露天停车场智能太阳能充电桩系统技术方案

一种露天停车场智能太阳能充电桩系统，包括：太阳入射角无传感器估计模块、蜘蛛型光伏板向阳角调节机构、光伏‑储能‑电网‑充电桩一体化控制模块以及太阳能充电桩离并网能量管理模块，太阳入射角无传感器估计模块与蜘蛛型光伏板向阳角调节机构相连并传输向阳角信息，蜘蛛型光伏板向阳角调节机构与光伏‑储能‑电网‑充电桩一体化控制模块相连并传输电能，太阳能充电桩离并网能量管理模块与光伏‑储能‑电网‑充电桩一体化控制模块相连并传输控制信息。本发明专利技术通过蜘蛛型光伏板向阳角调节机构，能够实现光伏板向阳角随太阳入射角的动态调节，实现太阳能充电桩电能的自主分配与调度，减少新能源汽车对现有化石燃料发电的依赖的同时实现退役电池的梯次利用。

【技术实现步骤摘要】
露天停车场智能太阳能充电桩系统
本专利技术涉及一种新能源领域的技术，具体是一种露天停车场智能太阳能充电桩系统。
技术介绍
目前我们国家正在大力推广新能源汽车，而相应的基础配套仍不完善。新能源汽车充电时间长，充电功需求率大，由于公共充电设施的建设滞后，导致新能源汽车的充电问题日益严重。这一问题在露天公共停车场尤为严重。由于场地限制、安装成本及配套基础设施老旧一系列问题，致使停车场内充电桩数量寥寥无几。
技术实现思路
本专利技术针对现有停车场充电桩数量少、安装困难，提出一种露天停车场智能太阳能充电桩系统，通过蜘蛛型光伏板向阳角调节机构，能够实现光伏板向阳角随太阳入射角的动态调节，实现太阳能充电桩电能的自主分配与调度，减少新能源汽车对现有化石燃料发电的依赖的同时实现退役电池的梯次利用。本专利技术是通过以下技术方案实现的：本专利技术涉及一种露天停车场智能太阳能充电桩系统，包括：太阳入射角无传感器估计模块、蜘蛛型光伏板向阳角调节机构、光伏-储能-电网-充电桩一体化控制模块以及太阳能充电桩离并网能量管理模块，其中：太阳入射角无传感器估计模块与蜘蛛型光伏板向阳角调节机构相连并传输向阳角信息，蜘蛛型光伏板向阳角调节机构与光伏-储能-电网-充电桩一体化控制模块相连并传输电能，太阳能充电桩离并网能量管理模块与光伏-储能-电网-充电桩一体化控制模块相连并传输控制信息。所述的太阳入射角无传感器估计模块包括：无线通讯单元、计算单元和用于记录当前时间实时时钟单元，其中：无线通讯单元根据充电信息，进行数据转码及加密处理并输出充电结果至云端大数据服务器，计算单元基于当前时间信息和充电桩经纬度信息，由年/月/日及纬度信息计算今日的太阳高度角，并以时/分和经度信息计算当前太阳的方位角与阳光入射角后输出至蜘蛛型光伏板向阳角调节机构，实时时钟单元根据无线通讯单元接收到的时间信息，进行时钟校验处理并输出校准后的时间结果至太阳入射角无传感器估计模块。所述的无线通讯单元包含：用于与云端大数据服务器通讯的4G/5G通讯模块、用于电信运营商提供移动数据服务的物联网卡以及用于读写新能源车主的充值卡的RFID读卡器，其中：4G/5G通讯模块向云端大数据服务器传输充电桩的运行状态、用户数据、当前时间信息以进行云端数据存储与用户信息更新操作，物联网卡用于电信运营商提供移动数据服务以进行4G/5G通讯模块和云端的联网操作，RFID读卡器实现记账与扣费功能。所述的蜘蛛型光伏板向阳角调节机构包括：角度控制单元、伺服电动缸单元、支撑柱、球头轴承、支撑臂以及支撑底座，其中：支撑底座固定设置于光伏-储能-电网-充电桩一体化控制模块的背面，支撑臂与固定底座间通过球头轴承铰接，两个伺服电动缸单元设置于车位的入口俩侧并与角度控制单元相连进行伸缩量控制，支撑柱设置于车位后部并与支撑臂间通过球头轴承铰接实现类似蜘蛛腿结构，角度控制单元通过数据总线与伺服电机驱动器通讯并接收来自太阳入射角无传感器估计模块的实时太阳入射角信息，通过建立电动缸伸缩长度与光伏板角度间的映射关系与运动方程，实时计算两个伸缩杆的目标位置。所述的支撑底座呈三角形排列。所述的伺服电动缸单元分别与支撑臂通过球头轴承铰接。所述的伺服电动缸单元包括：伺服电机、减速机、伺服电机驱动器、编码器、螺杆、伸缩杆，其中：编码器设置于伺服电机转轴上并为伺服电机驱动器提供脉冲信号，伺服电机驱动器基于编码器信号采集伸缩杆的实时位置信息，伺服电机驱动器与伺服电机相连以控制伺服电机的运动，减速机与伺服电机相连，减速机输出端与螺杆相连，伸缩杆与螺杆相连，伺服电机驱动器与角度控制单元相连并接收伸缩杆的目标位置信息。所述的伸缩杆内部有螺纹，通过螺纹与螺杆啮合，由螺杆的转动带动伸缩杆的伸缩运动。