CN106532814A - 一种飞轮储能式电动汽车充电站系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种飞轮储能式电动汽车充电站系统,包括充电系统、配电系统、蓄电系统、辅助用电系统、中央控制系统和自我保护系统,交流配电柜与电网、辅助用电系统以及至少两个飞轮储能系统分别相连,每个飞轮储能系统与一个DC/DC变换器相连后与直流配电柜相连,直流配电柜与至少两个充电装置连接,中央控制系统上连接有储能系统控制器和设备控制器,设备控制器分别与储能系统控制器、直流配电柜以及各个充电装置相连,储能系统控制器分别与各个飞轮储能系统和DC/DC变换器相连。本发明有效避免了对电网的瞬时大功率需求和冲击,又可以错峰用电,具有储电容量大、使用寿命长、可靠性高、运行维护成本低、无污染等优点。
Description
技术领域
本发明涉及电动汽车充电站系统领域,特别涉及到一种飞轮储能式电动汽车充电站系统。
背景技术
随着石油等不可再生能源的持续减少,能源问题已成为全球关注的焦点,节能减排是未来各国发展的必然趋势。汽车工业在整个工业体系中具有举足轻重的地位,而燃油汽车带来了石油危机、环境污染等诸多问题,因此电动汽车的发展势在必行。电动汽车充电站作为重要的基础支撑设施,在电动汽车的普及和大力推广中发挥着重要的作用。
现有技术中的电动汽车充电站直接将电网的电能通过AC/DC变化后,再采用高电压大电流方式对电动汽车进行快速充电,充电桩的建设成本和运行成本高,无法达到汽车充电站对经济性的要求。与此同时,由于电动汽车的充电具有随机性和间歇性,随着电动汽车数量的增加,大规模电动汽车的充电势必会对配电网的结构、运行产生巨大的影响。电动汽车快速充电时瞬间功率大,常规的电网较难满足。电动汽车充电不仅会影响配电网的负荷平衡,而且会给配电网带来其他问题:电动汽车的聚集性充电可能会导致局部地区用电负荷紧张,充电时间的叠加或负荷高峰时段的充电行为将会加重配电网负担。如果协调不好,将会出现“峰上加峰”,增大电网调峰难度,加大输配电网建设压力,降低发电机组的电网的运行效率。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术中的不足,提供一种飞轮储能式电动汽车充电站系统,以解决上述问题。
本发明所解决的技术问题可以采用以下技术方案来实现:
一种飞轮储能式电动汽车充电站系统,包括充电系统、配电系统、蓄电系统、辅助用电系统、中央控制系统和自我保护系统,蓄电系统包括飞轮储能系统,配电系统包括交流配电柜、DC/DC变换器和直流配电柜,充电系统包括充电装置,飞轮储能系统通过中央控制系统控制并处于放电状态、充电状态或既不充电又不放电状态;交流配电柜与电网相连,并与辅助用电系统以及至少两个飞轮储能系统分别相连,每个飞轮储能系统与一个DC/DC变换器相连,至少两个DC/DC变换器与直流配电柜相连,一个直流配电柜与至少两个充电装置连接,充电装置与负载连接,中央控制系统上连接有储能系统控制器和设备控制器,设备控制器分别与储能系统控制器、直流配电柜以及各个充电装置相连,储能系统控制器分别与各个飞轮储能系统和DC/DC变换器相连。
进一步的,所述飞轮储能系统包括轴承、交流电动机、飞轮和直流发电机,交流电动机通过电动机驱动器驱动,交流电动机与飞轮相连,飞轮与直流发电机相连,直流发电机与DC/DC变换器相连。
进一步的,所述配电系统的容量包括动力用电、监控用电和办公用电,采用双路供电方式。
进一步的,所述辅助用电系统包括对整个充电站的监控、调度和管理的充电站监控系统,充电站监控系统包括充电系统监控、烟雾报警监控、配电监控和视频监控。
进一步的,所述飞轮储能系统通过自我保护系统可自动切除。
与现有技术相比,本发明的有益效果如下:
本发明充分考虑了充电站的建设成本和运行成本,并保证了充电站的通用性和可扩展性。本发明结构紧凑、操作简单、使用安全,通过飞轮储能系统作为蓄电装置,有效避免了对电网的瞬时大功率需求和冲击,又可以错峰用电,具有储电容量大、使用寿命长、可靠性高、运行维护成本低、无污染等优点,充分考虑了对环境的影响,尽可能减少其对环境造成的不良影响,以保证该区域的环保要求。
附图说明
图1为本发明所述的飞轮储能式电动汽车充电站系统的结构框图。
