本發(fā)明涉及一種充電樁，尤其是涉及一種微網(wǎng)型太陽能充電樁及充電方法。

背景技術(shù)：

新能源電動汽車是未來汽車行業(yè)走向的必然趨勢，解決電動汽車充電問題能夠促進新能源汽車快速推廣。像燃油汽車離不開加油站一樣，電動汽車也離不開充電樁，利用太陽能作為充電樁的能源來源也是未來充電樁設(shè)計的落實方向，設(shè)計一種微網(wǎng)型太陽能充電樁就顯的比較迫切了。但是，受到太陽能發(fā)電效率不穩(wěn)定的影響，在充電過程中會遇到太陽能供電不足或太陽能供電過剩的問題，如何在保障輸出電壓穩(wěn)定的情況下，合理地實現(xiàn)電網(wǎng)與光伏能量間的調(diào)度，已成為太陽能充電樁優(yōu)先考慮的問題。

專利102355023B提供了一種光儲式電動汽車充換電站，該充換電站通過對太陽能發(fā)電能量和蓄電池存儲能量的檢測，實現(xiàn)太陽能、蓄電池及電網(wǎng)之間的能量的切換從而達到對負載的充電管理及控制。然而該種結(jié)構(gòu)因蓄電池一直處于充電及放電狀態(tài)，造成系統(tǒng)裝置的壽命短且成本高的問題。同時，通過檢測太陽能電池板及蓄電池能量狀態(tài)來判斷輸入與輸出之間的能量關(guān)系，方法相對復雜且可行性不高。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種控制方法簡單且無蓄電池式微網(wǎng)型太陽能充電樁。

本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)：

一種微網(wǎng)型太陽能充電樁，包括太陽能電池板、MPPT電路、主控制單元、接口逆變電路、電網(wǎng)充電電路、并網(wǎng)逆變電路和微電網(wǎng)，所述的太陽能電池板通過MPPT電路向直流母線供電，所述的直流母線通過接口逆變電路連接至充電插口，直流母線還通過并網(wǎng)逆變電流連接至微電網(wǎng)，微電網(wǎng)還通過電網(wǎng)充電電路連接至直流母線，所述的主控制單元分別與MPPT電路、接口逆變電路、電網(wǎng)充電電路和并網(wǎng)逆變電路信號連接，當充電樁電路接通后，MPPT電路將太陽能電池板采集到的能量流不間斷地傳送到直流母線上，供電池充電和并網(wǎng)使用。

所述的充電樁還包括LCD顯示屏及設(shè)置單元，所述的LCD顯示屏及設(shè)置單元通過485總線與主控制單元連接，主控制單元將充電樁的工作狀態(tài)實時傳送給LCD顯示屏及設(shè)置單元，進行充電樁工作信息的動態(tài)顯示，所述的LCD顯示屏及設(shè)置單元設(shè)置充電樁的充電時間。

所述的太陽能電池板與MPPT電路為一一對應(yīng)的多組結(jié)構(gòu)。

一種使用所述的微網(wǎng)型太陽能充電樁進行充電的方法，所述的接口逆變電路接受直流母線上的能量流，進行逆變處理得到交流電，再輸出至充電插頭，供電動汽車的充電使用。

所述的MPPT電路、接口逆變電路、電網(wǎng)充電電路和并網(wǎng)逆變電路分別通過485總線與主控制單元通信，MPPT電路將太陽能電池板的電壓及電流參數(shù)傳送給主控制單元，接口逆變電路對充電插口上的負載的剩余電量進行跟蹤檢測，把檢測信息回傳給主控制單元。

所述的主控制單元通過多級直流母線控制策略實現(xiàn)太陽能與電網(wǎng)之間的能量切換與管理，具體包括：檢測直流母線電壓Udc并與設(shè)定的控制參考電壓UH、UM及UL作比較，其中UH、UM和UL依次減小，

當Udc≥UH時，太陽能電池板轉(zhuǎn)化的能量大于充電需求，并網(wǎng)逆電器閉合，直流母線將盈余的能量流注入電網(wǎng)；

當UM＜Udc＜UH時，太陽能電池板的能量處于滿足充電需求的范圍內(nèi)，不需要微電網(wǎng)補充供電，電網(wǎng)充電電路斷開；

當UL＜Udc≤UM時，太陽能電池板的能量全部用于充電，并網(wǎng)逆變電路斷開，停止并網(wǎng)轉(zhuǎn)換；

當Udc≤UL時，輸入直流母線的能量小于輸出充電能量，電網(wǎng)充電電路閉合，不足能量由電網(wǎng)充電電路提供補充。

所述的MPPT電路包括P調(diào)節(jié)器、PI調(diào)節(jié)器和DC-DC變換器，利用光伏電流控制策略實現(xiàn)太陽能電池板的能量獲取，具體包括：

