CN221541269U - 一种光伏储能充电系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种光伏储能充电系统，涉及充电系统技术领域，电源模块，包括串联连接的多个电池模组；直流输出模块，包括双向DC/DC变换器和直流充电口，所述双向DC/DC变换器与所述电源模块连接，所述直流充电口与所述双向DC/DC变换器连接。本实用新型的有益效果为通过直流充电口和交流充电口实现交直流充电功能，不仅可以实现电动汽车日常使用的交流充电，还可以在电动车缺电时的应急直流快速充电，通过光伏输入接口接入光伏组件，可用于电源模块光伏储能，而且还设置有单向AC插座，以实现光伏接入和带交流离网负载功能，用户能够通过光伏储能并网发电为电动车充电，还可离网自用供电。

Description

一种光伏储能充电系统

技术领域

本实用新型涉及充电系统技术领域，特别是一种光伏储能充电系统。

背景技术

目前随着新能源汽车大量普及，高速服务区及小区充电桩数量不足，充电慢，户用应急电源缺乏等问题突出，用于电动车的充电装置需求开始增加，而充电系统可应用于充电桩、充电机器人等充电装置，通过充电系统实现电动车充电，传统充电系统仅具备电汽车的充电功能，而无法实现光伏接入、带交流离网负载、带有交直流充电功能。

鉴于上述问题，提出一种光伏储能充电系统来解决上述问题。

实用新型内容

在本部分以及本申请的说明书摘要和实用新型名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和实用新型名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本实用新型的范围。

鉴于上述现有技术问题，提出了本实用新型。

本实用新型目的是提供一种光伏储能充电系统，其目的在于解决传统充电系统只能实现对充电汽车的充电，而无法实现光伏接入、带交流离网负载、带有交直流充电功能。

为解决上述技术问题，本实用新型提供如下技术方案：一种光伏储能充电系统，其包括，电源模块，包括串联连接的多个电池模组；

直流输出模块，包括双向DC/DC变换器和直流充电口，所述双向DC/DC变换器与所述电源模块连接，所述直流充电口与所述双向DC/DC变换器连接；

光伏输入模块，包括MPPT变换器和光伏输入接口，所述MPPT变换器并联连接在所述双向DC/DC变换器与所述直流充电口之间，所述光伏输入接口与所述MPPT变换器连接；

交流输出模块，包括单相整流逆变器、单向AC插座、交流电控制器和交流充电口，所述单相整流逆变器并联连接在所述双向DC/DC变换器与所述直流充电口之间，所述单向AC插座与所述单相整流逆变器连接，所述交流电控制器并联连接在所述单相整流逆变器与所述单向AC插座之间，所述交流充电口与所述交流电控制器连接。

作为本实用新型光伏储能充电系统的一种优选方案，其中：所述电源模块串联连接有MSD维护开关，且所述MSD维护开关位于相邻两个电池模组之间。

作为本实用新型光伏储能充电系统的一种优选方案，其中：所述电源模块串联的电池模组数量至少为3组。

作为本实用新型光伏储能充电系统的一种优选方案，其中：所述电源模块的正极与所述双向DC/DC变换器之间依次串联有第一保险丝和第一继电器，所述电源模块的负极与所述双向DC/DC变换器之间串联有第二继电器。

作为本实用新型光伏储能充电系统的一种优选方案，其中：所述双向DC/DC变换器的正极与所述直流充电口之间依次串联有第二保险丝、第三继电器和电阻器。

作为本实用新型光伏储能充电系统的一种优选方案，其中：所述MPPT变换器设置有光伏输入端和光伏直流输出端，所述单相整流逆变器设置有直流输入端和交流输出端。

作为本实用新型光伏储能充电系统的一种优选方案，其中：所述MPPT变换器的光伏直流输出端和所述单相整流逆变器的直流输入端并联连接在所述双向DC/DC变换器与所述直流充电口之间，所述MPPT变换器的光伏输入端与所述光伏输入接口连接，所述单相整流逆变器的交流输出端与所述单向AC插座连接。

