基于光伏阵列和储能单元的电动汽车充放电系统的制作方法
基于光伏阵列和储能单元的电动汽车充放电系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及新能源汽车领域，尤其涉及电动汽车充放电技术，具体来说就是一种基于光伏阵列和储能单元的电动汽车充放电系统。
【背景技术】
[0002]当前，我国电动汽车行业发展十分迅猛，电动汽车保有量飞速增长。电动汽车充电设施是电动汽车推广应用的重要保障，因此，电动汽车充电站的建设也受到越来越多的关注。但是当前电动汽车充电站一般都直接接入现有电力系统，而现有电力系统中的电能大部分来自于火力发电技术。因此，从这个角度来看，电动汽车并不是真正意义上的“绿色”交通工具。在新能源发电领域，太阳能光伏发电作为一种主要可再生能源发电形式，也得到了国家诸多政策扶持，而电动汽车本身也已经纳入了我国的环境保护发展规划。结合这两大背景，将光伏发电和电动汽车充电设施有机整合到一起，实现二者的有机集成，不仅可提高电动汽车的清洁能源利用率，使其成为真正意义上的绿色交通工具，还能协助解决可再生能源并网的间歇性问题，降低大规模分布式光伏发电接入对配电网的影响。
[0003]近年来，国内外已经有光伏电动汽车充电站的相关研究，并建设了部分示范工程。但是，当前大部分研究都是集中于光伏和电动汽车充电粧两者的组合，较少关注充电站的建设。
[0004]因此，本领域技术人员亟需研发一种电动汽车充电系统，减小电动汽车大规模接入对电网的影响，并解决光伏发电时间段与电动汽车充电时间段不匹配的问题。
【发明内容】
[0005]有鉴于此，本发明需要解决的技术问题在于提供一种基于光伏阵列和储能单元的电动汽车充放电系统，解决现有技术中电动汽车大规模接入对电网的影响，以及光伏发电时间段与电动汽车充电时间段不匹配的问题。
[0006]为了解决上述技术问题，本发明的一个【具体实施方式】提供一种基于光伏阵列和储能单元的电动汽车充放电系统，包括:光伏阵列，用于将光能转化成电能;能量管理系统，与所述光伏阵列连接，用于管理电动汽车充放电系统的运行;储能单元，与所述能量管理系统连接，用于所述光伏阵列的输出电流高于预设阈值时存储所述光伏阵列转化的电能；充放电单元，与所述能量管理系统连接，用于所述能量管理系统对电动汽车进行充电或者电动汽车向所述能量管理系统放电。
[0007]根据本发明的上述【具体实施方式】，可以得知基于光伏阵列和储能单元的电动汽车充放电系统至少具有以下有效效果或特点:由光伏阵列、储能单元、能量管理系统(EMS)、电网开关和充放电单元等组成，利用太阳能向电动汽车充电，实现真正意义上的绿色、零排放;光伏阵列产生的电能过剩时，电网开关闭合，电动汽车充放电系统接入电网，将剩余电能上传给电网，降低电网峰谷差；当光伏阵列产生的电能不足时，电网开关闭合，电动汽车充放电系统接入电网，利用电网上的电能给电动汽车充电，保证电动汽车充放电系统的正常运转；电动汽车与电动汽车充放电系统之间可以实现双向能量流动，电动汽车不仅可以按照优先级别从光伏阵列、储能单元或电网吸收电能，同时也能向电网或储能单元释放电能，提高清洁能源利用率，从而可以用电动汽车配合储能电池进行“削峰填谷”，从而最大限度降低电网峰谷差，提高电网运行经济技术特性，促进新能源汽车的发展。
[0008]应了解的是，上述一般描述及以下【具体实施方式】仅为示例性及阐释性的，其并不能限制本发明所欲主张的范围。
【附图说明】
[0009]下面的所附附图是本发明的说明书的一部分，其绘示了本发明的示例实施例，所附附图与说明书的描述一起用来说明本发明的原理。
[0010]图1为本发明【具体实施方式】提供的一种基于光伏阵列和储能单元的电动汽车充放电系统的具体实施例一的结构示意图；
[0011]图2为本发明【具体实施方式】提供的一种基于光伏阵列和储能单元的电动汽车充放电系统的具体实施例二的结构示意图；
[0012]图3为本发明【具体实施方式】提供的一种基于光伏阵列和储能单元的电动汽车充放电系统的具体实施例三的结构示意图；
[0013]图4为本发明【具体实施方式】提供的一种基于光伏阵列和储能单元的电动汽车充放电系统的具体实施例四的结构示意图；
[0014]图5为本发明【具体实施方式】提供的一种基于光伏阵列和储能单元的电动汽车充放电系统的具体实施例五的结构示意图；
[0015]图6为本发明【具体实施方式】提供的一种基于光伏阵列和储能单元的电动汽车充放电系统的整体结构示意图。
【具体实施方式】
[0016]为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面将以附图及详细叙述清楚说明本发明所揭示内容的精神，任何所属技术领域技术人员在了解本
【发明内容】
的实施例后，当可由本
【发明内容】
所教示的技术，加以改变及修饰，其并不脱离本
【发明内容】
的精神与范围。
[0017]本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。另外，在附图及实施方式中所使用相同或类似标号的元件/构件是用来代表相同或类似部分。
[0018]关于本文中所使用的“第一”、“第二”、…等，并非特别指称次序或顺位的意思，也非用以限定本发明，其仅为了区别以相同技术用语描述的元件或操作。
[0019]关于本文中所使用的方向用语，例如:上、下、左、右、前或后等，仅是参考附图的方向。因此，使用的方向用语是用来说明并非用来限制本创作。
[0020]关于本文中所使用的“包含”、“包括”、“具有”、“含有”等等，均为开放性的用语，SP意指包含但不限于。
[0021]关于本文中所使用的“及/或”，包括所述事物的任一或全部组合。
