CN111711237A - 一种移动储能车 - Google Patents

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CN111711237A CN202010502659.2A CN202010502659A CN111711237A CN 111711237 A CN111711237 A CN 111711237A CN 202010502659 A CN202010502659 A CN 202010502659A CN 111711237 A CN111711237 A CN 111711237A
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杨德财
吴彬杰
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Abstract

本发明公开了一种移动储能车，包括电池组，电池组分别连接直流配电柜、直流充电桩及断路器，直流配电柜分别通过车载充电桩连接车载充电桩的放电接口、通过PCS储能变流单元连接市电；直流配电柜、电池组分别通过断路器组连接UPS不间断电源和负载，UPS不间断电源、BMS电池管理系统以及直流配电柜分别与EMS能量管理系统连接。本发明的有益效果如下：本发明通过BMS电池管理系统可监控电池组的电流、电压、温度等信息，当EMS能量管理系统控制断路器断开，由UPS不间断电源对直流负载、交流负载进行供电，有效防止电池组继续亏电运行，保证设备运行稳定性；配备兼具移动补电功能、电网调峰等功能，可进行市网充电、市网放电，避免功能单一导致储能车闲置。

Description

一种移动储能车
技术领域
本发明涉及供电设备领域，尤其是一种移动储能车。
背景技术
随着新能源科技的进步，电动汽车有望逐步取代燃油车成为汽车市场主力军。《深圳市纯电动泥头车推广使用实施方案》显示，2019年底全市投入运营的纯电动工程车保有量将力争达到3000辆，约占工程车总量1/4，但由于充电场站相对固定，工程车随工地转移，常常遇到充电距离远折返工作效率低、充电时段固定补电需排队、地面充电桩功率小充电速度慢等补电难题。现有充电设施难以满足工程车的充电需求，因此移动储能车应运而生，可对工程车实现应急电力供应。移动储能车具有高度的灵活性，可为电动汽车提供可靠、便捷的实时补电服务，移动补电作为重要的充电补充方式将有巨大的市场前景。
中国专利CN207719855U公开了一种充储一体化移动补电车系统，包括第一开关、第二开关、第三开关、第四开关、储能部件、车载储能双向变流器、DC/DC转换电路，所述储能部件通过所述第四开关与所述DC/DC转换电路电连接，所述DC/DC转换电路与所述直流负载电连接，所述储能部件还通过所述第三开关与所述车载储能双向变流器的直流侧电连接，所述车载储能双向变流器的交流侧通过所述第一开关与所述电网连接，所述车载储能双向变流设备的交流测还通过所述第二开关与所述交流负载连接。移动补电车可以对外提供直流电和交流电。但是移动储能车是为应对电动工程车大功率补电、各种应急或工作现场等电力供应而设计的车载式移动电站，系统内设备都有较高的可靠性要求。由于车载储能双向变流器、BMS电池管理系统等辅助电气设备多是采用市电供电，但在电池组亏电且未能及时接入市电或充电桩时，辅助电气设备的用电需求无法满足，使得移动储能车的关键设备无法维护正常运转，关键设备无法完成自黑启动，导致移动储能车抛锚或者无法启动，设备无法满足可靠性的要求。
发明内容
本申请人针对上述现有生产中这些缺点，提供一种结构合理的移动储能车，不仅能解决移动储能车内设备的不同配电需求，在电池组亏电时也可保证车内设备的正常运转、移动储能车可以正常行驶和启动，从而提高移动储能车的运行可靠性。
