CN206790184U - 充电系统 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种充电系统。所述充电系统包括：AC/DC变换器，包括输入端和输出端，所述AC/DC变换器的输入端接收交流电，输出端与直流母线连接，以提供直流输出电压；至少一个充电机，与所述直流母线连接，用于为外部设备充电；以及储能装置，与所述直流母线连接，用于在充电状态下存储电能和在供电状态提供电能，其中，所述AC/DC变换器控制所述储能装置的充电状态和供电状态的切换。该充电系统实现了储能装置和充电机之间的功率分配，简化储能装置的控制电路和控制方法，并且降低硬件成本。

Description

充电系统

技术领域

本实用新型涉及电力系统技术领域，尤其涉及充电系统。

背景技术

随着电动汽车等类似用电设备的快速发展，为其提供电能的充电桩也随之需求迫切。为满足电动汽车等类似用电设备的充电需求，需要建设大量的大功率充电桩。

然而充电桩的建设受到城市建设及电网的限制，一方面大功率充电桩造成电网的峰值功率大幅度增加，需要电网线路的改造，另一方面充电桩间断的使用造成对电网的冲击，降低电网电能质量。在现有城市建设和电网的限制下，为充分满足对充电桩的使用需求，人们提出了一些使用储能装置与充电机相结合的方法。使用储能装置在用电低峰期存储能量，用电高峰期释放能量，降低了电网的峰值功率也减缓了充电桩间断的使用对电网的冲击。因此，可以在电网线路不需要大幅改造的情况下，实现充电桩的建设。

在现有技术中，储能装置与直流母线之间的双向DC/DC变换器不仅增加了成本，也会导致对储能装置充放电的控制过程过于复杂。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型的至少一个目的在于通过简化充电系统的结构，降低硬件成本，简化对储能装置充放电的控制过程。

根据本实用新型的一方面，提供一种充电系统，其特征在于，包括：AC/DC变换器，包括输入端和输出端，所述AC/DC变换器的输入端接收交流电，输出端与直流母线连接，以提供直流输出电压；至少一个充电机，与所述直流母线连接，用于为外部设备充电；以及储能装置，与所述直流母线连接，用于在充电状态下存储电能和在供电状态提供电能，其中，所述AC/DC变换器控制所述储能装置的充电状态和供电状态的切换。

优选地，所述AC/DC变换器通过改变直流输出电压来控制所述储能装置的充电状态和供电状态。

优选地，所述AC/DC变换器的最大输出功率设置为小于等于电网可用功率和自身的额定功率中的任一个，所述电网可用功率根据电网的配电容量和昼夜负荷差异来确定。

优选地，在所述AC/DC变换器的最大输出功率大于所述至少一个充电机的充电功率之和时，所述AC/DC变换器向所述至少一个充电机供电以及向所述储能装置充电，在所述AC/DC变换器的最大输出功率小于等于所述至少一个充电机的充电功率之和时，所述AC/DC变换器和所述储能装置一起向所述至少一个充电机供电。

优选地，所述充电系统根据供电能力进行所述至少一个充电机的动态功率分配，所述供电能力为所述AC/DC变换器的最大输出功率和所述储能装置在供电状态的最大输出功率之和。

优选地，所述充电系统仅向所述至少一个充电机中处于工作状态的充电机分配功率。

优选地，在所述供电能力小于所述至少一个充电机的充电功率之和时，所述至少一个充电机的充电功率分别受到限制。

优选地，在受到限制的情形下，所述充电系统平均分配所述至少一个充电机的充电功率。

优选地，所述储能装置包括：储能管理模块，用于执行以下动作中的至少一种：监测所述储能装置的储能状态、充放电状态和绝缘状态；控制所述储能装置上电、下电；诊断所述储能装置的故障；以及经由通信总线与所述AC/DC变换器、所述至少一个充电机和连接于所述通信总线的远程终端中的一个或多个进行通信。

优选地，所述充电系统还包括：预充电电路，连接在所述直流母线和所述储能装置之间，用于在储能装置上电过程中预充电。

优选地，所述充电系统还包括：远程终端，经由通信总线与所述AC/DC变换器、所述至少一个充电机和所述储能装置连接，用于实现彼此之间的通信以及外部通信，所述外部通信用于监控所述充电系统。

