CN114069616A - 一种小功率直流充电桩系统及控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种小功率直流充电桩系统及控制方法，包括配电单元、功率柜、负载管理单元、数据监控管理单元、云平台单元、电池组单元、光伏单元、家居用电负载单元和V2G充电桩单元，可根据当前电网能力、充电车辆的负载需求、家居用电负载单元的需求、电池组单元的储能情况、光照能力、气象信息、物业信息，云平台单元进行智能算法预测，综合评估系统电能供求关系，实时决策负载供应能力，优化能量调度策略，保证家庭用电系统高效、稳定运行；结合云平台算法，利用电网波峰波谷价格特点，电池组单元执行智能充放电策略，降低用电成本。

Description

一种小功率直流充电桩系统及控制方法
技术领域
本发明涉及充电桩技术领域，尤其涉及一种小功率直流充电桩系统及控制方法。
背景技术
随着社会的发展，家庭用电对电量的需求越来越高，但当前家庭电力来源主要是电网，家庭用电系统比较单一；当电网断电时，家庭用电将难以正常维持，家庭用电过分依赖电网电力。
发明内容
本发明公开的一种小功率直流充电桩系统及控制方法，解决了当前家庭用电系统比较单一且对电网电力过分依赖的问题，大大提高了家庭用电的可靠性与稳定性，且有效降低了家庭用电的成本。
为达到上述目的，本发明的技术方案具体是这样实现的：
本发明一方面公开一种小功率直流充电桩系统，包括配电单元、功率柜、负载管理单元、数据监控管理单元、云平台单元、电池组单元、光伏单元、家居用电负载单元和V2G充电桩单元，其中，配电单元用以控制电网或家居用电负载单元与功率柜之间的电路连接或关断；所述功率柜内配置AC/DC模块和DC/DC模块，用以实现电能的传递；负载管理单元用以对用电系统中的所有负载进行协调控制，并与配电单元、功率柜、数据监控管理单元、云平台单元、电池组单元、光伏单元、家居用电负载单元和V2G充电桩单元进行信息交互；数据监控管理单元用以实现对电动车辆与V2G充电桩单元之间交互的信息进行实时监控并存储；云平台单元用以接收所述负载管理单元发送的信息，并收集外界环境信息，结合系统运行历史数据，制定系统能量规划；电池组单元用以储能，并可将储能输出；光伏单元用以将光能转换为电能，并输出电能至所述电池组单元；家居用电负载单元支持家庭用电模式下各种功率负载；所述V2G充电桩单元包括V2G充电桩，所述V2G充电桩支持双向直流充电，所述功率柜输出的直流电经V2G充电桩为电动车辆充电；电动车辆输出的直流电经V2G充电桩反向输出至所述功率柜。
进一步地，所述电池组连接在所述AC/DC模块和DC/DC模块之间。
本发明另一方面公开一种小功率直流充电桩系统的控制方法，根据电动车辆的充放电状态进行控制：
当电动车辆既不充电也不放电时，V2G充电桩与功率柜之间不进行电能交互；
当电动车辆充电时，光伏单元持续将光能转换为电能，且优先使用电池组单元提供电能，当电池组单元能够满足家居用电负载单元的电能需求时，电网不输出电能；当电池组单元不能够满足家居用电负载单元的电能需求时，电网输出电能；
当电动车辆放电时，光伏单元持续将光能转换为电能，优先使用V2G充电桩为家居用电负载单元提供电能；当家居用电负载单元需求的电能较小或无需求时，使用V2G充电桩为电池组单元提供电能，当电池组单元电量达到充满条件时，V2G充电桩停止向电池组单元供电，降低电动车辆放电功率或停止电动车辆放电；若V2G充电桩提供的电能无法满足家居用电负载单元的用电需求时，控制电池组单元向家居用电负载单元输出电能；若V2G充电桩提供的电能与电池组单元输出的电能之和仍无法满足家居用电负载单元的用电需求时，控制电网向家居用电负载单元提供电能。
进一步地，根据家居用电负载单元的需求状态进行控制：
当家居用电负载单元有电能需求时，光伏单元持续将光能转换为电能；当有电动车辆进行放电时，优先使用V2G充电桩为家居用电负载单元提供电能；当无电动车辆进行放电时，优先使用电池组单元为家居用电负载单元提供电能；当电池组单元能够满足家居用电负载单元的电能需求时，电网不输出电能；当电池组单元不能够满足家居用电负载单元的电能需求时，电网输出电能；
当家居用电负载单元无电能需求时，无需对家居用电负载单元提供电能。
进一步地，根据电池组单元的电量状态进行控制：
当电池组单元的电量低于20％时，不支持对外提供电能；
