CN110450667A - 一种储能充电桩 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种储能充电桩，包含高频隔离DC/DC变换装置以及直流母线，DC/DC变换装置可以为单向也可以为双向；包含高频隔离AC/DC变换装置以及直流母线，AC/DC变换装置可以为单向也可以为双向；包含电动车充电装置及充电端口；包含储能装置以及储能母线。可以将不同储能装置区别对待，分别进行充放电处理，同时可以将交流电网电能，储能装置存储的电能，电动车内电池电能三者相结合，使得三者之间可以自由流动，降低充电对交流电网的冲击，同时可以有效利用车内电池并将其作为一种储能，反向给电网馈电或给储能装置充电，组成一体化解决方案。

Description

一种储能充电桩
技术领域
本发明涉及一种电动车充电桩，具体涉及一种储能充电桩。。
背景技术
一般电动车从交流电网取电，但由于交流电网在功率提供上的限制，特别是单一箱变的容量有限，不可能接入超过其容量的充电桩。同时交流电网在不同时段的用电费用上可能存在一定差别，而电动车充电又是一个随机性的用电，所以存在使用波峰电费，或无法满功率充电的情况。如果通过储能装置在低电费或电网空闲时，将电能存储，在高电费或用电高峰，用电超负荷时将电能释放，可以极大缓解电网侧的用电负荷限制和费率差问题。
同时，可能存在一种应用，需要把电动车内部的电池能量回馈到电网或是转移到外部储能装置中，比如把电动车作为一个储能装置，回馈到交流电网给网内交流用电设备供电，或是充电桩通过对电动车电池进行放电来进行电池性能检测，放电电能存储于外部储能装置中，后续可以再将外部储能装置中的电能充回电动车，来节省电能。
另外，在多个储能设备接入系统时，由于单个储能装置的电压不同，内部单元的电压不均衡，可能导致多个储能装置无法直接并联，或并联长期使用存在隐患。特别是锂离子电池，组成大型储能系统时，串并联电池太多，电池的不均衡成为其大规模储能使用的技术瓶颈。
更为突出的是，退役电池用作储能时，不同电池组的差异更大，无法直接并联使用，其充放电过程需要区别对待。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是一种储能充电桩，可以将不同储能装置区别对待，分别进行充放电处理，同时可以将交流电网电能，储能装置存储的电能，电动车内电池电能三者相结合，使得三者之间可以自由流动，降低充电对交流电网的冲击，同时可以有效利用车内电池并将其作为一种储能，反向给电网馈电或给储能装置充电，组成一体化解决方案，有效解决现有技术及产品中的诸多不足。
本发明是通过以下技术方案来实现的：一种储能充电桩，A:包含高频隔离变换的双向或单向DC/DC变换装置以及直流母线；DC/DC装置第一连接点通过储能母线连接到储能装置；第二连接点连接到直流母线。在专利图示1中，DC/DC 变换装置为双向变换，可将储能装置的电能经过高频隔离变换后与直流母线进行双向充放电；在专利图示2中，DC/DC变换装置可为双向，也可为单向，可将储能装置的电能经过高频隔离变换后与直流母线进行单向放电或双向充放电；
B:包含高频隔离变换的双向或单向AC/DC变换装置以及直流母线和储能母线；AC/DC变换装置第一连接点连接到交流电网；第二连接点连接到直流母线， AC/DC变换装置将电网电能经过高频隔离变换后对直流母线进行电能补充；也可以如专利图示2，高频隔离变换的双向或单向AC/DC变换装置第一连接点连接到交流电网；第二连接点连接到储能母线，对储能装置进行单向充电或双向充馈电。
C:包含对电动车进行充电的装置，该装置第一连接点为此直流母线，第二连接点为电动车充电端口，根据电动车充电或放电电压和电流需求，动态调节该直流母线的电压和电流，对电动车充电；同时也可通过这个端口，将电动车的电池电能进行释放，通过双向DCDC变换装置存储至储能装置或通过双向ACDC 变换装置直接回馈电网。
D:包含系统主控，统一管理储能装置，单/双向ACDC变换装置,单/双向 DCDC变换装置,以及对电动车的充电管理和放电管理，并实现不同储能充电桩之间的信息交流，实现交流电网，储能装置，电动车三者之间的能量管理。储能充电桩还可以包含不同直流母排之间的功率切换装置，实现直流母排之间的的输出功率切换。