所述的光伏-储能-电网-充电桩一体化控制模块包括：单向直流转换单元、整流逆变器、蓄电池、交流充电枪、直流充电枪、交流接触器和光伏板，其中：光伏板输出端与单向直流转换单元相连并将输出电能升压后充入蓄电池，交流充电枪分别通过整流逆变器与蓄电池相连、通过交流接触器与外部电网相连，直流充电枪分别通过单向直流转换单元与蓄电池相连、通过整流逆变器和交流接触器与外部电网相连，单向直流转换单元、整流逆变器以及交流接触器分别与太阳能充电桩离并网能量管理模块相连并接收控制指令。所述的太阳能充电桩离并网能量管理模块包括：并网控制单元和离网控制单元，其中：离网控制单元根据光伏板的电压和电流信息，进行单向直流转换单元电流闭环控制及电导增量法控制并得到光伏板最大可输出功率输出至蓄电池或充电桩，并网控制单元根据电网频率、幅值、相位信息，进行整流逆变器的SVPWM逆变控制或整流控制，SVPWM逆变控制将蓄电池或光伏板的直流电转换为交流电反馈回外部电网中，整流控制将外部电网交流电转化为直流电后，为蓄电池供电或为充电桩供电。所述的单向直流转换单元电流闭环控制是指：单向直流转换单元输入电流闭环控制与输出电流闭环控制两种；利用光伏-储能-电网-充电桩一体化控制模块的电流信号反馈，通过控制BOOST升压电路中IGBT控制信号的占空比，实现输入/输出电流的闭环控制。所述的电导增量法控制是指：在系统处于相对稳态状况下电导增量法通过微调直流转换单元的输入电流，使其稍作大小变化，观察其输出功率的变化，从而可搜索出当前光伏板最大功率的动作点。所述的SVPWM逆变控制是指：通过采集外部电网的幅值、频率和相位生成正弦调制波，利用载波与调制波发生PWM信号，PWM信号控制逆变器中IGBT的闭合，使逆变器的并网电流与电网电压同频同相。所述的蓄电池包括：锂离子电池组与电池管理系统。电池管理系统用于采集锂离子电池组电压、电流信息，计算锂离子电池组剩余电量，控制锂离子单体电池均衡与热管理。锂离子电池组在太阳能充电桩系统中起到对电能的削峰填谷作用。由于该系统对电池的容量、充放电峰值功率、发热特性要求较低，可采用新能源汽车的退役电池为蓄电池，其同时包含锂离子电池组与电池管理系统，在降低成本的同时实现退役电池的梯次利用。技术效果本专利技术整体解决现有充电桩对于基础配套设施的依赖，利用光伏发电与储能系统，在没有外部电网的条件下，为新能源汽车提供充电服务，解决露天公共停车场内充电桩数量少、安装困难问题。与现有技术相比，本专利技术采用1带多的控制模式，即1个电站同时管理多个车位的光伏发电系统与充电桩系统。而1带1模式不但控制系统的设备成本高，并且车位间蓄电池组间的能量不能互补，造成一些满电车位被其他车辆占用，而充电的车位充电桩馈电，导致充电桩的利用率低下。1带多的控制模式将多个车位的光伏发电汇聚至一个大蓄电池组中，各充电桩均能随意取用。本专利技术蓄电池组对于电池的充放电性能要求较低，可采用新能源汽车的退役电池作为储能装置，在降低成本的同时实现退役电池的梯次利用。附图说明图1为本专利技术系统结构示意图；图2为蜘蛛型光伏板向阳角调节机构结构示意图；图3为图1所示伺服电动缸单元结构示意图；图4为图1所示光伏电本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种露天停车场智能太阳能充电桩系统，其特征在于，包括：太阳入射角无传感器估计模块、蜘蛛型光伏板向阳角调节机构、光伏-储能-电网-充电桩一体化控制模块以及太阳能充电桩离并网能量管理模块，其中：太阳入射角无传感器估计模块与蜘蛛型光伏板向阳角调节机构相连并传输向阳角信息，蜘蛛型光伏板向阳角调节机构与光伏-储能-电网-充电桩一体化控制模块相连并传输电能，太阳能充电桩离并网能量管理模块与光伏-储能-电网-充电桩一体化控制模块相连并传输控制信息；/n所述的蜘蛛型光伏板向阳角调节机构包括：角度控制单元、伺服电动缸单元、支撑柱、球头轴承、支撑臂以及支撑底座，其中：支撑底座固定设置于光伏-储能-电网-充电桩一体化控制模块的背面，支撑臂与固定底座间通过球头轴承铰接，两个伺服电动缸单元设置于车位的入口俩侧并与角度控制单元相连进行伸缩量控制，支撑柱设置于车位后部并与支撑臂间通过球头轴承铰接实现类似蜘蛛腿结构，角度控制单元通过数据总线与伺服电机驱动器通讯并接收来自太阳入射角无传感器估计模块的实时太阳入射角信息，通过建立电动缸伸缩长度与光伏板角度间的映射关系与运动方程，实时计算两个伸缩杆的目标位置。/n

