CN209365942U - 一种组件化离网快速充电系统 - Google Patents

Abstract

一种组件化离网快速充电系统，由储能仓、控制系统和充电桩构成，其中储能仓内部包含若干组电池组及电池管理模块；控制系统包含输入模块、显示模块、控制模块、通信模块及分电器；储能仓中若干组电池组分别与电池管理模块连接；控制系统中输入模块、显示模块分别与充电桩智能控制模块相连接，储能仓中的电池管理模块输出与控制系统中的充电智能控制模块相连接，充电桩智能控制模块的电源输出与分电器相连接，分电器分别和若干充电桩相连接。通过储能仓实现了快速充电桩的离网化，快速充电桩的建设不再受电网线路容量的限制，实现了电能由线路传输到模块化运输的转变，弥补了现有电网电能输送能力的不足导致快速充电桩不能普及的现状。

Description

一种组件化离网快速充电系统

技术领域

本实用新型涉及一种脱离电网的电动汽车快速充电系统，是一种组件化离网快速充系统，属于新能源领域，尤其是电动汽车领域。

背景技术

近年来随着新能源技术的发展，传统能源逐渐向新能源转换，汽车作为我国传统化石能源的消耗大户，近年来也逐步向新能源转变，电动汽车也如雨后春笋一般蓬勃发展起来，但随之而来的电动汽车充电问题也越发显露出来。

一般家用型电动汽车其储能容量在30kWh至100kWh之间，随着技术的发展未来会有更大容量的电动汽车出现，目前的电动汽车充电技术分为快充和慢充两种类型，快充一般为直流充电桩采用380V输入400V以上直流输出；慢充一般为交流充电桩，一般为220V交流输入，慢充桩一般为5kW以下功率。快速充电桩一般要求30分钟充满80％，近期有的厂家甚至推出了15分钟充电80％的超级充电桩，这就要求快速充电桩输出功率为电动汽车容量的2 至4倍以上，也就是说一个快速充电桩的功率按照30分钟充满80％，要求快速充电桩的输出功率在60kW至200kW之间甚至更高，直接导致快速充电桩的安装必须要经过层层审批，其主要原因为快速充电桩对安装所在地的电网承载能力要求较高，对普通住宅小区等场所基本就不具备安装快速充电桩的基本条件，而随着电动汽车的逐步普及，大量的充电桩对基础电网的影响越来越大，尤其是快速充电桩其选址安装都要经过电网的仔细审核，甚至需要独立为其进行电网改造，为尽量满足电动车的充电需求，电网公司及第三方充电运营厂商，通过建设集中式充电站，通过接入电网专线来满足电动车的充电需求，但距离远、数量少的弊端，导致大量电动汽车只能通过自家的220V交流慢充桩进行慢速充电，这也是影响电动汽车普及的原因之一，为解决电动汽车的充电难、快充桩少的局面，解决大量快充桩对电网影响大的问题，特进行了本实用新型。

发明内容

本实用新型的目的为解决上述问题，可通过建设离网充电系统来摆脱快速充电桩对电网的直接依赖，只要具备一定的空间即可通过本实用新型实现电动汽车的快速充电需求，本实用新型的技术方案如下：

一种组件化离网快速充电系统，由储能仓、控制系统和充电桩构成，其中储能仓内部包含若干组电池组及电池管理模块；控制系统包含输入模块、显示模块、控制模块、通信模块及分电器；储能仓中若干组电池组分别与电池管理模块连接；控制系统中输入模块、显示模块分别与充电桩智能控制模块相连接，储能仓中的电池管理模块输出与控制系统中的充电智能控制模块相连接，充电桩智能控制模块的电源输出与分电器相连接，分电器分别和若干充电桩相连接。

在储能仓内的电池管理模块设置有多路电池组接入接口，各接口间相互独立。充电系统的能源来自储能仓，储能仓内部的若干电池组通过电池管理模块调整适配后输出稳定的直流电源至控制系统。

电池管理模块内部由断路器、DC-DC模块、MCU及汇流器构成；电池组电源输出至断路器，断路器输出至DC-DC模块，DC-DC模块根据MCU的指令控制输出电压及输出电流接入汇流器；电池管理模块中每一组电池组接入均有一套独立的断路器、DC-DC模块，每一套断路器及DC-DC模块都通过MCU进行控制并接入汇流器。

充电桩内部由熔断器、显示模块、充电桩控制模块、输入模块、DC-DC变换模块、汇流器和充电枪构成；其中由分电器输出的直流电源接入熔断器，熔断器连接至若干组DC-DC变换模块，所有DC-DC变换模块输出至汇流器，汇流器输出至充电枪；显示模块、输入模块连接至充电桩控制模块实现充电桩的人机交互，所有DC-DC变换模块通过信号电缆连接至充电桩控制模块，由充电桩控制模块对DC-DC变换模块进行控制。本系统充电桩至少为一个，根据储能仓的不同储能规模，控制系统可同时控制多路充电桩。

