CN110626203A - 一种集中式储能充电桩 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种集中式储能充电桩，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一组或者多组储能装置中；第二连接点连接到直流母线；还包括高频隔离变换的双向或单向第一、第二AC/DC变换装置。本发明将储能装置电能集中在储能母线，同时将交流电网电能，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，降低电动车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，也同时可以利用储能装置的电能给电动车充电或给电网馈电，组成一体化解决方案。

Description

一种集中式储能充电桩
技术领域
本发明涉及充电桩领域，具体涉及一种集中式储能充电桩。
背景技术
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，由于储能装置容量的配置需求变化，大容量配置时就存在多个储能设备同时接入系统的情况，同时由于充电口的数量配置不同及实际充电口充电功率随车的需求变化，需要使得充电口能共用储能装置电能，储能装置电能需要灵活分配电能到不同充电口的情况，即需要对多组并联的储能装置电能，灵活分配电能到不同的充电口的需求。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是一种集中式储能充电桩，将储能装置电能集中在储能母线，同时将交流电网电能，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，降低电动车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，也同时可以利用储能装置的电能给电动车充电或给电网馈电，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：一种集中式储能充电桩，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一组或者多组储能装置中；第二连接点连接到直流母线；
还包括高频隔离变换的双向或单向第一、第二AC/DC变换装置；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；
还包括一高频隔离变换的双向或单向第三AC/DC变换装置；第三AC/DC变换装置的第一连接点连接到交流电网，第二连接点连接到储能母线，并经过储能母线与储能装置相连，AC/DC变换装置将交流电网电能经过高频隔离变换后经过储能母线对储能装置进行充电或是将储能装置电能回馈至交流电网；
还包括对电动车进行充电的装置，该充电的装置的第一连接点直流母线，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、电流和功率的需求，动态调节该直流母线的电压、电流和功率，对电动车充电；同时通过电动车充电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变换装置直接回馈至电网；
还包括系统主控，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。
作为优选的技术方案，DC/DC变换装置设置有一个以上，其包括第一DC/DC变换装置与第二DC/DC变换装置，第一、第二DC/DC变换装置为双向，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；第一、第二DC/DC变换装置为单向，将储能装置的电能经过高频隔离变换后与直流母线进行单向放电，其中直流母线包括一条以上，其包括第一直流母线与第二直流母线，其中电动车充电端口设置有一个以上，其包括第一电动车充电端口与第二电动车充电端口。
作为优选的技术方案，还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。
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高频隔离变换，输出到储能母线，将电能存储到储能装置；当采用高频隔离单向DC/DC变换装置，则只进行第一方向变换。
作为优选的技术方案，单向或双向DC/DC变换装置，对外具有通信总线连接所述的系统主控，通过系统主控与该DC/DC通信，来控制储能装置电能对直流母线的放电,或直流母线对储能装置的充电，以及充放电变换的电压电流及功率。
作为优选的技术方案，一个或多个储能装置并联在与储能装置相连接的储能母线上，在一个充电桩内有一个或多个这样的储能母线对应一个或多个储能装置。
作为优选的技术方案，有与电动车充电端口相连接的直流母线，在一个充电桩内时，能够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。
作为优选的技术方案，包含一类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，当选用的是高频隔离单向AC/DC变换装置时，则只进行第一方向变换。
作为优选的技术方案，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，通过系统主控与该AC/DC变换装置通信，来控制交流电网和储能母线之间的电能转换方向和转换功率。
作为优选的技术方案，包含一类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：交流电网电能能够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，当选用的是高频隔离单向AC/DC变换装置，则只进行第一方向变换。
作为优选的技术方案，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，通过系统主控与该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。
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，或者是分层架构的多控制单元相结合构成的集散式主控。
本发明的有益效果是：本发明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是本发明的整体结构示意图；
图2是本发明的实施例一的结构示意图。
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，包括高频隔离变换的第一双向或单向DC/DC变换装置7和第二双向或单向DC/DC变换装置8，以及第一直流母线10和第二直流母线11；DC/DC变换装置第一连接点通过储能母线6连接到储能装置9，第二连接点连接到第一直流母线10和第二直流母线11；如果是双向DC/DC变换装置，则将储能装置9的电能经过储能母线6通过高频隔离变换后与第一直流母线10和第二直流母线11进行双向交流。
如果只是单向DC/DC变换装置，则将储能装置9的电能经过储能母线6通过高频隔离变换后与第一直流母线10和第二直流母线11进行单向交流；图1只是个包含两组并联的储能装置，和两组直流母线及两组充电端口的示意，实际使用时，可以是一组或多组储能装置并联，一组或多组直流母线和一组或多组充电端口。DC/DC变换装置可以是一个，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给电动车充电；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，实现电动车电能回馈到储能装置。
如图1所示，包含交流电网1，单向或双向第一高频隔离AC/DC变换装置2和单向或双向第一高频隔离AC/DC变换装置4；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10和第二直流母线11，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10和第二直流母线11；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10和第二直流母线11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，实际使用中，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；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，实现电动车电能回馈到交流电网。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。
如图1所示，包含交流电网1，单向或双向第三高频隔离AC/DC变换装置3，以及储能母线6；AC/DC变换装置第一连接点为交流电网1，第二连接点连接到储能母线6，并通过储能母线连接到储能装置9。如果是双向AC/DC变换装置，则将储能装置9的电能经过储能母线6，并通过高频隔离变换后与交流电网1进行双向交流；如果只是单向AC/DC变换装置，则只将交流电网电能通过高频隔离变换后经过储能母线6对储能装置9充电。图1只是个包含两组并联的储能装置的示意，实际权力诉求中，可以是一组或多组储能装置并联，AC/DC变换装置可以是一个，也可以是多个。
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储能母线，实现交流电能释放到储能装置；第二方向变换：储能装置经过储能母线通过高频隔离变换回馈到交流电网，实现储能装置电能回馈到交流电网。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储能装置。
如图1所示，包含第一直流母线10和第二直流母线11，以及母线并联切换装置14，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，实际使用中，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14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5，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所示，光伏阵列A通过MPPT最大功率跟踪变换装置B连接至储能母线，
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储能母线供电，再通过直流母线给电动车供电，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，保障电动车充电的电能。
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 (12)

