CN110920456A - 一种充电系统 - Google Patents

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Abstract

本发明的实施例提供了一种充电系统，涉及电动汽车充电技术领域。该系统包括控制单元、第一功率转换单元、第二功率转换单元、储能单元、功率分配单元以及第一开关，第一功率转换单元与功率分配单元电连接，储能单元、第一开关、第二功率转换单元以及功率分配单元依次电连接，控制单元与第一开关电连接，且控制单元用于当需求功率大于输入功率时，控制第一开关闭合，以使功率分配单元为待充电设备充电。通过设置储能单元及第一开关，并通过第二功率转换单元，使得在需求功率大于输入功率时，可通过储能单元提供额外的电能为待充电设备充电，在不改造配电网的情况下达到扩容的效果，既满足了实际需求，又能够节约成本。

Description

一种充电系统
技术领域
本发明涉及电动汽车充电技术领域，具体而言，涉及一种充电系统。
背景技术
为了解决燃油汽车尾气排放对环境的污染及不可再生化石能源的缺少，随着电池的发展，电动汽车作为新一代节能环保交通工逐年递增，电动汽车充电需求日益增大。现已经建成的交流配电网充电站中，多台充电设备通常通过变压器接入电网，充电设备的总容量小于前级配电变压器容量。随着电动汽车充电桩需求量的递增，会对交流配网形成较大的负荷冲击，造成配电网负荷的大幅提升。很显然现有充电站交流配电网变压器容量很难满足电动汽车大规模增加的容量需求。然而充电站配电网容量很大程度决定了电动汽车对燃油汽车的最终替代率，直接影响电动汽车使用及推广，充电站的配电网扩容需求迫在眉睫。
目前，已建成的充电站电网扩容方案主要方式为：重新申报充电站电网容量，对配电网中原输配电变压器及线缆设计改造。此方案虽然可根据负荷需求大幅扩容，但工程量巨大，工期长，改造成本昂贵。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种充电系统，以解决上述问题。
本发明的实施例可以这样实现：
第一方面，本发明实施例提供一种充电系统，所述充电系统包括控制单元、第一功率转换单元、第二功率转换单元、储能单元、功率分配单元以及第一开关，所述第一功率转换单元与所述功率分配单元电连接，所述储能单元、所述第一开关、所述第二功率转换单元以及所述功率分配单元依次电连接，所述控制单元与所述第一开关电连接；
所述控制单元用于接收需求功率以及输入功率，其中，所述输入功率为电网输入至所述第一功率转换单元的总功率，所述需求功率为与所述功率分配单元电连接的待充电设备的充电总功率；
所述控制单元还用于当所述需求功率大于所述输入功率时，控制所述第一开关闭合，以使所述功率分配单元基于第一电压及第二电压为所述待充电设备充电，所述第一电压为所述第一功率转换单元传输的，所述第二电压为所述储能单元通过所述第二功率转换单元传输的。
在可选的实施方式中，所述充电系统还包括第二开关及能量管理单元，所述第一功率转换单元、所述功率分配单元、所述第二开关及所述储能单元依次电连接，所述能量管理单元与所述储能单元及所述控制单元均电连接，所述控制单元与所述第二开关电连接；
所述能量管理单元用于采集所述储能单元的实际容量，并将所述实际容量传输至所述控制单元；
所述控制单元还用于当所述需求功率小于所述输入功率且所述实际容量小于预设定的容量阈值时，控制所述第一开关断开并控制所述第二开关闭合，以通过所述功率分配单元为所述储能单元充电。
在可选的实施方式中，所述控制单元还用于当所述实际容量等于所述预设定的额定容量时，控制所述第二开关断开。
在可选的实施方式中，所述充电系统还包括采样单元，所述采样单元与所述控制单元电连接；
所述采样单元用于检测电网电压，并将所述电网电压传输至所述控制单元；
所述控制单元用于根据所述电网电压确定电网掉电时，控制所述第一开关闭合，以使所述功率分配单元基于所述储能单元通过所述第二功率转换单元传输的第二电压为所述待充电设备充电。
在可选的实施方式中，所述控制单元用于当所述电网电压小于或等于预设定的电压阈值时，确定所述电网掉电。
在可选的实施方式中，所述充电系统还包括第三开关及电源输入端，所述电源输入端、所述第三开关及所述第一功率转换单元依次电连接。
在可选的实施方式中，所述充电系统还包括第一功率采集单元，所述电源输入端、所述第三开关、所述第一功率采集单元以及所述第一功率转换单元依次电连接；
所述第一功率采集单元用于采集所述输入功率，并将所述输入功率传输至所述控制单元。
在可选的实施方式中，所述充电系统还包括第二功率采集单元，所述功率分配单元、所述第二功率采集单元及所述待充电设备依次电连接；
所述第二功率采集单元用于采集所述待充电设备的需求功率，并将所述需求功率传输至所述控制单元。
在可选的实施方式中，所述第一功率转换单元为单向AC/DC变换器。
在可选的实施方式中，所述第二功率转换单元为单向DC/DC变换器。
