CN112311034A - 充电场站电力电子变压器的控制系统和控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种充电场站电力电子变压器的控制系统和方法，其中，所述控制系统包括：电流检测模块，电流检测模块用于检测电力电子变压器的输出电流；车辆识别装置，车辆识别装置用于识别是否有车辆进入充电场站；控制模块，控制模块分别与电流检测模块和车辆识别装置相连，控制模块用于实时判断输出电流是否小于预设电流阈值，并在输出电流小于预设电流阈值时判定当前充电场站内没有充电车辆，以及在充电场站内没有充电车辆的时长达到预设时长阈值时，控制电力电子变压器的电力电子器件停止工作；并在有车辆进入充电场站时，控制电力电子器件启动工作。本发明能够有效降低充电场站电力电子变压器的损耗。

Description

充电场站电力电子变压器的控制系统和控制方法

技术领域

本发明涉及电力电子设备控制技术领域，具体涉及一种充电场站电力电子变压器的控制系统和一种充电场站电力电子变压器的控制方法。

背景技术

新能源技术的迅速发展推动了新能源汽车的普及。为了适应新能源汽车快速发展的趋势，为新能源汽车提供高效、快速的充电方式变得十分重要。目前通常用电力电子变压器取代传统工频变压器，应用到充电场站中，这样不仅能对高低压侧起到有效的电气隔离作用，还可以实现两侧电压和功率的灵活、快速控制。此外，由于大功率直流充电桩、分布式电源、储能设备均以直流为基础，这些设备接入时减少了一级交直流转换，降低了损耗。

然而，由于电力电子变压器的功率电路主要由电力电子器件和高频变压器组成，一般在电力电子变压器运行时，电力电子器件都处于高频开关状态，可导致其存在开关损耗，在没有车辆充电时，电力电子变压器仍会损耗电能。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决上述技术中的技术问题之一，为此，本发明一个目的在于提出一种充电场站电力电子变压器的控制系统，能够在充电场站电力电子变压器空载运行时控制电力电子器件停止工作，尽可能地避免充电场站电力电子变压器的空载损耗，并能在有车辆进入充电场站时，及时控制电力电子器件启动工作，保证进入车辆的正常充电，从而能够在保证充电场站正常运行的前提下，有效降低充电场站的能耗。

本发明的第二个目的在于提出一种充电场站电力电子变压器的控制方法。

为实现上述目的，本发明第一方面实施例提出了一种充电场站电力电子变压器的控制系统包括：电流检测模块，所述电流检测模块用于检测所述电力电子变压器的输出电流；车辆识别装置，所述车辆识别装置用于识别是否有车辆进入所述充电场站；控制模块，所述控制模块分别与所述电流检测模块和所述车辆识别装置相连，所述控制模块用于实时判断所述输出电流是否小于预设电流阈值，并在所述输出电流小于所述预设电流阈值时判定当前充电场站内没有充电车辆，以及在充电场站内没有充电车辆的时长达到预设时长阈值时，控制所述电力电子变压器的电力电子器件停止工作；并在有车辆进入所述充电场站时，控制所述电力电子器件启动工作。

根据本发明实施例的充电场站电力电子变压器的控制系统，通过电流检测模块检测电力电子变压器的输出电流，并通过车辆识别装置识别是否有车辆进入充电站，以及通过控制模块实时判断输出电流是否小于预设电流阈值，并根据电流判断结果控制电力电子器件停止工作或根据车辆识别结果控制电力电子器件启动工作，由此，能够在充电场站电力电子变压器空载运行时控制电力电子器件停止工作，尽可能地避免充电场站电力电子变压器的空载损耗，并能在有车辆进入充电场站时，及时控制电力电子器件启动工作，保证进入车辆的正常充电，从而能够在保证充电场站正常运行的前提下，有效降低充电场站的能耗。

另外，根据本发明上述实施例提出的充电场站电力电子变压器的控制系统还可以具有如下附加的技术特征：

根据本发明的一个实施例，还包括：无线发射模块，所述车辆识别装置经由所述无线发射模块发出是否有车辆进入所述充电场站的识别结果；无线接收模块，配置为与所述无线发射模块无线通信连接，所述控制模块经由所述无线接收模块接收所述识别结果。

