CN201797334U - 太阳能电动汽车充电站 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种太阳能电动汽车充电站，包括光伏子系统、储能子系统、电源管理组件和控制系统，还包括一框架；所述光伏子系统设置在所述框架的顶部；所述储能部件采用超级电容器，所述超级电容器设置在所述框架中；所述控制系统包括与主控和监视子系统连接的储能部件控制子系统、功率调节子系统和电动汽车充电执行机构；所述光伏子系统和超级电容器均与所述主控和监视子系统连接；所述主控和监视子系统用于监控充电站总体运行和各子系统间的相互配合。本实用新型太阳能电动汽车充电站可以对现状电网进行平衡，并依靠现有电网的规模实现电动汽车充电功能的全面覆盖，可以节能减排，造福社会。

Description

太阳能电动汽车充电站 

技术领域

本实用新型涉及一种太阳能充电系统，尤其涉及一种太阳能电动汽车充电站。 

背景技术

进入21世纪，人类社会进入飞速发展的同时也开始面临日益严重的各种危机。世界上发达和不发达国家之间的主要区别之一，就是人均能源消耗量，越是发达国家，人均能源消耗量越大。人类的发展进步是无止境的，但以煤炭和石油为代表的常规能源资源是有限的，这点具体到电动车的开发应用，就更具有戏剧性。 

为了应对石油资源日益紧张的局面，人们开发了性能先进的电动汽车来替代传统的汽车，电动车虽然节省了石油，但消耗电力，小范围示范应用基本不会产生任何问题。世界各国的电网，情形都差不多，其昼夜用电量均相差悬殊，基本上为1∶0.5。如果再引入电动车这一用电大户，势必会造成电网的更加不平衡。而且电动汽车的充电，具有负载特殊性，即实现快速充电，短时间内功率负载很高，大量应用势必对局域性电网造成严重影响。 

同时，汽车的充电，人们能接受的方式是在停车位附近实现充电。但在传统的停车场往往没有电源预留，靠传统电源实现电动汽车充电功能的全覆盖，在技术实现方面也是相当困难的。 

另一方面，世界各国为了应对能源日益短缺状况，纷纷大力发展太阳能光伏发电产业，使得光伏发电成本获得大幅度下降。但在与常规电网并网应用时，特别是在我国，遇到了很大的技术困难，其中最主要的是对电网的冲击。我国电网，长期以来智能化水平较低，基本上不具备电网的调峰能力。而太阳能发电的主要特点就是变化幅度大，要实现太阳能并网发电，就要先对电网进行技术改造，随之会带来一连串的连锁反应。 

还有一方面，就是超级电容器的技术进步。超级电容器作为代替蓄电池的一种物理储能元件，近年来取得了快速的发展，其在原来充放电能力、循环寿命远远高于锂离子蓄电池的基础上，重量比功率这一技术指标也超过了锂离子蓄电池，显示出了在储能领域的良好应用前景。 

实用新型内容

针对上述现有技术，本实用新型提供一种太阳能电动汽车充电站，可以对现状电网进行平衡，并依靠现有电网的规模实现电动汽车充电功能的全面覆盖，可以节能减排，造福社会。 

为了解决上述技术问题，本实用新型太阳能电动汽车充电站予以实现的技术方案是，包括：至少由太阳能电池组件构成的光伏子系统，所述光伏字系统用于将入射太阳辐射能 直接转化为直流电能；由储能部件构成的储能子系统，所述储能子系统用于存储电能、满足负载连续用电的要求；还包括电源管理组件和控制系统，还包括一框架；所述太阳能电池组件设置在所述框架的顶部；所述储能部件采用超级电容器，所述超级电容器设置在所述框架中；所述控制系统包括：与主控和监视子系统连接的储能部件控制子系统，功率调节子系统和电动汽车充电执行机构；所述太阳能电池组件和超级电容器均与所述主控和监视子系统连接；所述主控和监视子系统用于监控充电站总体运行和各子系统间的相互配合；所述主控和监视子系统包括系统数据信号的传感和采集部件；系统数据处理、记录、传输和显示部件；电能的传输控制部件；设备的启动和控制部件和计量计费系统；所述储能部件控制子系统包括用于采集所述超级电容器环境温度的温度传感器及输入、输出控制装置；所述功率调节子系统用于将电能变换为至少一种适于后续负载使用的电力系统；所述电动汽车充电执行机构用于完成为电动汽车充电的功能。 

