一种用于电动汽车充电的混合能源系统及其监控装置的制造方法
【专利摘要】本发明涉及一种用于电动汽车充电的混合能源系统及其监控装置，其中混合能源系统包括：多个太阳能阵列、太阳能控制器、AC/DC整流控制器、电池组、DC/DC逆变控制器和直流充电桩；其中太阳能控制器与所述多个太阳能阵列连接，用于将太阳能转化为直流电；AC/DC整流控制器与市电连接，用于将交流电转换为直流电；AC/DC整流控制器、太阳能控制器和电池组共同提供高压直流电作为DC/DC逆变控制器的输入，DC/DC逆变控制器输出至直流充电桩。本发明通过DC/DC逆变控制器的隔离作用，使得直流充电桩或电动汽车发生故障时对国家电网的影响降到最小，并保证非电动汽车等重要负载供电的安全，提高了整套系统运行的安全性。
【专利说明】
一种用于电动汽车充电的混合能源系统及其监控装置
技术领域
[0001] 本发明涉及电源技术领域，更具体地说，涉及一种用于电动汽车充电的混合能源 系统及其监控装置。
【背景技术】
[0002] 近年来，随着电动汽车事业的蓬勃发展，涌现出了大量的汽车充电粧，但是这些汽 车充电粧都是由市电进行供电。随着太阳能技术的逐渐成熟，出现了给机房服务器等供电 的光电混合供电系统。因此，有必要发展一种将太阳能与市电结合为电动汽车充电的光电 混合电源系统。然而，其面临以下诸多问题：
[0003] 首先，现有的电动汽车快速充电对国家电网的安全是一个极大冲击，因为以往的 电动汽车充电系统是市电输入至AC/DC整流模块后再输出至电动汽车，当电动汽车或充 电粧起火等异常情况只有一级整流模块系统无法彻底隔离国家交流电网，容易造成安全隐 患。
[0004] 其次，太阳能阵列的光伏基板由于光照、方位等自然因素，光能输入无法保证一 致，导致太阳能模块之间无法均流。并且太阳能系统中如果功率比较大，太阳能阵列的光伏 基板面积就会很大，输出电流也会很大，而阵列之间存在差异使得导线间相互有电流流过， 这样在汇流时必须加大导线的粗度，使得布线增加难度且成本也无法降低。
[0005] 再次，现有电源系统采用多个独立电源，存在无法实现市电的AC/DC整流模块与 太阳能模块信息快速共享的问题，导致建设成本高，管理难度大；而且太阳能模块系统与市 电整流模块系统分别独立监控必然导致响应速度慢，太阳能优先输出不及时、建设成本高、 不稳定等因素。
【发明内容】
[0006] 本发明要解决的技术问题在于，针对现有电动汽车的充电系统无法有效隔离国家 交流电网等问题，提供一种将太阳能与市电结合并采用直流转直流逆变器进行隔离的用于 电动汽车的混合能源系统
[0007] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种用于电动汽车充电的混合 能源系统，其特征在于，包括：多个太阳能阵列、太阳能控制器、AC/DC整流控制器、电池组、 DC/DC逆变控制器和直流充电粧；其中：
[0008] 所述太阳能控制器与所述多个太阳能阵列连接，用于将太阳能转化为直流电；
[0009] 所述AC/DC整流控制器与市电连接，包括多个AC/DC整流模块，用于将交流电转换 为直流电；
[0010] 所述AC/DC整流控制器和电池组的正、负母线与太阳能控制器的正、负母线连接， 共同提供高压直流电作为所述DC/DC逆变控制器的输入；所述DC/DC逆变控制器输出至所 述直流充电粧。
[0011] 在根据本发明所述的混合能源系统中，所述多个太阳能阵列包括若干以相邻的两 个及以上太阳能阵列为一组的太阳能阵列组，且所述太阳能控制器包括：
[0012] 多个太阳能模块，其中每组太阳能阵列组的输出端连接在一起作为两个太阳能模 块的输入，且这两个太阳能模块内部通信实现均流；
[0013] 多个分布式监控单元，其中每个分布式监控单元用于监测并控制一组太阳能阵列 组至与之连接的两个太阳能模块的输出。
[0014] 在根据本发明所述的混合能源系统中，所述混合能源系统还包括主控制模块，用 于通过现场总线与所述多个分布式监控单元以及所述多个AC/DC整流模块通信，用于对所 述AC/DC整流控制器和太阳能控制器进行监控。
[0015] 在根据本发明所述的混合能源系统中，所述分布式监控单元具有：通过现场总线 连接至所述主控制模块的第一通信接口，以及通过现场总线连接至所述太阳能模块的第二 通信接口；所述分布式监控单元用于将所述太阳能模块的运行信息上报给所述主控制模 块，并将主控制模块的控制信息下发给所述太阳能模块。
[0016] 在根据本发明所述的混合能源系统中，所述混合能源系统还包括：直流充电粧监 控模块和逆变器监控模块；
[0017] 所述直流充电粧监控模块与电动汽车电池管理单元通信，用于获取电动汽车所需 的电压和电流，并控制直流充电粧的输出；
[0018] 所述逆变器监控模块与所述直流充电粧监控模块通信，用于根据DC/DC逆变控制 器中工作的DC/DC逆变模块个数及所述直流充电粧监控模块传输的电动汽车电池管理单 元需求来计算所需输出的电压和电流。
[0019] 在根据本发明所述的混合能源系统中，所述逆变器监控模块与所述直流充电粧监 控模块之间采用指定私有协议进行通信。
