CN201682304U - 分布式飞轮储能电动汽车充电站 - Google Patents

Abstract

一种分布式飞轮储能电动汽车充电站，包括飞轮装置、电动机、发电机、电动机驱动器、变换器、智能配电柜和充电装置，所述的电动机驱动器与电网连接，所述的电动机与电动机驱动器连接，所述的电动机与飞轮装置连接，所述的飞轮装置与发电机连接，所述的发电机与变换器连接，至少两个所述的变换器与一个智能配电柜连接，一个智能配电柜与至少两个充电装置连接，所述的充电装置与负载连接。本实用新型造价低、转换效率高、寿命长、运行维护成本低。

Description

分布式飞轮储能电动汽车充电站

技术领域

本实用新型属于一种飞轮储能电动汽车充电站。

背景技术

近年来，全球电动汽车的发展方兴未艾。不远的将来，电动机驱动的电动汽车将全面取代内燃机驱动的传统汽车，已毫无悬念。各种电动汽车技术已日趋成熟，但是人类社会如何使用电动汽车，还有许多问题未解决。其中，针对外部充电式的纯电动汽车和混合动力汽车，其充电站就是一个涉及全社会的重要基础设施，应该在充分研究和论证的基础上选取若干最优方案，通过实施示范运行后再进行全面布局和建设。

用于电动汽车充电站使用的充电设备必须是快速充电式的，否则无法满足商业化需要。现有技术的快速充电站直接将电网的电能通过AC/DC变换后，再采用高电压大电流(直流)方式对电动汽车进行快速充电。为了提高充电速度，需提高充电设备的输出功率，例如对1台电动汽车的电池系统采用400V/600A进行快速充电，输出功率需240kW，若同时有多台汽车充电，其对电网的功率需求显然太大。为解决这一难题，一些快速充电站的技术方案中也提出建立储电系统，主要采用超级电容或蓄电池组成的储电装置。上述充电及储电系统可参见已公开的中国专利及申请中的200510076619.1，200820012115.2，200820212892.1等。但是，由于现有技术的超级电容存在储电容量低，无法满足电动汽车充电站对电能容量的要求；蓄电池(包括当前先进的锂电池)存在成本高、寿命短等致命缺钱，无法达到充电站对经济性的要求。

发明内容

为了克服已有电动汽车充电站的造价高、转换效率低、寿命短、运行维护成本高的不足，本实用新型提供一种造价低、转换效率高、寿命长、运行维护成本低的分布式飞轮储能电动汽车充电站。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种分布式飞轮储能电动汽车充电站，包括飞轮装置、电动机、发电机、电动机驱动器、变换器、智能配电柜和充电装置，所述的电动机驱动器与电网连接，所述的电动机与电动机驱动器连接，所述的电动机与飞轮装置连接，所述的飞轮装置与发电机连接，所述的发电机与变换器连接，至少两个所述的变换器与一个智能配电柜连接，一个智能配电柜与至少两个充电装置连接，所述的充电装置与负载连接。

进一步，所述的飞轮装置包括飞轮、转轴和飞轮机壳，所述的电动机包括电动机转子、电动机定子和电动机机壳，所述的电动机定子固接在电动机机壳内侧，所述的发电机包括发电机转子、发电机定子和发电机机壳，所述的发电机定子固接在发电机机壳内侧，所述的飞轮固接在转轴上，所述的转轴通过轴承被支承在飞轮机壳上，所述的转轴两端分别伸出飞轮机壳外，所述的电动机转子和发电机转子分别固接在转轴伸出飞轮机壳外的轴段上，所述的电动机机壳固接在飞轮机壳上，所述的发电机机壳固接在飞轮机壳上。

再进一步，所述的充电站还包括中央控制器和电池控制器，所述的中央控制器与各个电池控制器连接，所述的电池控制器与电动机驱动器、发电机控制器、变换器连接，所述发电机控制器与所述发电机连接。

更进一步，所述的充电站还包括中央控制器，所述的中央控制器与各个电动机驱动器、发电机控制器、变换器连接，所述发电机控制器与所述发电机连接。

所述的智能配电柜设有与至少两个变换器连接的进线端口，所述的智能配电柜还设有与至少两个充电装置连接的出线端口；所述的智能配电柜设有至少一个嵌入式控制器，智能配电柜通过嵌入式控制器与中央控制器连接。

所述的发电机为直流发电机，所述的变换器为DC/DC变换器，直流发电机与DC/DC变换器连接，DC/DC变换器与智能配电柜的进线端口连接。

所述电动机上安装位置传感器，所述的位置传感器与电动机驱动器、电池控制器连接。

本实用新型的技术构思为：将现有技术的快速充电站中的AC/DC变换器，用飞轮储能装置取代，即组成了飞轮储能快速充电站，所述的飞轮储能装置既有储电功能，同时还具有AC/DC变换功能，通过适当的控制，可实现夜间储电白天放电、边储电边放电等多种工作模式，既有效避免了对电网的瞬时大功率需求和冲击，又可错峰用电，降低用电成本。

