CN105576773A - 一种储能式充电系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种储能式充电系统，具有集中直流母线供电，其中所述直流母线的功率由AC-DC模块提供，一路或多路DC-DC充电模块的输入取自该直流母线，且所述直流母线通过双向DC-DC模块连接储能单元。当所述AC-DC模块输出功率不足时，所述双向DC-DC模块将能量从储能单元传递到直流母线，为所述DC-DC充电模块提供能量，起到削峰填谷的作用，由于直流母线集中供电，使所述DC-DC充电模块可以用很低的成本满足不同种类新能源汽车的多样化充电需求；并且，所述双向DC-DC模块使所述直流母线电压独立于储能单元的电压，有利于所述AC-DC模块和所述DC-DC充电模块的优化设计以及提升充电系统的整体效率。
Description
技术领域
本发明涉及新能源汽车的充电系统，尤其涉及一种具有削峰填谷储能单元的充电系统。
背景技术
随着新能源汽车的发展，特别是电动汽车的普及，对快速充电站的需求越来越大。人们普遍期望电动汽车续航里程长而充电时间短，这就意味着快速充电机功率会越来越大，而电网的负荷能力有限，特别是城市中心地段电网最大容量基本固定了，很难因为充电站的需要大幅增加用电容量，而人口密集地区对充电站的需求却更大，这样电网的负荷就成了充电站建设的关键瓶颈。传统的充电站大多是由独立式的AC-DC充电机组成，如图1所示，峰值功率需求大，但平均使用率低，也就是平均功率低，很多充电站的使用率连10％的时间都不到，但电网容量的配置必须考虑所用充电机同时使用的情况，也就是按照所有充电机最大功率之和来计算，这样造成了对电网容量的巨大浪费，或者电网容量无法满足充电站的建设需求，对充电站大范围推广形成了阻碍。
发明内容
本发明提供一种储能式充电系统，以解决现有独立式AC-DC充电机使用率低但峰值功率大，对电网容量配置要求高的问题。
为实现所述目的，本申请提供的技术方案如下：
一种储能式充电系统，其特征在于，包括AC-DC模块，一路或多路DC-DC充电模块，储能单元，直流母线，双向DC-DC模块和控制模块，其中，
所述AC-DC模块的输出端连接所述直流母线，通过所述直流母线为所有的DC-DC充电模块提供电功率；
所述DC-DC充电模块的输入端均连接在所述直流母线上，其输出端用于连接电动汽车；
所述双向DC-DC模块的一个端口连接所述直流母线，另一个端口连接所述储能单元；
所述储能单元，由所述AC-DC模块通过所述双向DC-DC模块为其充电，当所述AC-DC模块输出功率不足时，通过所述双向DC-DC模块为所述DC-DC充电模块供电；
所述控制模块，通过控制双向DC-DC模块的工作状态控制所述储能单元的充电或放电，并控制供给各路所述DC-DC充电模块的功率。
可选的，当所述DC-DC充电模块为多路时，所有所述DC-DC充电模块的最大输出功率之和大于或等于所述AC-DC模块的输出功率。
可选的，所述控制模块的控制方法为：
步骤1：接收DC-DC充电模块发出充电需求信号；
步骤2：检测所述储能单元的电量、并输出检测信号；
步骤3：根据所述充电需求信号，判断所述AC-DC模块的输出功率是否大于所述DC-DC充电模块的总需求功率，若判断结果为是，则进入步骤4；若判断结果为否，则进入步骤5；
步骤4：根据所述检测信号判断所述储能单元是否需要充电；
步骤5：根据所述检测信号判断所述储能单元是否具有剩余电量；
步骤6：若步骤4的判断结果为是，则控制所述双向DC-DC模块正向传递能量；
步骤7：若步骤5的判断结果为是，则控制所述双向DC-DC模块反向传递能量。
可选的，所述控制方法还包括：
步骤8：若步骤4的判断结果为否，或步骤5的判断结果为否，则控制所述双向DC-DC模块停止传递能量。
可选的，所述AC-DC模块工作在稳压状态。
可选的，所述双向DC-DC模块工作在电流控制状态。
可选的，所述控制模块包括：
连接所述控制模块的接收端，用于接收所述DC-DC充电模块发出充电需求信号的接收单元；
检测所述储能单元的电量、并输出检测信号的检测单元；
根据所述充电需求信号，判断所述AC-DC模块的输出功率是否大于所述DC-DC充电模块的总需求功率的第一判断单元；
若所述第一判断单元的判断结果为是，则根据所述检测信号判断所述储能单元是否需要充电的第二判断单元；
