CN108819791A - 移动式储能设备 - Google Patents
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Abstract
本发明属于电动汽车的电池系统领域，公开了一种移动式储能设备。其包括：可移动式的拖车装置；固定在拖车装置上的模块化电池装置；固定在拖车装置上且与模块化电池装置相连的电力电子装置；固定在拖车装置上且同时与模块化电池装置和电力电子装置相连的散热装置；以及电源连接部件；其中，电力电子装置包括并联在一起的供电组件和充放电组件，电源连接部件包括直流接口插头和交流接口插头，供电组件与直流接口插头相连，充放电组件与交流接口插头相连。该移动式储能设备具有多种功能，从而满足了不同场景的使用需求。
Description
技术领域
本发明涉及电动汽车的电池系统领域，具体涉及一种移动式储能设备。
背景技术
随着能源危机以及环境污染问题的日趋严重，电动汽车的使用受到了越来越多的关注。
目前，在电动汽车的电池系统领域，尤其是在模块化电动汽车的电池系统领域中，通常采用主、副两个电池包作为汽车的储能设备。这两个电池包可独立使用，也可并联使用。由于技术水平和成本限制，现有的电池包充电倍率较小，充电时间过长，且由于直流充电桩分布较少，即便一些电动汽车可以采用直流快充，甚至超级充电，但限于基础设施直流充电桩的分布情况，还是很难满足用户需求，尤其是长途需求，其需要在规定的时间内充满更多的电量。鉴于此，本领域通常采用移动式储能设备，其可实现与电动汽车连接的快速拆装，并能够与多种类型车辆配合使用，针对驾驶纯电动汽车的长途出行，可在高速路服务站上随借随还，实现不间断行驶。
然而，现有的移动式储能设备功能较为单一，且大多数情况下仅能为电动汽车供电以驱动车辆，或回收来自车辆的制动电能，并无其它功能，使用场景受限。另外，当移动式储能设备的电池包需要更换补充能量时，需要采用较为贵重的专业设备和专业人员更换，成本高，便利性差。
针对现有技术的不足之处，本领域的技术人员迫切希望寻求一种多功能的移动式储能设备，以满足不同场景的使用需求。
发明内容
为了满足不同场景的使用需求，本发明提出了一种多功能的移动式储能设备。
根据本发明的移动式储能设备，包括：可移动式的拖车装置；固定在拖车装置上的模块化电池装置；固定在拖车装置上且与模块化电池装置相连的电力电子装置；固定在拖车装置上且同时与模块化电池装置和电力电子装置相连的散热装置；以及电源连接部件；其中，电力电子装置包括并联在一起的供电组件和充放电组件，电源连接部件包括直流接口插头和交流接口插头，供电组件与直流接口插头相连，充放电组件与交流接口插头相连。
进一步地，供电组件为双向直流-直流变换器，充放电组件包括集成在一起的双向交流-直流变换器和单向直流-直流变换器。
进一步地，拖车装置包括车架、悬挂装置、车轮、固定在车架上且用于与电动车辆相连的连接件，其中，车轮通过悬挂装置固定在车架上。
进一步地，拖车装置还包括固定在车架上且用于固定模块化电池装置、电力电子装置和散热装置的固定装置，以及固定在车架上的灯光指示装置。
进一步地，电源连接部件还包括电气接口插头，电气接口插头与模块化电池装置、电子电力装置、散热装置和灯光指示装置相连。
进一步地，模块化电池装置包括模块化电池分包、位于第一电线上的正极直流接触器和保险丝、位于第二电线上的预充直流接触器和预充电阻，以及与模块化电池分包的负极相连的负极直流接触器，第一电线与第二电线并联以在并联处分别形成第三电线和第四电线，模块化电池分包的正极与第三电线相连，第四电线与供电组件相连，负极直流接触器选择性地与充放电组件相连，其中，正极直流接触器选择性地导通第一电线，预充直流接触器选择性地导通第二电线。
进一步地，供电组件的正极与充放电组件的正极相连，供电组件的负极与充放电组件的负极相连，充放电组件的负极选择性地与负极直流接触器相连，供电组件的正极与第四电线相连。
进一步地，模块化电池装置还包括电池管理装置，电池管理装置同时与模块化电池装置、供电组件、充放电组件、散热装置、正极直流接触器、负极直流接触器、预充直流接触器和灯光指示装置相连。
进一步地，模块化电池分包包括多个串联在一起的电池包。
进一步地，移动式储能设备还包括固定在拖车装置上的制动装置，制动装置与电动车辆的制动装置联锁。
本发明的移动式储能设备既可在静止状态下为电动车辆进行充电，也可在移动状态下为电动汽车提供电能。同时既具备将电网中的交流电通过充放电组件向自身充电的模式，还具备通过充放电组件向电网提供能量的模式，还具备通过供电组件向外接负载(例如电动车辆)以对负载提供能量的模式。本发明的移动式储能设备操作简单方便，功能丰富，能够通过可移动式的拖车装置与电动车辆快速拆装，并能够与多种类型的车辆配合使用，具备适应性强，驾驶过程中充电不间断等优点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。