[0022]关于本文中所使用的用语“大致”、“约”等，用以修饰任何可以微变化的数量或误差，但这些微变化或误差并不会改变其本质。一般而言，此类用语所修饰的微变化或误差的范围在部分实施例中可为20%，在部分实施例中可为10%，在部分实施例中可为5%或是其他数值。本领域技术人员应当了解，前述提及的数值可依实际需求而调整，并不以此为限。
[0023]某些用以描述本申请的用词将于下或在此说明书的别处讨论，以提供本领域技术人员在有关本申请的描述上额外的引导。
[0024]图1为本发明【具体实施方式】提供的一种基于光伏阵列和储能单元的电动汽车充放电系统的具体实施例一的结构示意图，如图1所示，电动汽车充放电系统包括光伏阵列、能量管理系统(EMS)、储能单元、充放电单元，光伏阵列将日光转换成电能，转换的电能如果不能及时被电动汽车利用，可以存储在储能单元中，充放电单元可以将光伏阵列转化的电能或储能单元存储的电能输送给电动汽车，也可以将电动汽车多余的电能收回，存储在储能单元中。
[0025]该附图【具体实施方式】中，所述电动汽车充放电系统包括光伏阵列10、能量管理系统20、储能单元30、充放电单元40，其中，光伏阵列10用于将光能转化成电能；能量管理系统20与所述光伏阵列10连接，能量管理系统20用于管理电动汽车充放电系统的运行;储能单元30与所述能量管理系统20连接，储能单元30用于所述光伏阵列10的输出电流高于预设阈值时存储所述光伏阵列10转化的电能，本发明的具体实施例中，预设阈值为50A，本发明不以此为限；充放电单元40与所述能量管理系统30连接，充放电单元40用于所述能量管理系统30对电动汽车进行充电或者电动汽车向所述能量管理系统30放电。本发明具体实施例中，光伏阵列10可以采用满发功率为150Wp?200Wp的多晶硅材料面板，并且通常将光伏阵列10设置于电动汽车的充电车棚上，既不占用空间，而且采光效果好，同时充电车棚也可以给电动汽车遮风挡雨。
[ 0026]参见图1，将没有污染的太阳能转换成电能供电动汽车使用，实现真正意义上的绿色、零排放;将白天光伏阵列10转换的不能及时被电动汽车用尽的电能存储在储能单元30中，供应给夜晚需要充电的电动汽车;利用充放电单元40，电动汽车与电动汽车充放电系统之间可以实现双向能量流动，电动汽车不仅可以从光伏、储能电池吸收电能，同时也能向储能电池释放电能，例如，电动汽车的荷电状态(S0C)低于30%时，所述充放电单元40对电动汽车充电；电动汽车的荷电状态高于80%时，所述充放电单元40从电动汽车获得电能。可以用电动汽车配合储能电池进行“削峰填谷”，从而最大限度降低电网峰谷差，提高电网运行经济技术特性。
[0027]本发明的一个具体实施例中，所述储能单元30的总容量E的计算公式为:
[0028]Ε=(1.1 ?1.2)ΡΤ
[0029]其中，Ε为储能单元的总容量，单位为瓦特;Ρ为光伏阵列的满发功率，单位为Wp;T为每日最大可利用光照小时数，单位为小时。即储能单元30的总容量E略微大于全年中日照时间最长的当天，所有光伏阵列转换的电能之和，这样既保证转换的电能过多而不能及时被电动汽车利用而白白浪费掉，又不会导致储能单元容量的浪费。
[0030]图2为本发明【具体实施方式】提供的一种基于光伏阵列和储能单元的电动汽车充放电系统的具体实施例二的结构示意图，如图2所示，电动汽车充放电系统还包括直流斩波器(DC/DC，也称为直流变换器)，用于调节所述光伏阵列的输出电压。
[0031]该附图【具体实施方式】中，所述电动汽车充放电系统还包括直流斩波器50，其中，直流斩波器50设置于所述光伏阵列10和所述能量管理系统30之间，直流斩波器50用于调节所述光伏阵列10的输出电压。
[0032]参见图2，直流斩波器50可以为截波器，直流斩波器是一种直流对直流的转换器，直流斩波器50可以为电动汽车充放电系统提供所需的电压，满足电能存储及电动汽车充电的需求。
[0033]图3为本发明【具体实施方式】提供的一种基于光伏阵列和储能单元的电动汽车充放电系统的具体实施例三的结构示意图，如图3所示，电动汽车充放电系统还包括电网开关，如果光伏阵列10转换的电能不能被电动汽车及时利用，且储能单元30不能够完全存储时，可以将这部分电能输送到电网上，供其它电力设备使用，提高了清洁能源利用效率，而且可以增加电动汽车充放电系统管理人员的收益;并且，如果电动汽车电能过多，回送到电动汽车充放电系统，而且储能单元30不能够完全存储这部分回送电能时，也可以将这部分电能输送到电网上，供其它电力设备使用，提高了清洁能源利用效率，而且可以增加电动汽车所有人的收益。与之相反，如果光伏阵列10转换的电能不够电动汽车使用，且储能单元30存储的电能也不能满足电动汽车充电，需要利用电网上的电能给电动汽车充电，保证电动汽车充放电系统的正常运转。
[0034]该附图【具体实施方式】中，所述电动汽车充放电系统还包括电网开关60，其中，电网开关60与所述能量管理系统30连接，电网开关60用于所述光伏阵列10的输出电流低于第一阈值，且所述储能单元30的输出电流低于第二阈值时，将所述能量管理系统30与电网接通，以便利用电网上的电能给电动汽车充电。本发明的具体实施例中，第一阈值可以为50A，第二阈值可以为25A，本发明不以此为限。
[0035]参见图3，光伏阵列10的输出电流低于第一阈值，且储能单元30的输出电流低于第二阈值，说明阳光不足，光伏阵列10转换的电能不够电动汽车使用，且储能单元30存储的电能也不能满足电动汽车充电，此时，需要将能量管理系统30与电网接通，即利用电网上的电能给电动汽车充电，从而保证电动汽车充放电系统正常运营，例如遇到阴雨连绵的天气，光伏阵列10转换的电能根据无法满足电动汽车充电需求，而且储能单元30中的电能也已经被电动汽车用完，此时需要利用电网上的电能给电动汽车充电。
