CN110661317B - 一种led市政路灯和直流充电桩一体化设备 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种LED市政路灯和直流充电桩一体化设备，属于并网充电领域，包括电源模块、LED路灯、直流充电桩，将LED路灯和直流充电桩与电源模块连接，电源模块连接直流母线用于获取电能，电源模块中的稳压模块通过将公共母线电压信号作为反馈信号，在负荷侧的公共母线端设置电压测量模块及信号发射器，将母线电压值信号反馈到AC‑DC和DC‑DC变流器的控制系统中，实现并联发电单元间的对等控制，并可有效避免主从控制带来的不利，并且无需通讯互联线。

Description

一种LED市政路灯和直流充电桩一体化设备
技术领域
本发明属于并网充电领域，尤其涉及一种LED市政路灯和直流充电桩一体化设备。
背景技术
随着燃油车的禁售时间表一出，新能源汽车的销量也是与日俱增，相比于电动汽车数量的快速增长，充电站充电桩等基础设施的建设则严重滞后，导致了电动汽车用户存在充电不方便甚至无法充电的困难，大大降低了其服务体验质量，进而对电动汽车的推广应用产生了一定的阻碍作用。大功率、高光效LED灯是近年来国内外快速发展起来的新光源，具有光效高、寿命长、耐震动、不易损坏等优点。目前我国城市绝大部分路灯都是采用250瓦的高压钠灯，如果更换为120瓦的LED灯，照度不变，寿命更长，而且每盏LED灯一年能节省1150度电。我国照明用电占全社会用电量的13％左右，其中道路照明占整个照明用电量的25％-30％，因此发展LED路灯具有重要的节能意义。
无论是电动汽车还是LED路灯，都需要经过整流装置将交流电变换成直流电才能使用，这种电能变换方式导致大量谐波电流注入系统，严重影响电能质量。因此，在低压负荷供电领域推广低压直流供电技术具有重要的实际意义。
目前市场上并没有一款能采用低压直流供电与LED路灯相结合的直流快充桩。
发明内容
为了解决现有技术中存在的缺点和不足，本发明采用一种LED市政路灯和直流充电桩一体化设备，包括电源模块、LED路灯、直流充电桩，所述电源模块包括保护模块、稳压模块和变压模块，所述保护模块避免一体化设备被直流电网过流和过压的损害；
所述稳压模块包括AC/DC整流器、DC/DC变流器、第一电感、第二电感、第一电阻、第二电阻、交流电容、支流电容、负载电阻；所述AC/DC整流器一端的输出脚分别连接所述交流电容的两端，所述交流电容的第一端连接所述第一电感的第一端，所述交流电容的第二端连接所述负载电阻的第二端；所述第一电感的第二端连接所述第一电阻的第一端，所述第一电阻的第二端连接所述负载电阻的第一端，所述负载电阻的第一端连接所述第二电阻的第一端，所述第二电阻的第二端连接所述第二电感的第一端，所述第二电感的第二端连接所述支流电容的第一端，所述支流电容的第二端连接所述负载电阻的第二端；所述DC/DC变流器输出端的输出脚分别连接所述支流电容的两端；
所述LED路灯与直流充电桩连接所述电源模块。通过在稳压模块的电压闭环控制的给定中增加一个线性比例的电流反馈环路，当负载变化引起变换器输出电流变化时，其输出电压也将跟随电流变化。
优选的是，所述直流充电桩包括直流充电管理模块、过压保护模块、过流保护模块；所述直流充电管理模块与所述电源模块连接，根据系统指令进行充电启动和停止；所述过压保护和过流保护模块对电流、电压进行限制。直流充电管理模块在此充当一个控制阀的作用，根据系统指令进行启动和停止，过压和过流保护模块避免了直流充电桩发生过压或过流的情况。
优选的是，所述LED路灯包括LED灯、LED驱动模块、LED控制模块、振动传感模块，所述LED控制模块通过振动传感模块传送的电平信号实现对LED灯的控制，所述LED驱动模块通过直流电源对LED灯实现驱动。
优选的是，设置有至少一种等级的直流母线结构，不同等级的直流母线分别连接不同一体化设备所属的电源模块。通过配备电源适配器使电源模块与直流母线连接实现对设备的供电，解决了设备所需直流电的问题。