作为本实用新型光伏储能充电系统的一种优选方案，其中：所述MPPT变换器光伏直流输出端的正极和所述单相整流逆变器直流输入端的正极连接在所述第二保险丝与所述第三继电器之间。

作为本实用新型光伏储能充电系统的一种优选方案，其中：所述MPPT变换器光伏直流输出端的正极串联连接有第四继电器。

作为本实用新型光伏储能充电系统的一种优选方案，其中：所述单相整流逆变器直流输入端的正极串联连接有第五继电器。

本实用新型的光伏储能充电系统的有益效果为：通过直流充电口和交流充电口实现交直流充电功能，不仅可以实现电动汽车日常使用的交流充电，还可以在电动车缺电时的应急直流快速充电，通过光伏输入接口接入光伏组件，可用于电源模块光伏储能，而且还设置有单向AC插座，以实现光伏接入和带交流离网负载功能，用户能够通过光伏储能并网发电为电动车充电，还可离网自用供电，使得充电系统在不给电动车充电时能够长期连续性工作，给用户极大的经济收益的同时也实现了电动车充电的便捷性。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，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实用新型的一些实施例，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。其中：

图1为本实用新型的原理框图。

图2为本实用新型中的双向DC/DC变换器内部的主电路拓扑图。

图3为本实用新型中的单相整流逆变器内部的主电路拓扑图。

图4为本实用新型中的MPPT变换器内部的主电路拓扑图。

具体实施方式

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合说明书附图对本实用新型的具体实施方式作详细的说明。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本实用新型，但是本实用新型还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本实用新型内涵的情况下做类似推广，因此本实用新型不受下面公开的具体实施例的限制。

其次，此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本实用新型至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性地与其他实施例互相排斥的实施例。

实施例1

参照图1，为本实用新型第一个实施例，该实施例提供了一种光伏储能充电系统，包括，电源模块100，包括串联连接的多个电池模组101；

直流输出模块200，包括双向DC/DC变换器201和直流充电口202，双向DC/DC变换器201与电源模块100连接，直流充电口202与双向DC/DC变换器201连接；

光伏输入模块300，包括MPPT变换器301和光伏输入接口302，MPPT变换器301并联连接在双向DC/DC变换器201与直流充电口202之间，光伏输入接口302与MPPT变换器301连接；

交流输出模块400，包括单相整流逆变器401、单向AC插座402、交流电控制器403和交流充电口404，单相整流逆变器401并联连接在双向DC/DC变换器201与直流充电口202之间，单向AC插座402与单相整流逆变器401连接，交流电控制器403并联连接在单相整流逆变器401与单向AC插座402之间，交流充电口404与交流电控制器403连接；

需要说明的是，交流电控制器403用于控制交流电的通断及检测电压电流情况为现有技术，光伏输入接口302用于接入光伏组件，MPPT变换器301的MPPT表示光伏最大功率点跟踪，单向AC插座402的AC表示交流电。

进一步的，电源模块100串联连接有MSD维护开关102，且MSD维护开关102位于相邻两个电池模组101之间，电源模块100串联的电池模组101数量至少为3组，具体实施时，电源模块100使用3组电池模组101串联而成，组成总电量为12kWH，最大可输出20kW功率，并在串联的电池模组101之间安装了MSD维护开关102，MSD表示手动维护开关，可以有效做到检修时对人体的安全保障。

进一步的，电源模块100的正极与双向DC/DC变换器201之间依次串联有第一保险丝203和第一继电器204，电源模块100的负极与双向DC/DC变换器201之间串联有第二继电器205；

需要说明的是，第一保险丝203用于在电源模块100充放电过程中过流保护，第一继电器204常开触点和第二继电器205常开触点用于控制电源模块100充放电，实现与双向DC/DC变换器201之间的电气隔离。

进一步的，双向DC/DC变换器201的正极与直流充电口202之间依次串联有第二保险丝206、第三继电器207和电阻器208；

需要说明的是，第二保险丝206用于在电源模块100充放电过程中过流保护，第三继电器207常开触点用于控制电动汽车直流充电回路与直流充电口202的连接，电阻器208用于检测电动汽车充电时的电流。

