CN110171795A - 基于分布式能源的加油站和充电桩联合系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于分布式能源的加油站和充电桩联合系统，包括环境调节系统、分布式能源系统和充电系统三个模块，主要由燃烧式机械动力装置、发电机、储放电系统、充电桩、电量调节器、朗肯循环系统、溴化锂制冷系统、换热器、三通阀、四通阀、流体泵和控制单元等组成，利用燃烧式机械动力装置带动发电机给储放电系统和充电桩供电，同时利用朗肯循环系统和溴化锂制冷系统对燃烧式机械动力装置排气的能量进行回收，在提高发电效率的同时可以实现制冷、制热等环境调节的作用，解决电动车充电难问题，并且达到提高能源利用率的有益效果。

Description

基于分布式能源的加油站和充电桩联合系统
技术领域
本发明专利涉及电动车技术领域，具体是一种基于分布式能源的加油站和充电桩联合系统。
背景技术
以传统化石能源为燃料的汽车为人类提供了便捷、舒适的出行方式，但与此同时能源危机与环境污染问题也日趋严重。当今社会的发展主流是低碳、环保、绿色、清洁，推广排放低、能量利用效率高的电动车是大势所趋，但续航里程短、专用的电动车充电站数量少等各种问题成为了制约其发展的瓶颈。
我国目前共有加油站数量约9.2万座，中石油的加油站约占24.2％，中石化的加油站约占33.3％。国有和其他所有制形式的加油站遍布全国各地，从省道、国道到高速公路服务区均能找到加油站，基本能够满足现有车辆对加油的需求。若能利用现有加油站的布局，在高速路服务区或者市内加油站布置分布式能源充电系统，能够有效地解决电动汽车续航里程短、充电站数目少的问题，显著提高电动汽车的推广力度。
相比于传统充电桩充电系统，基于分布式能源的加油站和充电桩联合系统具有以下优势：1)能量利用效率高。传统充电系统的电能来自国家电网，这些电能主要来自火力发电厂。火力发电机组的发电效率约为38％，热电联产的能量综合利用率一般为60％，但在不需要供暖的夏季这些热量会被白白浪费掉。分布式能源充电系统可以使用高效内燃机带动发电机作为电源，其发电效率可达到42％，与此同时可利用朗肯循环系统和溴化锂制冷系统回收发动机排气的能量，夏季制冷冬季制暖，总发电效率可达50％，能量综合利用率可达到80％；2) 减少电力的线路传输损失。传统火电站一般距离市区和高速路服务区较远，水电、核电等其他能源电站更是如此。电力从产出到使用要经过长距离的线路传输，线路传输损失大，用电成本增加。分布式能源充电系统可以使用加油站的燃油作为能源,直接建立在市区和高速路服务区等离用户近的地方，能显著减少电力的线路传输损失；3)解决充电站数量不足问题。我国加油站分布广泛，但是电动汽车的充电站数量较少，可以依托现有加油站的地理位置建设分布式能源充电系统，解决充电站少、充电难等问题；4)技术成熟。基于分布式能源的加油站和充电桩联合系统的动力来源是发动机，现有的发动机系统具有成熟、稳定、安全、高效等特点，在不同的工况下发动机均能良好运行。本发明中的发动机主要用于发电，可以只在高效率的工况下运行，控制策略较为简单。
发明内容
本发明目的是提供一种基于分布式能源的加油站和充电桩联合系统，以燃烧式机械动力装置带动发电机作为电源，给充电桩供电，并且利用朗肯循环系统和溴化锂制冷系统对燃烧式机械动力装置排气进行能量回收，在提高发电效率的同时可以实现夏季制冷、冬季制热的环境调节作用。
为实现上述目标，本发明采取了如下技术方案：