若所述第一判断单元的判断结果为否，则根据所述检测信号判断所述储能单元是否具有剩余电量的第三判断单元；
若所述第二判断单元的判断结果为是，则控制所述双向DC-DC模块正向传递能量；若所述第三判断单元的判断结果为是，则控制所述双向DC-DC模块反向传递能量的第一控制单元。
可选的，所述控制模块还包括：若所述第二判断单元的判断结果为否，或所述第三判断单元的判断结果为否则控制所述双向DC-DC模块停止能量传递的第二控制单元。
本发明提供一种储能式充电系统，具有集中直流母线供电，其中所述直流母线的功率由AC-DC模块提供，一路或多路DC-DC充电模块的输入取自该直流母线，且所述直流母线通过双向DC-DC模块连接储能单元。当所述AC-DC模块输出功率不足时，所述双向DC-DC模块将能量从储能单元传递到直流母线，为所述DC-DC充电模块提供能量，起到削峰填谷的作用，克服了新能源汽车充电站发展的电网供电容量瓶颈问题；同时，由于直流母线集中供电，使所述DC-DC充电模块可以用很低的成本满足不同种类新能源汽车的多样化充电需求，降低了充电系统的综合成本；并且，所述双向DC-DC模块使所述直流母线电压独立于储能单元的电压，有利于所述AC-DC模块和所述DC-DC充电模块的优化设计以及提升充电系统的整体效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是现有技术中的充电系统示意图；
图2是本发明实施例提供的充电系统示意图；
图3是本发明实施例提供的控制模块第一实施例示意图；
图4是本发明实施例提供的控制模块第二实施例示意图；
图5是本发明实施例提供的控制模块的控制方法流程图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。
本发明提供一种储能式充电系统，以解决现有独立式AC-DC充电机使用率低但峰值功率大，对电网容量配置要求高的问题。
具体的，所述充电系统如图2所示，包括：AC-DC模块100，一路或多路DC-DC充电模块200，储能单元500，直流母线400，双向DC-DC模块600和控制模块300，其中，
所述AC-DC模块100的输出端连接所述直流母线400，通过所述直流母线400为所有的DC-DC充电模块200提供电功率；
所述DC-DC充电模块200的输入端均连接在所述直流母线400上，其输出端用于连接电动汽车；
所述双向DC-DC模块600的一个端口连接所述直流母线400，另一个端口连接所述储能单元500；
所述储能单元500，由所述AC-DC模块100通过所述双向DC-DC模块600为其充电，当所述AC-DC模块100输出功率不足时，通过所述双向DC-DC模块600为所述DC-DC充电模块供电；
所述控制模块300，通过控制双向DC-DC模块600控制所述储能单元500的充电或放电，并控制供给各路所述DC-DC充电模块200的功率。
需要说明的是，所述AC-DC模块100输出端为两端，正端连接直流母线400，负端作为参考电位端，即“地端”，所述DC-DC充电模块的输入端为两端，其一端连接所述直流母线，另一端连接地端，所述双向DC-DC模块的一端口，即两端，分别连接直流母线和地端，另一端口连接储能单元的两端。
需要说明的是，本申请中的储能单元500，可以为任何储存电功率的器件或电路，如储能电池，储能电容等。
当所述储能单元500需要充电时，由所述AC-DC模块的输出功率通过所述双向DC-DC模块600为其充电。所述储能单元500放电时，通过所述双向DC-DC模块600将能量传递到所述直流母线400，进而为所述DC-DC充电模块200提供能量。
所述控制模块300，，并控制各路所述DC-DC充电模块的功率分配。
本发明提供一种储能式充电系统，具有集中直流母线供电，其中所述直流母线的功率由AC-DC模块提供，一路或多路DC-DC充电模块的输入取自该直流母线，且所述直流母线通过双向DC-DC模块连接储能单元。当所述AC-DC模块输出功率不足时，所述双向DC-DC模块将能量从储能单元传递到直流母线，为所述DC-DC充电模块提供能量，起到削峰填谷的作用，克服了新能源汽车充电站发展的电网供电容量瓶颈问题；同时，由于直流母线集中供电，使所述DC-DC充电模块可以用很低的成本满足不同种类新能源汽车的多样化充电需求，降低了充电系统的综合成本；并且，所述双向DC-DC模块使所述直流母线电压独立于储能单元的电压，有利于所述AC-DC模块和所述DC-DC充电模块的优化设计及提升充电系统的整体效率。
