CN114665574A - 一种快速充放电系统及移动充电箱 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种快速充放电系统及移动充电箱，包括电池组、充电控制器、放电控制器、充电接口和放电接口，所述电池组包括至少两个电池模块；所述电池模块串联后的电压，显著高于电动汽车电池包的电压，通过简单的放电控制器，经放电接口连接电动汽车快充接口，实现大电流放电；单个电池模块电压显著低于220V整流后电压，通过充电接口和简单的充电控制器，轮流对电池模块进行充电，尤其是快速充电。所述移动式快速充电箱，节假日集中于高速公路服务区，平时分散到各加油站，可随借随充随还，也可放在车上应急备用，还可作为分布式储能电站部件，提高利用率，缩短投资回收周期，相比换电方案成本更低，也便于推广，解决电动汽车充电难问题。

Description

一种快速充放电系统及移动充电箱

技术领域

本发明涉及电动汽车充电技术领域，特别地，涉及一种为电动汽车提供服务的快速充放电系统及移动充电箱。

背景技术

充电不方便，续航里程担忧，是制约电动汽车快速发展的重要因素。充电桩利用率低、不赚钱、对电网冲击大，又制约着充电桩的推广。直流快速充电桩平时闲置，可一遇节假日，在高速公路服务区排几小时也不一定轮到一个充电桩。换电，理论上虽然不失为一个解决方案，但由于汽车本身追求个性化，极难统一电池包的规格和尺寸，并且增加了换电机器人的投资，毕竟羊毛出在羊身上，最终还是得用户买单，导致换电方案折腾了十多年还没有个结果，有些大品牌已经放弃了换电方案。

近期也出现了如同旅行箱一样的大号充电宝，但充电功率太小。如何降低成本，提高充电功率，对于电动汽车用大号充电宝也是一个尚未解决的问题。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种快速充放电系统及移动充电箱，以解决现有充电桩少、节假日服务区充电排队久、充电速度慢、换电成本高等问题。

本发明解决其问题所采用的技术方案是：

一方面，

一种快速充放电系统，包括电池组、充电控制器、放电控制器、充电接口和放电接口，其特征在于，所述电池组包括至少两个电池模块，所述电池模块电压低于220V交流电整流所得电压，如160V；所述电池模块串联后电压高于电动汽车电池包电压，如三个160V电池模块串联后电压为480V，通过放电控制器和放电接口，对外放电；充电接口通过充电控制器，轮流对电池模块进行充电。

进一步地，所述充电接口和放电接口，均为直流接口。所述充电控制器和放电控制器包括接触器、IGBT功率器件和PWM波驱动电路。

进一步地，所述快速充放电系统还包括监控电路板，所述监控电路板连接所述电池组、所述充电控制器和所述放电控制器，自动完成对多个所述电池模块的轮流充电，监控所述电池组的电压电流和温度，出现异常情况可随时中断充电或放电过程。

进一步地，所述快速充放系统还包括通信接口，所述监控电路板连接所述通信接口，接受外部指令对充电过程和放电过程进行控制。

进一步地，所述快速充放电系统还包括外置充电模块，所述外置充电模块一端连接220V交流电，另一端连接所述充电接口和所述通信接口，完成对所述电池组的充电。

进一步地，所述外置充电模块还设置有电量测量模块，用于累计和显示充电所消耗的电量。

进一步地，所述监控电路板还设置有电量计量模块，用于测量和显示电池组的剩余电量，累计和显示电池组的放电电量。

进一步地，所述监控电路板还设置有WIFI通信模块，可通过手机APP设置上网，查看所述快速充放电系统的状态信息。

进一步地，所述充电控制器和放电控制器分别连接有快速熔断器，在电流过大时，切断充电或放电过程。

另一方面，

一种移动充电箱，包括上述技术方案中任何一项的快速充放电系统，所述移动充电箱，还设有轮子，以便于移动。

有益效果：

本申请技术方案提供了一种快速充放电系统及移动充电箱，包括电池组、充电控制器、放电控制器、充电接口和放电接口，所述电池组包括至少两个电池模块；所述电池模块串联后的电压，显著高于电动汽车电池包电压，通过简单的放电控制器，经放电接口连接电动汽车快充接口，实现大电流放电；单个电池模块电压显著低于220V整流后电压，通过充电接口和简单的充电控制器，轮流对电池模块进行充电，尤其是快速充电。所述移动快速充电箱，节假日集中于高速公路服务区，平时分散到各加油站，可随借随充随还，也可放在车上应急备用，还可作为分布式储能电站部件，提高利用率，缩短投资回收周期，相比换电方案成本更低，也便于推广，解决电动汽车充电难问题。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，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的附图。

