CN116278894A - 一种利用光伏直流发电系统驱动的电动汽车快速充电装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种利用光伏直流发电系统驱动的电动汽车快速充电装置，包括：用户电池组：用于存储电能；进线控制柜单元：用于控制所述用户电池组的充放电，并且对模块电源柜单元进行本机及远程控制；模块电源柜单元：用于对总输出进行控制及均流；用户电池组分别与进线控制柜单元、模块电源柜单元连接，进线控制柜单元与所述模块电源柜单元连接。本发明提升了电源转换效率及使用寿命；可自主选择故障处理方式，电源柜采用框架式结构，各子单元叠加构成，模块拆卸、替换方便快捷；整流柜内所有的信号电缆、通讯电缆均须采用屏蔽电缆，有效防止电磁干扰。

Description

一种利用光伏直流发电系统驱动的电动汽车快速充电装置
技术领域
本发明涉及电动汽车充电技术领域，尤其涉及一种利用光伏直流发电系统驱动的电动汽车快速充电装置。
背景技术
电动车充电站大量普及之后，电力系统无疑将变得更为复杂，如此数目的电动汽车进行无序充电，将会给电网带来巨大负担。目前，有电动汽车充电站利用夜间用电低谷充电，以缓解电网压力，但充电速度慢并且不能保证足够安全，因此直流快速充电成为必然趋势。而电动汽车的续航里程太短、充电时间过长、电耗较大等限制，给用户带来很大的不便，这一问题已经引起人们的重视。为了更好的解决这一问题，本发明研究创新，建立了一种利用光伏直流发电系统驱动的电动汽车快速充电装置。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提出了一种利用光伏直流发电系统驱动的电动汽车快速充电装置，不仅抗干扰能力强，而且工作时不影响现场其它设备的正常运行。
为实现上述目的，本发明提供了一种利用光伏直流发电系统驱动的电动汽车快速充电装置，包括：
用户电池组：用于存储电能；
进线控制柜单元：用于控制所述用户电池组的充放电，并对模块电源柜单元进行本机及远程控制；
模块电源柜单元：用于对总输出进行控制及均流；
所述用户电池组分别与所述进线控制柜单元、所述模块电源柜单元连接，所述进线控制柜单元与所述模块电源柜单元连接。
优选地，所述进线控制柜单元包括：
总进线断路装置：用于为电源和用户提供控制用电；
逆变模块：用于输入光伏直流电流；
PLC控制装置：用于对各单元进行实时控制，并对所述充电装置的工作方式进行切换；
HMI显示装置：用于显示电源的实时状态及运行参数以及总电流、电压实际值，检测各单元的工作状态；
其中，所述总进线断路装置与所述逆变模块串联，所述PLC控制装置与所述HMI显示装置串联。
优选地，所述充电装置还包括光伏阵列，所述光伏阵列用于产生光伏直流电；所述光伏阵列与所述逆变模块串联，所述逆变模块用于将所述光伏阵列产生的直流电转换为所需电流。
优选地，所述模块电源柜单元包括若干模块柜、若干主控制器和若干电源模块，所述模块柜用于实现对总输出进行控制及均流，所述主控制器用于确保所述电源模块之间稳定运行；其中，所述主控制器分别与所述模块柜、所述电源模块串联，所述主控制器之间并联。
优选地，所述模块柜中包括若干子模块，所述子模块包括模块断路器和电源，所述模块断路器与所述电源串联。
优选地，所述主控制器与所述模块柜之间采用航空插头的接线方式连接。
优选地，所述PLC控制装置、所述HMI显示装置和所述主控制器用于检测所述模块柜的工作状态，将工作状态参数和远程请求指令通过DP通讯发给远程控制系统，根据远程控制系统的指令控制所述电源模块的工作。
优选地，所述主控制器通过采用模块断路器的总线、开关量和电源的模拟量结合方式对所述电源模块进行实时控制。
与现有技术相比，本发明具有如下优点和技术效果：
本发明电源柜当中主控制器采用数字控制芯片-DSP作为控制核心，功能强大，不仅电源输出高精度，而且电源控制可靠性高；各开关电源模块硬件参数一致、且具有单独的控制调节系统，从而达到所有模块完全均流的效果；经过电磁兼容等可靠性测试，不仅抗干扰能力强，而且工作时不影响现场其它设备的正常运行；
本发明模块电源柜采用模块化设计，选取优良器件，减少器件自身压降，最大限度避免了主回路上的损耗，同时电源系统可根据实际负载运行功率，可自动或人为在线投切电源模块的运行数量，从而提升了电源转换效率及使用寿命；可自主选择故障处理方式，电源柜采用框架式结构，各子单元叠加构成，模块拆卸、替换方便快捷；整流柜内所有的信号电缆、通讯电缆均须采用屏蔽电缆，有效防止电磁干扰。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
图1为本发明实施例的利用光伏直流发电系统驱动的电动汽车快速充电装置结构框图；
