一种交直流输入储能充电系统及其控制方法与流程

1.本发明涉及电动汽车充电技术及化学电池储技术领域，尤其涉及一种交直流输入储能充电系统及其控制方法。


背景技术：

2.面对日益紧迫的能源危机，我国电动汽车应用规模不断扩大，工程车辆也逐步实现电动化。我国充电设施配套建设虽初具规模，但充电站多建设在城市内部，服务范围难以辐射到郊区、乡村等地区。工程车工作地点多在荒野工地、乡村工地、郊区工地、城市工地等，工程车对充电时间及补电地点都有较高的需求。现有充电设备多建设在城市中心，距离施工现场较远，电动工程车续航比起传统燃油车辆仍有较大差距，频繁远距离的充电将会在往返路程上消耗较多的时间与电量，从而导致电动工程车的工作效率大大降低，阻碍了电动工程车的普及应用。交流直流双输入储能充电系统具有能量存储、支持交直流电源输入、可移动的特点，能够在电动工程车的工作现场为其提供快速充电服务。


技术实现要素：

3.基于现有技术的上述情况，本发明的目的在于提供一种交直流输入储能充电系统及其控制方法，优先利用交流电源，储能装置补充，满足车辆充电需求，能够实现不同场景下多种工作模式的自动智能运行。
4.为达到上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种交直流输入储能充电系统，包括交流输入端、直流输入端、直流输出端、储能装置、切换装置、交直流双输入装置和主控制器；
5.所述交流输入端和直流输入端通过切换装置和交直流双输入装置与直流输出端以及储能装置相连；
6.所述主控制器与所述储能装置、切换装置和交直流双输入装置通讯连接，对所述切换装置和交直流双输入装置进行控制，以从所述直流输出端输出直流电源或者对所述储能装置进行充电。
7.进一步的，所述交直流双输入装置包括交流输入接口、直流输入接口和直流输出接口；
8.所述交直流双输入装置对所输入的交流电源或直流电源进行功率变换。
9.进一步的，所述切换装置包括第一开关、第二开关、第三开关、第四开关和第五开关；
10.所述第一开关设置于所述交流输入端和所述交流输入接口之间；
11.所述第四开关设置于所述直流输出端和所述直流输出接口之间；
12.所述第五开关设置于所述储能单元和所述直流输出接口之间；
13.所述第三开关和第二开关依次连接于所述直流输入端和所述直流输入接口之间；
14.所述第三开关和第二开关之间的连接点连接至所述储能装置。
15.根据本发明的第二个方面，提供了一种如本发明第一个方面所述的交直流输入储能充电系统的控制方法，包括：
16.获取直流输出端的负载用电需求功率p
ev
、交流输入端的交流输入功率p
ac
、交流输入端的交流输入最大功率p
acmax
、直流输入端的直流输入功率p
dc
、以及储能装置的功率p
es
；
17.根据该p
ev
、p
ac
、p
acmax
、p
dc
和p
es
的值，控制所述切换装置中的各开关开通或关断，以从所述直流输出端输出直流电源为负载充电或者对所述储能装置进行充电。
18.进一步的，所述根据该p
ev
、p
ac
、p
acmax
、p
dc
和p
es
的值，控制所述切换装置中的各开关开通或关断，以从所述直流输出端输出直流电源为负载充电或者对所述储能装置进行充电，包括：
19.若p
ev
＜p
acmax
，则控制所述第一开关和第四开关闭合，所述交流输入端的交流电源经所述交直流双输入充电装置变换后输出直流电源。
20.进一步的，所述根据该p
ev
、p
ac
、p
acmax
、p
dc
和p
es
的值，控制所述切换装置中的各开关开通或关断，以从所述直流输出端输出直流电源为负载充电或者对所述储能装置进行充电，包括：
21.若p
ev
＞p
acmax
，则控制所述第一开关、第二开关和第四开关闭合，所述交流输入端的交流电源和所述储能装置的输出均经所述交直流双输入充电装置变换后输出直流电源。
22.进一步的，所述根据该p
ev
、p
ac
、p
acmax
、p
dc
和p
es
的值，控制所述切换装置中的各开关开通或关断，以从所述直流输出端输出直流电源为负载充电或者对所述储能装置进行充电，包括：
23.若p
ac
＝0，则控制所述第二开关和第四开关闭合，所述储能装置的输出经所述交直流双输入充电装置变换后输出直流电源。
24.进一步的，还包括，
25.若p
ac
＝0且p
es
＞p
esth
，则控制所述第二开关和第四开关闭合，所述储能装置的输出经所述交直流双输入充电装置变换后输出直流电源；其中，所述p
esth
为储能装置低功率阈值。