图1是本发明实施例提供的一种快速充放电系统的电路示意图。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和实施例对本发明的技术方案进行详细的描述说明。显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本申请所保护的范围。

图1是本发明实施例提供的一种快速充放电系统的电路示意图，包括电池组、充电控制器、放电控制器、充电接口和放电接口，所述电池组包括多个电池模块。具体地，每个电池模块由基本电芯串联而成，优选串联后的电压为220V，则两个电池模块串联后电压为440V；或者每个电池模块电压为160V，三个电池模块串联后电压为480V。这样做的益处是，给电动汽车充电时，不必采用复杂的开关电源和升压电路，因为充电电流几百安培、充电功率达到几十KW的开关电源成本是很高的，体积和重量也很大。假如电动汽车的电池包电压为380V左右，而所述多个电池模块串联后的电压为480V左右，通过一个价格不高的大功率IGBT器件和简单的PWM波驱动电路，即可实现100安以上的大电流充电。

图1的充电控制器中包括了多个接触器，任何时候只能有一个接通，轮流对各电池模块充电。这样做的益处是每个电池模块的电压都比较低，如160V左右，而220V整流后的电压为300V左右，于是也可以通过一个价格不高的IGBT和简单的PWM驱动电路实现充电控制。在充电站，可以共享大功率的变流设备提供的高压直流母线，实现大电流充电。轮流充电的另一个益处是当检测到电池模块温度较高时，可以暂停该电池模块充电，而轮换到另一个电池模块继续充电。

作为上述实施例的进一步改进，所述快速充放电系统设置有监控电路板，监测电池模块温度，以及每一块电芯的电压，防止过充、过放和温度过高，所述监控电路板连接充电控制器，控制充电电流的大小，控制接触的接通和断开，轮流对各电池模块进行充电，一旦出现温度过高等异常情况，可以随时中断充电过程。所述监控电路板连接放电控制器，控制放电电流的大小，控制接触的接通和断开，一旦出现温度过高、放电电流过大等异常情况，可以随时中断放电过程。

作为上述实施例的进一步改进，所述快速充放电系统设置有通信接口，所述通信接口与监控电路板连接，接受外部指令控制充电或者放电过程，也就是说，通信接口可以使快速充放电系统的充电过程和放电过程接受调度。这样做的益处是，一是便于实现自动化，二是可以作为一种资源用于分布式储能电站。在未来的加油站和高速公路服务区，可以设置功率较大的双向变流设备，提供公用的直流母线，操作工人只要将所述快速充放电系统的充电接口和放电接口连接到直流母线上，并插好通信接口，剩下的工作都可交给系统自动完成。充电过程接受调度的益处是可以使充电有计划性，避免对电网造成冲击，还可以选择电价便宜的时段充电以降低成本。为了方便用户，特别是为避免节假日高速公路服务区充电一桩难求的局面，快速充放电系统的数量越多越好；而数量过大又导致平时利用率不高，延长了投资回收周期，变相提高了使用成本。通信接口的设置，可以将平时闲置的快速充放电系统用于储能电站，也就是说，将分布在加油站和服务区的变流设备、直流母线和快速充放电系统，通过网络集中管理起来，构成虚拟电站，参与电网调度，作为光伏和风电的储能资源利用起来，创造效益，从而大大缩短了投资回报周期，降低了使用成本。

作为上述实施例的进一步改进，所述快速充放电系统还包括外置充电模块，所述充电模块一端连接220V交流电，另一端连接所述充电接口和所述通信接口，完成对所述电池组的充电。家用插座的电流一般为10A，最多也就16A，充电功率只有2~3KW，连接通信接口，就是为了控制所述充电控制器，使充电电流不要过大，要与所述外置充电模块的功率和插座电流相匹配。这样做的益处是，需要进行补充充电时，可以采用家用220V电源插座进行，只是充电慢一些。假如所述电池组能存10度电，而充电功率只有2KW，则充满需要5个小时。

