一種用于電動汽車的智能充電方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用于電動汽車的智能充電方法，通過該方法向充電終端下發(fā)針對電動汽車電池的充電特性曲線，然后給電動汽車電池充電，提高了電動汽車的充電效率以及電池的安全性和使用壽命，此外該系統(tǒng)還解決了目前電動汽車充電樁網(wǎng)側(cè)諧波含量比較大的問題，且能夠濾除負(fù)載電流中的基波無功電流、負(fù)序電流、零序電流和諧波電流，只留下基波正序有功分量，避免了零序泄露誤差的影響，極大提升了充電的效率和安全性。
【專利說明】-種用于電動汽車的智能充電方法 所屬技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明設(shè)一種用于電動汽車的智能充電方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著全球能源危機(jī)的不斷加深，石油資源的日趨枯竭W及大氣污染、全球氣溫上 升的危害加劇，節(jié)能和減排是未來汽車技術(shù)發(fā)展的主攻方向。日本豐田公司率先開發(fā)出混 合動力汽車Prius,掲開了電動汽車的時代序幕。電動汽車作為新一代的交通工具，在節(jié)能 減排、減少人類對傳統(tǒng)化石能源的依賴方面具備傳統(tǒng)汽車不可比擬的優(yōu)勢。2009年W來，中 國政府密集出臺了鼓勵電動汽車及相關(guān)行業(yè)發(fā)展的政策措施，企業(yè)對電動汽車的研發(fā)和產(chǎn) 業(yè)化投入顯著增強(qiáng)。
[0003] 當(dāng)電動汽車充電電池能源消耗到一定程度時，就需要使用能源供給裝置對該電池 進(jìn)行充電，W保證電動汽車重復(fù)使用，達(dá)到電代油"的目的，因此能源供給裝置對電動汽 車的推廣使用具有不可替代的作用。能源供給裝置主要有兩種形式，一種是直流充電粧，該 充電粧功率較大，IOOkW左右，充電時間短，體積比較大，因此一般安裝在固定的地點；另一 種是交流充電粧，直接利用交流電網(wǎng)，輸出交流電能，通過電動汽車自帶的車載充電粧將交 流電能轉(zhuǎn)換為直流電能為充電電池進(jìn)行充電。該種充電形式功率較小，一般為IOkW左右，充 電時間長，體積小，因此可W充分利用城市的各個角落為電動汽車進(jìn)行充電。
[0004] 電動汽車是W電池作為能量來源，通過控制器、電機(jī)等部件，將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能 運動，W控制電流大小改變速度的車輛。現(xiàn)有的電動汽車包括電動汽車和電動自行車。電 動汽車的充電一般需要用戶自行解決或者建設(shè)?？诘某潆娀挕，F(xiàn)有的公共充電粧數(shù)量不 足。同時由于各廠家的充電接口各不相同，使得建立統(tǒng)一的電動汽車充電站存在困難。
[0005] 由于充電粧采用的充電粧和所帶的負(fù)載是非線性設(shè)備，因此在運行時會給電網(wǎng)的 電能質(zhì)量帶來不好的影響，主要體現(xiàn)在電網(wǎng)功率因數(shù)下降和給電網(wǎng)帶來諧波污染等方面。 其中諧波污染對電網(wǎng)造成的危害主要有W下幾個方面:諧波電流造成的電壓和發(fā)熱情況會 導(dǎo)致功率因數(shù)補(bǔ)償電容器的使用壽命縮短；由于機(jī)械振動會受到基波頻率磁場和諧波電流 的影響，當(dāng)機(jī)械諧振頻率和電氣勵磁頻率相等時，會發(fā)生共振從而產(chǎn)生更大的機(jī)械應(yīng)力，破 壞設(shè)備;諧波會導(dǎo)致系統(tǒng)對電壓過零和電壓為零的點判斷失誤;諧波電流會造成變壓器鐵 損和銅損的增加;對電子設(shè)備和繼電保護(hù)產(chǎn)生干擾;諧波電流會導(dǎo)致設(shè)備誤動作，可能會中 斷生產(chǎn)和運行。