太陽能與交流電網(wǎng)協(xié)同充電系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種太陽能與交流電網(wǎng)協(xié)同充電系統(tǒng)。本實用新型的目的是提供一種綠色環(huán)保、安全可靠的太陽能與交流電網(wǎng)協(xié)同充電系統(tǒng)，以太陽能代替常規(guī)電力充電，節(jié)約大量的不可再生能源，減少環(huán)境污染。本實用新型的技術(shù)方案是：一種太陽能與交流電網(wǎng)協(xié)同充電系統(tǒng)，包括交流電網(wǎng)、MCU核心處理模塊和充電監(jiān)控管理模塊，MCU核心處理模塊與充電監(jiān)控管理模塊電路連接，其特征在于：還包括充電控制模塊和太陽能電池組件，充電控制模塊與太陽能電池組件、交流電網(wǎng)和MCU核心處理模塊電路連接。本實用新型適用于電動汽車。
【專利說明】太陽能與交流電網(wǎng)協(xié)同充電系統(tǒng)
【技術(shù)領域】
[0001]本實用新型涉及一種太陽能與交流電網(wǎng)協(xié)同充電系統(tǒng)，適用于電動汽車。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著我國汽車大量普及對環(huán)境污染的影響，現(xiàn)今汽車的擁有量是每1000人平均10輛汽車，但石油資源不足，每年已進口幾千萬噸石油。為提高石油利用率，節(jié)能環(huán)保電動汽車應運而生，電動汽車的重要環(huán)節(jié)就是對儲能的充電。目前一般都是用常規(guī)電力充電，實際還是消耗常規(guī)化石能源，化石能源不能再生。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0003]本實用新型要解決的技術(shù)問題是:針對上述存在的問題，提供一種綠色環(huán)保、安全可靠的太陽能與交流電網(wǎng)協(xié)同充電系統(tǒng)，以太陽能代替常規(guī)電力充電，節(jié)約大量的不可再生能源，減少環(huán)境污染。
[0004]本實用新型所采用的技術(shù)方案是:一種太陽能與交流電網(wǎng)協(xié)同充電系統(tǒng)，包括交流電網(wǎng)、MCU核心處理模塊和充電監(jiān)控管理模塊，MCU核心處理模塊與充電監(jiān)控管理模塊電路連接，其特征在于:還包括充電控制模塊和太陽能電池組件，充電控制模塊與太陽能電池組件、交流電網(wǎng)和MCU核心處理模塊電路連接；
[0005]所述充電控制模塊具有整流濾波電路1、切換控制電路、電壓采樣電路、比較放大電路和穩(wěn)壓輸出電路，太陽能電池組件經(jīng)切換控制電路接穩(wěn)壓輸出電路，交流電網(wǎng)依次經(jīng)整流濾波電路1、切換控制電路接穩(wěn)壓輸出電路，切換控制電路控制太陽能電池組件或交流電網(wǎng)接入穩(wěn)壓輸出電路；
[0006]所述太陽能電池組件依次經(jīng)電壓采樣電路和比較放大電路連接切換控制電路，t匕較放大電路通過電壓采樣電路采樣太陽能電池組件電壓，并將采樣電壓與設定電壓比較，根據(jù)比較結(jié)果控制切換控制電路切換接入的電源。
[0007]所述切換控制電路具有雙開關繼電器和開關三極管，該雙開關繼電器由線圈、開關I和開關II組成，其中線圈與開關三極管串接，開關三極管基極接比較放大電路輸出端，開關I接于太陽能電池組件與穩(wěn)壓輸出電路之間，開關II接于整流濾波電路I與穩(wěn)壓輸出電路之間。
[0008]所述開關I和開關II與穩(wěn)壓輸出電路之間接有空氣開關。