[0020] 在根据本发明所述的混合能源系统中，所述混合能源系统还包括：动环监控模块， 与所述主控制模块、逆变器监控模块和直流充电粧监控模块通信，用于动环监控系统运行 状态及下发紧急指令停止DC/DC逆变控制器的输出，以及进行直流充电粧的收费信息管 理。
[0021] 在根据本发明所述的混合能源系统中，所述主控制模块具体包括：
[0022] 监控单元，用于监控负载状况，并周期采样所述电池组的电流，并进行输出控制， 以保证流入电池组的电流处于电池组所需电流；
[0023] 第一控制单元，用于在通过所述监控单元获取的负载状况为不带负载时，控制所 述AC/DC整流控制器和太阳能控制器使系统输出在浮充状态，所述AC/DC整流控制器与太 阳能控制器处于最大电流输出状态；
[0024] 第二控制单元，用于在通过所述监控单元获取的负载状况为带负载时，控制AC/DC 整流控制器和太阳能控制器的电流和电压输出，最终达到太阳能控制器优先输出。
[0025] 在根据本发明所述的混合能源系统中，所述第二控制单元包括：
[0026] 电压控制子单元，用于控制所述太阳能控制器的预设电压高于AC/DC整流控制器 的预设电压；
[0027] 电流计算子单元，用于根据监控单元获取的电池组的电流和负载大小，计算当前 电池电流需要调节的增量，计算当前电池电流需要调节的增量，并依据所述AC/DC整流控 制器中工作的AC/DC整流模块个数计算整流模块电流输出值，依据太阳能控制器中工作的 太阳能模块个数计算太阳能模块电流输出值；
[0028] 电流控制子单元，用于根据电流计算子单元中计算的当前电池电流需要调节的增 量判断电池是否过流，是则同时下调AC/DC整流控制器及太阳能控制器的电流输出，否则 启动限流控制子单元；
[0029] 限流控制子单元，用于根据模块限流时的优先输出等级，在太阳能模块优先输出 时，通过所述监控单元下发电流计算子单元中计算的太阳能模块电流输出值；在整流模块 优先输出时，通过所述监控单元下发电流计算子单元中计算的整流模块电流输出值；且在 优先输出的模块已经达到最大输出时，向非优先输出的模块下发电流计算子单元计算的对 应电流输出值。
[0030] 本发明还相应提供了用于电动汽车充电的混合能源系统的监控装置，至少包括： 主控制模块、直流充电粧监控模块和逆变器监控模块；
[0031] 所述主控制模块分别与AC/DC整流控制器和太阳能控制器通过现场总线连接，用 于对所述AC/DC整流控制器和太阳能控制器进行监控；
[0032] 所述直流充电粧监控模块与电动汽车电池管理单元通信，用于获取电动汽车所需 的电压和电流，并控制直流充电粧的输出；
[0033] 所述逆变器监控模块与所述直流充电粧监控模块通信，用于根据DC/DC逆变控制 器中工作的DC/DC逆变模块个数及所述直流充电粧监控模块传输的电动汽车电池管理单 元需求进行计算所需输出的电压和电流。
[0034] 实施本发明的用于电动汽车充电的混合能源系统及其监控装置，具有以下有益效 果：
[0035] 1、本发明通过DC/DC逆变控制器的隔离作用，使得直流充电粧或者电动汽车发生 故障时对国家电网的影响降到最小，并保证非电动汽车等重要负载供电的安全，提高了整 套系统运行的安全性。
[0036] 2、本发明还通过引入带双通信接口的分布式监控单元将太阳能控制器内部进行 再次模块化独立设计；两个太阳能模块通过现场总线与一个分布式监控单元构成一组，由 若干相邻太阳能阵列汇流后接入该组，这样既保证了本组的太阳能阵列输入差距不大，组 内太阳能模块与另组的太阳能模块无通信，进而为本组内太阳能模块均流提供可靠条件。 同时也使得导线变细且利于布线管理。
[0037] 3、本发明引入的分布式监控单元通过现场总线与主控制模块通信，有利于太阳能 控制器内增加节点扩容。
[0038] 4、本发明还将AC/DC整流控制器与太阳能控制器共同由同一个主控制模块控制， 对于太阳能模块及AC/DC整流模块控制实时性大大提高，响应速度快，太阳能优先使用实 现更加容易。
[0039] 5、本发明中还利于主控制模块将AC/DC整流控制器与太阳能控制器的输出电压 设置呈现偏差，使得太阳能控制器可以优先带载，AC/DC整流控制器备电，当负载突然增加 导致母线电压下降等条件下，AC/DC整流控制器会物理的自然输出，保证系统更稳定。
【附图说明】
[0040] 下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
[0041] 图1为根据本发明优选实施例的用于电动汽车充电的混合能源系统的模块框图；
[0042] 图2为根据本发明优选实施例的用于电动汽车充电的混合能源系统的太阳能控 制器及其监控示意图；
[0043] 图3为根据本发明优选实施例的用于电动汽车充电的混合能源系统的主控制模 块不意图；
[0044] 图4为根据本发明优选实施例的主控制模块中第二控制单元的示意图；
[0045] 图5为根据本发明优选实施例的主控制模块的限流控制流程图；