【技术特征摘要】
1.一种露天停车场智能太阳能充电桩系统，其特征在于，包括：太阳入射角无传感器估计模块、蜘蛛型光伏板向阳角调节机构、光伏-储能-电网-充电桩一体化控制模块以及太阳能充电桩离并网能量管理模块，其中：太阳入射角无传感器估计模块与蜘蛛型光伏板向阳角调节机构相连并传输向阳角信息，蜘蛛型光伏板向阳角调节机构与光伏-储能-电网-充电桩一体化控制模块相连并传输电能，太阳能充电桩离并网能量管理模块与光伏-储能-电网-充电桩一体化控制模块相连并传输控制信息；
所述的蜘蛛型光伏板向阳角调节机构包括：角度控制单元、伺服电动缸单元、支撑柱、球头轴承、支撑臂以及支撑底座，其中：支撑底座固定设置于光伏-储能-电网-充电桩一体化控制模块的背面，支撑臂与固定底座间通过球头轴承铰接，两个伺服电动缸单元设置于车位的入口俩侧并与角度控制单元相连进行伸缩量控制，支撑柱设置于车位后部并与支撑臂间通过球头轴承铰接实现类似蜘蛛腿结构，角度控制单元通过数据总线与伺服电机驱动器通讯并接收来自太阳入射角无传感器估计模块的实时太阳入射角信息，通过建立电动缸伸缩长度与光伏板角度间的映射关系与运动方程，实时计算两个伸缩杆的目标位置。


2.根据权利要求1所述的露天停车场智能太阳能充电桩系统，其特征是，所述的太阳入射角无传感器估计模块包括：无线通讯单元、计算单元和用于记录当前时间实时时钟单元，其中：无线通讯单元根据充电信息，进行数据转码及加密处理并输出充电结果至云端大数据服务器，计算单元基于当前时间信息和充电桩经纬度信息，由年/月/日及纬度信息计算今日的太阳高度角，并以时/分和经度信息计算当前太阳的方位角与阳光入射角后输出至蜘蛛型光伏板向阳角调节机构，实时时钟单元根据无线通讯单元接收到的时间信息，进行时钟校验处理并输出校准后的时间结果至太阳入射角无传感器估计模块。


3.根据权利要求1所述的露天停车场智能太阳能充电桩系统，其特征是，所述的伺服电动缸单元包括：伺服电机、减速机、伺服电机驱动器、编码器、螺杆、伸缩杆，其中：编码器设置于伺服电机转轴上并为伺服电机驱动器提供脉冲信号，伺服电机驱动器基于编码器信号采集伸缩杆的实时位置信息，伺服电机驱动器与伺服电机相连以控制伺服电机的运动，减速机与伺服电机相连，减速机输出端与螺杆相连，伸缩杆与螺杆相连，伺服电机驱动器与角度控制单元相连并接收伸缩杆的目标位置信息。


4.根据权利要求1所述的露天停车场智能太阳能充电桩系统，其特征是，所述的光伏-储能-电网-充电桩一体化控制模块包括：单向直流转换单元、整流逆变器、蓄电池、交流充电枪、直流充电枪、交流接触器和光伏板，其中：光伏板输出端与单向直流转换单元相连并将输出电能升压后充入蓄电池，交流充电枪分别通过整流逆变器与蓄电池相连、通过交流接触器与外部电网相连，直流充电枪分别通过单向直流转换单元与蓄电池相连、通过整流逆变器和交流接触器与外部电网相连，单向直流转换单元、整流逆变器以及交流接触器分别与太阳能充电桩离并网能量管理模块相连并接收控制指令。


5.根据权利要求1所述的露天停车场智能太阳能充电桩系统，其特征是，所述的太阳能充电桩离并网能量管理模块包括：并网控制单元和离网控制单元，其中：离网控制单元根据光伏板的电压和电流信息，进行单向直...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈自强，周诗尧，陈伊冉，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：上海;31