[0009]所述穩(wěn)壓輸出電路包括依次相連的全橋逆變電路、高頻變壓器和整流濾波電路II，交流電網(wǎng)整流后或太陽能電池組件輸出的直流電經(jīng)全橋逆變電路后得到電壓可調(diào)的高頻交流電，高頻交流電經(jīng)高頻變壓器耦合到副邊，通過整流濾波電路II輸出穩(wěn)定直流電。
[0010]所述全橋逆變電路由4個絕緣柵雙極晶體管組成；所述MCU核心處理模塊采樣穩(wěn)壓輸出電路輸出的電流和電壓信號，并控制輸出4路PWM到4個絕緣柵雙極晶體管柵極，控制絕緣柵雙極晶體管柵極通斷時間，從而控制輸出電壓。
[0011 ] 所述MCU核心處理模塊經(jīng)驅(qū)動電路、過壓和限流保護電路與全橋逆變電路電路連接；所述驅(qū)動電路采用TLP250芯片，過壓和限流保護電路包括兩個穩(wěn)壓管和一個電阻，驅(qū)動電路輸出端串接電阻，并經(jīng)兩個穩(wěn)壓管接地。
[0012]所述比較放大電路具有電壓比較器。
[0013]本實用新型的有益效果是:本發(fā)明將太陽能電池組件與交流電網(wǎng)協(xié)同工作，在太陽能電池組件產(chǎn)生的電壓滿足要求后選用太陽能電池組件經(jīng)穩(wěn)壓輸出電路后直接為蓄電池等充電，減少交流電網(wǎng)的使用，從而節(jié)約大量的不可再生能源，同時還綠色環(huán)保，減少環(huán)境污染。本發(fā)明太陽能與交流電網(wǎng)協(xié)同充電系統(tǒng)可方便地應用各個電動汽車充電站，利用太陽能這綠色能源給電動汽車充電，建立充電裝置，只要一次性建成，可長期連續(xù)使用，不需增加成本，綠色環(huán)保，安全可靠，可為國家節(jié)約大量的電力、燃油資源.，具有廣闊的市場應用前景。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0014]圖1為實施例的電路框圖。
[0015]圖2為實施例中充電控制模塊的電路框圖。
[0016]圖3?圖5為實施例中太陽能與交流電網(wǎng)協(xié)同充電系統(tǒng)的電路原理圖。
【具體實施方式】
[0017]如圖1所不,本實施例為一種太陽能與交流電網(wǎng)協(xié)同充電系統(tǒng),應用于電動汽車充電站，包括MCU核心處理模塊1、充電監(jiān)控管理模塊2、安全模塊3、計費模塊4、交流電網(wǎng)5、太陽能電池組件6和充電控制模塊7，MCU核心處理模塊6與充電監(jiān)控管理模塊電路連接，充電控制模塊7與太陽能電池組件6、交流電網(wǎng)5和MCU核心處理模塊I電路連接。
[0018]如圖2所示，本例中充電控制模塊7由切換控制電路71、整流濾波電路I 72、電壓采樣電路73、比較放大電路74和穩(wěn)壓輸出電路組成，其中太陽能電池組件6經(jīng)切換控制電路71接穩(wěn)壓輸出電路，交流電網(wǎng)5依次經(jīng)整流濾波電路1、切換控制電路接穩(wěn)壓輸出電路，切換控制電路71控制太陽能電池組件6接入穩(wěn)壓輸出電路或者交流電網(wǎng)5接入穩(wěn)壓輸出電路，穩(wěn)壓輸出電路輸出端可與電動汽車蓄電池8相連,穩(wěn)壓輸出電路輸出穩(wěn)定的電壓為蓄電池充電。
[0019]本實施例中太陽能電池組件6依次經(jīng)電壓采樣電路73和比較放大電路74連接切換控制電路71，比較放大電路74通過電壓采樣電路73采樣太陽能電池組件6的電壓，將該采樣電壓與設定電壓(本例中為DC350V)比較，并根據(jù)比較結(jié)果控制切換控制電路71切換接入的電源。當所測得的太陽能電池組件6電壓大于DC350V時，切換控制電路71選擇太陽能電池組件6接入穩(wěn)壓輸出電路，為電動汽車蓄電池8供電；反之則選擇交流電網(wǎng)5接入穩(wěn)壓輸出電路，為電動汽車蓄電池8供電。
