一种微网型太阳能充电桩及充电方法与流程

本发明涉及一种充电桩，尤其是涉及一种微网型太阳能充电桩及充电方法。

背景技术：

新能源电动汽车是未来汽车行业走向的必然趋势，解决电动汽车充电问题能够促进新能源汽车快速推广。像燃油汽车离不开加油站一样，电动汽车也离不开充电桩，利用太阳能作为充电桩的能源来源也是未来充电桩设计的落实方向，设计一种微网型太阳能充电桩就显的比较迫切了。但是，受到太阳能发电效率不稳定的影响，在充电过程中会遇到太阳能供电不足或太阳能供电过剩的问题，如何在保障输出电压稳定的情况下，合理地实现电网与光伏能量间的调度，已成为太阳能充电桩优先考虑的问题。

专利102355023B提供了一种光储式电动汽车充换电站，该充换电站通过对太阳能发电能量和蓄电池存储能量的检测，实现太阳能、蓄电池及电网之间的能量的切换从而达到对负载的充电管理及控制。然而该种结构因蓄电池一直处于充电及放电状态，造成系统装置的寿命短且成本高的问题。同时，通过检测太阳能电池板及蓄电池能量状态来判断输入与输出之间的能量关系，方法相对复杂且可行性不高。

技术实现要素：

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种控制方法简单且无蓄电池式微网型太阳能充电桩。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种微网型太阳能充电桩，包括太阳能电池板、MPPT电路、主控制单元、接口逆变电路、电网充电电路、并网逆变电路和微电网，所述的太阳能电池板通过MPPT电路向直流母线供电，所述的直流母线通过接口逆变电路连接至充电插口，直流母线还通过并网逆变电流连接至微电网，微电网还通过电网充电电路连接至直流母线，所述的主控制单元分别与MPPT电路、接口逆变电路、电网充电电路和并网逆变电路信号连接，当充电桩电路接通后，MPPT电路将太阳能电池板采集到的能量流不间断地传送到直流母线上，供电池充电和并网使用。

所述的充电桩还包括LCD显示屏及设置单元，所述的LCD显示屏及设置单元通过485总线与主控制单元连接，主控制单元将充电桩的工作状态实时传送给LCD显示屏及设置单元，进行充电桩工作信息的动态显示，所述的LCD显示屏及设置单元设置充电桩的充电时间。

所述的太阳能电池板与MPPT电路为一一对应的多组结构。

一种使用所述的微网型太阳能充电桩进行充电的方法，所述的接口逆变电路接受直流母线上的能量流，进行逆变处理得到交流电，再输出至充电插头，供电动汽车的充电使用。

所述的MPPT电路、接口逆变电路、电网充电电路和并网逆变电路分别通过485总线与主控制单元通信，MPPT电路将太阳能电池板的电压及电流参数传送给主控制单元，接口逆变电路对充电插口上的负载的剩余电量进行跟踪检测，把检测信息回传给主控制单元。

所述的主控制单元通过多级直流母线控制策略实现太阳能与电网之间的能量切换与管理，具体包括：检测直流母线电压Udc并与设定的控制参考电压UH、UM及UL作比较，其中UH、UM和UL依次减小，

