一种电网友好型新能源汽车快速充电系统及充电方法与流程

本发明属于新能源汽车快速充电技术领域，尤其涉及一种电网友好型新能源汽车快速充电系统及充电方法。

背景技术：

公知，新能源汽车通常使用车载蓄电池提供电能输入，驱动车轮行驶，而车载蓄电池则需要及时补充电能。目前，为了解决新能源汽车充电速度慢、及时性难以保证的问题，快速充电技术已经成为新能源汽车发展的必然趋势。而新能源汽车快速充电方法，要求电网瞬时输出庞大的电能，在充电初期有功功率快速增大,电网的频率会发生很大的波动，造成电网电压骤降，给电网稳定性造成极大的冲击。

目前已有的解决方案只有加装充电保护装置。该种策略属于被动式的保护,即新能源汽车快速充电对电网的影响超过了预先设定值后才启动保护,并没有达到提前降低对电网影响，不能兼顾既实现充电速度快又保持电网稳定。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种支持新能源汽车快速充电且不对电网造成冲击性负荷，能够调节峰谷时间用电量，优化电力分配和负载平衡，节省用户充电成本，电路拓扑简单的充电系统及充电方法。

为实现上述目的，本发明采用的一个技术方案是：

一种电网友好型新能源汽车快速充电系统，包括电网和车载蓄电池；其特征在于，还包括变压整流滤波模块、超级电容组充电模块、降压斩波模块、充电控制模块；所述电网依次连接变压整流滤波模块、超级电容组充电模块、降压斩波模块和车载蓄电池，所述充电控制模块分别连接超级电容组充电模块和降压斩波模块。

在上述的电网友好型新能源汽车快速充电系统中，所述充电控制模块用于对超级电容组充电模块和车载蓄电池的电压、电量进行实时监控，并反馈至超级电容组充电模块和降压斩波模块。

在上述的电网友好型新能源汽车快速充电系统中，所述变压整流滤波模块为依次连接的10kV/0.69kV整流变压器，LCL滤波器和PWM整流器组成的变压整流滤波电路；用于整流输出直流电压给超级电容组充电模块。

在上述的电网友好型新能源汽车快速充电系统中，所述超级电容组充电模块为三个反并联二极管IGBT、三个续流二极管、三个反相二极管、三相电感、门极可关断晶闸管和超级电容组组成的三相并联降压斩波电路；通过PWM釆用基于移相载波的直接功率控制实现超级电容组充电模块电压的调节，恒功率控制充电。

在上述的电网友好型新能源汽车快速充电系统中，所述降压斩波模块为反并联二极管IGBT、续流二极管、电感，门极可关断晶闸管，蓄电池组成的降压斩波电路；通过PWM采用基于移相载波的直接电流控制对车载蓄电池进行恒电流充电。

为实现本发明的目的，采用的一个技术方案是：

一种利用电网友好型新能源汽车快速充电系统充电的方法，包括以下步骤：

步骤1、电网对超级电容组充电模块进行充电；

步骤2、利用超级电容组充电模块对车载蓄电池进行快速充电，并实时检测车载蓄电池电压及电量，达到设定的电量时结束充电；

步骤3、在超级电容组充电模块对车载蓄电池进行快速充电过程中，若存储在超级电容组充电模块中的电量不足，即转换成电网向车载蓄电池充电。

在上述的电网友好型新能源汽车快速充电系统充电的方法中，步骤1所述电网对超级电容组充电模块进行充电的控制流程包括以下步骤：

S71、开始；

S72、充电控制模块判断是否向车载蓄电池充电，如果是，进行S74，如果否，进行S73；

S73、充电控制模块根据参数调控蓄能功率，由超级电容组充电模块储能策略计算，得到当前蓄能功率后，对超级电容组充电模块进行恒功率充电；

其中，P_IN为超级电容组充电模块的充电功率；P_T为用户设置的电网峰谷时间段内的储能功率；W为超级电容组充电模块最大存储电量；N为前两个小时的放电次数；i＝1,2,3，……，N为前两个小时的放电顺序；W_i为前两个小时的放电量；W_r为当前超级电容组充电模块剩余电量；α、β、γ为用户设定的参数。

S74、结束对超级电容组充电模块充电。

在上述的电网友好型新能源汽车快速充电系统充电的方法中，步骤2所述利用超级电容组充电模块向蓄电池充电的控制流程包括以下步骤：

S81、开始；

S82、快速充电阶段，由超级电容组充电模块向车载蓄电池进行恒电流快速充电；

S83、充电控制模块判断车载蓄电池电量是否达到用户设定电量，如果是，执行S86，如果否，执行S84；

S84、充电控制模块判断是否达到快速充电阶段预设的温度阈值或电压阈值，或者检测到超级电容组充电模块电量不足，如果是，执行S85，如果否，返回S82；

S85、维护充电阶段，停止由超级电容组充电模块向车载蓄电池充电，开始由电网对车载蓄电池进行常规充电至设定的电压值；

S86、结束车载蓄电池充电。

本发明利用电网友好型新能源汽车快速充电系统充电的方法，采用给超级电容组充电模块常规蓄能的策略，当超级电容组充电模块没有向车载蓄电池放电时，蓄能方法包括：1.根据市电电网峰谷时间按用户所设定的储能功率自动向超级电容组补充电能；2.根据前两个小时的放电频率及剩余储电量自动调控储能功率和储能的多少以适应放电需求。