[0046] 图6为根据本发明优选实施例的能量分配示意图；
[0047] 图7为根据本发明优选实施例的用于电动汽车充电的混合能源系统的监控装置 示意图；
[0048] 图8为根据本发明优选实施例中直流充电粧监控模块的控制逻辑图；
[0049] 图9为根据本发明优选实施例的逆变器监控模块的输出控制逻辑图。
【具体实施方式】
[0050] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对 本发明进行进一步详细说明。
[0051] 请参阅图1，为根据本发明优选实施例的用于电动汽车充电的混合能源系统的模 块框图。如图1所示，该实施例提供的用于电动汽车充电的混合能源系统包括：多个太阳能 阵列10、太阳能控制器20、AC/DC整流控制器30、电池组40、DC/DC逆变控制器50和直流充 电粧60。其中：
[0052] 太阳能控制器20与多个太阳能阵列10连接，用于将太阳能转化为直流电。
[0053] AC/DC整流控制器30与市电连接，包括多个AC/DC整流模块，用于将交流电转换为 直流电。
[0054] AC/DC整流控制器30和电池组40的正、负母线与太阳能控制器20的正、负母线对 应连接，共同提供高压直流电作为DC/DC逆变控制器50的输入。DC/DC逆变控制器50则 对输入的直流电进行直流转直流变换后输出至直流充电粧60。在本发明中，太阳能控制器 20和AC/DC整流控制器30的输出可以都并联接到直流汇接排上，电池组40也并联接到直 流汇接排上，DC/DC逆变控制器50可以看做负载也并联接到直流汇接排上。太阳能控制器 20、AC/DC整流控制器30和电池组40共同为DC/DC逆变控制器50等负载提供电能。
[0055] 本发明中通过在AC/DC整流控制器30、太阳能控制器20与直流充电粧60之间增 设DC/DC逆变控制器50,可以形成有效的级联分层，通过DC/DC逆变控制器50的隔离作用， 使得直流充电粧60故障，或者电动汽车故障如起火、短路等对国家电网影响最小，整套系 统运行的安全性更高。
[0056] 请参阅图2,为根据本发明优选实施例的用于电动汽车充电的混合能源系统的太 阳能控制器及其监控示意图。
[0057] 如图2所示，混合能源系统中的多个太阳能阵列被分为若干以相邻的两个及以上 太阳能阵列为一组的太阳能阵列组，如第一太阳能阵列组10-1至第η太阳能阵列组10-n。 该太阳能控制器20包括：多个太阳能模块以及多个分布式监控单元，例如图2中第一分布 式监控单元22-1至第η分布式监控单元22-n，以及第一太阳能模块21-1、第二太阳能模块 21-1、……、第2n-2太阳能模块21-2n-2和第2η太阳能模块21-2n。
[0058] 每组太阳能阵列组的输出端连接在一起作为两个太阳能模块的输入。每个分布式 监控单元用于监测并控制一组太阳能阵列组至与之连接的两个太阳能模块的输出。并且， 同一分布式监控单元下的两个太阳能模块是通过现场总线连接有数据交互的，通过通信实 现均流。全部太阳能模块共同连接至太阳能控制器20的正、负母线输出。例如第一分布式 监控单元22-1监测第一太阳能阵列组10-1的状态，并通过继电器等设备控制第一太阳能 阵列组10-1至第一太阳能模块21-1和第二太阳能模块21-2的输出。这样，第一太阳能阵 列组10-1内部相邻的若干太阳能阵列的能量就能同时输出至同样的两个太阳能模块，在 第一太阳能模块21-1和第二太阳能模块21-2之间实现均流。
[0059] 本发明中采用了相邻原则对太阳能阵列进行分组后再输入至两个太阳能模块，上 述两个太阳能模块再形成一组进行内部通信实现均流，而组与组之间的太阳能模块无通 信。一方面，由于相邻的若干太阳能阵列作为一组，所以光照强度差距会非常小，可以轻松 实现本组内太阳能模块与太阳能模块之间均流。另一方面，不同太阳能阵列组之间采用分 布式布线管理，使其相互独立，使得导线变细且利于布线管理。因此这样的设计使得太阳能 控制器中实现模块化分布式管理，大大改善了模块间不均流的问题且利于布线。此外，由上 述分布式监控单元功能特点可知，可以轻松增加分布式监控单元和太阳能模块实现系统扩 容；分布式监控单元使得太阳能系统内部变成真正模块化，当出现异常故障等条件下对太 阳能系统的影响会更小。
[0060] 具体地，分布式监控单元具体包括以下功能模块：
[0061] 1、绝缘检测模块
[0062] 太阳能阵列经过汇流箱输入过来电压会很高，大概为650V，所以需要进行绝缘检 测。分布式监控单元的绝缘检测模块通过向输入端的正负极投切电阻，进行电压检测，当正 负检测出电压差距过大时则认为系统存在绝缘故障。
[0063] 2、工作状态监测模块
[0064] 当太阳能能量输入小到一定数值时，太阳能模块会通过干接点的方式通知分布式 监控单元此时为黑夜模式，反之为白天模式。分布式监控单元的工作状态监测模块会获取 该把此信息上报给主控制模块100从而进行电池管理。
[0065] 3、通信模块