[0036]本发明其它具体实施例中，所述电网开关60还用于所述光伏阵列10的输出电流高于第三阈值，且所述储能单元30的输出电流高于第四阈值时，将所述能量管理系统30与电网接通，以便电动汽车充放电系统向电网上传电能。如果电网开关60转换的电能不能被电动汽车及时利用，而且储能单元30内已经存满电能，为了保证光伏阵列10转换的电能不浪费，需要电网将这部分电能回收，供应给其它用户设备(包括电动汽车、家用电器等)，同时可以给电动汽车充放电系统管理人员带来收益;此外，当电动汽车向电动汽车充放电系统回送电能时，如果储能单元30内的电能已满，也需要将电动汽车回送的这部分电能输给电网，提高清洁能源利用率，同时给电动汽车所有人带来收益，由于储能单元30不能存储的电能可以被电网回收，因此，储能单元30的总容量可以小于全年中日照时间最长的当天，所有光伏阵列转换的电能之和，优先实施例中，储能单元30的总容量可以取全年平均每天日照时长，所有光伏阵列转换的电能之和，从而减小不必要的硬件设施投入，降低成本。本发明的具体实施例中，第三阈值可以为75A，第四阈值可以为50A，本发明不以此为限。
[0037]图4为本发明【具体实施方式】提供的一种基于光伏阵列和储能单元的电动汽车充放电系统的具体实施例四的结构示意图，如图4所示，由于电网通常为220V或380V的交流电，而电动汽车充放电系统内使用的是直流电，因此需要利用双向逆变器(AC/DC转换器与DC/AC转换器)进行交流电与直流电之间的转换。
[0038]该附图【具体实施方式】中，所述电动汽车充放电系统还包括双向逆变器70，双向逆变器70与所述电网开关60连接，双向逆变器70用于交流电与直流电之间的相互转换。本发明的其它具体实施例中，电动汽车充放电系统还可以包括变压器，以便将电网电压转换成能够被电动汽车利用的电压，或者将电动汽车充放电系统的电压转换成220V或380V的电压，以免电动汽车充放电系统对电网造成扰动。
[0039]参见图4，双向逆变器70用于电动汽车充放电系统与电网之间交流电与直流电的相互转换，让本发明的电动汽车充放电系统与现有电动汽车充放电系统相兼容，既提高清洁能源利用率，又保证电动汽车充放电系统正常运转，满足社会发展需求。
[0040]图5为本发明【具体实施方式】提供的一种基于光伏阵列和储能单元的电动汽车充放电系统的具体实施例五的结构示意图，如图5所示，为了实时获得光伏阵列10的输出电流，从而追踪到最高电压电流值(VI，即最大功率值)，使光伏阵列10以最大功率输出对储能单元或电动汽车充电，从而决定是否利用电网的电能，或者向电网回送电能，电动汽车充放电系统还包括MPPT (最大功率点跟踪)控制器。
[0041 ]该附图【具体实施方式】中，所述电动汽车充放电系统还包括MPPT控制器80，其中，MPPT控制器80设置于所述光伏阵列10和所述能量管理系统30之间，MPPT控制器80用于实时检测所述光伏阵列10的输出电流。输出电流越小，说明发电量越小，光伏阵列10转换的电能就很难满足电动汽车的用电需求。
[0042]参见图5，MPPT控制器能够实时检测光伏阵列10的输出电流，并追踪最高电压电流值(VI)，使光伏阵列10以最大功率输出对储能单元30或电动汽车充电，进一步提高清洁能源的利用率。
[0043]图6为本发明【具体实施方式】提供的一种基于光伏阵列和储能单元的电动汽车充放电系统的整体结构示意图，如图6所示，电动汽车充放电系统包括光伏阵列10、能量管理系统20、储能单元30、充放电单元40、直流斩波器50、电网开关60、逆变器70、MPPT控制器80、变压器等，光伏阵列10、储能单元30、电网均能为电动汽车提供电能，正常顺序是，光伏阵列10优先向电动汽车充电，当光伏阵列10不 能满足电动汽车充电时，利用储能单元30内的电能向电动汽车充电，当储能单元30内的电能也不能满足电动汽车充电时，电网开关60闭合，利用电网上的电能给电动汽车充电，因此，光伏阵列10转换的电能首先供应电动汽车，当电动汽车不能及时利用(用不完)时，存入储能单元30，储能单元已满时，电网开关60闭合，电网回收这部分多余的电能，避免清洁能源的浪费。同理，电动汽车将多余电能通过充放电单元40回送到电动汽车充放电系统时，首先供其它电动汽车充电，如果其它电动汽车不能及时利用，存入储能单元30，储能单元已满时，电网开关60闭合，电网回收这部分多余的电能，避免清洁能源的浪费。电动汽车与电动汽车充放电系统之间可以实现双向能量流动，电动汽车不仅可以从光伏阵列10、储能单元30或电网吸收电能，同时也能向电网或储能单元30释放电能，可以用电动汽车配合储能单元30进行“削峰填谷”，从而最大限度降低电网峰谷差，提高电网运行经济技术特性。
[0044]本发明提供一种基于光伏阵列和储能单元的电动汽车充放电系统至少具有以下有效效果或特点:由光伏阵列、储能单元、能量管理系统(EMS)、电网开关和充放电单元等组成，利用太阳能向电动汽车充电，实现真正意义上的绿色、零排放;光伏阵列产生的电能过剩时，电网开关闭合，电动汽车充放电系统接入电网，将剩余电能上传给电网，降低电网峰谷差；当光伏阵列产生的电能不足时，电网开关闭合，电动汽车充放电系统接入电网，利用电网上的电能给电动汽车充电，保证电动汽车充放电系统的正常运转；电动汽车与电动汽车充放电系统之间可以实现双向能量流动，电动汽车不仅可以按照优先级别从光伏阵列、储能单元或电网吸收电能，同时也能向电网或储能单元释放电能，提高清洁能源利用率，从而可以用电动汽车配合储能电池进行“削峰填谷”，从而最大限度降低电网峰谷差，提高电网运行经济技术特性，促进新能源汽车的发展。