本实用新型的主要特征为将传统的快速充电桩同电网进行解耦，快速充电桩的建设不再受限于电网的线路容量，只要具备一定的场地空间即可进行安装部署，其储能仓为各种类型的储能电池组提供存储空间，保障电池组的安全性，储能仓内的电池管理模块实现对储能仓内部的各个电池组的独立管理，控制每个电池组的工作状态，包括联机、脱机、输出功率等，通过电池管理模块可实现储能仓不间断对外供电的情况下实现内部电池组的在线更换工作。

作为优选储能仓内的电池组优先选用能量密度大、循环次数高的电池种类，如磷酸铁锂电池、铅炭电池等，但要充分考虑环境影响如温度、海拔等，未来根据储能技术的发展可通过软件优化电池管理模块的电池管理策略，实现更多种类的电池组接入及管理能力。

控制系统为本实用新型的核心控制系统，通过输入模块、显示模块完成控制系统的人机交互，充电桩智能控制模块完成离网快速充电系统的能源调配及使用，根据储能仓的能源配置情况及预先设置的充放电策略，充电桩智能控制模块调整储能仓的能源输出能力，控制各个充电桩的充电输出功率，控制和管理离网快速充电系统的工作状态，通过通信模块将离网快速充电系统的各项运行数据上传时运营商。(注：运营商相关的功能与流程本实用新型未涉及，本实用新型理论上至少需要通过通信模块对储能仓状态进行上传，以保证储能仓电池组的及时更换)

本实用新型的有益效果在于，通过储能仓实现了快速充电桩的离网化，快速充电桩的建设不再受电网线路容量的限制，只要有适当场地就可以安装快速充电桩，由运营商实现对充电桩的储能电池进行运行状态监控、配送及安装等服务，实现了电能由线路传输到模块化运输的转变，弥补了现有电网电能输送能力的不足导致快速充电桩不能普及的现状，对电动汽车的推广普及具有重要意义。

附图说明

图1为本实用新型一种组件化离网快速充电系统；

图2为本实用新型电池管理模块原理；

图3为本实用新型充电桩原理图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案和有益效果更加清楚，将结合附图，对本实用新型的优选实施进行详细的说明，以方便技术人员理解。本实用新型是一种组件化离网快速充电桩，其特征在于，由储能仓1、控制系统4和充电桩10构成，其中储能仓1内部包含若干组电池组2及电池管理模块3；控制系统4包含输入模块5、显示模块6、充电桩控制模块7、通信模块8及分电器9；储能仓1中若干组电池组分别与电池管理模块3连接；控制系统4 中输入模块5、显示模块6分别与充电桩控制模块7相连接，储能仓1中的电池管理模块输出与控制系统4中的充电桩控制模块7相连接，充电桩控制模块7的电源输出与分电器9相连接，分电器9分别和若干充电桩10相连接。其核心思想是把目前限制快速充电桩普及的根源——传统电网的容量限制解除，通过大功率储能仓实现快速充电桩的能源供给，快速充电桩的安装不在受限于电网容量，只需要具备一定的安装空间就可以安装快速充电桩，通过扩大储能仓的规模可以实现大规模的离网快速充电系统。通过上述说明可见，在本实用新型的实际实施过程中需要着重考虑以下几个因素：

·目标用户的电动汽车容量

通过目标用户的电动汽车容量，确定快速充电桩的功率需求，为储能仓的配置容量、充电桩功率模块DC-DC变换模块10-5设置提供基础数据。

·目标用户的停车位空间情况

根据目标用户的停车位空间情况，确定储能仓的尺寸及安装部署方式。

·目标用户所在地的地理位置

根据用户所在地的气候条件确定所选用电池组的类型，保证所选用电池组在当地极端气候条件下的稳定性。

·目标用户的充电频度

确定储能仓的最大容量，在满足用户正常使用的情况下根据运营商的配送频度进行综合测算。

根据上述基本信息确定基本就可以确定离网快速充电系统的基本配置了，按照基本配置优化配置储能仓1的储能规模，调整储能仓1的体积及容纳电池组的类型及数量，调整充电桩10中的DC-DC变换模块的单体功率及数量确定最大充电输出功率，保证本实用新型能够适应目标电动汽车充电需求，储能仓1的电池组2配置原则上数量不应低于两组，以保证电池组2的更换不影响充电的正常进行，每组电池的最大安全放电功率应不低于设计车型的慢充需求，其剩余容量应满足电池更换的最小时间周期以保证用户充电的连续性。离网快速充电系统的整体运行状况需要通过通信模块8和运营商进行数据交换，运营商根据离网快速充电系统的运行状态尤其是储能仓1的工作状态确定是否进行电池组2的更换，以保证离网快速充电系统的持续工作能力。