优选地，所述通信总线包括以下之一：RS485总线、CAN总线和以太网总线。

优选地，所述储能装置包括以下至少之一：锂电池、铅酸电池和超级电容。

优选地，所述至少一个充电机分别为选自以下充电机中的任一种：直流充电机和交流充电机。

优选地，所述外部设备包括选自电动汽车、电动自行车、电动滑板车、电动工具、笔记本电脑、手机中的至少一种。

在本实用新型实施例的充电系统中，采用AC/DC变换器控制储能装置的充电状态和放电状态的切换。该充电系统实现了储能装置和充电机之间的功率分配。该充电系统可有效降低充电站的峰值负荷，充分利用电网昼夜负荷差异，在比较有限的配电容量的情况下，发挥充电系统的负荷能力。进一步地，在该充电系统中，于无需采用双向DC/DC变换器便能实现储能装置与直流母线之间的双向电能传输，因此可以简化储能装置的控制电路和控制方法，并且降低硬件成本。

在优选的实施例中，采用远程终端监控充电系统，便于及时发现异常并监控相关数值保证充电系统的正常运作。AC/DC变换器的最大输出功率根据多个因素确定，保护电网不受冲击。将所述充电机的输出功率限制在充电系统的供电能力以下，从而即使在电能供应不足的情况下，也可以平均分配充电功率，从而维持良好的用户体验。

附图说明

通过以下参照附图对本实用新型实施例的描述，本实用新型的上述以及其他目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：

图1示出根据本实用新型实施例的充电系统的示意性框图；

图2示出在图1所示的充电系统中储能装置的充电状态和放电状态随时间的变化；

图3示出在图1所示的充电系统中充电机的功率分配示意图。

具体实施方式

以下将参照附图更详细地描述本实用新型的各种实施例。在各个附图中，相同的元件采用相同或类似的附图标记来表示。为了清楚起见，附图中的各个部分没有按比例绘制。

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。

图1示出根据本实用新型实施例的充电系统的示意性框图。充电系统100包括：AC/DC变换器101、至少一个充电机102、储能装置103、远程终端104、断路器105和预充电电路106。该充电系统100例如用作充电站，用于为以下至少一种外部设备充电：电动汽车、电动自行车、电动滑板车、电动工具、笔记本电脑、手机。

AC/DC变换器101用于将来自所述电网的交流电转换为直流电输送给直流母线。AC/DC变换器101的输入端接收交流电，所述电网可以是民用供电系统也可以是工业供电系统，输出端与直流母线连接以提供直流母线电压。AC/DC变换器101的直流输出电压值能够在预定取值范围内进行调节，从而控制储能装置103的充放电。在一些实施例中，AC/DC变换器101可以根据预设的充放电策略调节自身的直流输出电压值，从而控制储能装置103的充电状态和供电状态之间的切换，以及控制充电状态下的充电功率。AC/DC变换器101的最大输出功率可以设置为小于等于电网可用功率和自身的额定功率中的任一个，所述电网可用功率根据电网的配电容量和昼夜负荷差异来确定。在AC/DC变换器101的最大输出功率大于至少一个充电机102的充电功率之和时，AC/DC变换器101向至少一个充电机102供电以及向储能装置103充电，在AC/DC变换器101的最大输出功率小于等于至少一个充电机102的充电功率之和时，AC/DC变换器101和储能装置103一起向至少一个充电机102供电。