同样为解决这个难题，本实用新型提出了采用飞轮储能装置的快速充电站，具有错峰用电功能，并有储电容量大、转换效率高、设备寿命长、运行维护成本低、无污染等优点。

本实用新型的有益效果主要表现在：所述的飞轮储能快速充电站采用分布式结构，便于组建各种容量的储电系统，既有效避免了对电网的瞬时大功率需求和冲击，又可错峰用电，并有储电容量大、转换效率高、设备寿命长、运行维护成本低、无污染等优点。

附图说明

图1是一种分布式飞轮储能电动汽车充电站实施例的结构示意图。

图2是又一种分布式飞轮储能电动汽车充电站实施例的结构示意图。

图3是飞轮装置的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步描述。

实施例1

参考图1和图3，一种分布式飞轮储能电动汽车充电站，所述的充电站包括飞轮装置1、电动机2、直流发电机3、电动机驱动器K1、DC/DC变换器K3、智能配电柜K4和充电装置K5，所述的电动机驱动器K1与电网连接，所述的电动机2与电动机驱动器K1连接，所述的电动机2与飞轮装置1连接并驱动飞轮转动，所述的飞轮装置1与直流发电机3连接并驱动直流发电机转子转动，所述的直流发电机3与DC/DC变换器K3连接，至少两个所述的DC/DC变换器K3与一个智能配电柜K4连接，一个智能配电柜K4与至少两个充电装置K5连接，所述的充电装置K5与电动汽车连接。

参考图3，所述的飞轮装置1包括飞轮11、转轴12和飞轮机壳13，所述的电动机2包括电动机转子21、电动机定子22和电动机机壳23，所述的电动机定子22固结在其机壳23内侧，所述的直流发电机3包括直流发电机转子31、直流发电机定子32和直流发电机机壳33，所述的直流发电机定子32固结在直流发电机机壳33内侧，所述的飞轮11固结在转轴12上，所述的转轴12通过轴承4被支承在飞轮机壳13上，所述的转轴12两端分别伸出飞轮机壳13外，所述的电动机转子21和直流发电机转子31分别固结在转轴12伸出飞轮机壳13外的轴段上，所述的电动机机壳23固结在飞轮机壳13上并与电动机转子21配合，所述的直流发电机机壳33固结在飞轮机壳13上并与直流发电机转子31配合。

所述的充电站还包括中央控制器K6和电池控制器K7，所述的中央控制器K6通过数据总线L1与各个电池控制器K7连接，所述的电池控制器K7与电动机驱动器K1、发电机控制器K2、DC/DC变换器K3连接。

所述的智能配电柜K4设有与至少两个DC/DC变换器K3连接的进线端口，所述的智能配电柜K4还设有与至少两个充电装置K5连接的出线端口；所述的智能配电柜K4设有至少一个嵌入式控制器，智能配电柜K4通过嵌入式控制器与中央控制器K6连接。

所述电动机2上安装位置传感器5，所述的位置传感器5与电动机驱动器K1、电池控制器K7连接。

实施例2

参考图2和图3，一种分布式飞轮储能电动汽车充电站，所述的充电站包括飞轮装置1、电动机2、直流发电机3、电动机驱动器K1、DC/DC变换器K3、智能配电柜K4和充电装置K5，所述的电动机驱动器K1与电网连接，所述的电动机2与电动机驱动器K1连接，所述的电动机2与飞轮装置1连接并驱动飞轮转动，所述的飞轮装置1与直流发电机3连接并驱动直流发电机转子转动，所述的直流发电机3与DC/DC变换器K3连接，至少两个所述的DC/DC变换器K3与一个智能配电柜K4连接，一个智能配电柜K4与至少两个充电装置K5连接，所述的充电装置K5与电动汽车连接。

参考图3，所述的飞轮装置1包括飞轮11、转轴12和飞轮机壳13，所述的电动机2包括电动机转子21、电动机定子22和电动机机壳23，所述的电动机定子22固结在其机壳23内侧，所述的直流发电机3包括直流发电机转子31、直流发电机定子32和直流发电机机壳33，所述的直流发电机定子32固结在直流发电机机壳33内侧，所述的飞轮11固结在转轴12上，所述的转轴12通过轴承4被支承在飞轮机壳13上，所述的转轴12两端分别伸出飞轮机壳13外，所述的电动机转子21和直流发电机转子31分别固结在转轴12伸出飞轮机壳13外的轴段上，所述的电动机机壳23固结在飞轮机壳13上并与电动机转子21配合，所述的直流发电机机壳33固结在飞轮机壳13上并与直流发电机转子31配合。

所述的充电站包括中央控制器K6，所述的中央控制器K6通过数据总线L1直接与各个电动机驱动器K1、发电机控制器K2、DC/DC变换器K3连接。

所述的智能配电柜K4设有与至少两个DC/DC变换器K3连接的进线端口，所述的智能配电柜还设有与至少两个充电装置K5连接的出线端口；所述的智能配电柜K4设有至少一个嵌入式控制器，智能配电柜K4通过嵌入式控制器与中央控制器K6连接。

