CN111688520B - 一种基于退役电池储能的光电耦合利用智能充电桩及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于退役电池储能的光电耦合利用智能充电桩及方法，包括光伏电源、交流电网和电动汽车三个终端，光伏电源的输出端连接至电力分配控制体，电力分配控制体的输出端连接至电网开关和模块转换器，交流电网的输出端连接至电网开关，电网开关的输出端通过交直流转换器连接至模块转换器，模块转换器的一个支路通过退役电池堆连接至电动汽车，另一个支路直接连接至电动汽车，退役电池堆的电量通过电力分配控制体监测，电力分配控制体根据退役电池堆的电量控制电网开关为退役电池堆进行充电。本发明充分利用退役电池，依靠太阳能为电力分配控制器供电，来控制退役电池储存电网谷电盈余，满足电动汽车需求，并在实现削峰填谷的目的。

Description

一种基于退役电池储能的光电耦合利用智能充电桩及方法
技术领域
本发明属于能源科学技术领域，具体涉及一种基于退役电池储能的光电耦合利用智能充电桩及方法。
背景技术
在目前大力提倡低碳绿色环保的趋势下，传统的石油、石油气驱动汽车正逐步被新型电动汽车所取代，然而伴随着大量电动汽车里程数的增加，产生了许多不能满足续航要求但是并非彻底无法使用的汽车电池，这些退役电池还可以通过慢充等的方式继续延续其使用寿命，相较于电池直接回收处理所花费的高昂代价，退役电池的二次利用明显起到节能减排的效果。
首先，目前的充电桩基本为固定式充电桩，相比于传统汽车能随时自备燃料，电动汽车难以实现燃料随时储备，在电量不足且附近无充电桩的情况下，将会导致电动汽车失去使用价值。
其次，目前我国的电力供应能力介于用电峰值和谷值之间，在用电高峰期将会出现供不应求的现象，同时，峰值电价和谷值电价也有较大差异，如何合理利用削峰填谷来降低用电成本，给企业带来一定利润，是一个市场效益较高的热点。
最后，目前电池储能只有通过交直流转换才能并入电网用电，而电动汽车充电需要直流电。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于退役电池储能的光电耦合利用智能充电桩及方法，以克服上述现有技术存在的缺陷，本发明能充分合理利用退役电池，依靠太阳能为电力分配控制器供电，来控制退役电池储存电网谷电盈余，以满足电动汽车充电需求，并在一定程度上实现削峰填谷的目的。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种基于退役电池储能的光电耦合利用智能充电桩，包括光伏电源、交流电网和电动汽车三个终端，光伏电源的输出端连接至电力分配控制体，电力分配控制体的输出端连接至电网开关和模块转换器，交流电网的输出端连接至电网开关，电网开关的输出端通过交直流转换器连接至模块转换器，模块转换器的一个支路通过退役电池堆连接至电动汽车，另一个支路直接连接至电动汽车，退役电池堆的电量通过电力分配控制体监测，电力分配控制体根据退役电池堆的电量控制电网开关为退役电池堆进行充电。
进一步地，所述退役电池堆包括若干退役电池模组，所述退役电池模组包括对称设置的两个支架，两个支架之间通过若干肋条支撑连接，两个支架之间对称设置有若干退役电池模块，若干退役电池模块之间形成模组通道，每个退役电池模块的外侧均设置有护板，护板上对称开设有两个第一长方形横向孔。
进一步地，所述退役电池模块包括两块对称设置的盖板，每个盖板的内侧均固定有孔板，两块孔板之间设置有若干电池单体，且电池单体与两块孔板上安装孔配合连接，若干电池单体形成的整体中部设置有模块通道，且若干电池单体形成的整体周围设置有若干侧板，侧板上对称开设有两个第二长方形横向孔。
