CN109586370A - 一种高集成度的充电储能系统及一种动力系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高集成度的充电储能系统及一种动力系统，其中，所述充电储能系统包括：市电接口，用于连接市电；AC/DC转换电路，其直流侧与所述市电接口连接，用于将市电转换为直流电；太阳能电池组件，用于将太阳能转换为电能并输出；切换电路，其第一侧交替与所述AC/DC转换电路的直流侧、太阳能电池组件的输出端连接，从而切换电源；第一DC/DC转换电路，其第一侧与所述切换电路的第二侧连接，用于将连接至所述第一DC/DC转换电路第一侧的直流电压转换为预定电压值；第一储能电池，与所述第一DC/DC转换电路的第二侧连接，用于存储电能。本发明中的第一DC/DC转换电路既用于市电充电方式又用于太阳能电池组件充电方式，利用率较高，减小了系统体积，降低了系统成本。
Description
技术领域
本发明涉及充电技术领域，具体涉及一种高集成度的充电储能系统及一种动力系统。
背景技术
现有技术已有既能够通过太阳能电池又通过市电为储能电池充电的技术方案，这些技术方案往往是采用模块化的设计，通过第一电压调节电路、第二电压调节电路分别将太阳能电池组件、市电的电压转换为储能电池的充电电压，从而为储能电池充电。
然而，发明人发现，当仅采用太阳能电池或市电中的一者为储能电池充电时，第一电压调节电路、第二电压调节电路中有部分电路资源没有得到充分利用，却占用较大空间使得系统体积较大，且提高了系统成本，这一问题在复杂的电气系统中尤为突出。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例提供了一种高集成度的充电储能系统及一种动力系统，以解决现有充电储能系统体积较大、系统成本较高的问题。
根据第一方面，本发明实施例提供了一种高集成度的充电储能系统，包括：市电接口，用于连接市电；AC/DC转换电路，其直流侧与所述市电接口连接，用于将市电转换为直流电；太阳能电池组件，用于将太阳能转换为电能并输出；切换电路，其第一侧交替与所述AC/DC转换电路的直流侧、太阳能电池组件的输出端连接，从而切换电源；第一DC/DC转换电路，其第一侧与所述切换电路的第二侧连接，用于将连接至所述第一DC/DC转换电路第一侧的直流电压转换为预定电压值；第一储能电池，与所述第一DC/DC转换电路的第二侧连接，用于存储电能。
可选地，所述第一DC/DC转换电路包括：第一可控开关、第一电容、第一电阻，三者并联；其中，所述第一可控开关与所述第一电容的第一端、第二端对应相邻；第一电感，串联在所述第一可控的第一端和所述第一电容的第一端之间；第二可控开关，串联在所述切换电路第二侧的一个输出端与所述第一可控开关的第一端之间；所述第一可控开关的第二端与所述切换电路第二侧的另一个输出端连接；所述第一电阻的两端作为所述第一DC/DC转换电路的第二侧输出端。
可选地，所述系统还包括：MPPT控制器，其输入端连接在所述太阳能电池组件的输出端，用于采集所述太阳能电池组件输出的电流和/或电压；其第一输出端连接所述第一可控开关的控制端，其第二输出端连接所述第二可控开关的控制端。
可选地，所述充电储能系统还包括：电池管理系统，用于对所述第一储能电池的状态进行管理。
可选地，所述充电储能系统还包括：第一通信模块，与所述电池管理系统连接，用于与控制终端通信以通过控制终端获取所述第一储能电池的状态。
可选地，所述电池管理系统还用于控制所述切换电路切换电源。
可选地，所述充电储能系统还包括：控制器，用于控制所述切换电路切换电源；第二通信模块，与所述控制器连接，并用于与控制终端通信，以通过控制终端控制所述切换电路切换电源。
根据第二方面，本发明实施例提供了一种动力系统，包括第一方面或者其任意一种可选实施方式所述的高集成度的充电储能系统；还包括：逆变器，其直流侧与所述第一储能电池连接，用于将直流电转换为交流电；电机，与所述逆变器的交流侧连接，用于提供驱动力。
可选地，所述动力系统用于车辆。
