CN108365623A - 电动汽车换电及储能站的输电系统 - Google Patents
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Abstract
本发明揭示了一种电动汽车换电及储能站的输电系统，包括电网、双向AC‑DC转换模块、直流母线、储能模块、充电模块和控制器，双向AC‑DC转换模块连接在所述直流母线与电网之间，储能模块与直流母线相连接，充电模块与直流母线相连接，所述充电模块和双向AC‑DC转换模块均与控制器相连接，控制器用于控制所述双向AC‑DC转换模块的转换方向，以及控制所述充放电单元进行充电操作或放电操作。本发明实现了储能模块与电网之间的双向输电转换，在电网故障的情况下也可以进行稳定充电，以及将存储的电能反馈给电网以应对电网出现故障；并且，本发明通过削峰填谷的方式降低了电动汽车换电站的运行成本，提高电网供电秩序的稳定性。
Description
技术领域
本发明涉及电动车辆换电领域，主要涉及一种电动汽车换电及储能站的输电系统。
背景技术
随着电动汽车的迅速发展与普及，电动汽车充换电站的建设也变得尤为重要。目前，电动汽车充换电站的电力来源多为电网，或者风力发电设备、光伏发电设备等新能源发电设备。电动汽车充换电站的输电系统是从电网或新能源发电设备获取电能，利用获取的电能直接对电动汽车的充电电池充电，输电形式较为单一，无法有效应对电网或者新能源发电设备出现故障时无法提供电力的问题，此外，由于电动汽车充换电站对电能的需求量较大，现有技术中的充电方式通常会影响局域电网供电秩序的稳定性，并且现有技术中的电动汽车换电站运营成本过大，不易经营。
发明内容
本发明实施例提供一种电动汽车换电及储能站的输电系统解决输电形式单一，供电不稳定，运营成本过大的问题。
为达到上述目的，本发明的实施例采用如下技术方案：
本发明实施例提供一种电动汽车换电及储能站的输电系统，包括电网、双向AC-DC转换模块、直流母线、储能模块、充电模块和控制器，所述双向AC-DC转换模块连接在所述直流母线与电网之间，所述储能模块包括充放电单元和储能电池单元，所述充放电单元连接在所述直流母线与所述储能电池单元之间，所述充电模块与所述直流母线连接，所述充电模块和双向AC-DC转换模块均与控制器相连接，所述控制器用于控制所述双向AC-DC转换模块的转换方向，以及控制所述充放电单元进行充电操作或放电操作。
进一步地，上述电动汽车换电及储能站的输电系统，其中：所述充放电单元通过双向DC-DC转换单元与所述直流母线连接。
进一步地，上述电动汽车换电及储能站的输电系统，其中：所述储能模块包括至少一组所述充放电单元和所述储能电池单元。
进一步地，上述电动汽车换电及储能站的输电系统，其中：所述充电模块包括充电单元和充电电池单元，所述充电单元连接在所述直流母线与所述充电电池单元之间。
更进一步地，上述电动汽车换电及储能站的输电系统，其中：所述充电单元通过DC-DC转换单元与所述直流母线连接。。
更进一步地，上述电动汽车换电及储能站的输电系统，其中：所述充电模块包括至少一组所述充电单元和所述充电电池单元。
更进一步地，上述电动汽车换电及储能站的输电系统，其中：所述储能电池单元为电动汽车旧电池。
再进一步地，上述电动汽车换电及储能站的输电系统，其中：所述电网包括高压电网和/或低压市电电网。
本发明实施例提供的电动汽车换电及储能站的输电系统，兼具AC/DC双向转换功能及储能功能，整个系统采用BUS总线设计，可以实现平台规格统一、系统无差连接、能源高效转换，可以利用电网电能使得储能电池单元进行充电储能，也可以将储能电池单元存储的电能反馈至电网，实现了双向输电转换，在电网故障的情况下也可以进行稳定充电，以及将存储的电能反馈给电网以应对电网出现故障；并且，本发明利用电价较低的谷电时间段进行储能，在电价较高的峰电时间段释放存储的电能，用于对充电模块进行充电，降低了电动汽车换电站的运行成本，提高电网供电秩序的稳定性；此外，本发明还利用电动汽车旧电池作为储能电池单元，提高了电动汽车电池的利用率，而且节能环保，降低了电动汽车换电站的建设成本。