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是： 

由于现有电网是白天亏电，夜晚余电。若在用电高峰的白天给电动汽车充电，就会造成电网更加亏电。而本实用新型太阳能电动汽车充电站白天能提供电力输出，不仅不会引起电网亏电，反而会将白天太阳能电池发出的多余的电力反馈给电网，减轻电网的负担，进一步平衡电网； 

本实用新型太阳能电动汽车充电站是一个独立完整系统，不涉及到土建和布线，只要有阳光的地方就可以建站，因地制宜，实现电动汽车充电网的全覆盖； 

随着电动汽车的不断普及发展，需要建设更多的太阳能电动汽车充电站，势必借此增加可再生能源在能源供给当中的总比重，促进太阳能发电的普遍应用； 

本实用新型太阳能电动汽车充电站采用超级电容器这一物理储能器件作为储能元件，支持大容量快速充放电，解决了原来采用蓄电池储电，快速放电严重降低蓄电池寿命这一技术难题； 

采用本实用新型充电站，节省燃油，节省煤炭电力，可以降低全社会二氧化碳的排放量，利用环保。 

附图说明

图1是本实用新型太阳能电动汽车充电站的基本构架结构示意图； 

图2是本实用新型太阳能电动汽车充电站控制系统中各功能模块逻辑关系方框图； 

图3是本实用新型太阳能电动汽车充电站中电源系统管理功能的电路结构示意图； 

图4是本实用新型中主控和监视子系统的组成结构及系统关系示意图； 

图5是本实用新型充电站实施例三的结构示意图。 

图中：11——底梁结构            12——顶棚模块 

      13——支撑模块            21——光伏子系统 

      22——储能部件控制子系统  23——储能子系统 

      24——功率调节子系统        25——电动汽车充电执行机构 

      26——安防子系统            27——遥测遥控子系统 

      28——主控和监视子系统      29——环境参数监测子系统 

      31——并行发电子系统        32——配电盘 

      41——系统数据信号的传感和采集部 

      42——系统数据处理、记录、传输和显示部件 

      43——计量计费部件          44——设备的启动和控制 

      45——电能的传输控制部件    51向逆变器 

      52——市电电网 

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细地描述。 

本实用新型太阳能电动汽车充电站，包括至少由太阳能电池组件构成的光伏子系统21，所述光伏字系统21用于将入射太阳辐射能直接转化为直流电能，所述太阳能电池组件采用无锡尚德公司的STP280型太阳能电池组件，其连接线选用黄石广信工贸发展有限公司的HDC-1M光伏专用连接线缆。太阳能电池还可以是单晶硅太阳能电池、多晶硅太阳能电池、非晶硅太阳能电池、非晶\微晶太阳能电池、铜铟镓硒太阳能电池、铜铟硫太阳能电池、碲化镉太阳能电池、染料敏化太阳能电池、砷化镓太阳能电池。 

由储能部件构成的储能子系统23，所述储能子系统23用于存储电能、满足负载连续用电的要求；所述储能部件采用超级电容器，该超级电容器为北京合众汇能科技有限公司的HCAP-HE 2R7508型号产品。所述储能部件以超级电容器为优选，当然，也可以是铅酸蓄电池、镍镉蓄电池、锂离子蓄电池、磷酸铁锂蓄电池以及超级电容器与它们的组合应用。 

还包括电源管理组件、控制系统和构成充电站整体的框架，如图1所示，整个充电站为一框架形式，由顶棚模块12、支撑模块13和底梁结构11三大部分组成，每一部分既是建筑结构，又设置有功能性模块，太阳电池组件与顶棚实现一体化设计形成顶棚模块12，储能器件和电源管理部件安装在支撑结构内部从而形成了支撑模块13，对于比较重的储能部件也可以将其中的一部分安装在底梁结构11中。由此可见，框架起到主体支撑的目的，对其材料的强度要求较高，可以是不锈钢或碳钢热镀锌，也可以是碳钢刷防护漆，或采用其它先进的复合材料。 