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0006] 為解決上述問題，本發(fā)明提供一種用于電動汽車的智能充電方法，通過該方法向 充電終端下發(fā)針對電動汽車電池的充電特性曲線，充電終端在根據(jù)電池的充放電次數(shù)及溫 度等變量修正充電特性曲線，然后給電動汽車電池充電，提高了電動汽車的充電效率W及 電池的安全性和使用壽命，此外該系統(tǒng)還解決了目前電動汽車充電粧網(wǎng)側(cè)諧波含量比較大 的問題，且能夠濾除負(fù)載電流中的基波無功電流、負(fù)序電流、零序電流和諧波電流，只留下 基波正序有功分量，避免了零序泄露誤差的影響。
[0007] 為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種用于電動汽車的智能充電方法，該方法包括 如下步驟：
[0008] S1.各充電終端根據(jù)進(jìn)行充電的電動汽車類別向充電服務(wù)及控制模塊獲取充電曲 線信息，并根據(jù)充電曲線信息控制充電進(jìn)程；
[0009] S2.充電系統(tǒng)裝運行期間，實時檢測充電粧系統(tǒng)的系統(tǒng)無功和諧波電流大??；
[0010] S3.根據(jù)檢測到的系統(tǒng)無功和諧波電流大小，實時進(jìn)行無功動態(tài)補(bǔ)償和諧波濾除， 保障充電粧系統(tǒng)安全經(jīng)濟(jì)運行。
[0011] 優(yōu)選的，在步驟Sl中，包括如下子步驟：
[0012] S11.充電終端獲取到電動汽車類別后，將其發(fā)送到充電服務(wù)及控制模塊請求對應(yīng) 的充電曲線信息；
[0013] S12.充電服務(wù)及控制模塊根據(jù)電池類別查詢獲取充電曲線信息；
[0014] S13.充電服務(wù)及控制模塊根據(jù)請求下發(fā)充電曲線信息。
[001引優(yōu)選的，在Sl的充電進(jìn)程中，充電終端可W根據(jù)用戶設(shè)置W預(yù)定時間充電、預(yù)定電 量充電等不同充電方式進(jìn)行充電，從而方便電動汽車用戶使用。
[0016] 優(yōu)選的，在Sl的充電進(jìn)程中，充電終端還用于記錄充電電量，并將充電電量上報到 充電服務(wù)及控制模塊
[0017] 在S2中，諧波電流的檢測具體步驟為：
[001引 S21.將負(fù)載電流ia、ib、ic分解成基波iai、ibi、ici與諧波iak、ibk、ick之和；
[0019] S22.考慮到立相不平衡，將電流基波電流ial、ibl、icl分為正序、零序和負(fù)序分量， 貝IJ諧波電流iak、ibk、ic地可W分解為正序、零序和負(fù)序分量；
[0020] S23.=相瞬時功璋
I上述步驟得到的分解結(jié)果代入該式，可得：
[0021]
[0022] 中11+、ii-足分別刃巷做比巧卿巧巧分重，ik+、ik-分別刃K伏諧波正序和負(fù)序分量， 01-是基波負(fù)序的初始相位，0k+、0k-分別是k次諧波正序和負(fù)序的初始相位。上式諧波頻率最 低可達(dá)IOOHz，經(jīng)過低通濾波器(LFP)，則S相瞬時功率中的諧波分量就能完全濾去，只剩下
穩(wěn)態(tài)^ 從而可W得到濾除了負(fù)載電流中的基波無功電流、負(fù)序電流、零 ， 序電流和諧波電流，只留下基波正序有功分量，避免了零序泄露誤差的影響。
[0023] 優(yōu)選的，若考慮到S相不平衡的情況，則可W將負(fù)載側(cè)基波電流分解為正序、負(fù)序 和零序分量131、山、1。1，則諧波電流也可^分解為正序、負(fù)序和零序分量131<、山1<、1。1<，其中
[0024]
[0025]
[0026] 分解的分量分別代入該
式，可得：
[0027]
[002引