进一步地，所述车辆识别装置设置于所述充电场站的入口处，所述车辆识别装置包括：车辆检测单元，所述车辆检测单元用于检测是否有车辆到达所述充电场站的入口处；图像采集单元，所述图像采集单元与所述车辆检测单元相连，所述图像采集单元用于在有车辆到达所述充电场站的入口处时采集车辆图像；车牌识别单元，所述车牌识别单元分别与所述图像采集单元和所述无线发射模块相连，所述车牌识别单元用于识别所述车辆图像中的车牌，并在识别出车牌后判定有车辆进入所述充电场站。

进一步地，所述电力电子变压器包括包含所述电力电子器件的功率电路，及与所述功率电路相连的功率驱动电路，所述控制模块与所述功率驱动电路相连，所述控制模块通过向所述功率驱动电路输入驱动控制信号以控制所述电力电子器件启动工作，并通过停止向所述功率驱动电路输入驱动控制信号以控制所述电力电子器件停止工作。

进一步地，所述控制模块包括DSP(Digital Signal Processing，数字信号处理)芯片，所述驱动控制信号为PWM(Pulse Width Modulation，脉冲宽度调制)信号。

为实现上述目的，本发明第二方面实施例提出了一种充电场站电力电子变压器的控制方法，包括以下步骤：检测所述电力电子变压器的输出电流；实时判断所述输出电流是否小于预设电流阈值；在所述输出电流小于所述预设电流阈值时，判定当前充电场站内没有充电车辆；在充电场站内没有充电车辆的时长达到预设时长阈值时，控制所述电力电子变压器的电力电子器件停止工作；识别是否有车辆进入所述充电场站；在有车辆进入所述充电场站时，控制所述电力电子器件启动工作。

根据本发明实施例的充电场站电力电子变压器的控制方法，通过检测电力电子变压器的输出电流并实时判断输出电流是否小于预设电流阈值，来判定当前充电场站内是否有充电车辆，并在当前充电场站内没有充电车辆的时长达到预设时长阈值时控制电力电子器件停止工作，以及在识别有车辆进入充电场站时控制电力电子器件启动工作，由此，能够在充电场站电力电子变压器空载运行时控制电力电子器件停止工作，尽可能地避免充电场站电力电子变压器的空载损耗，并能在有车辆进入充电场站时，及时控制电力电子器件启动工作，保证进入车辆的正常充电，从而能够在保证充电场站正常运行的前提下，有效降低充电场站的能耗。

另外，根据本发明上述实施例提出的充电场站电力电子变压器的控制方法还可以具有如下附加的技术特征：

进一步地，识别是否有车辆进入所述充电场站，具体包括：检测是否有车辆到达所述充电场站的入口处；在有车辆到达所述充电场站的入口处时采集车辆图像；识别所述车辆图像中的车牌，并在识别出车牌后判定有车辆进入所述充电场站。

进一步地，所述电力电子变压器包括包含所述电力电子器件的功率电路，及与所述功率电路相连的功率驱动电路，其中，通过向所述功率驱动电路输入驱动控制信号以控制所述电力电子器件启动工作，并通过停止向所述功率驱动电路输入驱动控制信号以控制所述电力电子器件停止工作。

进一步地，所述驱动控制信号为DSP芯片输出的PWM信号。

附图说明

图1为本发明实施例的充电场站电力电子变压器的控制系统的方框示意图；

图2为本发明一个实施例的充电场站电力电子变压器的控制系统的方框示意图；

图3为本发明一个实施例的车辆识别装置的方框示意图；

图4为本发明一个实施例的充电场站电力电子变压器的结构示意图；

图5为本发明一个具体实施例的充电场站供电系统的方框示意图；

图6为本发明实施例的充电场站电力电子变压器的控制方法的流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1为本发明实施例的充电场站电力电子变压器的控制系统的方框示意图。

如图1所示，本发明实施例的充电场站电力电子变压器的控制系统，包括电流检测模块10、车辆识别装置20和控制模块30。其中，电流检测模块10用于检测电力电子变压器的输出电流，车辆识别装置20用于识别是否有车辆进入充电场站，控制模块30分别与电流检测模块和车辆识别装置相连，控制模块用于实时判断输出电流是否小于预设电流阈值，并在输出电流小于预设电流阈值时判定当前充电场站内没有充电车辆，以及在充电场站内没有充电车辆的时长达到预设时长阈值时，控制电力电子变压器的电力电子器件停止工作；并在有车辆进入充电场站时，控制电力电子器件启动工作。