[0066] 分布式监控单元的通信模块存在两个通信接口，其中第一通信接口通用于过现场 总线连接至主控制模块100,第二通信接口用于通过现场总线连接至太阳能模块，如图2中 所示。分布式监控单元的通信模块会将太阳能模块的运行信息上报给主控制模块100,并将 主控制模块100的控制信息下发给太阳能模块。
[0067] 4、投切模块
[0068] 分布式监控单元的投切模块用于在有各种异常情况下如绝缘异常时，将太阳能阵 列过来的输入切断，以保护太阳能模块。并且在保护太阳能模块的同时，能够保护太阳能模 块输出端的负载，比如重要的IDC数据机房服务器等，使得本发明的系统输出更稳定。此 外，由于分布式监控单元实现了对各个太阳能模块的分组管理，当部分阵列异常时，不影响 其他的阵列。
[0069] 如图2所示，本发明提供的混合能源系统还进一步包括主控制模块100,用于通过 现场总线与前述多个分布式监控单元以及前述多个AC/DC整流模块通信，用于对AC/DC整 流控制器和太阳能控制器进行监控。主控制模块100通过现场总线共同管理太阳能模块与 AC/DC整流模块大大方便资源信息共享，提高控制效率，使得实时性大大提高，响应速度快， 更加容易实现太阳能的优先使用。
[0070] 本发明的另一个重要方面在于通过主控制模块100解决太阳能优先输出问题。该 太阳能优先输出是指若系统在一定光照条件下，太阳能控制器20自动优先输出，当太阳能 控制器20可以独立支撑负载时，则全部由太阳能控制器20输出，当太阳能控制器20无法 独立支撑负载时，太阳能控制器20无法支撑的部分负载由AC/DC整流控制器30或电池组 40输出。
[0071] 请参阅图3,为根据本发明优选实施例的用于电动汽车充电的混合能源系统的主 控制模块示意图。如图3所示，该主控制模块100具体包括：监控单元110、第一控制单元 120和第二控制单元130。
[0072] 其中，监控单元110用于监控负载状况，并周期采样电池组40的电流，并进行输出 控制，以保证流入电池组40的电流处于电池组40所需电流。主控制模块100通过第一控 制单元120和第二控制单元130对监控单元110的调控，最终使得系统被调节到浮充状态， 太阳能控制器20中的太阳能模块以及AC/DC整流控制器30中的AC/DC整流模块均不限流 输出，太阳能模块优先输出全部带载。浮充状态，是电源系统正常工作状态。
[0073] 第一控制单元120用于在通过监控单元110获取的负载状况为不带负载时，控制 AC/DC整流控制器30和太阳能控制器20使系统输出在浮充状态，而AC/DC整流控制器30 与太阳能控制器20处于最大电流输出状态。
[0074] 第二控制单元130用于在通过监控单元110获取的负载状况为带负载时，控制AC/ DC整流控制器30和太阳能控制器20的电流和电压输出，最终达到太阳能控制器20优先输 出。
[0075] 请参阅图4,为根据本发明优选实施例的主控制模块中第二控制单元的示意图。如 图4所示，该实施例提供的主控制模块100的第二控制单元130具体包括：电压控制子单元 131、电流计算子单元132、电流控制子单元133和限流控制子单元134。
[0076] 其中，电压控制子单元131用于控制太阳能控制器20的预设电压高于AC/DC整流 控制器30的预设电压，以实现太阳能优先输出。例如，太阳能控制器20的预设浮充电压设 置在53. 6V-54. 6V，而AC/DC整流控制器30的预设浮充电压略低于太阳能控制器20的预设 浮充电压，为52V。因此当日照良好的情况下，即太阳能的输出功率足以满足负载要求时，由 于太阳能控制器20的输出电压高于AC/DC整流控制器30的输出电压，此时完全由太阳能 控制器20为负载供电，并为电池组40充电。当日照不充足或无日照的情况下，即太阳能的 输出功率不足以满足负载要求，则太阳能控制器20的输出电压会被拉低，电池组40电压也 会很快降至AC/DC整流控制器30设置的浮充电压值。若此时市电正常，则转到市电供电， 由AC/DC整流控制器30为负载供电，并为电池组40充电。若日照不充足或无日照，同时又 无市电的情况下，由电池组40为负载提供能量。
[0077] 相应地，为了防止电流的倒灌，太阳能控制器20具有防反灌电路，AC/DC整流控制 器30具有反向逆止二极管，电池组40具有防反冲二极管，使得太阳能控制器20和AC/DC 整流控制器30的输出电压即使不相等也不会形成环流，损坏设备。
[0078] 第二控制单元130控制AC/DC整流控制器30和太阳能控制器20的电流输出是通 过电流计算子单元132、电流控制子单元133和限流控制子单元134来共同实现。
[0079] 具体地，电流计算子单元132用于根据监控单元获取的电池组的电流和负载大 小，计算当前电池电流需要调节的增量，并依据AC/DC整流控制器30中工作的AC/DC整流 模块个数计算整流模块电流输出值，依据太阳能控制器20中工作的太阳能模块个数计算 太阳能模块电流输出值。电流计算子单元132计算的参数包括：
[0080] FDelta:当前电池电流需要调节增量，此增量可正可负；
[0081] BCurr:电池电流采样数值；