附图说明
图1为本发明电动汽车换电及储能站的输电系统的示意图。
附图中各标号含义为：10—直流母线；20—储能模块；21—充放电单元；22—储能电池单元；23—双向DC-DC转换单元；30—充电模块；31—充电单元；32—充电电池单元；33—DC-DC转换单元；40—电网；50—AC-DC转换模块；60—控制器。
具体实施方式
下面结合附图1对本发明实施例的电动汽车换电及储能站的输电系统进行详细描述。
如图1所示，本实施例的电动汽车换电及储能站的输电系统包括电网40、双向AC-DC转换模块50、直流母线10、储能模块20、充电模块30和控制器60，所述双向AC-DC转换模块50连接在直流母线10与电网40之间；储能模块20包括充放电单元21和储能电池单元22，充放电单元21连接在直流母线10与储能电池单元22之间；充电模块30与直流母线10连接，所述充电模块30和双向AC-DC转换模块50均与控制器60相连接，控制器60用于控制所述双向AC-DC转换模块50的转换方向，以及控制所述充放电单元21进行充电操作或放电操作，控制器60可以为电动汽车换电站的控制系统，或者集成在控制系统中的功能控制单元。整个系统采用BUS总线设计，可以实现平台规格统一、系统无差连接、能源高效转换。
本实施例的电动汽车换电及储能站的输电系统，可以从电网40获取电能，通过直流母线10输送到储能模块20或者充电模块30进行充电；也可以从储能模块20进行放电，通过充放电单元21将释放的电能输送到充电模块30进行充电，以及通过双向AC-DC转换模块50将电能反向回馈至电网40。在实际应用中，可以利用电网40的电力进行储能和对电动汽车电池充电，也可以在电网40出现故障时，将存储模块20存储的电能反馈至电网40，或者利用存储模块20存储的电能对电动汽车的充电电池充电，进行自供电，从而有效应对电网故障问题。实际使用时，为了降低换电站的运营成本，控制器60可以在谷电时间段控制充放电单元21进行充电操作，在峰电时间段控制充放电单元21进行放电操作。其中，谷电时间段为电价较低的时间段，峰电时间段为电价较高的时间段，谷电时间段和峰电时间段的具体值可以参照电动汽车换电站所在地域的相关规定。
双向AC-DC转换模块50可用于将从电网40获取的交流电转换为直流电，输出到直流母线10上，或者将从直流母线10上获取的直流电转换为交流电，输出到电网40上。储能模块20的充放电单元21可以进行充电操作，从直流母线10上汲取电能，对储能电池单元22进行充电；或者进行放电操作，将储能电池单元22上存储的电能释放到直流母线10上。充电模块30可以从直流母线10汲取电能进行充电。
在实际应用中，电网40包括高压电网和/或低压市电电网。电网40可以通过电动汽车换电站的配电室接入电动汽车换电站。在电网40为高压电网时，配电室中还需要设置变压器，将高压电转换为低压电。此外，电网40还可以包括风力发电设备、光伏发电设备等新能源发电设备。
可选地，充放电单元21通过双向DC-DC转换单元23与直流母线10连接。利用双向DC-DC转换单元23的双向转换功能，可以实现充放电单元21对储能电池单元22进行的充电操作和放电操作的切换。双向DC-DC转换单元23可用于将直流母线10上的高压直流电转换为低压直流电（通常，直流母线10的直流电的电压高于储能电池单元21的电压），使得充放电单元21可以进行充电操作，储能电池单元22可以存储电能。双向DC-DC转换单元23也可用于在充放电单元21进行放电操作时，通过将低压直流电转换为高压直流电，将储能电池单元22释放的电能反向输送至直流母线10上。
可选地，充电模块30包括充电单元31和充电电池单元32，充电单元31连接在直流母线10与充电电池单元32之间。充电单元31用于从直流母线10上获取电能，对充电电池单元32进行充电。这里，充电电池单元32实际可以为电动汽车的充电电池，在电动汽车进入本实施例的电动汽车换电站进行电池更换时，更换下来的充电电池可以作为充电电池单元32进行充电。