本发明所采用的技术方案如下：
一种移动储能车，包括电池组，电池组分别连接直流配电柜及断路器组，直流配电柜分别通过车载充电桩连接放电接口、通过PCS储能变流单元连接市电；直流配电柜、电池组分别通过断路器组连接UPS不间断电源和负载，UPS不间断电源、BMS电池管理系统、直流配电柜以及PCS储能变流单元分别与EMS能量管理系统连接，断路器组的控制端与EMS能量管理系统或BMS电池管理系统连接，当电池组亏电时，EMS能量管理系统或BMS电池管理系统控制断路器组断开，UPS不间断电源为负载供电。
作为上述技术方案的进一步改进：
断路器组连接DC/AC变流器，DC/AC变流器的输出端分别连接UPS不间断电源、交流负载、AC/DC变流器的输入端，AC/DC变流器的输出端连接直流负载；直流配电柜连接地面上的直流充电桩。
车载充电桩包括若干DC/DC变流器和继电器，每个DC/DC变流器分别与一个电池组串联，DC/DC变流器为双向变流器。
PCS储能变流单元包括PCS储能变流器与隔离变压器，隔离变压器置于PCS储能变流器外部并与其串联，或内置于PCS储能变流器中。
AC/DC变流器、DC/AC变流器为单向变流器；PCS储能变流器为双向变流器。
电池组为三元材料电池、锰酸锂电池、钴酸锂电池或磷酸铁锂电池中的一种。
还包括温控系统，温控系统包括空调和散热风扇，放置电池组的箱体内设有风道与空调连接，用于将冷风输送到箱体后部，并通过设置在箱体上的散热风扇，促进箱体内的空气流通。
还包括消防系统，所述消防系统包括消防气体罐、烟雾传感器、温感探头、报警装置、急停开关、消防控制主机中的一种或多种组合；消防介质为干粉、七氟丙烷、高压二氧化碳、IG541混合气体、热气溶胶中的一种或多种组合。
电池组、直流配电柜、断路器组，车载充电桩、PCS储能变流单元及UPS不间断电源集成于集装箱内，箱体由拖挂车调度，拖挂车的动力为电动、油动及油电混动中的一种。
本发明的有益效果如下：
(1)本发明通过BMS电池管理系统可监控电池组的电流、电压、温度等信息，当BMS电池管理系统判断电池组的电压偏低、亏电运行时，EMS能量管理系统控制断路器组断开，使电池组与交流负载、直流负载以及UPS不间断电源的连接断开，转变为由UPS不间断电源对直流负载、交流负载进行供电，有效防止电池组继续亏电运行，避免影响电池组的使用寿命；
(2)本发明的断路器闭合，电池组正常供电时，UPS不间断电源的内部电池充电，当电池组断开时，UPS不间断电源的内部电池放电，即可直接提供交流电，也可通过第一AC/DC变流器为直流负载提供直流电，可以满足不同辅助电气设备的配电需求；
(3)本发明通过电池组和UPS不间断电源，保证对车内设备持续供电，即便在无外接电源情况下，满足用电需求，保证辅助电气设备，如UPS不间断电源、EMS能量管理系统、BMS电池管理系统、照明系统、消防系统、以及散热风扇等，可以正常运行，大大提高了车内设备运行的可靠性。
(4)本发明解决建筑施工现场工程车、物流车、清洁车工作现场充电难的问题，可同时为多台车辆提供就地补电服务，谷价充电，峰价放电，节约车辆使用成本；
(5)本发明通过电池组可以向市电进行馈电，作为中大型应急移动电源，在无电力服务的救灾等特殊场景下提供紧急补电服务和临时电力支撑；可作为小型电站，削峰填谷，提供电力辅助服务缓解局部地区高峰期用电紧张问题，为电网缩减扩容改造成本。
(6)本发明配备兼具移动补电功能、应急电源功能、用户侧储能、电网调峰等功能，可进行市网充电、市网放电、直流放电、直流充电，避免功能单一导致储能车闲置。
(7)本发明通过将车载充电桩4中的4个DC/DC变流器和8个继电器形成4路并联的充电桩，使每个电池组独立串联一个DC/DC变流器，解决了多个电池组并联充电时产生的环流问题及功率分配问题。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的电气原理图；