至少一个充电机102用于分别为外部设备充电。充电机102与所述直流母线连接，可以是直流充电机也可以是交流充电机，当充电机102为交流充电机时，可以将直流母线提供的直流电转化为交流电。在充电系统100中，可以同时存在直流充电机和交流充电机以满足不同需求。在一些可选的实施例中，充电机102可以具有计量计费功能。进一步地，充电机102还可以具有收费功能，可以支持刷卡，现金支付。外部设备可以装置于电动汽车、电动滑板车、电动自行车、舰船、飞行器和/或任何其他交通工具，也可以独立于上述交通工具，例如，可以是电动工具、笔记本电脑或手机。在一些可选的实施例中，充电机102具有不同类型的充电端口，以满足向不同类型的外部设备提供电能的需要。充电系统100根据供电能力进行至少一个充电机102的动态功率分配，所述供电能力为AC/DC变换器101的最大输出功率和储能装置103在供电状态的最大输出功率之和。在一些实施例中，充电系统100仅向至少一个充电机102中处于工作状态的充电机102分配功率。在所述供电能力小于至少一个充电机102的充电功率之和时，至少一个充电机102的充电功率分别受到限制。在受到限制的情形下，充电系统100平均分配至少一个充电机102的充电功率。

储能装置103用于在充电状态下存储电能和在供电状态向充电机102提供电能。储能装置103与所述直流母线连接，储能装置103的储能元件可以是锂电池，可以是铅酸电池，还可以是超级电容。在一些可选的实施例中，储能装置103的储能元件可以是锂电池，铅酸电池和超级电容的串、并联组合。在优选的实施例中，储能装置103可以设置不止一个，用于提升充电系统100的储能能力，也可用于保证在电网断电后的电能的充足供应，还可以互为备件，在一个储能装置103出现异常时及时启用其他储能装置103。

储能装置103可以包括储能管理模块1031，用于监测储能装置103的储能状态、充放电状态和绝缘状态，控制储能装置103上电、下电，以及根据充放电策略调节AC/DC变换器101的直流输出电压值。储能管理模块1031还可以用于诊断储能装置103的故障，以及经由通信总线与AC/DC变换器101、至少一个充电机102和连接于所述通信总线的远程终端104中的一个或多个进行通信。在一些可选的实施例中，储能管理模块1031还可以根据储能装置的状态和充放电策略调节AC/DC变换器101的直流输出电压值。所述储能状态包括储能装置103中储存的电量信息，所述充放电状态包括储能装置103是否正在充电、充放电功率以及输出电压，所述绝缘状态包括有无漏电等异常情况。储能管理模块1031通过通信总线与AC/DC变换器101连接，在一些实施例中，储能管理模块1031可以通过通信总线向AC/DC变换器101发送指令，调节AC/DC变换器101的直流输出电压值，进而控制储能装置103的充放电及充电功率。所述通信总线可以是RS485总线，可以是CAN总线，也可以是以太网总线。

远程终端104通过通信总线，与AC/DC变换器101、至少一个充电机102和储能装置103分别连接。所述通信总线可以是RS485总线，可以是CAN总线，也可以是以太网总线。具体地，远程终端104可以通过通信总线采集AC/DC变换器101、充电机102和储能装置103的信息，及时发现异常并监控相关数值保证充电系统100的正常运作。针对AC/DC变换器101可以采集到AC/DC变换器101的输出电压、输出电流、异常状态以及电网电压等等。针对充电机102可以采集到充电机102的输出功率、输出电量以及异常情况等等；针对储能装置103可以采集到储能装置103的上下电状态、储能状态、充放电状态和绝缘状态。在一些优选的实施例中，远程终端104还可以通过通信总线与置于AC/DC变换器101、充电机102和储能装置103中的控制模块连接，用于下发指令，控制AC/DC变换器101、充电机102和储能装置103。远程终端104可以用于实现与AC/DC变换器101、至少一个充电机102和储能装置103之间的通信，还可以用于实现外部通信，利用外部通信监控充电系统100。例如，远程终端104可以将充电系统100的信息通过外部通信传递给云端服务器、其他第三方服务器或客户端。

断路器105和预充电电路106连接在直流母线和储能装置103之间。断路器105用于在储能装置103发生故障时切断二者之间的连接。预充电电路106用于在储能装置103的上电过程中预充电。

在该实施例中，描述充电系统包括AC/DC变换器、至少一个充电机、储能装置、远程终端、断路器和预充电电路。然而，该充电系统中的远程终端、断路器和预充电电路并非必需的。该充电系统可以不包括远程终端，而是利用内部控制模块实现本地控制。该断路器和预充电电路是用于储能装置的附加模块，根据储能装置的特性，该充电系统可以不包括断路器和预充电电路。储能装置中的储能管理模块也不是必需的，即使没有储能管理模块也能够利用AC/DC变换器实现本实用新型的目的。