[0045]本发明至少还具有以下有益效果:整合了光伏发电系统、储能系统和电动汽车充放电系统，与传统电动汽车充电系统相比，本发明可以最大限度使用光伏阵列转换的清洁能源，可以实现电动汽车真正意义上的绿色节能，最大限度降低汽车尾气和二氧化碳排放。并利用储能单元实现并网、离网两种运行模式，可以对电动汽车充放电进行灵活控制，达到削峰填谷、降低电网峰谷差。在当前分布式发电与电动汽车快速发展、大规模推广背景下，利用该系统可将清洁能源与电动汽车有机结合，提高清洁能源使用效率，具有良好的经济效益和社会效益。
[0046]上述的本发明实施例可在各种硬件、软件编码或两者组合中进行实施。例如，本发明的实施例也可为在数据信号处理器(Digital Signal Processor,DSP)中执行的执行上述程序的程序代码。本发明也可涉及计算机处理器、数字信号处理器、微处理器或现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array，FPGA)执行的多种功能。可根据本发明配置上述处理器执行特定任务，其通过执行定义了本发明揭示的特定方法的机器可读软件代码或固件代码来完成。可将软件代码或固件代码发展为不同的程序语言与不同的格式或形式。也可为不同的目标平台编译软件代码。然而，根据本发明执行任务的软件代码与其他类型配置代码的不同代码样式、类型与语言不脱离本发明的精神与范围。
[0047]以上所述仅为本发明示意性的【具体实施方式】，在不脱离本发明的构思和原则的前提下，任何本领域的技术人员所做出的等同变化与修改，均应属于本发明保护的范围。
【主权项】
1.一种基于光伏阵列和储能单元的电动汽车充放电系统，其特征在于，所述电动汽车充放电系统包括: 光伏阵列(10)，用于将太阳光能转化成电能； 能量管理系统(20)，与所述光伏阵列(10)连接，用于管理电动汽车充放电系统的运行； 储能单元(30)，与所述能量管理系统(20)连接，用于所述光伏阵列(10)的输出电流高于预设阈值时存储所述光伏阵列(10)转化的电能；以及 充放电单元(40)，与所述能量管理系统(30)连接，用于所述能量管理系统(30)对电动汽车进行充电或者电动汽车向所述能量管理系统(30)放电。2.如权利要求1所述的基于光伏阵列和储能单元的电动汽车充放电系统，其特征在于，所述电动汽车充放电系统还包括: 直流斩波器(50)，设置于所述光伏阵列(10)和所述能量管理系统(30)之间，用于调节所述光伏阵列(10)的输出电压。3.如权利要求1所述的基于光伏阵列和储能单元的电动汽车充放电系统，其特征在于，所述电动汽车充放电系统还包括: 电网开关(60)，与所述能量管理系统(30)连接，用于所述光伏阵列(10)的输出电流低于第一阈值且所述储能单元(30)的输出电流低于第二阈值时将所述能量管理系统(30)与电网接通，以便利用电网上的电能给电动汽车充电。4.如权利要求3所述的基于光伏阵列和储能单元的电动汽车充放电系统，其特征在于，所述电网开关(60)还用于所述光伏阵列(10)的输出电流高于第三阈值且所述储能单元(30)的输出电流高于第四阈值时将所述能量管理系统(30)与电网接通，以便电动汽车充放电系统向电网上传电能。5.如权利要求4所述的基于光伏阵列和储能单元的电动汽车充放电系统，其特征在于，所述电动汽车充放电系统还包括: 双向逆变器(70)，与所述电网开关(60)连接，用于交流电与直流电之间的相互转换。6.如权利要求1所述的基于光伏阵列和储能单元的电动汽车充放电系统，其特征在于，所述电动汽车充放电系统还包括: MPPT控制器(80)，设置于所述光伏阵列(10)和所述能量管理系统(30)之间，用于实时检测所述光伏阵列(10)的输出电流。7.如权利要求1所述的基于光伏阵列和储能单元的电动汽车充放电系统，其特征在于，所述储能单元(30)的总容量E的计算公式为: Ε=(1.1 ?1.2)ΡΤ 其中，Ε为储能单元的总容量，单位为瓦特;Ρ为光伏阵列的满发功率，单位为Wp;T为每日最大可利用光照小时数，单位为小时。8.如权利要求1所述的基于光伏阵列和储能单元的电动汽车充放电系统，其特征在于，电动汽车的荷电状态低于30 %时，所述充放电单元(40)对电动汽车充电；电动汽车的荷电状态高于80 %时，所述充放电单元(40)从电动汽车获得电能。9.如权利要求1所述的基于光伏阵列和储能单元的电动汽车充放电系统，其特征在于，所述光伏阵列(10)采用满发功率为150Wp?200Wp的多晶硅材料面板。10.如权利要求1所述的基于光伏阵列和储能单元的电动汽车充放电系统，其特征在于，所述光伏阵列(10)设置于电动汽车的充电车棚上。
【专利摘要】本发明提供了一种基于光伏阵列和储能单元的电动汽车充放电系统，其中，该电动汽车充放电系统包括：光伏阵列，用于将光能转化成电能；能量管理系统，与所述光伏阵列连接，用于管理电动汽车充放电系统的运行；储能单元，与所述能量管理系统连接，用于所述光伏阵列的输出电流高于预设阈值时存储所述光伏阵列转化的电能；充放电单元，与所述能量管理系统连接，用于所述能量管理系统对电动汽车进行充电或者电动汽车向所述能量管理系统放电。本发明提高清洁能源利用率，可以利用电动汽车配合储能电池进行“削峰填谷”，从而最大限度降低电网峰谷差。
【IPC分类】H02J3/32, H02J7/00, H02J7/35, H02J7/02, H02J3/00
【公开号】CN105490348
【申请号】CN201610029679
【发明人】周国鹏, 方茂益, 孙志杰, 李雪梅, 王鹏伍
【申请人】国家电网公司, 国网冀北电力有限公司电力科学研究院, 华北电力科学研究院有限责任公司
【公开日】2016年4月13日
