CN116526532A - 一种可用于车辆微电网的电气拓扑结构 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种可用于车辆微电网的电气拓扑结构,其包括:至少三套以上的车辆子系统,每套车辆子系统都包括:动力输入单元,包括高压配电箱和与其相连的动力电池包以及智能动力单元;TVGM,其输入端连接PDU的一路输出,同时还可以接入光伏电压输入,将车端高压直流转换成两路三相交流电和一路低压直流电,且两两车辆子系统中的TVGM之间连接形成环形直流电网,以作为直流并网电压平台;交流配电箱,两路交流电经交流配电箱连接至负载侧的交流负载;平台控制器,分别与各TVGM连接,用于控制各TVGM的并机。本发明功率等级较低,适用于营地的普通生活用电,以一面机柜解决需要多车辆级联才能完成的问题。
Description
技术领域
本发明涉及一种微电网拓扑技术领域,特别是关于一种可用于车辆微电网的电气拓扑结构。
背景技术
目前国内微电网发展多处于光伏组建的电站的状态(G2G,电网到电网),基于车辆发电储能搭建的车辆微电网(V2V,车辆到车辆)发展尚还处于拓荒阶段,已经公布的相关内容及研究非常缺乏。现有技术中关于V2G的应用,在外部使用时存在体积大、携带使用不方便的情况。
发明内容
针对上述问题,本发明的目的是提供一种可用于车辆微电网的电气拓扑结构,其功率等级较低,适用于营地的普通生活用电,以一面机柜解决需要多车辆级联才能完成的问题,并通过多车级联的方式解决大功率设备使用的问题。
为实现上述目的,本发明采取以下技术方案:一种可用于车辆微电网的电气拓扑结构,其包括:至少三套以上的车辆子系统,每套车辆子系统都包括:动力输入单元,包括车辆的PDU及与之相连的BAT和IPU;TVGM,其输入端与PDU的一路输出连接,将车端高压直流转换成两路三相交流电和一路低压直流电,且两两车辆子系统中的TVGM之间连接形成环形直流电网,以作为直流并网电压平台;交流配电箱,具有两路三相输出,两路交流电经交流配电箱连接至负载侧的交流负载;平台控制器,分别与各TVGM内部的柜内控制器连接,作为并机策略的配置分配并下发用于控制各TVGM并机的指令。
进一步,TVGM包括一个32位柜内控制器、一个16路的24VDC,可支持CAN通讯的继电器控制板、两个支持CAN通讯的双向DCDC模块、两个10kW的逆变器、一个5kW的600V转27.5VDC的低压DCDC模块、一个24VDC的低压蓄电池、柜内继电器和开关模块;
32位柜内控制器,当车端300VDC输入至TVGM后,通过柜内控制器中写入的上电逻辑控制顺序,以CAN通讯的方式控制继电器控制板,并控制柜内继电器,完成双向DCDC、两个逆变器以及低压DCDC的前端供电控制,并以CAN通讯方式,对双向DCDC、两个逆变器以及低压DCDC分别发送开机工作指令,完成交流输出;同时接收来自开关模块的输入指令,完成高压和低压的上电控制;
继电器控制板,用于接收柜内控制器输出的上电顺序指令,进而控制柜内继电器,由柜内继电器根据上电顺序指令控制双向DCDC模块、两个逆变器和低压DCDC模块的上电;
双向DCDC模块上电后,将接收到的车端高压进行升压转换处理后作为环形直流电网的电压;逆变器上电后,将接收到的车端高压转换成交流电后输出;低压DCDC模块上电后,将接收到的车端高压转成低压后为低压直流负载供电,并为低压蓄电池充电。
进一步,对于多台并网策略控制,主要采用恒压的控制模式,输出功率随负载需求功率变化而变化,保证直流母线电压恒定。
进一步,在任意一个TVGM内配置有光伏电源接口,将外部光伏电源通过双向DCDC转换后,与环形直流电网进行并网。
进一步,光伏电源输入的高压直流经由光伏电源接口进入TVGM,经另一双向DCDC模块进行升压转换处理后并入环形直流电网内。
进一步,TVGM还包括显示屏;该显示屏通过CAN通讯方式与柜内控制器连接。