本发明利用电网友好型新能源汽车快速充电系统充电的方法，采用向车载蓄电池放电的策略，可根据当前超级电容充电模块剩余储存的电量由用户选择给车载蓄电池充电的电量；放电方法包括：1.超级电容组充电模块对车载蓄电池进行快速充电，并实时检测车载蓄电池电压及电量，达到设定的电量时结束充电；2.超级电容组充电模块对车载蓄电池进行快速充电,当存储在超级电容组充电模块中的电量不足时自动转换成由电网直接充电。

本发明利用电网友好型新能源汽车快速充电系统充电的方法，采用超级电容组充电模块的储能功率控制策略为：

其中，P_IN为超级电容组充电模块的充电功率；P_T为用户设置的电网峰谷时间段内的储能功率；W为超级电容组充电模块最大存储电量；N为前两个小时的放电次数；i＝1,2,3，……，N为前两个小时的放电顺序；W_i为前两个小时的放电量；W_r为当前超级电容组充电模块剩余电量；α、β、γ为用户设定的参数。

本发明的有益效果：

1、支持新能源汽车快速充电，不对电网造成冲击性负荷。

2、可以调节峰谷时间的用电量,优化电力分配和负载平衡,节省用户充电成本。

3、电路拓扑简单，各元器件相对比较便宜，制造成本低，易集成化，可以大范围推广使用。

附图说明

图1为本发明一个实施例向超级电容组充电模块充电原理框图；

图2为本发明一个实施例变压整流滤波模块电路原理图；

图3为本发明一个实施例超级电容组充电模块电路原理图；

图4为本发明一个实施例降压斩波模块电路图；

图5为本发明一个实施例超级电容充电模块充电控制流程图；

图6为本发明一个实施例车载蓄电池充电控制流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施方式进行详细描述。

所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

下文的公开提供了许多不同的实施例或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本发明。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。此外，本发明提供了各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其它工艺的可应用性和/或其他材料的使用。另外，以下描述的第一特征在第二特征之“上”的结构可以包括第一和第二特征形成为直接接触的实施例，也可以包括另外的特征形成在第一和第二特征之间的实施例，这样第一和第二特征可能不是直接接触。

本发明的描述中，需要说明的是，除非另有规定和限定，术语“相连”“连接"应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于相领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

实施例

本实施例实施时采用如下技术方案：一种电网友好型新能源汽车快速充电系统，包括电网和车载蓄电池；其特征在于，还包括变压整流滤波模块、超级电容组充电模块、降压斩波模块、充电控制模块；所述电网依次连接变压整流滤波模块、超级电容组充电模块、降压斩波模块和车载蓄电池，所述充电控制模块分别连接超级电容组充电模块和降压斩波模块。

在上述的电网友好型新能源汽车快速充电系统中，所述充电控制模块用于对超级电容组充电模块和车载蓄电池的电压、电量进行实时监控，并反馈至超级电容组充电模块和降压斩波模块。所述变压整流滤波模块为依次连接的10kV/0.69kV整流变压器，LCL滤波器和PWM整流器组成的变压整流滤波电路；用于整流输出直流电压给超级电容组充电模块。所述超级电容组充电模块为三个反并联二极管IGBT、三个续流二极管、三个反相二极管、三相电感、门极可关断晶闸管和超级电容组组成的三相并联降压斩波电路；通过PWM釆用基于移相载波的直接功率控制实现超级电容组充电模块电压的调节，恒功率控制充电。所述降压斩波模块为反并联二极管IGBT、续流二极管、电感，门极可关断晶闸管，蓄电池组成的降压斩波电路；通过PWM采用基于移相载波的直接电流控制对车载蓄电池进行恒电流充电。

本实施例还采用了以下技术方案，一种利用电网友好型新能源汽车快速充电系统充电的方法，包括以下步骤：

步骤1、电网对超级电容组充电模块进行充电；

步骤2、利用超级电容组充电模块对车载蓄电池进行快速充电，并实时检测车载蓄电池电压及电量，达到设定的电量时结束充电；

步骤3、在超级电容组充电模块对车载蓄电池进行快速充电过程中，若存储在超级电容组充电模块中的电量不足，即转换成电网向车载蓄电池充电。

在上述的电网友好型新能源汽车快速充电系统充电的方法中，步骤1所述电网对超级电容组充电模块进行充电的控制流程包括以下步骤：

S71、开始；

S72、充电控制模块判断是否向车载蓄电池充电，如果是，进行S74，如果否，进行S73；

S73、充电控制模块根据参数调控蓄能功率，由超级电容组充电模块储能策略计算，得到当前蓄能功率后，对超级电容组充电模块进行恒功率充电；

其中，P_IN为超级电容组充电模块的充电功率；P_T为用户设置的电网峰谷时间段内的储能功率；W为超级电容组充电模块最大存储电量；N为前两个小时的放电次数；i＝1,2,3，……，N为前两个小时的放电顺序；W_i为前两个小时的放电量；W_r为当前超级电容组充电模块剩余电量；α、β、γ为用户设定的参数。