1)對直流母線電壓Udc采樣，將偏差值△Udc作為P調(diào)節(jié)器的輸入信號，△Udc＝Udc_T-Udc，Udc_T為設(shè)定的直流母線電壓上限；

2)偏差值△Udc經(jīng)過P調(diào)節(jié)器輸出信號△Ipv＝K*△Udc，其中，當△Udc>0時，K＝0；當△Udc<0時，K為大于0的常數(shù)；

3)對太陽能電池板的電壓Upv和電流Ipv采樣，通過MPPT算法獲取當前太陽能電池板的最大功率電流Ipv_mpp；

4)令PI調(diào)節(jié)器的輸入值Ipv_ref＝Ipv_mpp+△Ipv-Ip，輸出值為DC-DC變換器的占空比D，用于調(diào)節(jié)DC-DC變換器，DC-DC變換器輸出端接至直流母線，達到控制太陽能電池板輸出電流Ipv的目的。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點：

(1)充電樁電路接通后，MPPT電路將太陽能電池板采集到的能量流不間斷地傳送到直流母線上，供負載和并網(wǎng)使用，在保障電動汽車正常充電的前提下，最大限度的利用太陽能發(fā)電，提高了太陽能的利用率。

(2)LCD顯示屏及設(shè)置單元可進行充電樁工作信息的動態(tài)顯示、設(shè)置充電樁的充電時間。

(3)太陽能發(fā)電效率高，因采用光伏電流控制策略可以實現(xiàn)多組太陽能電池板并聯(lián)方式輸入至直流母線處，提高了每組太陽能電池板的發(fā)電效率。

(4)MPPT電路將太陽能電池板的電壓及電流參數(shù)傳送給主控制單元，接口逆變電路對充電插口上的負載的剩余電量進行跟蹤檢測，把檢測信息回傳給主控制單元，利于實現(xiàn)微電網(wǎng)與太陽能智能調(diào)度及切換。

(5)能源管理結(jié)構(gòu)簡單，因多級直流母線控制策略僅需通過判斷直流母線的電壓等級就可以判斷出當前太陽能、電網(wǎng)及負載間的供能平衡關(guān)系，更加適合實際操作使用。

(6)MPPT電路通過控制太陽能電池板輸出電流Ipv，實現(xiàn)直流母線電壓的跟蹤調(diào)節(jié)。

(7)系統(tǒng)采用無蓄電池結(jié)構(gòu)，極大的減小了裝置的成本，提高了系統(tǒng)的使用壽命。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)框圖；

圖2為本發(fā)明微網(wǎng)型太陽能充電樁主控制流程圖；

圖3為本發(fā)明提供的一種光伏電流型控制策略流程圖；

圖4為采用多組太陽能電池板及MPPT電路結(jié)構(gòu)圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明進行詳細說明。本實施例以本發(fā)明技術(shù)方案為前提進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護范圍不限于下述的實施例。

實施例

如圖1所示，一種微網(wǎng)型太陽能充電樁，包括太陽能電池板101、MPPT電路102、主控制單元103、接口逆變電路105、電網(wǎng)充電電路107、并網(wǎng)逆變電路108和微電網(wǎng)109，太陽能電池板101通過MPPT電路102向直流母線110供電，直流母線110通過接口逆變電路105連接至充電插口106，直流母線110還通過并網(wǎng)逆變電流108連接至微電網(wǎng)109，微電網(wǎng)109還通過電網(wǎng)充電電路107連接至直流母線110，主控制單元103分別與MPPT電路102、接口逆變電路105、電網(wǎng)充電電路107和并網(wǎng)逆變電路108信號連接，當充電樁電路接通后，MPPT電路102將太陽能電池板101采集到的能量流不間斷地傳送到直流母線110上，供電池充電和并網(wǎng)使用。

充電樁還包括LCD顯示屏及設(shè)置單元104，LCD顯示屏及設(shè)置單元104通過485總線與主控制單元103連接，主控制單元103將充電樁的工作狀態(tài)實時傳送給LCD顯示屏及設(shè)置單元104，進行充電樁工作信息的動態(tài)顯示，LCD顯示屏及設(shè)置單元104設(shè)置充電樁的充電時間。

太陽能電池板101與MPPT電路102為一一對應(yīng)的多組結(jié)構(gòu)。

一種使用微網(wǎng)型太陽能充電樁進行充電的方法，接口逆變電路105接受直流母線110上的能量流，進行逆變處理得到交流電，再輸出至充電插頭106，供電動汽車的充電使用。

MPPT電路102、接口逆變電路105、電網(wǎng)充電電路107和并網(wǎng)逆變電路108分別通過485總線與主控制單元103通信，MPPT電路102將太陽能電池板101的電壓及電流參數(shù)傳送給主控制單元103，接口逆變電路106對充電插口106上的負載的剩余電量進行跟蹤檢測，把檢測信息回傳給主控制單元103。

