本發(fā)明涉及新能源汽車充電堆，特別涉及一種基于直流母線的大功率v2g充電堆及其控制方法。

背景技術(shù)：

1、隨著新能源汽車行業(yè)的發(fā)展，我國新能源汽車保有量與日俱增，對新能源汽車的充電需求也越來越大，大量車輛負荷以及日常的生活、工業(yè)等用電對電網(wǎng)尤其是對用電高峰期的電網(wǎng)的壓力猶如千斤重擔。而新能源汽車的電池除了作為負載，也可以試做儲能設(shè)備向電網(wǎng)輸送能量，以緩解高峰期的電網(wǎng)壓力。在此背景下，v2g技術(shù)被廣泛地使用起來，同時在技術(shù)的實踐運用中也凸顯了幾個亟待解決的問題：

2、(1)v2g充電樁使用的雙向dc/dc模塊造價高昂，經(jīng)濟性較差。

3、相較于單向dc/dc模塊，實現(xiàn)v2g功能的雙向dc/dc模塊的拓撲結(jié)構(gòu)決定了它會用到更多的昂貴元器件，在器件選型上就會投入更多的成本。同時雙向dc/dc的控制方式更為復雜，在控制電路的設(shè)計上也會投入更多的資源，包括硬件器件的投入和更多的研發(fā)投入。此外雙向dc/dc由于其拓撲結(jié)構(gòu)和器件選型，勢必會比單向dc/dc模塊有更多的自身損耗，在轉(zhuǎn)換效率方面就會有一定差距。在當前大功率快速充電的需求背景下，使用大量的雙向dc/dc模塊建成大功率充電堆在造價與效率方面的經(jīng)濟效益不高。

4、(2)新能源汽車電池循環(huán)次數(shù)透支仍然是v2g技術(shù)商用的一大挑戰(zhàn)。

5、電動汽車電池的壽命問題，使得新能源汽車車主們不太愿使用充電樁的v2g功能，這使得充電樁的v2g功能利用率不高，v2g實際產(chǎn)生的效益也不是特別客觀，只借此要實現(xiàn)車網(wǎng)平衡也比較困難。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、針對上述現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明提供了一種基于直流母線的大功率v2g充電堆及其控制方法，能夠支持雙向dc/dc和單向dc/dc模塊的智能調(diào)度，能有效減少傳統(tǒng)v2g系統(tǒng)中模塊的數(shù)量和使用，從而降低成本并提高系統(tǒng)效率。

2、具體技術(shù)方案如下：

3、第一方面，提供了一種基于直流母線的大功率v2g充電堆，包括：

4、直流母線，用于連接充電終端和能源系統(tǒng)，保持穩(wěn)定的電壓輸出；

5、充電槍，用于車輛充電的接口；

6、單向dc/dc模塊，用于將直流母線單向接入到充電槍，且與充電槍一一對應(yīng)；

7、雙向dc/dc模塊，用于直流母線和充電槍之間雙向轉(zhuǎn)化；一雙向dc/dc模塊對應(yīng)多個充電槍，且雙向dc/dc模塊與充電槍之間設(shè)有第一開關(guān)；相鄰的充電槍之間通過第二開關(guān)連接；

8、實時監(jiān)控模塊，實時監(jiān)控各車輛的電池狀態(tài)、充放電需求和電網(wǎng)狀況；以及

9、多車輛調(diào)度管理單元，用于協(xié)調(diào)多個車輛的充放電操作，根據(jù)實時監(jiān)控模塊獲取車輛的電量狀態(tài)、用戶需求和電網(wǎng)狀態(tài)，分配不同的優(yōu)先級并按照優(yōu)先級的高底對車輛進行充放電操作；

10、在車輛充電時，多車輛調(diào)度管理單元根據(jù)實時監(jiān)控模塊發(fā)送數(shù)據(jù)動態(tài)調(diào)度單向dc/dc模塊、雙向dc/dc模塊的分配，調(diào)度單向dc/dc模塊的優(yōu)先級高于雙向dc/dc模塊，通過控制第一開關(guān)和第二開關(guān)閉合以形成對單向dc/dc模塊和雙向dc/dc模塊分配；在車輛到電網(wǎng)的能量傳輸時，多車輛調(diào)度管理單元根據(jù)實時監(jiān)控模塊發(fā)送數(shù)據(jù)動態(tài)調(diào)度雙向dc/dc模塊，通過控制第一開關(guān)和第二開關(guān)閉合以形成對雙向dc/dc模塊分配，最后通過dc/ac將車輛的能量輸送給電網(wǎng)。