一种基于分布式能源的加油站和充电桩联合系统，主要由环境调节系统I、分布式能源系统II、充电系统III组成。其中所述的环境调节系统I由加油站1、流体泵I 29、溴化锂制冷系统30、流体泵II 31、换热器32组成；其中所述的分布式能源系统II由燃油流量控制阀2、燃烧式机械动力装置3、排气管21、流量分配三通阀I 22、流量与温度传感器I 23、流量分配三通阀II 24、流量与温度传感器II 25、朗肯循环系统26、流量分配四通阀27、流量与温度传感器III 28组成；其中所述的充电系统III由发电机I 4、电量调节器I 5、电流传感器I 6、电量传感器I 7、充电桩8、电流传感器II 9、电量调节器II 10、电流传感器III 11、电量调节器III 12、电量调节器IV 13、电流传感器IV 14、储放电系统15、电量传感器II16、电流传感器V 17、电量调节器V 18、发电机II 19组成。
一种基于分布式能源的加油站和充电桩联合系统，由加油站1、燃油流量控制阀2、燃烧式机械动力装置3、发电机I 4、电量调节器I 5、电流传感器I 6、电量传感器I 7、充电桩8、电流传感器II 9、电量调节器II 10、电流传感器III 11、电量调节器III 12、电量调节器IV 13、电流传感器IV 14、储放电系统15、电量传感器II 16、电流传感器V 17、电量调节器V 18、发电机II 19、控制单元20、排气管21、流量分配三通阀I 22、流量与温度传感器I23、流量分配三通阀II 24、流量与温度传感器II 25、朗肯循环系统26、、流量分配四通阀27、流量与温度传感器III 28、流体泵I 29、溴化锂制冷系统30、流体泵II 31、换热器32组成。
本发明提供一种基于分布式能源的加油站和充电桩联合系统，其中加油站 1、燃油流量控制阀2和燃烧式机械动力装置3串联连接；所述的燃烧式机械动力装置3与发电机I4相连；电量调节器I 5和电量调节器IV 13并联后再与所述的发电机I 4串联连接；所述的电量调节器I 5、电流传感器I 6和充电桩8串联连接，其中电量传感器I 7安装在充电桩8上；所述的电量调节器IV 13、电流传感器IV 14和储放电系统15串联连接，其中电量传感器II 16安装在储放电系统 15上；储放电系统15、电量调节器III 12、电流传感器III 11和充电桩8串联连接；排气管21、流量分配三通阀I 22、流量分配三通阀II 24、流量与温度传感器II 25和朗肯循环系统26串联连接；其中朗肯循环系统26与发电机II 19相连；电量调节器II 10和电量调节器V 18并联后再与所述的发电机II 19串联连接；所述的电量调节器II10和电流传感器II 9、充电桩8串联连接；所述的电量调节器 V 18和电流传感器V 17、储放电系统15串联连接；所述的流量分配三通阀I 22 和流量与温度传感器I 23、溴化锂制冷系统30串联连接；所述的流量分配三通阀II 24和流量分配四通阀27、流量与温度传感器III28、换热器32串联连接；所述的加油站1、流体泵I 29和溴化锂制冷系统30串联闭环连接；所述的加油站1、流体泵II 31和换热器32串联闭环连接。
本发明的原理是：燃烧式机械动力装置3向发电机I 4输出动能并带动发电机I 4发电，产生的电能可按照电量调节器I 5和电量调节器IV 13的控制分配给储放电系统15和充电桩8。燃烧式机械动力装置3的排气通过排气管21和流量分配三通阀I 22、流量分配三通阀II 24、流量分配四通阀27的控制分配给朗肯循环系统26、溴化锂制冷系统30和换热器32。朗肯循环系统26利用燃烧式机械动力装置3的排气做功并向发电机II 19输出动能，带动发电机II 19发电，产生的电能可按照电量调节器V 18和电量调节器II 10的控制分配给储放电系统15 和充电桩8。溴化锂制冷系统30利用燃烧式机械动力装置3的排气能量冷却来自加油站1的流体(水、空气等)并且使其流回加油站1，实现制冷的目的。换热器32利用燃烧式机械动力装置3的排气能量和朗肯循环系统26的乏气能量加热来自加油站1的流体(水、空气等)并且使其流回加油站1，实现制热的目的。
本发明的工作过程简述如下：