[0082] BPreCurr :电池预期充电电流数值；
[0083] MtfDeltaCurrLmt :太阳能模块输出电流差值所需要限流点；
[0084] MpptNum :工作的太阳能模块数量；
[0085] MpptRatedCurr :太阳能模块额定电流；
[0086] RctNum:工作的整流模块数量；
[0087] RctRatedCurr :整流模块额定电流；
[0088] RctDeltaCurrLmt :整流模块输出电流差值所需限流点；
[0089] MtfCurrLmt :太阳能模块输出当前限流点；
[0090] RctfCurrLmt :整流模块输出当前限流点；
[0091] 其中 FDelta = BCurr - BpreCurr ;
[0092] RctDeltaCurrLmt = (FDeltaX0· 9)/RctNum*RctRatedCurr。
[0093] MtfDeltaCurrLmt = (FDeltaX0· 9)/MpptNum*MpptRatedCurr。
[0094] 整流模块电流输出值为前述整流模块输出当前限流点RctfCurrLmt，太阳能模块 电流输出值为太阳能模块输出当前限流点MtfCurrLmt。
[0095] 电流控制子单元133用于根据电流计算子单元132中计算的当前电池电流需要调 节的增量判断电池是否过流，是则同时下调AC/DC整流控制器30及太阳能控制器20的电 流输出，否则启动限流控制子单元134。
[0096] 也就是说，若当前电池电流需要调节增量FDelta小于0,则电流控制子单元133判 断电池过流，则同时下调AC/DC整流控制器30及太阳能控制器20的电流输出。调节方式 如下计算公式：
[0097] MtfCurrLmt = MtfCurrLmt+MtfDeltaCurrLmt
[0098] RctfCurrLmt = RctfCurrLmt+RctDeltaCurrLmt〇
[0099] 若当前电池电流需要调节增量FDelta大于等于0,则判断电池未过流，启动限流 控制子单元134。限流控制子单元134根据模块限流时的优先输出等级，在太阳能模块优先 输出时，通过监控单元131下发电流计算子单元132中计算的太阳能模块电流输出值给太 阳能控制器20中的各个太阳能模块。在整流模块优先输出时，通过监控单元131下发电流 计算子单元132中计算的整流模块电流输出值给AC/DC整流控制器30中的各个AC/DC整 流模块。并且在优先输出的模块已经达到最大输出时，向非优先输出的模块下发电流计算 子单元132计算的对应电流输出值。
[0100] 也就是说，如果系统在限流时设置太阳能模块优先输出，例如当光照条件稳定 时，可则调节太阳能模块电流输出值，即将太阳能模块输出当前限流点MtfCurrLmt = MtfCurrLmt+MtfDeltaCurrLmt ;而整流模块输出当前限流点 RctfCurrLmt = RctfCurrLmt 保持不变。只有当优先输出的太阳能模块输出达到最大，例如MtfCurrLmt〉= 121%时，才 依据 RctfCurrLmt = RctfCurrLmt+RctDeltaCurrLmt 的方式缓慢增加 AC/DC 整流模块输 出。反之如果AC/DC整流模块优先，逻辑类似。
[0101] 第二控制单元130控制AC/DC整流控制器30和太阳能控制器20的电流输出的方 法可以通过图5的流程来实现。如图5所示：
[0102] 首先，在步骤S501中，流程开始；
[0103] 随后，在步骤S502中，获取当前电池组电流。如前述监控单元110获取的电池组 的电流。
[0104] 随后，在步骤S503中，计算太阳能模块电流输出值和整流模块电流输出值。如电 流计算子单元132依据AC/DC整流控制器30中工作的AC/DC整流模块个数计算整流模块 电流输出值，依据太阳能控制器20中工作的太阳能模块个数计算太阳能模块电流输出值。
[0105] 随后，在步骤S504中，判断电池是否未过流，是则转步骤S507,否则转步骤S505。 例如前述电流计算子单元132根据监控单元110获取的电池组的电流和负载大小，计算当 前电池电流需要调节的增量，并由电流控制子单元133根据电流计算子单元132中计算的 当前电池电流需要调节的增量判断电池是否过流，是则启动优先级限流子单元，否则同时 下调AC/DC整流控制器30及太阳能控制器20的电流输出。
[0106] 在步骤S505中，下调太阳能控制器20的电流输出。
[0107] 在步骤S506中，下调AC/DC整流控制器30的电流输出。该步骤S505和步骤S506 可同时或任意顺序先后执行。步骤S506执行完毕后转步骤S502重新进行监测。
[0108] 在步骤S507中，根据模块的优先限流等级判断是否太阳能模块优先输出？是则 转步骤S508,否则转步骤S512。
[0109] 在步骤S508中，调节太阳能模块输出电流。例如限流控制子单元134通过监控单 元131下发电流计算子单元132中计算的太阳能模块电流输出值给太阳能控制器20中的 各个太阳能模块，以上调太阳能模块输出电流。