当电池组单元的电量高于80％时，光伏单元或者V2G充电桩可向电池组单元提供电能，使电池组单元的电量达到100％。
进一步地，根据电网状态进行控制：
当电网正常供电时，根据电动车辆充放电状态、电池组单元电量和家居用电负载单元的电能供需，实时输出电能；
当电网断电时，优先使用V2G充电桩为家居用电负载单元提供电能，且当家居用电负载单元的电能需求较小时，V2G充电桩同时向电池组单元提供电能；当家居用电负载单元的电能需求较大时，V2G充电桩和电池组单元同时向家居用电负载单元提供电能；
当电网断电时，家居用电负载单元和电动车辆同时有电能需求时，电池组单元优先对家居用电负载单元提供电能，同时，电池组单元的电能经V2G充电桩对电动车辆充电。
有益技术效果：
1、本发明公开一种小功率直流充电桩系统，包括配电单元、功率柜、负载管理单元、数据监控管理单元、云平台单元、电池组单元、光伏单元、家居用电负载单元和V2G充电桩单元，其中，配电单元用以控制电网或家居用电负载单元与功率柜之间的电路连接或关断；所述功率柜内配置AC/DC模块和DC/DC模块，用以实现电能的传递；负载管理单元用以对用电系统中的所有负载进行协调控制，并与配电单元、功率柜、数据监控管理单元、云平台单元、电池组单元、光伏单元、家居用电负载单元和V2G充电桩单元进行信息交互；数据监控管理单元用以实现对电动车辆与V2G充电桩单元之间交互的信息进行实时监控并存储；云平台单元用以接收所述负载管理单元发送的信息，并收集外界环境信息，结合系统运行历史数据，制定系统能量规划；电池组单元用以储能，并可将储能输出；光伏单元用以将光能转换为电能，并输出电能至所述电池组单元；家居用电负载单元支持家庭用电模式下各种功率负载；所述V2G充电桩单元包括V2G充电桩，所述V2G充电桩支持双向直流充电，所述功率柜输出的直流电经V2G充电桩为电动车辆充电；电动车辆输出的直流电经V2G充电桩反向输出至所述功率柜，解决了当前家庭用电系统比较单一且对电网电力过分依赖的问题，大大提高了家庭用电的可靠性与稳定性，且有效降低了家庭用电的成本；
2、本发明公开的一种小功率直流充电桩系统的控制方法，可根据当前电网能力、电动车辆的负载需求、家居用电负载单元需求、电池组单元储能情况、光照能力、气象信息、物业信息，云平台进行智能算法预测，综合评估系统电能供求关系，实时决策负载供应能力，优化能量调度策略，保证家庭用电系统高效、稳定运行；
3、本发明中，V2G充电桩支持车辆反向直流供电，同时自带电池组储能单元，具备应急供电功能，增强电网断电等突发工况应急能力；
4、本发明中，光伏能源，实现一定程度的能量自给自足，清洁环保；
5、本发明中，云平台利用算法，结合电网波峰波谷价格特点，电池组单元执行智能充放电策略，降低用电成本；
6、本发明中，数据监控管理单元能够实时存储系统运行数据，方便实际运行问题定位，保证系统可靠性，降低维保成本。
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。
图1为本发明所述的一种小功率直流充电桩系统的结构示意图；
图2为小功率直流充电桩系统中电池组单元的电量小于20％时，电能传递示意图；
图3为小功率直流充电桩系统中电池组单元的电量大于80％时，电池组单元不支持从电网补充电能的示意图；
图4为小功率直流充电桩系统中电池组单元的电量大于80％时，光伏单元向电池组单元进行电能传递的示意图；
图5为小功率直流充电桩系统中电池组单元的电量大于80％时，V2G充电桩向电池组单元进行电能传递的示意图；
图6小功率直流充电桩系统中功率柜和电池组单元的连接示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
下面结合附图对本发明的实施方式进行详细说明。