图2为本发明所述的飞轮储系统处于放电状态的结构示意图。
图3为本发明所述的飞轮储系统处于既不充电也不放电状态的结构示意图。
图4为本发明所述的飞轮储系统处于充电状态的结构示意图。
图5为本发明所述的飞轮储能式电动汽车充电站系统的原理图。
图6为本发明所述的飞轮储能式电动汽车充电站系统的结构示意图。
图7为本发明所述的飞轮储能系统的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解,下面结合具体实施方式,进一步阐述本发明。
参见图1~图7,本发明所述的一种飞轮储能式电动汽车充电站系统,包括充电系统、配电系统、蓄电系统、辅助用电系统、中央控制系统和自我保护系统。蓄电系统包括飞轮储能系统,配电系统包括交流配电柜、DC/DC变换器和直流配电柜,充电系统包括充电装置。飞轮储能系统通过中央控制系统控制并处于放电状态、充电状态或既不充电又不放电状态。交流配电柜与电网相连,并与辅助用电系统以及至少两个飞轮储能系统分别相连。每个飞轮储能系统与一个DC/DC变换器相连,至少两个DC/DC变换器与直流配电柜相连。一个直流配电柜与至少两个充电装置连接,充电装置与负载连接。中央控制系统上连接有储能系统控制器和设备控制器,设备控制器分别与储能系统控制器、直流配电柜以及各个充电装置相连。储能系统控制器分别与各个飞轮储能系统和DC/DC变换器相连。
充电系统的功能是将输入充电站的电能转换成电动汽车动力电池充电所需的形式,并通过充电装置输送到电动汽车,包括充电系统和充电桩。根据不同的电能补给方式,划分为地面充电和整车充电两种充电系统。作为整个充电站的中心环节,针对各种不同的充电要求,提供安全、快捷和方面的充电服务。
蓄电系统的功能是在低负荷时段把电能储存到蓄电系统中,高负荷时段使用存储在其中的电能,本发明采用飞轮储能系统作为蓄电装置。
飞轮储能系统包括轴承1、交流电动机2、飞轮3和直流发电机4。交流电动机2通过电动机驱动器驱动,交流电动机2与飞轮3相连,飞轮3与直流发电机4相连,直流发电机4与DC/DC变换器相连。
交流电动机2包括电动机转子、电动机定子和电动机机壳。直流发电机4包括发电机转子、发电机定子和发电机机壳。飞轮3包括飞轮本体、转轴和飞轮机壳。电动机定子固定连接于电动机机壳内,发电机定子固定连接于发电机机壳内,飞轮本体固定连接于转轴上。转轴通过轴承支承于飞轮机壳上,转轴的两端伸出飞轮机壳外,电动机转子和发电机转子分别固定连接于转轴的两端。电动机机壳和发电机机壳分别固定连接于飞轮机壳的两端。
配电系统的功能是将来自电网的高压电能通过变压器转换成充电站所需的低压电能,再分别输送到充电系统、蓄电系统和辅助用电系统中。其容量包括动力用电、监控用电和办公用电等。电力负荷级别采用2级,即采用双路供电,同时不配备后备电源,输出为0.4kV、50Hz。
辅助用电系统的功能是将输入辅助用电系统的电能转接到充电站的监控、通讯、照明等系统和设备中。辅助用电系统中最重要的部分是充电站监控系统,包括充电系统监控、烟雾报警监控、配电监控和视频监控,通过对整个充电站的监控、调度和管理,来保证充电站高效、安全的运行。
自我保护系统的功能是在电网电能质量不符合标准或者充电站发生故障时,自动切除飞轮储能系统,以保护设备和人身的安全。
中央控制系统的功能是通过对车辆的充电需求进行分析,根据不同车辆的充电特点、充电时间要求,通过充电系统检测和记录相应电动汽车的相关信息,包括驶入时间、用户预计离开时间、电池额定容量和现状荷电状态(SOC)等,其中预计离开时间由用户进行选择并将这一信息反馈给控制器,其他参数则由充电系统自动检测。中央控制系统还能跟电网交互信息,主要是获取负荷预测信息。中央控制系统在收集到这些信息后经过优化计算,得到每辆电动汽车在每个时间段的充电功率,并将这些指令发送给电动汽车相连的充电系统,由充电系统来执行这些指令。中央控制系统根据电动汽车充电需求和电网负荷预测信息,自动选择飞轮储能系统的运行状态。