更优选的是，所述直流母线分为两个等级，所述直流母线分为两个等级，第一级直流母线通过DC/DC直流降压变压器与第二极直流母线连接，所述一体化设备的电源模块分别与适配自身工作电压的直流母线连接。通过加装DC/DC直流降压变压器实现了高低压设备同时供电，而由于对直流母线进行了区分等级，减少了直流降压变压器(即适配器)安装的数量。
优选的是，还包括状态监控模块，所述状态监控模块包括充电状态检测模块和路灯状态检测模块，所述充电状态检测模块与所述直流充电桩连接，所述路灯状态检测模块与所述LED路灯连接。
优选的是，还包括通信模块，所述通信模块包括发送模块和接收模块，用于接收和发送数据，所述通信模块与直流充电桩连接。通过架设通讯模块实现了一体化设备与外界的通信，用于接收外界的控制命令和发送数据至上级。
更优选的是，所述LED市政路灯和直流充电桩一体化设备还包括云平台，所述云平台用于存储数据，并与所述通信模块进行数据交互。云平台与通信模块进行数据交互并将交互的数据记录于自身平台内存储，使工作人员可以远程检测一体化设备的运行状况。
本发明提供的技术方案带来的有益效果是：分层式母线结构可以提高低压设备供电安全性,并省去电源适配器；通过采用公共母线电压信号作为反馈信号，实现直流下垂控制，由于直流下垂控制无需通讯互联线，各参与单元无主次之分，实现了并联发电单元间的对等控制，并可有效避免主从控制带来的不利，实现系统内微源的“即插即用”，因此更适合应用在直流微电网系统中；将LED路灯与充电桩都通过直流电直接供电，利用大功率整流器实现集中整流，比路灯和蓄电池各自进行分布式整流可以提高5％的转换效率，可以进一步实现节能降耗，且路灯自身具有的“路标性”建筑特征，也使寻找充电桩变得不再麻烦。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例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一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为一种LED市政路灯和直流充电桩一体化设备的结构图；
图2为直流下垂控制方案的电路原理图；
图3为单母线结构示意图；
图4为双层式母线结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的结构和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的结构作进一步地描述。
实施例一
如图1所示，一种LED市政路灯和直流充电桩一体化设备包括电源模块、状态监控模块、LED市政路灯、直流充电桩、通讯模块。通过将LED市政路灯和充电桩相结合，在利用现有的输电走廊进行地下铺设，节约土地资源，减少线路投资，不需要无功补偿设备，同时减少了电磁辐射，符合现代人们对绿色环保的需要。
而由于设备均采用低压直流供电；电能转换过程一致，均需将输入的交流电源通过降压、整流、稳流3个阶段转变为直流电源。因此电源模块包括稳压模块、变压模块和保护模块。稳压模块对运行的直流电网进行稳压处理，实现对设备工作电压的恒定供给。由于设备分为LED路灯和充电桩，需要不同的工作电压，因此变压模块将输送的电压进行升压/降压，以匹配不同设备的工作电压，避免了控制电路出现过压的情况发生。
在另一种实施方式中，将电源模块转移至地面，几种到地面的变压器或开关箱内统一处理，避免了之前LED路灯的驱动电源设置在灯具内狭小空间造成的散热困难的问题，延长了电池的工作寿命，降低了LED路灯的维修难度。LED恒流驱动模块利用直流电源实现LED发光工作。
在一种实施方式中，直流充电桩包括充电管理模块、过压保护模块和过流保护模块，过压保护模块通过将检测的瞬时电流转化为检测电压信号E，通过将检测到的电压信号E与各个基准电压信号Vs作比较，输出多个比较信号Vp，过压保护模块根据比较信号Vp得出是否超过额定工作电压。