11、上述方案進一步的，多車輛調(diào)度管理單元設(shè)定緊急放電優(yōu)先級，確保電網(wǎng)在緊急情況下能夠快速獲取能量。

12、上述方案進一步的，所述直流母線ac/dc模塊接入交流電網(wǎng)。

13、上述方案進一步的，：還包括接入直流母線的可再生能源接入接口，接入接口連接光伏組件及mppt模塊、儲能電池及pcs模塊。

14、上述方案進一步的，當車輛充電時，通過實時監(jiān)控模塊和能量管理策略，優(yōu)先使用可再生能源接入接口接入直流母線進行充電。

15、上述方案進一步的，所述單向dc/dc模塊能夠可拆換為雙向dc/dc模塊。

16、第二方面，提供了一種基于直流母線的大功率v2g充電堆的控制方法，包括：

17、車輛連接充電堆時，實時監(jiān)控模塊獲取車輛的電池狀態(tài)和充放電需求；

18、多車輛調(diào)度管理單元對車輛分配初始優(yōu)先級，并確定是否進行充電或放電操作；

19、實時監(jiān)控模塊實時監(jiān)控車輛的電池狀態(tài)和電網(wǎng)負荷，多車輛調(diào)度管理單元依據(jù)實時監(jiān)控模塊實時數(shù)據(jù)動態(tài)調(diào)整雙向dc/dc和單向dc/dc模塊的分配；

20、在實時監(jiān)控各車輛的充放電過程中，通過負載均衡算法，動態(tài)調(diào)整各車輛的優(yōu)先級和充放電功率，均衡各車輛的功率輸出，用于避免單一車輛過載。

21、上述方案進一步的，所述負載均衡算法步驟包括：

22、1)車輛權(quán)重計算：根據(jù)車輛的優(yōu)先級和電池狀態(tài)計算權(quán)重，公式如下：

23、

24、其中，wi為車輛i的功率權(quán)重，pi為車輛i的優(yōu)先級，ei為車輛i當前電量，emax為車輛i的最大電量；

25、2)總功率計算：計算系統(tǒng)當前可用總功率ptotal；

26、車輛功率分配：根據(jù)權(quán)重wi分配每輛車的充放電功率pi，公式如下：

27、

28、其中，n為電動汽車數(shù)量；

29、實際允許功率：

30、判斷i＝1時，p1是否大于車輛a的需求功率pa需，如果小于，則限制輸出給車輛a的功率為p1并且δp1＝0；

31、如果大于，則車輛a的限制功率為需求功率pa需，并計算δp1。

32、δp1＝p1-pa需

33、判斷p2+δp1是否大于車輛b的需求功率pb需，如果小于，則限制輸出給車輛b的功率為p2并且δp2＝0；

34、如果大于，則車輛b的限制功率為需求功率pb需，并計算δp2；

35、δp2＝p2+δp1-pb需

36、以此類推，依次將所有車輛都分配過功率；

37、3)按照實際允許功率，按照優(yōu)先級和單個電源模塊的額定功率取整進行分配投切的電源模塊數(shù)，電源模塊為單向dc/dc模塊、雙向dc/dc模塊；

38、4)按照電源模塊的投切結(jié)構(gòu)和放電優(yōu)先的策略對分配的模塊進行可行性優(yōu)化。

39、上述方案進一步的，所述步驟4)包括：

40、如分配投切的電源模塊數(shù)大于此充電車充電線路可投切到的模塊，則按照可投切的模塊進行；如果分配投切的電源模塊數(shù)小于車輛充電線路可投切到的模塊則檢查是否可投切的模塊處于空閑狀態(tài)，如果處于空閑狀態(tài)，且分配投切的電源模塊的額定功率之和小于車輛需求功率，則將空閑的模塊依次投切到該車輛的充電線路上直到投切到該車輛的充電線路的模塊額定功率之和大于車輛需求功率。

41、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果為：

42、本發(fā)明基于直流母線的充電堆把所有的充電終端和能源系統(tǒng)連接起來，保持穩(wěn)定的電壓輸出，優(yōu)化能量傳輸效率。雙向dc/dc模塊與單向dc/dc模塊的智能調(diào)度能根據(jù)電網(wǎng)以及電動汽車的需求，實現(xiàn)能源的最優(yōu)分配。充電堆設(shè)計包括接口，允許光伏發(fā)電和儲能系統(tǒng)直接接入直流母線，利用可再生能源產(chǎn)生的電力，并在需求高峰期釋放儲存的電能。系統(tǒng)減少了對單獨v2g模塊的依賴，通過更高效的能量調(diào)度降低了設(shè)備和運營成本。

43、本發(fā)明v2g充電堆不僅提高了能源使用的靈活性和效率，還通過支持可再生能源的融入，增強了電網(wǎng)的穩(wěn)定性和可持續(xù)性。適用于城市公共充電站、居住區(qū)及商業(yè)設(shè)施等多種環(huán)境，預期將對推動智能電網(wǎng)和綠色交通的發(fā)展起到重要作用。

44、本發(fā)明的實施有助于實現(xiàn)電動車充電基礎(chǔ)設(shè)施的經(jīng)濟與環(huán)境雙重效益，為電動車與智能電網(wǎng)的未來發(fā)展提供了一種高效的技術(shù)方案。