CN105429253B - 储能直流快速充电桩系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及电动汽车及新能源应用领域，公开了一种储能直流快速充电桩系统，包括一储能装置；所述储能装置的一端接收来自具有相对较低输入功率的电源装置的交流电，将电能存储经过一定时间后再通过充电接口输出具有相对较高输出功率的直流电实现快速充电，还公开了一种应用上述充电桩系统的方法。本发明的优点在于，解决了充电接口由民用供电线路取电需要对供电网路进行改造，且容易引起电网波动的问题，能够实现向充电桩的稳定的，高功率进行放电，提高充电效率，减少由于电网原因对向充电桩供电的干扰，且具有可以直接连接民用供电线路的问题。
Description
技术领域
本发明涉及电动汽车及新能源应用领域，特别涉及一种储能直流快速充电桩系统以及应用上述充电桩系统的方法，具有充电快速，安装方便，应用前景好的特点。
背景技术
随着汽车工业的飞速发展，石化能源危机以及汽车尾气污染日益加剧。节能、环保的电动汽车对于我国可持续发展具有重大意义，使用电动汽车，一方面可以采用电能替代传统石化能源，有效减少对石化能源的依赖；另一方面可以减少汽车尾气排放，缓解城市雾霾等环境污染问题。近些年，国内电动汽车的发展呈爆炸式的增长。然而，由于城市土地紧缺且电网线路改造费用较高，使得充电桩(尤其是直流快速充电桩)建设的严重滞后，导致电动汽车充电不便，严重制约电动汽车的发展。
快速充电桩主要应用于电动汽车的应急充电，一般采用直流充电，在15～30分钟之内，给电动汽车充入50～80％电池容量的电量。要实现电池快速充电，则必须以较大功率对电动汽车进行充电。现有普通市电线路一般无法满足充电桩瞬时充电时的功率要求，必须重新铺设电网线路，对于现有电网设备进行系统地改造，因此，建造成本较高，且大功率充电时会引起电网波动，影响周边用户用电质量。
为了高效利用城市用地，人们提出了各种采用充电桩与传统路灯相结合的形式，在路灯线路上进行改造。然而，由于路灯线路功率较小，如果没有进行系统改造很难实现大功率直流充电，无法提供应急充电服务。也有人提出采用充电桩与新能源储能系统相结合的形式，通过太阳能或者风能存储在蓄能系统中，当电动汽车充电时，由储能系统提供电量。这种方式节能够有效地利用太阳能、风能等可再生能源。然而由于太阳能、风能的可再生能源不稳定性，为了保障充电桩的随时处于工作状态往往需要与市电电网相连。然而，要实现快速充电模式的话，仍然需要对市电线路进行改造。这种新能源充电桩工作稳定性差，并不适合在城市内推广应用。
因此，如何能够在现有的供电网路上进行技术创新，令充电装置可以直接与这些电源进行连接，且能够将一些来源不稳定的电源转化为一种稳定的具有高放电功率的电能来源，便于电动汽车的充电补给，提高电动汽车的推广应用。
发明内容
本发明针对现有技术无法直接由民用供电网络或者太阳能风能等不稳定能源向电动汽车进行充电的缺点，提供了一种储能直流快速充电桩系统以及相应的方法，能够实现直接连接民用供电网络以及太阳风风能等不稳定能源进行充电的目的。
为实现上述目的，本发明可采取下述技术方案：
一种储能直流快速充电桩系统，包括一储能装置；所述储能装置的一端接收来自具有相对较低输入功率的电源装置的交流电，将电能存储经过一定时间后再通过充电接口输出具有相对较高输出功率的直流电实现快速充电。
进一步地，作为一种可选的方案，于本申请的实施例中，所述储能装置存储电能的时间包括所述储能装置的充电时间以及储能装置的空闲时间。
进一步地，作为一种可选的方案，于本申请的实施例中，还包括一功率改变装置；所述功率改变装置的一端接收来自所述储能装置的输出电流，进一步改变所述输出电流的放电功率后，向所述充电接口输出电流。
进一步地，作为一种可选的方案，于本申请的实施例中，还包括分别设置于所述储能装置和电源装置之间以及所述功率改变装置和充电接口之间用于将所述储能装置和功率改变装置与充电桩系统的其他部分相隔离的电流隔断装置。