一、燃油流量控制阀2打开，来自加油站1的燃油进入燃烧式机械动力装置3中燃烧做功，燃烧式机械动力装置3向发电机I 4输出动能并带动发电机I 4 发电。控制单元20根据电流传感器I 6、电流传感器IV 14、电流传感器III 11、电量传感器I 7和电量传感器II16的信号控制电量调节器I 5、电量调节器IV 13 和电量调节器III 12，进而控制分配给储放电系统15和充电桩8的电量；
二、燃烧式机械动力装置3的排气通过排气管21排出，控制单元20根据流量与温度传感器I 23、流量与温度传感器II 25、流量与温度传感器III 28的信号，控制流量分配三通阀I 22、流量分配三通阀II 24和流量分配四通阀27的开度，进而控制进入朗肯循环系统26、溴化锂制冷系统30和换热器32的排气量；
三、朗肯循环系统26利用燃烧式机械动力装置3的排气做功并向发电机II 19 输出动能，带动发电机II 19发电。控制单元20根据电流传感器II 9、电流传感器V 17、电量传感器I 7和电量传感器II 16的信号控制电量调节器II 10、电量调节器V 18，进而控制分配给储放电系统15和充电桩8的电量；
四、流体泵I 29将来自加油站1的流体(水、空气等)泵入溴化锂制冷系统 30，所述的溴化锂制冷系统30利用燃烧式机械动力装置3的排气能量冷却来自加油站1的流体(水、空气等)并且使其流回加油站1，实现制冷的目的；
五、流体泵II 31将来自加油站1的流体(水、空气等)泵入换热器32，所述的换热器32利用燃烧式机械动力装置3的排气能量和朗肯循环系统26的乏气能量加热来自加油站1的流体(水、空气等)并且使其流回加油站1，实现制热的目的；
六、在整个系统中，控制单元20根据电流传感器I 6、电量传感器I 7、电流传感器II 9、电流传感器III 11、电流传感器IV 14、电量传感器II 16、电流传感器 V 17、流量与温度传感器I 23、流量与温度传感器II 25、流量与温度传感器III 28 的信号，控制燃油流量控制阀2的开度和燃烧式机械动力装置3的功率输出。
本发明具有的优点和积极效果有：将加油站、分布式能源系统、充电系统和溴化锂制冷系统结合起来，在为充电系统提供电能的同时可以利用燃烧式机械动力装置的排气能量对加油站建筑内的环境温度进行调节，能量利用效率高；分布式能源系统可依托现有加油站的布局建设在市区、高速路服务区等地方，电能的线路传输损失小，并且可以解决电动车充电难的问题；本发明的动力来源是燃烧式机械动力装置，现有的燃烧式机械动力装置系统具有成熟、稳定、安全、高效等特点，本发明中的燃烧式机械动力装置主要用于发电，可以只在高效率的工况下运行，控制策略较为简单。
附图说明
图1为一种基于分布式能源的加油站和充电桩联合系统。
其中：环境调节系统I、分布式能源系统II、充电系统III、加油站1、燃油流量控制阀2、燃烧式机械动力装置3、发电机I 4、电量调节器I 5、电流传感器 I 6、电量传感器I 7、充电桩8、电流传感器II 9、电量调节器II 10、电流传感器 III 11、电量调节器III 12、电量调节器IV 13、电流传感器IV 14、储放电系统15、电量传感器II 16、电流传感器V 17、电量调节器V 18、发电机II 19、控制单元 20、排气管21、流量分配三通阀I 22、流量与温度传感器I 23、流量分配三通阀 II 24、流量与温度传感器II 25、朗肯循环系统26、流量与温度传感器II 26、流量分配四通阀27、流量与温度传感器III 28、流体泵I 29、溴化锂制冷系统30、流体泵II 31、换热器32。
具体实施方案
以下结合附图对本发明技术方案作进一步详细阐述：
本发明由环境调节系统I、分布式能源系统II、充电系统III、加油站1、燃油流量控制阀2、燃烧式机械动力装置3、发电机I 4、电量调节器I 5、电流传感器I 6、电量传感器I7、充电桩8、电流传感器II 9、电量调节器II 10、电流传感器III 11、电量调节器III 12、电量调节器IV 13、电流传感器IV 14、储放电系统 15、电量传感器II 16、电流传感器V 17、电量调节器V 18、发电机II 19、控制单元20、排气管21、流量分配三通阀I 22、流量与温度传感器I 23、流量分配三通阀II 24、流量与温度传感器II 25、朗肯循环系统26、流量与温度传感器II 26、流量分配四通阀27、流量与温度传感器III 28、流体泵I 29、溴化锂制冷系统30、流体泵II 31、换热器32组成。