图2为本发明实施例的利用光伏直流发电系统驱动的电动汽车快速充电装置主视结构图；
图3为本发明实施例的模块电源柜连接示意图；
图4为本发明实施例的电源模块内部线路图。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。
需要说明的是，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。
本发明出了一种利用光伏直流发电系统驱动的电动汽车快速充电装置，如图1，包括：
用户电池组：由多块充放电电池连接组成电池组，用于存储电能；
进线控制柜单元：由总进线断路器，逆变模块，PLC控制器及HMI显示器组成，其中总进线断路器用于并联用户电池组柜和模块电源柜，总线断路器串联逆变模块输入3AC380V的光伏直流电流，为电源和用户提供控制用电。逆变模块串联光伏阵列，用于将所述光伏阵列产生的直流电转换为该装置所需的电流。PLC控制器串联模块电源柜中的各个主控制器和HMI显示器，本机HMI能显示电源的实时状态及运行参数，显示总电流、电压实际值；单个模块运行的电流；单个模块故障信息；系统故障信息，界面为中文，用于检测各电源模块单元的工作状态。PLC控制器对各电源模块进行实时控制，并且可以对本机和远程控制进行切换；
模块电源柜单元：由模块断路器，各个主控制器及电源模块组成，模块电源柜中包括若干模块柜和主控制器，多块主控制器并联，每块单个的主控制器再分别与模块柜串联，模块柜中包括若干子模块，子模块包括模块断路器和电源，其中模块断路器和电源串联。其中模块柜，用于实现对总输出进行控制及均流。而主控制器用于实时控制电源模块，确保各个电源模块之间稳定运行。
进线控制柜单元串联用户电池组(不是光伏电源，就是简单的充放电电池组，用于储存多余电能，电动汽车不充电的时候，电池组把多余的电能储存起来)和模块电源柜单元，用户电池组与模块电源柜单元为并联关系。
PLC控制器，主控制器(不是PLC控制器，这里的控制器分为PLC控制器和主控制器，主控制器就是一个控制面板)和HMI用于检测模块电源柜中各个模块单元的工作状态，将工作状态参数和远程请求指令通过DP通讯发给远程控制系统，根据远程控制系统的指令控制各个电源模块的工作。
模块电源柜的工作原理：此模块电源柜由多个电源模块组成，需要对总输出进行控制及均流。电源模块装置采用数字电源技术，控制策略调整灵活、控制精度高以及控制参数稳定性高，其方便的通信接口功能为现代化的网络化控制提供了良好的硬件基础，为实施创新性的工艺控制策略和实现多功能提供了全新的途径。
主控制器与各电源模块间通过采用模块柜中模块断路器的总线、开关量和电源模块的模拟量结合方式进行实时控制。通过数字通信网络发送指令给PLC控制器控制主控制器，从而实现电源系统的控制功能，确保设备正常运行，提高了系统的稳定性，主控制器与模块柜之间的接线采用航空插头的方式，方便插拔。
如图2为装置的主视结构示意图，采用模块化并联设计，模块之间相互冗余，每个模块都是单独的一块电源，相互之间不受影响，即如果系统中某个模块发生了故障，系统可以自动通过模块断路器将发生故障的模块切断，并重新分配每个模块的输出(不超过额定输出)，以保证系统的正常工作。最大输出950V/250A。
图3为模块电源柜当中各个电源模块接受主控制器控制，而主控制器由PLC控制器有线连接本机控制，各个参数均可在HMI中显示出来，该过程中也可以通过采用DP通讯方式对其实现远程控制。所以模块电源柜具有本机和远程控制，可以本远控切换，本机控制采用彩色触摸屏显示和控制，远程采用DP通讯对电源进行监控。本机HMI能显示电源的实时状态及运行参数，界面为中文。为确保安全，除触摸屏控制外，本机还设有其他按钮控制。
电源模块的工作原理：电源采用一体化电源模块设计方案，是集高功率因数，脉宽调制技术于一体的高效节能开关电源。每个模块电源均是一个升降压电路。该模块具有快速高效的调节性能和显著的节能效果；其主回路拓扑如图4。
图4为图3当中的模块1、模块N的内部线路图。从进线开关进线后，由BOOST电路进行升压，输出约DC400V的直流。DC400V直流再由逆变桥、高频变压器、二极管整流等，最终输出稳定的DC950V。高精度数字控制器检测输出端总的电压、电流信号进行反馈闭环调节集中控制，并可通过CAN通信将相关输出参数及信息上传至用户上位机进行集中显示控制。
本发明电源系统可靠性高，电源柜当中主控制器采用数字控制芯片-DSP作为控制核心，功能强大，不仅电源输出高精度，而且电源控制可靠性高；各开关电源模块硬件参数一致、且具有单独的控制调节系统，从而达到所有模块完全均流的效果；经过电磁兼容等可靠性测试，不仅抗干扰能力强，而且工作时不影响现场其它设备的正常运行。