图1为根据本发明的移动式储能设备的结构示意图；
图2为根据本发明的移动式储能设备的立体图；
图3为根据本发明的移动式储能设备的电气原理图；
图4为根据本发明的移动式储能设备的充电流程理图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本发明的保护范围。
图1至2示出了根据本发明的移动式储能设备100的结构。结合图1和图1所示，该移动式储能设备100包括：可移动式的拖车装置1；固定在拖车装置1上的模块化电池装置2；固定在拖车装置1上且与模块化电池装置2相连的电力电子装置3；固定在拖车装置1上且同时与模块化电池装置2和电力电子装置3相连的散热装置4；以及电源连接部件5。其中，电力电子装置3包括并联在一起的供电组件31和充放电组件32，电源连接部件5包括直流接口插头51和交流接口插头52，供电组件31与直流接口插头51相连，充放电组件32与交流接口插头52相连。
在本发明的移动式储能设备100中，通过设置可移动式的拖车装置1，可使得移动式储能设备100能够随电动车辆一起运动，从而实现了在电动车辆驾驶的过程中对其进行充电。在电动车辆静止或驾驶的过程中，当需要对电动车辆进行充电时，可将直流接口插头51连接到电动车辆上，此时可导通电动车辆、模块化电池装置2、供电组件31和散热装置4，从而一方面能够通过供电组件31将模块化电池装置2内储存的电能快速输送给电动车辆，即实现对电动车辆的快速充电；另一方面还能够通过散热装置4对各导通的部件进行散热降温，以确保充电过程的安全；而当需要对移动式储能设备100自身进行充电时，可将交流接口插头52连接到电网(例如充电桩)上，此时可导通模块化电池装置2、充放电组件32和散热装置4，从而一方面能够通过充放电组件32将电网中的交流电转化成直流电，从而实现对模块化电池装置2进行快速充电；另一方面还能够通过散热装置4对各导通的部件进行散热降温，以确保充电过程的安全；而当移动式储能设备100自身的充电量达到预设值或电网因处于用电高峰期而需要补充电能时，移动式储能设备100还能够对电网进行供电，此时通过充放电组件32将模块化电池装置2内储存的电能转化成交流电，以实现对电网的供电。
本发明的移动式储能设备100既可在静止状态下为电动车辆进行充电，也可在移动状态下为电动汽车提供电能。同时既具备将电网中的交流电通过充放电组件32向自身充电的模式，还具备通过充放电组件32向电网提供能量的模式，还具备通过供电组件31向外接负载(例如电动车辆)以对负载提供能量的模式。本发明的移动式储能设备100操作简单方便，功能丰富，能够通过可移动式的拖车装置1与电动车辆快速拆装，并能够与多种类型的车辆配合使用，具备适应性强，驾驶过程中充电不间断等优点。
根据本发明，结合图2和图3所示，供电组件31为双向直流-直流变换器(DCDC)，充放电组件32包括集成在一起的双向交流-直流变换器(DCAC)和单向直流-直流变换器(DCDC)。供电组件31的双向直流-直流变换器(DCDC)用于将直流电转化为直流电而直接为电动车辆供电；该充放电组件32的双向交流-直流变换器既能够将交流电转换为直流电，也可将直流电转换为交流电；而充放电组件32的单向直流-直流变换器用于将单向高压直流电转换为低压直流电。
根据本发明，结合图1和图2所示，拖车装置1包括车架11、悬挂装置(图中未示出)、车轮12、固定在车架11上且用于与电动车辆相连的连接件14。其中，车轮12通过悬挂装置固定在车架11上。该拖车装置1主要用于通过连接件14连接到电动车辆上，从而实现移动式储能设备100与电动车辆一同行驶以对电动车辆持续充电。
优选地，车架11可作为其它所有部件的承载体；连接件14的一端可通过焊接或螺栓等连接在车架11上，而连接件14的另一端可通过止脱销或连接钩等可靠地连接在电动车辆上，该连接应当满足国家相应的车辆拖挂要求；模块化电池装置2优选可拆卸地连接在车架11上，例如采用可快速拆装的螺栓或采用卡接的方式，以方便模块化电池装置2的拆卸更换；电力电子装置3和散热系统4均可通过支架或直接安装在车架11上，优选地，散热装置4可包括散热器及其风扇，水泵，冷却液平衡罐，管路等；悬架装置可采用非独立悬架，半独立悬架或独立悬架，若采用非独立悬架则可采用钢板弹簧或碳纤维板簧。