本发明提供一种基于分布式能源的加油站和充电桩联合系统，其中加油站 1、燃油流量控制阀2和燃烧式机械动力装置3串联连接；所述的燃烧式机械动力装置3与发电机I4相连；电量调节器I 5和电量调节器IV 13并联后再与所述的发电机I 4串联连接；所述的电量调节器I 5、电流传感器I 6和充电桩8串联连接，其中电量传感器I 7安装在充电桩8上；所述的电量调节器IV 13、电流传感器IV 14和储放电系统15串联连接，其中电量传感器II 16安装在储放电系统 15上；储放电系统15、电量调节器III 12、电流传感器III 11和充电桩8串联连接；排气管21、流量分配三通阀I 22、流量分配三通阀II 24、流量与温度传感器II 25和朗肯循环系统26串联连接；其中朗肯循环系统26与发电机II 19相连；电量调节器II 10和电量调节器V 18并联后再与所述的发电机II 19串联连接；所述的电量调节器II10和电流传感器II 9、充电桩8串联连接；所述的电量调节器 V 18和电流传感器V 17、储放电系统15串联连接；所述的流量分配三通阀I 22 和流量与温度传感器I 23、溴化锂制冷系统30串联连接；所述的流量分配三通阀II 24和流量分配四通阀27、流量与温度传感器III28、换热器32串联连接；所述的加油站1、流体泵I 29和溴化锂制冷系统30串联闭环连接；所述的加油站1、流体泵II 31和换热器32串联闭环连接。
系统的具体工作方式如下：
一、燃油流量控制阀2打开，来自加油站1的燃油进入燃烧式机械动力装置3中燃烧做功，燃烧式机械动力装置3向发电机I 4输出动能并带动发电机I 4 发电。控制单元20根据电流传感器I 6、电流传感器IV 14、电流传感器III 11、电量传感器I 7和电量传感器II16的信号控制电量调节器I 5、电量调节器IV 13 和电量调节器III 12，进而控制分配给储放电系统15和充电桩8的电量；
二、燃烧式机械动力装置3的排气通过排气管21排出，控制单元20根据流量与温度传感器I 23、流量与温度传感器II 25、流量与温度传感器III 28的信号，控制流量分配三通阀I 22、流量分配三通阀II 24和流量分配四通阀27的开度，进而控制进入朗肯循环系统26、溴化锂制冷系统30和换热器32的排气量；
三、朗肯循环系统26利用燃烧式机械动力装置3的排气做功并向发电机II 19 输出动能，带动发电机II 19发电。控制单元20根据电流传感器II 9、电流传感器V 17、电量传感器I 7和电量传感器II 16的信号控制电量调节器II 10、电量调节器V 18，进而控制分配给储放电系统15和充电桩8的电量；
四、流体泵I 29将来自加油站1的流体(水、空气等)泵入溴化锂制冷系统 30，所述的溴化锂制冷系统30利用燃烧式机械动力装置3的排气能量冷却来自加油站1的流体(水、空气等)并且使其流回加油站1，实现制冷的目的；
五、流体泵II 31将来自加油站1的流体(水、空气等)泵入换热器32，所述的换热器32利用燃烧式机械动力装置3的排气能量和朗肯循环系统26的乏气能量加热来自加油站1的流体(水、空气等)并且使其流回加油站1，实现制热的目的；
六、在整个系统中，控制单元20根据电流传感器I 6、电量传感器I 7、电流传感器II 9、电流传感器III 11、电流传感器IV 14、电量传感器II 16、电流传感器 V 17、流量与温度传感器I 23、流量与温度传感器II 25、流量与温度传感器III 28 的信号，控制燃油流量控制阀2的开度和燃烧式机械动力装置3的功率输出。
