太阳能与交流电网协同充电系统的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种太阳能与交流电网协同充电系统。本发明的目的是提供一种绿色环保、安全可靠的太阳能与交流电网协同充电系统，以太阳能代替常规电力充电，节约大量的不可再生能源，减少环境污染。本发明的技术方案是：一种太阳能与交流电网协同充电系统，包括交流电网、MCU核心处理模块和充电监控管理模块，MCU核心处理模块与充电监控管理模块电路连接，其特征在于：还包括充电控制模块和太阳能电池组件，充电控制模块与太阳能电池组件、交流电网和MCU核心处理模块电路连接。本发明适用于电动汽车。
【专利说明】太阳能与交流电网协同充电系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种太阳能与交流电网协同充电系统，适用于电动汽车。
【背景技术】
[0002]随着我国汽车大量普及对环境污染的影响，现今汽车的拥有量是每1000人平均10辆汽车，但石油资源不足，每年已进口几千万吨石油。为提高石油利用率，节能环保电动汽车应运而生，电动汽车的重要环节就是对储能的充电。目前一般都是用常规电力充电，实际还是消耗常规化石能源，化石能源不能再生。
【发明内容】
[0003]本发明要解决的技术问题是:针对上述存在的问题，提供一种绿色环保、安全可靠的太阳能与交流电网协同充电系统，以太阳能代替常规电力充电，节约大量的不可再生能源，减少环境污染。
[0004]本发明所采用的技术方案是:一种太阳能与交流电网协同充电系统，包括交流电网、MCU核心处理模块和充电监控管理模块，MCU核心处理模块与充电监控管理模块电路连接，其特征在于:还包括充电控制模块和太阳能电池组件，充电控制模块与太阳能电池组件、交流电网和MCU核心处理模块电路连接；
[0005]所述充电控制模块具有整流滤波电路1、切换控制电路、电压采样电路、比较放大电路和稳压输出电路，太阳能电池组件经切换控制电路接稳压输出电路，交流电网依次经整流滤波电路1、切换控制电路接稳压输出电路，切换控制电路控制太阳能电池组件或交流电网接入稳压输出电路；
[0006]所述太阳能电池组件依次经电压采样电路和比较放大电路连接切换控制电路，t匕较放大电路通过电压采样电路采样太阳能电池组件电压，并将采样电压与设定电压比较，根据比较结果控制切换控制电路切换接入的电源。
[0007]所述切换控制电路具有双开关继电器和开关三极管，该双开关继电器由线圈、开关I和开关II组成，其中线圈与开关三极管串接，开关三极管基极接比较放大电路输出端，开关I接于太阳能电池组件与稳压输出电路之间，开关II接于整流滤波电路I与稳压输出电路之间。
[0008]所述开关I和开关II与稳压输出电路之间接有空气开关。
[0009]所述稳压输出电路包括依次相连的全桥逆变电路、高频变压器和整流滤波电路II，交流电网整流后或太阳能电池组件输出的直流电经全桥逆变电路后得到电压可调的高频交流电，高频交流电经高频变压器耦合到副边，通过整流滤波电路II输出稳定直流电。
[0010]所述全桥逆变电路由4个绝缘栅双极晶体管组成；所述MCU核心处理模块采样稳压输出电路输出的电流和电压信号，并控制输出4路PWM到4个绝缘栅双极晶体管栅极，控制绝缘栅双极晶体管栅极通断时间，从而控制输出电压。
[0011 ] 所述MCU核心处理模块经驱动电路、过压和限流保护电路与全桥逆变电路电路连接；所述驱动电路采用TLP250芯片，过压和限流保护电路包括两个稳压管和一个电阻，驱动电路输出端串接电阻，并经两个稳压管接地。
[0012]所述比较放大电路具有电压比较器。
