一种基于直流母线的大功率V2G充电堆及其控制方法与流程

本发明涉及新能源汽车充电堆，特别涉及一种基于直流母线的大功率v2g充电堆及其控制方法。

背景技术：

1、随着新能源汽车行业的发展，我国新能源汽车保有量与日俱增，对新能源汽车的充电需求也越来越大，大量车辆负荷以及日常的生活、工业等用电对电网尤其是对用电高峰期的电网的压力犹如千斤重担。而新能源汽车的电池除了作为负载，也可以试做储能设备向电网输送能量，以缓解高峰期的电网压力。在此背景下，v2g技术被广泛地使用起来，同时在技术的实践运用中也凸显了几个亟待解决的问题：

2、(1)v2g充电桩使用的双向dc/dc模块造价高昂，经济性较差。

3、相较于单向dc/dc模块，实现v2g功能的双向dc/dc模块的拓扑结构决定了它会用到更多的昂贵元器件，在器件选型上就会投入更多的成本。同时双向dc/dc的控制方式更为复杂，在控制电路的设计上也会投入更多的资源，包括硬件器件的投入和更多的研发投入。此外双向dc/dc由于其拓扑结构和器件选型，势必会比单向dc/dc模块有更多的自身损耗，在转换效率方面就会有一定差距。在当前大功率快速充电的需求背景下，使用大量的双向dc/dc模块建成大功率充电堆在造价与效率方面的经济效益不高。

4、(2)新能源汽车电池循环次数透支仍然是v2g技术商用的一大挑战。

5、电动汽车电池的寿命问题，使得新能源汽车车主们不太愿使用充电桩的v2g功能，这使得充电桩的v2g功能利用率不高，v2g实际产生的效益也不是特别客观，只借此要实现车网平衡也比较困难。

技术实现思路

1、针对上述现有技术存在的不足，本发明提供了一种基于直流母线的大功率v2g充电堆及其控制方法，能够支持双向dc/dc和单向dc/dc模块的智能调度，能有效减少传统v2g系统中模块的数量和使用，从而降低成本并提高系统效率。

2、具体技术方案如下：

3、第一方面，提供了一种基于直流母线的大功率v2g充电堆，包括：

4、直流母线，用于连接充电终端和能源系统，保持稳定的电压输出；

5、充电枪，用于车辆充电的接口；

6、单向dc/dc模块，用于将直流母线单向接入到充电枪，且与充电枪一一对应；

7、双向dc/dc模块，用于直流母线和充电枪之间双向转化；一双向dc/dc模块对应多个充电枪，且双向dc/dc模块与充电枪之间设有第一开关；相邻的充电枪之间通过第二开关连接；

8、实时监控模块，实时监控各车辆的电池状态、充放电需求和电网状况；以及

9、多车辆调度管理单元，用于协调多个车辆的充放电操作，根据实时监控模块获取车辆的电量状态、用户需求和电网状态，分配不同的优先级并按照优先级的高底对车辆进行充放电操作；

10、在车辆充电时，多车辆调度管理单元根据实时监控模块发送数据动态调度单向dc/dc模块、双向dc/dc模块的分配，调度单向dc/dc模块的优先级高于双向dc/dc模块，通过控制第一开关和第二开关闭合以形成对单向dc/dc模块和双向dc/dc模块分配；在车辆到电网的能量传输时，多车辆调度管理单元根据实时监控模块发送数据动态调度双向dc/dc模块，通过控制第一开关和第二开关闭合以形成对双向dc/dc模块分配，最后通过dc/ac将车辆的能量输送给电网。