26.进一步的，所述根据该p
ev
、p
ac
、p
acmax
、p
dc
和p
es
的值，控制所述切换装置中的各开关开通或关断，以从所述直流输出端输出直流电源为负载充电或者对所述储能装置进行充电，包括：
27.若p
ev
＝0且p
es
＜p
esth
，则控制所述第一开关和第五开关闭合，所述交流输入端的交流电源经所述交直流双输入充电装置变换后为所述储能装置充电；其中，所述p
esth
为储能装置低功率阈值。
28.进一步的，所述根据该p
ev
、p
ac
、p
acmax
、p
dc
和p
es
的值，控制所述切换装置中的各开关开通或关断，以从所述直流输出端输出直流电源为负载充电或者对所述储能装置进行充电，包括：
29.若p
dc
＞p
dcth
，则控制所述第三开关闭合，所述直流输入端的直流电源为所述储能装置充电；其中，所述p
dcth
为直流输入端充电阈值。
30.综上所述，本发明提供了一种交直流输入储能充电系统及其控制方法，该系统包括交流输入端、直流输入端、直流输出端、储能单元、切换单元和交直流双输入单元，通过交流输入端输入的交流电源或直流输入端输入的直流电源对系统中的储能装置进行补电，通
过交直流双输入单元中的ac/dc或dc/dc变换后对电动工程车进行快速充电，系统主控制器控制各开关的通断，实现各种工作模式的切换，系统主控制器与交直流双输入装置和储能装置通过通讯连接，控制交直流双输入装置的启停及储能装置的充放电。本发明所提供的技术方案优先利用交流电源，储能装置补充，满足车辆充电需求，能够实现不同场景下多种工作模式的自动智能运行。
附图说明
31.图1是本发明交直流输入储能充电系统的构成框图；
32.图2是交直流输入储能充电系统控制方法的流程图。
具体实施方式
33.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。
34.下面结合附图对本发明的技术方案进行详细说明。根据本发明的一个实施例，提供了一种交直流输入储能充电系统，该交直流输入储能充电系统的构成框图如图1所示，该系统包括交流输入端、直流输入端、直流输出端、储能装置、切换装置、交直流双输入装置和主控制器，所述交流输入端和直流输入端通过切换装置和交直流双输入装置与直流输出端以及储能装置相连；所述主控制器与所述储能装置、切换装置和交直流双输入装置通讯连接，对所述切换装置和交直流双输入装置进行控制，以从所述直流输出端输出直流电源或者对所述储能装置进行充电。所述交直流双输入装置包括交流输入接口、直流输入接口和直流输出接口；所述交直流双输入装置对所输入的交流电源或直流电源进行功率变换。交流输入端用于连接交流电源，直流输入端用于连接直流电源，该系统也可利用储能装置作为直流输出端的能量来源。交直流双输入充电装置将输入交流和/或直流电源的能量经变换后输出直流能量，直流输出端可通过充电连接器连接电动汽车为其充电；也可通过系统内切换装置中的各开关使输出连接到储能装置为其中的储能电池补电。直流电源例如可以为直流插座，直流插座是电动汽车传导充电用标准连接装置，直流插座可以连接系统储能装置，从而利用公共直流充电桩的直流插座为储能装置补电。系统主控制器用于监测各输入端状态、储能装置状态及充电连接器状态，并采集和计算电动汽车需求功率及输入可用功率，根据不同应用场景制定详细的控制策略，通过控制回路中各接触器的闭合和关断改变系统的工作模式。
35.所述切换装置包括第一开关k1、第二开关k2、第三开关k3、第四开关k4和第五开关k5，如图1所示，所述第一开关k1设置于所述交流输入端和所述交流输入接口之间；所述第四开关k4设置于所述直流输出端和所述直流输出接口之间；所述第五开关k5设置于所述储能单元和所述直流输出接口之间；所述第三开关k3和第二开关k2依次连接于所述直流输入端和所述直流输入接口之间；所述第三开关k3和第二开关k2之间的连接点连接至所述储能装置。
36.本发明实施例的系统主控制器可以按照设定的优先级顺序控制直流插座输入为
储能装置补电、交流输入为电动汽车充电、储能电池输入为电动汽车充电、交流输入为储能电池补电。系统在使用外部直流充电桩通过本系统的直流插座为储能电池补电时，系统不对其它电动车辆提供服务，此场景下只有通过直流插座输入为储能电池补电这一种工作状态。本系统配置到应用现场时，交流电源接入，系统可对电动汽车提供充电服务，系统共三种工作模式，其中交流输入为电动汽车充电的优先级高于储能电池输入为电动汽车充电，储能电池输入为电动汽车充电的优先级高于交流输入为储能电池补电。