圖1中，細箭頭表示信號流，空心箭頭表示能量流。

主控制單元103通過多級直流母線控制策略實現(xiàn)太陽能與電網(wǎng)之間的能量切換與管理，具體包括：檢測直流母線110電壓Udc并與設(shè)定的控制參考電壓UH、UM及UL作比較，其中UH、UM和UL依次減小，

當Udc≥UH時，輸入直流母線110的能量大于輸出充電能量，并網(wǎng)逆變電路108閉合，并網(wǎng)逆變電路108將直流母線110多余的能量注入微電網(wǎng)109；

當UM＜Udc＜UH時，輸入直流母線110的能量與輸出充電能量相互平衡，并網(wǎng)逆變電路108繼續(xù)處于閉合狀態(tài)，電網(wǎng)充電電路107斷開；

當UL＜Udc≤UM時太陽能電池板的能量全部用于充電，并網(wǎng)逆變電路108斷開，停止并網(wǎng)轉(zhuǎn)換；

當Udc≤UL時，輸入直流母線的110能量小于輸出充電能量，并網(wǎng)逆變電路108斷開，電網(wǎng)充電電路107閉合，不足能量由電網(wǎng)充電電路提供補充。

如圖2所示，控制流程包括：

S1，充電樁電路接通之后，通過使用LCD顯示屏及設(shè)置單元104設(shè)置充電時間，并通過接口逆變電路106檢測到的輸出電流信息；

S2，主控制單元103判斷充電樁是否正在充電。若檢測到的輸出電流為零，則斷定系統(tǒng)沒有在充電，并網(wǎng)逆電器108閉合，太陽能電池板101轉(zhuǎn)化的能量用于光伏并網(wǎng)使用；若檢測到的輸出電流不為零，則判斷直流母線110實時電壓Udc與UH關(guān)系：當Udc大于UH時，此時太陽能電池板101轉(zhuǎn)化的能量大于充電需求，并網(wǎng)逆電器108閉合，直流母線110將盈余的能量流注入并網(wǎng)逆變電路108，用于光伏并網(wǎng)使用；當Udc小于UH時，則判斷Udc與UM關(guān)系，若Udc大于UM，此時太陽能電池板101的能量處于滿足充電需求的范圍內(nèi)，不需要微電網(wǎng)109補充供電，電網(wǎng)充電電路107斷開；若Udc小于UM，此時太陽能電池板101的能量全部用于充電，并網(wǎng)逆變電路108斷開，停止并網(wǎng)轉(zhuǎn)換。然后判斷Udc與UL關(guān)系，若Udc大于UL，此時太陽能電池板101的能量經(jīng)過接口逆變電路106處理后供應(yīng)給充電插頭106；若Udc小于UL，此時，太陽能電池板101能供電不足，不能夠滿足供電的需求，電網(wǎng)充電電路107閉合，微電網(wǎng)109補充供電，保證直流母線上電壓穩(wěn)定，使接口逆變電路105能夠進行正常的逆變處理，使負載能夠正常充電。

圖3為MPPT電路102采用的一種光伏電流控制策略流程圖，MPPT電路102包括P調(diào)節(jié)器、PI調(diào)節(jié)器和DC-DC變換器，利用光伏電流控制策略實現(xiàn)太陽能電池板101的能量獲取，具體包括：

1)對直流母線110電壓Udc采樣，將偏差值△Udc作為P調(diào)節(jié)器的輸入信號，△Udc＝Udc_T-Udc，Udc_T為設(shè)定的直流母線110電壓上限；

2)偏差值△Udc經(jīng)過P調(diào)節(jié)器輸出信號△Ipv＝K*△Udc，其中，當△Udc>0時，K＝0；當△Udc<0時，K為大于0的常數(shù)；

3)對太陽能電池板101的電壓Upv和電流Ipv采樣，通過MPPT算法獲取當前太陽能電池板101的最大功率電流Ipv_mpp；

4)令PI調(diào)節(jié)器的輸入值Ipv_ref＝Ipv_mpp+△Ipv-Ip，輸出值為DC-DC變換器的占空比D，用于調(diào)節(jié)DC-DC變換器，D＝P1*Ipv_ref+P2*∑Ipv_ref，其中P1為PI調(diào)節(jié)器的比例系數(shù)，P2為積分系數(shù)，DC-DC變換器輸出端接至直流母線110，達到控制太陽能電池板輸出電流Ipv的目的。DC-DC變換電路優(yōu)先選擇Boost電路結(jié)構(gòu)。

圖4為一種采用多組太陽能電池板及MPPT電路結(jié)構(gòu)圖，包括多組太陽能電池板及MPPT電路，且每組太陽能電池板均有一路MPPT電路，如太陽能電池板201、202、203分別對應(yīng)MPPT電路301、302、303，所有的MPPT電路輸出端均接到直流母線處，該結(jié)構(gòu)與單組太陽能電池板相比，具有較高的可靠性。