1.一种集中式储能充电桩，其特征在于：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一组或者多组储能装置中；第二连接点连接到直流母线；
还包括高频隔离变换的双向或单向第一、第二AC/DC变换装置；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；
还包括一高频隔离变换的双向或单向第三AC/DC变换装置；第三AC/DC变换装置的第一连接点连接到交流电网，第二连接点连接到储能母线，并经过储能母线与储能装置相连，AC/DC变换装置将交流电网电能经过高频隔离变换后经过储能母线对储能装置进行充电或是将储能装置电能回馈至交流电网；
还包括对电动车进行充电的装置，该充电的装置的第一连接点直流母线，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、电流和功率的需求，动态调节该直流母线的电压、电流和功率，对电动车充电；同时通过电动车充电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变换装置直接回馈至电网；
还包括系统主控，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。
2.如权利要求1所述的集中式储能充电桩，其特征在于：DC/DC变换装置设置有一个以上，其包括第一DC/DC变换装置与第二DC/DC变换装置，第一、第二DC/DC变换装置为双向，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；第一、第二DC/DC变换装置为单向，将储能装置的电能经过高频隔离变换后与直流母线进行单向放电，其中直流母线包括一条以上，其包括第一直流母线与第二直流母线，其中电动车充电端口设置有一个以上，其包括第一电动车充电端口与第二电动车充电端口。
3.如权利要求1所述的集中式储能充电桩，其特征在于：还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。
4.如权利要求1所述的集中式储能充电桩，其特征在于：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高频隔离变换，输出到储能母线，将电能存储到储能装置；当采用高频隔离单向DC/DC变换装置，则只进行第一方向变换。
5.如权利要求1所述的集中式储能充电桩，其特征在于：单向或双向DC/DC变换装置，对外具有通信总线连接所述的系统主控，通过系统主控与该DC/DC通信，来控制储能装置电能对直流母线的放电,或直流母线对储能装置的充电，以及充放电变换的电压电流及功率。
6.如权利要求1所述的集中式储能充电桩，其特征在于：一个或多个储能装置并联在与储能装置相连接的储能母线上，在一个充电桩内有一个或多个这样的储能母线对应一个或多个储能装置。
7.如权利要求1所述的集中式储能充电桩，其特征在于：有与电动车充电端口相连接的直流母线，在一个充电桩内时，能够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。
8.如权利要求1所述的集中式储能充电桩，其特征在于：包含一类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，当选用的是高频隔离单向AC/DC变换装置时，则只进行第一方向变换。
9.如权利要求1所述的集中式储能充电桩，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，通过系统主控与该AC/DC变换装置通信，来控制交流电网和储能母线之间的电能转换方向和转换功率。
10.如权利要求1所述的集中式储能充电桩，其特征在于：包含一类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：交流电网电能能够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，当选用的是高频隔离单向AC/DC变换装置，则只进行第一方向变换。
11.如权利要求1所述的集中式储能充电桩，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，通过系统主控与该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。
12.如权利要求1所述的集中式储能充电桩，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。
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