图中：1、市电；2、PCS储能变流单元；3、直流配电柜；4、车载充电桩；5、BMS电池管理系统；6、放电接口；7、EMS能量管理系统；8、UPS不间断电源；9、AC/DC变流器；10、直流负载；11、交流负载；12、DC/AC变流器；13、断路器组；14、电池组；15、直流充电桩。
具体实施方式
下面结合附图，说明本发明的具体实施方式。
如图1和图2所示，本发明所述的移动储能车包括四个电池组14，电池组14分别连接直流配电柜3、断路器组13的一端，直流配电柜3分别连接车载充电桩4、PCS储能变流单元2及断路器组13的一端，车载充电桩4连接车载的放电接口6，放电接口6为充电枪，PCS储能变流单元2连接市电1；断路器组13的另一端连接包括UPS不间断电源8和负载的负载电路，负载包括直流负载和交流负载；UPS不间断电源8、BMS电池管理系统5、直流配电柜3以及PCS储能变流单元2分别与EMS能量管理系统7连接，当BMS电池管理系统5检测到电池组14亏电时向EMS能量管理系统7发出信号，EMS能量管理系统7控制UPS不间断电源8为储能车内的辅助电气设备供电。EMS能量管理系统7用于实现模式切换、控制功率分配、监管系统、上下行通讯等，可以连接无线通讯模块，将系统工作状态、电池组14状态、故障告警及车辆位置等信息上传至运营中心，实现运营中心实时远程监管车辆状态并进行调度。BMS电池管理系统5用于检测电池组14内的电池单体的电压、温度、电流，计算电池组14的电池SOC，存储相关电池组14状态信息及必要的运行历史数据，并与EMS能量管理系统7进行实时通讯及时传送电池组14运行状态及报警信息给EMS能量管理系统7，当BMS电池管理系统5判断电池组14的电压偏低、亏电运行时，BMS电池管理系统5将亏电报警信息发送至EMS能量管理系统7，EMS能量管理系统7控制断路器组13断开，此时UPS不间断电源8为辅助电气设备的直流负载和交流负载供电，保证车内设备不断电，即便在无外接电源情况下，也可满足用电需求，大大提高了车内设备运行的可靠性；PCS储能变流单元2可通过CAN总线或者RS485接口与BMS电池管理系统5通讯，获取电池组14的状态信息，实现对电池组14的保护性充放电，确保电池运行安全。
如图1所示，负载电路中的DC/AC变流器12的输入端连接断路器组13，DC/AC变流器12的输出端分别连接UPS不间断电源8、交流负载11、AC/DC变流器9的输入端，AC/DC变流器9的输出端连接直流负载10。断路器组13实现电池组14与交流负载11、直流负载10以及UPS不间断电源8的连接开合，当断路器组13断开时，车内设备由UPS不间断电源8供电，有效防止电池组14亏电运行，延长电池组14的使用寿命，此时UPS不间断电源8的内部电池放电，即可直接提供交流电，而当断路器组13闭合、电池组14正常供电时，电池组14的高压直流电通过DC/AC变流器12为UPS不间断电源8以及车内负载供电，满足不同设备的配电需求。
如图2所示，PCS储能变流单元2为PCS储能变流器与隔离变压器串联，在其它实施例中，PCS储能变流单元2可以为隔离型一体化的PCS储能变流器，自带有隔离变压器。断路器组13包括并联的断路器Q10和断路器Q9，每个断路器分别连接一个电池组14。电池组14的输入端还可以通过直流配电柜3的充电接口连接地面上的直流充电桩15。车载充电桩4中的四个DC/DC变流器和八个继电器形成四路并联的充电桩，每个电池组14对应连接一路车载充电桩，EMS能量管理系统7通过控制车载充电桩4中继电器、直流配电柜3中继电器及断路器的开合，实现对车载充电桩4的控制，有利于充、放电整体控制，车载充电桩4具备模块化控制功能，每个电池组14可单独控制、互不干扰。AC/DC变流器9、DC/AC变流器12为单向变流器；PCS储能变流器、DC/DC变流器为双向变流器。