模块电源柜中各模块断路器的主回路拓扑简单，最大限度地减少了回路电感，提高了功率因数；
模块电源柜采用模块化设计，选取优良器件，减少器件自身压降，最大限度避免了主回路上的损耗，同时电源系统可根据实际负载运行功率，可自动或人为在线投切电源模块的运行数量，从而提升了电源转换效率及使用寿命；
可自主选择故障处理方式，当该装置的电源出现非必要停机时，只进行报警提示，减少电源故障对生产的影响；如表1。
表1
Figure SMS_1
电源柜采用框架式结构，各子单元叠加构成，模块拆卸、替换方便快捷；
柜体结构考虑散热、防腐蚀性和方便巡视、检修；
信号电缆、通讯电缆：整流柜内所有的信号电缆、通讯电缆均须采用屏蔽电缆，防止电磁干扰；
整流装置柜体：采用冷轧钢板加工制作，酸洗磷化处理、烘干、表面喷塑，
进线及出线方式：上进上出，也可按照现场需求设计。
防护等级：IP31；
整流柜、模块柜及控制柜尺寸：尺寸以最终设计为准。
一种利用光伏直流发电系统驱动的电动汽车快速充电装置通过输入端口光伏组件直流供电，经过逆变模块用于将所述光伏组件产生的直流电转换为该装置所需的直流电，为模块电源柜和用户电池组提供控制用电。经过模块电源柜输出到负载，模块电源柜的电流主要控制方式为恒流控制。此时模块电源柜可分为本机和远程控制，本机时由本机控制柜上HMI显示屏触摸控制，PLC控制器连接模块电源柜中的各个主控制器和HMI显示器，用于检测各电源模块单元的工作状态，对各电源模块进行实时本机控制，远程控制时则通过PROFIBUS-DP通讯远程接口对电源模块进行监控。经过模块电源柜的精准控制和均流后，可以稳定输出DC0～950V的电压和DC0～300A电流到负载上面。从输入经过该充电装置到输出的功率参数大于等于0.9，均流误差小于等于5％，该装置的转换效率大于等于95％。并且该装置具有完善的保护功能及故障报警，分别为过热故障报警、过流故障报警、短路保护、输入缺相保护、输出过载保护、输出电流限制、冷却水过压保护。
以上，仅为本申请较佳的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种利用光伏直流发电系统驱动的电动汽车快速充电装置，其特征在于，包括：
用户电池组：用于存储电能；
进线控制柜单元：用于控制所述用户电池组的充放电，并且对模块电源柜单元进行本机及远程控制；
模块电源柜单元：用于对总输出进行控制及均流；
所述用户电池组分别与所述进线控制柜单元、所述模块电源柜单元连接，所述进线控制柜单元与所述模块电源柜单元连接。
2.根据权利要求1所述的利用光伏直流发电系统驱动的电动汽车快速充电装置，其特征在于,所述进线控制柜单元包括：
总进线断路装置：用于为电源和用户提供控制用电；
逆变模块：用于输入光伏直流电流；
PLC控制装置：用于对各单元进行实时控制，并对所述充电装置的工作方式进行切换；
HMI显示装置：用于显示电源的实时状态及运行参数以及总电流、电压实际值，检测各单元的工作状态；
其中，所述总进线断路装置与所述逆变模块串联，所述PLC控制装置与所述HMI显示装置串联。
3.根据权利要求2所述的利用光伏直流发电系统驱动的电动汽车快速充电装置，其特征在于,所述充电装置还包括光伏阵列，所述光伏阵列用于产生光伏直流电；所述光伏阵列与所述逆变模块串联，所述逆变模块用于将所述光伏阵列产生的直流电转换为所需电流。
4.根据权利要求3所述的利用光伏直流发电系统驱动的电动汽车快速充电装置，其特征在于,所述模块电源柜单元包括若干模块柜、若干主控制器和若干电源模块，所述模块柜用于实现对总输出进行控制及均流，所述主控制器用于确保所述电源模块之间稳定运行；其中，所述主控制器分别与所述模块柜、所述电源模块串联，所述主控制器之间并联。
5.根据权利要求4所述的利用光伏直流发电系统驱动的电动汽车快速充电装置，其特征在于,所述模块柜中包括若干子模块，所述子模块包括模块断路器和电源，所述模块断路器与所述电源串联。
6.根据权利要求5所述的利用光伏直流发电系统驱动的电动汽车快速充电装置，其特征在于，所述主控制器与所述模块柜之间采用航空插头的接线方式连接。
7.根据权利要求4所述的利用光伏直流发电系统驱动的电动汽车快速充电装置，其特征在于，所述PLC控制装置、所述HMI显示装置和所述主控制器用于检测所述模块柜的工作状态，将工作状态参数和远程请求指令通过DP通讯发给远程控制系统，根据远程控制系统的指令控制所述电源模块的工作。
8.根据权利要求7所述的利用光伏直流发电系统驱动的电动汽车快速充电装置，其特征在于，所述主控制器通过采用模块断路器的总线、开关量和电源的模拟量结合方式对所述电源模块进行实时控制。
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