进一步地，盖板及孔板为正六边形，孔板上呈中心对称分布有13个安装孔，盖板上与中间安装孔对应的位置设置有通孔，两个盖板上的通孔之间形成模块通道，另外12个安装孔中分别设置有电池单体，12个电池单体形成的整体周围设置有6块侧板，侧板上的两个第二长方形横向孔分别对应电池单体的正极和负极。
进一步地，模块通道的两侧分别设置有一个能够向模块通道中吹入冷风的对吹风扇。
进一步地，两个支架之间对称设置有6个退役电池模块，6个退役电池模块之间形成正六边形的模组通道，每个退役电池模块的外侧均设置有能够覆盖退役电池模块三个侧面的护板，护板的中间面上对称开设有两个第一长方形横向孔。
进一步地，若干退役电池模组通过层叠形成退役电池堆，且若干退役电池模组的模组通道连通，共同形成整体通道，整体通道的一端设置有辅助风扇。
一种基于退役电池储能的光电耦合利用智能充电方法，电力分配控制体由光伏电源供电，以实现充电桩电力的输入与输出分配功能，在交流电网电处于谷值且充电桩处于非使用状态时，电力分配控制体将模块转换器调至退役电池堆线路，退役电池堆处于充电状态，并根据退役电池堆电量剩余的反馈情况，打开电网开关控制交流电网电通过交直流转换器为退役电池堆充入直流电，充电桩处于使用状态时，电力分配控制体根据用户选择，控制模块转换器将交流电网电或者退役电池堆电输出给电动汽车。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
本发明实现退役电池的再次集成化应用，以由光伏电源供能的电力分配控制体及其控制的模块转换器为中心，储电时通过收集退役电池堆的电量剩余情况，选择在电网谷电且充电桩处于非使用状态时，为退役电池堆充电，供电时按照用户选择情况，调至电池低价供电模式或者全国电网标准电价供电模式实现电动汽车快充。该系统实现电网交流电和退役电池储放电的智能化结合，收集电网谷电时的电量盈余，实现充电桩的更经济供能在节约成本的同时，缓解部分电网峰值电压力。
退役电池集成化应用时，合理利用仿生结构，设置了散热性能良好的模块、模组以及模组耦合机构，模组端面所存在的周围6个正六边形中央通孔进上下对吹的冷风，形成局部扰流，端面中央正六边形和侧面出热风，形成散热效果良好的空气循环系统，充电桩具备可移动的功能，极大地提高了充电的便捷性，易于刺激形成商业化产业链。
附图说明
图1为本发明的充电桩功能原理图；
图2为本发明的退役电池模块俯视图；
图3为本发明的退役电池模块散热原理图；
图4为本发明的退役电池模组散热原理图。
其中：1.侧板；2.盖板；3.电池单体；4.孔板；5.支架；6.肋条；7.护板； 8.退役电池模块。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细描述：
参见图1至图4，本发明包括配合电力分配控制体实现交流电网电对退役电池堆的充电、退役电池堆与交流电网电对电动汽车的联合供电、退役电池堆的结构(用于散热)、充电桩可移动性。本发明结构简单，经济实用，有效的解决了退役电池充分使用问题、新型充电桩功能结构问题、退役电池散热问题以及充电桩可移动问题，并缓解了电网压力。
具体地，本发明包括光伏电源、交流电网、电动汽车三个终端，受到退役电池堆信息反馈的电力分配控制体，及其作用下的电网开关、模块转换器，另外还有用于电流类型转换的交直流转装置。充电桩电力来源有交流电网电力和光伏电源电力，体现形式有交流电网电力、光伏电源电力和退役电池堆储存电力。电力分配控制体用于实现在峰电谷电、退役电池剩余电量反馈、用户选择等多因素下的电力输入与输出流向控制，体现于电网电力输出、退役电池堆电力输入输出、模块转换。退役电池堆的散热结构包括若干退役电池模组，退役电池模组包括若干退役电池模块，退役电池模块包括侧板1、盖板2、电池单体3、孔板4，退役电池模组包括支架5、肋条6、护板7及退役电池模块8。退役电池模块中电池单体3按照蜂巢结构排列，13个正六边形巢室高度对称紧密分布，中心正六边形巢室(图2中m)布置模块流道，其余(图2中a-l)安置12块电池单体3，侧板开有相对应于电池两级的矩形风口。退役电池模组中退役电池模块按照蜂巢结构排列，7个正六边形巢室高度对称紧密分布，中心布置模组流道，其余安置6个退役电池模块。中心模组流道布置有辅助风扇排出热风，边缘护板7开有相对应于电池两级的第一长方形横向孔，进入冷风。退役电池堆由退役电池模组纵向叠加与风道耦合形成。