[0020]穩(wěn)壓輸出電路包括依次相連的全橋逆變電路75、高頻變壓器BI和整流濾波電路II 76，交流電網(wǎng)5整流后輸出的直流或太陽能電池組件6輸出的直流電經(jīng)全橋逆變電路75后得到電壓可調(diào)的高頻交流電，高頻交流電經(jīng)高頻變壓器BI耦合到副邊，然后通過整流濾波電路II 76輸出穩(wěn)定直流電，為電動汽車蓄電池8充電。MCU核心處理模塊I采樣整流濾波電路II 76輸出的電流和電壓信號,并控制全橋逆變電路75,從而控制輸出電壓。
[0021]如圖3、圖4為本實施例的電路原理圖(圖3中A端與圖4中A端相連)，電壓采樣電路73具有電阻Rl、R2 ;比較放大電路74包括電壓比較器Ul及其周邊電路；切換控制電路71具有雙開關繼電器Jl和開關三極管Tl，該雙開關繼電器由線圈、開關I Jl-1和開關II J1-2組成，其中線圈與開關三極管Tl串接，開關三極管Tl基極接比較放大電路74輸出端。整流濾波電路I 72由整流橋和電容Cl組成；全橋逆變電路75由絕緣柵雙極晶體管(IGBT)SU S2、S3和S4組成全橋逆變器；整流濾波電路II 76由整流橋和電感L2組成。
[0022]電阻R1、R2串接于太陽能電池組件6的正負極之間，電阻Rl、R2相連處接電壓比較器U1，電壓比較器Ul輸出端與開關三極管Tl的基極相連，控制開關三極管Tl通斷。開關I Jl-1接于太陽能電池組件6與全橋逆變電路75之間，開關II J1-2接于整流濾波電路I 72與全橋逆變電路75之間。
[0023]圖5為本實施例中全橋逆變電路75中一個絕緣柵雙極晶體管的驅(qū)動電路(以絕緣柵雙極晶體管SI為例)，MCU核心處理模塊I經(jīng)該驅(qū)動電路、過壓和限流保護電路與全橋逆變電路75中絕緣柵雙極晶體管SI的柵極電路連接。
[0024]傳統(tǒng)逆變電源驅(qū)動電路多采用840或者841系列或者類似芯片做為驅(qū)動芯片，明顯減少了體積及外圍電路的設計，給電路設計帶來便利，但同時其缺點也非常突出，主要表現(xiàn)在以下幾個方面:
[0025](I)存在著盲區(qū)
[0026]從驅(qū)動脈沖輸出到開始保護，大約有2.5us的延遲時間，這一延時主要是為防止IGBT導通時的誤動作。如果有這樣的短時間過流，只要不超過SCSOA極限，器件可以承受；但如果工作脈寬小于這一時間，同時又存在過流情況，電路將連續(xù)工作而不能保護，從而很快導致IGBT損壞。
[0027](2)無過流保護自鎖功能
[0028]在過流保護時，自身只具有當前脈沖軟關斷功能，而不是完全關閉。如果存在過流，它只能把正常的驅(qū)動信號變成一系列降幅脈沖，連續(xù)工作，亦導致?lián)p壞。這就需要過流檢測后，由外部控制電路在保證軟關斷后關閉脈沖，才能終止其輸出
[0029](3)保護特性
[0030]保護特性問題主要包括其負偏壓不足，過流保護閥值太高和軟關斷保護可靠性差三個方面。
[0031]本實施例中驅(qū)動電路采用TLP250芯片，其內(nèi)部有光耦隔離，+ — 12V電源供電，用以隔離輸入的干擾信號，傳輸驅(qū)動信號，為了實現(xiàn)IGBT的快速關斷，驅(qū)動信號用三極管T2、T3推挽放大，具有較大的電流增益，以滿足IGBT門極驅(qū)動功率的要求。過壓和限流保護電路包括穩(wěn)壓管Z1、Z2和一個電阻R5，驅(qū)動電路的輸出端串接電阻R5，并經(jīng)串接的穩(wěn)壓管Z1、Z2接地。穩(wěn)壓管Z1、Z2和電阻R5用以過壓和限流保護，當IGBT導通時，G、E之間產(chǎn)生+16伏的驅(qū)動電壓；IGBT關斷時，G、E之間提供-6V的負偏壓，使其有效關斷。