[0013]本发明的有益效果是:本发明将太阳能电池组件与交流电网协同工作，在太阳能电池组件产生的电压满足要求后选用太阳能电池组件经稳压输出电路后直接为蓄电池等充电，减少交流电网的使用，从而节约大量的不可再生能源，同时还绿色环保，减少环境污染。本发明太阳能与交流电网协同充电系统可方便地应用各个电动汽车充电站，利用太阳能这绿色能源给电动汽车充电，建立充电装置，只要一次性建成，可长期连续使用，不需增加成本，绿色环保，安全可靠，可为国家节约大量的电力、燃油资源.，具有广阔的市场应用前景。
【专利附图】
【附图说明】
[0014]图1为实施例的电路框图。
[0015]图2为实施例中充电控制模块的电路框图。
[0016]图3?图5为实施例中太阳能与交流电网协同充电系统的电路原理图。
【具体实施方式】
[0017]如图1所不,本实施例为一种太阳能与交流电网协同充电系统,应用于电动汽车充电站，包括MCU核心处理模块1、充电监控管理模块2、安全模块3、计费模块4、交流电网
5、太阳能电池组件6和充电控制模块7，MCU核心处理模块6与充电监控管理模块电路连接，充电控制模块7与太阳能电池组件6、交流电网5和MCU核心处理模块I电路连接。
[0018]如图2所示，本例中充电控制模块7由切换控制电路71、整流滤波电路I 72、电压采样电路73、比较放大电路74和稳压输出电路组成，其中太阳能电池组件6经切换控制电路71接稳压输出电路，交流电网5依次经整流滤波电路1、切换控制电路接稳压输出电路，切换控制电路71控制太阳能电池组件6接入稳压输出电路或者交流电网5接入稳压输出电路，稳压输出电路输出端可与电动汽车蓄电池8相连,稳压输出电路输出稳定的电压为蓄电池充电。
[0019]本实施例中太阳能电池组件6依次经电压采样电路73和比较放大电路74连接切换控制电路71，比较放大电路74通过电压采样电路73采样太阳能电池组件6的电压，将该采样电压与设定电压(本例中为DC350V)比较，并根据比较结果控制切换控制电路71切换接入的电源。当所测得的太阳能电池组件6电压大于DC350V时，切换控制电路71选择太阳能电池组件6接入稳压输出电路，为电动汽车蓄电池8供电；反之则选择交流电网5接入稳压输出电路，为电动汽车蓄电池8供电。
[0020]稳压输出电路包括依次相连的全桥逆变电路75、高频变压器BI和整流滤波电路
II76，交流电网5整流后输出的直流或太阳能电池组件6输出的直流电经全桥逆变电路75后得到电压可调的高频交流电，高频交流电经高频变压器BI耦合到副边，然后通过整流滤波电路II 76输出稳定直流电，为电动汽车蓄电池8充电。MCU核心处理模块I采样整流滤波电路II 76输出的电流和电压信号,并控制全桥逆变电路75,从而控制输出电压。
[0021]如图3、图4为本实施例的电路原理图(图3中A端与图4中A端相连)，电压采样电路73具有电阻Rl、R2 ;比较放大电路74包括电压比较器Ul及其周边电路；切换控制电路71具有双开关继电器Jl和开关三极管Tl，该双开关继电器由线圈、开关I Jl-1和开关II J1-2组成，其中线圈与开关三极管Tl串接，开关三极管Tl基极接比较放大电路74输出端。整流滤波电路I 72由整流桥和电容Cl组成；全桥逆变电路75由绝缘栅双极晶体管(IGBT)SU S2、S3和S4组成全桥逆变器；整流滤波电路II 76由整流桥和电感L2组成。
[0022]电阻R1、R2串接于太阳能电池组件6的正负极之间，电阻Rl、R2相连处接电压比较器U1，电压比较器Ul输出端与开关三极管Tl的基极相连，控制开关三极管Tl通断。开关I Jl-1接于太阳能电池组件6与全桥逆变电路75之间，开关II J1-2接于整流滤波电路I 72与全桥逆变电路75之间。
