CN107895974A - 一种电动汽车储能移动充电桩及系统 - Google Patents

Abstract

一种电动汽车储能移动充电桩及系统，包括充电桩本体，还包括位于充电桩本体上的电池模块、BMS电路组、逆变电路、充电计量模块、无线数据模块、定位模块和主控管理模块；该电池模块设有若干并联的电池组；该BMS电路组包括若干并联且与若干电池组一一对应相连的BMS电路；该逆变电路与电池模块相连以转换产生慢充电压电流或快充电压电流；该充电计量模块与逆变电路相连；无线数据模块与主控管理模块相连以发送相关信息或接收控制信息；定位模块与主控管理模块相连以提供位置信息；该主控管理模块与电池模块和充电计量模块相连。本发明无需专用充电停车位，还可以利用谷时电价进行储能充电，解决电网容量问题，有利于充电经济性和电网平衡、充电成本低。

Description

一种电动汽车储能移动充电桩及系统

技术领域

本发明涉及电动汽车充电领域，特别是一种电动汽车储能移动充电桩及系统。

背景技术

随着纯电动汽车的快速发展，其最大的瓶颈也逐渐显现出来，就是充电难，充电桩安装设置难。这困难就好比鸡生蛋、蛋生鸡的问题制约着电动汽车的普及和消费。

充电桩其功能类似于加油站里面的加油机，一般是固定在地面或墙壁，安装于公共建筑(公共楼宇、商场、公共停车场等)和居民小区停车场或充电站内，可以根据不同的电压等级为各种型号的电动汽车充电。其特点是由电网提供线路，充电桩的输入端与交流电网直接连接，输出端都装有充电插头用于为电动汽车充电。按安装方式分可分为落地式充电桩、挂壁式充电桩。落地式充电桩适合安装在不靠近墙体的停车位。挂壁式充电桩适合安装在靠近墙体的停车位。

现有电动汽车充电方式有快充和慢充两种方式，相对应也有两种充电桩：直流快充桩和交流慢充桩。由于充电桩给电动汽车充电需要较大的电源功率，对电网容量的要求较高。特别是直流快充，一般功率都在几十KW甚至上百KW，因此只能用于公共充电桩，对于居民小区停车场一般提供不了这样的电容量，只能安装交流慢充桩。但是交流慢充桩也需要几KW的功率，因此不能满足所有用户的需求，按目前标准只能达到20％需求，老旧小区甚至都无法安装。

电动汽车充电桩作为电动汽车的能量补给装置，其充电性能关系到电池模块的使用寿命、充电时间。这也是消费者在购买电动汽车之前最为关心的一个方面之一。实现对动力电池高效、安全、合理、方便的电量补给是电动汽车充电器设计的基本原则，另外，还要考虑充电器对各种动力电池的适用性。

发明内容

本发明的主要目的在于克服现有技术中的上述缺陷，提出一种解决充电场地问题、无需专用电网、方便快捷的电动汽车储能移动充电桩及系统。

本发明采用如下技术方案：

一种电动汽车储能移动充电桩，包括充电桩本体，其特征在于：还包括位于充电桩本体上的电池模块、BMS电路组、逆变电路、充电计量模块、无线数据模块、定位模块和主控管理模块；该电池模块设有若干并联的电池组；该BMS电路组包括若干并联且与若干电池组一一对应相连的BMS电路以实现对电池组的智能充电；该逆变电路与电池模块相连以转换产生慢充电压电流或快充电压电流；该充电计量模块与逆变电路相连以采集输出电压电流并计量充电电量；无线数据模块与主控管理模块相连以发送相关信息或接收控制信息；定位模块与主控管理模块相连以提供位置信息；该主控管理模块与电池模块和充电计量模块相连以根据控制信息控制充电、获取充电电量并上传。

优选的，所述逆变电路包括DC/AC逆变电路、DC/DC逆变电路和模式切换电路，该模式切换电路与DC/AC逆变电路、DC/DC逆变电路、主控管理模块相连以根据控制命令切换输出慢充电压电流或快充电压电流。

优选的，所述主控管理模块包括数据采集管理单元和控制器，该数据采集管理单元与所述电池模块和所述充电计量模块相连以检测电池模块的工作状态及充放电情况，并获得充电电量信息；该控制器与数据采集管理单元、所述逆变电路、所述无线数据模块和所述定位模块相连。