[0032]電阻Rl、R2采樣太陽能電池組件6經(jīng)比較放大電路74控制開關三極管Tl通斷，從而控制繼電器J1。當太陽能電池組件6電壓大于350V時，比較放大電路74控制繼電器Jl通斷，開關I Jl-1閉合，開關II J1-2打開，電路由太陽能電池組件6供電；反之，開關I Jl-1打開，開關II J1-2閉合，電路由交流電網(wǎng)5供電。
[0033]MCU核心處理模塊I通過檢測充電電流、電壓及溫度與充電前的設定值進行比較，控制輸出4路PWM脈寬調(diào)制波到4個IGBT的柵極，從而控制其集電極到發(fā)射極電流通斷時間，光耦接受MCU核心處理模塊I發(fā)出的PWM 口控制信號，驅(qū)動IGBT功率放大管，達到控制輸出電壓的目的。
[0034]本實施例中在全橋逆變電路75與開關I Jl-1和開關II J1-2之間安裝有空氣開關K，為了防止電路中出現(xiàn)短路或大電流損壞蓄電池或電子器件。
[0035]本實施例中充電監(jiān)控管理模塊2:由PC機對充電系統(tǒng)的基礎信息進行管理，包括系統(tǒng)參數(shù)設置、用戶管理，權(quán)限設置、密碼管理等。管理人員可以通過監(jiān)控PC對充電機的運行參數(shù)進行查看和修改，啟動和停止充電機充電過程，在充電機運行過程中，實時監(jiān)控充電過程并記錄。通過充電機控制器和車載電池管理系統(tǒng)，還可以讀取電動汽車上電池組的信息，記錄各電池組的數(shù)據(jù)，為將來進行數(shù)據(jù)分析及電池維護提供依據(jù)。
[0036]MCU核心處理模塊1:是充電系統(tǒng)的中樞環(huán)節(jié)，采用Motorola推出的HCS12系列16位MCU — 9S12DT128，內(nèi)部除中央處理單元CPU12外，支持背景調(diào)試模式和大容量存儲器擴展，內(nèi)部不僅集成FLASH、EEP 一 ROM及RAM存儲器，而且還集成CAN、BDLC, SC1、SP1、HS1等多種接口，其主要功能包括:
[0037]1、實時監(jiān)控充電機狀態(tài)，包括電流、電壓、時間和電量等參數(shù)監(jiān)測、計量和顯示；同時具有人機交互功能，可以按照用戶的要求提供多種充電策略。
[0038]2、實時檢測太陽能電池輸入電壓，切換電網(wǎng)電源電壓與太陽能電源供電。
[0039]3、與充電系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)交換，接受監(jiān)控PC發(fā)送的各種命令，保證每臺充電機的狀態(tài)都在充電管理界面的監(jiān)控下。
[0040]4、完成與車載電池管理系統(tǒng)進行通訊，獲取車上電池組的基本信息，并能根據(jù)電池組的數(shù)據(jù)完成自動選擇充電模式及充電參數(shù)。并將電池管理系統(tǒng)的相應數(shù)據(jù)發(fā)送給PC。
【權(quán)利要求】
1.一種太陽能與交流電網(wǎng)協(xié)同充電系統(tǒng)，包括交流電網(wǎng)(5)、MCU核心處理模塊(I)和充電監(jiān)控管理模塊(2)，MCU核心處理模塊與充電監(jiān)控管理模塊電路連接，其特征在于:還包括充電控制模塊(7)和太陽能電池組件￠)，充電控制模塊與太陽能電池組件、交流電網(wǎng)和MCU核心處理模塊電路連接； 所述充電控制模塊(7)具有整流濾波電路I (72)、切換控制電路(71)、電壓采樣電路(73)、比較放大電路(74)和穩(wěn)壓輸出電路，太陽能電池組件(6)經(jīng)切換控制電路接穩(wěn)壓輸出電路，交流電網(wǎng)(5)依次經(jīng)整流濾波電路1、切換控制電路接穩(wěn)壓輸出電路，切換控制電路(71)控制太陽能電池組件或交流電網(wǎng)接入穩(wěn)壓輸出電路； 所述太陽能電池組件(6)依次經(jīng)電壓采樣電路(73)和比較放大電路(74)連接切換控制電路(71)，比較放大電路通過電壓采樣電路采樣太陽能電池組件電壓，并將采樣電壓與設定電壓比較，根據(jù)比較結(jié)果控制切換控制電路(71)切換接入的電源。