所述电动机2上安装位置传感器5，所述的位置传感器5与电动机驱动器K1、中央控制器K6连接。

分布式飞轮储能电动汽车充电站的工作原理：

储能过程：当某组飞轮装置1需要储能时，中央控制器K6(或通过电池控制器K7)向电动机驱动器K1发出指令，电动机驱动器K1立即根据指令运行电动机2，电动机转子21被驱动后转速升高，此时飞轮11也随之转速升高，因此飞轮11储存的机械能升高。当飞轮11达到允许的上限转速或指令要求的转速后停止充电，飞轮11继续转动，其机械能得以储存，此时发电机转子31也随之转动。

充电过程：当某个或某几个充电装置K5需对电动汽车进行充电时，中央控制器K6(或通过电池控制器K7)将读取各组飞轮装置1的转速值，经优化计算后向某几个发电机控制器K2发出指令，接到指令的各个发电机控制器K2立即根据指令运行发电机3，发电机转子31在飞轮装置1储存的机械能带动下使发电机3按照发电机控制器K2要求的发电参数发电，各个发电机3发出的电经过DC/DC变换器K3变换成所需的充电参数后送智能配电柜K4汇合，再由智能配电柜K4输出给电动汽车实施充电，直至当前电动汽车充电完毕。

若充电期间，当某个飞轮11降低到允许的下限转速时，中央控制器K6(或通过电池控制器K7)将随时发出指令停止其放电过程；同时，中央控制器K6(或通过电池控制器K7)重新读取各组飞轮装置1的转速值，经优化计算后向某个或某几个未在发电的发电机控制器K2发出发电指令，继续执行上述充电过程，直至当前电动汽车充电完毕。

若充电期间，当所有飞轮11均降低到允许的下限转速时，中央控制器K6(或通过电池控制器K7)将随时发出指令停止充电站对外充电，并将根据控制程序择机执行充电站储电过程。

上述储能过程和充电过程可根据需要在中央控制器K6的控制下分别运行或同时运行。

Claims (8)

1.一种分布式飞轮储能电动汽车充电站，其特征在于：所述的充电站包括飞轮装置、电动机、发电机、电动机驱动器、变换器、智能配电柜和充电装置，所述的电动机驱动器与电网连接，所述的电动机与电动机驱动器连接，所述的电动机与飞轮装置连接，所述的飞轮装置与发电机连接，所述的发电机与变换器连接，至少两个所述的变换器与一个智能配电柜连接，一个智能配电柜与至少两个充电装置连接，所述的充电装置与负载连接。

2.如权利要求1所述的分布式飞轮储能电动汽车充电站，其特征在于：所述的飞轮装置包括飞轮、转轴和飞轮机壳，所述的电动机包括电动机转子、电动机定子和电动机机壳，所述的电动机定子固接在电动机机壳内侧，所述的发电机包括发电机转子、发电机定子和发电机机壳，所述的发电机定子固接在发电机机壳内侧，所述的飞轮固接在转轴上，所述的转轴通过轴承被支承在飞轮机壳上，所述的转轴两端分别伸出飞轮机壳外，所述的电动机转子和发电机转子分别固接在转轴伸出飞轮机壳外的轴段上，所述的电动机机壳固接在飞轮机壳上，所述的发电机机壳固接在飞轮机壳上。

3.如权利要求1或2所述的分布式飞轮储能电动汽车充电站，其特征在于：所述的充电站还包括中央控制器和电池控制器，所述的中央控制器与各个电池控制器连接，所述的电池控制器与电动机驱动器、发电机控制器、变换器连接，所述发电机控制器与所述发电机连接。

4.如权利要求1或2所述的分布式飞轮储能电动汽车充电站，其特征在于：所述的充电站还包括中央控制器，所述的中央控制器与各个电动机驱动器、发电机控制器、变换器连接，所述发电机控制器与所述发电机连接。

5.如权利要求1或2所述的分布式飞轮储能电动汽车充电站，其特征在于：所述的智能配电柜设有与至少两个变换器连接的进线端口，所述的智能配电柜还设有与至少两个充电装置连接的出线端口；所述的智能配电柜设有至少一个嵌入式控制器，智能配电柜通过嵌入式控制器与中央控制器连接。

6.如权利要求1或2所述的分布式飞轮储能电动汽车充电站，其特征在于：所述的发电机为直流发电机，所述的变换器为DC/DC变换器，直流发电机与DC/DC变换器连接，DC/DC变换器与智能配电柜的进线端口连接。

7.如权利要求3所述的分布式飞轮储能电动汽车充电站，其特征在于：所述电动机上安装位置传感器，所述的位置传感器与电动机驱动器、电池控制器连接。

8.如权利要求4所述的分布式飞轮储能电动汽车充电站，其特征在于：所述电动机上安装位置传感器，所述的位置传感器与电动机驱动器、中央控制器连接。

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