进一步的，MPPT变换器301设置有光伏输入端和光伏直流输出端，单相整流逆变器401设置有直流输入端和交流输出端。

其中，MPPT变换器301的光伏直流输出端和单相整流逆变器401的直流输入端并联连接在双向DC/DC变换器201与直流充电口202之间，MPPT变换器301的光伏输入端与光伏输入接口302连接，单相整流逆变器401的交流输出端与单向AC插座402连接；

MPPT变换器301光伏直流输出端的正极和单相整流逆变器401直流输入端的正极连接在第二保险丝206与第三继电器207之间。

进一步的，MPPT变换器301光伏直流输出端的正极串联连接有第四继电器303，单相整流逆变器401直流输入端的正极串联连接有第五继电器405；

需要说明的是，第四继电器303常开触点用于控制光伏最大功率点跟踪MPPT回路与直流线路的连接，第五继电器405常开触点用于控制单相整流逆变器401回路与直流线路的连接。

图2为双向DC/DC变换器201内部的主电路拓扑图，实现了电源模块100的升降压充放电功能，具体如下：

开关管Q11、Q12、Q13、Q14构成原边全桥，开关管Q21、Q22、Q23、Q24构成副边全桥，原副边全桥通过高频变压器T和电感Lp，其中，Lp包括变换器的漏感和外接辅助电感，高频变压器T的变比为n:1，两个端口的输出电容分别为C11和C21；

使用单移项相控制，开关管的占空比为50％，同一个全桥中对角位置的开关控制信号相同并且和另一对角的开关管控制信号相反，通过控制移相比实现功率双向传输，d和δ分别表示为Q11、Q14控制信号与Q21、Q24控制信号间的移相比和移相角，两者满足d＝δ/π，当移相比d在[0,1]时，功率从原边流向副边，功率正向传输，当d在[-1,0]时，功率从副边流向原边。

图3为单相整流逆变器401内部的主电路拓扑图，使用单相H桥拓扑可以实现单相交流电的整流给电源模块100充电，以及实现直流线路的逆变输出单相交流电给离网负载供电，具体如下：

图中左侧端口输入直流电，右侧端口输出交流电，C1为直流母线电容器，开关管Q1、Q2、Q3、Q4组成H桥整流电路，L1为滤波电感器，C2为滤波电容器构成LC滤波器；

单相H桥全控整流电路优势在于可以实现整流和逆变器的功能，整流模式：使用电压前馈控制，设置整流给定电压值与实际整流的电压值做差值并经过比例PI调节器生成电流参考信号，电流参考信号接收电网的锁相环信号合成后与电网实际的电流信号做差值比较后加经过PI调节器与前馈电压比较产生调制波，最后调制波与载波比较再产生脉冲宽度调制信号PWM用于控制开关管Q1、Q2、Q3和Q4，最终生产直流电压供后级电路使用，其中Q1和Q2互补导通，Q3和Q4互补导通，逆变模式：使用电压前馈控制策略，根据逆变模式是否需要并网而设定不同的参考对象值，离网模式下，需要设定逆变输出的交流电压值作为控制环路的参考值，参考值与实际输出的电压值做差值后经过PI调节器生成逆变输出的电流参考值并与输出的电流做差，经过PI调节器后与与前馈的输出电压值做差生产参考的调制波，最后与载波比较后产生PWM控制信号去控制Q1、Q2、Q3、Q4的开关，并网模式下需要控制逆变输出的电流值，设置给定的输出电流值与电网的锁相环信号生产参考信号与并网输出的实际电流值做差，经过PI调节器后与前馈电压值做差形成调制波，调制波与载波比较后生成PWM信号后控制开关管，需要说明的是，PWM表示脉冲宽度调制信号。