优选的，还包括有充电接口及保护电路以供连接充电插头，该充电接口及保护电路与所述逆变器相连，该充电接口及保护电路与所述逆变器之间还连接有接触器以控制充电启动或停止；所述主控管理模块与该充电接口及保护电路和接触器相连。

优选的，还包括有紧急停止按钮，该紧急停止按钮连接于所述接触器与所述主控管理模块之间。

优选的，还包括有风机和加热器，该风机和加热器与所述主控管理模块相连。

优选的，还包括有防盗锁，该防盗锁与所述电池模块和所述主控管理模块相连。

优选的，所述定位模块和无线通讯模块为集成GSM系统和GNSS系统的MC20模块。

一种电动汽车的移动充电系统，其特征在于：包括云端平台、客户端和配送终端，还包括若干上述的任一一种电动汽车储能移动充电桩；该充电桩向云端平台发送工作信息；所述客户端向云端平台发出充电请求；所述云端平台接收充电请求并结合接收到的充电桩的工作信息进行匹配，将匹配的充电桩工作信息、充电请求发送至配送终端；配送终端安排运送充电桩至目的地。

优选的，所述充电桩的工作信息至少包括状态、容量、充电电量、充电电流、电压、时间和位置；所述客户端的充电请求至少包括位置、车型、功率、剩余电量。

由上述对本发明的描述可知，与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

1、本发明的充电桩及系统，将电动汽车充电从车找桩充电，转为桩找车充电，彻底解决充电桩安装电源和安装场地的问题，还可以利用谷时电价进行分时充，解决电网容量问题，不需要专用电网；采用分布式储能充电，有利于充电经济性和电网平衡、充电成本低。

2、本发明的充电桩及系统，解决老旧小区由于电网容量和布线问题而无法安装充电桩的困难、不需要专用充电停车位，任意位置随时充；采用BMS电路组产生电池模块充电所需电压并对电池模块充电电流精确控制，具备电池预充、恒流充、恒压充等方式，具有充电电压精度高、不过流，并有短路和过充保护。

3、本发明的充电桩及系统，设置有EMI电源滤波器，能滤除电网杂波对BMS电路组的干扰，同时隔绝充电电路对电网的谐波干扰，满足电磁兼容的要求。

4、本发明的充电桩及系统。电池模块采用并联锂电池组，采用优质单体电芯，装有过充、过放、过流保护模块等安全装置。并联输出端装有熔丝保护，防止外部短路造成损坏。并联端还设有二极管防止电流倒流，电阻起到平衡电压作用。

5、本发明的充电桩及系统，其逆变电路包括DC/AC逆变电路、DC/DC逆变电路和模式切换电路，通过模式切换电路切换快充或慢充，产生符合电动汽车充电需求的电压电流和输入功率。DC/AC逆变电路可产生220V交流3.3KW正弦波输出，供给电动汽车慢充；DC/DC逆变电路可产生450V直流20KW输出，供给电动汽车快充，用户可根据实际情况选择，十分方便。

6、本发明的充电桩及系统，设置有充电接口及保护电路，控制导引电路符合GB/T20234.2-2015相关标准，具有接触检测和断路报警，充电功率设定等功能，提高了充电桩与电动汽车连接的可靠性和安全性。

7、本发明的充电桩及系统，采用先进的MC20模块，集成了GSM和GNSS(GPS+北斗)双系统，在网络交互的同时，实现GNSS系统的高速准确定位。模块可以将充电桩状态、容量、充电电量、充电电流、电压、时间、定位等信息传输到云端平台，使得用户可以通过客户端发出充电请求，并迅速获得充电信息，实现寻找可用充电桩，并适时控制充电及扣费。云端平台根据充电桩信息匹配客户充电需求，通过配送充电桩至需充电汽车并给电动汽车充电服务，方便快捷，节约充电用户寻找充电桩和充电等待时间，还能实现电动汽车共享充电。

8、本发明的充电桩及系统，设置有主控管理模块，其包括数据采集管理单元和控制器，通过数据采集管理单元检测电池模块电流、电压值，以便判断电池模块工作状态及充放电情况，及时作出电池组电量分析；还能获取充电电量信息，及检测充电插头(充电枪)CP端电压的变化。该控制器能控制充电桩本体工作状态采集、判断电池组模块故障、充电通断、控制充电电量的采集、判断充电插头与电动汽车是否连接完好、数据交互、报警等，该控制器还能控制检测充电桩本体内部温度，及时调整风机或加热器，使得电池组工作在适宜的温度内，如出现异常及时切断充电并报警。