可选地，所述动力系统还包括：第二DC/DC转换电路，其第一侧与所述第一DC/DC转换电路的第二侧连接，用于将高压直流电转换为低压直流电；第二储能电池，与所述第二DC/DC转换电路的第二侧连接，用于存储电能；其中，所述第二储能电池的电压低于所述第一储能电池的电压。
本发明实施例所提供的高集成度的充电储能系统中，第一DC/DC转换电路既用于市电充电方式又用于太阳能电池组件充电方式，从而第一DC/DC转换电路的利用率较高，与现有技术中针对市电充电方式、太阳能电池组件分别设置一个第一DC/DC转换电路的方案相比，减少了一个第一DC/DC转换电路，减小了系统体积，降低了系统成本。
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，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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示出了根据本发明实施例的一种高集成度的充电储能系统的结构示意图；
图2示出了根据本发明实施例的又一种高集成度的充电储能系统的结构示意图；
图3示出了根据本发明实施例的又一种高集成度的充电储能系统的结构示意图；
图4示出了根据本发明实施例的又一种高集成度的充电储能系统的结构示意图；
图5示出了根据本发明实施例的一种动力系统的结构示意图；
图6示出了根据本发明实施例的再一种动力系统的结构示意图；
图7示出了采用本发明实施例所提供的动力系统的一种车辆电气系统示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一
图1示出了根据本发明实施例的一种高集成度的充电储能系统的结构示意图。如图1所示，该充电储能系统包括市电接口10、AC/DC转换电路20、太阳能电池组件30、切换电路40、第一DC/DC转换电路50和第一储能电池60。
市电接口10用于连接市电。AC/DC转换电路20其直流侧与市电接口连接，用于将市电转换为直流电。太阳能电池组件30用于将太阳能转换为电能并输出。切换电路40其第一侧交替与AC/DC转换电路的直流侧、太阳能电池组件的输出端连接，从而切换电源。需要补充说明的是，切换电路40可以有多种实现方式，图1中虚线框内仅仅是示出了一种实现方式。第一DC/DC转换电路50其第一侧与切换电路的第二侧连接，用于将连接至第一DC/DC转换电路第一侧的直流电压转换为预定电压值。第一储能电池60与第一DC/DC转换电路的第二侧连接，用于存储电能。
上述高集成度的充电储能系统中，第一DC/DC转换电路既用于市电充电方式又用于太阳能电池组件充电方式，从而第一DC/DC转换电路的利用率较高，与现有技术中针对市电充电方式、太阳能电池组件分别设置一个第一DC/DC转换电路的方案相比，减少了一个第一DC/DC转换电路，减小了系统体积，降低了系统成本。
本申请中的太阳能电池组件，可以为柔性铜铟镓锡(CIGS)高效太阳电池组件，组件效率大于15％，可以提供30-50V可变电压。
作为本实施例的一种实施方式，如图2所示，第一DC/DC转换电路50包括第一电感L1、第一电容C1、第一电阻R1、第一可控开关Q1、第二可控开关Q2。
第一可控开关Q1、第一电容C1、第一电阻R1三者串联，其中第一可控开关Q1与第一电容C1的第一端、第二端对应相邻(也即第一可控开关Q1的第一端与第一电容C1的第一端相邻，第一可控开关Q1的第二端与第一电容C1的第二端相邻)。第一电感L1串联在第一可控开关Q1的第一端与第一电容C1的第一端之间。第二可控开关Q2串联在切换电路40第二侧的一个输出端与第一可控开关Q1的第一端之间。切换电路40第二侧的另一个输出端与第一可控开关Q1的第二端连接。第一电阻R1的两端作为第一DC/DC转换电路50的第二侧输出端。
通过电感、电容和电阻形成第一DC/DC转换电路，能够实现电能的双向传递(即既能够实现电能从高压侧向低压侧转换，又能够实现电能从低压侧向高压侧转换)，也即不仅能够实现市电或太阳能电池组件为第一储能电池充电，还能够将第一储能电池所储存的电能反馈到市电电网，实现分布式发电，满足错峰填谷的需求。与现有技术中采用两个第一DC/DC转换电路分别用于电能从高压侧向低压侧转换、电能从低压侧向高压侧转换的方案相比，减少一个第一DC/DC转换电路，减小了系统体积，降低了系统成本。第一可控开关Q1、第二可控开关Q2的控制端可以与控制器连接，以便通过控制器控制DC/DC转换过程。