本发明中利用各种阀门(燃油流量控制阀2、流量分配三通阀I 22、流量分配三通阀II 24、流量分配四通阀27)调节燃油或燃烧式机械动力装置3的排气流动的通断及流量，按此原理在实际应用中可为闸阀、球形阀、止回阀或其他任意可用结构，阀门控制方式可为控制开启关闭时刻或调节阀门开启角度等任意可用形式；本发明中利用换热器32实现了冷热流体的能量交换的有益效果，按此原理在实际应用中板式换热器、管壳式换热器、管套式换热器和管板式换热器等均可实现此有益效果；本发明中利用燃烧式机械动力装置3实现了将加油站1的燃料由化学能转化为机械能的有益效果，按此原理在实际应用中采用内燃机、外燃机、蒸汽轮机、燃气轮机等都能实现此有益效果；本发明中利用发电机(发电机I 4、发电机II 19)实现了机械能转换为电能的有益效果，按此原理在实际应用中采用同步发电机、异步发电机、单相发电机、三相发电机等都能实现此有益效果。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (2)

1.一种基于分布式能源的加油站和充电桩联合系统，由环境调节系统I、分布式能源系统II、充电系统III组成。其中所述的环境调节系统I由加油站(1)、流体泵I(29)、溴化锂制冷系统(30)、流体泵II(31)、换热器(32)组成；其中所述的分布式能源系统II由燃油流量控制阀(2)、燃烧式机械动力装置(3)、排气管(21)、流量分配三通阀I(22)、流量与温度传感器I(23)、流量分配三通阀II(24)、流量与温度传感器II(25)、朗肯循环系统(26)、流量分配四通阀(27)、流量与温度传感器III(28)组成；其中所述的充电系统III由发电机I(4)、电量调节器I(5)、电流传感器I(6)、电量传感器I(7)、充电桩(8)、电流传感器II(9)、电量调节器II(10)、电流传感器III(11)、电量调节器III(12)、电量调节器IV(13)、电流传感器IV(14)、储放电系统(15)、电量传感器II(16)、电流传感器V(17)、电量调节器V(18)、发电机II(19)组成。
2.根据权利要求1所述的基于分布式能源的加油站和充电桩联合系统，其特征在于加油站(1)、燃油流量控制阀(2)和燃烧式机械动力装置(3)串联连接；所述的燃烧式机械动力装置(3)与发电机I(4)相连；电量调节器I(5)和电量调节器IV(13)并联后再与所述的发电机I(4)串联连接；所述的电量调节器I(5)、电流传感器I(6)和充电桩(8)串联连接，其中电量传感器I(7)安装在充电桩(8)上；所述的电量调节器IV(13)、电流传感器IV(14)和储放电系统(15)串联连接，其中电量传感器II(16)安装在储放电系统(15)上；所述的储放电系统(15)、电量调节器III(12)、电流传感器III(11)和充电桩(8)串联连接；排气管(21)、流量分配三通阀I(22)、流量分配三通阀II(24)、流量与温度传感器II(25)和朗肯循环系统(26)串联连接；其中朗肯循环系统(26)与发电机II(19)相连；电量调节器II(10)和电量调节器V(18)并联后再与所述的发电机II(19)串联连接；所述的电量调节器II(10)和电流传感器II(9)、充电桩(8)串联连接；所述的电量调节器V(18)和电流传感器V(17)、储放电系统(15)串联连接；所述的流量分配三通阀I(22)和流量与温度传感器I(23)、溴化锂制冷系统(30)串联连接；所述的流量分配三通阀II(24)和流量分配四通阀(27)、流量与温度传感器III(28)、换热器(32)串联连接；所述的加油站(1)、流体泵I(29)和溴化锂制冷系统(30)串联闭环连接；所述的加油站(1)、流体泵II(31)和换热器(32)串联闭环连接。
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