进一步地，如图2所示，本发明实施例的充电场站电力电子变压器的控制系统，还可包括无线发射模块40和无线接收模块50。其中，车辆识别装置20经由无线发射模块40发出是否有车辆进入充电场站的识别结果，无线接收模块50配置为与无线发射模块40无线通信连接，控制模块30经由无线接收模块50接收识别结果。

在本发明的一个实施例中，车辆识别装置20设置于充电场站的入口处，如图3所示，车辆识别装置20包括车辆检测单元201、图像采集单元202和车牌识别单元203。其中，车辆检测单元201用于检测是否有车辆到达充电场站的入口处，图像采集单元202与车辆检测单元201相连，图像采集单元202用于在有车辆到达充电场站的入口处时采集车辆图像，车牌识别单元203分别与图像采集单元202和无线发射模块40相连，车牌识别单元203用于识别车辆图像中的车牌，并在识别出车牌后判定有车辆进入充电场站。

在本发明的一个实施例中，如图4所示，电力电子变压器包括包含电力电子器件100的功率电路01，及与功率电路01相连的功率驱动电路02，控制模块30与功率驱动电路02相连，控制模块30通过向功率驱动电路02输入驱动控制信号以控制电力电子器件100启动工作，并通过停止向功率驱动电路02输入驱动控制信号以控制电力电子器件100停止工作。

在本发明的一个实施例中，无线发射模块40可与车辆识别装置20集成配置，无线接收模块50、电流检测模块10和控制模块30均可与电力电子变压器集成配置。

在本发明的一个具体实施例中，电流检测模块10可包括电流互感器；无线发射模块40可包括但不限于无线蓝牙发射器，无线接收模块50可包括但不限于无线蓝牙接收器；车辆检测单元201可通过超声波或红外的方式检测是否有车辆到达充电场站的入口处；图像采集单元202可包括高清摄像头；控制模块30可包括DSP芯片，所述的驱动控制信号可为PWM信号。

下面将结合图5所示充电场站的供电系统，进一步阐述本发明实施例的充电场站电力电子变压器的控制系统的控制过程。

在本发明的一个具体实施例中，如图5所示，电网10kV交流输入电力电子变压器，电力电子变压器有直流与交流两个输出端口，其中一个端口输出1000V直流至直流配电柜，另一个端口输出380V交流至交流配电柜，直流配电柜连接到各直流充电桩，为各直流充电桩提供直流充电电源，交流配电柜连接到各交流充电桩，为各交流充电桩提供交流充电电源。该供电系统具体地可通过电流检测模块10，例如电流互感器检测电力电子变压器的输出电流，并将检测的输出电流值发送给控制模块30，控制模块30实时判断输出电流值是否小于预设电流阈值，当输出电流值小于预设电流阈值时，控制模块30可判断当前充电场站内没有充电车辆，电力电子变压器为空载输出。当充电场站内没有充电车辆的时长达到预设时长阈值，即电力电子变压器空载输出的时间达到预设时长阈值时，控制模块30中的DSP芯片停止向功率驱动电路02输入PWM信号，隔离电路03和驱动电路04停止工作，使得功率电路01中的电力电子器件100停止工作，从而使电力电子变压器进入待机状态，避免空载状态下的开关损耗。

同时，还可通过在充电场站的入口处设置的车辆识别装置20识别是否有车辆进入充电场站，具体可通过车辆检测单元201检测是否有车辆达到充电场站的入口处，例如可通过超声波或红外的方式检测是否有车辆到达充电场站的入口处，当车辆检测单元201检测到有车辆到达充电场站的入口处时，通过图像采集单元202，例如高清摄像头采集到达充电场站入口处的车辆图像，接着可通过车牌识别单元203识别车辆图像中的车牌，并在识别出车牌后判定有车辆进入充电场站，然后可通过无线通讯技术将有车辆进入充电场站的识别结果，通过无线发送模块40，例如无线蓝牙发射器发送给无线接收模块50，例如无线蓝牙接收器将接收的识别结果传送至控制模块30。当控制模块30接收到有车辆进入充电场站的识别结果后，可通过DSP芯片向功率驱动电路02输出PWM信号，PWM信号可通过隔离电路03和驱动电路04生成驱动电流，驱动功率电路01中的电力电子器件100开始工作，使得电力电子变压器启动工作进入正常运行状态。