图4为MPPT变换器301内部的主电路拓扑图，可实现接入的光伏组件功率最大的跟踪控制，具体如下：

图中左侧端口接入光伏组件，右侧端口连接直流线路，D1为防反接二极管，D2为旁路二极管，当光伏组件输入电压高压MPPT设定的电压值后起到旁路作用，此时MPPT电路不工作，C1为直流侧输入电容器，起到滤除输入纹波作用，L1为储能电感器在电路中起到储能作用，Q1和Q2同步开关管，起到调节PV组件输入电压的作用，C2为输出滤波电容器；

使用同步升压Boost电路完成光伏板最大功率跟踪控制，其中开关管Q1和Q2为互补导通，减少传统Boost电路中二极管的导通损耗，通过实施检测光伏组件板输出的电压和电流使用扰动观察法产生参考电压与实时光伏组件输出电压的差值，并经过PWM生产控制算法生成PWM控制信号控制开关管Q1和Q2的导通和关断，最终实现光伏组件的最大功率的跟踪控制，需要说明的是，Boost表示升压斩波，PWM表示脉冲宽度调制信号。

移动式光伏储能充电系统可实现以下几种工况：

工况1：电网给电源模块充电

参照图1，使用电网交流电给电源模块100进行充电时，第五继电器405常开触点用于控制单相整流逆变器401与直流线路的连接，需要将第五继电器405、第一继电器204、第二继电器205同时闭合，并断开第三继电器207和第四继电器303。

工况2：光伏组件给电源模块充电

参照图1，使用光伏组件给电源模块100充电时，第四继电器303常开触点用于控制光伏输入最大功率跟踪电路MPPT回路接入直流线路，将第四继电器303、第一继电器204和第二继电器205同时闭合，并断开第五继电器405和第三继电器207。

工况3：电动汽车直流充电

参照图1，需要使用直流电给新能源汽车充电时，先将第三继电器207闭合，如果需要电源模块100和光伏组件同时给电动汽车充电时，需要同时闭合第一继电器204、第二继电器205和第四继电器303，如果仅需电源模块100供电则只需要闭合第一继电器204和第二继电器205。

工况4：离网负载供电

参照图1，给离网负载供电时，需要闭合第五继电器405，通过单相整流逆变器401实现逆变给交流负载供电，如果需要电源模块100和光伏组件同时供电时则需要闭合第一继电器204、第二继电器205和第四继电器303，如仅需电源模块100则仅需要闭合第一继电器204和第二继电器205。

工况5：

参照图1，需要实现并网运行时，仅闭合第五继电器405、第一继电器204、第二继电器205，断开第三继电器207可实现电源模块100逆变并网，仅闭合第四继电器303，断开第一继电器204、第二继电器205和第三继电器207可实现光伏逆变并网，若需要实现电源模块100和光伏组件同时并网，则需要同时闭合第一继电器204、第二继电器205和第四继电器303，断开第三继电器207。

工况6：

参照图1，在电源模块100缺电、光伏组件输出电量低的情况下，可使用交流电源给电动车充电，仅需要开启交流电控制器403实现电动车交流慢充。

重要的是，应注意，在多个不同示例性实施方案中示出的本申请的构造和布置仅是例示性的。尽管在此公开内容中仅详细描述了几个实施方案，但参阅此公开内容的人员应容易理解，在实质上不偏离该申请中所描述的主题的新颖教导和优点的前提下，许多改型是可能的(例如，各种元件的尺寸、尺度、结构、形状和比例，以及参数值(例如，温度、压力等)、安装布置、材料的使用、颜色、定向的变化等)。例如，示出为整体成形的元件可以由多个部分或元件构成，元件的位置可被倒置或以其他方式改变，并且分立元件的性质或数目或位置可被更改或改变。因此，所有这样的改型旨在被包含在本实用新型的范围内。可以根据替代的实施方案改变或重新排序任何过程或方法步骤的次序或顺序。在权利要求中，任何“装置加功能”的条款都旨在覆盖在本文中所描述的执行所述功能的结构，且不仅是结构等同而且还是等同结构。在不背离本实用新型的范围的前提下，可以在示例性实施方案的设计、运行状况和布置中做出其他替换、改型、改变和省略。因此，本实用新型不限制于特定的实施方案，而是扩展至仍落在所附的权利要求书的范围内的多种改型。

