基于储能电池的电动汽车充电控制方法及装置与流程

本发明涉及电动汽车充电技术领域，特别是一种基于储能电池的电动汽车充电控制方法和装置。

背景技术：

电动汽车充电装置分为交流充电和直流充电两类。交流充电由外部提供220v或380v交流电源，并通过车载充电机给车载电池充电，其功率等级为3.5kw或7kw，充电时间为5～8h。该充电方式安装成本低，可充分利用用电低谷时间进行充电，降低充电成本，延长电池的使用寿命；但充电时间过长，对电动汽车停靠时间和停靠地点有严格要求，导致其利用效率降低。

直流充电由非车载充电机完成交直流变换，直接给车载电池充电，充电电压一般为300～750v，供电功率大多为30～180kw，充电时间可从10分钟到2小时。与交流充电桩相比，该方式充电效率高，工作和安装成本高；同时大功率充电时对电网冲击较大，引起电网电压波动。

技术实现要素：

本发明的其中一个目的就是提供一种基于储能电池的充电控制方法，它可以在用电低谷时时采用交流电给装置的储能电池充电，有充电需求时采用直流充电的方式给电动汽车快速补电，提升用户体验，降低了充电行为对电网的冲击。

本发明的该目的是通过这样的技术方案实现的，具体方法如下：

储能电池的能量低于预设的充电下限，通过固定交流电源为储能电池或电动汽车充电；

储能电池的能量高于预设充电下限，且没有电动汽车需要充电时，通过固定交流电源为储能电池充电；

储能电池的能量高于预设充电下限，且有电动汽车需要充电时，通过储能电池为电动汽车充电。

进一步，所述固定交流电源为市电接口或充电桩。

进一步，所述通过固定交流电源为储能电池或电动汽车充电的优先级为：当有电动汽车需要充电时，固定电源为电动汽车充电；当没有电动汽车需要充电时，固定电源为储能电池充电。

进一步，所述储能电池的能量高于预设充电下限，且没有电动汽车需要充电时，通过固定交流电源为储能电池充电后的处理方法为：为储能电池充满电等待电池汽车的充电请求；或当储能电池未充满且有电池汽车需要充电，则通过储能电池为电动汽车充电。

进一步，所述储能电池的能量高于预设充电下限，且有电动汽车需要充电时，通过储能电池为电动汽车充电后的处理方法为：储能电池为电动汽车充满电，且没有新的电动汽车需要充电时，通过固定交流电源为储能电池充电；储能电池的能量低于充电下限且电动汽车未充满电时，先通过固定交流电源为电动汽车充满电，再通过固定电源为储能电池充电。

进一步，所述固定交流电源为储能电池充电具体方法为：将固定交流电源转换为直流电为储能电池充电。

进一步，所述固定交流电源为电动汽车充电的具体方法为：

1-1)将固定交流电源输出的交流电转换为直流电；

1-2)将步骤1-1)中的直流电转换为高频交流电；

1-3)将步骤1-2)中的高频交流电转换为直流电为电动汽车充电。

进一步，所述储能电池为电动汽车充电的具体方法为：

2-1)将储能电池的直流电转换为高频交流电；

2-2)将步骤2-1)中的高频交流电转换为直流电为电动汽车充电。

本发明的另一个目的就是提供一种基于储能电池的电动汽车充电控制装置，它可以通过储能电池为电动汽车充电，提高充电效率的同时降低对电网电压的影响。

本发明的该目的是通过这样的技术方案实现的，所述装置包括有与固定交流电源电连接的交流充电接口、充电单元、储能电池单元、逆变单元、直流充电单元、与电动汽车电连接的直流充电接口和能量管理系统；

交流充电接口将固定交流电源输出的交流电传输至充电单元，充电单元将交流电转换为直流电通过直流母线分别为储能电池单元充电和为逆变单元提供直流电，逆变单元将储能电池单元或充电单元提供的直流电转换为高频交流电并传输至直流充电单元，直流充电单元将高频交流电转换为直流电并通过直流充电接口为电动汽车充电；能量管理系统进行数据采集并分别发送控制指令至充电单元、储能电池单元、逆变单元、直流充电单元；