作为优选的技术方案，高频隔离双向DC/DC变换装置具有两个方向变换，第一方向变换：储能装置的直流电能通过储能母线经过变换装置输出到直流母线；第二方向变换：直流母线电能经过变换装置通过储能母线输入储能装置。高频隔离单向DC/DC变换装置只具有一个方向变换：储能装置的直流电能通过储能母线经过变换装置输出到直流母线。
作为优选的技术方案，高频隔离DC/DC变换装置，对外具有1个或多个通信总线：第一通信总线连接所述的系统主控，第二通信总线可以直接连接储能装置，或者不连接，而是将储能装置通信总线直接连接至系统主控，通过系统主控与该DC/DC变换装置通信，控制DC/DC变换装置的变换方向、变换功率和变换能量，从而来控制对储能装置的充电或放电管理。
作为优选的技术方案，储能装置通过储能母线并通过双向或单向DCDC变换装置，从直流母线输入并储存电能，或者放出储存的电能到直流母线；也可以通过单相或双向ACDC变换装置，从交流电网侧直接变换电能到储能母线，将电能存储到储能装置或将储能电能回馈到交流电网。DC/DC变换装置，在储能装置侧可以多个并联使用，即在储能母线处并联，同时一个或多个储能装置也在储能母线处并联；也可以分离使用，即存在多个储能母线，分别对应多个储能装置，使得不同种类的储能装置或多个相同的储能装置，通过各自所连接的所述的DC/DC变换装置，连接到同一个直流母线或多个直流母线，进行电能交换。
作为优选的技术方案，包含高频隔离变换的单向或双向AC/DC变换装置。通过该装置，将交流电网侧电能转换为直流电能到直流母线，通过直流母线给电动车充电或储能装置充电；也可以将电动车内置的电池电能或储能装置电能通过直流母线或储能母线转换为交流电能回馈到交流电网。
作为优选的技术方案，高频隔离变换AC/DC变换装置，对外具有通信总线，通信总线连接系统主控，通过系统主控单元与该AC/DC变换装置通信，来控制交流从电网对直流母线或储能母线的电能转换方向和功率。
作为优选的技术方案，系统主控通过通信获取当前电动车充电需求、储能装置的信息以及当前电网情况，本站交流电网内其它储能充电桩工作情况，控制储能充电桩内部的AC/DC变换装置和DC/DC变换装置的变换方向和变换功率，同时也可以通过接收外部能量管理后台系统的命令，实现储能充电桩最佳的电能流动方向和功率。
作为优选的技术方案，包含给电动车充电的相关器件和逻辑，充电接口数量为一个或2个或以上，每个充电口所连接的不同直流母线之间可以进行功率调配及切换，系统主控根据电动车的充电需求以及能量管理系统的需求，通过对AC/DC变换装置，DC/DC变换装置的方向控制和功率控制，来达到对直流母线的电压电流方向控制，从而实现对电动车的充电或是电动车对直流母线的放电功能。
作为优选的技术方案，系统主控是单一集成的一个集中式主控，也可以是分层架构的多控制单元相结合构成的集散式主控。
作为优选的技术方案，该储能充电桩储能装置可以和功率转换装置及系统主控及充电端口在一个机柜内，也可独立一个机柜。AC/DC转换模块，DC/DC转换模块和系统主控及充电端口可以在一个机柜内，也可独立为一个机柜。
本发明的有益效果是：本发明储能装置，交流电网，电动车，通过直流母线和储能母线及交流线的连接，经过高频隔离的双向或单向变换装置，实现了三者之间的电能自由流动。系统主控根据当前的电动车充电需求，储能装置的电能存储状态，交流电网的状态，以及可能接入的能量管理后台系统的调度，进行最优的电能流动控制。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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为本发明的整体结构示意图一；
图2为本发明的实施例一的结构示意图；
图3是本发明的实施例二的结构示意图；
图4为本发明的整体结构示意图二。
具体实施方式
本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。
本说明书(包括任何附加权利要求、摘要和附图)中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“一端”、“另一端”、“外侧”、“上”、“内侧”、“水平”、“同轴”、“中央”、“端部”、“长度”、“外端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