本发明是一种合理的光电、电网电控制与分配系统结合的充电桩，电力分配控制体分工况控制电力输入输出情况；同时是一种较为理想的电池模块以及模组散热系统；也是一种便捷式的可移动充电桩。充电桩安装可移动设备以实现充电桩的更高便捷性、也有利于商业化人机联网互动。
其中，退役电池堆、交直流转换器构成闭式循环，光伏电源用于给电力分配控制体供电，交流电网的电直接传输给电动汽车或者传输给退役电池堆间接传输给充电桩以实现削峰填谷，退役电池堆结构具备良好的散热功能。
具体地，退役电池模块的构建采用了蜂巢仿生结构，每个退役电池模块 13个巢室，除中央巢室外，其余巢室放置12块电池单体，每块电池单体由上下对称的两个孔板固定相对位置，另外由六块相同的长方形侧板和上下两个正六边型盖板构成正六边柱体，每块侧板都有上下两个对称的第二长方形横向孔，模块中部开有风道，即模块通道。退役电池模组也按照生物仿生蜂巢结构，上下两个支架构造出7个正六边形巢室的聚集状态，在支架的每一个内部交点处都有垂直贯通的肋条固定连接，肋条总共有12根，退役电池模组结构的侧面部分由6个护板组成，每个护板均为半个正六面柱体侧面的形状，且其在中间面开有上下两个对称的第一长方形横向孔，退役电池模组的 7个正六边形中，中央正六边形为流道通孔，即模组通道，周围6个正六边形可放置6个退役电池模块。
退役电池模组可以多层叠加，叠加时耦合整体流道与模组通道相结合，整体的上下端面处，中央正六边形为热风出风口，由辅助风扇吹出，周围6 个为冷风进风口，两类风口促使形成空气循环。
下面结合附图对本发明的实施过程作进一步描述：
参照图1，电力分配控制体由光伏电源供电，以实现充电桩电力的输入与输出性能，在交流电网电处于谷值且充电桩处于非使用状态时，电力分配控制体将模块转换器调至电池堆线路，退役电池堆处于充电状态，并根据退役电池堆电量剩余的反馈情况，打开电网开关控制交流电网电适量通过交直流转换器为退役电池堆充入直流电，充电桩处于使用状态时，电力分配控制体根据用户选择，控制模块转换器将电网电或者电池堆电输出给用户。
退役电池堆采用风冷形式散热，相较于液冷装置简易且成本低。
如图2、图3和图4所示，对于退役电池堆的散热设计，退役电池模块和退役电池模组均采用蜂巢结构，对于退役电池模块，假设每个退役电池模块占据一个六边形空间，对电池单体进行空间组合，仿照蜂巢的布置方式，将13个正六边形空间排布在一个六边形中，除最中间的六边形设为风道外，其余放置共12个电池单体构成一个退役电池模块，同一端面电池单体正负极交错排布，除了每个电池单体周围的六边形空间作为散热流道外，在退役电池模块中间也有空间作为空气流道；对于退役电池模组，呈现7个正六边形巢室的聚集状态，且中央正六边形作为风道，周围6个正六边形可放置6个退役电池模块；退役电池模组的叠加方式为纵向叠加。
该设计对单个退役电池模块、退役电池模块之间以及退役电池模组之间的拼接紧凑型都很好，并且便于流道耦合，同时电池单体与盖板采用螺栓连接，采用可拆卸装置，方便电池单体的更换，保障设备利用较为便利。
考虑到电池两级发热较为严重，为了提高电池温度分布均匀性，势必要加强对电池两级的散热，为此在退役电池模块和退役电池模组的电池两级侧均开有长方形小孔，6个退役电池模块的上下端面均为冷风进口，退役电池模组的中央正六边形为热风出口，退役电池模组多层耦合后，所有纵向孔相通，在耦合整体的下端面上，中央的正六边形通孔处设置辅助风扇1个，向上吹动热风流动；在耦合整体的上下两个端面上，周围6个正六边形的每个中央圆形通孔处上下均设置两个对吹风扇，向内部吹入冷风，结合退役电池模组护板的通风口，实现空气循环，而处于非上下端面的模组则不存在单独的风扇。