进一步,TVGM包括一路车端的高压输入端口、一路并网输入端口和一路并网输出端口,在负载侧设置有两路交流电输出端口和一路低压直流输出端口。
进一步,高压输入端口、并网输入端口和并网输出端口采用GB/T 20234.3-2015的高压直流充电标准接口。
进一步,平台控制器通过CAN通讯方式与柜内控制器连接。
进一步,开关模块根据柜内控制器传输至的上电逻辑,传输至平台控制器,由平台控制器实现各TVGM的并机上电控制。
本发明由于采取以上技术方案,其具有以下优点:
1、本发明使用车载的高压电池以及发电单元提供高压电,经由TVGM将该高压电进行升压处理,作为直流并网电压平台,同时通过TVGM内部的DCAC与DCDC,为后端负载输出交流电和低压直流电,以便于用户作本地负载供电使用。
2、对于每个独立的车辆子系统,都可以通过TVGM的并网端口实现多机并联组网,以一面机柜解决了需要多车辆级联才能完成的问题,并通过多车级联的方式解决大功率设备使用的问题。
附图说明
图1是本发明实施例中可用于车辆微电网的电气拓扑结构示意图;
图2是本发明实施例中TVGM组成的环形直流电网结构示意图;
图3是本发明实施例中单台TVGM结构原理示意图;
图4是本发明实施例中单台TVGM内部原理图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本发明实施例的附图,对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然,所描述的实施例是本发明的一部分实施例,而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例,本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
需要注意的是,这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式,而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的,除非上下文另外明确指出,否则单数形式也意图包括复数形式,此外,还应当理解的是,当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时,其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
多台车辆并网配电拓扑,目的是将现在车辆的发电控制单元(IPU)、动力电池包(BAT)、交流负载、直流负载等用电单元,以此电气拓扑的形式,完成一辆车或多辆车的电气连接,并能够接入光伏等其他供电模块。
在本发明的一个实施例中,提供一种可用于车辆微电网的电气拓扑结构。本实施例中,如图1、图2所示,该电气拓扑结构包括至少三套以上的车辆子系统,每套车辆子系统都包括:
动力输入单元,包括车辆的高压配电箱(以下简称PDU)和与其相连的BAT和IPU;本实施例中,PDU为50kW,BAT为6.32kWh,IPU为30kW。
战术车辆电网模块(TVGM),其输入端与PDU的一路输出连接,将车端高压直流转换成两路三相交流电和一路低压直流电,且两两车辆子系统中的TVGM之间连接形成环形直流电网,以作为直流并网电压平台;
交流配电箱(AC-PDU),具有两路三相输出,两路交流电经交流配电箱连接至负载侧的交流负载;本实施例总,交流配电箱为380VAC,每路三相输入均可以输出两路380VAC和两路220VAC,
平台控制器,分别与各TVGM内部的柜内控制器连接,作为并机策略的配置分配并下发用于控制各TVGM并机的指令。
本实施例中,平台控制器采用32位的控制器。