过流保护模块通过将检测的瞬时电压转化为检测电流信号E，通过将检测到的电流信号E与各个基准电流信号Is作比较，输出多个比较信号Ip，过流保护模块根据比较信号Ip得出是否超过额定工作电流。
在直流充电桩内设置过压过流保护模块，是为了避免直流充电桩长时间工作带来的隐患，由于直流充电桩自身连续工作时间长，因此仅在电源模块内设置保护模块并不足以做到对一体化设备工作状况的监控，需要在直流充电桩这种长时间高电压工作的设备内设置过压、过流保护模块监测设备工作情况。
充电管理模块与过流保护模块、过压保护模块连接，充电管理模块自身接收上级平台的指令，实现充电工作的启动或停止，并根据过压/过流保护模块传送的实时数据检测是否出现过载或欠压情况，保护电源模块的输出并延长整体设备的工作寿命。
在另一种实施方式中，直流充电桩还包括计量计费模块，所述计量计费模块与充电管理模块连接，在充电管理模块停止充电后，计量计费模块通过计算充电时长得出具体费用并发送至充电管理模块，用户在付费后完成本次直流充电桩的使用。
在另一种实施方式中，所述计量计费模块设置有一块显示屏，用于显示充电时长及费用信息。
在一种实施方式中，LED路灯包括LED灯、LED驱动模块、LED控制模块、振动传感模块。振动传感模块与LED控制模块连接，根据振动传感模块检测到振动量变化会转变为电平信号的原理，将振动传感模块设置于地面，用于检测地面的振动量。寻常路面的振动量主要来自行人的走动、汽车经过造成的振动、机器作业造成的振动，以上情况皆表明有人员经过或即将经过，因此需要路灯亮灯为其提供照明。而在无人地带，由于没有任何地面振动量，因此振动传感模块不输出电平信号，LED控制模块控制LED灯不工作，实现了节能效果。
在一种实施方式中，状态监控模块分为充电状态监测模块和路灯状态监测模块，通过将充电桩和路灯的工作状态进行实时监控，并将监控数据实时传送至数据平台。
在另一种实施方式中，一体化设备还包括云平台，云平台用于存储数据和与通讯模块进行数据交互，而由于云平台自身的特性，用户和工作人员都可以通过移动通讯设备访问云平台中的数据。用户可以通过扫描一体化设备显示屏上的二维码来实现缴费，也可以直接通过云平台实现缴费。云平台在完成缴费流程后，与一体化设备的通讯模块建立连接，实现数据最后的交互，结束当前的充电流程。
实施例二
如图2所示，在AC/DC整流器的输出端连接交流电容Cac的两端，交流电容Cac的第一端连接电感L1的第一端，电感L1的第二端连接电阻R1的第一端，电阻R1的第二端连接负载电阻R的第一端，负载电阻R的第二端连接交流电容Cac的第二端；负载电阻R的第一端连接电阻R2的第一端，电阻R2的第二端连接电感L2的第一端，电感L2的第二端连接支流电容Cdc的第一端，支流电容Cdc的第二端连接负载电阻的第二端，DC/DC变流器的输出端分别连接直流电容的Cdc的两端。
由于两台并联变换器到公共连接点之间的线缆往往存在阻抗差异，因此很可能会导致负载功率分配失衡。该反馈电路控制的大致原理是在其电压闭环控制的给定中增加一个线性比例的电流反馈环路，当负载变化引起变换器输出电流变化时，其输出电压也将跟随电流变化。相当于人为扩大了变换器的输出阻抗，使其远大于变换器外接线缆阻抗。在负荷侧的公共母线端设置电压测量模块及信号发射器，将母线电压值信号反馈到AC-DC和DC-DC变流器的控制环节中。由于直流下垂控制无需通讯互联线，各参与单元无主次之分，实现了并联发电单元间的对等控制，并可有效避免主从控制带来的不利，实现系统内微源的“即插即用”，因此更适合应用在直流微电网系统中。
实施例三
如图3所示，采用单母线结构供电的情况，组网相对容易，易于实现与现有的交流设备兼容，但在给低压设备(如LED路灯)供电是，均需配备电源适配器，即DC/DC直流电压变换器,经转换为较低电压等级后再为相应的用电设备供电。此种方法的优势就是无需改变现有的交流设备，在初期作业上无需花费改造现交流设备的费用，但在后期的能源消耗和产生相关费用上仍有改善的空间。