S74、结束对超级电容组充电模块充电。

在上述的电网友好型新能源汽车快速充电系统充电的方法中，步骤2所述利用超级电容组充电模块向蓄电池充电的控制流程包括以下步骤：

S81、开始；

S82、快速充电阶段，由超级电容组充电模块向车载蓄电池进行恒电流快速充电；

S83、充电控制模块判断车载蓄电池电量是否达到用户设定电量，如果是，执行S86，如果否，执行S84；

S84、充电控制模块判断是否达到快速充电阶段预设的温度阈值或电压阈值，或者检测到超级电容组充电模块电量不足，如果是，执行S85，如果否，返回S82；

S85、维护充电阶段，停止由超级电容组充电模块向车载蓄电池充电，开始由电网对车载蓄电池进行常规充电至设定的电压值；

S86、结束车载蓄电池充电。

如图1所示，本实施例电网友好型新能源汽车快速充电系统包括电网交流电输入变压整流滤波模块，变压整流滤波模块连接超级电容组充电模块，超级电容组充电模块连接降压斩波模块，降压斩波模块连接车载蓄电池；充电控制模块连接超级电容组充电模块和降压斩波模块。

如图2所示，变压整流滤波模块包括三相电感Ls、Lr，电容Cf、C和G11-G16六个有反并联二极管的IGBT。电感Lr与电容Cf并联后与电感Ls串联组成滤波电路，G11-G16组成三相全控桥式整流器。电网交流电源三相电压经过滤波电路与三相全控桥式整流器相连，进行整流后输出直流电压给超级电容组充电电路。

如图3所示，超级电容组充电模块包括G21、G22、G23三个有反并联二极管的IGBT，D11、D12、D13为续流二极管，D21、D22、D23为反相二极管，三相电感L，门极可关断晶闸管D31，超级电容组SC。电路有三个Buck型DC/DC变换器以及一个开关元件所组成，通过PWM釆用基于移相载波的直接功率控制可实现超级电容组充电模块电压的调节，恒功率控制充电。

如图4所示，降压斩波模块包括超级电容组SC，反并联二极管的IGBT D1、续流二极管D2、电感L，门极可关断晶闸管D3，蓄电池U。组成一个Buck型DC/DC变换器，通过PWM采用基于移相载波的直接电流控制对蓄电池进行恒电流充电。

如图5所示，超级电容组充电模块充电控制流程，包括如下步骤：

步骤1001，开始；

步骤1002，充电控制模块判断是否向车载蓄电池充电，如果是，进行步骤1004，如果否，进行步骤1003；

步骤1003，充电控制模块根据参数调控蓄能功率，由超级电容组充电模块储能策略计算得到当前蓄能功率后，对超级电容组充电模块进行恒功率充电；

步骤1004，对超级电容组充电模块充电结束。

如图6所示，车载蓄电池充电控制流程，包括如下步骤：

步骤2001，开始；

步骤2002，快速充电阶段，由超级电容组充电模块向车载蓄电池进行恒电流快速充电；

步骤2003，充电控制模块判断车载蓄电池电量是否达到用户设定电量，如果是，执行步骤2006，如果否，执行步骤2004；

步骤2004，充电控制模块判断是否达到快速充电阶段预设的温度阈值或电压阈值，或者检测到超级电容组充电模块电量不足，如果是，执行步骤2005，如果否，返回步骤2002；

步骤2005，维护充电阶段，停止由超级电容组充电模块向车载蓄电池充电，或者开始由电网对车载蓄电池进行常规充电至设定的电压值；

步骤2006，车载蓄电池充电结束。

本发明实施例在实施时，利用超级电容能量密度小，功率密度大的特点，从电网采用恒功率方式对超级电容进行常规充电。超级电容充电后，其对车载蓄电池充电，采用恒电流控制充电，当车载蓄电池电压到达一定的阈值时，改为恒功率控制充电，使得车载蓄电池实现在较短的时间内快速充电。由电网快速放电方式改为以超级电容快速放电为主，电网常规放电为辅的充电方式。这样可以有效的减小对电网稳定性的影响，从而实现对新能源汽车的车载蓄电池进行快速放电的目的，提高了充电的效率。

应当理解的是，本说明书未详细阐述的部分均属于现有技术。

虽然以上结合附图描述了本发明的具体实施方式，但是本领域普通技术人员应当理解，这些仅是举例说明，可以对这些实施方式做出多种变形或修改，而不背离本发明的原理和实质。本发明的范围仅由所附权利要求书限定。