上述实施例为本发明的较佳实施方式，但本发明的实施方式并不受所述实施例的限制，本领域的技术人员可以对本发明进行各种修改和变型，倘若这些修改和变型在本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则这些修改和变型也在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种基于退役电池储能的光电耦合利用智能充电桩，其特征在于，包括光伏电源、交流电网和电动汽车三个终端，光伏电源的输出端连接至电力分配控制体，电力分配控制体的输出端连接至电网开关和模块转换器，交流电网的输出端连接至电网开关，电网开关的输出端通过交直流转换器连接至模块转换器，模块转换器的一个支路通过退役电池堆连接至电动汽车，另一个支路直接连接至电动汽车，退役电池堆的电量通过电力分配控制体监测，电力分配控制体根据退役电池堆的电量控制电网开关为退役电池堆进行充电；
所述退役电池堆包括若干退役电池模组，所述退役电池模组包括对称设置的两个支架(5)，两个支架(5)之间通过若干肋条(6)支撑连接，两个支架(5)之间对称设置有若干退役电池模块(8)，若干退役电池模块(8)之间形成模组通道，每个退役电池模块(8)的外侧均设置有护板(7)，护板(7)上对称开设有两个第一长方形横向孔；
所述退役电池模块(8)包括两块对称设置的盖板(2)，每个盖板(2)的内侧均固定有孔板(4)，两块孔板(4)之间设置有若干电池单体(3)，且电池单体(3)与两块孔板(4)上安装孔配合连接，若干电池单体(3)形成的整体中部设置有模块通道，且若干电池单体(3)形成的整体周围设置有若干侧板(1)，侧板(1)上对称开设有两个第二长方形横向孔；
盖板(2)及孔板(4)为正六边形，孔板(4)上呈中心对称分布有13个安装孔，盖板(2)上与中间安装孔对应的位置设置有通孔，两个盖板(2)上的通孔之间形成模块通道，另外12个安装孔中分别设置有电池单体(3)，12个电池单体(3)形成的整体周围设置有6块侧板(1)，侧板(1)上的两个第二长方形横向孔分别对应电池单体(3)的正极和负极。
2.根据权利要求1所述的一种基于退役电池储能的光电耦合利用智能充电桩，其特征在于，模块通道的两侧分别设置有一个能够向模块通道中吹入冷风的对吹风扇。
3.根据权利要求1所述的一种基于退役电池储能的光电耦合利用智能充电桩，其特征在于，两个支架(5)之间对称设置有6个退役电池模块(8)，6个退役电池模块(8)之间形成正六边形的模组通道，每个退役电池模块(8)的外侧均设置有能够覆盖退役电池模块(8)三个侧面的护板(7)，护板(7)的中间面上对称开设有两个第一长方形横向孔。
4.根据权利要求3所述的一种基于退役电池储能的光电耦合利用智能充电桩，其特征在于，若干退役电池模组通过层叠形成退役电池堆，且若干退役电池模组的模组通道连通，共同形成整体通道，整体通道的一端设置有辅助风扇。
5.一种基于退役电池储能的光电耦合利用智能充电方法，采用权利要求1所述的一种基于退役电池储能的光电耦合利用智能充电桩，其特征在于，电力分配控制体由光伏电源供电，以实现充电桩电力的输入与输出分配功能，在交流电网电处于谷值且充电桩处于非使用状态时，电力分配控制体将模块转换器调至退役电池堆线路，退役电池堆处于充电状态，并根据退役电池堆电量剩余的反馈情况，打开电网开关控制交流电网电通过交直流转换器为退役电池堆充入直流电，充电桩处于使用状态时，电力分配控制体根据用户选择，控制模块转换器将交流电网电或者退役电池堆电输出给电动汽车。
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