因此，如图4所示，在单母线结构基础上进行分层设计，得到两种电压等级的母线结构，此实施例中电压等级选为DC380V和DC48V。由于分层时母线结构省去了给每个设备配备电源适配器，仅在第二级直流母线上配置DC/DC直流降压变压器用以接收高等级的直流母线所输出的电压并进行转换至相应的低电压。分层式母线结构可以提高低压设备供电安全性,减小电源适配器的体积，并且适用于多种电压等级用电设备的情况。
上述实施例中的各个序号仅仅为了描述，不代表各部件的组装或使用过程中的先后顺序。
以上所述仅为本发明的实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种LED市政路灯和直流充电桩一体化设备，包括电源模块、LED路灯、直流充电桩，其特征在于：所述电源模块包括保护模块、稳压模块和变压模块，所述保护模块避免一体化设备被直流电网过流和过压的损害；
所述稳压模块包括AC/DC整流器、DC/DC变流器、第一电感、第二电感、第一电阻、第二电阻、交流电容、支流电容、负载电阻；所述AC/DC整流器一端的输出脚分别连接所述交流电容的两端，所述交流电容的第一端连接所述第一电感的第一端，所述交流电容的第二端连接所述负载电阻的第二端；所述第一电感的第二端连接所述第一电阻的第一端，所述第一电阻的第二端连接所述负载电阻的第一端，所述负载电阻的第一端连接所述第二电阻的第一端，所述第二电阻的第二端连接所述第二电感的第一端，所述第二电感的第二端连接所述支流电容的第一端，所述支流电容的第二端连接所述负载电阻的第二端；所述DC/DC变流器输出端的输出脚分别连接所述支流电容的两端；
所述LED路灯与直流充电桩连接所述电源模块；
通过所述第一电感、第二电感、第一电阻、第二电阻、交流电容、支流电容和负载电阻组成电流反馈环路，所述电流反馈环路用于减少线缆阻抗差异以平衡AC/DC整流器和DC/DC变流器之间的负载功率分配；
所述LED市政路灯和直流充电桩一体化设备还包括电压测量模块和信号发射器，所述电压测量模块与公共母线端连接，所述电压测量模块还与信号发射器连接，所述电压测量模块用于测量母线电压值，并通过信号发射器将母线电压值反馈至AC/DC整流器和DC/DC变流器的控制环节中。
2.根据权利要求1所述的一种LED市政路灯和直流充电桩一体化设备，其特征在于：所述直流充电桩包括直流充电管理模块、过压保护模块、过流保护模块；所述直流充电管理模块与所述电源模块连接，根据系统指令对所述电源模块进行启动和停止；所述过压保护和过流保护模块分别对电流、电压进行限制。
3.根据权利要求1所述的一种LED市政路灯和直流充电桩一体化设备，其特征在于：所述LED路灯包括LED灯、LED驱动模块、LED控制模块、振动传感模块，所述LED控制模块通过振动传感模块传送的电平信号实现对LED灯的控制，所述LED驱动模块通过直流电源对LED灯实现驱动。
4.根据权利要求1所述的一种LED市政路灯和直流充电桩一体化设备，其特征在于：设置有至少一种等级的直流母线结构，不同等级的直流母线分别连接不同一体化设备所属的电源模块。
5.根据权利要求4所述的一种LED市政路灯和直流充电桩一体化设备，其特征在于：所述直流母线分为两个等级，第一级直流母线通过DC/DC直流降压变压器与第二极直流母线连接，所述一体化设备的电源模块分别与适配自身工作电压的直流母线连接。
6.根据权利要求1所述的一种LED市政路灯和直流充电桩一体化设备，其特征在于：还包括状态监控模块，所述状态监控模块包括充电状态检测模块和路灯状态检测模块，所述充电状态检测模块与所述直流充电桩连接，所述路灯状态检测模块与所述LED路灯连接。
7.根据权利要求1所述的一种LED市政路灯和直流充电桩一体化设备，其特征在于：还包括通信模块，所述通信模块包括发送模块和接收模块，用于接收和发送数据，所述通信模块与直流充电桩连接。
8.根据权利要求7所述的一种LED市政路灯和直流充电桩一体化设备，其特征在于：所述LED市政路灯和直流充电桩一体化设备还包括云平台，所述云平台用于存储数据，并与所述通信模块进行数据交互。
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