本发明使用的例如“上”、“上方”、“下”、“下方”等表示空间相对位置的术语是出于便于说明的目的来描述如附图中所示的一个单元或特征相对于另一个单元或特征的关系。空间相对位置的术语可以旨在包括设备在使用或工作中除了图中所示方位以外的不同方位。例如，如果将图中的设备翻转，则被描述为位于其他单元或特征“下方”或“之下”的单元将位于其他单元或特征“上方”。因此，示例性术语“下方”可以囊括上方和下方这两种方位。设备可以以其他方式被定向(旋转90度或其他朝向)，并相应地解释本文使用的与空间相关的描述语。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“套接”、“连接”、“贯穿”、“插接”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，除非另有明确的限定。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。
如图1所示，包含高频隔离变换的第一双向DC/DC变换装置5和第二双向 DC/DC变换装置6，以及第一直流母线7和第二直流母线8；双向DC/DC变换装置第一连接点连接到第一直流母线7和第二直流母线8；第二连接点通过储能母线A/B连接到第一储能装置9和第二储能装置10。双向DC/DC变换装置将第一储能装置9和第二储能装置10的电能经过高频隔离变换后与第一直流母线7和第二直流母线8进行双向交流。图1只是个包含两组储能装置，两组储能母线和两组直流母线及两组充电端口的示意，实际方式中，可以是一组或多组储能装置，一组或多组储能母线，一组或多组直流母线和一组或多组充电端口。储能装置对应的双向DC/DC变换装置可以是一个，也可以是多个。双向DC/DC变换装置对应的储能装置也可以是一个，也可以是多个。
本实施例中，高频隔离双向DC/DC变换具有两个方向变换，第一方向变换：储能单元的直流电能经过变换输出到直流母线，这样实现储能装置电能释放到电动车或回馈到交流电网；第二方向变换：直流母线通过高频隔离变换输入到储能装置，实现电动车或交流电网电能释放到储能装置。
如图1所示，包含交流电网1，单向或双向高频隔离第一AC/DC变换装置3 和第二AC/DC变换装置4，以及第一直流母线7和第二直流母线8；高频隔离AC/DC 变换装置第一连接点为交流电网1，第二连接点为第一直流母线7和第二直流母线8，AC/DC变换装置将交流电能转换为直流电能到第一直流母线7和第二直流母线8；如果该高频隔离AC/DC变换装置为双向，则可反向将第一直流母线7和第二直流母线8的电能回馈到交流电网。图1只是个包含两组直流母线及两组 AC/DC变换装置的示意，实际权力诉求中，可以是一组或多组直流母线，一组或多组AC/DC变换装置。
本实施例中，高频隔离AC/DC如果是双向变换装置，则变换具有两个方向变换，第一方向变换：交流电网电能经过变换输出到直流母线，实现交流电能释放到电动车或储能装置；第二方向变换：直流母线通过高频隔离变换回馈到交流电网，实现储能装置或电动车电能释放到交流电网。如果高频隔离AC/DC 只是单向变换装置，则只进行第一方向变换，实现交流电能释放到电动车或储能装置。
如图1所示，包含第一直流母线7和第二直流母线8，以及母线并联切换装置11，以及第一电动车充放电端口12和第二电动车充放电端口13。直流母线通过配电装置与对应的电动车充放电口相连。图1只是个包含两组直流母线及两组充电端口的示意，实际权力诉求中，可以是一组或多组直流母线，一组或多组电动车充电放电端口，切换装置11可以为一组，也可以没有或是有多组。
如图1所示，包含系统主控2，系统主控通过通信总线与电动车，AC/DC变换装置，DC/DC变换装置，以及储能装置通信，采集到储能装置信息，电动车充电信息，并结合交流电网的状态，以及网内其他充电系统的功率状态，通过AC/DC 变换装置来控制交流功率获取值及功率方向，以及通过DC/DC变换装置来控制储能装置的功率方向和功率大小，以及通过充电端口来控制电动车的充电功率乃至电动车往直流母线的放电功率，满足最优的电能利用。
实施方式1：
如图2，光伏阵列A通过MPPT最大功率跟踪变换装置B连接至直流母线，
上述实施方式是一种光伏储能充电系统，电能可以通过光伏阵列来进行补充，通过最大功率跟踪给直流母线供电，通过母线给电动车供电，多余电能存储于储能装置中。当没有太阳能或太阳能不够时，再利用交流电或储能装置放电，给直流母线提供电能。
