V2g直流双向充电模块的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种V2G直流双向充电模块，包括控制系统和执行电路，所述控制系统与执行电路通讯连接，所述执行电路两端分别连接直流母线和电动汽车电池。所述执行电路包括由第一、第二功率开关管单元串联组成的桥臂单元，所述桥臂单元的两端分别串联有第一、第二电容形成回路，所述第一、第二功率开关管单元之间并联有电感。所述第一、第二功率开关管单元均包括IGBT管和与所述IGBT管并联的二极管。本发明的充电模块结构简单，控制灵活，通过控制系统中的功率开关管的状态实现电路的BUCK/BOOST转换，使电流在直流状态下完成流通，实现电流直流升压或直流降压，为解决电动汽车与电网之间的能量流动提供了简单有效的解决方案。
【专利说明】
V2G直流双向充电模块
技术领域
[0001]本发明涉及一种V2G直流双向充电模块，适用于电动汽车外部充放电装置。
【背景技术】
[0002]当前空气污染和雾霾成了我们生活中不可避免的一个重大问题，而在2015年的一项调查中显示，北京雾霾污染的主要影响便是来自汽车尾气的排放，而与此同时，石油天然气作为短期非可再生能源，对于它们的依赖已经成为了我国乃至世界经济发展的掣肘，随着空气污染愈演愈烈，电动汽车的飞速发展已经成为经济和环境刻不容缓的需求。
[0003]V2G技术是指电动车和电网之间双向流动的控制技术。采用V2G技术的电动汽车不仅可以从电网吸收电能，在必要时候还可以向电网提供能量支撑。虽然V2G技术早已提出，但是还缺少专门适用于电动汽车和电网之间能量双向流动的充电设备。
【发明内容】
[0004]为了克服现有技术下的上述缺陷，本发明的目的在于提供一种V2G直流双向充电模块，解决了【背景技术】中所指出的不足，采用本发明的充电模块能够满足在直流状态下电动汽车与电网之间的能量双向流动。
[0005]本发明的技术方案是:
一种V2G直流双向充电模块，包括控制系统和执行电路，所述控制系统与执行电路通讯连接，所述执行电路两端分别连接充电装置和电动汽车电池，所述充电装置与直流母线相连接，所述充电装置和电动汽车电池内设有信息采集装置，所述信息采集装置与所述控制系统通讯连接，所述控制系统接收所述信息采集装置发送的信号经处理后生成控制信号控制所述执行电路进行相应的动作，实现直流电能在所述直流母线和电动汽车电池之间的双向输送。
[0006]优选的，所述执行电路包括由第一、第二功率开关管单元串联组成的桥臂单元，所述桥臂单元的两端分别串联有第一、第二电容形成回路，所述第一、第二功率开关管单元之间并联有电感，所述第一、第二电容分别并联设置在所述充电装置和电动汽车电池侧。
[0007]优选的，所述第一功率开关管单元包括第一功率开关管和与所述第一功率开关管反向并联的第一二极管，所述第二功率开关管单元包括第二功率开关管和与所述第二功率开关管反向并联的第二二极管。
[0008]优选的，所述第一、第二功率开关管均为IGBT管，所述第一、第二二极管均为肖特基二极管。
[0009]优选的，所述控制系统设有控制芯片，所述控制芯片为DSP芯片。
[0010]优选的，所述控制系统与所述执行电路之间设有PWM驱动电路，所述PWM驱动电路将所述控制信号放大后控制所述执行电路的工作状态。
[0011]优选的，所述电感和所述第一、第二功率开关管单元共同构成所述执行电路的调节单元，根据所述第一电容和第二电容的充放电状态将所述执行电路转换成BUCK或BOOST电路。
[0012]优选的，所述信息采集装置检测到电动汽车电池的充电信号时，所述第一电容放电、所述第二电容充电、所述第二功率开关管常闭，所述电路为BUCK电路。
[0013]优选的，所述信息采集装置检测到电动汽车电池的放电信号时，所述第一电容充电、所述第二电容放电、所述第一功率开关管常闭，所述电路为BOOST电路。