作为本实施例的一种可选实施方式，如图2所示，该高集成度的充电储能系统还包括MPPT(全称：Maximum Power Point Tracking，中文：最大功率点跟踪)控制器，其输入端连接在太阳能电池组件30的输出端，用于采集太阳能电池组件30输出的电流和/或电压，其第一输出端连接第一可控开关Q1的控制端，其第二输出端连接第二可控开关Q2的控制端。
通过MPPT控制器根据太阳能电池组件的输出电流或电压，来控制第二可控开关Q2、第一可控开关Q1的导通或关断，可以使得当采用太阳能电池组件为第一储能电池充电时，太阳能电池组件的输出功率最大、第一储能电池的充电效率最高。
作为本实施例的一种可选实施方式，该高集成度的充电储能系统还包括电池管理系统(英文全称：Battery Management System，简称：BMS)70，用于对第一储能电池60的状态进行管理。本申请中的电池管理系统可以包括电流电压检测电路、充电控制电路、放电控制电路等组成部分，实现对储能电池内单体电池性能检测、储能电池的充放电管理，保证蓄电池单体的电压均衡，以及蓄电池组荷电状态检测等功能。
进一步可选地，如图3所示，还可以包括第一通信模块80，与电池管理系统70连接，并用于与控制终端通信以通过控制终端获取第一储能电池60的状态，从而增强充电储能系统与用户的交互能力。
可选地，如图3所示，电池管理系统70还用于控制切换电路40切换电源。该可选实施方式使得通过控制终端、第一通信模块80、电池管理系统70便能够控制切换电路40切换电源。
作为本实施例的一种可选实施方式，如图4所示，该高集成度的充电储能系统，还包括控制器90和第二通信模块100。控制器90用于控制切换电路40切换电源。第二通信模块100与控制器90连接，并用于与控制终端通信，以通过控制终端控制切换电路40切换电源，从而增强充电储能系统与用户的交互能力。
实施例二
图5示出了根据本发明实施例的一种动力系统的结构示意图。该动力系统包括实施例一或者其任意一种可选实施方式所述的高集成度的充电储能系统。如图5所示，该动力系统还包括逆变器110和电机120。
逆变器110的直流侧与第一储能电池60连接，用于将直流电转换为交流电。电机120与逆变器110的交流侧连接，用于提供驱动力。该驱动力可以用于驱动车辆前进，也可以用于驱动齿轮转动，本申请对驱动力的具体环境不做限定。
传统动力系统中，往往只能采用市电对储能电池进行充电，这使得整个动力系统的使用范围受到电网分布的限制，动力系统的运行时间受到储能电池的容量限制，从而限制了动力系统的运行效能及便利性。例如，对于纯电动汽车类移动充电储能系统，动力电池组(也即第一储能电池)为行驶过程中的唯一动力来源，汽车运行里程主要决定于动力电池组的容量。
而上述动力系统中，既可以采用市电、也可以采用太阳能为第一储能电池进行充电，从而在没有市电的情形下，可以采用太阳能为第一储能电池充电，从而为电机提供驱动力，从而提高了动力系统的运行效能及便利性。
在动力系统中，第一储能电池通常为动力电池，可以是以三元锂离子电池、磷酸铁锂电池、铅酸电池、超级电容器等可充放电的电池组为基础的电池组。
可选地，如图6所示，该动力系统还包括第二DC/DC转换电路130和第二储能电池140。第二DC/DC转换电路130的第一侧与第一DC/DC转换电路50的第二侧连接，用于将高压直流电转换为低压直流电。第二储能电池140与与所述第二DC/DC转换电路的第二侧连接，用于存储电能，其中，第二储能电池140的电压低于第一储能电池60的电压。该第二储能电池140为低压储能电池，设置在第一DC/DC转换电路50的第一侧，可以在没有市电接入条件，且光照条件不足时，利用第一DC/DC转换电路将第一储能电池60的电能从高压转换为低压，从而为第二储能电池140充电，以保障低压用电设备可以正常运行。
可选地，第二储能电池140配置有低压控制器，用于监控该第二储能电池的状态。