可选地，充电单元31通过DC-DC转换单元33与直流母线10连接。DC-DC转换单元33用于将直流母线10上的高压直流电转换为低压直流电。充电单元31通过DC-DC转换单元33从直流母线10上获取电能，对充电电池单元32进行充电。其中，DC-DC转换单元33可以为单向DC-DC转换单元，当然，在实际应用中，也可以利用双向DC-DC转换单元进行单向转换来实现相同功能。
在这里说明，在本实施例的电动汽车换电及储能站的输电系统中，储能模块20包括至少一组（一组或多组）充放电单元21和储能电池单元22，充电模块30包括至少一组充电单元31和充电电池单元32。也就是说，在实际的应用场景中，可以设置储能柜和充电柜，在储能柜中设置多组充放电单元21和储能电池单元22同时进行充电储能或者放电，以及在充电柜中设置多组充电单元31和充电电池单元32同时进行充电。其中，每个充放电单元21均通过双向DC-DC转换单元23与直流母线10连接，每个充电单元31均通过DC-DC转换单元33与直流母线10连接。
特别地，储能电池单元22可采用电动车旧电池，由于电动汽车旧电池的可用电池容量低于设定阈值（例如80%），虽然不能为电动汽车稳定提供动力，但是仍然具有一定的电池容量，具有较大的利用价值，本方案基于此，以电动汽车旧电池作为储能电池单元22，避免了对电动汽车旧电池进行的焚烧和填埋等处理，节能环保，延长了电动汽车电池的使用寿命，提高了电动汽车电池的利用率；而且，储能电池单元22无需采用超级电容组，或者购买具有额定容量的新电池组，有效地降低了电动汽车换电站的建设成本。在具体的应用场景中，储能电池单元22可以包括电动汽车旧电池，或者电动汽车旧电池组。
实施例1
控制器60通过控制储能电路（电网40-双向AC-DC转换模块50-直流母线10-双向DC-DC转换单元23）中的开关装置（图中未示出）闭合来导通该储能电路，控制器60向双向AC-DC转换模块50、双向DC-DC转换单元23和充放电单元21发送控制信号，分别控制双向AC-DC转换模块50执行交流到直流的转换，控制双向DC-DC转换单元23执行高压直流电到低压直流电的转换，以及控制充放电单元21执行充电操作，使储能电池单元22存储电能。
实施例2
控制器60通过控制放电电路（双向DC-DC转换单元23-直流母线10-双向AC-DC转换模块50-电网40）中的开关装置（图中未示出）闭合来导通该放电电路，控制器60向双向AC-DC转换模块50、双向DC-DC转换单元23和充放电单元21发送控制信号，分别控制双向AC-DC转换模块50执行直流到交流的转换，控制双向DC-DC转换单元23执行低压直流电到高压直流电的转换，以及控制充放电单元21执行放电操作，将储能电池单元22存储的电能反馈到电网40上。
此外，在上述两种实施方式中，控制器60还可以控制直流母线10与充电模块30之间的开关装置（图中未示出）闭合，导通充电电路为充电电池单元32进行充电。
实施例3
在电价较低的谷电时间段，控制器60可以通过控制储能电路（电网40-AC-DC转换模块50-直流母线10-双向DC-DC转换单元23）中的开关装置（图中未示出）闭合来导通该储能电路，控制器60向AC-DC转换模块50、双向DC-DC转换单元23和充放电单元21发送控制信号，分别控制AC-DC转换模块50执行交流到直流的转换，控制双向DC-DC转换单元23执行高压直流电到低压直流电的转换，以及控制充放电单元21执行充电操作，使储能电池单元22存储电能。
实施例4
在电价较高的峰电时间段，控制器60可以控制直流母线10与AC-DC转换模块50之间的连接线路断开，并通过控制放电电路（双向DC-DC转换单元23-直流母线10）中的开关装置（图中未示出）闭合来导通该放电电路，控制器向双向DC-DC转换单元23和充放电单元21发送控制信号，分别控制双向DC-DC转换单元23执行低压直流电到高压直流电的转换，以及控制充放电单元21执行放电操作，将储能电池单元22存储的电能反馈到电网40上，使得充电单元31可以从直流母线10上获取电能为充电电池单元充电。此外，若在峰电时间段内，储能电池单元22存储的电能已经消耗完，则控制器60可以控制直流母线10与AC-DC转换模块50之间的连接线路闭合，并控制AC-DC转换模块50将从电网40获取的交流电转换为直流电，输送至直流母线10上，利用电网40的电能为充电电池单元32进行稳定供电。