飞轮储能系统工作于放电状态,各类电动汽车的充电需求比较集中,单纯依靠电网提供的电能无法满足所有车辆的功率需求,此时充电站蓄电系统将存储的电能释放出来,和电网经配电系统流出的电能一起,同时为电动汽车进行电能补充的工作。飞轮储能系统工作于既不充电也不放电状态,电网提供的电能可以满足电动汽车的功率需求,此时蓄电系统不工作,电网提供电能通过配电系统,再使用充电系统对电动汽车进行电能补充。飞轮储能系统工作于充电状态,通常是夜间,电网处于用电低谷阶段,对充电站而言,电动汽车的充电需求较少,为了抑制用电低谷时段的电力浪费,充分利用电能,可将电网提供的电能分为两部分:一部分对电动汽车进行充电,另一部分存储到蓄电系统中,这部分电能在充电站高负荷时段释放,大大提高电力系统的利用率。
电能传输必须经过飞轮储能系统,由于飞轮储能系统具有AC/DC变换功能,通过适当控制,可实现夜间储电白天放电、边储电边放电等多种工作模式,从而有效避免对电网的瞬时大功率需求和冲击,可以错峰用电,大大节约用电成本。
电网提供的电能经过交流配电柜,电机驱动器驱动电动机转子高速旋转,电能经过变换之后转化为飞轮高速旋转的动能,完成能量存储的过程。当系统需要电能时,高速旋转的飞轮立刻减速,飞轮可作为发电机,将存储在飞轮上的动能转换为电能,在DC/DC变换之后,汇聚到直流配电柜,直流配电柜与两个以上的充电装置相连,可满足电动汽车的充电需求。每一个飞轮电池都有相应的储能系统控制器,储能系统控制器与飞轮电池和DC/DC变换器相连,通过控制飞轮的电机驱动器、储能系统控制器和DC/DC变换器来完成飞轮电池的充放电过程。整个充电站中也配备一个中央控制系统,中央控制系统与各个控制器、每个充电装置以及直流配电柜通过控制总线相连,通过中央控制系统可实现飞轮储能系统和充电系统的总体控制,按照合理的调配方法,满足充电站储能、充电的运行工作。另外,中央控制系统可获取电网的负荷预测信息,并结合电动汽车的充电功率需求,完成飞轮储能系统运行状态的全过程控制。储能飞轮采用分布式结构,通过飞轮电池的合理布置可以组建不同容量的蓄电系统,这样不仅可以错峰用电,同时也大大缓解了充电高峰时的大功率需求和冲击。当电动汽车充电站或者电网出现故障时,自我保护系统会自动切除飞轮储能系统,以保护设备和人身的安全。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解,本发明不受上述实施例的限制,上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理,在不脱离本发明精神和范围的前提下,本发明还会有各种变化和改进,这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (5)
1.一种飞轮储能式电动汽车充电站系统,其特征在于:包括充电系统、配电系统、蓄电系统、辅助用电系统、中央控制系统和自我保护系统,蓄电系统包括飞轮储能系统,配电系统包括交流配电柜、DC/DC变换器和直流配电柜,充电系统包括充电装置,飞轮储能系统通过中央控制系统控制并处于放电状态、充电状态或既不充电又不放电状态;交流配电柜与电网相连,并与辅助用电系统以及至少两个飞轮储能系统分别相连,每个飞轮储能系统与一个DC/DC变换器相连,至少两个DC/DC变换器与直流配电柜相连,一个直流配电柜与至少两个充电装置连接,充电装置与负载连接,中央控制系统上连接有储能系统控制器和设备控制器,设备控制器分别与储能系统控制器、直流配电柜以及各个充电装置相连,储能系统控制器分别与各个飞轮储能系统和DC/DC变换器相连。
2.根据权利要求1所述的飞轮储能式电动汽车充电站系统,其特征在于:所述飞轮储能系统包括轴承、交流电动机、飞轮和直流发电机,交流电动机通过电动机驱动器驱动,交流电动机与飞轮相连,飞轮与直流发电机相连,直流发电机与DC/DC变换器相连。
3.根据权利要求1所述的飞轮储能式电动汽车充电站系统,其特征在于:所述配电系统的容量包括动力用电、监控用电和办公用电,采用双路供电方式。
4.根据权利要求1所述的飞轮储能式电动汽车充电站系统,其特征在于:所述辅助用电系统包括对整个充电站的监控、调度和管理的充电站监控系统,充电站监控系统包括充电系统监控、烟雾报警监控、配电监控和视频监控。
5.根据权利要求1所述的飞轮储能式电动汽车充电站系统,其特征在于:所述飞轮储能系统通过自我保护系统可自动切除。
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