作为上述实施例的进一步改进，所述外置充电模块还设置有电量测量模块，用于累计和显示充电所消耗的电量。这样带来的益处是自驾游住民宿或宾馆的情况下，用了人家的电充电，便于结算。

作为上述实施例的进一步改进，所述监控电路板设置有电量计量模块，用于测量和显示电池组的剩余电量，累计和显示电池组的放电电量。监控电路板对于每节电芯的电压都有测量，所述电池组的电压与剩余电量是有对应关系，显示剩余电量，便于用户及时补充充电，以保持满电备用，以免影响使用；在给电动汽车充电过程中，对于放电电流和放电电压，监控电路板都是有测量的，由此可以计算放电量电量。将累计放电电量显示出来，便于租赁管理，特别是归还时进行结算。对于动力电池来说，其循环使用寿命是有限的，折算到每次充放电使用循环的电池成本，是除了电费外，所述快速充放电系统最大的费用构成。

作为上述实施例的进一步改进，所述监控电路板还设置有WIFI通信模块，可通过手机APP设置上网，查看所述快速充放电系统的状态信息。手机作为当代最方便的人机界面，可以显示所述系统的各种信息，例如剩余电量、充电电流、充电电压、充电功率、放电电流、放电电压、放电功率、累计放电电量、温度，还可以操作手机APP停止充电，停止放电，对于专业维护人员，还可以显示每个电芯的电压、循环充放电次数、查询历史充放电曲线等。监控电路板上的WIFI模块即可以直接连接手机，也可以通过手机设置，连接路由器上网，这样不但所述系统的管理后台可以掌握每个系统的信息，用户也可以通过手机远程查看系统的情况，如是否充满电了等。

作为上述实施例的进一步改进，所述充电控制器和放电控制器分别连接有快速熔断器，在电流过大时，切断充电或放电过程。引进快熔，是在监控电路失效、IGBT被击穿等极端条件下，为防止电流过大引起电池热失控，进一步引发起火爆炸等恶性事故所采取的最后的保护措施。也就是说，一旦电流过大，快速熔断器就会断开，充电或者放电过程即被终止。毕竟，任何时候，安全都是第一位的。

作为一个具体的实施例，将上述快速充放电系统装进一个箱子里，箱子设置有轮子，便于在平整的地面推着走；还设置有把手，以便于搬动；所述接口及显示模块设置箱子表面，还设置有散热风扇等。具体地，如果所述电池组采用三元锂电池或者磷酸铁锂电池，存储10度电，重量大约50多公斤，体积差不多一个大号行李箱。目前，体积和重量与之类似的大号“充电宝”，市场上已有销售，所不同的是这些大号“充电宝”电池电压较低，只有48V或者60V，输出为220V或380V交流电，输出功率也就3KW多，一般用作移动电源，用于户外野炊或者小型电焊机作业等。尽管功率不大，但逆变器的成本已经占了相当的比例。假如用于给电动汽车充电，只能采用慢充接口，如果将10度电放完，大约需要3小时。本发明的移动快速充电箱，电压远高于电动汽车的电池包，所以采用简单的IGBT斩波电路，即可实现100A以上的充电电流，充电功率很容易做到40KW以上，利用电动汽车的快充接口，充10度电，用不了15分钟。所以当节假日服务区一桩难求时，可以随便找个停车位，去租一个移动快速充电箱，推到车边，连到汽车的快充插座上，15分钟左右就可以充10度电，续航增加近100公里。如果嫌不够，还掉以后，可以再租一个新的移动快速充电箱，接着充；临走还可以再换个满电的，装到车上带走，应急备用。如需要补充充电，可以采用外置的充电模块，利用家用220V电源就行。不用了，随便找个加油站，将充电箱还掉即可。