电池组14、直流配电柜3、断路器组13，车载充电桩4、PCS储能变流单元2及UPS不间断电源8集成于集装箱内，集装箱由拖挂车调度，拖挂车的动力为电动、油动及油电混动中的一种。箱内还设有温控系统和消防系统。其中，温控系统包括空调和散热风扇，放置电池组14的箱体内设有风道与空调连接，用于将冷风输送到箱体后部，并通过设置在箱体上的散热风扇，促进箱体内的空气流通，降低电池组14工作环境的温度，保证电池组14在最佳状态工作。消防系统包括消防气体罐、烟雾传感器、温感探头、报警装置、急停开关、消防控制主机等，消防介质可选用干粉、七氟丙烷、高压二氧化碳、IG541混合气体及热气溶胶中的一种或多种组合，优选为七氟丙烷。电池组14为三元材料电池、锰酸锂电池、钴酸锂电池或磷酸铁锂电池中的一种，优选为磷酸铁锂电池。由于磷酸铁锂材料具有良好的安全性，即便电池包被刺破也不易发生起火和保障，大大提升整车的安全性。
本发明的工作原理如下：
1、开始工作时，UPS不间断电源8作为启动电源，为交、直流负载供电；
2、当市电1给电池组14充电时，如图2所示，EMS能量管理系统7控制直流配电柜3中的断路器Q1、断路器Q2、断路器Q3、断路器Q4、继电器C1、继电器C2、继电器C3、继电器C4、继电器D1、继电器D2、继电器D3、继电器D4闭合，市电1的交流电依次通过隔离变压器、PCS储能变流单元2和DC/DC变流器4，一边为电池组14充电，另一边通过DC/AC变流器12转换为220V交流电，为车内的交流负载11和UPS不间断电源8供电，220V交流电再通过AC/DC变流器9转换为24V直流电，为车内的直流负载10供电；
3、当直流充电桩15给电池组14充电时，如图2所示，EMS能量管理系统7控制直流配电柜3中的断路器Q5、断路器Q6、断路器Q7、断路器Q8、继电器F1、继电器F2、继电器F3、继电器F4闭合，直流充电桩15的直流电直接为电池组14充电，直流电还通过DC/AC变流器12转换为220V交流电，为车内的交流负载11和UPS不间断电源8供电，220V交流电再通过AC/DC变流器9转换为24V直流电，为车内的直流负载10供电；
4、当电池组14通过放电接口6对外放电时，如图2所示，EMS能量管理系统7分别控制直流配电柜3中的继电器E1、继电器E2、继电器E3、继电器E4、以及车载充电桩4中的继电器A1、继电器A2、继电器A3及继电器A4闭合，电池组14的直流电通过车载充电桩4的DC/DC变流器从放电接口6输出，对外部电动车辆进行充电；
5、当电池组14向市电1馈电时，EMS能量管理系统7控制直流配电柜3中的断路器Q1、断路器Q2、断路器Q3、断路器Q4、继电器C1、继电器C2、继电器C3、继电器C4、继电器D1、继电器D2、继电器D3、继电器D4闭合，电池组14的直流电依次通过车载充电桩4的DC/DC变流器、PCS储能变流单元2转换成交流电输出；
6、当市电1通过放电接口6对外放电时，EMS能量管理系统7分别控制车载充电桩4中的继电器A1、继电器A2、继电器A3、继电器A4、直流配电柜3中的继电器C1、继电器C2、继电器C3、继电器C4闭合，市电1的交流电依次通过隔离变压器、PCS储能变流单元2和车载充电桩4的DC/DC变流器从放电接口6输出；
7、当电池组14的电压不低于设定值时，EMS能量管理系统7控制断路器组13中的断路器Q9和断路器Q10处于常闭状态，电池组14的高压直流电通过DC/AC变流器12转换为220V交流电，为车内的交流负载11和UPS不间断电源8供电，并且再通过AC/DC变流器9转换为24V直流电，为车内的直流负载10供电；