[0110] 在步骤S509中，判断太阳能模块输出是否已经达到最大？是则转步骤S510,否则 转步骤S502继续监测；
[0111] 在步骤S510中，调节AC/DC整流模块输出电流。例如限流控制子单元134通过监 控单元131下发电流计算子单元132中计算的整流模块电流输出值给AC/DC整流控制器30 中的各个AC/DC整流模块，以上调AC/DC整流模块输出电流。
[0112] 在步骤S511中，判断AC/DC整流模块输出是否达到最大，是指转步骤S516，否则转 步骤S502继续监测。
[0113] 步骤S512-S515的步骤与之相反，即先调节AC/DC整流模块输出电流，在达到最大 时调整太阳能模块输出电流。
[0114] 该流程结束于步骤S516。
[0115] 本发明中可以根据情况由用户设置模块的优先限流等级。例如，太阳能控制器20 和AC/DC整流控制器30在光照条件稳定时，采用太阳能模块优先输出的限流原则，即：限流 过程首先限制AC/DC整流控制器30输出，再限制太阳能控制器20输出；而限流过程先逐步 放开太阳能控制器20输出，当太阳能控制器20输出达到最大时，再逐步放开AC/DC整流控 制器30输出。当光照条件不稳定时，也可以设置整流模块优先输出，即过程与之相反。
[0116] 在本发明中，主要通过主控制模块100对太阳能控制器20和AC/DC整流控制器30 的输出电流进行控制，限流点可控制在1 %到121 %。下面以AC/DC整流控制器30中AC/ DC整流模块为例进行说明，太阳能控制器20中太阳能模块的原理与之相似。例如，当AC/ DC整流模块的额定电流为100A时，如下发50%限流点，则AC/DC整流模块输出最大只能 50A的电流。无论负载多大，AC/DC整流模块总的输出功率恒定，因此当能量无法满足输出 时，AC/DC整流模块会自动降低输出电压。本发明中限流的目的是为了保证电池不过流。以 0. 1C10电池电流给电池充电为例，当电池电量较低的时候，由于电池负载较大，则可以调节 限流点进行限流，否则AC/DC整流模块会输出电流过大，大于0. 1C10。当电池接近饱和时， 由于电池负载较小，所以此时即使全部放开限流点，电池的充电电流也会很小。所以最终的 稳态是AC/DC整流模块和太阳能模块的限流点全部放开至121 %，系统处于浮充状态，此时 由于太阳能模块电压设置较高，所以由太阳能模块带载。请参见图6,从能量分配的角度诠 释本发明太阳能优先带载的过程。图6中A为直流汇接排的母线电压变化情况，B为太阳能 控制器的输出电流，C为AC/DC整流控制器的输出电流。如前文所述太阳能控制器20的预 设电压高于AC/DC整流控制器30的预设电压。在图6中Q1点左侧，当负载不重的情况下， 由于太阳能控制器20的输出电压高，所以是由太阳能提供能量输出，随着负载不断增大， 太阳能控制器20输出也不断增大。当负载超过图6中Q1点，太阳能控制器20达到最大输 出电流能力，依旧无法承受负载，所以太阳能控制器20的母线电压会被负载拉低，由于AC/ DC整流控制器30和太阳能控制器20母线并机，此时AC/DC整流控制器30开始提供能量进 行输出。随着负载的继续增大，AC/DC整流控制器30输出也不断增加。当负载超过图6中 Q2点时AC/DC整流控制器30输出也达到最大。随着负载增加，AC/DC整流控制器30和太 阳能控制器20共同依然无法支撑负载时，母线电压被拉至更低或将导致电池组40放电，由 电池再推进补充供电能力。图6分析是依据负载变化论述的，正常系统负载一般变化不大， 基本恒定在一定容量附近，所以只要太阳能控制器20容量与负载配置比例合适，处于Q1点 左侧就完全由太阳能控制器20带载。
[0117] 本发明的混合能源系统是光能和电能混合，光能由于自然条件无法保证夜间输 出，所以其提供了以下表格1所示的四种工作模式。
[0118] 表格 1
[0119]
[0120] 本发明提供的用于电动汽车充电的混合能源系统除了包括图1的各个模块外还 包括监控装置。本发明也相应提供了该监控装置。请参阅图7,为根据本发明优选实施例的 用于电动汽车充电的混合能源系统的监控装置示意图。该监控装置包括如前所述的主控制 单元100。该监控装置还包括直流充电粧监控模块200和逆变器监控模块300。
[0121] 其中，直流充电粧监控模块200与电动车电池管理单元90通信，用于获取电动汽 车所需的电压和电流，并控制直流充电粧60的输出。
[0122] 逆变器监控模块300与直流充电粧监控模块200通信，用于根据DC/DC逆变控制 器50中工作的DC/DC逆变模块个数及直流充电粧监控模块200传输的电动车电池管理单 元90需求来计算所需输出的电压和电流。
[0123] 直流充电粧监控模块200通常设于直流充电粧60处，逆变器监控模块300由于与 直流充电粧60距离非常远，与直流充电粧监控模块200的通信介质为网线。逆变器监控模 块300与直流充电粧监控模块200可以通过指定私有协议进行通信。通信信息包括如下表 格2。
[0124] 表格 2
[0125]