有了移动快速充电箱作为补充，电动汽车的续航里程就可以不必追求太长了，一般存50～60KWh电量，续航300～400公里即可。因为一般的家用充电桩，功率不可能太大，也就6.6KW，夜间停车时充电，8小时也就充50度电左右。随着电动汽车的发展，V2G将趋于成熟，电动汽车的充放电可以接受远程调度，可以按计划进行，于是就可以通过网络将分散的充电桩及电动汽车构成虚拟电站，从而避免了对电网的冲击，还可以作为储能资源，助力光伏和风电的发展，所以这种可调度的新型充电桩的安装将不受限制。如果一辆车可以安装两个充电桩，分别位于家和单位，使大部分电动汽车停车即在网，从而使电动汽车的充电焦虑得到根本解决。由于汽车本身续航里程不多，出远门，上高速，特别是节假日期间，本发明所公开的移动式快速充电箱，就成了有益的补充。充电箱上的通信接口，使得充电箱的充电和放电，也可以接受调度，于是这种充电箱与分布在加油站及服务区的双向变流设备和直流母线，也可以通过网络组成虚拟电站，特别是在平日大量充电箱闲置时，也可以作为储能资源用于配合光伏和风电系统，从而增加效益，缩短投资回报周期，尽一步减少车主租用充电箱的成本压力，提高这一模式的竞争力，尤其相较于换电方案。目前高速服务区快速充电桩，每度电的价格为1.1元左右。对于移动充电箱，假设半价电充电，每度0.3元；再假设每度电电池折旧0.5元，则硬成本为0.8元，按1.1元销售，每度电毛利0.3元。事实上，节假日高速公路服务区，即使每度电按2.0元销售，甚至价格再高一些，也是有市场的。假如作为储能电站，国家对每发一度电有补贴的话，效益会更好。

可以理解的是，上述各实施例中相同或相似部分可以相互参考，在一些实施例中未详细说明的内容可以参见其他实施例中相同或相似的内容。

需要说明的是，在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是指至少两个。

流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本申请的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本申请的实施例所属技术领域的技术人员所理解。

应当理解，本申请的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列（PGA），现场可编程门阵列（FPGA）等。

本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。

此外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。

上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。

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申请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一定指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。

尽管上面已经示出和描述了本申请的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本申请的限制，本领域的普通技术人员在本申请的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种快速充放电系统，包括电池组、充电控制器、放电控制器、充电接口和放电接口，其特征在于，所述电池组包括至少两个电池模块，所述电池模块电压低于220V交流电整流后直流电压；所述电池模块串联后电压高于电动汽车电池包电压，通过放电控制器和放电接口，对外放电；所述充电接口通过充电控制器，轮流对电池模块进行充电。

2.根据权利要求1所述的快速充放电系统，其特征在于，所述充电接口和放电接口，均为直流接口；所述充电控制器和放电控制器包括接触器、IGBT功率器件和PWM波驱动电路。

3.根据权利要求1所述的快速充放电系统，其特征在于：还包括监控电路板，所述监控电路板连接所述电池组、所述充电控制器和所述放电控制器，自动完成对多个所述电池模块的轮流充电，监控所述电池组的电压、电流和温度，出现异常情况可随时中断充电或放电过程。

4.根据权利要求3所述的快速充放电系统，其特征在于：还包括通信接口，所述监控电路板连接所述通信接口，接受外部指令对充电过程和放电过程进行控制。

5.根据权利要求4所述的快速充放电系统，其特征在于：还包括外置充电模块，所述外置充电模块一端连接220V交流电，另一端连接所述充电接口和所述通信接口，控制所述电池组的充电过程。

6.根据权利要求5所述的快速充放电系统，其特征在于：所述外置充电模块还设置有电量测量模块，用于累计和显示充电所消耗的电量。

7.根据权利要求3所述的快速充放电系统，其特征在于：所述监控电路板还设置有电量计量模块，用于测量和显示电池组的剩余电量，累计和显示电池组的放电电量。

8.根据权利要求3所述的快速充放电系统，其特征在于：所述监控电路板设置有WIFI通信模块，可通过手机APP设置连网，查看所述快速充放电系统的状态信息。

9.根据权利要求1所述的快速充放电系统，其特征在于：所述充电控制器和放电控制器分别连接有快速熔断器，在电流过大时切断充电或放电过程。

10.一种移动充电箱，其特征在于具有权利要求1～9所述的快速充放电系统的任何一项。

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