11、上述方案进一步的，多车辆调度管理单元设定紧急放电优先级，确保电网在紧急情况下能够快速获取能量。

12、上述方案进一步的，所述直流母线ac/dc模块接入交流电网。

13、上述方案进一步的，：还包括接入直流母线的可再生能源接入接口，接入接口连接光伏组件及mppt模块、储能电池及pcs模块。

14、上述方案进一步的，当车辆充电时，通过实时监控模块和能量管理策略，优先使用可再生能源接入接口接入直流母线进行充电。

15、上述方案进一步的，所述单向dc/dc模块能够可拆换为双向dc/dc模块。

16、第二方面，提供了一种基于直流母线的大功率v2g充电堆的控制方法，包括：

17、车辆连接充电堆时，实时监控模块获取车辆的电池状态和充放电需求；

18、多车辆调度管理单元对车辆分配初始优先级，并确定是否进行充电或放电操作；

19、实时监控模块实时监控车辆的电池状态和电网负荷，多车辆调度管理单元依据实时监控模块实时数据动态调整双向dc/dc和单向dc/dc模块的分配；

20、在实时监控各车辆的充放电过程中，通过负载均衡算法，动态调整各车辆的优先级和充放电功率，均衡各车辆的功率输出，用于避免单一车辆过载。

21、上述方案进一步的，所述负载均衡算法步骤包括：

22、1)车辆权重计算：根据车辆的优先级和电池状态计算权重，公式如下：

23、

24、其中，wi为车辆i的功率权重，pi为车辆i的优先级，ei为车辆i当前电量，emax为车辆i的最大电量；

25、2)总功率计算：计算系统当前可用总功率ptotal；

26、车辆功率分配：根据权重wi分配每辆车的充放电功率pi，公式如下：

27、

28、其中，n为电动汽车数量；

29、实际允许功率：

30、判断i＝1时，p1是否大于车辆a的需求功率pa需，如果小于，则限制输出给车辆a的功率为p1并且δp1＝0；

31、如果大于，则车辆a的限制功率为需求功率pa需，并计算δp1。

32、δp1＝p1-pa需

33、判断p2+δp1是否大于车辆b的需求功率pb需，如果小于，则限制输出给车辆b的功率为p2并且δp2＝0；

34、如果大于，则车辆b的限制功率为需求功率pb需，并计算δp2；

35、δp2＝p2+δp1-pb需

36、以此类推，依次将所有车辆都分配过功率；

37、3)按照实际允许功率，按照优先级和单个电源模块的额定功率取整进行分配投切的电源模块数，电源模块为单向dc/dc模块、双向dc/dc模块；

38、4)按照电源模块的投切结构和放电优先的策略对分配的模块进行可行性优化。

39、上述方案进一步的，所述步骤4)包括：

40、如分配投切的电源模块数大于此充电车充电线路可投切到的模块，则按照可投切的模块进行；如果分配投切的电源模块数小于车辆充电线路可投切到的模块则检查是否可投切的模块处于空闲状态，如果处于空闲状态，且分配投切的电源模块的额定功率之和小于车辆需求功率，则将空闲的模块依次投切到该车辆的充电线路上直到投切到该车辆的充电线路的模块额定功率之和大于车辆需求功率。

41、与现有技术相比，本发明的有益效果为：

42、本发明基于直流母线的充电堆把所有的充电终端和能源系统连接起来，保持稳定的电压输出，优化能量传输效率。双向dc/dc模块与单向dc/dc模块的智能调度能根据电网以及电动汽车的需求，实现能源的最优分配。充电堆设计包括接口，允许光伏发电和储能系统直接接入直流母线，利用可再生能源产生的电力，并在需求高峰期释放储存的电能。系统减少了对单独v2g模块的依赖，通过更高效的能量调度降低了设备和运营成本。

43、本发明v2g充电堆不仅提高了能源使用的灵活性和效率，还通过支持可再生能源的融入，增强了电网的稳定性和可持续性。适用于城市公共充电站、居住区及商业设施等多种环境，预期将对推动智能电网和绿色交通的发展起到重要作用。

44、本发明的实施有助于实现电动车充电基础设施的经济与环境双重效益，为电动车与智能电网的未来发展提供了一种高效的技术方案。