在一个可行的实施方式中,如图3、图4所示,TVGM包括一个32位柜内控制器、一个16路的24VDC,可支持CAN通讯的继电器控制板、两个支持CAN通讯的双向DCDC模块、两个10kW的逆变器、一个5kW的600V转27.5VDC的低压DCDC模块、一个24VDC的低压蓄电池、柜内继电器和开关模块。
32位柜内控制器,当车端300VDC输入至TVGM后,通过柜内控制器中写入的上电逻辑控制顺序,以CAN通讯的方式控制继电器控制板,并控制柜内继电器,完成双向DCDC、两个逆变器以及低压DCDC的前端供电控制,并以CAN通讯方式,对上述三种设备分别发送开机工作指令,完成交流输出。同时还可以接收来自开关模块的输入指令,完成高压和低压的上电控制。
继电器控制板,用于接收柜内控制器输出的上电顺序指令,进而控制内继电器,由柜内继电器根据上电顺序指令控制双向DCDC模块、两个逆变器和低压DCDC模块的上电及输出;
双向DCDC模块上电后,将接收到的车端高压进行升压转换处理后作为环形直流电网的电压;逆变器上电后,将接收到的车端高压转换成交流电后输出;低压DCDC模块上电后,将接收到的车端高压转成低压后为低压直流负载供电,并为传输至低压蓄电池充电。
使用时,柜内控制器用于完成TVGM内部的继电器控制板、模块指令收发、模块状态监测以及与平台控制器指令的交互。
在本实施例中,采用300V/600V的20kW双向DCDC模块,600V/27.5V的5kW低压DCDC模块,逆变器采用600VDC/380VAC的10kWDCAC模块。低压蓄电池的电压为24V。
上述实施例中,设置在柜内控制器中的整体上电逻辑可以采用下垂控制、恒功率控制和恒压控制。对于多台并网策略控制,主要采用恒压的控制模式,输出功率随负载需求功率变化而变化,保证直流母线电压恒定。
上述实施例中,在任意一个车辆子系统中的TVGM内配置有光伏电源接口,将外部光伏电源通过双向DCDC转换后,与环形直流电网进行并网。光伏电源输入的高压直流经由光伏电源接口进入TVGM,经另一双向DCDC模块进行升压转换处理后并入环形直流电网内。本实施例中,光伏电压可以为300V。
例如,本实施例中,将光伏电源,转换为600VDC的母线电压,直接并入直流环网中。
上述实施例中,TVGM还包括显示屏;该显示屏通过CAN通讯方式与柜内控制器连接,用于显示开关模块的工作状态信号。
上述实施例中,TVGM包括一路车端的高压输入端口、一路并网输入端口和一路并网输出端口,且均采用GB/T 20234.3-2015的高压直流充电标准接口;在负载侧设置有两路交流电输出端口和一路低压直流输出端口。其中,两路交流电输出端口为两路10kW的380VAC,低压直流输出端口为5kW的27.5VDC。
本实施例中,高压输入端口与双向DCDC的低压端连接,并网输入端口与输出端口均和双向DCDC的高压端连接。两路交流电输出端口分别与一个逆变器的输出端连接,低压直流输出端口与低压DCDC输出端口连接。
在一个可行的实施方式中,平台控制器用于完成设备状态采集、平台显示以及控制指令下发操作。平台控制器以CAN通讯方式与柜内控制器连接;柜内控制器根据柜内控制器传输至的上电逻辑,传输至平台控制器,由平台控制器实现各TVGM的并机上电控制。
在一个可行的实施方式中,电气的低压控制部分主要由柜内控制器以及平台控制器协同完成。
在一个可行的实施方式中,本发明中采用的通讯方式为CAN控,内置24VDC低压配电,无需外部辅助电源,同时能向外部提供24VDC,20A的供电,用于满足在平台测试中无外部供电的情况。
在一个可行的实施方式中,本发明还包括急停保护按钮以及绝缘监测模块,以提供可靠的配电防护。
综上,本发明使用时,主要目的是使用车载的高压电池以及发电单元提供300VDC输入电,经由TVGM将300VDC升至600VDC,作为直流并网电压平台,同时通过TVGM内部的DCAC与DCDC,为后端负载分别输出380VAC以及27.5VDC,以便于用户作本地负载供电使用。对于每个独立的车辆子系统,可以通过TVGM的并网端口,实现多机并联组网,本发明实施例中采用了3台TVGM组成的直流600V的供电环网。