根据本发明实施例提出的充电场站电力电子变压器的控制系统，通过电流检测模块检测电力电子变压器的输出电流，并通过车辆识别装置识别是否有车辆进入充电站，以及通过控制模块实时判断输出电流是否小于预设电流阈值，并根据电流判断结果控制电力电子器件停止工作或根据车辆识别结果控制电力电子器件启动工作，由此，能够在充电场站电力电子变压器空载运行时控制电力电子器件停止工作，尽可能地避免充电场站电力电子变压器的空载损耗，并能在有车辆进入充电场站时，及时控制电力电子器件启动工作，保证进入车辆的正常充电，从而能够在保证充电场站正常运行的前提下，有效降低充电场站的能耗。

对应上述实施例中的充电场站电力电子变压器的控制系统，本发明还提出了一种充电场站电力电子变压器的控制方法。

如图6所示，本发明实施例的充电场站电力电子变压器的控制方法，包括以下步骤：

S1，检测电力电子变压器的输出电流。

具体地，可通过电流互感器检测电力电子变压器的输出电流。

S2，实时判断输出电流是否小于预设电流阈值。

S3，在输出电流小于预设电流阈值时，判定当前充电场站内没有充电车辆。

S4，在充电场站内没有充电车辆的时长达到预设时长阈值时，控制电力电子变压器的电力电子器件停止工作。

S5，识别是否有车辆进入充电场站。

具体地，步骤S5包括：检测是否有车辆到达充电场站的入口处；在有车辆到达充电场站的入口处时采集车辆图像，识别车辆图像中的车牌；并在识别出车牌后判定有车辆进入充电场站。进一步地，可通过超声波或红外的方式检测是否有车辆到达充电场站的入口处，在有车辆到达充电场站的入口处时可通过高清摄像头采集车辆图像，识别车辆图像中的车牌，并在识别出车牌后判定有车辆进入充电场站。

S6，在有车辆进入充电场站时，控制电力电子器件启动工作。

在本发明的一个实施例中，电力电子变压器包括包含电力电子器件的功率电路，及与功率电路相连的功率驱动电路，其中，通过向功率驱动电路输入驱动控制信号以控制电力电子器件启动工作，并通过停止向功率驱动电路输入驱动控制信号以控制电力电子器件停止工作。其中，功率驱动电路包括隔离电路和驱动电路。在本发明的一个具体实施例中，驱动控制信号可为DSP芯片输出的PWM信号。

具体地，可通过DSP芯片向功率驱动电路输出PWM信号，PWM信号可通过隔离电路和驱动电路生成驱动电流，驱动功率电路中的电力电子器件开始工作，使得电力电子变压器启动工作进入正常运行状态。

下面具体阐述本发明实施例的充电场站电力电子变压器的控制方法的实施过程。

本发明实施例的充电场站电力电子变压器的控制方法的控制过程为：通过电流互感器先检测电力电子变压器的输出电流，并根据电流互感器检测的输出电流值实时判断其是否小于预设电流阈值，当输出电流值不小于预设电流阈值时，电力电子变压器正常运行，当输出电流值小于预设电流阈值时，可判定当前充电场站内没有充电车辆，且电力电子变压器为空载输出。当充电场站内没有充电车辆的时长达到预设时长阈值，即电力电子变压器空载输出的时间达到预设时长阈值时，DSP芯片停止向功率驱动电路输入驱动控制信号，即PWM信号，此时隔离电路和驱动电路停止工作，电力电子器件停止工作，使得电力电子变压器可进入待机状态，避免空载状态下的开关损耗，如果充电场站内没有充电车辆的时长未达到预设时长阈值，即电力电子变压器空载输出的时间未达到预设时长阈值时，电力电子变压器可继续空载运行。

当电力电子变压器处于待机状态时，可在充电场站的入口处识别是否有车辆进入充电场站，具体可通过超声波或红外的方式检测是否有车辆到达充电场站的入口处，当没有检测到有车辆到达充电场站的入口处时，电力电子变压器仍可处于待机运行状态，当检测到有车辆到达充电场站的入口处时可通过高清摄像头采集车辆图像，并根据车辆图像识别出车牌，当识别出车牌后可判定有车辆进入充电场站，并可通过无线蓝牙发射器将有车辆进入充电场站的识别结果发送至无线蓝牙接收器，在通过无线蓝牙接收器将识别结果发送至控制系统，控制系统可通过DSP芯片输出PWM信号，使得电力电子变压器中的隔离电路和驱动电路开始工作，驱动功率电路中的电力电子器件，从而使得电力电子变压器启动工作进入正常运行状态。