【申请日】2016年1月18日
【技术领域】
[0001]本发明涉及新能源汽车领域，尤其涉及电动汽车充放电技术，具体来说就是一种基于光伏阵列和储能单元的电动汽车充放电系统。
【背景技术】
[0002]当前，我国电动汽车行业发展十分迅猛，电动汽车保有量飞速增长。电动汽车充电设施是电动汽车推广应用的重要保障，因此，电动汽车充电站的建设也受到越来越多的关注。但是当前电动汽车充电站一般都直接接入现有电力系统，而现有电力系统中的电能大部分来自于火力发电技术。因此，从这个角度来看，电动汽车并不是真正意义上的“绿色”交通工具。在新能源发电领域，太阳能光伏发电作为一种主要可再生能源发电形式，也得到了国家诸多政策扶持，而电动汽车本身也已经纳入了我国的环境保护发展规划。结合这两大背景，将光伏发电和电动汽车充电设施有机整合到一起，实现二者的有机集成，不仅可提高电动汽车的清洁能源利用率，使其成为真正意义上的绿色交通工具，还能协助解决可再生能源并网的间歇性问题，降低大规模分布式光伏发电接入对配电网的影响。
[0003]近年来，国内外已经有光伏电动汽车充电站的相关研究，并建设了部分示范工程。但是，当前大部分研究都是集中于光伏和电动汽车充电粧两者的组合，较少关注充电站的建设。
[0004]因此，本领域技术人员亟需研发一种电动汽车充电系统，减小电动汽车大规模接入对电网的影响，并解决光伏发电时间段与电动汽车充电时间段不匹配的问题。
【发明内容】
[0005]有鉴于此，本发明需要解决的技术问题在于提供一种基于光伏阵列和储能单元的电动汽车充放电系统，解决现有技术中电动汽车大规模接入对电网的影响，以及光伏发电时间段与电动汽车充电时间段不匹配的问题。
[0006]为了解决上述技术问题，本发明的一个【具体实施方式】提供一种基于光伏阵列和储能单元的电动汽车充放电系统，包括:光伏阵列，用于将光能转化成电能;能量管理系统，与所述光伏阵列连接，用于管理电动汽车充放电系统的运行;储能单元，与所述能量管理系统连接，用于所述光伏阵列的输出电流高于预设阈值时存储所述光伏阵列转化的电能；充放电单元，与所述能量管理系统连接，用于所述能量管理系统对电动汽车进行充电或者电动汽车向所述能量管理系统放电。
[0007]根据本发明的上述【具体实施方式】，可以得知基于光伏阵列和储能单元的电动汽车充放电系统至少具有以下有效效果或特点:由光伏阵列、储能单元、能量管理系统(EMS)、电网开关和充放电单元等组成，利用太阳能向电动汽车充电，实现真正意义上的绿色、零排放;光伏阵列产生的电能过剩时，电网开关闭合，电动汽车充放电系统接入电网，将剩余电能上传给电网，降低电网峰谷差；当光伏阵列产生的电能不足时，电网开关闭合，电动汽车充放电系统接入电网，利用电网上的电能给电动汽车充电，保证电动汽车充放电系统的正常运转；电动汽车与电动汽车充放电系统之间可以实现双向能量流动，电动汽车不仅可以按照优先级别从光伏阵列、储能单元或电网吸收电能，同时也能向电网或储能单元释放电能，提高清洁能源利用率，从而可以用电动汽车配合储能电池进行“削峰填谷”，从而最大限度降低电网峰谷差，提高电网运行经济技术特性，促进新能源汽车的发展。
[0008]应了解的是，上述一般描述及以下【具体实施方式】仅为示例性及阐释性的，其并不能限制本发明所欲主张的范围。
【附图说明】
[0009]下面的所附附图是本发明的说明书的一部分，其绘示了本发明的示例实施例，所附附图与说明书的描述一起用来说明本发明的原理。
[0010]图1为本发明【具体实施方式】提供的一种基于光伏阵列和储能单元的电动汽车充放电系统的具体实施例一的结构示意图；
[0011]图2为本发明【具体实施方式】提供的一种基于光伏阵列和储能单元的电动汽车充放电系统的具体实施例二的结构示意图；
[0012]图3为本发明【具体实施方式】提供的一种基于光伏阵列和储能单元的电动汽车充放电系统的具体实施例三的结构示意图；
[0013]图4为本发明【具体实施方式】提供的一种基于光伏阵列和储能单元的电动汽车充放电系统的具体实施例四的结构示意图；
[0014]图5为本发明【具体实施方式】提供的一种基于光伏阵列和储能单元的电动汽车充放电系统的具体实施例五的结构示意图；
[0015]图6为本发明【具体实施方式】提供的一种基于光伏阵列和储能单元的电动汽车充放电系统的整体结构示意图。
【具体实施方式】
[0016]为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面将以附图及详细叙述清楚说明本发明所揭示内容的精神，任何所属技术领域技术人员在了解本
【发明内容】
的实施例后，当可由本
【发明内容】
所教示的技术，加以改变及修饰，其并不脱离本
【发明内容】
的精神与范围。
[0017]本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。另外，在附图及实施方式中所使用相同或类似标号的元件/构件是用来代表相同或类似部分。
[0018]关于本文中所使用的“第一”、“第二”、…等，并非特别指称次序或顺位的意思，也非用以限定本发明，其仅为了区别以相同技术用语描述的元件或操作。
[0019]关于本文中所使用的方向用语，例如:上、下、左、右、前或后等，仅是参考附图的方向。因此，使用的方向用语是用来说明并非用来限制本创作。
[0020]关于本文中所使用的“包含”、“包括”、“具有”、“含有”等等，均为开放性的用语，SP意指包含但不限于。
[0021]关于本文中所使用的“及/或”，包括所述事物的任一或全部组合。