当储能电池的能量低于预设的充电下限，能量管理系统控制充电单元工作，通过固定交流电源为储能电池或电动汽车充电；

当储能电池的能量高于预设充电下限，且没有电动汽车需要充电时，能量管理系统控制充电单元和储能电池单元工作，通过固定交流电源为储能电池充电；

当储能电池的能量高于预设充电下限，且有电动汽车需要充电时，能量管理系统控制储能电池单元工作，通过储能电池为电动汽车充电。

进一步，所述交流充电接口包括有交流充电控制模块和ac/dc模块，交流充电控制模块接收能量管理系统发送的控制指令并控制ac/dc模块进行交直流转换，ac/dc模块将交流电转换为直流电。

进一步，所述储能电池单元包括有bms电池管理系统和储能电池，bms电池管理系统接收能量管理系统发送的控制指令，并控制储能电池充放电。

进一步，所述逆变单元包括有三个dc/ac结构电力逆变器，三个电力逆变器按120°相位角度将直流电转换为高频交流电。

进一步，直流充电单元包括有直流充电控制模块和ac/dc模块，直流充电单元接收能量管理系统发送的控制指令并控制ac/dc模块进行交直流转换，ac/dc模块将高频交流电转换为直流电。

由于采用了上述技术方案，本发明具有如下的优点：

本发明可以在用电低谷时时采用交流电给装置的储能电池充电，降低了充电行为对电网的冲击；有充电需求时采用直流充电的方式给电动汽车快速补电，提升用户体验；在没有固定交流电源的地方，也可以通过储能电池为电动汽车快速充电。

本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书和权利要求书来实现和获得。

附图说明

本发明的附图说明如下。

图1为本发明的流程示意图；

图2为本发明的结构框图；

图3为交流充电接口的电路结构示意图；

图4为充电单元的电路结构示意图；

图5为逆变单元的电路结构示意图；

图6为直流充电单元的电路结构示意图；

图7为实施例流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

一种基于储能电池的电动汽车充电控制方法，如图1所示和图7所示，具体步骤如下：

1)判断储能电池的能量是否高于预设的充电下限，若低于充电下限则转向步骤2)，若高于充电下限则转入步骤3)。

2)通过固定交流电源为储能电池或电动汽车充电；当有电动汽车需要充电时，固定电源为电动汽车充电；当没有电动汽车需要充电时，固定电源为储能电池充电。固定交流电源为储能电池具体方法为：将固定交流电源转换为直流电为储能电池充电，即慢速充电。固定交流电源为电动汽车充电的具体方法为：将固定交流电源输出的交流电转换为直流电；将直流电转换为高频交流电；将高频交流电转换为直流电为电动汽车充电，即快速充电。

3)监测判断是否有电动汽车需要充电，若没有电动汽车需要充电则转入步骤4)，若有电动汽车需要充电则转入步骤5)；

4)固定交流电源为储能电池充电，直到储能电池充满进行电动汽车充电监测或有电动汽车需要充电转入步骤5)。固定交流电源为储能电池具体方法为：将固定交流电源转换为直流电为储能电池充电，即慢速充电。

5)通过储能电池为电动汽车充电，直到电动汽车充满转入步骤3)或储能电池能量低于充电下限且电动汽车未充满电，转入步骤2)。储能电池为电动汽车充电的具体方法为：将储能电池的直流电转换为高频交流电；将高频交流电转换为直流电为电动汽车充电，即快速充电。

在以上充电情况中，都是通过将高频交流电转换为直流电为电动汽车充电，电动汽车充电效率快，用户体验好；在没有电动汽车需要充电时，可以通过固定交流电源为储能电池充电，再通过储能电池为电动汽车充电，可以降低在用电高峰期对电网的依赖和影响。

一种基于储能电池的电动汽车充电控制装置，如图2所示，包括有与固定交流电源电连接的交流充电接口、充电单元、储能电池单元、逆变单元、直流充电单元、与电动汽车电连接的直流充电接口和能量管理系统；

交流充电接口，如图3所示，包括交流220v市电接口和单相交流充电桩接口，电能输入经过交流充电单元给电池充电。

充电单元，如图4所示，包括交流充电控制和ac/dc两部分，充电单元与交流充电接口连接，将交流电通过ac/dc转化为直流电，接入直流母线，给储能电池单元充电；同时，所述充电单元与逆变单元连接，通过直流母线与储能电池单元一起给逆变单元提供快速放电能力。

逆变单元，如图5所示，与充电单元、储能电池单元连接，将两者处传输的直流电逆变成高频交流电。逆变单元使用直流端供电，直流端上电后可设置自动启动逆变输出。逆变器采用dc/ac结构，三个模块可按120°相位角度输出。