实施例一： 

图2示出了本实用新型太阳能电动汽车充电站控制系统的一种基本构架，所述控制系统包括与主控和监视子系统28连接的储能部件控制子系统22，功率调节子系统24和电动汽车充电执行机构25；所述太阳能电池组件和超级电容器也均与所述主控和监视子系统28连接；所述主控和监视子系统28用于监控充电站总体运行和各子系统间的相互配合； 所述主控和监视子系统28包括系统数据信号的传感和采集部件；系统数据处理、记录、传输和显示部件；电能的传输控制部件；设备的启动和控制部件和计量计费系统；所述储能部件控制子系统22包括用于采集所述超级电容器环境温度的温度传感器及输入、输出控制装置，所述储能部件控制子系统22采用合肥阳光电源有限公司SD6001000型号产品。所述功率调节子系统24用于将电能变换为至少一种适于后续负载使用的电力系统，所述功率调节子系统24采用广州邮科电源的YK-DD220S2450(DC/DC)型电源产品。所述电动汽车充电执行机构用于完成为电动汽车充电的功能，所述电动汽车充电执行机构25采用能与电动汽车充电接口相适应的电力接插头。 

图3示出了本实用新型太阳能电动汽车充电站实现电源系统管理功能的电路结构图，其中，光伏子系统21发出的电力通过储能部件控制子系统22存储到储能子系统23，经功率调节子系统24变换为可以给各种电动汽车充电的电力，经配电盘32输出到用电端。当日照资源欠缺时，并行发电子系统31做为一种辅助手段启用，维持系统正常运行。 

为了扩大和完善本实用新型太阳能电动汽车充电站的功能，其中，所述控制系统还包括环境参数监测子系统29、安防子系统26和遥测遥控系统27，其中：所述环境参数监测子系统29用于采集充电站的技术数据，至少包括环境温度、风速、组件温度、太阳辐射量数据；所述环境参数监测子系统29采用拓邦自动化技术有限公司的PowerSA-SUNe型号系列监控器产品。所述安防子系统26至少包括烟雾传感器；所述遥测遥控子系统27用于构建无线通信数据交换网络。所述遥测遥控子系统27采用上海纳杰电气成套有限公司的E-1型号产品。所述遥测遥控子系统27构建无线通信数据交换网络。 

如图4所示，本实用新型中的主控和监视子系统具有以下功能部件，包括系统数据信号的传感和采集部件41；系统数据处理、记录、传输和显示部件42；电能的传输控制部件45；设备的启动和控制部件44和计量计费系统43。其中，系统数据信号的传感和采集部件41通过系统数据处理、记录、传输和显示部件42将系统数据传给电能的传输控制部件45和设备的启动和控制部件44，计量计费部件43据此来实现充放电监控和计量计费功能。至于，如何实现上述数据的传递和处理在现有技术中可以有多种形式来实现，其具体的控制流程不受本实用新型的限制。 

针对一些空间区域有限或阳光很难照到的停车位置，可以采取另外一种结构形式。可以把太阳能电池组件布置到周围高大建筑物的顶部，充电主体采取充电柱的结构形式。另外，为了保障整个充电系统具有可靠的充电能力，还可以在基本结构的基础上加一路市电为辅助电源，可以在系统严重亏电时直接为储能部件充电。 

本实用新型太阳能电动汽车充电站的工作过程是，其中，光伏子系统21发出的电力通过储能部件控制子系统22存储到储能子系统23，经功率调节子系统24变换为可以给各种电动汽车充电的电力，再由电动汽车充电执行机构25来最终实现给电动汽车充电的功能。整个系统在主控和监视子系统28控制下运行，安防子系统26确保充电站运行环境的安全性，环境参数监测子系统29为系统运行情况提供一组比对和参考数据，遥测遥控 子系统27方便多个充电站同时运营情况下的数据交换和集中管理、集中调度，同时增加一层体系运行管理控制手段。 

实施例二： 

实施例二： 

本实用新型充电站的另一实施例为，将多个上述基本构架的充电站组合布局，可以形成为企事业单位的集中停车场、居民小区的停车场及社会停车场等处安装的电动汽车充电终端，这种组合方式与上述基本构架的方式，除了进行结构组合外，其它结构形式没有实质性的变化。在一些风力资源比较丰富的地区，还可以采取风光互补的发电形式，即在太阳能发电的同时，增加一路风力发电系统。 