进一步地，拖车装置1还可包括固定在车架11上且用于固定模块化电池装置2、电力电子装置3和散热装置4的固定装置，以及固定在车架11上的灯光指示装置13。优选地，该固定装置可优选为固定支架；灯光指示装置13主要用于对移动式储能设备100的运动状态进行指示，以对其后方的车辆提供警示作用。优选地，灯光指示装置13可包括转向灯，制动灯及其连接线束等。
根据本发明，如图3所示，电源连接部件5还可包括电气接口插头53，电气接口插头53与模块化电池装置2、电子电力装置3、散热装置4和灯光指示装置13相连。该电气接口插头53可与电动车辆进行连接，从而实现移动式储能设备100中的低压电气连接及灯光指示装置13的连接。
根据本发明，如图3所示，模块化电池装置2可包括模块化电池分包21、位于第一电线27上的正极直流接触器22和保险丝23、位于第二电线28上的预充直流接触器24和预充电阻25，以及与模块化电池分包21的负极相连的负极直流接触器26，第一电线27与第二电线28并联以在并联处分别形成第三电线29和第四电线30，模块化电池分包21的正极与第三电线29相连，第四电线30与供电组件31相连，负极直流接触器26选择性地与充放电组件32相连。其中，正极直流接触器22选择性地导通第一电线27，预充直流接触器24选择性地导通第二电线28。进一步地，供电组件31的正极与充放电组件32的正极相连，供电组件31的负极与充放电组件32的负极相连，充放电组件32的负极选择性地与负极直流接触器26相连，供电组件31的正极与第四电线30相连。
通过该设置，当需要对移动式储能设备100进行充电时，可先闭合预充直流接触器24，再闭合负极直流接触器26进行预充电；预充电完成后在闭合正极直流接触器22，并断开预充直流接触器24来完成整个充电过程。当需要对移动式储能设备100进行放电或需要采用移动式储能设备100对电动车辆进行充电时，断开预充直流接触器24，并闭合正极直流接触器22和负极直流接触器26。而当移动式储能设备100出现故障时，预充直流接触器24关闭，且正极直流接触器22和负极直流接触器26二者中的一者关闭或两者均关闭。
根据本发明，如图3所示，模块化电池装置2还包括电池管理装置211，电池管理装置211同时与模块化电池装置2、供电组件31、充放电组件32、散热装置4、正极直流接触器22、负极直流接触器26、预充直流接触器24和灯光指示装置13相连。通过设置电池管理装置211，当电动车辆带动移动式储能设备100一同行驶的过程中，若该移动式储能设备100的放电功率大于电动车辆运行所消耗电功率，电池管理装置211可反馈信号使得移动式储能设备100能够同时为车载电池包充电。
进一步地，模块化电池分包21包括多个串联在一起的电池包。当移动式储能设备100的电池包需要更换补充能量时，不需要采用较为贵重的专业设备和专业人员更换，成本低，便利性好。分包更易于实现标准化，还可用于集中储能，家庭储能等场合。
根据本发明，移动式储能设备100还可包括固定在拖车装置1上的制动装置(图中未示出)，制动装置优选与电动车辆的制动装置联锁。也就是说，当前面的制动车辆发出相应的制动控制信号时，前面的制动车辆开始制动的同时移动式储能设备100的制动装置也开始制动。当然，在满足法规的前提下，移动式储能设备100也可不设置制动装置，其主要通过前面的动力车辆进行制动。
图4为根据本发明的移动式储能设备100的慢充充电功能实现的流程图。首先由充电桩或充电盒等的硬线信号设施唤醒充电机OBC(车载充电器)；之后OBC进行自检状态，检查有无严重故障，若有则退出充电流程，若无充电故障，则根据环境温度，部件状态等因素开启散热装置4，散热装置4控制其循环水泵，散热器风扇等为OBC，充放电组件32散热；然后控制单向直流-直流变换器(DCDC)输出低压直流电，为移动式储能设备100的散热装置4，OBC和单向直流-直流变换器(DCDC)等低压电路供电，以保证充电工作顺利进行。充电相关节点唤醒，视情况唤醒充电控制器或其它相关控制器，如电池管理装置(BMS)等；充电相关节点上高压流程，完成整个预充电和上电过程；充电相关节点上高压流程完毕后移动式储能设备100发出允许充电指令；充电控制判断充电是否结束或出现严重故障，若有则控制OBC停止充电和充电相关节点进入下高压流程。若充电未结束或无严重故障，则BMS控制充电机进入充电模式，充电机根据BMS指令及其它状态参数进行充电。BMS会实时计算并发出当前允许的最大充电电流，OBC也会根据自身状态算出当前可输出的最大充电电流，同时还会判断充电基础设施如充电桩等的过流能力，综合这些限制后取最小值输出电流和电压；按照上述流程循环运行，直至充电结束或出现严重故障。