本发明实施例提供的充电系统，包括控制单元、第一功率转换单元、第二功率转换单元、储能单元、功率分配单元以及第一开关，第一功率转换单元与功率分配单元电连接，储能单元、第一开关、第二功率转换单元以及功率分配单元依次电连接，控制单元与第一开关电连接，且控制单元用于当需求功率大于输入功率时，控制第一开关闭合，以使功率分配单元基于第一功率转换单元传输的第一电压及储能单元通过第二功率转换单元传输的第二电压为待充电设备充电。通过设置储能单元及第一开关，并通过第二功率转换单元，使得在需求功率大于输入功率时，可通过储能单元提供额外的电能为待充电设备充电，在不改造配电网的情况下达到扩容的效果，既满足了实际需求，又能够节约成本。
为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。
图1为本发明提供的一种充电系统的电路结构框图。
图2为本发明提供的另一种充电系统的电路结构框图。
图标：100-充电系统；110-电源输入端；120-第三开关；130-第一功率采集单元；140-第一功率转换单元；150-功率分配单元；160-储能单元；170-第一开关；180-第二功率转换单元；190-第二功率采集单元；210-控制单元；220-第二开关；230-能量管理单元；240-采样单元。
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。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通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。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本发明的描述中，需要说明的是，若出现术语“上”、“下”、“内”、“外”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，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，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，若出现术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明的实施例中的特征可以相互结合。
本发明提供了一种充电系统100，用于扩大配电网的线路输电容量。请参阅图1，为本发明提供的充电系统100的电路结构框图。该充电系统100包括：控制单元210、第一功率转换单元140、第二功率转换单元180、储能单元160、功率分配单元150、第一开关170、第二开关220、第三开关120、能量管理单元230(Power Management Unit，PMU)、采样单元240、电源输入端110、第一功率采集单元130以及第二功率采集单元190。
其中，电源输入端110、第三开关120、第一功率采集单元130、第一功率转换单元140以及功率分配单元150依次电连接，储能单元160、第一开关170、第二功率转换单元180以及功率分配单元150依次电连接，第一功率转换单元140、功率分配单元150、第二开关220及储能单元160依次电连接，功率分配单元150、第二功率采集单元190及待充电设备依次电连接，能量管理单元230与储能单元160电连接，控制单元210与第一开关170、第二开关220、采样单元240、功率分配单元150、能量管理单元230、第一功率采集单元130以及第二功率采集单元190均电连接。
其中，电源输入端110用于接入电网，以接收变压器输出至充电系统100的输入电压。
在一种可选的实施方式中，电网电压为380V的交流电压。该电网电压经过变压器变化后，接入充电系统100的电源输入端110。可以理解地，在配电网的变压器不变的情况下，电网可以输入至充电系统100的最大功率是不变的。
第三开关120电连接于电源输入端110及第一功率转换单元140之间，用于控制电源输入端110与第一功率转换单元140之间的导通状态。若第三开关120闭合，则电源输入端110与第一功率转换单元140导通，电源输入端110将输入电压传输至第一功率转换单元140，并经由功率分配单元150为待充电设备充电；若第三开关120断开，则电源输入端110与第一功率转换单元140断开，则无法为待充电设备充电。
可以理解地，当用户需要为待充电设备充电时，则必须闭合第三开关120。在一种可选的实施方式中，除在需要切断充电系统100与电网的连接关系时可以断开第三开关120，其他时候第三开关120均处于闭合状态，即第三开关120在充电系统100正常时一直保持闭合状态，在充电系统100故障时处于断开状态。