[0029] 其中Ii+、Ii-、Iio是分別為基波正序和負(fù)序分量，Ik+、Ik-、Ik〇分別為k次諧波正序和 負(fù)序分量，9i-是基波負(fù)序的初始相位，0k+、0k-分別是k次諧波正序和負(fù)序的初始相位，巧是 功率因數(shù)角。
[0030] 優(yōu)選的，在步驟S3中，具體采用如下無功動態(tài)補(bǔ)償方法實現(xiàn)無功動態(tài)補(bǔ)償和諧波 濾除：
[0031] S31.通過諧波檢測模塊檢測到系統(tǒng)無功和諧波電流大小，作為指令信號，與PWM變 流器的輸出電流進(jìn)行比較，誤差大小與滯環(huán)比較器的環(huán)寬相比較得到一組PWM波；
[0032] S32.PWM波發(fā)送給功率器件的控制端控制功率器件的開關(guān)，跟隨無功和諧波電流；
[0033] S33.PWM變流器將與無功和諧波電流大小相等，方向相反的電流注入到配電網(wǎng)側(cè)， 與配電網(wǎng)側(cè)中包含的無功和諧波電流相互抵消，從而達(dá)到消除配電網(wǎng)側(cè)無功和諧波電流的 目的。
[0034] 本發(fā)明具有如下優(yōu)點：（1)通過該系統(tǒng)向充電終端下發(fā)針對電動汽車電池的充電 特性曲線，充電終端在根據(jù)電池的充放電次數(shù)及溫度等變量修正充電特性曲線，然后給電 動汽車電池充電，提高了電動汽車的充電效率W及電池的安全性和使用壽命；（2)通過該系 統(tǒng)，解決了目前電動汽車充電粧網(wǎng)側(cè)諧波含量比較大的問題，且能夠濾除負(fù)載電流中的基 波無功電流、負(fù)序電流、零序電流和諧波電流，只留下基波正序有功分量，避免了零序泄露 誤差的影響。
【附圖說明】
[0035] 圖1示出了本發(fā)明的一種智能充電粧系統(tǒng)的框圖；
[0036] 圖2示出了一種用于電動汽車的智能充電方法的流程圖。
【具體實施方式】
[0037] 圖1示出了一種智能充電粧系統(tǒng)10的框圖，該系統(tǒng)10包括：
[0038] 諧波檢測模塊11，用于實時檢測充電粧系統(tǒng)10的無功和諧波電流大??；
[0039] 多個充電終端12,用于對多個電動汽車的電池組30進(jìn)行充電；
[0040] 有源電力濾波器13,用于實時對充電粧系統(tǒng)進(jìn)行諧波濾除，提高充電粧系統(tǒng)運行 的功率因素；
[0041] 充電服務(wù)及控制模塊14,用于控制充電粧系統(tǒng)10的運行，包括控制上述每個充電 終端12對電池組的充電功率，控制有源電力濾波器13對充電粧系統(tǒng)10的進(jìn)行諧波濾除；
[0042] 其中，各充電終端12定時向充電服務(wù)及控制模塊上報狀態(tài)信息，所述充電服務(wù)及 控制模塊14還可用于用于存儲所有充電終端13的位置W及所述狀態(tài)信息。
[0043] 優(yōu)選的，所述充電服務(wù)及控制模塊14還存儲有不同類別的電池的充電曲線信息， 所述充電終端12用于從所述充電服務(wù)及控制模塊14獲取進(jìn)行充電的電動汽車的電池類別 對應(yīng)的所述充電曲線信息，并根據(jù)所述充電曲線信息控制充電進(jìn)程。
[0044] 優(yōu)選的，所述充電終端12還用于記錄充電電量并上報到充電服務(wù)及控制模塊14。
[0045] 優(yōu)選地，所述充電終端12包括：
[0046] 通信裝置，用于與充電服務(wù)及控制模塊W及所述應(yīng)用終端進(jìn)行通信；
[0047] 程控電源，用于根據(jù)控制進(jìn)行充電；
[0048] 充電接口，與所述程控電源連接，用于連接電動汽車；
[0049] 電量計量裝置，用于計量充電電量。
