CN113285516A - 柜控装置及其充电方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种柜控装置及其充电方法，柜控装置包括控电柜、柜控单元和储能单元，所述控电柜包括多个充电模块以及至少一个的交直流转换模块，所述交直流转换模块的输入端与市电连接，所述交直流转换模块的输出端连接有直流母线，多个所述充电模块均与所述直流母线电连接，所述柜控单元从所述直流母线取电，所述储能单元包括多个储能电池，多个所述储能电池均与所述直流母线电连接。通过引入储能单元，在谷电期间进行电量存储，在峰电时优先放出电量用于给充电电池充电，以减少峰电期间从电网取电，减少电费。当交流停电时，通过储能单元的备电电量，可以持续给充电电池充电和换电，维持柜控装置的正常工作，柜控装置结构简单、成本低、效率高。

Description

柜控装置及其充电方法
技术领域
本发明涉及充电技术领域，更具体地说是指一种柜控装置及其充电方法。
背景技术
随着中国电商交易规模的不断增长和外卖行业的蓬勃发展，及时配送行业呈现爆发式增长的态势。截止到2020年底，中国的快递员数量约为350万人，外卖骑手的数量约为800万人，他们的主要交通工具（生产工具）为电动两轮车和电动三轮车。在及时配送行业，充电难和充电慢是困扰从业人员的一大痛点，B端运营用户（外卖+快递）对能源获取的便利性和及时性有着很高的要求。
目前锂电池模块+换电柜+手机APP+远程数据平台已经成为两轮电动车换电运营的通用模式，换电柜内有多个存放锂电池的充电仓，每个仓对应一个或一路充电器，充电时只能从市电取电，往往在充电繁忙时段对应的是峰电时段，电价高，因而所产生的电费高。如果市电停电，则换电柜无法继续运行，严重影响用户的换电需求和换电体验。还有些用户，甚至希望在市电停电时，可以通过换电柜反向给市电供电。
发明内容
为了解决上述现有技术的缺陷，本发明的目的是提供一种柜控装置及其充电方法。
为达到上述目的，本发明实施例的技术方案是：本发明提出一种柜控装置，包括控电柜、柜控单元和储能单元，所述控电柜包括多个充电模块以及至少一个的交直流转换模块，所述交直流转换模块的输入端与市电连接，所述交直流转换模块的输出端连接有直流母线，多个所述充电模块均与所述直流母线电连接，所述柜控单元从所述直流母线取电，所述储能单元包括至少一个的储能电池，所述储能电池与所述直流母线电连接。
其进一步技术方案为：所述充电模块包括充电电池以及与所述充电电池电连接的充电器，所述充电器与所述直流母线电连接。
其进一步技术方案为：所述交直流转换模块为单向交直流转换模块或双向交直流转换模块。
其进一步技术方案为：所述柜控单元与所述直流母线之间设有柜控电源，所述柜控电源的输入端与所述直流母线电连接，所述柜控电源的输出端与所述柜控单元电连接。
其进一步技术方案为：所述控电柜内设有扩展接口，所述储能单元通过所述扩展接口与所述直流母线电连接。
其进一步技术方案为：所述充电器为单向DCDC充电器或双向DCDC充电器。
其进一步技术方案为：所述充电器包括仓控器和直流转换器，所述仓控器和直流转换器之间通过RS485通信或CAN通信的方式通讯连接。
其进一步技术方案为：所述储能电池为铅酸电池或锂电池。
其进一步技术方案为：所述柜控单元通过总线通信或串口通信的方式分别与所述交直流转换模块、所述充电模块以及所述储能电池通信连接。
本发明还提出一种柜控装置的充电方法，基于如上所述的柜控装置，包括以下步骤：
判断用电时间段属于谷电时间段、峰电时间段或平电时间段；
若用电时间段属于平电时间段，则控制充电模块从直流母线取电，控制储能单元不充电也不对外输出电量；
若用电时间段属于谷电时间段，则控制交直流转换模块从市电取电，输出至直流母线，控制充电模块从直流母线取电，控制储能单元不对外输出电量，并判断储能单元的电量是否低于预设值；
若储能单元的电量低于预设值，则通过直流母线为储能单元充电；