当Udc≥UH时，太阳能电池板转化的能量大于充电需求，并网逆电器闭合，直流母线将盈余的能量流注入电网；

当UM＜Udc＜UH时，太阳能电池板的能量处于满足充电需求的范围内，不需要微电网补充供电，电网充电电路断开；

当UL＜Udc≤UM时，太阳能电池板的能量全部用于充电，并网逆变电路断开，停止并网转换；

当Udc≤UL时，输入直流母线的能量小于输出充电能量，电网充电电路闭合，不足能量由电网充电电路提供补充。

所述的MPPT电路包括P调节器、PI调节器和DC-DC变换器，利用光伏电流控制策略实现太阳能电池板的能量获取，具体包括：

1)对直流母线电压Udc采样，将偏差值△Udc作为P调节器的输入信号，△Udc＝Udc_T-Udc，Udc_T为设定的直流母线电压上限；

2)偏差值△Udc经过P调节器输出信号△Ipv＝K*△Udc，其中，当△Udc>0时，K＝0；当△Udc<0时，K为大于0的常数；

3)对太阳能电池板的电压Upv和电流Ipv采样，通过MPPT算法获取当前太阳能电池板的最大功率电流Ipv_mpp；

4)令PI调节器的输入值Ipv_ref＝Ipv_mpp+△Ipv-Ip，输出值为DC-DC变换器的占空比D，用于调节DC-DC变换器，DC-DC变换器输出端接至直流母线，达到控制太阳能电池板输出电流Ipv的目的。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

(1)充电桩电路接通后，MPPT电路将太阳能电池板采集到的能量流不间断地传送到直流母线上，供负载和并网使用，在保障电动汽车正常充电的前提下，最大限度的利用太阳能发电，提高了太阳能的利用率。

(2)LCD显示屏及设置单元可进行充电桩工作信息的动态显示、设置充电桩的充电时间。

(3)太阳能发电效率高，因采用光伏电流控制策略可以实现多组太阳能电池板并联方式输入至直流母线处，提高了每组太阳能电池板的发电效率。

(4)MPPT电路将太阳能电池板的电压及电流参数传送给主控制单元，接口逆变电路对充电插口上的负载的剩余电量进行跟踪检测，把检测信息回传给主控制单元，利于实现微电网与太阳能智能调度及切换。

(5)能源管理结构简单，因多级直流母线控制策略仅需通过判断直流母线的电压等级就可以判断出当前太阳能、电网及负载间的供能平衡关系，更加适合实际操作使用。

(6)MPPT电路通过控制太阳能电池板输出电流Ipv，实现直流母线电压的跟踪调节。

(7)系统采用无蓄电池结构，极大的减小了装置的成本，提高了系统的使用寿命。

附图说明

图1为本发明的系统和结构框图；

图2为本发明微网型太阳能充电桩主控制流程图；

图3为本发明提供的一种光伏电流型控制策略流程图；

图4为采用多组太阳能电池板及MPPT电路结构图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例

如图1所示，一种微网型太阳能充电桩，包括太阳能电池板101、MPPT电路102、主控制单元103、接口逆变电路105、电网充电电路107、并网逆变电路108和微电网109，太阳能电池板101通过MPPT电路102向直流母线110供电，直流母线110通过接口逆变电路105连接至充电插口106，直流母线110还通过并网逆变电流108连接至微电网109，微电网109还通过电网充电电路107连接至直流母线110，主控制单元103分别与MPPT电路102、接口逆变电路105、电网充电电路107和并网逆变电路108信号连接，当充电桩电路接通后，MPPT电路102将太阳能电池板101采集到的能量流不间断地传送到直流母线110上，供电池充电和并网使用。

充电桩还包括LCD显示屏及设置单元104，LCD显示屏及设置单元104通过485总线与主控制单元103连接，主控制单元103将充电桩的工作状态实时传送给LCD显示屏及设置单元104，进行充电桩工作信息的动态显示，LCD显示屏及设置单元104设置充电桩的充电时间。

太阳能电池板101与MPPT电路102为一一对应的多组结构。

一种使用微网型太阳能充电桩进行充电的方法，接口逆变电路105接受直流母线110上的能量流，进行逆变处理得到交流电，再输出至充电插头106，供电动汽车的充电使用。

MPPT电路102、接口逆变电路105、电网充电电路107和并网逆变电路108分别通过485总线与主控制单元103通信，MPPT电路102将太阳能电池板101的电压及电流参数传送给主控制单元103，接口逆变电路106对充电插口106上的负载的剩余电量进行跟踪检测，把检测信息回传给主控制单元103。