[0050] 所述有源電力濾波器13包括：電感一LU電感二L2、非線性負(fù)載W、PWM變流器S、電 容C，配電網(wǎng)分別與電感一Ll、電感二L2,電感一Ll的另一端連接到非線性負(fù)載W，電感二L2 的另一端連接PWM變流器S，PWM變流器S并聯(lián)有電容C，配電網(wǎng)的接入端和電容C通過電壓采 樣A/D模塊1分別連接到指令電流運算器輸入端和PWM發(fā)生器輸入端，電容C的兩端通過電壓 采樣A/D模塊和PI調(diào)節(jié)器連接到指令電流運算器輸入端，電感一Ll的輸入端連接電流采樣 A/D模塊連接到指令電流運算器輸入端，PWM變流器S的輸入端通過電流采樣A/D模塊連接到 指令電流運算器輸出端，指令電流運算器輸出端連接到PWM發(fā)生器輸入端。
[0051] 所述諧波檢測模塊11采用如下方式檢測充電粧系統(tǒng)10中的諧波分量：
[00對將負(fù)載電流ia、ib、ic分解成基波iai、ibi、ici與諧波iak、ibk、ick之和；
[0053]考慮到；相不平衡，將電流基波電流ial、ibl、icl分為正序、零序和負(fù)序分量，則諧 波電流131<、山1<、1。1<也可^分解為正序、零序和負(fù)序分量；
[0化4]=相瞬時功
將上述步驟得到的分解結(jié)果代入該式，可得：
[0化5]
[0056] 其中是分別為基波正序和負(fù)序分量，Ik+、Ik-分別為k次諧波正序和負(fù)序分 量，9i-是基波負(fù)序的初始相位，9k+、0k-分別是k次諧波正序和負(fù)序的初始相位。上式諧波頻 率最低可達(dá)lOOHz，經(jīng)過低通濾波器(LFP)，則S相瞬時功率中的諧波分量就能完全濾去，只 剩下穩(wěn)態(tài){]
從而可W得到濾除了負(fù)載電流中的基波無功電流、負(fù)序電流、 零序電流和諧波電流，只留下基波正序有功分量，避免了零序泄露誤差的影響。
[0057] 所述有源電力濾波器13采用如下方式消除諧波：
[005引通過諧波檢測模塊11檢測到系統(tǒng)無功和諧波電流大小，作為指令信號，與PWM變流 器的輸出電流進(jìn)行比較，誤差大小與滯環(huán)比較器的環(huán)寬相比較得到一組PWM波；
[0059] PWM波發(fā)送給功率器件的控制端控制功率器件的開關(guān)，跟隨無功和諧波電流；
[0060] PWM變流器將與無功和諧波電流大小相等，方向相反的電流注入到配電網(wǎng)側(cè)，與配 電網(wǎng)側(cè)中包含的無功和諧波電流相互抵消，從而達(dá)到消除配電網(wǎng)側(cè)無功和諧波電流的目 的。
[0061] 圖2示出了一種用于電動汽車的智能充電方法的流程圖。該方法包括如下步驟：
[0062] S1.各充電終端根據(jù)進(jìn)行充電的電動汽車類別向充電服務(wù)及控制模塊獲取充電曲 線信息，并根據(jù)充電曲線信息控制充電進(jìn)程；
[0063] S2.充電系統(tǒng)裝運行期間，實時檢測充電粧系統(tǒng)的系統(tǒng)無功和諧波電流大?。?br>[0064] S3.根據(jù)檢測到的系統(tǒng)無功和諧波電流大小，實時進(jìn)行無功動態(tài)補(bǔ)償和諧波濾 除，保障充電粧系統(tǒng)安全經(jīng)濟(jì)運行。
[0065] 優(yōu)選的，在步驟Sl中，包括如下子步驟：
[0066] Sl 1.充電終端獲取到電動汽車類別后，將其發(fā)送到充電服務(wù)及控制模塊請求對應(yīng) 的充電曲線信息；
[0067] S12.充電服務(wù)及控制模塊根據(jù)電池類別查詢獲取充電曲線信息；
[0068] S13.充電服務(wù)及控制模塊根據(jù)請求下發(fā)充電曲線信息。
[0069] 優(yōu)選的，在Sl的充電進(jìn)程中，充電終端可W根據(jù)用戶設(shè)置W預(yù)定時間充電、預(yù)定電 量充電等不同充電方式進(jìn)行充電，從而方便電動汽車用戶使用。
[0070] 優(yōu)選的，在Sl的充電進(jìn)程中，充電終端還用于記錄充電電量，并將充電電量上報到 充電服務(wù)及控制模塊
[0071 ]在S2中，諧波電流的檢測具體步驟為：