若用电时间段属于峰电时间段，则通过储能单元为充电模块供电，当储能单元电量耗尽时，则通过交直流转换模块输出的电流继续为充电模块供电，一直供电至进入谷电时间段为止。
其进一步技术方案为：所述控制充电模块从直流母线取电的步骤包括：
交直流转换模块或者储能单元输出电量至直流母线；
控制充电模块从直流母线取电。
本发明与现有技术相比的有益效果是：本发明提出的一种柜控装置通过交直流转换模块将交流市电转换为直流电至直流母线，柜控单元用于控制充电模块的充电以及储能单元的充放电。通过在换电柜的基础上引入储能单元，在谷电期间进行电量存储，在峰电时优先放出电量用于给充电电池充电，以减少峰电期间从电网取电，减少电费；或在峰电时放出电量逆变到电网，增加营收。当交流停电时，通过储能单元的备电电量，可以持续给充电模块充电和换电，维持柜控装置的正常工作。当交流停电时，也可以通过充电模块的自带电量，利用双向DCDC充电器反向给母线供电，维持柜控装置的正常工作；甚至利用双向ACDC变换器，反向给市电供电。整个柜控装置结构简单、成本低、效率高。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明技术手段，可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述说明和其它目的、特征及优点能够更明显易懂，特举较佳实施例，详细说明如下。
附图说明
图1为本发明实施例一种柜控装置的电路连接图；
图2为本发明实施例一种柜控装置的充电方法的流程框图。
附图标记：
10、储能单元；11、储能电池；20、控电柜；30、柜控单元；40、扩展接口；50、充电模块；51、充电器；52、充电电池；60、直流母线；70、柜控电源；80、交直流转换模块。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域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。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”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，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是连接，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。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。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不应理解为必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例进行结合和组合。
如图1所示，本发明实施例提出一种柜控装置，包括控电柜20、柜控单元30和储能单元10，控电柜20包括多个充电模块50以及至少一个的交直流转换模块80，交直流转换模块80的输入端与市电连接，交直流转换模块80的输出端连接有直流母线60，多个充电模块50均与直流母线60电连接，柜控单元30从直流母线60取电，储能单元10包括至少一个的储能电池11，储能电池11与直流母线60电连接。
在本实施例中，交直流转换模块80将交流市电转换为直流电至直流母线60，柜控单元30用于控制充电模块50的充电以及储能单元10的充放电，通过在换电柜的基础上引入储能单元10，在谷电期间进行电量存储，在峰电时优先放出电量用于给充电模块50充电，以减少峰电期间从电网取电，减少电费。当交流停电时，通过储能单元10的备电电量，可以持续给充电模块50充电和换电，维持柜控装置的正常工作。整个柜控装置结构简单、成本低、效率高。
在另一实施例中，储能单元10可以集成到控电柜20内，以节省空间。
如图1所示，在一实施例中，充电模块50包括充电电池52以及与充电电池52电连接充电器51，充电器51与直流母线60电连接。