进一步地，作为一种可选的方案，于本申请的实施例中，还包括与所述电流隔断装置相连接的控制装置；所述控制装置持续地监控来自储能装置的存储电量信息，依据所述储能装置的存储电量控制所述电流隔断装置的开启或者关闭并保持所述储能装置向所述充电接口的高功率电流输出。
进一步地，作为一种可选的方案，于本申请的实施例中，所述储能装置至少应当能够被充入10-200kWh的电量。
一种应用上述的储能直流快速充电桩系统的储能直流快速充电方法，将储能直流快速充电桩系统设置为空闲状态或者工作状态；在工作状态下，控制所述储能装置向充电接口提供高功率的放电电路；在空闲状态下，控制所述电源装置以低功率向储能装置进行充电。
进一步地，作为一种可选的方案，于本申请的实施例中，在工作状态下，监测所述储能装置的剩余电量，在剩余电量不足以支持由储能装置向充电接口进行的高功率放电时，将所述储能直流快速充电桩系统切换为空闲状态进行充电。
进一步地，作为一种可选的方案，于本申请的实施例中，在工作状态下，所述储能装置向所述充电接口进行放电的放电功率达到20-200kW。
进一步地，作为一种可选的方案，于本申请的实施例中，在空闲状态下，所述电源装置向储能装置提供充电功率为1-20kW的充电电流。
本发明具有以下的显著技术
可以直接连接民用供电网络，且向充电接口进行高功率放电时，充电接口与电源装置之间是隔离的，不会对供电网络造成影响，不影响网路内其他用户的用电。其次，可以直接使用现有的供电网络，无需改造即可连接，大为降低了充电桩系统的前期投入成本，可以在任意地点设置充电桩系统，设置、安装更为方便，能够广泛地用于路灯、停车场以及商铺等场所，提高充电桩系统的普及率。最后，充电桩系统可以连接任意类型的电源，包括那些供电不稳定的太阳能或者风能等能源，尤其适用于远离城市的郊外设置。
进一步地，储能装置可以提供充电接口以较高充电功率的放电电流，以实现对电动汽车电池的快速充电。
附图说明
图1为储能直流快速充电桩系统的结构示意图。
图2为另一种储能直流快速充电桩系统的结构示意图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的详细描述。
实施例1
如图1所示，一种储能直流快速充电桩系统，包括一储能装置100；所述储能装置100的一端接收来自具有相对较低输入功率的电源装置200的交流电，将电能存储经过一定时间后再通过充电接口300向电动汽车等设备的电池储能装置输出具有相对较高输出功率的直流电实现快速充电。所述的储能装置100可以选择任意现有的铅酸电池、锂离子电池、超级电容器液流电池或者钠硫电池以及其他类似的电能储存装置。充电接口300连接电动汽车、混合动力汽车或者类似车辆或者其他设备的畜电池并向其输出电流进行充电，为了能够支持对电动或者混合动力汽车的充电电量要求，本申请实施例对储能装置100的最大充电电量存在一定要求，所述储能装置100可以采用单一的电池装置，也可以采用包括有能够令储能装置100符合充点电量要求的任意数量和种类的电池装置构成的电池体系。本申请的优点在于能够直接接入市电或者工业供电网络等民用供电网络中，通常市电网络的电压为220v，工业供电网络的电压为380v，在接入了上述民用供电网络后，储能装置100能够将民用供电网络中的低功率电流转化为高功率电流实现快速充电。同时，储能装置100能够协调充电时间，将来自民用供电网络的低功率长时间充电转化为快速充电，从而达到节省充电时间的目的。储能装置100能够输出的高功率的放电电流可以通过对储能装置100所使用的电池的种类和参数的选择得到。其充电接口的线路不限于通过现有市电网络线路进行充电，任何具有较低的放电功率的电源均可以被使用，可以使用的场合包括路灯、停车场、店铺店面以及基站等场所的线路。同时，利用具有较低电流功率的民用供电系统还意味着可以充分利用普通民用供电系统在夜间电价较为廉价时对储能装置100进行充电。并在白天的某个时段内向充电接口供电。