本发明一方面公开一种小功率直流充电桩系统，参见图1，小功率直流充电桩系统包括配电单元、功率柜、负载管理单元、数据监控管理单元、云平台单元、电池组单元、光伏单元、家居用电负载单元和V2G充电桩单元，其中，配电单元用以控制电网或家居用电负载单元与功率柜之间的电路连接或关断；功率柜内配置AC/DC模块和DC/DC模块，用以实现电能的传递；负载管理单元用以对用电系统中的所有负载进行协调控制，并与配电单元、功率柜、数据监控管理单元、云平台单元、电池组单元、光伏单元、家居用电负载单元和V2G充电桩单元进行信息交互；数据监控管理单元用以实现对电动车辆与V2G充电桩单元之间交互的信息进行实时监控并存储；云平台单元用以接收负载管理单元发送的信息，并收集外界环境信息，例如光照能力、气象信息、物业信息和电力信息等，结合系统运行历史数据，制定系统能量规划；电池组单元用以储能，并可将储能输出，电池组单元连接在AC/DC模块和DC/DC模块之间，参见图6；光伏单元用以将光能转换为电能，并输出电能至电池组单元；家居用电负载单元支持家庭用电模式下各种功率负载；V2G充电桩单元包括V2G充电桩，V2G充电桩支持双向直流充电，功率柜输出的直流电经V2G充电桩为电动车辆充电；电动车辆输出的直流电经V2G充电桩反向输出至功率柜，可根据当前电网能力、电动车辆的负载需求、家居用电负载单元需求、电池组单元储能情况、光照能力、气象信息、物业信息，云平台进行智能算法预测，综合评估系统电能供求关系，实时决策负载供应能力，优化能量调度策略，保证家庭用电系统高效、稳定运行。
需要说明的是，在图1中，各个模块间实线代表的是电能的传递，各个模块间的虚线代表的是信号的交互。
本发明另一方面公开一种小功率直流充电桩系统的控制方法，列举几种不同状态下的控制方法：
1)根据电动车辆的充放电状态进行控制：
当电动车辆既不充电也不放电时，V2G充电桩与功率柜之间不进行电能交互；
当电动车辆充电时，光伏单元持续将光能转换为电能，且优先使用电池组单元提供电能，当电池组单元能够满足家居用电负载单元的电能需求时，电网不输出电能；当电池组单元不能够满足家居用电负载单元的电能需求时，电网输出电能；
当电动车辆放电时，光伏单元持续将光能转换为电能，优先使用V2G充电桩为家居用电负载单元提供电能；当家居用电负载单元需求的电能较小或无需求时，使用V2G充电桩为电池组单元提供电能，当电池组单元电量达到充满条件时，V2G充电桩停止向电池组单元供电，降低电动车辆放电功率或停止电动车辆放电；若V2G充电桩提供的电能无法满足家居用电负载单元的用电需求时，控制电池组单元向家居用电负载单元输出电能；若V2G充电桩提供的电能与电池组单元输出的电能之和仍无法满足家居用电负载单元的用电需求时，控制电网向家居用电负载单元提供电能。
2)根据家居用电负载单元的需求状态进行控制：
当家居用电负载单元有电能需求时，光伏单元持续将光能转换为电能；当有电动车辆进行放电时，优先使用V2G充电桩为家居用电负载单元提供电能；当无电动车辆进行放电时，优先使用电池组单元为家居用电负载单元提供电能；当电池组单元能够满足家居用电负载单元的电能需求时，电网不输出电能；当电池组单元不能够满足家居用电负载单元的电能需求时，电网输出电能；
当家居用电负载单元无电能需求时，无需对家居用电负载单元提供电能。
3)根据电池组单元的电量状态进行控制：
当电池组单元的电量低于20％时，不支持对外提供电能，参见图2；
当电池组单元的电量高于80％时，不支持从电网补充电能，参见图3，光伏单元或者V2G充电桩可向电池组单元提供电能，使电池组单元的电量达到100％，参见图4-5。
4)根据电网状态进行控制：
当电网正常供电时，根据电动车辆充放电状态、电池组单元电量和家居用电负载单元的电能供需，实时输出电能；
当电网断电时，优先使用V2G充电桩为家居用电负载单元提供电能，且当家居用电负载单元的电能需求较小时，V2G充电桩同时向电池组单元提供电能；当家居用电负载单元的电能需求较大时，V2G充电桩和电池组单元同时向家居用电负载单元提供电能；
当电网断电时，家居用电负载单元和电动车辆同时有电能需求时，电池组单元优先对家居用电负载单元提供电能，同时，电池组单元的电能经V2G充电桩对电动车辆充电。
本发明公开的一种小功率直流充电桩系统的控制方法，可根据当前电网能力、充电车辆的负载需求、家居用电负载单元需求、电池组单元储能情况、光照能力、气象信息、物业信息，云平台进行智能算法预测，综合评估系统电能供求关系，实时决策负载供应能力，优化能量调度策略，保证家庭用电系统高效、稳定运行；结合云平台算法，利用电网波峰波谷价格特点，电池组单元执行智能充放电策略，降低用电成本。
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一定指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何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上的实施例仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通工程技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。