通过设置第三开关120单元，可较为方便地使充电系统100接入电网或者切断充电系统100与电网的连接关系，而不需要用户手动更改电源输入端110与变压器的连接状态。
在一种可选的实施方式中，充电系统100也可以不包括第三开关120(如图2所示)，电源输入端110与第一功率转换单元140直接电连接，使得电源输入端110与第一功率转换单元140一直保持连通状态。
第一功率采集单元130用于采集输入功率，并将输入功率传输至控制单元210。
可以理解地，输入功率为电网输入至第一功率转换单元140的总功率。此外，该第一功率采集单元130可以为电容量采集表。
第一功率转换单元140用于将电源输入端110传输的输入电压转换为第一电压，从而将输入电压对应的输入功率转换为与第一电压对应的输出功率。
由于待充电设备大多支持直流充电，因此该第一电压实际上为直流电压。该第一功率转换单元140可以为单向AC/DC变换器。
储能单元160用于储存电能，并用于在电网输入的功率不足以满足待充电设备所需的功率时，为待充电设备提供额外的电能进行充电，从而达到扩容的效果。
第一开关170电连接于储能单元160与第二功率转换单元180之间，用于在控制单元210的控制下闭合或断开。当第一开关170闭合时，储能单元160与第二功率转换单元180连通，储能单元160输出电压至第二功率转换单元180。
第二功率转换单元180用于将储能单元160输出的电压转换为第二电压，从而将储能单元160输出的功率转换为与第二电压对应的输出功率。
需要说明的是，该第二电压同样为直流电压。而第二功率转换单元180可以为单向DC/DC变换器。
还需要说明的是，当电网输入的功率不足以满足待充电设备所需的功率时，储能单元160可以直接通过第二功率转换单元180填补所缺功率，这一过程仅仅经过第二功率转换单元180这一级转换，从而转换效率较高。
功率分配单元150用于接入待充电设备，为待充电设备分配适合的功率进行充电。
第二功率采集单元190用于采集待充电设备的需求功率，并将需求功率传输至控制单元210。
可以理解地，需求功率为与功率分配单元150电连接的待充电设备的充电总功率。此外，该第二功率采集单元190可以为电容量采集表。
需要说明的是，需求功率与功率分配单元150接入的充电设备的数量有关。功率分配单元150接入的充电设备的数量越大，则需求功率越大；功率分配单元150接入的充电设备的数量越少，则需求功率越小。
第二开关220电连接于功率分配单元150与储能单元160之间，用于在控制单元210的控制下闭合或断开。当第二开关220闭合时，功率分配单元150与储能单元160连通，以通过功率分配单元150为储能单元160充电。
控制单元210用于接收第二功率采集单元190采集并传输的需求功率以及第一功率采集单元130采集并传输的输入功率。
控制单元210还用于当需求功率大于输入功率时，控制第一开关170闭合，以使功率分配单元150基于第一功率转换单元140传输的第一电压及储能单元160通过第二功率转换单元180传输的第二电压为待充电设备充电。
可以理解地，当需求功率大于输入功率时，表明电网输入的功率不能够满足待充电设备的充电需求，此时需求功率与输入功率存在功率差额。从而此时控制第一开关170闭合，使得储能单元160与第二功率转换单元180连通，储能单元160输出电压至第二功率转换单元180，第二功率转换单元180再将储能单元160输出的电压转换为第二电压，并将第二电压传输至功率分配单元150。同时，功率分配单元150还会接收到第一功率转换单元140传输的第一电压。因而，功率分配单元150可以利用第一电压及第二电压并按照待充电设备的需求为待充电设备充电，使得储能单元160补充需求功率与输入功率之间存在的功率差额，达到了扩容的效果。
能量管理单元230用于采集储能单元160的实际容量，并将实际容量传输至控制单元210。
控制单元210还用于当需求功率小于输入功率且实际容量小于预设定的容量阈值时，控制第一开关170断开并控制第二开关220闭合，以通过功率分配单元150为储能单元160充电。
当需求功率小于输入功率时，表明电网输入的功率完全能够满足待充电设备的充电需求，且还有余量；同时，实际容量小于预设定的容量阈值，表明储能单元160当前的电容量较低。因而，为了保证储能单元160的扩容能力，在此时控制第二开关220闭合，使得功率分配单元150与储能单元160连通，以通过功率分配单元150为储能单元160充电。
在一种可选的实施方式中，该预设定的容量阈值与预设定的额定容量关联。该预设定的容量阈值可以为预设定的额定容量的50％、60％、70％等任意值。
控制单元210还用于当实际容量等于预设定的额定容量时，控制第二开关220断开。
为了避免长时间为储能单元160充电导致储能单元160因为过充损坏，因而控制单元210在实际容量等于预设定的额定容量时，控制第二开关220断开，使得功率分配单元150与储能单元160断开，功率分配单元150停止为储能单元160充电。