直流充电单元，如图6所示，包括直流充电控制模块和ac/dc两部分，与逆变单元、直流充电接口连接，将逆变单元传输的高频交流电整流成电动汽车所需的直流电。

储能电池单元，包括储能电池和bms电池管理系统，与充电单元、逆变单元、能量管理系统电连接，通过通信与能量管理系统通信，响应能量管理系统的功率限制指令。

所述直流充电接口，与待充电的电动汽车相连接，为电动汽车提供大功率充电。

能量管理系统采集数据并控制充电单元、逆变单元、直流充电模组、电池储能单元的运行，控制管理各功能单元，完成交流输入、直流母线、储能电池、逆变及直流输出系统相关的状态监控，数据采集，历史数据库维护查询等功能。在能量管理系统的控制下，通过交流充电接口对储能电池进行充电，给电动汽车充电时，储能电池通过逆变单元和直流接口对电动汽车进行快速充电；电网也通过交流充电接口与储能电池并联在直流母线上，为电动汽车充电提供补充功率。

bms电池管理系统使用直流系统供电，实时显示电池总电压、soc剩余电量等参数，并具有完备的锂电池保护功能。储能系统的电池管理系统采用三层构架，由1个bams电池系统单元管理系统负责统一管理，对应的2个电池单元分别由2个bcms电池簇管理系统分别管理，每个bcms电池簇管理系统下面有bmu电池管理单元负责管理电池箱。bms电池管理系统的主要功能包括电池模拟量高精度监测及上报，电池系统运行报警、报警本地显示及上报，电池系统保护功能，自诊断功能，均衡功能，运行参数设定功能，运行状态显示功能，事件及历史数据存储功能，电池组串接入/退出运行功能，电池系统容量标定及soc标定功能。

能量管理系统中包括一套监控系统，该系统能完成交流输入、直流母线、储能电池、逆变及直流输出系统相关的状态监控，数据采集，电能计量等功能，并完成与业主既有平台的信息交换及指令传递。监控系统主要功能包括就地监测系统监控、逆变单元监控、电池管理系统监控及智能切换提供监控。其中，就地监测系统监控负责采集储能电池和逆变器的遥信和遥测数据，接受来自上层监控系统的远方指令，并下达控制命令至电池管理系统和逆变器就地控制器；同时，也能够根据上层监控系统的要求向其上传整个储能电池单元的实时运行数据、环境数据等。电池管理系统监控用于监测、评估及保护电池运行状态；逆变单元监控用于对逆变器的工作状态进行监测和控制。

能量管理系统包括有系统控制、数据处理、安全机制管理、系统报警和数据通信五大功能：

(1)系统控制

储能电池单元控制：接收上层监控系统的远方指令，设定或调整储能电池单元的运行状态和方式。

逆变器控制：根据上层监控系统控制指令等信号自动调节有功输出，确保其最大输出功率及功率变化率不超过给定值，以便保证输出稳定性。

系统参数设定：设定充电上限电压、放电下限电压、电池运行最高温度、电池运行最低温度、电池组串过流门限、电池组串短路保护门限等。

系统故障诊断：自动判断储能电池单元故障，给出故障诊断信息并执行相应的响应动作。

系统对时：系统能接收irig-b(dc)信号对装置进行对时。

(2)数据处理

数据采集：通过各种传感器、a/d模块、i/o模块采集储能电池和逆变器的运行状态数据。

实时数据：对下位机采集的数据进行实时的显示、计算、分析。保证每1s刷新一次系统运行状态信息。历史数据：对存储在数据库中的历史数据进行显示、计算、分析。数据处理的对象包括：电堆端电压、电池系统的电压、温度、电流、soc、dod，电池系统的能量/功率可调节深度等；

(3)安全机制：包括用户管理和权限管理。

(4)系统报警：对电池系统和逆变器的运行状态进行在线实时监视，采用声光报警方式提示设备出现的故障，并对故障原因及故障时间进行记录。监控的故障信息包括：电池过压、欠压、过温、低温、过流，交流电压过高、过低，交流频率过高、过低，直流电压过高、过低等；逆变器过载、过热、短路，散热器过热、dsp故障、通讯失败等。

(5)数据通信：系统提供多样灵活的通信方式，系统主要采用以太网通信和gprs、4g等无线通信方式，同时，系统也能根据具体的应用需求提供其他的标准通信接口，如rs232/rs485、can等，系统所提供的对外通信协议均符合相关行业规约以及通信标准。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。