[0072] S21.將負(fù)載電流ia、ib、ic分解成基波iai、ibi、ici與諧波iak、ibk、ick之和；
[0073] S22.考慮到立相不平衡，將電流基波電流iai、ibi、ici分為正序、零序和負(fù)序分量， 貝IJ諧波電流iak、ibk、ic地可W分解為正序、零序和負(fù)序分量；
[0074] S23.=相瞬時功率
I上述步驟得到的分解結(jié)果代入該式，可得：
[0075]
[0076] 中Ii+、Ii-是分別為基波正序和負(fù)序分量，Ik+、Ik-分別為k次諧波正序和負(fù)序分量， 9i-是基波負(fù)序的初始相位，9k+、0k-分別是k次諧波正序和負(fù)序的初始相位。上式諧波頻率 最低可達(dá)IOOHz，經(jīng)過低通濾波器(LFP)，則S相瞬時功率中的諧波分量就能完全濾去，只剩 下穩(wěn)態(tài)值
火而可W得到濾除了負(fù)載電流中的基波無功電流、負(fù)序電流、 零序電流和諧波電流，只留下基波正序有功分量，避免了零序泄露誤差的影響。
[0077] 優(yōu)選的，若考慮到S相不平衡的情況，則可W將負(fù)載側(cè)基波電流分解為正序、負(fù)序 和零序分量131、山、1。1，則諧波電流也可^分解為正序、負(fù)序和零序分量131<、山1<、1。1<，其中
[007引
[0079]
[0080] 解的分量分別代入該 式，可得；
[0081]
[0082]
[0083] 其中Ii+、Ii-、Iio是分別為基波正序和負(fù)序分量，Ik+、Ik-、Ik〇分別為k次諧波正序和 負(fù)序分量，01-是基波負(fù)序的初始相位，0k+、0k-分別是k次諧波正序和負(fù)序的初始相位，q>是 功率因數(shù)角。
[0084] 優(yōu)選的，在步驟S3中，具體采用如下無功動態(tài)補(bǔ)償方法實現(xiàn)無功動態(tài)補(bǔ)償和諧波 濾除：
[0085] S31.通過諧波檢測模塊檢測到系統(tǒng)無功和諧波電流大小，作為指令信號，與PWM變 流器的輸出電流進(jìn)行比較，誤差大小與滯環(huán)比較器的環(huán)寬相比較得到一組PWM波；
[0086] S32.PWM波發(fā)送給功率器件的控制端控制功率器件的開關(guān)，跟隨無功和諧波電流；
[0087] S33.PWM變流器將與無功和諧波電流大小相等，方向相反的電流注入到配電網(wǎng)側(cè)， 與配電網(wǎng)側(cè)中包含的無功和諧波電流相互抵消，從而達(dá)到消除配電網(wǎng)側(cè)無功和諧波電流的 目的。
[0088] W上內(nèi)容是結(jié)合具體的優(yōu)選實施方式對本發(fā)明所作的進(jìn)一步詳細(xì)說明，不能認(rèn)定 本發(fā)明的具體實施只局限于運些說明。對于本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在 不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，做出若干等同替代或明顯變型，而且性能或用途相同，都應(yīng)當(dāng) 視為屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項】
1. 一種用于電動汽車的智能充電方法，其特征在于，包括如下步驟：51. 各充電終端根據(jù)進(jìn)行充電的電動汽車類別向充電服務(wù)及控制模塊獲取充電曲線信 息，并根據(jù)充電曲線信息控制充電進(jìn)程；52. 充電系統(tǒng)裝運行期間，實時檢測充電粧系統(tǒng)的系統(tǒng)無功和諧波電流大小；53. 根據(jù)檢測到的系統(tǒng)無功和諧波電流大小，實時進(jìn)行無功動態(tài)補(bǔ)償和諧波濾除，保障 充電粧系統(tǒng)安全經(jīng)濟(jì)運行。2. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在步驟S1中，包括如下子步驟：511. 充電終端獲取到電動汽車類別后，將其發(fā)送到充電服務(wù)及控制模塊請求對應(yīng)的充 電曲線信息；512. 充電服務(wù)及控制模塊根據(jù)電池類別查詢獲取充電曲線信息；513. 充電服務(wù)及控制模塊根據(jù)請求下發(fā)充電曲線信息。3. 如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，在S1的充電進(jìn)程中，充電終端可W根據(jù)用戶 設(shè)置W預(yù)定時間充電、預(yù)定電量充電等不同充電方式進(jìn)行充電，從而方便電動汽車用戶使 用。4. 如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，在S1的充電進(jìn)程中，充電終端還用于記錄充 電電量，并將充電電量上報到充電服務(wù)及控制模塊。5. 如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，在S2中，諧波電流的檢測具體步驟為：521. 將負(fù)載電流ia、ib、ic分解成基波iai、ibi、ici與諧波iak、ibk、ick之和；522. 考慮到^相不平衡，將電流基波電流ial、ibl、icl分為正序、零序和負(fù)序分量，則諧 波電流131<、山1<、1。1<也可^分解為正序、零序和負(fù)序分量；523. Ξ相瞬時功率將上述步驟得到的分解結(jié)果代入該式，可得：中是分別為基波正序和負(fù)序分量，Ik+、Ik-分別為k次諧波正序和負(fù)序分量，θι-是 基波負(fù)序的初始相位，9k+、0k-分別是k次諧波正序和負(fù)序的初始相位。上式諧波頻率最低可 達(dá)lOOHz，經(jīng)過低通濾波器(LFP)，則Ξ相瞬時功率中的諧波分量就能完全濾去，只剩下穩(wěn)態(tài) 值從而可W得到濾除了負(fù)載電流中的基波無功電流、負(fù)序電流、零序電 流和諧波電流，只留下基波正序有功分量，避免了零序泄露誤差的影響。6. 如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，若考慮到Ξ相不平衡的情況，則可W將負(fù)載 偵蠟波電流分解為正序、負(fù)序和零序分量131、山、1。1，則諧波電流也可^分解為正序、負(fù)序 和零序分量iak、ibk、ick，其中Ξ相瞬時功率P關(guān)'將上述分解的分量分別代入該式，可 得；其中Ii+、Ii-、Iio是分別為基波正序和負(fù)序分量，Ik+、Ik-、Ik〇分別為k次諧波正序和負(fù)序 分量，θι-是基波負(fù)序的初始相位，0k+、0k-分別是k次諧波正序和負(fù)序的初始相位，φ是功率因 數(shù)角。7.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，在步驟S3中，具體采用如下無功動態(tài)補(bǔ)償方 法實現(xiàn)無功動態(tài)補(bǔ)償和諧波濾除：531. 通過諧波檢測模塊檢測到系統(tǒng)無功和諧波電流大小，作為指令信號，與PWM變流器 的輸出電流進(jìn)行比較，誤差大小與滯環(huán)比較器的環(huán)寬相比較得到一組PWM波； 532. PWM波發(fā)送給功率器件的控制端控制功率器件的開關(guān)，跟隨無功和諧波電流； 533. PWM變流器將與無功和諧波電流大小相等，方向相反的電流注入到配電網(wǎng)側(cè)，與配 電網(wǎng)側(cè)中包含的無功和諧波電流相互抵消，從而達(dá)到消除配電網(wǎng)側(cè)無功和諧波電流的目 的。
【文檔編號】H02J7/02GK105978118SQ201610520217
【公開日】2016年9月28日
【申請日】2016年7月1日
【發(fā)明人】吳文堅
【申請人】吳文堅