如图3所示，包含高频隔离变换的第一DC/DC变换装置5和第二C/DC变换装置6，以及第一直流母线7和第二直流母线8；DC/DC变换装置第一连接点连接到第一直流母线7和第二直流母线8；第二连接点通过储能母线A/B连接到第一储能装置9和第二储能装置10。DC/DC变换装置将第一储能装置9和第二储能装置10的电能经过高频隔离变换后与第一直流母线7和第二直流母线8进行交流。图3只是个包含两组储能装置，两组储能母线和两组直流母线及两组充电端口的示意，实际权力诉求中，可以是一组或多组储能装置，一组或多组储能母线，一组或多组直流母线和一组或多组充电端口。储能装置对应的双向 DC/DC变换装置可以是一个，也可以是多个。双向DC/DC变换装置对应的储能装置也可以是一个，也可以是多个。
本实施例中，高频隔离双向DC/DC变换具有两个方向变换，第一方向变换：储能单元的直流电能经过变换输出到直流母线，实现储能装置电能释放到电动车；第二方向变换：直流母线通过高频隔离变换输入到储能装置，实现电动车电能释放到储能装置。
本实施例中，该高频隔离DC/DC变换也可以是单向DC/DC变换，这样只有一个方向变换：储能单元的直流电能经过变换输出到直流母线，实现储能装置电能释放到电动车。
如图3所示，包含交流电网1、第一高频隔离AC/DC变换装置3和第二直流母线4以及第一直流母线7和第二直流母线8；高频隔离AC/DC变换装置第一连接点为交流电网1，第二连接点为第一直流母线7和第二直流母线8，AC/DC变换装置将交流电能转换为直流电能到第一直流母线7和第二直流母线8，实现交流电能到电动车的释放；如果该高频隔离AC/DC变换装置为双向，则可反向将第一直流母线7和第二直流母线8的电能回馈到交流电网，实现电动车电能到交流电网的释放。图1只是个包含两组直流母线及两组AC/DC变换装置的示意，实际权力诉求中，可以是一组或多组直流母线，一组或多组AC/DC变换装置。
如图3所示，包含交流电网1、第一高频隔离AC/DC变换装置14和第二直流母线15，以及储能母线A和B；高频隔离AC/DC变换装置第一连接点为交流电网1，第二连接点为储能母线A和B，AC/DC变换装置将交流电能转换为直流电能到储能母线A和B，实现交流电能到储能装置的释放；如果该高频隔离AC/DC 变换装置为双向，则可反向将储能母线A和B的电能回馈到交流电网，实现储能电池电能到交流电网的释放。图1只是个包含两组储能母线及两组AC/DC变换装置的示意，实际权力诉求中，可以是一组或多组储能母线，一组或多组AC/DC变换装置。
如图3所示，包含直流母线7和8，以及母线并联切换装置11，以及电动车充放电端口12和13。直流母线通过配电装置与对应的电动车充放电口相连。图3只是个包含两组直流母线及两组充电端口的示意，实际权力诉求中，可以是一组或多组直流母线，一组或多组电动车充电放电端口，切换装置11可以为一组，也可以没有或是有多组。
如图3所示，包含系统主控2，系统主控通过通信总线与电动车、AC/DC变换装置、DC/DC变换装置以及储能装置通信，采集到储能装置信息，电动车充电信息，并结合交流电网的状态以及网内其他充电系统的功率状态，通过AC/DC 变换装置来控制交流功率获取值及功率方向，以及通过DC/DC变换装置来控制储能装置的功率方向和功率大小，以及通过充电端口来控制电动车的充电功率乃至电动车往直流母线的放电功率，满足最优的电能利用。
实施方式2：
如图4，光伏阵列A通过MPPT最大功率跟踪变换装置B连接至直流母线，
上述实施方式是一种光伏储能充电系统，电能可以通过光伏阵列来进行补充，通过最大功率跟踪给直流母线供电，通过母线给电动车供电，多余电能存储于储能装置中。当没有太阳能或太阳能不够时，再利用交流电或储能装置放电，给直流母线提供电能。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何不经过创造性劳动想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书所限定的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种储能充电桩，其特征在于：
A:包含高频隔离变换的双向或单向的多个DC/DC变换装置以及多根直流母线；DC/DC装置第一连接点通过储能母线连接到多个储能装置中；第二连接点连接到直流母线，其中DC/DC变换装置为双向或者为单向，将储能装置的电能经过高频隔离变换后与直流母线进行双向充放电；