9、本发明的充电桩及系统，还设有紧急停止按钮、防盗锁、门控开关、风机和加热器，该紧急停止按钮用于在遇到紧急情况可以手动切断充电电源。门控开关用于在充电桩本体被非法打开时，报警并切断充电电源。该防盗锁由主控管理模块控制充电时启动、充电完毕后解锁。主控管理模块通过温度传感器实时监测充电桩内部温度，及时调整风机或加热器，使得电池模块工作在适宜的温度内，如出现异常，及时切断充电并报警。

附图说明

图1为本发明的组成框图；

图2为本发明的电路图；

图3为本发明系统图；

其中：10、BMS电路组，20、电池模块，30、逆变电路，40、充电计量模块，50、无线数据模块，60、定位模块，70、充电接口及保护电路，80、主控管理模块，90、充电插头，KN1、断路器保护开关，EMI、电源滤波器，CZ1、电源插头，Vn、熔断器，Fun、熔丝，FRn、二极管，Rn、电阻，KM1、接触器，QF1、断路器，SB3、紧急停止按钮，SK1、防盗锁,SB6、门控开关，FAN、风机,HERTER、加热器。

具体实施方式

以下通过具体实施方式对本发明作进一步的描述。

参照图1、图2，一种电动汽车储能移动充电桩，包括充电桩本体，还包括位于充电桩本体上的电源插头CZ1、电池模块20、BMS电路组10、逆变电路30、充电计量模块40、无线数据模块50、定位模块60、充电接口及保护电路70、主控管理模块80等。该电源插头CZ1连接有断路器保护开关KN1、电源滤波器EMI，EMI电源滤波器能滤除电网杂波对BMS的干扰，同时隔绝充电电路对电网的谐波干扰，满足电磁兼容的要求。

该电池模块20设有若干并联的电池组(BT1-BTn)，该电池组BTn采用锂电池组，其具有优质单体电芯，装有过充、过放、过流保护模块等安全装置，每个锂电池组的并联输出端装有熔断器Vn、熔丝FUn，防止外部短路造成损坏。每个电池组BTn的并联输出端还设有二极管FRn防止电流倒流，该二极管FRn上并连有电阻Rn起到平衡电压作用，通过检测每个电池模块20输出的变化，判断并联电路的有效性，并能及时发现故障电池模块20。通过这些措施可以防止某一电池模块20失效对并联电池模块20整体的影响和伤害。

该BMS电路组10包括若干并联的BMS电路，该若干BMS电路一端与电源滤波器EMI输出端相连，另一端与若干电池组一一对应相连，该BMS电路用于实现对锂电池组的智能充电，充电过程为小电流预充、恒流充、恒压充，具有充电电压精度高、不过流，并有短路和过充保护。采用多组BMS电路有利于减少单个电池模块20功率，提高控制精度和可靠性。

逆变电路30与电池模块20相连以产生符合电动汽车充电需求的电压电流和输入功率，该电池模块20通过母线输出直流电压电流给逆变电路30。该逆变电路30包括DC/AC逆变电路、DC/DC逆变电路和模式切换电路，该模式切换电路与DC/AC逆变电路、DC/DC逆变电路、主控管理模块80相连以根据控制命令切换输出慢充电压电流或快充电压电流，例如：DC/AC逆变电路产生220V交流3.3KW正弦波输出，供给电动汽车慢充，DC/DC逆变电路产生450V直流20KW输出，供给电动汽车快充。该模式切换电路还可设置两切换按钮SB1和SB2，用于手动切换快充或慢充。

该充电计量模块40与逆变电路30输出端相连以采集输出电压电流并计量充电电量。其采用符合GB/T17215、321-2008国家计量标准的技术要求，可直接准确计量电能，并通过RS485数据传输给主控管理模块80，提供计费功能。

无线数据模块50与主控管理模块80相连以发送相关信息或接收控制信息，该无线数据模块50可采用GPRS无线数据模块或其它，发送的相关信息为充电桩本体的工作信息，可包括充电桩本体状态、容量、充电电量、充电电流、电压、时间和位置；接收的控制信息包括控制充电的启动或停止，防盗锁SK1锁定或解锁等。