[0014]优选的，所述电动汽车电池根据所述直流母线的峰谷负荷进行充放电，获取差价利润，当所述直流母线的用电负荷低时，所述电动汽车电池进行充电，所述执行电路为BUCK电路，当所述直流母线的用电负荷高时，所述电动汽车电池进行放电，所述执行电路为BOOST电路。
[0015]进一步的，所述差价利润为电网实时电价与电动汽车电池的储能成本的差值，所述电动汽车电池的储能成本按以下方式计算:首先计算电动汽车可接受的削峰容量CV:CV= [TESXDOD)-(RB/EFF)]/DH，再计算汽车用户每千瓦时的储能成本STC:STC=[BRC/(DODXCL)] +EC，最后得出汽车用户的储能总成本TMC: TMC=STC X [CV X DHX DM]，其中，CV为削峰容量，KW; TES为电动汽车总储存电量，KWh; DOD为允许放电深度，％; RB为行驶距离，km; EFF为电动汽车效率，km/Kffh; DH为放电时间，h; STC为汽车用户的储能成本，￥/Kffh; BRC为电池成本，￥/KWh;CL为电池循环寿命，h;EC为再充电的成本，￥/KWh;TMS为汽车用户总储能成本，￥;DM为放电次数。
[0016]根据上述储能总成本(削峰馈电的总成本)和提供相应削峰电量的总收入计算出削峰收益(总收入减总成本)，根据实际使用需求确定电动车能够提供的最大削峰电量，在实际允许的最大削峰电量的范围内，计算削峰收益时对应的削峰电量，由此实现电动车个体的最大经济利益，同时有利于大电网的稳定运行。
[0017]优选的，所述控制系统与远端服务器通讯连接。
[0018]本发明的有益效果为:
本发明的充电模块结构简单，控制灵活，通过控制系统中的功率开关管的状态实现电路的BUCK/BOOST转换，使电流在直流状态下完成流通，实现电流直流升压或直流降压，为解决电动汽车与电网之间的能量流动提供了简单有效的解决方案。本发明极大的促进了采用V2G技术的电动汽车的发展，有利于减少二氧化碳的排放和对石油的依赖，采用V2G技术的电动汽车还能够成为一种移动储能装置，通过电动汽车在用电波谷时段充电，波峰时段向电网售电，平衡电网峰谷负荷，提高电能的使用效率，使电网和电动汽车用户均获得收益。
【附图说明】
[0019]图1是本发明的结构简图；
图2是本发明执行电路的电路结构简图；
图3是本发明BUCK电路的电路结构简图；
图4是本发明BOOST电路的电路结构简图。
【具体实施方式】
[0020]参见图1，本发明公开了一种V2G直流双向充电模块，包括控制系统和执行电路，所述控制系统与执行电路通讯连接，所述执行电路两端分别连接充电装置和电动汽车电池，所述充电装置与直流母线相连接，所述充电装置和电动汽车电池内设有信息采集装置，所述信息采集装置与所述控制系统通讯连接，所述控制系统接收所述信息采集装置发送的信号经处理后生成控制信号控制所述执行电路进行相应的动作，实现直流电流在所述直流母线和电动汽车电池之间的双向流动。
[0021]如图2所示，所述执行电路包括由第一、第二功率开关管单元串联组成的桥臂单元，所述桥臂单元的两端分别串联有第一、第二电容C1、C2形成回路，所述第一、第二功率开关管单元之间并联有电感LI，所述第一、第二电容分别并联设置在所述充电装置和电动汽车电池侧。
[0022]所述第一功率开关管单元包括第一功率开关管和与所述第一功率开关管Vl反向并联的第一二极管，所述第二功率开关管单元包括第二功率开关管和与所述第二功率开关管V2反向并联的第二二极管。
[0023]所述第一、第二功率开关管均为IGBT管，所述第一、第二二极管均为肖特基二极管。
[0024]所述控制系统设有控制芯片，所述控制芯片为DSP芯片。
[0025]所述控制系统与所述执行电路之间设有PffM驱动电路，所述PffM驱动电路将所述控制信号放大后控制所述执行电路的工作状态。
[0026]所述电感和所述第一、第二功率开关管单元共同构成电路的调节单元，根据所述第一电容和第二电容的充放电状态将所述电路转换成BUCK或BOOST电路。