根据该实施例的充电系统，采用AC/DC变换器控制储能装置的充电状态和放电状态的切换。该充电系统实现了储能装置和充电机之间的功率分配。该充电系统可有效降低充电站的峰值负荷，充分利用电网昼夜负荷差异，在比较有限的配电容量的情况下，发挥充电系统的负荷能力。进一步地，在该充电系统中，由于无需采用双向DC/DC变换器便能实现储能装置与直流母线之间的双向电能传输，因此可以简化储能装置的控制电路和控制方法，并且降低硬件成本。

图2示出在图1所示的充电系统中储能装置的充电状态和放电状态随时间的变化。如上所述，该充电系统包括储能装置，利用储能装置在用电低峰期存储能量，在用电高峰期释放能量，从而降低了电网的峰值功率也减缓了充电装置间断的使用对电网的冲击，同时还降低了用电成本。

图3示出在图1所示的充电系统中充电机的功率分配示意图。该充电系统根据供电能力进行充电机的动态功率分配。此处，供电能力为AC/DC变换器的最大输出功率和储能装置在供电状态的最大输出功率之和。如图3所示，仅向处于工作状态的充电机分配功率，并且，在供电能力小于充电机的充电功率之和时，每个充电机的充电功率分别受到限制。例如，在受到限制的情形下，平均分配充电机的充电功率。即使在电能供应不足的情况下，也可以平均分配充电功率，从而维持良好的用户体验。

依照本实用新型的实施例如上文所述，这些实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该实用新型仅为所述的具体实施例。显然，根据以上描述，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本实用新型的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地利用本实用新型以及在本实用新型基础上的修改使用。本实用新型仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (7)

1.一种充电系统，其特征在于，包括：

AC/DC变换器，包括输入端和输出端，所述AC/DC变换器的输入端接收交流电，输出端与直流母线连接，以提供直流输出电压；

至少一个充电机，与所述直流母线连接，用于为外部设备充电；

储能装置，与所述直流母线连接，用于在充电状态下存储电能和在供电状态提供电能；以及

预充电电路，连接在所述直流母线和所述储能装置之间，用于在储能装置上电过程中预充电，

其中，所述AC/DC变换器控制所述储能装置的充电状态和供电状态的切换。

2.根据权利要求1所述的充电系统，其特征在于，在所述充电状态下，所述AC/DC变换器的最大输出功率大于所述至少一个充电机的充电功率之和，所述AC/DC变换器向所述至少一个充电机供电以及向所述储能装置充电，

在所述供电状态下，所述AC/DC变换器的最大输出功率小于等于所述至少一个充电机的充电功率之和，所述AC/DC变换器和所述储能装置一起向所述至少一个充电机供电。

3.根据权利要求1所述的充电系统，其特征在于，所述储能装置包括：

储能管理模块，用于执行以下动作中的至少一种：

监测所述储能装置的储能状态、充放电状态和绝缘状态；

控制所述储能装置上电、下电；

诊断所述储能装置的故障；以及

经由通信总线与所述AC/DC变换器、所述至少一个充电机和连接于所述通信总线的远程终端中的一个或多个进行通信。

4.根据权利要求1所述的充电系统，其特征在于，还包括：

远程终端，经由通信总线与所述AC/DC变换器、所述至少一个充电机和所述储能装置连接，用于实现彼此之间的通信以及外部通信，所述外部通信用于监控所述充电系统。

5.根据权利要求4所述的充电系统，其特征在于，所述通信总线包括以下之一：RS485总线、CAN总线和以太网总线。

6.根据权利要求1所述的充电系统，其特征在于，所述储能装置包括以下至少之一：锂电池、铅酸电池和超级电容。

7.根据权利要求1所述的充电系统，其特征在于，所述至少一个充电机分别为选自以下充电机中的任一种：直流充电机和交流充电机。