图1中，细箭头表示信号流，空心箭头表示能量流。

主控制单元103通过多级直流母线控制策略实现太阳能与电网之间的能量切换与管理，具体包括：检测直流母线110电压Udc并与设定的控制参考电压UH、UM及UL作比较，其中UH、UM和UL依次减小，

当Udc≥UH时，输入直流母线110的能量大于输出充电能量，并网逆变电路108闭合，并网逆变电路108将直流母线110多余的能量注入微电网109；

当UM＜Udc＜UH时，输入直流母线110的能量与输出充电能量相互平衡，并网逆变电路108继续处于闭合状态，电网充电电路107断开；

当UL＜Udc≤UM时太阳能电池板的能量全部用于充电，并网逆变电路108断开，停止并网转换；

当Udc≤UL时，输入直流母线的110能量小于输出充电能量，并网逆变电路108断开，电网充电电路107闭合，不足能量由电网充电电路提供补充。

如图2所示，控制流程包括：

S1，充电桩电路接通之后，通过使用LCD显示屏及设置单元104设置充电时间，并通过接口逆变电路106检测到的输出电流信息；

S2，主控制单元103判断充电桩是否正在充电。若检测到的输出电流为零，则断定系统没有在充电，并网逆电器108闭合，太阳能电池板101转化的能量用于光伏并网使用；若检测到的输出电流不为零，则判断直流母线110实时电压Udc与UH关系：当Udc大于UH时，此时太阳能电池板101转化的能量大于充电需求，并网逆电器108闭合，直流母线110将盈余的能量流注入并网逆变电路108，用于光伏并网使用；当Udc小于UH时，则判断Udc与UM关系，若Udc大于UM，此时太阳能电池板101的能量处于满足充电需求的范围内，不需要微电网109补充供电，电网充电电路107断开；若Udc小于UM，此时太阳能电池板101的能量全部用于充电，并网逆变电路108断开，停止并网转换。然后判断Udc与UL关系，若Udc大于UL，此时太阳能电池板101的能量经过接口逆变电路106处理后供应给充电插头106；若Udc小于UL，此时，太阳能电池板101能供电不足，不能够满足供电的需求，电网充电电路107闭合，微电网109补充供电，保证直流母线上电压稳定，使接口逆变电路105能够进行正常的逆变处理，使负载能够正常充电。

图3为MPPT电路102采用的一种光伏电流控制策略流程图，MPPT电路102包括P调节器、PI调节器和DC-DC变换器，利用光伏电流控制策略实现太阳能电池板101的能量获取，具体包括：

1)对直流母线110电压Udc采样，将偏差值△Udc作为P调节器的输入信号，△Udc＝Udc_T-Udc，Udc_T为设定的直流母线110电压上限；

2)偏差值△Udc经过P调节器输出信号△Ipv＝K*△Udc，其中，当△Udc>0时，K＝0；当△Udc<0时，K为大于0的常数；

3)对太阳能电池板101的电压Upv和电流Ipv采样，通过MPPT算法获取当前太阳能电池板101的最大功率电流Ipv_mpp；

4)令PI调节器的输入值Ipv_ref＝Ipv_mpp+△Ipv-Ip，输出值为DC-DC变换器的占空比D，用于调节DC-DC变换器，D＝P1*Ipv_ref+P2*∑Ipv_ref，其中P1为PI调节器的比例系数，P2为积分系数，DC-DC变换器输出端接至直流母线110，达到控制太阳能电池板输出电流Ipv的目的。DC-DC变换电路优先选择Boost电路结构。

图4为一种采用多组太阳能电池板及MPPT电路结构图，包括多组太阳能电池板及MPPT电路，且每组太阳能电池板均有一路MPPT电路，如太阳能电池板201、202、203分别对应MPPT电路301、302、303，所有的MPPT电路输出端均接到直流母线处，该结构与单组太阳能电池板相比，具有较高的可靠性。