[0023]图5为本实施例中全桥逆变电路75中一个绝缘栅双极晶体管的驱动电路(以绝缘栅双极晶体管SI为例)，MCU核心处理模块I经该驱动电路、过压和限流保护电路与全桥逆变电路75中绝缘栅双极晶体管SI的栅极电路连接。
[0024]传统逆变电源驱动电路多采用840或者841系列或者类似芯片做为驱动芯片，明显减少了体积及外围电路的设计，给电路设计带来便利，但同时其缺点也非常突出，主要表现在以下几个方面:
[0025](I)存在着盲区
[0026]从驱动脉冲输出到开始保护，大约有2.5us的延迟时间，这一延时主要是为防止IGBT导通时的误动作。如果有这样的短时间过流，只要不超过SCSOA极限，器件可以承受；但如果工作脉宽小于这一时间，同时又存在过流情况，电路将连续工作而不能保护，从而很快导致IGBT损坏。
[0027](2)无过流保护自锁功能
[0028]在过流保护时，自身只具有当前脉冲软关断功能，而不是完全关闭。如果存在过流，它只能把正常的驱动信号变成一系列降幅脉冲，连续工作，亦导致损坏。这就需要过流检测后，由外部控制电路在保证软关断后关闭脉冲，才能终止其输出
[0029](3)保护特性
[0030]保护特性问题主要包括其负偏压不足，过流保护阀值太高和软关断保护可靠性差三个方面。
[0031]本实施例中驱动电路采用TLP250芯片，其内部有光耦隔离，+ — 12V电源供电，用以隔离输入的干扰信号，传输驱动信号，为了实现IGBT的快速关断，驱动信号用三极管T2、T3推挽放大，具有较大的电流增益，以满足IGBT门极驱动功率的要求。过压和限流保护电路包括稳压管Z1、Z2和一个电阻R5，驱动电路的输出端串接电阻R5，并经串接的稳压管Z1、Z2接地。稳压管Z1、Z2和电阻R5用以过压和限流保护，当IGBT导通时，G、E之间产生+16伏的驱动电压；IGBT关断时，G、E之间提供-6V的负偏压，使其有效关断。
[0032]电阻Rl、R2采样太阳能电池组件6经比较放大电路74控制开关三极管Tl通断，从而控制继电器J1。当太阳能电池组件6电压大于350V时，比较放大电路74控制继电器Jl通断，开关I Jl-1闭合，开关II J1-2打开，电路由太阳能电池组件6供电；反之，开关I Jl-1打开，开关II J1-2闭合，电路由交流电网5供电。
[0033]MCU核心处理模块I通过检测充电电流、电压及温度与充电前的设定值进行比较，控制输出4路PWM脉宽调制波到4个IGBT的栅极，从而控制其集电极到发射极电流通断时间，光耦接受MCU核心处理模块I发出的PWM 口控制信号，驱动IGBT功率放大管，达到控制输出电压的目的。
[0034]本实施例中在全桥逆变电路75与开关I Jl-1和开关II J1-2之间安装有空气开关K，为了防止电路中出现短路或大电流损坏蓄电池或电子器件。
[0035]本实施例中充电监控管理模块2:由PC机对充电系统的基础信息进行管理，包括系统参数设置、用户管理，权限设置、密码管理等。管理人员可以通过监控PC对充电机的运行参数进行查看和修改，启动和停止充电机充电过程，在充电机运行过程中，实时监控充电过程并记录。通过充电机控制器和车载电池管理系统，还可以读取电动汽车上电池组的信息，记录各电池组的数据，为将来进行数据分析及电池维护提供依据。
[0036]MCU核心处理模块1:是充电系统的中枢环节，采用Motorola推出的HCS12系列16位MCU — 9S12DT128，内部除中央处理单元CPU12外，支持背景调试模式和大容量存储器扩展，内部不仅集成FLASH、EEP 一 ROM及RAM存储器，而且还集成CAN、BDLC, SC1、SP1、HS1等多种接口，其主要功能包括:
[0037]1、实时监控充电机状态，包括电流、电压、时间和电量等参数监测、计量和显示；同时具有人机交互功能，可以按照用户的要求提供多种充电策略。
[0038]2、实时检测太阳能电池输入电压，切换电网电源电压与太阳能电源供电。
[0039]3、与充电系统进行数据交换，接受监控PC发送的各种命令，保证每台充电机的状态都在充电管理界面的监控下。
[0040]4、完成与车载电池管理系统进行通讯，获取车上电池组的基本信息，并能根据电池组的数据完成自动选择充电模式及充电参数。并将电池管理系统的相应数据发送给PC。
【权利要求】
1.一种太阳能与交流电网协同充电系统，包括交流电网(5)、MCU核心处理模块(I)和充电监控管理模块(2)，MCU核心处理模块与充电监控管理模块电路连接，其特征在于:还包括充电控制模块(7)和太阳能电池组件￠)，充电控制模块与太阳能电池组件、交流电网和MCU核心处理模块电路连接； 所述充电控制模块(7)具有整流滤波电路I (72)、切换控制电路(71)、电压采样电路(73)、比较放大电路(74)和稳压输出电路，太阳能电池组件(6)经切换控制电路接稳压输出电路，交流电网(5)依次经整流滤波电路1、切换控制电路接稳压输出电路，切换控制电路(71)控制太阳能电池组件或交流电网接入稳压输出电路； 所述太阳能电池组件(6)依次经电压采样电路(73)和比较放大电路(74)连接切换控制电路(71)，比较放大电路通过电压采样电路采样太阳能电池组件电压，并将采样电压与设定电压比较，根据比较结果控制切换控制电路(71)切换接入的电源。
2.根据权利要求1所述的太阳能与交流电网协同充电系统，其特征在于:所述切换控制电路(71)具有双开关继电器Jl和开关三极管Tl，该双开关继电器由线圈、开关I Jl-1和开关II J1-2组成，其中线圈与开关三极管Tl串接，开关三极管Tl基极接比较放大电路(74)输出端，开关IJl-1接于太阳能电池组件(6)与稳压输出电路之间，开关II J1-2接于整流滤波电路I (72)与稳压输出电路之间。
3.根据权利要求2所述的太阳能与交流电网协同充电系统，其特征在于:所述开关IJl-1和开关II J1-2与稳压输出电路之间接有空气开关K。
4.根据权利要求2所述的太阳能与交流电网协同充电系统，其特征在于:所述稳压输出电路包括依次相连的全桥逆变电路(75)、高频变压器BI和整流滤波电路II (76)，交流电网(5)整流后或太阳能电池组件(6)输出的直流电经全桥逆变电路后得到电压可调的高频交流电，高频交流电经高频变压器BI耦合到副边，通过整流滤波电路II输出稳定直流电。
5.根据权利要求4所述的太阳能与交流电网协同充电系统，其特征在于:所述全桥逆变电路(75)由4个绝缘栅双极晶体管组成；所述MCU核心处理模块(I)采样稳压输出电路输出的电流和电压信号，并控制输出4路PWM到4个绝缘栅双极晶体管栅极，控制绝缘栅双极晶体管栅极通断时间，从而控制输出电压。
6.根据权利要求5所述的太阳能与交流电网协同充电系统，其特征在于:所述MCU核心处理模块⑴经驱动电路、过压和限流保护电路与全桥逆变电路(75)电路连接；所述驱动电路采用TLP250芯片，过压和限流保护电路包括两个稳压管和一个电阻，驱动电路输出端串接电阻，并经两个稳压管接地。
7.根据权利要求1或2所述的太阳能与交流电网协同充电系统，其特征在于:所述比较放大电路(74)具有电压比较器Ul。
【文档编号】H02J7/00GK104242441SQ201410458657
【公开日】2014年12月24日 申请日期:2014年9月10日 优先权日:2014年9月10日
【发明者】朱正菲, 喻俊, 杜强 申请人:浙江省能源与核技术应用研究院