在本实施例中，通常可以采用AC/DC转换器实现将民用供电网络的220v或者380v的交流电转化为直流电，该AC/DC转换器可以被下述的控制系统控制，以实现更好的控制。
进一步地，所述储能装置100存储电能的时间包括所述储能装置100的充电时间以及储能装置100的空闲时间。由于设置有储能装置100，电能在进入充电接口之前，需要在储能装置100中进行暂时性的存储，便于利用空闲的时间进行充电，提供储能装置100的设备使用利用率。
进一步地，储能直流快速充电桩系统还包括一功率改变装置400；所述功率改变装置400的一端接收来自所述储能装置100的输出电流，进一步改变所述输出电流的放电功率后，向所述充电接口300输出电流。功率改变装置400用于进一步地提升来自储能装置100的放电电流的功率，令其能够达到并且保持所期望的高功率电流的状态。一种可选的方案是采用DC/DC转换器以实现电流功率的改变，可以通过下述的控制装置600进一步地控制电流功率的改变情况。此外，另一种可选的方案是将AC/DC转换器直接与功率改变装置400相连接，该结构中AC/DC转换器直接与功率改变装置400之间的连接无需再经过储能装置100。
进一步地，还包括分别设置于所述储能装置100和电源装置200之间以及所述功率改变装置400和充电接口300之间用于将所述储能装置100和功率改变装置400与充电桩系统的其他部分相隔离的电流隔断装置500。电流隔断装置500用于切换整个储能直流快速充电桩系统的空闲状态和工作状态，同时也可以用于保持储能装置100向充电接口的高功率电流输出。一种可选的方案是采用开关装置实现电流的隔断。所述的电流隔断装置500可以与控制装置600连接，实现开关状态的切换。
进一步地，还包括与所述电流隔断装置500相连接的控制装置600；所述控制装置600持续地监控来自储能装置100的存储电量信息，依据所述储能装置100的存储电量控制所述电流隔断装置500的开启或者关闭并保持所述储能装置100向所述充电接口300的高功率电流输出。
如图2所示，一种简化后的储能直流快速充电桩系统，由控制装置600直接控制AC/DC转换器以及DC/DC转换器实现电流隔断的功能，并分别替换电流隔断装置600，进一步简化充电桩系统的内部结构。
进一步地，所述储能装置100至少应当能够被充入10-200kWh的电量，最大功率应当能够达到20-200kW。
一种应用上述的储能直流快速充电桩系统的储能直流快速充电方法，将储能直流快速充电桩系统设置为空闲状态或者工作状态；在工作状态下，控制所述储能装置100向充电接口提供高功率的放电电路；在空闲状态下，控制所述电源装置200以低功率向储能装置100进行充电。作为一种可选的方案，可以在控制装置600的控制下实现上述的状态切换，当系统处于工作状态时，控制装置600控制电流隔断装置500隔断储能装置100与电源装置200之间的连接，连接储能装置100与充电接口300，以一定的高功率进行放电，经过DC/DC转换器给电动汽车进行大功率快速充电。经过测算，由市电以3kW小功率先对储能装置100进行充电，经过较长时间充电完毕后，储能装置100可以30kWh的功率向充电接口300放电，实现在15-20分钟的时间内向汽车的电池冲入约7.5-10kWh的电量，实现汽车大约80-100公里的续航里程。当系统处于空闲状态时，控制装置600控制切断储能装置100与充电接口300之间的连接，停止向汽车电池进行充电，同时连通储能装置100与电源装置200，以较低的功率对储能装置100进行充电。进一步地，向储能装置100进行充电的电流功率大致依据电源装置200而定，本实施例中的储能装置100可以接受各种功率的充电电流，根据市场上现有的交流电电源的情况，可以接受电源装置200提供的1-20kW充电电流。
下表记载了其他的一些可以接受的充电放电参数设置。