[0022]关于本文中所使用的用语“大致”、“约”等，用以修饰任何可以微变化的数量或误差，但这些微变化或误差并不会改变其本质。一般而言，此类用语所修饰的微变化或误差的范围在部分实施例中可为20%，在部分实施例中可为10%，在部分实施例中可为5%或是其他数值。本领域技术人员应当了解，前述提及的数值可依实际需求而调整，并不以此为限。
[0023]某些用以描述本申请的用词将于下或在此说明书的别处讨论，以提供本领域技术人员在有关本申请的描述上额外的引导。
[0024]图1为本发明【具体实施方式】提供的一种基于光伏阵列和储能单元的电动汽车充放电系统的具体实施例一的结构示意图，如图1所示，电动汽车充放电系统包括光伏阵列、能量管理系统(EMS)、储能单元、充放电单元，光伏阵列将日光转换成电能，转换的电能如果不能及时被电动汽车利用，可以存储在储能单元中，充放电单元可以将光伏阵列转化的电能或储能单元存储的电能输送给电动汽车，也可以将电动汽车多余的电能收回，存储在储能单元中。
[0025]该附图【具体实施方式】中，所述电动汽车充放电系统包括光伏阵列10、能量管理系统20、储能单元30、充放电单元40，其中，光伏阵列10用于将光能转化成电能；能量管理系统20与所述光伏阵列10连接，能量管理系统20用于管理电动汽车充放电系统的运行;储能单元30与所述能量管理系统20连接，储能单元30用于所述光伏阵列10的输出电流高于预设阈值时存储所述光伏阵列10转化的电能，本发明的具体实施例中，预设阈值为50A，本发明不以此为限；充放电单元40与所述能量管理系统30连接，充放电单元40用于所述能量管理系统30对电动汽车进行充电或者电动汽车向所述能量管理系统30放电。本发明具体实施例中，光伏阵列10可以采用满发功率为150Wp?200Wp的多晶硅材料面板，并且通常将光伏阵列10设置于电动汽车的充电车棚上，既不占用空间，而且采光效果好，同时充电车棚也可以给电动汽车遮风挡雨。
[ 0026]参见图1，将没有污染的太阳能转换成电能供电动汽车使用，实现真正意义上的绿色、零排放;将白天光伏阵列10转换的不能及时被电动汽车用尽的电能存储在储能单元30中，供应给夜晚需要充电的电动汽车;利用充放电单元40，电动汽车与电动汽车充放电系统之间可以实现双向能量流动，电动汽车不仅可以从光伏、储能电池吸收电能，同时也能向储能电池释放电能，例如，电动汽车的荷电状态(S0C)低于30%时，所述充放电单元40对电动汽车充电；电动汽车的荷电状态高于80%时，所述充放电单元40从电动汽车获得电能。可以用电动汽车配合储能电池进行“削峰填谷”，从而最大限度降低电网峰谷差，提高电网运行经济技术特性。
[0027]本发明的一个具体实施例中，所述储能单元30的总容量E的计算公式为:
[0028]Ε=(1.1 ?1.2)ΡΤ
[0029]其中，Ε为储能单元的总容量，单位为瓦特;Ρ为光伏阵列的满发功率，单位为Wp;T为每日最大可利用光照小时数，单位为小时。即储能单元30的总容量E略微大于全年中日照时间最长的当天，所有光伏阵列转换的电能之和，这样既保证转换的电能过多而不能及时被电动汽车利用而白白浪费掉，又不会导致储能单元容量的浪费。
[0030]图2为本发明【具体实施方式】提供的一种基于光伏阵列和储能单元的电动汽车充放电系统的具体实施例二的结构示意图，如图2所示，电动汽车充放电系统还包括直流斩波器(DC/DC，也称为直流变换器)，用于调节所述光伏阵列的输出电压。
[0031]该附图【具体实施方式】中，所述电动汽车充放电系统还包括直流斩波器50，其中，直流斩波器50设置于所述光伏阵列10和所述能量管理系统30之间，直流斩波器50用于调节所述光伏阵列10的输出电压。
[0032]参见图2，直流斩波器50可以为截波器，直流斩波器是一种直流对直流的转换器，直流斩波器50可以为电动汽车充放电系统提供所需的电压，满足电能存储及电动汽车充电的需求。
[0033]图3为本发明【具体实施方式】提供的一种基于光伏阵列和储能单元的电动汽车充放电系统的具体实施例三的结构示意图，如图3所示，电动汽车充放电系统还包括电网开关，如果光伏阵列10转换的电能不能被电动汽车及时利用，且储能单元30不能够完全存储时，可以将这部分电能输送到电网上，供其它电力设备使用，提高了清洁能源利用效率，而且可以增加电动汽车充放电系统管理人员的收益;并且，如果电动汽车电能过多，回送到电动汽车充放电系统，而且储能单元30不能够完全存储这部分回送电能时，也可以将这部分电能输送到电网上，供其它电力设备使用，提高了清洁能源利用效率，而且可以增加电动汽车所有人的收益。与之相反，如果光伏阵列10转换的电能不够电动汽车使用，且储能单元30存储的电能也不能满足电动汽车充电，需要利用电网上的电能给电动汽车充电，保证电动汽车充放电系统的正常运转。
[0034]该附图【具体实施方式】中，所述电动汽车充放电系统还包括电网开关60，其中，电网开关60与所述能量管理系统30连接，电网开关60用于所述光伏阵列10的输出电流低于第一阈值，且所述储能单元30的输出电流低于第二阈值时，将所述能量管理系统30与电网接通，以便利用电网上的电能给电动汽车充电。本发明的具体实施例中，第一阈值可以为50A，第二阈值可以为25A，本发明不以此为限。
[0035]参见图3，光伏阵列10的输出电流低于第一阈值，且储能单元30的输出电流低于第二阈值，说明阳光不足，光伏阵列10转换的电能不够电动汽车使用，且储能单元30存储的电能也不能满足电动汽车充电，此时，需要将能量管理系统30与电网接通，即利用电网上的电能给电动汽车充电，从而保证电动汽车充放电系统正常运营，例如遇到阴雨连绵的天气，光伏阵列10转换的电能根据无法满足电动汽车充电需求，而且储能单元30中的电能也已经被电动汽车用完，此时需要利用电网上的电能给电动汽车充电。