现有技术的充电系统为了兼容不同功率的充电需求，每个充电机的最大输出功率往往是远大于充电的平均功率，而实际上所有充电机都同时为大容量电池汽车充电的概率是非常小的，即便同时为大容量汽车同时充电，也很难同时都处于最大功率充电状态，这样就造成了充电机实际正常使用功率远低于充电机功率之和，利用率很低。而本申请的充电系统，所有的充电机共用一个集中AC-DC模块，集中AC-DC模块的功率可以按照实际正常使用的充电功率来配置，因此，避免了现有技术中充电站中充电机利用率低造成的成本浪费，而DC-DC充电模块可以是低成本小体积的非隔离模块；而且储能单元在电网用电紧张或所述AC-DC模块输出功率不足时向所述DC-DC充电模块提供能量，进一步的优化了电网容量的配置。
同时，现有的充电机为独立的AC-DC充电机，如图1所示。每个充电机都设置体积很大，在电动汽车的充电停车位占据相当的空间。而本申请提供的充电系统中，作为大功率供电的AC-DC模块100，与DC-DC充电模块200可以分别设置在不同空间，因此，所述AC-DC模块100可以不必设置在电动汽车的充电场所，而是可以设置在较远或偏僻的区域，而仅把很小体积的DC-DC充电模块放置在停车位附近，这样大大减小了电动汽车停车位的占地面积。
可选的，多路所述DC-DC充电模块200，为分别独立封装的模块。
由于每个DC-DC充电模块200分别与不同的电动汽车连接，为不同的电动汽车充电，因此，当每个所述DC-DC充电模块200分别独立封装时，且其成本低体积小，进一步减小充电机在充电停车位的占地面积。在实际应用中，所述AC-DC模块100和所述双向DC-DC模块600可以与所述DC-DC充电模块200分别设置在不同的空间，以便电动汽车充电场所的空间合理利用。
可选的，当所述DC-DC充电模块为多路时，所有所述DC-DC充电模块200的最大输出功率之和大于或等于所述AC-DC模块100的输出功率。
当所述DC-DC充电模块为多路时，考虑到所有DC-DC充电模块200同时输出最大功率的概率极其微小，同时，所有DC-DC充电模块200同时输出最大功率对配电网的瞬时功率需求过高，因此，在设计AC-DC模块100的最大输出功率时，可以小于所有DC-DC充电模块200输出的最大功率之和。例如，共10个DC-DC充电模块，每个DC-DC充电模块的最大输出功率均为50kw，所述AC-DC模块100的最大输出功率可以小于500kw。这是因为所有DC-DC充电模块同时均需要输出50kw的概率很低，因此，所述AC-DC模块100也不需要设计为500kw的模块，这样，本申请的充电系统，可有效降低AC-DC模块100的成本和体积，还能兼容不同电动汽车的充电功率。对于偶然出现的DC-DC充电模块总功率需求大于AC-DC模块最大输出功率，且储能电池也能量耗尽无法提供，控制模块可以按照预设的算法分配和限制DC-DC充电模块的功率，例如根据汽车剩余电量的多少或充电价格高低调整充电优先等级。
本申请的双向DC-DC模块600，不仅承担了所述储能单元500和直流电压端的能量双向传递，而且使所述AC-DC模块100的输出端电压(即所述直流电压)独立于所述储能单元500的电压。这样，直流电压的值不受储能单元电压的限制，可以设置在某一稳压值，有利于所述AC-DC模块的优化设计和提升充电系统的整体效率。
可选的，所述直流电压稳定在预设电压值。
可选的，所述预设电压值为固定值。例如，所述直流电压稳定在400V的固定值上。
可选的，所述预设电压值为按照预设规律变化。所述预设规律可以为固定设置好的规律；或者，所述预设规律可以为与充电系统中某参数相关，例如，所述直流电压的值跟随储能单元的电压变化。