实施例三： 

本实用新型还可以采用将上述充电站的基本构架挂靠在现有电网中构建出一种太阳能供电专用充电网络，从而形成一个小型专门供电网络。其特点是这个小网有自己的发电系统，不会给原来的供电网络造成额外的负担。其具体实现方式是，根据某一地区规划的电动汽车保有量数，测算总的电力供应缺口，重点测算白天的电力供应缺口，据此规划整体太阳能发电系统设计，这些太阳能电池组件可以布置成具有停车场顶棚等结构形式，也可以布置到充电区域的建筑物的顶部其它光照位置。为整个电网配置超级电容器组，支持整个系统的大容量充放电能力。电动汽车充电网的充电装置设计模式为集中配置DC/DC变换系统，将网络系统电压变换为可以为各种电动汽车充电的直流充电电压，配置相应各种充电插头，满足为各种电动汽车充电的需求。充电场所可以设在原有的汽车加油站，也可以设在停车场，也可以专门开辟新的专用电动汽车充电场所。 

这种实施方式最主要的特征是增加了一套双向逆变器51，即，所述储能部件控制子系统连接有一并网双向逆变器，通过所述并网双向逆变器实现与市电并网。如图4所示，其工作模式为当小网的储能系统亏电时，市电电网52向小网输入能量，经双向逆变器51转换为直流电为储能部件22充电；当小网的储能系统满电时，太阳能电池发出的电力经双向逆变器转换为交流电，向市电电网52供电。其中，所述并网双向逆变器采用德国SMASolar Technology AG公司的SUNNY ISLAND 5048/5048-US并网双向逆变器。 

尽管上面结合图对本实用新型进行了描述，但是本实用新型并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本实用新型的启示下，在不脱离本实用新型宗旨的情况下，还可以作出很多变形，这些均属于本实用新型的保护之内。 

Claims (10)

1.一种太阳能电动汽车充电站，包括：至少由太阳能电池组件构成的光伏子系统，所述光伏字系统用于将入射太阳辐射能直接转化为直流电能；由储能部件构成的储能子系统，所述储能子系统用于存储电能、满足负载连续用电的要求；还包括电源管理组件和控制系统，其特征在于，还包括一框架；

所述太阳能电池组件设置在所述框架的顶部；所述储能部件采用超级电容器，所述超级电容器设置在所述框架中；

所述控制系统包括：与主控和监视子系统连接的储能部件控制子系统，功率调节子系统和电动汽车充电执行机构；

所述太阳能电池组件和超级电容器均与所述主控和监视子系统连接；

所述主控和监视子系统用于监控充电站总体运行和各子系统间的相互配合；所述主控和监视子系统包括系统数据信号的传感和采集部件；系统数据处理、记录、传输和显示部件；电能的传输控制部件；设备的启动和控制部件和计量计费系统；

所述储能部件控制子系统包括用于采集所述超级电容器环境温度的温度传感器及输入、输出控制装置；

所述功率调节子系统用于将电能变换为至少一种适于后续负载使用的电力系统；

所述电动汽车充电执行机构用于完成为电动汽车充电的功能。

2.根据权利要求1所述太阳能电动汽车充电站，其特征在于，所述控制系统还包括环境参数监测子系统、安防子系统和遥测遥控子系统，其中：

所述环境参数监测子系统用于采集充电站的技术数据，至少包括环境温度、风速、组件温度、太阳辐射量数据；

所述安防子系统至少包括烟雾传感器；

所述遥测遥控子系统用于构建无线通信数据交换网络。

3.根据权利要求1所述太阳能电动汽车充电站，其特征在于，所述储能部件控制子系统连接有一并网双向逆变器，通过所述并网双向逆变器实现与市电并网。

4.根据权利要求1所述太阳能电动汽车充电站，其特征在于，所述太阳能电池组件为STP280型太阳能电池组件。

5.根据权利要求1所述太阳能电动汽车充电站，其特征在于，所述超级电容器为HCAP-HE 2R7508型号。

6.根据权利要求1所述太阳能电动汽车充电站，其特征在于，所述储能部件控制子系统为SD6001000型号。

7.根据权利要求1所述太阳能电动汽车充电站，其特征在于，所述功率调节子系统为YK-DD220S2450(DC/DC)型。

8.根据权利要求1所述太阳能电动汽车充电站，其特征在于，所述电动汽车充电执行机构为与电动汽车充电接口相适应的电力接插头。

9.根据权利要求2所述太阳能电动汽车充电站，其特征在于，所述环境参数监测子系统为PowerSA-SUNe型号系列监控器。

10.根据权利要求2所述太阳能电动汽车充电站，其特征在于，所述遥测遥控子系统为E-1型号。

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