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能與交流電網(wǎng)協(xié)同充電系統(tǒng)，其特征在于:所述切換控制電路(71)具有雙開關繼電器Jl和開關三極管Tl，該雙開關繼電器由線圈、開關I Jl-1和開關II J1-2組成，其中線圈與開關三極管Tl串接，開關三極管Tl基極接比較放大電路(74)輸出端，開關IJl-1接于太陽能電池組件(6)與穩(wěn)壓輸出電路之間，開關II J1-2接于整流濾波電路I (72)與穩(wěn)壓輸出電路之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的太陽能與交流電網(wǎng)協(xié)同充電系統(tǒng)，其特征在于:所述開關I Jl-1和開關II J1-2與穩(wěn)壓輸出電路之間接有空氣開關K。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的太陽能與交流電網(wǎng)協(xié)同充電系統(tǒng)，其特征在于:所述穩(wěn)壓輸出電路包括依次相連的全橋逆變電路(75)、高頻變壓器BI和整流濾波電路II (76)，交流電網(wǎng)(5)整流后或太陽能電池組件(6)輸出的直流電經(jīng)全橋逆變電路后得到電壓可調(diào)的高頻交流電，高頻交流電經(jīng)高頻變壓器BI耦合到副邊，通過整流濾波電路II輸出穩(wěn)定直流電。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的太陽能與交流電網(wǎng)協(xié)同充電系統(tǒng)，其特征在于:所述全橋逆變電路(75)由4個絕緣柵雙極晶體管組成；所述MCU核心處理模塊(I)采樣穩(wěn)壓輸出電路輸出的電流和電壓信號，并控制輸出4路PWM到4個絕緣柵雙極晶體管柵極，控制絕緣柵雙極晶體管柵極通斷時間，從而控制輸出電壓。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的太陽能與交流電網(wǎng)協(xié)同充電系統(tǒng)，其特征在于:所述MCU核心處理模塊⑴經(jīng)驅(qū)動電路、過壓和限流保護電路與全橋逆變電路(75)電路連接；所述驅(qū)動電路采用TLP250芯片，過壓和限流保護電路包括兩個穩(wěn)壓管和一個電阻，驅(qū)動電路輸出端串接電阻，并經(jīng)兩個穩(wěn)壓管接地。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的太陽能與交流電網(wǎng)協(xié)同充電系統(tǒng)，其特征在于:所述比較放大電路(74)具有電壓比較器Ul。
【文檔編號】H02J7/00GK204089335SQ201420518597
【公開日】2015年1月7日 申請日期:2014年9月10日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月10日
【發(fā)明者】朱正菲, 喻俊, 杜強 申請人:浙江省能源與核技術(shù)應用研究院