8、当电池组14的电压低于设定值时，BMS电池管理系统5判断电池组14亏电并向EMS能量管理系统7发送亏电报警信息，EMS能量管理系统7控制断路器组13中的断路器Q9和断路器Q10断开，UPS不间断电源8的内部电池放电，直接为交流负载11供电，并通过AC/DC变流器9提供直流电，为直流负载10供电。
以上描述是对本发明的解释，不是对发明的限定，在不违背本发明精神的情况下，本发明可以作任何形式的修改。在其它实施例中，电池组14可以为若干个，车载充电桩4中的DC/DC变流器的数量也为若干个；BMS电池管理系统5控制断路器组13，EMS能量管理系统7控制BMS电池管理系统5，当BMS电池管理系统5检测到电池组14亏电时，由BMS电池管理系统5控制断路器组13断开。

Claims (10)

1.一种移动储能车，其特征在于：包括电池组(14)，电池组(14)分别连接直流配电柜(3)及断路器组(13)，直流配电柜(3)分别通过车载充电桩(4)连接放电接口(6)、通过PCS储能变流单元(2)连接市电(1)；直流配电柜(3)、电池组(14)分别通过断路器组(13)连接UPS不间断电源(8)和负载；UPS不间断电源(8)、BMS电池管理系统(5)及直流配电柜(3)分别与EMS能量管理系统(7)连接，断路器组(13)的控制端与EMS能量管理系统(7)或BMS电池管理系统(5)连接，当电池组(14)亏电时，EMS能量管理系统(7)或BMS电池管理系统(5)控制断路器组(13)断开，UPS不间断电源(8)为负载供电。
2.按照权利要求1所述的移动储能车，其特征在于：断路器组(13)连接DC/AC变流器(12)输入端，DC/AC变流器(12)的输出端分别连接UPS不间断电源(8)、交流负载(11)、AC/DC变流器(9)的输入端，AC/DC变流器(9)的输出端连接直流负载(10)；直流配电柜(3)连接直流充电桩(15)。
3.按照权利要求1所述的移动储能车，其特征在于：车载充电桩(4)包括若干DC/DC变流器和继电器，每个DC/DC变流器分别与一个电池组串联，DC/DC变流器为双向变流器。
4.按照权利要求1所述的移动储能车，其特征在于：PCS储能变流单元(2)包括PCS储能变流器与隔离变压器，隔离变压器置于PCS储能变流器外部并与其串联，或内置于PCS储能变流器中。
5.按照权利要求4所述的移动储能车，其特征在于：AC/DC变流器(9)、DC/AC变流器(12)为单向变流器；PCS储能变流器为双向变流器。
6.根据权利要求1所述的移动储能车，其特征在于：直流配电柜(3)包括若干断路器和若干继电器。
7.按照权利要求1所述的移动储能车，其特征在于：电池组(14)为三元材料电池、锰酸锂电池、钴酸锂电池或磷酸铁锂电池中的一种。
8.按照权利要求1所述的移动储能车，其特征在于：还包括温控系统，温控系统包括空调和散热风扇，放置电池组(14)的箱体内设有风道与空调连接，用于将冷风输送到箱体后部，并通过设置在箱体上的散热风扇，促进箱体内的空气流通。
9.按照权利要求1所述的移动储能车，其特征在于：还包括消防系统，所述消防系统包括消防气体罐、烟雾传感器、温感探头、报警装置、急停开关、消防控制主机中的一种或多种组合；消防介质为干粉、七氟丙烷、高压二氧化碳、IG541混合气体、热气溶胶中的一种或多种组合。
10.按照权利要求1所述的移动储能车，其特征在于：电池组(14)、直流配电柜(3)、断路器组(13)，车载充电桩(4)、PCS储能变流单元(2)及UPS不间断电源(8)集成于集装箱内，箱体由拖挂车调度，拖挂车的动力为电动、油动及油电混动中的一种。
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