进一步地，在工作状态下，监测所述储能装置100的剩余电量，在剩余电量不足以支持由储能装置100向充电接口300进行的高功率放电时，将所述储能直流快速充电桩系统切换为空闲状态进行充电。当储能装置100采用混合储能系统的情况下，利用混合储能系统中，多个电池的不同步放电，控制装置600在监测到混合储能系统其中一个电池处于低电量时，连接电源装置200切换进入浮充电模式对其进行充电，控制装置600监控该电池充电完成后，即切换其进入工作模式。在此其间，混合储能系统的其他电池可以继续向充电接口300放电，并且在功率改变装置400的调整下保持原有高功率放电。
进一步地，在工作状态下，所述储能装置100向所述充电接口300进行放电的放电功率达到20-200kW。
进一步地，在空闲状态下，所述电源装置200向储能装置100提供充电功率为1-20kW的充电电流。
总之，以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所作的均等变化与修饰，皆应属本发明专利的涵盖范围。
Claims (8)
1.一种储能直流快速充电桩系统，其特征在于，包括储能装置(100)；所述储能装置(100)的一端接收来自具有相对较低输入功率的电源装置(200)的交流电，将电能存储经过一定时间后再通过充电接口(300)输出具有相对较高输出功率的直流电实现快速充电；
储能直流快速充电桩系统的状态包括空闲状态和工作状态，在工作状态下，控制所述储能装置(100)向充电接口提供高功率的放电电路；在空闲状态下，控制所述电源装置(200)以低功率向储能装置(100)进行充电；
所述储能直流快速充电桩系统还包括一功率改变装置(400)；所述功率改变装置(400)的一端接收来自所述储能装置(100)的输出电流，进一步改变所述输出电流的放电功率后，向所述充电接口(300)输出电流；
所述储能装置采用由超级电容器、铅酸电池和锂离子电池构成的混合储能系统，所述储能装置具有浮充电模式，利用混合储能系统中，电池的不同步放电，控制装置(600)在监测到混合储能系统其中一个电池处于低电量时，连接电源装置(200)切换进入浮充电模式对其进行充电，控制装置(600)监控该电池充电完成后，即切换其进入工作状态，在此其间，混合储能系统的其他电池可以继续向充电接口(300)放电，并且在所述功率改变装置(400)的调整下保持原有高功率放电。
2.根据权利要求1所述的储能直流快速充电桩系统，其特征在于，所述储能装置(100)存储电能的时间包括所述储能装置(100)的充电时间以及储能装置(100)的空闲时间。
3.根据权利要求1所述的储能直流快速充电桩系统，其特征在于，还包括分别设置于所述储能装置(100)和电源装置(200)之间以及所述功率改变装置(400)和充电接口(300)之间用于将所述储能装置(100)和功率改变装置(400)与充电桩系统的其他部分相隔离的电流隔断装置(500)。
4.根据权利要求3所述的储能直流快速充电桩系统，其特征在于，所述控制装置(600)与所述电流隔断装置(500)相连接；所述控制装置(600)持续地监控来自储能装置(100)的存储电量信息，依据所述储能装置(100)的存储电量控制所述电流隔断装置(500)的开启或者关闭并保持所述储能装置(100)向所述充电接口(300)的高功率电流输出。
5.根据权利要求1所述的储能直流快速充电桩系统，其特征在于，所述储能装置(100)至少应当能够被充入10-200kWh的电量。
6.根据权利要求1所述的储能直流快速充电桩系统，其特征在于，在工作状态下，监测所述储能装置(100)的剩余电量，在剩余电量不足以支持由储能装置(100)向充电接口(300)进行的高功率放电时，将所述储能直流快速充电桩系统切换为空闲状态进行充电。
7.根据权利要求1所述的储能直流快速充电桩系统，其特征在于，在工作状态下，所述储能装置(100)向所述充电接口(300)进行放电的放电功率达到20-200kW。
8.根据权利要求1所述的储能直流快速充电桩系统，其特征在于，在空闲状态下，所述电源装置(200)向储能装置(100)提供充电功率为1-20kW的充电电流。
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