所述储能单元500的充电或放电，由所述双向DC-DC模块600的正向传递能量或反向传递能量来完成。所述控制模块300通过控制所述双向DC-DC模块600的能量传递方向，来控制所述储能单元500的充电或放电。例如，当所述AC-DC模块100的最大输出功率小于所述DC-DC充电模块200的总需求功率时，所述控制模块300控制所述双向DC-DC模块600反向传递能量，而所述储能单元500有剩余电量时，将储能单元500的能量传递到所述直流母线400，通过所述直流母线400为所述DC-DC充电模块供电；又如，当所述AC-DC模块100的最大输出功率大于所述DC-DC充电模块200的总需求功率时，而所述储能单元500的当前电能较低时，所述控制模块300控制所述双向DC-DC模块600正向传递能量，将所述AC-DC模块100输出的剩余功率传递到所述储能单元500，为所述储能单元500充电。
可选的，所述AC-DC模块100工作在稳压状态。
可选的，所述双向DC-DC模块600工作在电流控制状态。
可选的，参照图3，所述控制模块300包括：
连接所述控制模块300的接收端，用于接收DC-DC充电模块200发出充电需求信号的接收单元301；
检测所述储能单元500的电量、并输出检测信号的检测单元302；
根据所述充电需求信号，判断所述AC-DC模块的输出功率是否大于所述DC-DC充电模块的总需求功率的第一判断单元303；
若所述第一判断单元303的判断结果为是，则根据所述检测信号判断所述储能单元500是否需要充电的第二判断单元304；
若所述第一判断单元303的判断结果为否，则根据所述检测信号判断所述储能单元500是否具有剩余电量的第三判断单元305；
若所述第二判断单元304的判断结果为是，则控制所述双向DC-DC模块600正向传递能量；若所述第三判断单元305的判断结果为是，则控制所述双向DC-DC模块600反向传递能量的第一控制单元306。
“根据所述检测信号判断所述储能单元500是否需要充电”，其依据可以是，储能单元的电量、电网用电限制、人为设置的指令等，以上一种或多种。
本申请的双向DC-DC模块正向传递能量，是指所述双向DC-DC模块将能量从所述直流母线端传递到所述储能单元，且所述双向DC-DC模块工作状态处于电流控制状态，其输出电流为所述储能单元的充电电流，所述电流控制状态使所述储能单元充电电流稳流或受控。
本申请的双向DC-DC模块反向传递能量，是指所述双向DC-DC模块将能量从所述储能单元传递到所述直流母线端，通过直流母线将储能单元的能量提供给所述DC-DC充电模块。
可选的，参照图4，所述控制模块300还包括：若所述第二判断单元304的判断结果为否，或所述第三判断单元305的判断结果为否，则控制所述双向DC-DC模块停止传递能量的第二控制单元307。
当所述第二判断单元304的判断结果为否，则表明所述储能单元不需要充电，而所述AC-DC模块的输出功率大于所述DC-DC充电模块的总需求功率，储能单元也不需要放电，则控制模块控制所述双向DC-DC模块停止能量传递。
当所述第三判断单元305的判断结果为否，则表明所述AC-DC模块的输出功率小于所述DC-DC充电模块的总需求功率，需要所述储能单元的能量供给所述DC-DC充电模块，而储能单元没有剩余的电量放电，则控制模块控制所述双向DC-DC模块停止能量传递。
需要说明的是，当所述DC-DC充电模块的总充电需求大于所述AC-DC模块的最大输出功率，且储能单元的电能不足以放电时，所述控制模块根据预设的算法分配所述DC-DC充电模块的充电功率不大于AC-DC模块最大输出功率，避免储能单元的过放电。
可选的，本申请充电系统中的控制模块300，其控制方法，参照图5，包括：
步骤1：接收DC-DC充电模块200发出充电需求信号；
步骤2：检测所述储能单元500的电量、并输出检测信号；
步骤3：根据所述充电需求信号，判断所述AC-DC模块的输出功率是否大于所述DC-DC充电模块的总需求功率，若判断结果为是，则进入步骤4；若判断结果为否，则进入步骤5；
步骤4：根据所述检测信号判断所述储能单元500是否需要充电；
步骤5：根据所述检测信号判断所述储能单元500是否具有剩余电量；
步骤6：若步骤4的判断结果为是，则控制所述双向DC-DC模块600正向传递能量；
步骤7：若步骤5的判断结果为是，则控制所述双向DC-DC模块600反向传递能量。
需要说明的是，步骤1和步骤2，可以并列执行，其先后顺序不受限制，也即除了上述方式，等同的控制方法的步骤是：步骤2、步骤1、步骤3、步骤4、步骤5、步骤6、步骤7。
“根据所述检测信号，判断所述储能单元500是否需要充电”，其依据可以是，储能单元的电量、电网用电限制、人为设置的指令等，以上一种或多种。