Claims (6)

1.一种小功率直流充电桩系统，其特征在于，包括：
配电单元，用以控制电网或家居用电负载单元与功率柜之间的电路连接或关断；
功率柜，所述功率柜内配置AC/DC模块和DC/DC模块，用以实现电能的传递；
负载管理单元，用以对用电系统中的所有负载进行协调控制，并与配电单元、功率柜、数据监控管理单元、云平台单元、电池组单元、光伏单元、家居用电负载单元和V2G充电桩单元进行信息交互；
数据监控管理单元，用以实现对电动车辆与V2G充电桩单元之间交互的信息进行实时监控并存储；
云平台单元，用以接收所述负载管理单元发送的信息，并收集外界环境信息，结合系统运行历史数据，制定系统能量规划；
电池组单元，用以储能，并可将储能输出；
光伏单元，用以将光能转换为电能，并输出电能至所述电池组单元；
家居用电负载单元，支持家庭用电模式下各种功率负载；
V2G充电桩单元，所述V2G充电桩单元包括V2G充电桩，所述V2G充电桩支持双向直流充电，所述功率柜输出的直流电经V2G充电桩为电动车辆充电；电动车辆输出的直流电经V2G充电桩反向输出至所述功率柜。
2.根据权利要求1所述的一种小功率直流充电桩系统，其特征在于，所述电池组单元连接在所述AC/DC模块和DC/DC模块之间。
3.根据权利要求1或2所述的一种小功率直流充电桩系统的控制方法，其特征在于，根据电动车辆的充放电状态进行控制：
当电动车辆既不充电也不放电时，V2G充电桩与功率柜之间不进行电能交互；
当电动车辆充电时，光伏单元持续将光能转换为电能，且优先使用电池组单元提供电能，当电池组单元能够满足家居用电负载单元的电能需求时，电网不输出电能；当电池组单元不能够满足家居用电负载单元的电能需求时，电网输出电能；
当电动车辆放电时，光伏单元持续将光能转换为电能，优先使用V2G充电桩为家居用电负载单元提供电能；当家居用电负载单元需求的电能较小或无需求时，使用V2G充电桩为电池组单元提供电能，当电池组单元电量达到充满条件时，V2G充电桩停止向电池组单元供电，降低电动车辆放电功率或停止电动车辆放电；若V2G充电桩提供的电能无法满足家居用电负载单元的用电需求时，控制电池组单元向家居用电负载单元输出电能；若V2G充电桩提供的电能与电池组单元输出的电能之和仍无法满足家居用电负载单元的用电需求时，控制电网向家居用电负载单元提供电能。
4.根据权利要求3所述的一种小功率直流充电桩系统的控制方法，其特征在于，根据家居用电负载单元的需求状态进行控制：
当家居用电负载单元有电能需求时，光伏单元持续将光能转换为电能；当有电动车辆进行放电时，优先使用V2G充电桩为家居用电负载单元提供电能；当无电动车辆进行放电时，优先使用电池组单元为家居用电负载单元提供电能；当电池组单元能够满足家居用电负载单元的电能需求时，电网不输出电能；当电池组单元不能够满足家居用电负载单元的电能需求时，电网输出电能；
当家居用电负载单元无电能需求时，无需对家居用电负载单元提供电能。
5.根据权利要求4所述的一种小功率直流充电桩系统的控制方法，其特征在于，根据电池组单元的电量状态进行控制：
当电池组单元的电量低于20％时，不支持对外提供电能；
当电池组单元的电量高于80％时，光伏单元或者V2G充电桩可向电池组单元提供电能，使电池组单元的电量达到100％。
6.根据权利要求5所述的一种小功率直流充电桩系统的控制方法，其特征在于，根据电网状态进行控制：
当电网正常供电时，根据电动车辆充放电状态、电池组单元电量和家居用电负载单元的电能供需，实时输出电能；
当电网断电时，优先使用V2G充电桩为家居用电负载单元提供电能，且当家居用电负载单元的电能需求较小时，V2G充电桩同时向电池组单元提供电能；
当家居用电负载单元的电能需求较大时，V2G充电桩和电池组单元同时向家居用电负载单元提供电能；
当电网断电时，家居用电负载单元和电动车辆同时有电能需求时，电池组单元优先对家居用电负载单元提供电能，同时，电池组单元的电能经V2G充电桩对电动车辆充电。
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