[0036]本发明其它具体实施例中，所述电网开关60还用于所述光伏阵列10的输出电流高于第三阈值，且所述储能单元30的输出电流高于第四阈值时，将所述能量管理系统30与电网接通，以便电动汽车充放电系统向电网上传电能。如果电网开关60转换的电能不能被电动汽车及时利用，而且储能单元30内已经存满电能，为了保证光伏阵列10转换的电能不浪费，需要电网将这部分电能回收，供应给其它用户设备(包括电动汽车、家用电器等)，同时可以给电动汽车充放电系统管理人员带来收益;此外，当电动汽车向电动汽车充放电系统回送电能时，如果储能单元30内的电能已满，也需要将电动汽车回送的这部分电能输给电网，提高清洁能源利用率，同时给电动汽车所有人带来收益，由于储能单元30不能存储的电能可以被电网回收，因此，储能单元30的总容量可以小于全年中日照时间最长的当天，所有光伏阵列转换的电能之和，优先实施例中，储能单元30的总容量可以取全年平均每天日照时长，所有光伏阵列转换的电能之和，从而减小不必要的硬件设施投入，降低成本。本发明的具体实施例中，第三阈值可以为75A，第四阈值可以为50A，本发明不以此为限。
[0037]图4为本发明【具体实施方式】提供的一种基于光伏阵列和储能单元的电动汽车充放电系统的具体实施例四的结构示意图，如图4所示，由于电网通常为220V或380V的交流电，而电动汽车充放电系统内使用的是直流电，因此需要利用双向逆变器(AC/DC转换器与DC/AC转换器)进行交流电与直流电之间的转换。
[0038]该附图【具体实施方式】中，所述电动汽车充放电系统还包括双向逆变器70，双向逆变器70与所述电网开关60连接，双向逆变器70用于交流电与直流电之间的相互转换。本发明的其它具体实施例中，电动汽车充放电系统还可以包括变压器，以便将电网电压转换成能够被电动汽车利用的电压，或者将电动汽车充放电系统的电压转换成220V或380V的电压，以免电动汽车充放电系统对电网造成扰动。
[0039]参见图4，双向逆变器70用于电动汽车充放电系统与电网之间交流电与直流电的相互转换，让本发明的电动汽车充放电系统与现有电动汽车充放电系统相兼容，既提高清洁能源利用率，又保证电动汽车充放电系统正常运转，满足社会发展需求。
[0040]图5为本发明【具体实施方式】提供的一种基于光伏阵列和储能单元的电动汽车充放电系统的具体实施例五的结构示意图，如图5所示，为了实时获得光伏阵列10的输出电流，从而追踪到最高电压电流值(VI，即最大功率值)，使光伏阵列10以最大功率输出对储能单元或电动汽车充电，从而决定是否利用电网的电能，或者向电网回送电能，电动汽车充放电系统还包括MPPT (最大功率点跟踪)控制器。
[0041 ]该附图【具体实施方式】中，所述电动汽车充放电系统还包括MPPT控制器80，其中，MPPT控制器80设置于所述光伏阵列10和所述能量管理系统30之间，MPPT控制器80用于实时检测所述光伏阵列10的输出电流。输出电流越小，说明发电量越小，光伏阵列10转换的电能就很难满足电动汽车的用电需求。
[0042]参见图5，MPPT控制器能够实时检测光伏阵列10的输出电流，并追踪最高电压电流值(VI)，使光伏阵列10以最大功率输出对储能单元30或电动汽车充电，进一步提高清洁能源的利用率。
[0043]图6为本发明【具体实施方式】提供的一种基于光伏阵列和储能单元的电动汽车充放电系统的整体结构示意图，如图6所示，电动汽车充放电系统包括光伏阵列10、能量管理系统20、储能单元30、充放电单元40、直流斩波器50、电网开关60、逆变器70、MPPT控制器80、变压器等，光伏阵列10、储能单元30、电网均能为电动汽车提供电能，正常顺序是，光伏阵列10优先向电动汽车充电，当光伏阵列10不 能满足电动汽车充电时，利用储能单元30内的电能向电动汽车充电，当储能单元30内的电能也不能满足电动汽车充电时，电网开关60闭合，利用电网上的电能给电动汽车充电，因此，光伏阵列10转换的电能首先供应电动汽车，当电动汽车不能及时利用(用不完)时，存入储能单元30，储能单元已满时，电网开关60闭合，电网回收这部分多余的电能，避免清洁能源的浪费。同理，电动汽车将多余电能通过充放电单元40回送到电动汽车充放电系统时，首先供其它电动汽车充电，如果其它电动汽车不能及时利用，存入储能单元30，储能单元已满时，电网开关60闭合，电网回收这部分多余的电能，避免清洁能源的浪费。电动汽车与电动汽车充放电系统之间可以实现双向能量流动，电动汽车不仅可以从光伏阵列10、储能单元30或电网吸收电能，同时也能向电网或储能单元30释放电能，可以用电动汽车配合储能单元30进行“削峰填谷”，从而最大限度降低电网峰谷差，提高电网运行经济技术特性。
[0044]本发明提供一种基于光伏阵列和储能单元的电动汽车充放电系统至少具有以下有效效果或特点:由光伏阵列、储能单元、能量管理系统(EMS)、电网开关和充放电单元等组成，利用太阳能向电动汽车充电，实现真正意义上的绿色、零排放;光伏阵列产生的电能过剩时，电网开关闭合，电动汽车充放电系统接入电网，将剩余电能上传给电网，降低电网峰谷差；当光伏阵列产生的电能不足时，电网开关闭合，电动汽车充放电系统接入电网，利用电网上的电能给电动汽车充电，保证电动汽车充放电系统的正常运转；电动汽车与电动汽车充放电系统之间可以实现双向能量流动，电动汽车不仅可以按照优先级别从光伏阵列、储能单元或电网吸收电能，同时也能向电网或储能单元释放电能，提高清洁能源利用率，从而可以用电动汽车配合储能电池进行“削峰填谷”，从而最大限度降低电网峰谷差，提高电网运行经济技术特性，促进新能源汽车的发展。