定位模块60与主控管理模块80相连以提供位置信息，该定位模块60和无线数据模块50采用先进的MC20模块，集成了GSM和GNSS(GPS+北斗)双系统，在网络交互的同时，实现GNSS系统的高速准确定位。

充电接口及保护电路70用于连接充电插头90，该充电接口及保护电路70与逆变电路30、主控管理模块80相连，该充电接口及保护电路70与逆变器之间还连接有接触器KM1、滤波器、断路器QF1，该接触器KM1控制主回路通道作用，即用于控制充电的启动或停止，该断路器QF1对负载过流或短路起保护作用。

主控管理模块80包括数据采集管理单元和控制器，该数据采集管理单元与电池模块20、充电计量模块40、充电接口及保护电路70相连以检测电池模块20电流、电压值，以便判断电池模块20工作状态及充放电情况，及时作出电池组电量分析；还能获取充电电量信息，及检测充电插头90(充电枪)CP端电压的变化。该控制器与数据采集管理单元、逆变电路30、充电计量模块40、无线数据模块50、定位模块60、接触器KM1等相连；控制充电桩本体工作状态采集、判断电池模块20故障、充电通断、控制充电电量的采集、判断充电插头90与电动汽车是否连接完好、数据交互、报警等。

还包括有紧急停止按钮SB3、防盗锁SK1、门控开关SB6、风机FAN和加热器HERTER，该紧急停止按钮SB3连接于接触器KM1与主控管理模块80之间，安装于充电桩本体的箱体外，遇到紧急情况可以手动切断充电电源。门控开关SB6安装于充电桩本体上，若被非法打开，则主控管理模块80将报警并切断充电电源。该防盗锁SK1安装于充电桩本体上，其通过开关SB4与电池模块20相连，并由主控管理模块80控制,通过无线数据模块50接收控制命令，由主控管理模块80控制充电时启动防盗锁SK1以防止其被移动，及充电完毕后解锁。该风机FAN和加热器HERTER与主控管理模块80相连，主控管理模块80通过温度传感器实时监测充电桩内部温度，及时调整风机FAN或加热器HETER，使得电池模块20工作在适宜的温度内，如出现异常，及时切断充电并报警。

本发明的充电桩，其储能工作原理如下：

通过电源插座CZ1接入220V交流市电，经断路器保护开关KN1接入充电桩本体，电流经过电源滤波器EMI后分配给BMS电路组10，该BMS电路组10产生电池模块20充电所需电压和对电池模块20充电电流精确控制，具备电池组预充、恒流充、恒压充等方式，具有充电电压精度高、不过流，并有短路和过充保护。

电池模块20内的单个电池组BTn通过电池组内部管理器充放平衡电路，对单体电池进行检测充电，保证充放的的一致。由于采用慢充模式，能较好保护电池组电极，延长电池使用寿命。单个电池组BTn均装有温度控制和压力释放阀，保证电池模块20安全使用。电池模块20充电(储能)完成后，断开电路保护开关KN1，脱开电源插座CZ1，充电桩准备完毕。通过主控管理模块80告知用户可以使用。

参照图3，本发明还提出一种电动汽车的移动充电系统，包括若干上述的电动汽车储能移动充电桩、云端平台、客户端和配送终端；为了方便管理，可设置多个充电站，每个充电站配备几台电动汽车储能移动充电桩、配送终端和作业车。该充电桩向云端平台发送工作信息；客户端向云端平台发出充电请求；云端平台接收充电请求并结合接收到的充电桩的工作信息进行匹配，将匹配的充电桩工作信息、充电请求发送至配送终端；配送终端安排将充电桩运送至目的地。

采用本发明的充电桩和充电系统对电动汽车进行充电的原理如下：

各个充电桩通过无线数据模块50向云端平台发送其状态、容量、充电电量、充电电流、电压、时间和位置等信息。客户通过客户端向云端平台发送充电请求，该充电请求包括位置、车型、功率、剩余电量等。云端平台接收充电请求并结合接收到的充电桩的工作信息进行匹配，将匹配的充电桩工作信息、充电请求发送至配送终端。该配送终端的工作人员通过作业车将匹配的充电桩送至电动汽车所在目的地。