此外，为了提供示例性实施方案的简练描述，可以不描述实际实施方案的所有特征(即，与当前考虑的执行本实用新型的最佳模式不相关的那些特征，或与实现本实用新型不相关的那些特征)。

应理解的是，在任何实际实施方式的开发过程中，如在任何工程或设计项目中，可做出大量的具体实施方式决定。这样的开发努力可能是复杂的且耗时的，但对于那些得益于此公开内容的普通技术人员来说，不需要过多实验，所述开发努力将是一个设计、制造和生产的常规工作。

应说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种光伏储能充电系统，其特征在于：包括，

电源模块(100)，包括串联连接的多个电池模组(101)；

直流输出模块(200)，包括双向DC/DC变换器(201)和直流充电口(202)，所述双向DC/DC变换器(201)与所述电源模块(100)连接，所述直流充电口(202)与所述双向DC/DC变换器(201)连接；

光伏输入模块(300)，包括MPPT变换器(301)和光伏输入接口(302)，所述MPPT变换器(301)并联连接在所述双向DC/DC变换器(201)与所述直流充电口(202)之间，所述光伏输入接口(302)与所述MPPT变换器(301)连接；

交流输出模块(400)，包括单相整流逆变器(401)、单向AC插座(402)、交流电控制器(403)和交流充电口(404)，所述单相整流逆变器(401)并联连接在所述双向DC/DC变换器(201)与所述直流充电口(202)之间，所述单向AC插座(402)与所述单相整流逆变器(401)连接，所述交流电控制器(403)并联连接在所述单相整流逆变器(401)与所述单向AC插座(402)之间，所述交流充电口(404)与所述交流电控制器(403)连接。

2.如权利要求1所述的光伏储能充电系统，其特征在于：所述电源模块(100)串联连接有MSD维护开关(102)，且所述MSD维护开关(102)位于相邻两个电池模组(101)之间。

3.如权利要求2所述的光伏储能充电系统，其特征在于：所述电源模块(100)串联的电池模组(101)数量至少为3组。

4.如权利要求1或3所述的光伏储能充电系统，其特征在于：所述电源模块(100)的正极与所述双向DC/DC变换器(201)之间依次串联有第一保险丝(203)和第一继电器(204)，所述电源模块(100)的负极与所述双向DC/DC变换器(201)之间串联有第二继电器(205)。

5.如权利要求4所述的光伏储能充电系统，其特征在于：所述双向DC/DC变换器(201)的正极与所述直流充电口(202)之间依次串联有第二保险丝(206)、第三继电器(207)和电阻器(208)。

6.如权利要求5所述的光伏储能充电系统，其特征在于：所述MPPT变换器(301)设置有光伏输入端和光伏直流输出端，所述单相整流逆变器(401)设置有直流输入端和交流输出端。

7.如权利要求6所述的光伏储能充电系统，其特征在于：所述MPPT变换器(301)的光伏直流输出端和所述单相整流逆变器(401)的直流输入端并联连接在所述双向DC/DC变换器(201)与所述直流充电口(202)之间，所述MPPT变换器(301)的光伏输入端与所述光伏输入接口(302)连接，所述单相整流逆变器(401)的交流输出端与所述单向AC插座(402)连接。

8.如权利要求7所述的光伏储能充电系统，其特征在于：所述MPPT变换器(301)光伏直流输出端的正极和所述单相整流逆变器(401)直流输入端的正极连接在所述第二保险丝(206)与所述第三继电器(207)之间。

9.如权利要求8所述的光伏储能充电系统，其特征在于：所述MPPT变换器(301)光伏直流输出端的正极串联连接有第四继电器(303)。

10.如权利要求8或9所述的光伏储能充电系统，其特征在于：所述单相整流逆变器(401)直流输入端的正极串联连接有第五继电器(405)。