[0126] 直流充电粧60设置的信息如表格3所示：
[0127] 表格 3
[0128]
[0129] 由上述信息表可知，直流充电粧监控模块200与电动车电池管理单元90通信， 获取电动汽车的电池等信息，再连同直流充电粧60自身信息一同上报给逆变器监控模块 300。逆变器监控模块300汇总计算后决定是否输出。
[0130] 请参阅图8,为根据本发明优选实施例中直流充电粧监控模块的控制逻辑图。如图 8所示，该控制流程包括以下步骤：
[0131] 首先，在步骤S801中，流程开始；
[0132] 随后，在步骤S802中，判断消费类型是否为刷卡消费？是则转步骤S803,否则转 步骤S804 ;
[0133] 在步骤S803中，进行刷卡消费；
[0134] 在步骤S804中，输入密码消费；
[0135] 在步骤S805中，判断是否自动模式充电？是则转步骤S807,否则转步骤S806 ;
[0136] 在步骤S806中，由用户设置输出电压电流时间或者电量等信息；
[0137] 在步骤S807中，判断与电动汽车的通信是否正常？即直流充电粧监控模块200与 电动车电池管理单元90的通信是否正常？是则转步骤S808,否则转步骤S813 ;
[0138] 在步骤S808中，判断电表、打印机状态是否正常？是则转步骤S809,否则转步骤 S810 ；
[0139] 在步骤S809中，判断与充电柜通信状态是否正常？即直流充电粧监控模块200与 直流充电粧60的通信是否正常？是则转步骤S810,否则转步骤S813 ;
[0140] 在步骤S810中，向直流充电粧60发送电压、电流和状态需求；
[0141] 在步骤S811中，控制直流充电粧60的充电枪输出；
[0142] 在步骤S812中，是否结束充电？是则转步骤S814,否则转步骤805 ;
[0143] 在步骤S813中，提示告警并断开直流充电粧60的充电枪；
[0144] 在步骤S814中，控制直流充电粧60的充电枪闭合；
[0145] 该流程结束于步骤S815。
[0146] 在本发明的更优选实施例中，该混合能源系统的监控装置还包括：动环监控模块 400，该动环监控模块400通过例如网线与主控制模块100、逆变器监控模块300和直流充电 粧监控模块200通信，用于集中管理。动环监控模块400可以动环监控系统运行状态，远程 实时获取整套混合能源系统中各个子模块的设备信息，如与主控制模块100通信获取太阳 能发电量；同时在异常状态下发紧急指令停止DC/DC逆变控制器50的输出，以及与直流充 电粧监控模块200通信，便于收费信息管理如收费校准数据备份等管理。
[0147] 由于采用了动环监控，本发明优选实施例中逆变器监控模块300的输出控制逻辑 图可以如图9所示。
[0148] 首先，在步骤S901中，流程开始；
[0149] 随后，在步骤S902中，判断直流充电粧接入状态是否正常？即判断逆变器监控模 块300与直流充电粧监控模块200的通信是否正常，是则转步骤S903,否则转步骤S908 ;
[0150] 随后，在步骤S903中，判断动环监控是否允许充电？是则转步骤S904,否则转步 骤S908 ;由于动环监控模块400有最高的控制级别，当其监控到系统有异常，不允许充电 时，DC/DC逆变控制器50将无法开启，极大的保证系统稳定运行。
[0151] 随后，在步骤S904中，判断智能电表状态是否正常，是则转步骤S905,否则转步骤 S908 ；
[0152] 随后，在步骤S905中，判断充电柜本身是否无异常，是则转步骤S906,否则转步骤 S908 ;例如该步骤中可以判断直流充电粧60本身是否没有短路等问题；
[0153] 随后，在步骤S906中，按直流充电粧60的需求电压电流输出；
[0154] 随后，在步骤S907中，判断运行状态是否为充满结束？是则转步骤S908,否则转 步骤S902 ;
[0155] 在步骤S908中，输出安全电压电流设为0 ;
[0156] 该流程结束于步骤S909。
[0157] 由上述图8和图9可知，DC/DC逆变控制器50的输出同样也受直流充电粧60的 控制，由于DC/DC逆变控制器50的存在，即可保证太阳能控制器20与AC/DC整流控制器30 的母线电压稳定，便于给数据机房等重要负载供电，又可以保证按照直流充电粧60的各类 需求电压输出。由于DC/DC逆变控制器50内部有很多电子元器件，形成了供电母线、与直 流充电粧之间物理的级联，对供电线排影响最小。
[0158] 本发明是根据特定实施例进行描述的，但本领域的技术人员应明白在不脱离本发 明范围时，可进行各种变化和等同替换。此外，为适应本发明技术的特定场合或材料，可对 本发明进行诸多修改而不脱离其保护范围。因此，本发明并不限于在此公开的特定实施例， 而包括所有落入到权利要求保护范围的实施例。
【主权项】