在本实施例中，采用充电器51为电池进行供电，充电器51的的输入电压覆盖充电电池52的工作电压范围（例如对于48V的充电电池52，充电器51应支持42V～58VDC宽范围输入）。充电器51的输出，覆盖多种类的电池，例如可实现40V～75V宽范围输出，覆盖48V和60V两种电池的充电电压需求。
在一实施例中，交直流转换模块为单向交直流转换模块。
在另一实施例中，交直流转换模块为双向交直流转换模块。
如图1所示，在一实施例中，柜控单元30与直流母线60之间设有柜控电源70，柜控电源70的输入端与直流母线60电连接，柜控电源70的输出端与柜控单元30电连接。通过设置柜控电源70为柜控单元30供电。
在另一实施例中，柜控单元30可以直接从直流母线60取电。
如图1所示，在一实施例中，控电柜20内设有扩展接口40，储能单元10通过扩展接口40与直流母线60电连接，通过扩展接口40将储能单元10与直流母线60连接。
在一实施例中，充电器51为单向DCDC充电器，实现为充电电池52充电。DCDC说明输入的是直流，输出的也是直流，单向说明电流只能传输。
在另一实施例中，充电器51为双向DCDC充电器，实现为充电电池52充电。DCDC说明输入的是直流，输出的也是直流，双向说明电流可以双向传输。
在一实施例中，充电器51可以为一个整体，内部集合仓控板和直流转换器。
在另一实施例中，充电器51包括仓控器和直流转换器，仓控器和直流转换器之间通过RS485通信或CAN通信的方式通讯连接。此种设置仓控器可以实现开关检测、温度检测、充电电池52在位信号检测等。
在一实施例中，储能电池11为铅酸电池或锂电池。具体地，储能电池11的数量可以根据实际情况进行灵活设置，比如9个、12个、15个或18个等。
在一实施例中，柜控单元30通过总线通信或串口通信的方式分别与交直流转换模块80、充电模块50以及储能电池11通信连接。
具体地，通信可以通过CAN总线、RS485总线或蓝牙等通讯方式。
如图2所示，本发明实施例还提出一种柜控装置的充电方法，基于如上所述的柜控装置，包括以下步骤：
S10、判断用电时间段属于谷电时间段、峰电时间段或平电时间段。
S20、若用电时间段属于平电时间段，则控制充电模块从直流母线取电，控制储能单元不充电也不对外输出电量。
S30、若用电时间段属于谷电时间段，则控制交直流转换模块从市电取电，输出至直流母线，控制充电模块从直流母线取电，控制储能单元不对外输出电量，并判断储能单元的电量是否低于预设值。
在本实施例中，柜控装置从交流输入取电，经过交直流转换模块，输出到48V直流母线。交直流转换模块输出模式根据柜控单元需求进行设定和调节：如果储能电池是满电状态无需充电，则柜控单元通过通讯命令，设置充电模块输出电压为53.2V，此时充电模块从直流母线53.2V取电给充电电池充电。
S40、若储能单元的电量低于预设值，则通过直流母线为储能单元充电。
在本实施例中，储能单元的电量低于预设值，即储能电池处于未满电状态需要充电，则柜控单元给多个储能电池发“启动充电”命令，让储能电池闭合充电回路，同时柜控单元给交直流转换模块发送充电命令，让交直流转换模块按恒压限流模式输出到直流母线上。此时柜控单元发给交直流转换模块的输出电流需求值为储能单元总的充电电流需求值加上所有充电模块输入电流之和。
具体地，充电模块的输入电流如果没有准确测量值，可以通过充电模块的输出电流值除以充电器转换效率大概推算获得，在给储能单元充电过程中，直流母线电压随着储能电池电压的升高而升高，直到储能电池充满，交直流转换模块保持高电压输出（例如57V）。储能电池单元充满后断开充电回路，保持放电回路闭合。
S50、若用电时间段属于峰电时间段，则通过储能单元为充电模块供电，当储能单元电量耗尽时，则通过交直流转换模块输出的电流继续为充电模块供电，一直供电至进入谷电时间段为止。