[0027]所述信息采集装置检测到电动汽车电池的充电信号时，所述第一电容放电、所述第二电容充电、所述第二功率开关管常闭，所述电路为BUCK电路。此时的等效电路图如图3所示，第一电容等效为电源、第一功率开关管正常开闭、第二功率开关管单元等效为反向二极管。第一功率开关导通后，第一电容、第一功率开关和电感构成回路；当第一功率开关断开后，电感、第二电容和第二二极管构成回路，电感为阻止电流下降，保持原电流的方向继续流动，利用二极管反向续流即实现降压，此时第二电容用于稳压，得到稳定的低电压。
[0028]所述信息采集装置检测到电动汽车电池的放电信号时，所述第一电容充电、所述第二电容放电、所述第一功率开关管常闭，所述电路为BOOST电路。此时的等效电路图如图4所示，第二电容等效为电源、第二功率开关管常开闭、第一功率开关管单元等效为反向二极管。第二功率开关导通后，第二电容同时为第一电容和电感充电；当第二功率开关断开后，电感、第一电容和第一二极管构成回路，由于第一二极管的存在，电感保持原电流的方向继续为第一电容充电，第二电容用于稳压，得到稳定的高电压。
[0029]所述控制系统与远端服务器通讯连接，可以实时与远端服务器进行通讯，将充电状态、充电用时、充电量等信息上传至远端服务器，同时接受服务器的控制信号，当微电网内负载过多、供电系统电力供应出问题或储能系统储存的电量不能满足要求时，服务器向控制系统发送信号控制所述电动汽车电池向直流母线放电，缓解电网用电压力。
[0030]所述电动汽车电池根据所述直流母线的峰谷负荷进行充放电，平衡微电网的峰谷差距，维持微电网的稳定，使电动汽车用户获得差价利润。当所述直流母线的用电负荷低时，所述电动汽车电池进行充电，所述执行电路为BUCK电路，当所述直流母线的用电负荷高时，所述电动汽车电池进行放电，所述执行电路为BOOST电路。
[0031]所述差价利润为电网实时电价与电动汽车电池的储能成本的差值，所述电动汽车电池的储能成本按以下方式计算:首先计算电动汽车可接受的削峰容量CV:CV=[TESXDOD) - (RB/EFF) ] /DH，再计算汽车用户每千瓦时的储能成本STC: STC= [ BRC/ (DOD X CL) ] +EC，最后得出汽车用户储能成本TMC: TMC=STC X [ CV X DH X DM]。其中:CV为削峰容量，KW; TES为电动汽车总储存电量，Kffh; DOD为允许放电深度，%; RB为行驶距离，km; EFF为电动汽车效率，km/Kffh; DH为放电时间，h; STC为汽车用户的储能成本，￥/Kffh; BRC为电池成本，￥/Kffh; CL为电池循环寿命，h;EC为再充电的成本，￥/KWh;TMS为汽车用户总储能成本，￥;DM为放电次数。
[0032]本发明有助于采用V2G技术的电动汽车的发展，采用本发明的充电模块实现了电动汽车与电网之间电能的双向流动。电动汽车可以做为移动储能装置，当电网负荷过高时，由电动汽车储能源向电网馈电缓解电网压力；而当电网负荷低时，用电动汽车来存储电网过剩的发电量，避免造成浪费，达到“移峰填谷”的目的。通过这种方式，电动汽车用户可以在电价低时从电网买电，电网电价高时向电网售电，从而获得一定的收益。
[0033]本发明有利于电动汽车电池充放电的统一，统一部署充电动汽车电池的充放电策略，利用“在用电波谷时段充电，用电波峰时段售电”这一高效的充放电策略，使电动汽车用户、电网企业以及汽车企业共享利益。对电动汽车用户而言，利用电能的峰谷差价来获得补贴，降低置换电动汽车的使用成本;对于电网公司而言，电动汽车可作为可移动储能装置和调峰系统，在电力供应富余时充电，提高电力的利用效率，在用电紧张时放电，缓解用电压力，延缓电网建设投资，提高电网运行效率和可靠性;对于汽车企业而言，V2G技术的运用能使电动汽车的使用成本有效降低，降低电动汽车用户的负担，有利于推动电动汽车的大力发展，汽车企业也将会迎来新的发展契机。