1. 一种用于电动汽车充电的混合能源系统，其特征在于，包括：多个太阳能阵列、太阳 能控制器、AC/DC整流控制器、电池组、DC/DC逆变控制器和直流充电粧；其中： 所述太阳能控制器与所述多个太阳能阵列连接，用于将太阳能转化为直流电； 所述AC/DC整流控制器与市电连接，包括多个AC/DC整流模块，用于将交流电转换为直 流电； 所述AC/DC整流控制器和电池组的正、负母线与太阳能控制器的正、负母线连接，共同 提供高压直流电作为所述DC/DC逆变控制器的输入；所述DC/DC逆变控制器输出至所述直 流充电粧。2. 根据权利要求1所述的混合能源系统，其特征在于，所述多个太阳能阵列包括若干 以相邻的两个及以上太阳能阵列为一组的太阳能阵列组，且所述太阳能控制器包括： 多个太阳能模块，其中每组太阳能阵列组的输出端连接在一起作为两个太阳能模块的 输入，且这两个太阳能模块内部通信实现均流； 多个分布式监控单元，其中每个分布式监控单元用于监测并控制一组太阳能阵列组至 与之连接的两个太阳能模块的输出。3. 根据权利要求2所述的混合能源系统，其特征在于，所述混合能源系统还包括主控 制模块，用于通过现场总线与所述多个分布式监控单元以及所述多个AC/DC整流模块通 信，用于对所述AC/DC整流控制器和太阳能控制器进行监控。4. 根据权利要求3所述的混合能源系统，其特征在于，所述分布式监控单元具有：通过 现场总线连接至所述主控制模块的第一通信接口，以及通过现场总线连接至所述太阳能模 块的第二通信接口；所述分布式监控单元用于将所述太阳能模块的运行信息上报给所述主 控制模块，并将主控制模块的控制信息下发给所述太阳能模块。5. 根据权利要求3所述的混合能源系统，其特征在于，所述混合能源系统还包括：直流 充电粧监控模块和逆变器监控模块； 所述直流充电粧监控模块与电动汽车电池管理单元通信，用于获取电动汽车所需的电 压和电流，并控制直流充电粧的输出； 所述逆变器监控模块与所述直流充电粧监控模块通信，用于根据DC/DC逆变控制器中 工作的DC/DC逆变模块个数及所述直流充电粧监控模块传输的电动汽车电池管理单元需 求来计算所需输出的电压和电流。6. 根据权利要求5所述的混合能源系统，其特征在于，所述逆变器监控模块与所述直 流充电粧监控模块之间采用指定私有协议进行通信。7. 根据权利要求5所述的混合能源系统，其特征在于，所述混合能源系统还包括：动环 监控模块，与所述主控制模块、逆变器监控模块和直流充电粧监控模块通信，用于动环监控 系统运行状态及下发紧急指令停止DC/DC逆变控制器的输出，以及进行直流充电粧的收费 信息管理。8. 根据权利要求1所述的混合能源系统，其特征在于，所述主控制模块具体包括： 监控单元，用于监控负载状况，并周期采样所述电池组的电流，并进行输出控制，以保 证流入电池组的电流处于电池组所需电流； 第一控制单元，用于在通过所述监控单元获取的负载状况为不带负载时，控制所述AC/ DC整流控制器和太阳能控制器使系统输出在浮充状态，所述AC/DC整流控制器与太阳能控 制器处于最大电流输出状态； 第二控制单元，用于在通过所述监控单元获取的负载状况为带负载时，控制AC/DC整 流控制器和太阳能控制器的电流和电压输出，最终达到太阳能控制器优先输出。9. 根据权利要求8所述的混合能源系统，其特征在于，所述第二控制单元包括： 电压控制子单元，用于控制所述太阳能控制器的预设电压高于AC/DC整流控制器的预 设电压； 电流计算子单元，用于根据监控单元获取的电池组的电流和负载大小，计算当前电池 电流需要调节的增量，计算当前电池电流需要调节的增量，并依据所述AC/DC整流控制器 中工作的AC/DC整流模块个数计算整流模块电流输出值，依据太阳能控制器中工作的太阳 能模块个数计算太阳能模块电流输出值； 电流控制子单元，用于根据电流计算子单元中计算的当前电池电流需要调节的增量判 断电池是否过流，是则同时下调AC/DC整流控制器及太阳能控制器的电流输出，否则启动 限流控制子单元； 限流控制子单元，用于根据模块限流时的优先输出等级，在太阳能模块优先输出时，通 过所述监控单元下发电流计算子单元中计算的太阳能模块电流输出值；在整流模块优先输 出时，通过所述监控单元下发电流计算子单元中计算的整流模块电流输出值；且在优先输 出的模块已经达到最大输出时，向非优先输出的模块下发电流计算子单元计算的对应电流 输出值。10. -种根据权利要求1所述的用于电动汽车充电的混合能源系统的监控装置，其特 征在于，至少包括：主控制模块、直流充电粧监控模块和逆变器监控模块； 所述主控制模块分别与AC/DC整流控制器和太阳能控制器通过现场总线连接，用于对 所述AC/DC整流控制器和太阳能控制器进行监控； 所述直流充电粧监控模块与电动汽车电池管理单元通信，用于获取电动汽车所需的电 压和电流，并控制直流充电粧的输出； 所述逆变器监控模块与所述直流充电粧监控模块通信，用于根据DC/DC逆变控制器中 工作的DC/DC逆变模块个数及所述直流充电粧监控模块传输的电动汽车电池管理单元需 求进行计算所需输出的电压和电流。
【文档编号】H02J7/02GK105896690SQ201510039342
【公开日】2016年8月24日
【申请日】2015年1月26日
【发明人】滕向阳, 王渭渭, 韩涛, 王靖, 杨国新, 张天柱
【申请人】艾默生网络能源有限公司