CN113401034A - 一种集装箱式移动储充一体化系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种集装箱式移动储充一体化系统，它包括牵引系统、储能系统以及多个独立的充电系统，储能系统与充电系统集成于储充一体集装箱内，牵引系统牵引储充一体集装箱移动；储能系统包括充电箱、综合控制柜以及电池组，充电箱的外部接口连接外部充电设备，充电箱通过电缆连接综合控制柜，综合控制柜内的直流断路器进线侧通过电缆与电池组相连接，形成储能回路；充电系统包括人机交互单元、充电机以及充电枪，人机交互单元与充电机相连接，充电机与充电枪相连接；综合控制柜内的直流断路器出线侧通过电缆与充电机相连接。本发明集储能充电于一体，兼具高效、智能、占地面积小、建设速度快、可随时移动的优点。

Description

一种集装箱式移动储充一体化系统及方法
技术领域
本发明涉及电动汽车充电领域，尤其涉及一种集装箱式移动储充一体化系统及方法。
背景技术
现有电动汽车充电一般采用交流充电桩、直流充电桩、换电模式充电。交流充电桩俗称“慢充”，充电功率小、充电时间长，普通家用电动车充满电需7～15小时，交流桩安装好后不可移动，电动汽车需开到充电桩站点充电。直流充电桩俗称“快充”、充电虽快，但由于其充电功率较大，对于供电系统要求比较高，要求变压器足够的负荷容量来支持其大功率充电，很多老旧小区由于没有提前布设线路和变压器，如需安装，要进行电网改造，所以很多小区都是不具备安装条件的。换电模式是个别品牌商为其电动车充电的一种可选模式，其兼容性差，只适用于自身品牌，无法为其他品牌换电，且换电站分布稀少，只能为特定区域内指定的电动汽车换电。
发明内容
为了解决上述技术所存在的不足之处，本发明提供了一种集装箱式移动储充一体化系统及方法。
为了解决以上技术问题，本发明采用的技术方案是：一种集装箱式移动储充一体化系统，它包括牵引系统、储能系统以及多个独立的充电系统，储能系统与充电系统集成于储充一体集装箱内，牵引系统牵引储充一体集装箱移动；
储能系统包括充电箱、综合控制柜以及电池组，充电箱的外部接口连接外部充电设备，充电箱通过电缆连接综合控制柜，综合控制柜内的直流断路器进线侧通过电缆与电池组相连接，形成储能回路；充电系统包括人机交互单元、充电机以及充电枪，人机交互单元与充电机相连接，充电机与充电枪相连接；综合控制柜内的直流断路器出线侧通过电缆与充电机相连接。
进一步地，牵引系统采用6x4标准牵引车头，牵引车头车后挂一危险品骨架半挂车，储充一体集装箱置于危险品骨架半挂车上。
进一步地，电池组采用磷酸铁锂电池，电池组由十个电池簇并联而成并分别设置在九折型材模数化机柜内，综合控制柜内配备电池管理系统对电池组进行动态均衡管理。
进一步地，充电系统有四个，每个充电系统的输出功率为120KW，同时支持八枪头输出功率为60kW或四枪头输出功率为120kW对外充电的方式。
进一步地，人机交换单元为充电系统提供充电操作、显示、刷卡、扫码付费界面。
进一步地，储充一体集装箱设置有变流器，变流器直流侧接入自电池组，变流器交流侧连接有UPS不间断电源。
一种集装箱式移动储充一体化系统的方法，集装箱式移动移动储充一体化系统中的储能系统电量不足时由牵引系统将储充一体集装箱运送到大功率充电桩附近，由外部充电设备上标准直流充电枪插入充电箱充电枪座，经综合控制柜将电能分配到十个电池簇，对电池组充电，实现能量存储，综合控制柜中具有电池管理系统并采用分级管理策略对电池组进行动态均衡管理；
外部车辆需要充电时，由牵引系统将储充一体集装箱运送到指定的地点，用户通过人机交互单元进行刷卡或扫码按其屏幕提示操作将充电枪插入外部车辆充电接口，充电机读取车辆内部BMS需求对其充电，综合控制柜内直流断路器闭合，电池组直流电通过综合控制柜流入充电机，充电机接触器闭合实现对车辆充电。
进一步地，分级管理策略分为一级电池管理单元BMU、二级中央控制单元CCU、三级电池阵列管理系统BAMS三级管理系统；一级电池管理单元BMU管理单个电池模组，监测电池电压状态、温度状态，并为电池提供通信接口，可对单体电压、温度、通信异常进行报警；二级中央控制单元CCU控制、管理、监测单个电池簇的电和热相关参数，可计算SOC/SOH，具有故障诊断和自动保护功能，支持Bootloader CAN总线在线升级、数据存储、时钟同步、控制输入和输出监测功能；三级电池阵列管理系统BAMS整体控制输入输出电池阵列系统，可对电池组参数设置，可汇总显示电池的电压、电流、温度信息，并为电池组提供通讯接口。