根据本发明实施例的电动汽车换电及储能站的输电系统，通过在电网40和直流母线10之间设置双向AC-DC转换模块50，以及在直流母线10与充放电单元21之间设置双向AC-DC转换单元23，可以利用电网40电能使得储能电池单元22进行充电储能，也可以将储能电池单元22存储的电能反馈至电网40，实现了双向输电转换，而且可以利用双向传输的电能进行对电动汽车的充电电池进行充电，在电网40故障的情况下也可以进行稳定充电，以及将存储的电能反馈给电网以应对电网出现故障。此外，本实施例的电动汽车换电及储能站的输电系统，可以利用电价较低的谷电时间段进行储能，在电价较高的峰电时间段释放存储的电能，用于对充电模块30进行充电。在实际应用中，该输电系统可以通过削峰填谷的方式，降低了电动汽车换电站的运行成本，而且，还能在峰电时间段降低电动汽车换电站从电网获取的电能，提高电网供电秩序的稳定性，保证电网40安全运行。本发明还利用电动汽车旧电池作为储能电池单元22，电动汽车旧电池存储的能量可以释放到直流母线上对充电模块进行充电，有效地利用了具有一定电池容量的电动汽车旧电池，提高了电动汽车电池的利用率，而且节能环保，以及降低了电动汽车换电站的建设成本。
当然，以上只是本发明的典型实例，除此之外，本发明还可以有其它多种具体实施方式，凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求保护的范围之内。
Claims (8)
1.一种电动汽车换电及储能站的输电系统，其特征在于：包括电网（40）、双向AC-DC转换模块（50）、直流母线（10）、储能模块（20）、充电模块（30）和控制器（60），所述双向AC-DC转换模块（50）连接在所述直流母线（10）与电网（40）之间，所述储能模块（20）包括充放电单元（21）和储能电池单元（22），所述充放电单元（21）连接在所述直流母线（10）与所述储能电池单元（22）之间，所述充电模块（30）与所述直流母线（10）连接，所述充电模块（30）和双向AC-DC转换模块（50）均与控制器（60）相连接，所述控制器（60）用于控制所述双向AC-DC转换模块（50）的转换方向，以及控制所述充放电单元（21）进行充电操作或放电操作。
2.根据权利要求1所述的电动汽车换电及储能站的输电系统，其特征在于：所述充放电单元（21）通过双向DC-DC转换单元（23）与所述直流母线（10）连接。
3.根据权利要求1所述的输电系统，其特征在于：所述储能模块（20）包括至少一组所述充放电单元（21）和所述储能电池单元（22）。
4.根据权利要求1所述的电动汽车换电及储能站的输电系统，其特征在于：所述充电模块（30）包括充电单元（31）和充电电池单元（32），所述充电单元（31）连接在所述直流母线（10）与所述充电电池单元（32）之间。
5.根据权利要求4所述的电动汽车换电及储能站的输电系统，其特征在于：所述充电单元（31）通过DC-DC转换单元（33）与所述直流母线（10）连接。
6.根据权利要求4所述的电动汽车换电及储能站的输电系统，其特征在于：所述充电模块（30）包括至少一组所述充电单元（31）和所述充电电池单元（32）。
7.根据权利要求1所述的电动汽车换电及储能站的输电系统，其特征在于：所述储能电池单元（22）为电动汽车旧电池。
8.根据权利要求1所述的电动汽车换电及储能站的输电系统，其特征在于：所述电网（40）包括高压电网和/或低压市电电网。
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