在本实施例中，柜控装置控制交直流转换模块输出电压降低到45V左右。此时储能单元优先输出到48V母线，给充电模块供电，直到储能单元电压因持续放电下降到45V。储能单元电量释放完毕后，柜控装置给储能单元发“禁止充电”命令，交直流转换模块接替输出，输出电压抬升到53.2V，一直供电至进入谷电时间段为止。
在一实施例中，控制充电模块从直流母线取电的步骤包括：
交直流转换模块或者储能单元输出电量至直流母线；
控制充电模块从直流母线取电。
与现有技术相比，本发明实施例一种柜控装置的充电方法通过判断用电时间段属于谷电时间段、峰电时间段或平电时间段。在谷电期间进行电量存储，在峰电时优先放出电量用于给充电电池充电，以减少峰电期间从电网取电，减少电费。当交流停电时，通过储能单元的备电电量，可以持续给充电电池充电和换电，维持柜控装置的正常工作。整个充电方法简单、成本低、效率高。
需要指出的是，上述对于峰电、谷电、平电时段的充电和放电控制方法，并不是一成不变的，可以根据用户的用电需求以及峰、谷、平电价差等因素，进行合理的调整和变化。所有这些调整和变化，都是在本系统架构和控制方法上实现的，都属于本专利所包含的技术方案。即上述仅以实施例来进一步说明本发明的技术内容，以便于读者更容易理解，但不代表本发明的实施方式仅限于此，任何依本发明所做的技术延伸或再创造，均受本发明的保护。本发明的保护范围以权利要求书为准。

Claims (11)

1.柜控装置，其特征在于，包括控电柜、柜控单元和储能单元，所述控电柜包括多个充电模块以及至少一个的交直流转换模块，所述交直流转换模块的输入端与市电连接，所述交直流转换模块的输出端连接有直流母线，多个所述充电模块均与所述直流母线电连接，所述柜控单元从所述直流母线取电，所述储能单元包括至少一个的储能电池，所述储能电池与所述直流母线电连接。
2.根据权利要求1所述的柜控装置，其特征在于，所述充电模块包括充电电池以及与所述充电电池电连接的充电器，所述充电器与所述直流母线电连接。
3.根据权利要求1所述的柜控装置，其特征在于，所述交直流转换模块为单向交直流转换模块或双向交直流转换模块。
4.根据权利要求1所述的柜控装置，其特征在于，所述柜控单元与所述直流母线之间设有柜控电源，所述柜控电源的输入端与所述直流母线电连接，所述柜控电源的输出端与所述柜控单元电连接。
5.根据权利要求1所述的柜控装置，其特征在于，所述控电柜内设有扩展接口，所述储能单元通过所述扩展接口与所述直流母线电连接。
6.根据权利要求2所述的柜控装置，其特征在于，所述充电器为单向DCDC充电器或双向DCDC充电器。
7.根据权利要求2所述的柜控装置，其特征在于，所述充电器包括仓控器和直流转换器，所述仓控器和直流转换器之间通过RS485通信或CAN通信的方式通讯连接。
8.根据权利要求1所述的柜控装置，其特征在于，所述储能电池为铅酸电池或锂电池。
9.根据权利要求1所述的柜控装置，其特征在于，所述柜控单元通过总线通信或串口通信的方式分别与所述交直流转换模块、所述充电模块以及所述储能电池通信连接。
10.柜控装置的充电方法，基于权利要求1至9任意一项所述的柜控装置，其特征在于，包括以下步骤：
判断用电时间段属于谷电时间段、峰电时间段或平电时间段；
若用电时间段属于平电时间段，则控制充电模块从直流母线取电，控制储能单元不充电也不对外输出电量；
若用电时间段属于谷电时间段，则控制交直流转换模块从市电取电，输出至直流母线，控制充电模块从直流母线取电，控制储能单元不对外输出电量，并判断储能单元的电量是否低于预设值；
若储能单元的电量低于预设值，则通过直流母线为储能单元充电；
若用电时间段属于峰电时间段，则通过储能单元为充电模块供电，当储能单元电量耗尽时，则通过交直流转换模块输出的电流继续为充电模块供电，一直供电至进入谷电时间段为止。
11.根据权利要求10所述的柜控装置的充电方法，其特征在于，所述控制充电模块从直流母线取电的步骤包括：
交直流转换模块或者储能单元输出电量至直流母线；
控制充电模块从直流母线取电。
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