本发明公开了一种集装箱式移动储充一体化系统及方法，集装箱式储充一体、储能和充电系统安装于一个集装箱内，集装箱固定到平板车上，使用牵引车进行移动，牵引车可根据用户要求到达指定区域为其他车辆充电，集储能充电于一体，兼具高效、智能、占地面积小、建设速度快、可随时移动的优点，特别适合一些不具备安装充电桩条件的场所，也可为途中需充电的电动汽车补电，其应用场景广泛，其机动性是其它充电桩和换电站所不具备的。
附图说明
图1为本发明的组成示意图。
图2为本发明的储充系统连接示意图。
图3为本发明的储充一体集装箱结构示意图。
图4为本发明电气原理示意图。
图中：1、储充一体集装箱；2、危险品骨架半挂车；3、牵引车头；4、充电箱；5、综合控制柜；6、电池组；7、外部充电设备；8、人机交互单元；9、充电机；10、充电枪。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图1所示的集装箱式移动储充一体化系统，由三大系统组成：牵引系统、储能系统、充电系统。包括牵引系统采用6x4标准牵引车头，牵引车头车后挂一危险品骨架半挂车，牵引总质量为40000kg，车辆配有限速装置、GPS定位系统以及车载导航，便于24小时“随叫随到”。储能系统与充电系统集成于储充一体集装箱内，整个集装箱的移动由牵引系统来完成。
如图2和图3所示，本产品自带储能系统，储能系统由充电箱、综合控制柜、电池组组成，充电箱位于集装箱尾部中门下间隔，充电箱后端用电缆连接到位于充电箱上部的综合控制柜，综合控制柜通过电缆连接到集装箱中部的电池组形成储能回路。
外部充电设备接入充电箱外部接口，充电箱为外部电源与综合控制柜的连接器，综合控制柜通过对不同层级的BMS电池管理系统，实时监控电池组的电压、电流、温度、SOC等运行参数，对电池进行动态均衡管理，电能通过综合控制柜流入电池簇实现储能。
其中，电池组采用磷酸铁锂电池，集装箱内整个电池组由十个电池簇并联而成，总容量约2MWh，可为约40辆家用电动汽车充满电。安全、环保、性能优异、循环寿命长；配备全新一代电池管理系统BMS，系统配置灵活、可靠，便于拓展升级，能实时监控电池组的电压、电流、温度SOC等运行参数，借助网络通讯监控空调、消防设备、断路器等设备运行状况，并完成相关数据分析、报警处理、参数自主设定与更改及事件存储功能，同时还具备电池动态均衡管理策略，可以自动快速完成电池维护；充电系统配备显示控制模块，显示界面采用液晶触摸屏，查看数据更直观、操作更便捷，同时具备CAN、RS485等通讯方式，方便客户进行电脑远程监控；取消传统的电池簇安装支架，使用九折型材模数化机柜，机柜内层间隔采用螺栓固定，机柜之间装有间隔板，能有效防止危险源向相邻机柜扩散。
储能系统为其它电动汽车充电时不占用电网负荷，可在夜晚用电低谷期低电价对自身储能系统充电，白天用其储充的电能为其他车辆充电，实现削峰填谷，缓解电网压力。
本产品内置四个独立的120KW充电系统，充电系统包括人机交互单元，配合充电机和充电枪，使用单机双充方式，能够同时支持八枪头60KW或四枪头120KW对外充电，实现“快充”功能。
综合控制柜位于集装箱尾部中门内，综合控制柜内直流断路器进线侧通过电缆与电池组相连接，综合控制柜内断流断路器出线侧与四台充电机相连，充电机位于集装箱四个拐角位置，每台充电机配有两把充电枪对外提供充电服务，人机交换单元为整个充电系统提供充电操作、显示、刷卡、扫码付费界面。
电池组直流电通过综合控制柜流入充电机，综合控制柜内直流断路器控制整个主电路的通断，当直流断路器闭合时充电机获得电池组电能，当人机交互单元经刷卡或扫码后执行充电机充电操作，通过充电枪对外界充电。
如图2和图4所示，集装箱式移动储充一体化系统的工作过程，当储能系统电量不足时由牵引系统将储充一体集装箱运送到大功率充电桩附近，由外部充电设备上标准直流充电枪插入充电箱充电枪座，经综合控制柜将电能分配到十个电池簇，对电池组充电，实现能量存储，整个电池管理系统采用分级管理策略，分为一级电池管理单元BMU、二级中央控制单元CCU、三级电池阵列管理系统BAMS三级管理系统。
一级电池管理单元BMU管理单个电池模组，监测电池电压、温度等状态，并为电池提供通信接口，可对单体电压、温度、通信等异常进行报警；二级中央控制单元CCU控制、管理、监测单个电池簇的电和热相关参数，可计算SOC/SOH，具有故障诊断和自动保护功能，支持Bootloader CAN总线在线升级、数据存储、时钟同步、控制输入和输出监测功能；三级电池阵列管理系统BAMS整体控制输入输出电池阵列系统，可对电池组参数设置。可汇总、显示电池的电压、电流、温度等信息，并为电池组提供通讯接口。
外部车辆需要充电时，由牵引系统将储充一体集装箱运送到指定的地点，用户通过人机交互单元进行刷卡或扫码按其屏幕提示操作将充电枪插入外部车辆充电接口，充电机读取车辆内部BMS需求对其充电，综合控制柜内直流断路器闭合，电池组直流电通过综合控制柜流入充电机，充电机接触器闭合实现对车辆充电。