最后应说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案,而非对其限制;尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.一种可用于车辆微电网的电气拓扑结构,其特征在于,包括:至少三套以上的车辆子系统,每套车辆子系统都包括:
动力输入单元,包括车辆的PDU及与之相连的BAT和IPU;
TVGM,其输入端与PDU的一路输出连接,将车端高压直流转换成两路三相交流电和一路低压直流电,且两两车辆子系统中的TVGM之间连接形成环形直流电网,以作为直流并网电压平台;
交流配电箱,具有两路三相输出,两路交流电经交流配电箱连接至负载侧的交流负载;
平台控制器,分别与各TVGM内部的柜内控制器连接,作为并机策略的配置分配并下发用于控制各TVGM并机的指令。
2.如权利要求1所述可用于车辆微电网的电气拓扑结构,其特征在于,TVGM包括一个32位柜内控制器、一个16路的24VDC,可支持CAN通讯的继电器控制板、两个支持CAN通讯的双向DCDC模块、两个10kW的逆变器、一个5kW的600V转27.5VDC的低压DCDC模块、一个24VDC的低压蓄电池、柜内继电器和开关模块;
32位柜内控制器,当车端300VDC输入至TVGM后,通过柜内控制器中写入的上电逻辑控制顺序,以CAN通讯的方式控制继电器控制板,并控制柜内继电器,完成双向DCDC、两个逆变器以及低压DCDC的前端供电控制,并以CAN通讯方式,对双向DCDC、两个逆变器以及低压DCDC分别发送开机工作指令,完成交流输出;同时接收来自开关模块的输入指令,完成高压和低压的上电控制;
继电器控制板,用于接收柜内控制器输出的上电顺序指令,进而控制柜内继电器,由柜内继电器根据上电顺序指令控制双向DCDC模块、两个逆变器和低压DCDC模块的上电;
双向DCDC模块上电后,将接收到的车端高压进行升压转换处理后作为环形直流电网的电压;逆变器上电后,将接收到的车端高压转换成交流电后输出;低压DCDC模块上电后,将接收到的车端高压转成低压后为低压直流负载供电,并为低压蓄电池充电。
3.如权利要求2所述可用于车辆微电网的电气拓扑结构,其特征在于,对于多台并网策略控制,主要采用恒压的控制模式,输出功率随负载需求功率变化而变化,保证直流母线电压恒定。
4.如权利要求2所述可用于车辆微电网的电气拓扑结构,其特征在于,在任意一个TVGM内配置有光伏电源接口,将外部光伏电源通过双向DCDC转换后,与环形直流电网进行并网。
5.如权利要求4所述可用于车辆微电网的电气拓扑结构,其特征在于,光伏电源输入的高压直流经由光伏电源接口进入TVGM,经另一双向DCDC模块进行升压转换处理后并入环形直流电网内。
6.如权利要求2所述可用于车辆微电网的电气拓扑结构,其特征在于,TVGM还包括显示屏;该显示屏通过CAN通讯方式与柜内控制器连接。
7.如权利要求2所述可用于车辆微电网的电气拓扑结构,其特征在于,TVGM包括一路车端的高压输入端口、一路并网输入端口和一路并网输出端口,在负载侧设置有两路交流电输出端口和一路低压直流输出端口。
8.如权利要求7所述可用于车辆微电网的电气拓扑结构,其特征在于,高压输入端口、并网输入端口和并网输出端口采用GB/T 20234.3-2015的高压直流充电标准接口。
9.如权利要求1所述可用于车辆微电网的电气拓扑结构,其特征在于,平台控制器通过CAN通讯方式与柜内控制器连接。
10.如权利要求9所述可用于车辆微电网的电气拓扑结构,其特征在于,开关模块根据柜内控制器传输至的上电逻辑,传输至平台控制器,由平台控制器实现各TVGM的并机上电控制。
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