根据本发明实施例提出的充电场站电力电子变压器的控制方法，通过检测电力电子变压器的输出电流并实时判断输出电流是否小于预设电流阈值，来判定当前充电场站内是否有充电车辆，并在当前充电场站内没有充电车辆的时长达到预设时长阈值时控制电力电子器件停止工作，以及在识别有车辆进入充电场站时控制电力电子器件启动工作，由此，能够在充电场站电力电子变压器空载运行时控制电力电子器件停止工作，尽可能地避免充电场站电力电子变压器的空载损耗，并能在有车辆进入充电场站时，及时控制电力电子器件启动工作，保证进入车辆的正常充电，从而能够在保证充电场站正常运行的前提下，有效降低充电场站的能耗。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，也可以是两个元件之间的信号传输或交互通信关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (9)

1.一种充电场站电力电子变压器的控制系统，其特征在于，包括：

电流检测模块，所述电流检测模块用于检测所述电力电子变压器的输出电流；

车辆识别装置，所述车辆识别装置用于识别是否有车辆进入所述充电场站；

控制模块，所述控制模块分别与所述电流检测模块和所述车辆识别装置相连，所述控制模块用于实时判断所述输出电流是否小于预设电流阈值，并在所述输出电流小于所述预设电流阈值时判定当前充电场站内没有充电车辆，以及在充电场站内没有充电车辆的时长达到预设时长阈值时，控制所述电力电子变压器的电力电子器件停止工作；并在有车辆进入所述充电场站时，控制所述电力电子器件启动工作。

2.根据权利要求1所述的充电场站电力电子变压器的控制系统，其特征在于，还包括：

无线发射模块，所述车辆识别装置经由所述无线发射模块发出是否有车辆进入所述充电场站的识别结果；

无线接收模块，配置为与所述无线发射模块无线通信连接，所述控制模块经由所述无线接收模块接收所述识别结果。

3.根据权利要求2所述的充电场站电力电子变压器的控制系统，其特征在于，所述车辆识别装置设置于所述充电场站的入口处，所述车辆识别装置包括：

车辆检测单元，所述车辆检测单元用于检测是否有车辆到达所述充电场站的入口处；

图像采集单元，所述图像采集单元与所述车辆检测单元相连，所述图像采集单元用于在有车辆到达所述充电场站的入口处时采集车辆图像；

车牌识别单元，所述车牌识别单元分别与所述图像采集单元和所述无线发射模块相连，所述车牌识别单元用于识别所述车辆图像中的车牌，并在识别出车牌后判定有车辆进入所述充电场站。

4.根据权利要求3所述的充电场站电力电子变压器的控制系统，其特征在于，所述电力电子变压器包括包含所述电力电子器件的功率电路，及与所述功率电路相连的功率驱动电路，所述控制模块与所述功率驱动电路相连，所述控制模块通过向所述功率驱动电路输入驱动控制信号以控制所述电力电子器件启动工作，并通过停止向所述功率驱动电路输入驱动控制信号以控制所述电力电子器件停止工作。

5.根据权利要求4所述的充电场站电力电子变压器的控制系统，其特征在于，所述控制模块包括DSP芯片，所述驱动控制信号为PWM信号。

6.一种充电场站电力电子变压器的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

检测所述电力电子变压器的输出电流；

实时判断所述输出电流是否小于预设电流阈值；

在所述输出电流小于所述预设电流阈值时，判定当前充电场站内没有充电车辆；

在充电场站内没有充电车辆的时长达到预设时长阈值时，控制所述电力电子变压器的电力电子器件停止工作；

识别是否有车辆进入所述充电场站；

在有车辆进入所述充电场站时，控制所述电力电子器件启动工作。

7.根据权利要求6所述的充电场站电力电子变压器的控制方法，其特征在于，识别是否有车辆进入所述充电场站，具体包括：

检测是否有车辆到达所述充电场站的入口处；

在有车辆到达所述充电场站的入口处时采集车辆图像；

识别所述车辆图像中的车牌，并在识别出车牌后判定有车辆进入所述充电场站。

8.根据权利要求7所述的充电场站电力电子变压器的控制方法，其特征在于，所述电力电子变压器包括包含所述电力电子器件的功率电路，及与所述功率电路相连的功率驱动电路，其中，通过向所述功率驱动电路输入驱动控制信号以控制所述电力电子器件启动工作，并通过停止向所述功率驱动电路输入驱动控制信号以控制所述电力电子器件停止工作。

9.根据权利要求8所述的充电场站电力电子变压器的控制方法，其特征在于，所述驱动控制信号为DSP芯片输出的PWM信号。

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