B:包含高频隔离变换的双向或单向的多个AC/DC变换装置以及多根直流母线；AC/DC变换装置第一连接点连接到交流电网；第二连接点连接到直流母线，AC/DC变换装置将交流电网电能经过高频隔离变换后对直流母线进行电能补充或是将直流母线电能回馈至交流电网；
或者，包含有高频隔离变换的双向或单向的多个AC/DC变换装置，其第一连接点连接到交流电网；第二连接点连接到储能母线，对储能装置进行单向充电或双向充馈电；
C:包含对电动车进行充电的装置，该装置第一连接点为第一、第二直流母线，第二连接点为电动车充电端口，根据电动车充电或放电电压和电流需求，动态调节直流母线的电压和电流，对电动车充电；同时通过这个端口，将电动车的电池电能进行释放，通过双向DC/DC变换装置存储至储能装置或通过双向AC/DC变换装置直接回馈至电网；
D:包含系统主控，统一管理储能充电桩以及其内部的单/双向ACDC变换装置、单/双向DCDC变换装置、电动车的充电放电管理、储能装置的充放电管理以及不同储能充电桩之间的能量管理，储能充电桩能够包含多个直流母排之间的功率切换装置，实现多个直流母线之间的输出功率切换组合。
2.如权利要求1所述的储能充电桩，其特征在于：包含高频隔离单向或双向DC/DC变换装置，高频隔离双向DC/DC变换装置具有两个方向变换，第一方向变换：储能装置的直流电能经过储能母线，通过该高频隔离变换，输出到直流母线；第二方向变换：直流母线电能反向通过该高频隔离变换，输出到储能母线，将电能存储到储能装置。
3.如权利要求1所述的储能充电桩，其特征在于：单向或双向DC/DC变换装置，对外具有1个或多个通信总线：第一通信总线连接系统主控，第二通信总线直接连接储能装置内部BMS，或者不连接，而是将储能装置内部的BMS通信直接连接至系统主控，通过系统主控与该DC/DC通信，来控制对储能装置的充电或放电,变换电压电流及功率。
4.如权利要求1所述的储能充电桩，其特征在于：有与储能装置相连接的储能母线，一个或多个储能装置并联在储能母线，在一个充电桩内具有1个或多个这样的储能母线对应一个或多个储能装置。
5.如权利要求1所述的储能充电桩，其特征在于：有与电动车充电端口相连接的直流母线，在一个充电桩内，有一个或多个直流母线，对应1个或多个电动车充电口，直流母线通过切换装置相连接，实现充电端口功率的扩展增加及功率切换。
6.如权利要求1所述的储能充电桩，其特征在于：包含高频隔离单向或双向AC/DC变换装置，高频隔离双向AC/DC变换装置具有两个方向变换，第一方向变换：交流电网电能可以通过该高频隔离变换，输出到储能母线，将电能存储到储能装置；第二方向变换：储能单元的直流电能经过储能母线，通过该高频隔离变换，输出到交流电网；
高频隔离AC/DC装置还具有对电动车进行充电和放电的功能：此时高频隔离双向AC/DC变换装置具有两个方向变换，第一方向变换：交流电网电能通过高频隔离变换装置，输出到直流母线，并通过直流母线连接至电动车充电端口，对电动车进行充电；第二方向变换：电动车内部的电池电能经过同一个充电端口，连接至直流母线，并通过该高频隔离变换，输出到交流电网；
高频隔离AC/DC变换装置通过与高频隔离DC/DC变换装置串联使用，实现交流电网，储能装置，电动车内部电池电能之间的能量自由转换。
7.如权利要求1所述的储能充电桩，其特征在于：高频隔离AC/DC变换装置对外具有通信总线，通信总线连接系统主控，通过系统主控与AC/DC变换装置通信，来控制交流电网和直流母线之间的电能转换方向和转换功率。
8.如权利要求1所述的储能充电桩，其特征在于：系统主控是单一集成的一个集中式主控，或者是分层架构的多控制单元相结合构成的集散式主控。
9.如权利要求1所述的储能充电桩，其特征在于：系统主控通过通信和自身数据采集来获取当前电动车的充电需求、电动车的放电能力、储能装置的充放电信息、当前交流电网子网情况以及交流电网子网内其它充电桩的工作情况，控制高频隔离AC/DC变换装置和高频隔离DC/DC变换装置的变换方向、变换功率和变换电压电流，同时接受外部能量管理系统指令对能量流动和变换进行控制，来满足最佳的能量流动及变换。
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