作为本实施例的一种可选实施方式，该动力系统用于车辆，图7示出了采用本发明实施例所提供的动力系统的一种车辆电气系统示意图。图7中所示的第二储能电池140可以为车内的低压用电设备供电。例如，为车内的辅助加热或制冷设备供电，或者为多媒体设备供电，或者为其他低压供电设备供电。本发明实施例所提供的切换电路40和第一DC/DC转换电路50也即图7中的充电控制模块。图7中的VCU(Vehicle Control Unit)即整车控制器，可以与充电控制模块、电池管理系统、逆变器通过CAN总线连接，并与控制终端(例如智能终端，智能终端可以通过APP发送控制指令或者查看相关模块、装置所提供的状态信息)通过无线信号通信连接。太阳能电池组件可以铺设在车辆外表面。
虽然结合附图描述了本发明的实施例，但是本领域技术人员可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下作出各种修改和变型，这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。
Claims (10)
1.一种高集成度的充电储能系统，其特征在于，包括：
市电接口，用于连接市电；
AC/DC转换电路，其直流侧与所述市电接口连接，用于将市电转换为直流电；
太阳能电池组件，用于将太阳能转换为电能并输出；
切换电路，其第一侧交替与所述AC/DC转换电路的直流侧、太阳能电池组件的输出端连接，从而切换电源；
第一DC/DC转换电路，其第一侧与所述切换电路的第二侧连接，用于将连接至所述第一DC/DC转换电路第一侧的直流电压转换为预定电压值；
第一储能电池，与所述第一DC/DC转换电路的第二侧连接，用于存储电能。
2.根据权利要求1所述的高集成度的充电储能系统，其特征在于，所述第一DC/DC转换电路包括：
第一可控开关、第一电容、第一电阻，三者并联；其中，所述第一可控开关与所述第一电容的第一端、第二端对应相邻；
第一电感，串联在所述第一可控的第一端和所述第一电容的第一端之间；
第二可控开关，串联在所述切换电路第二侧的一个输出端与所述第一可控开关的第一端之间；
所述切换电路第二侧的另一个输出端与所述第一可控开关的第二端连接；
所述第一电阻的两端作为所述第一DC/DC转换电路的第二侧输出端。
3.根据权利要求2所述的高集成度的充电储能系统，其特征在于，还包括：
MPPT控制器，其输入端连接在所述太阳能电池组件的输出端，用于采集所述太阳能电池组件输出的电流和/或电压；其第一输出端连接所述第一可控开关的控制端，其第二输出端连接所述第二可控开关的控制端。
4.根据权利要求1所述的高集成度的充电储能系统，其特征在于，还包括：
电池管理系统，用于对所述第一储能电池的状态进行管理。
5.根据权利要求4所述的高集成度的充电储能系统，其特征在于，还包括：
第一通信模块，与所述电池管理系统连接，用于与控制终端通信以通过控制终端获取所述第一储能电池的状态。
6.根据权利要求4所述的高集成度的充电储能系统，其特征在于，所述电池管理系统还用于控制所述切换电路切换电源。
7.根据权利要求1所述的高集成度的充电储能系统，其特征在于，还包括：
控制器，用于控制所述切换电路切换电源；
第二通信模块，与所述控制器连接，并用于与控制终端通信，以通过控制终端控制所述切换电路切换电源。
8.一种动力系统，其特征在于，包括权利要求1至7任一项所述的高集成度的充电储能系统；还包括：
逆变器，其直流侧与所述第一储能电池连接，用于将直流电转换为交流电；
电机，与所述逆变器的交流侧连接，用于提供驱动力。
9.根据权利要求8所述的动力系统，其特征在于，所述动力系统用于车辆。
10.根据权利要求8所述的动力系统，其特征在于，所述动力系统还包括：
第二DC/DC转换电路，其第一侧与所述第一DC/DC转换电路的第二侧连接，用于将高压直流电转换为低压直流电；
第二储能电池，与所述第二DC/DC转换电路的第二侧连接，用于存储电能；其中，所述第二储能电池的电压低于所述第一储能电池的电压。
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