[0034]本发明公开的各优选和可选的技术手段，除特别说明外及一个优选或可选技术手段为另一技术手段的进一步限定外，均可以任意组合，形成若干不同的技术方案。
【主权项】
1.一种V2G直流双向充电模块，其特征在于包括控制系统和执行电路，所述控制系统与执行电路通讯连接，所述执行电路两端分别连接充电装置和电动汽车电池，所述充电装置与直流母线相连接，所述充电装置和电动汽车电池内设有信息采集装置，所述信息采集装置与所述控制系统通讯连接，所述控制系统接收所述信息采集装置发送的信号经处理后生成控制信号控制所述执行电路进行相应的动作，实现直流电能在所述直流母线和电动汽车电池之间的双向输送。2.如权利要求1所述的V2G直流双向充电模块，其特征在于所述执行电路包括由第一、第二功率开关管单元串联组成的桥臂单元，所述桥臂单元的两端分别串联有第一、第二电容形成回路，所述第一、第二功率开关管单元之间并联有电感，所述第一、第二电容分别并联设置在所述充电装置和电动汽车电池侧。3.如权利要求2所述的V2G直流双向充电模块，其特征在于所述第一功率开关管单元包括第一功率开关管和与所述第一功率开关管反向并联的第一二极管，所述第二功率开关管单元包括第二功率开关管和与所述第二功率开关管反向并联的第二二极管，所述第一、第二功率开关管均为IGBT管，所述第一、第二二极管均为肖特基二极管。4.如权利要求3所述的V2G直流双向充电模块，其特征在于所述控制系统设有控制芯片，所述控制芯片为DSP芯片。5.如权利要求4所述的V2G直流双向充电模块，其特征在于所述控制系统与所述执行电路之间设有PWM驱动电路，所述PWM驱动电路将所述控制信号放大后控制所述执行电路的工作状态。6.如权利要求5所述的V2G直流双向充电模块，其特征在于所述电感和所述第一、第二功率开关管单元共同构成所述执行电路的调节单元，根据所述第一电容和第二电容的充放电状态将所述执行电路转换成BUCK或BOOST电路。7.如权利要求6所述的V2G直流双向充电模块，其特征在于所述信息采集装置检测到电动汽车电池的充电信号时，所述第一电容放电、所述第二电容充电、所述第二功率开关管常闭，所述电路为BUCK电路。8.如权利要求6所述的V2G直流双向充电模块，其特征在于所述信息采集装置检测到电动汽车电池的放电信号时，所述第一电容充电、所述第二电容放电、所述第一功率开关管常闭，所述电路为BOOST电路。9.如权利要求6所述的V2G直流双向充电模块，其特征在于所述电动汽车电池根据所述直流母线的峰谷负荷进行充放电，获取差价利润，当所述直流母线的用电负荷低时，所述电动汽车电池进行充电，所述执行电路为BUCK电路，当所述直流母线的用电负荷高时，所述电动汽车电池进行放电，所述执行电路为BOOST电路。10.如权利要求9所述的V2G直流双向充电模块，其特征在于所述差价利润为电网实时电价与电动汽车电池的储能成本的差值，所述电动汽车电池的储能成本按以下方式计算:首先计算电动汽车可接受的削峰容量CV:CV=[TESXDOD)-(RB/EFF)]/DH，再计算汽车用户每千瓦时的储能成本STC: STC= [ BRC/ (DOD X CL)] +EC，最后得出汽车用户储能成本TMC: TMC=STCX [CVXDHXDM]，其中，CV为削峰容量，KW;TES为电动汽车总储存电量，KWh;D0D为允许放电深度，%; RB为行驶距离，km; EFF为电动汽车效率，km/Kffh; DH为放电时间，h; STC为汽车用户的储能成本，￥/KWh;BRC为电池成本，￥/KWh;CL为电池循环寿命，h;EC为再充电的成本， ￥/Kffh; TMS为汽车用户总储能成本，￥ ;DM为放电次数。
【文档编号】H02M3/155GK105871012SQ201610283128
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年5月3日
【发明人】王建强, 孔启翔, 彭以光, 庞先标, 杜宏
【申请人】北京北变微电网技术有限公司