将充电插头90与电动汽车相连，客户端发送启动充电命令至云端平台，云端平台发送控制命令至主控管理模块80，主控管理模块80控制逆变电路30切换输出适合电动汽车的充电模式，并控制开关SB4接通防盗锁SK1，控制防盗锁SK1启动锁定充电桩本体，并检测充电接头与电动汽车是否连接完好，若完好则启动充电，并送出电流设定PWM信号。充电过程时，逆变电路30输出电流、电压经过充电计量模块40进行功率计算，得到的电量、电压、电流信息通过RS484传送至主控管理模块80，再通过无线数据模块50发送至云端平台，作为充电计量收费依据。充电过程中，如有异常会及时控制相应模块切断充电。充电完成后通过支付系统在客户端自动扣费，控制防盗锁SK1解锁，开关SB4打开停止对防盗锁SK1供电，工作人员通过作业车将充电桩本体运回充电站。

上述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的设计构思并不局限于此，凡利用此构思对本发明进行非实质性的改动，均应属于侵犯本发明保护范围的行为。

Claims (10)

1.一种电动汽车储能移动充电桩，包括充电桩本体，其特征在于：还包括位于充电桩本体上的电池模块、BMS电路组、逆变电路、充电计量模块、无线数据模块、定位模块和主控管理模块；该电池模块设有若干并联的电池组；该BMS电路组包括若干并联且与若干电池组一一对应相连的BMS电路以实现对电池组的智能充电；该逆变电路与电池模块相连以转换产生慢充电压电流或快充电压电流；该充电计量模块与逆变电路相连以采集输出电压电流并计量充电电量；无线数据模块与主控管理模块相连以发送相关信息或接收控制信息；定位模块与主控管理模块相连以提供位置信息；该主控管理模块与电池模块和充电计量模块相连以根据控制信息控制充电、获取充电电量并上传。

2.如权利要求1所述的一种电动汽车储能移动充电桩，其特征在于：所述逆变电路包括DC/AC逆变电路、DC/DC逆变电路和模式切换电路，该模式切换电路与DC/AC逆变电路、DC/DC逆变电路、主控管理模块相连以根据控制命令切换输出慢充电压电流或快充电压电流。

3.如权利要求1所述的一种电动汽车储能移动充电桩，其特征在于：所述主控管理模块包括数据采集管理单元和控制器，该数据采集管理单元与所述电池模块和所述充电计量模块相连以检测电池模块的工作状态及充放电情况，并获得充电电量信息；该控制器与数据采集管理单元、所述逆变电路、所述无线数据模块和所述定位模块相连。

4.如权利要求1所述的一种电动汽车储能移动充电桩，其特征在于：还包括有充电接口及保护电路以供连接充电插头，该充电接口及保护电路与所述逆变器相连，该充电接口及保护电路与所述逆变器之间还连接有接触器以控制充电启动或停止；所述主控管理模块与该充电接口及保护电路和接触器相连。

5.如权利要求1所述的一种电动汽车储能移动充电桩，其特征在于：还包括有紧急停止按钮，该紧急停止按钮连接于所述接触器与所述主控管理模块之间。

6.如权利要求1所述的一种电动汽车储能移动充电桩，其特征在于：还包括有风机和加热器，该风机和加热器与所述主控管理模块相连。

7.如权利要求1所述的一种电动汽车储能移动充电桩，其特征在于：还包括有防盗锁，该防盗锁与所述电池模块和所述主控管理模块相连。

8.如权利要求1所述的一种电动汽车储能移动充电桩，其特征在于：所述定位模块和无线通讯模块为集成GSM系统和GNSS系统的MC20模块。

9.一种电动汽车的移动充电系统，其特征在于：包括云端平台、客户端和配送终端，还包括若干权利要求1至8所述的任一一种电动汽车储能移动充电桩；该充电桩向云端平台发送工作信息；所述客户端向云端平台发出充电请求；所述云端平台接收充电请求并结合接收到的充电桩的工作信息进行匹配，将匹配的充电桩工作信息、充电请求发送至配送终端；配送终端安排运送充电桩至目的地。

10.如权利要求9所述的一种电动汽车的移动充电系统，其特征在于：所述充电桩的工作信息至少包括状态、容量、充电电量、充电电流、电压、时间和位置；所述客户端的充电请求至少包括位置、车型、功率、剩余电量。