此外，整个储充一体集装箱内交流电采用双向逆变+UPS交流系统，集装箱内空调、照明、插座、应急灯等交流电取自一台双向储能专用变流器，安装于综合控制柜内，变流器直流侧接入自电池组，采用两级拓扑、体积小巧、具有超宽的直流电压范围。变流器交流侧配有UPS不间断电源，确保消防、高压箱、充电机、交换机、三级BMS及显示屏等不间断供电。
电池组采用模块化和标准化设计方案，可根据特定的布局进行拓展和缩减，方便灵活，便于安装和维护，有利于提升产品的品质管理，提高系统安全性能和整体能量转换效率。
上述实施方式并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的技术方案范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也均属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种集装箱式移动储充一体化系统，其特征在于：它包括牵引系统、储能系统以及多个独立的充电系统，储能系统与充电系统集成于储充一体集装箱(1)内，牵引系统牵引储充一体集装箱(1)移动；
所述储能系统包括充电箱(4)、综合控制柜(5)以及电池组(6)，充电箱(4)的外部接口连接外部充电设备(7)，充电箱(4)通过电缆连接综合控制柜(5)，综合控制柜(5)内的直流断路器进线侧通过电缆与电池组(6)相连接，形成储能回路；所述充电系统包括人机交互单元(8)、充电机(9)以及充电枪(10)，人机交互单元(8)与充电机(9)相连接，充电机(9)与充电枪(10)相连接；所述综合控制柜(5)内的直流断路器出线侧通过电缆与充电机(9)相连接。
2.根据权利要求1所述的集装箱式移动储充一体化系统，其特征在于：所述牵引系统采用6x4标准牵引车头(3)，牵引车头(3)车后挂一危险品骨架半挂车(2)，储充一体集装箱(1)置于危险品骨架半挂车(2)上。
3.根据权利要求1所述的集装箱式移动储充一体化系统，其特征在于：所述电池组(6)采用磷酸铁锂电池，电池组(6)由十个电池簇并联而成并分别设置在九折型材模数化机柜内，综合控制柜(5)内配备电池管理系统对电池组(6)进行动态均衡管理。
4.根据权利要求1所述的集装箱式移动储充一体化系统，其特征在于：所述充电系统有四个，每个充电系统的输出功率为120KW，同时支持八枪头输出功率为60kW或四枪头输出功率为120kW对外充电的方式。
5.根据权利要求1所述的集装箱式移动储充一体化系统，其特征在于：所述人机交换单元为充电系统提供充电操作、显示、刷卡、扫码付费界面。
6.根据权利要求1所述的集装箱式移动储充一体化系统，其特征在于：所述储充一体集装箱(1)设置有变流器，变流器直流侧接入自电池组(6)，变流器交流侧连接有UPS不间断电源。
7.一种集装箱式移动储充一体化系统的方法，其特征在于：集装箱式移动移动储充一体化系统中的储能系统电量不足时由牵引系统将储充一体集装箱(1)运送到大功率充电桩附近，由外部充电设备(7)上标准直流充电枪(10)插入充电箱(4)充电枪(10)座，经综合控制柜(5)将电能分配到十个电池簇，对电池组(6)充电，实现能量存储，综合控制柜(5)中具有电池管理系统并采用分级管理策略对电池组(6)进行动态均衡管理；
外部车辆需要充电时，由牵引系统将储充一体集装箱(1)运送到指定的地点，用户通过人机交互单元(8)进行刷卡或扫码按其屏幕提示操作将充电枪(10)插入外部车辆充电接口，充电机(9)读取车辆内部BMS需求对其充电，综合控制柜(5)内直流断路器闭合，电池组(6)直流电通过综合控制柜(5)流入充电机(9)，充电机(9)接触器闭合实现对车辆充电。
8.根据权利要求7所述的集装箱式移动储充一体化系统的方法，其特征在于：所述分级管理策略分为一级电池管理单元BMU、二级中央控制单元CCU、三级电池阵列管理系统BAMS三级管理系统；一级电池管理单元BMU管理单个电池模组，监测电池电压状态、温度状态，并为电池提供通信接口，可对单体电压、温度、通信异常进行报警；二级中央控制单元CCU控制、管理、监测单个电池簇的电和热相关参数，可计算SOC/SOH，具有故障诊断和自动保护功能，支持Bootloader CAN总线在线升级、数据存储、时钟同步、控制输入和输出监测功能；三级电池阵列管理系统BAMS整体控制输入输出电池阵列系统，可对电池组(6)参数设置，可汇总显示电池的电压、电流、温度信息，并为电池组(6)提供通讯接口。
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