采样单元240用于检测电网电压，并将电网电压传输至控制单元210。
控制单元210用于根据电网电压确定电网掉电时，控制第一开关170闭合，以使功率分配单元150基于储能单元160通过第二功率转换单元180传输的第二电压为待充电设备充电。
也即，通过设置储能单元160，不仅能够扩容，还能够在电网掉电时，实现对待充电设备的不间断充电，提高了充电系统100的稳定性。
综上所述，本发明提供的充电系统，包括控制单元、第一功率转换单元、第二功率转换单元、储能单元、功率分配单元以及第一开关，第一功率转换单元与功率分配单元电连接，储能单元、第一开关、第二功率转换单元以及功率分配单元依次电连接，控制单元与第一开关电连接，且控制单元用于当需求功率大于输入功率时，控制第一开关闭合，以使功率分配单元基于第一功率转换单元传输的第一电压及储能单元通过第二功率转换单元传输的第二电压为待充电设备充电。通过设置储能单元及第一开关，并通过第二功率转换单元，使得在需求功率大于输入功率时，可通过储能单元提供额外的电能为待充电设备充电，在不改造配电网的情况下达到扩容的效果，既满足了实际需求，又能够节约成本。
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，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，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以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种充电系统，其特征在于，所述充电系统包括控制单元、第一功率转换单元、第二功率转换单元、储能单元、功率分配单元以及第一开关，所述第一功率转换单元与所述功率分配单元电连接，所述储能单元、所述第一开关、所述第二功率转换单元以及所述功率分配单元依次电连接，所述控制单元与所述第一开关电连接；
所述控制单元用于接收需求功率以及输入功率，其中，所述输入功率为电网输入至所述第一功率转换单元的总功率，所述需求功率为与所述功率分配单元电连接的待充电设备的充电总功率；
所述控制单元还用于当所述需求功率大于所述输入功率时，控制所述第一开关闭合，以使所述功率分配单元基于第一电压及第二电压为所述待充电设备充电，所述第一电压为所述第一功率转换单元传输的，所述第二电压为所述储能单元通过所述第二功率转换单元传输的。
2.根据权利要求1所述的充电系统，其特征在于，所述充电系统还包括第二开关及能量管理单元，所述第一功率转换单元、所述功率分配单元、所述第二开关及所述储能单元依次电连接，所述能量管理单元与所述储能单元及所述控制单元均电连接，所述控制单元与所述第二开关电连接；
所述能量管理单元用于采集所述储能单元的实际容量，并将所述实际容量传输至所述控制单元；
所述控制单元还用于当所述需求功率小于所述输入功率且所述实际容量小于预设定的容量阈值时，控制所述第一开关断开并控制所述第二开关闭合，以通过所述功率分配单元为所述储能单元充电。
3.根据权利要求2所述的充电系统，其特征在于，所述控制单元还用于当所述实际容量等于预设定的额定容量时，控制所述第二开关断开。
4.根据权利要求1-3中任意一项所述的充电系统，其特征在于，所述充电系统还包括采样单元，所述采样单元与所述控制单元电连接；
所述采样单元用于检测电网电压，并将所述电网电压传输至所述控制单元；
所述控制单元用于根据所述电网电压确定电网掉电时，控制所述第一开关闭合，以使所述功率分配单元基于所述储能单元通过所述第二功率转换单元传输的第二电压为所述待充电设备充电。
5.根据权利要求4所述的充电系统，其特征在于，所述控制单元用于当所述电网电压小于或等于预设定的电压阈值时，确定所述电网掉电。
6.根据权利要求1-3中任意一项所述的充电系统，其特征在于，所述充电系统还包括第三开关及电源输入端，所述电源输入端、所述第三开关及所述第一功率转换单元依次电连接。
7.根据权利要求6所述的充电系统，其特征在于，所述充电系统还包括第一功率采集单元，所述电源输入端、所述第三开关、所述第一功率采集单元以及所述第一功率转换单元依次电连接；
所述第一功率采集单元用于采集所述输入功率，并将所述输入功率传输至所述控制单元。
8.根据权利要求1-3中任意一项所述的充电系统，其特征在于，所述充电系统还包括第二功率采集单元，所述功率分配单元、所述第二功率采集单元及所述待充电设备依次电连接；
所述第二功率采集单元用于采集所述待充电设备的需求功率，并将所述需求功率传输至所述控制单元。
9.根据权利要求1-3中任意一项所述的充电系统，其特征在于，所述第一功率转换单元为单向AC/DC变换器。
10.根据权利要求1-3中任意一项所述的充电系统，其特征在于，所述第二功率转换单元为单向DC/DC变换器。
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