与现有技术相比，本发明的移动式储能设备100既可在静止状态下为电动车辆充电，也可在移动状态下为电动车辆提供电能。同时既具备将电网中的交流电通过充放电组件32向自身充电的模式，还具备通过充放电组件32向电网提供能量的模式，还具备通过供电组件31向外接负载(例如电动车辆)以对负载提供能量的模式。该移动式储能设备100还可通过机械部件(即连接件14)连接至电动车辆，随车高速移动，高低压电气也与电动车辆连接，行驶过程中可为车辆提供电能，若该移动式储能设备100的放电功率大于车辆运行所消耗电功率时，还可为车载电池包同时充电。且移动式储能设备100的电池包由多个电池包组成，当移动式储能设备100的电池包需要更换补充能量时，不需要采用较为贵重的专业设备和专业人员更换，成本低，便利性好，并且多个电池包的设计更易于实现标准化，还可用于集中储能，家庭储能等场合。另外，本发明的移动式储能设备100还可作为纯电动乘用车的副电池包使用，该类纯电动乘用车辆配备主副两个电池包，这两个包可独立使用，也可并联使用。主电池包长期固定在车上，除了维护更换，一般不拆卸，因此采用一体式设计。副电池包需要经常拆卸，因此采用本发明的移动式储能设备100对车辆的改动很小，可随车移动，拆卸方便，且对主副包的电池一致性无要求，主副电池包可采用不同样的电芯，以降低成本。
需要注意的是，除非另有说明，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域技术人员所理解的通常意义。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。
Claims (10)
1.一种移动式储能设备，其特征在于，包括：
可移动式的拖车装置；
固定在所述拖车装置上的模块化电池装置；
固定在所述拖车装置上且与所述模块化电池装置相连的电力电子装置；
固定在所述拖车装置上且同时与所述模块化电池装置和所述电力电子装置相连的散热装置；以及
电源连接部件；
其中，所述电力电子装置包括并联在一起的供电组件和充放电组件，所述电源连接部件包括直流接口插头和交流接口插头，所述供电组件与所述直流接口插头相连，所述充放电组件与所述交流接口插头相连。
2.根据权利要求1所述的移动式储能设备，其特征在于，所述供电组件为双向直流-直流变换器，所述充放电组件包括集成在一起的双向交流-直流变换器和单向直流-直流变换器。
3.根据权利要求1或2所述的移动式储能设备，其特征在于，所述拖车装置包括车架、悬挂装置、车轮、固定在所述车架上且用于与电动车辆相连的连接件，其中，所述车轮通过所述悬挂装置固定在所述车架上。
4.根据权利要求3所述的移动式储能设备，其特征在于，所述拖车装置还包括固定在所述车架上且用于固定所述模块化电池装置、所述电力电子装置和所述散热装置的固定装置，以及固定在所述车架上的灯光指示装置。
5.根据权利要求4所述的移动式储能设备，其特征在于，所述电源连接部件还包括电气接口插头，所述电气接口插头与所述模块化电池装置、所述电子电力装置、所述散热装置和所述灯光指示装置相连。
6.根据权利要求5所述的移动式储能设备，其特征在于，所述模块化电池装置包括模块化电池分包、位于第一电线上的正极直流接触器和保险丝、位于第二电线上的预充直流接触器和预充电阻，以及与所述模块化电池分包的负极相连的负极直流接触器，所述第一电线与所述第二电线并联以在并联处分别形成第三电线和第四电线，所述模块化电池分包的正极与所述第三电线相连，所述第四电线与所述供电组件相连，所述负极直流接触器选择性地与所述充放电组件相连，其中，所述正极直流接触器选择性地导通所述第一电线，所述预充直流接触器选择性地导通所述第二电线。
7.根据权利要求6所述的移动式储能设备，其特征在于，所述供电组件的正极与所述充放电组件的正极相连，所述供电组件的负极与所述充放电组件的负极相连，所述充放电组件的负极选择性地与所述负极直流接触器相连，所述供电组件的正极与所述第四电线相连。
8.根据权利要求6或7所述的移动式储能设备，其特征在于，所述模块化电池装置还包括电池管理装置，所述电池管理装置同时与所述模块化电池装置、所述供电组件、所述充放电组件、所述散热装置、所述正极直流接触器、所述负极直流接触器、所述预充直流接触器和所述灯光指示装置相连。
9.根据权利要求6或7所述的移动式储能设备，其特征在于，所述模块化电池分包包括多个串联在一起的电池包。
10.根据权利要求1或2所述的移动式储能设备，其特征在于，所述移动式储能设备还包括固定在所述拖车装置上的制动装置，所述制动装置与电动车辆的制动装置联锁。
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