可选的，所述控制方法还包括：
步骤8：若4的判断结果为否，或步骤5的判断结果为否，则控制双向DC-DC模块停止能量传递。
其中，可选的，所述AC-DC模块100为隔离模块，即该AC-DC模块100通过隔离电路实现；所述DC-DC充电模块200通过非隔离电路实现。
可选的，所述AC-DC模块100为非隔离模块，即该AC-DC模块100通过非隔离电路实现；所述DC-DC充电模块200为隔离的充电模块，即该DC-DC充电模块200通过隔离电路实现。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。
Claims (8)
1.一种储能式充电系统，其特征在于，包括AC-DC模块，一路或多路DC-DC充电模块，储能单元，直流母线，双向DC-DC模块和控制模块，其中，
所述AC-DC模块的输出端连接所述直流母线，通过所述直流母线为所有的DC-DC充电模块提供电功率；
所述DC-DC充电模块的输入端均连接在所述直流母线上，其输出端用于连接电动汽车；
所述双向DC-DC模块的一个端口连接所述直流母线，另一个端口连接所述储能单元；
所述储能单元，由所述AC-DC模块通过所述双向DC-DC模块为其充电，当所述AC-DC模块输出功率不足时，通过所述双向DC-DC模块为所述DC-DC充电模块供电；
所述控制模块，通过控制双向DC-DC模块的工作状态来控制所述储能单元的充电或放电，并控制供给各路所述DC-DC充电模块的功率。
2.根据权利要求1所述的充电系统，其特征在于，当所述DC-DC充电模块为多路时，所有所述DC-DC充电模块的最大输出功率之和大于或等于所述AC-DC模块的输出功率。
3.根据权利要求1所述的充电系统，其特征在于，所述控制模块的控制方法为：
步骤1：接收DC-DC充电模块发出充电需求信号；
步骤2：检测所述储能单元的电量、并输出检测信号；
步骤3：根据所述充电需求信号，判断所述AC-DC模块的输出功率是否大于所述DC-DC充电模块的总需求功率，若判断结果为是，则进入步骤4；若判断结果为否，则进入步骤5；
步骤4：根据所述检测信号判断所述储能单元是否需要充电；
步骤5：根据所述检测信号判断所述储能单元是否具有剩余电量；
步骤6：若步骤4的判断结果为是，则控制所述双向DC-DC模块正向传递能量；
步骤7：若步骤5的判断结果为是，则控制所述双向DC-DC模块反向传递能量。
4.根据权利要求3所述的充电系统，其特征在于，所述控制方法还包括：
步骤8：若步骤4的判断结果为否，或步骤5的判断结果为否，则控制所述双向DC-DC模块停止传递能量。
5.根据权利要求1所述的充电系统，其特征在于，所述AC-DC模块工作在稳压状态。
6.根据权利要求1所述的充电系统，其特征在于，所述双向DC-DC模块工作在电流控制状态。
7.根据权利要求1所述的充电系统，其特征在于，所述控制模块包括：
连接所述控制模块的接收端，用于接收所述DC-DC充电模块发出充电需求信号的接收单元；
检测所述储能单元的电量、并输出检测信号的检测单元；
根据所述充电需求信号，判断所述AC-DC模块的输出功率是否大于所述DC-DC充电模块的总需求功率的第一判断单元；
若所述第一判断单元的判断结果为是，则根据所述检测信号判断所述储能单元是否需要充电的第二判断单元；
若所述第一判断单元的判断结果为否，则根据所述检测信号判断所述储能单元是否具有剩余电量的第三判断单元；
若所述第二判断单元的判断结果为是，则控制所述双向DC-DC模块正向传递能量；若所述第三判断单元的判断结果为是，则控制所述双向DC-DC模块反向传递能量的第一控制单元。
8.根据权利要求7所述的充电系统，其特征在于，所述控制模块还包括：若所述第二判断单元的判断结果为否，或所述第三判断单元的判断结果为否则控制所述双向DC-DC模块停止能量传递的第二控制单元。
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| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
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