[0045]本发明至少还具有以下有益效果:整合了光伏发电系统、储能系统和电动汽车充放电系统，与传统电动汽车充电系统相比，本发明可以最大限度使用光伏阵列转换的清洁能源，可以实现电动汽车真正意义上的绿色节能，最大限度降低汽车尾气和二氧化碳排放。并利用储能单元实现并网、离网两种运行模式，可以对电动汽车充放电进行灵活控制，达到削峰填谷、降低电网峰谷差。在当前分布式发电与电动汽车快速发展、大规模推广背景下，利用该系统可将清洁能源与电动汽车有机结合，提高清洁能源使用效率，具有良好的经济效益和社会效益。
[0046]上述的本发明实施例可在各种硬件、软件编码或两者组合中进行实施。例如，本发明的实施例也可为在数据信号处理器(Digital Signal Processor,DSP)中执行的执行上述程序的程序代码。本发明也可涉及计算机处理器、数字信号处理器、微处理器或现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array，FPGA)执行的多种功能。可根据本发明配置上述处理器执行特定任务，其通过执行定义了本发明揭示的特定方法的机器可读软件代码或固件代码来完成。可将软件代码或固件代码发展为不同的程序语言与不同的格式或形式。也可为不同的目标平台编译软件代码。然而，根据本发明执行任务的软件代码与其他类型配置代码的不同代码样式、类型与语言不脱离本发明的精神与范围。
[0047]以上所述仅为本发明示意性的【具体实施方式】，在不脱离本发明的构思和原则的前提下，任何本领域的技术人员所做出的等同变化与修改，均应属于本发明保护的范围。
【主权项】
1.一种基于光伏阵列和储能单元的电动汽车充放电系统，其特征在于，所述电动汽车充放电系统包括: 光伏阵列(10)，用于将太阳光能转化成电能； 能量管理系统(20)，与所述光伏阵列(10)连接，用于管理电动汽车充放电系统的运行； 储能单元(30)，与所述能量管理系统(20)连接，用于所述光伏阵列(10)的输出电流高于预设阈值时存储所述光伏阵列(10)转化的电能；以及 充放电单元(40)，与所述能量管理系统(30)连接，用于所述能量管理系统(30)对电动汽车进行充电或者电动汽车向所述能量管理系统(30)放电。2.如权利要求1所述的基于光伏阵列和储能单元的电动汽车充放电系统，其特征在于，所述电动汽车充放电系统还包括: 直流斩波器(50)，设置于所述光伏阵列(10)和所述能量管理系统(30)之间，用于调节所述光伏阵列(10)的输出电压。3.如权利要求1所述的基于光伏阵列和储能单元的电动汽车充放电系统，其特征在于，所述电动汽车充放电系统还包括: 电网开关(60)，与所述能量管理系统(30)连接，用于所述光伏阵列(10)的输出电流低于第一阈值且所述储能单元(30)的输出电流低于第二阈值时将所述能量管理系统(30)与电网接通，以便利用电网上的电能给电动汽车充电。4.如权利要求3所述的基于光伏阵列和储能单元的电动汽车充放电系统，其特征在于，所述电网开关(60)还用于所述光伏阵列(10)的输出电流高于第三阈值且所述储能单元(30)的输出电流高于第四阈值时将所述能量管理系统(30)与电网接通，以便电动汽车充放电系统向电网上传电能。5.如权利要求4所述的基于光伏阵列和储能单元的电动汽车充放电系统，其特征在于，所述电动汽车充放电系统还包括: 双向逆变器(70)，与所述电网开关(60)连接，用于交流电与直流电之间的相互转换。6.如权利要求1所述的基于光伏阵列和储能单元的电动汽车充放电系统，其特征在于，所述电动汽车充放电系统还包括: MPPT控制器(80)，设置于所述光伏阵列(10)和所述能量管理系统(30)之间，用于实时检测所述光伏阵列(10)的输出电流。7.如权利要求1所述的基于光伏阵列和储能单元的电动汽车充放电系统，其特征在于，所述储能单元(30)的总容量E的计算公式为: Ε=(1.1 ?1.2)ΡΤ 其中，Ε为储能单元的总容量，单位为瓦特;Ρ为光伏阵列的满发功率，单位为Wp;T为每日最大可利用光照小时数，单位为小时。8.如权利要求1所述的基于光伏阵列和储能单元的电动汽车充放电系统，其特征在于，电动汽车的荷电状态低于30 %时，所述充放电单元(40)对电动汽车充电；电动汽车的荷电状态高于80 %时，所述充放电单元(40)从电动汽车获得电能。9.如权利要求1所述的基于光伏阵列和储能单元的电动汽车充放电系统，其特征在于，所述光伏阵列(10)采用满发功率为150Wp?200Wp的多晶硅材料面板。10.如权利要求1所述的基于光伏阵列和储能单元的电动汽车充放电系统，其特征在于，所述光伏阵列(10)设置于电动汽车的充电车棚上。
【专利摘要】本发明提供了一种基于光伏阵列和储能单元的电动汽车充放电系统，其中，该电动汽车充放电系统包括：光伏阵列，用于将光能转化成电能；能量管理系统，与所述光伏阵列连接，用于管理电动汽车充放电系统的运行；储能单元，与所述能量管理系统连接，用于所述光伏阵列的输出电流高于预设阈值时存储所述光伏阵列转化的电能；充放电单元，与所述能量管理系统连接，用于所述能量管理系统对电动汽车进行充电或者电动汽车向所述能量管理系统放电。本发明提高清洁能源利用率，可以利用电动汽车配合储能电池进行“削峰填谷”，从而最大限度降低电网峰谷差。
【IPC分类】H02J3/32, H02J7/00, H02J7/35, H02J7/02, H02J3/00
【公开号】CN105490348
【申请号】CN201610029679
【发明人】周国鹏, 方茂益, 孙志杰, 李雪梅, 王鹏伍
【申请人】国家电网公司, 国网冀北电力有限公司电力科学研究院, 华北电力科学研究院有限责任公司
【公开日】2016年4月13日
【申请日】2016年1月18日
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