充电设备输出的控制信号，所述第一储能装置将所述直流母线上的电能通过所述集中式DC/DC模块转换成目标充电功率至所述充电设备，以使所述充电设备对待充电汽车进行充电。
3.根据权利要求1所述的电动汽车充电系统，其特征在于，还包括储能变流器，
所述储能变流器设置在所述外接电网与所述第一储能装置的第二输入端之间，用于将所述外接电网的交流电转换成直流电至所述第一储能装置，以使所述直流母线上的电压恒定。
4.根据权利要求1所述的电动汽车充电系统，其特征在于，还包括第二储能装置，
所述第二储能装置与所述充电设备电连接，当所述第一储能装置的电能低于第一阈值或充电功率波动大于第二阈值时，所述第二储能装置为所述充电设备提供电能。
5.根据权利要求2所述的电动汽车充电系统，其特征在于，所述充电设备包括充电接口、数据采集模块以及通讯模块；
所述数据采集模块用于采集待充电汽车的需求充电功率；
所述通讯模块与所述数据采集模块相连，用于将所述需求充电功率发送至所述集中式DC/DC模块；
所述集中式DC/DC模块将所述直流母线上的电能转换成与所述需求充电功率相等的目标充电功率，并将所述目标充电功率传输至所述充电接口。
6.根据权利要求1所述的电动汽车充电系统，其特征在于，还包括：滑动控制器以及伸缩线缆，
所述直流母线设置在车位的上方，与所述伸缩线缆的一端相连，所述伸缩线缆的另一端与所述充电设备相连；
所述充电设备通过所述滑动控制器与所述直流母线可滑动连接。
7.根据权利要求6所述的电动汽车充电系统，其特征在于，
所述伸缩线缆与所述直流母线连接的一端设置有金属环，通过所述金属环与所述直流母线滑动连接。
8.根据权利要求2所述的电动汽车充电系统，其特征在于，所述集中式DC/DC模块还包括功率分配处理器所述功率分配处理器获取所述光伏组件、所述外接电网以及所述第一储能装置的电能参数以及充电设备的功率参数，基于所述直流母线进行电能的分配。
9.一种控制方法，其特征在于，应用于如权利要求1-8中任意一项所述的电动汽车充电系统，该控制方法包括：
获取待充电汽车的需求充电功率；
将所述直流母线上的电能转换成与所述需求充电功率相等的目标充电功率，以使所述目标充电功率对所述待充电汽车充电。
10.根据权利要求9所述的控制方法，其特征在于，还包括：
获取所述光伏组件、所述外接电网以及所述第一储能装置的电能参数以及充电设备的功率参数，基于所述直流母线进行电能的分配。
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