37.根据本发明的第二个实施例，提供了一种如本发明第一个实施例所述的交直流输入储能充电系统的控制方法，包括如下步骤：
38.获取直流输出端的负载用电需求功率p
ev
、交流输入端的交流输入功率p
ac
、交流输入端的交流输入最大功率p
acmax
、直流输入端的直流输入功率p
dc
、以及储能装置的功率p
es
；
39.根据该p
ev
、p
ac
、p
acmax
、p
dc
和p
es
的值，控制所述切换装置中的各开关开通或关断，以从所述直流输出端输出直流电源为负载充电或者对所述储能装置进行充电。
40.其中，所述根据该p
ev
、p
ac
、p
acmax
、p
dc
和p
es
的值，控制所述切换装置中的各开关开通或关断，以从所述直流输出端输出直流电源为负载充电或者对所述储能装置进行充电，包括以下几种情况：
41.若p
ev
＜p
acmax
，则控制所述第一开关和第四开关闭合，所述交流输入端的交流电源经所述交直流双输入充电装置变换后输出直流电源。
42.若p
ev
＞p
acmax
，则控制所述第一开关、第二开关和第四开关闭合，所述交流输入端的交流电源和所述储能装置的输出均经所述交直流双输入充电装置变换后输出直流电源。
43.若p
ac
＝0且p
es
＞p
esth
，则控制所述第二开关和第四开关闭合，所述储能装置的输出经所述交直流双输入充电装置变换后输出直流电源；其中，所述p
esth
为储能装置低功率阈值。
44.若p
ev
＝0且p
es
＜p
esth
，则控制所述第一开关和第五开关闭合，所述交流输入端的交流电源经所述交直流双输入充电装置变换后为所述储能装置充电；其中，所述p
esth
为储能装置低功率阈值。
45.若p
dc
＞p
dcth
，则控制所述第三开关闭合，所述直流输入端的直流电源为所述储能装置充电；其中，所述p
dcth
为直流输入端充电阈值。
46.以下以一个为电动车充电的实例进行说明。图2中示出了交直流输入储能充电系统控制方法的流程图，包括以下步骤：
47.s1、判断储能装置是否接收到插枪信号；若是，则进行直流充电桩补电流程；若否，则执行下一步骤；
48.s2、判断充电枪是否连接到车辆；若是，则进行交流电源充电流程；若否，则进入交流电源补电流程。
49.其中，步骤s1中，直流充电桩补电流程包括：
50.采用外部直流桩为储能电池补电；
51.判断补电是否完成；若完成，则停止补电并断开与外部直流桩的连接；若未完成，则返回上一步继续补电。
52.其中，步骤s2中，交流电源充电流程包括：
53.判断交流输入端的交流电源是否可用；
54.若是，则采用交流电源经过变换后从直流输出端输出电源为车辆(例如为工程车)充电；判断充电是否完成；若完成，则停止充电；若未完成，则返回上一步继续充电；
55.若否，则判断储能装置的电量是否大于等于低功率阈值；
56.若是，则采用该储能装置经过变换后从直流输出端输出电源为车辆(例如为工程车)充电；判断充电是否完成；若完成，则停止充电；若未完成，则返回上一步继续充电；若否，则提示储能装置电容量不足。
57.其中，步骤s2中，交流电源补电流程包括：
58.判断交流输入端的交流电源是否可用；
59.若否，则结束该流程；若是，则判断储能装置的电量是否小于等于低功率阈值；若否，则结束该流程；若是，则采用交流电源经过变换后为储能装置补电；
60.判断插枪是否连接车辆；若是，则停止补电；若否，判断补电是否完成；若完成，则停止补电；若未完成，则返回上一步继续补电。
61.在该实例中，对各步骤中电量的判断方法，以及控制交流输入端、直流输入端或者储能装置输出充电电源，或者控制交流输入端、直流输入端为储能装置充电的控制方法可以参见本发明第二个实施例中所提供的技术方案。
62.综上所述，本发明涉及一种交直流输入储能充电系统及其控制方法，该系统包括交流输入端、直流输入端、直流输出端、储能单元、切换单元和交直流双输入单元，通过交流输入端输入的交流电源或直流输入端输入的直流电源对系统中的储能装置进行补电，通过交直流双输入单元中的ac/dc或dc/dc变换后对电动工程车进行快速充电，系统主控制器控制各开关的通断，实现各种工作模式的切换，系统主控制器与交直流双输入装置和储能装置通过通讯连接，控制交直流双输入装置的启停及储能装置的充放电。本发明所提供的技术方案优先利用交流电源，储能装置补充，满足车辆充电需求，能够实现不同场景下多种工作模式的自动智能运行。
63.应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。