在针对个人用户的使用场景，本实用新型可将储能仓1、控制系统4和充电桩10合为一体，以降低对安装场地的需求；针对空间富裕且车位众多的场地可将储能仓1与控制系统4 一体化部署，将充电桩10进行独立部署，且可部署多个充电桩10，实现一个储能仓1同时支持多个充电桩10的使用场景，实现离网充电堆的使用模式，实现整个离网快充系统的柔性工作模式。

以比亚迪宋EV500车型为例，充电桩安装位置在昆明，平均一周充电两次，停车位空间约25平方米。通过上述参数来进行离网快速充电桩设计计算，比亚迪EV500车型蓄电池容量为62kWh，按照快速充电设计充电桩的最大输出功率为120kW，充电桩10内部DC-DC变换模块10-5配置为8块15kW直流充电模块并联，安装地点位于昆明，常年平均气温16.5度，历史极端最低温度-7.8度，基本目前市场上的主流储能电池都可以选用，考虑到场地空间选用能量密度相对较高的磷酸铁锂电池，按照深充深放90％DOD,转换效率0.9进行计算，储能仓储能容量为62*2/0.9/0.9＝153kWh，120kW最大充电功率，磷酸铁锂电池最大放电电流15C，按照最大放电电流10C计算，储能仓可配置300V200AH磷酸铁锂电池组两组，储能仓与充电桩控制器一体化立式安装。按照上述配置，离网快速充电桩可保证用户完整快充两次，在实际使用过程中在快充的前30分钟，电池管理模块3平衡两块电池同功率输出，当在后期慢充阶段，电池管理模块根据配置优先选用一组电池供电，另一组电池休眠，当其中优先使用电池放电完毕后，通过通信模块8上报运营商，运营商进行电池更换，当更换一组电池后，当第二次充电循环开始至快充结束后，则优先使用第二组电池进行慢速充电，第二组电池放电完毕后再次通知运营商进行电池更换，如此循环可以保证用户能够不间断进行快速充电服务，在实际使用过程中还可以根据具体情况进行分析测算，寻找利益平衡点，进行优化计算，但核心思想并未发生变化。

通过上述说明应能够清晰的了解本实用新型的工作原理和具体的工作场景，在新能源领域针对电动汽车充电，充电系统的计量装置、计费模块等为充电桩的基本组成模块，包括远程的工作状态监控等，都为本领域基本常识，在本实用新型的基础上通过增减计量、计费模块、对监控系统的改变等都应在本实用新型的保护之列。

Claims (7)

1.一种组件化离网快速充电系统，其特征在于，由储能仓(1)、控制系统(4)和充电桩(10)构成，其中储能仓(1)内部包含若干组电池组(2)及电池管理模块(3)；控制系统(4)包含输入模块(5)、显示模块(6)、充电桩控制模块(7)、通信模块(8)及分电器(9)；储能仓(1)中若干组电池组分别与电池管理模块(3)连接；控制系统(4)中输入模块(5)、显示模块(6)分别与充电桩控制模块(7)相连接，储能仓(1)中的电池管理模块输出与控制系统(4)中的充电桩控制模块(7)相连接，充电桩控制模块(7)的电源输出与分电器(9)相连接，分电器(9)分别和若干充电桩(10)相连接。

2.如权利要求1所述的一种组件化离网快速充电系统，其特征在于，在储能仓(1)内的电池管理模块(3)设置有多路电池组(2)接入接口，各接口间相互独立。

3.如权利要求1所述的一种组件化离网快速充电系统，其特征在于，充电系统的能源来自储能仓(1)，储能仓(1)内部的若干电池组通过电池管理模块(3)调整适配后输出稳定的直流电源至控制系统(4)。

4.如权利要求1所述的一种组件化离网快速充电系统，其特征在于，电池管理模块(3)内部由断路器(3-1)、DC-DC模块(3-2)、MCU(3-3)及汇流器构成；电池组电源输出至断路器(3-1)，断路器(3-1)输出至DC-DC模块(3-2)，DC-DC模块(3-2)根据MCU(3-3)的指令控制输出电压及输出电流接入汇流器。

5.如权利要求4所述的一种组件化离网快速充电系统，其特征在于，所述电池管理模块(3)，其中每一组电池组接入均有一套独立的断路器(3-1)、DC-DC模块(3-2)，每一套断路器(3-1)及DC-DC模块(3-2)都通过MCU(3-3)进行控制并接入汇流器。

6.如权利要求1所述的一种组件化离网快速充电系统，其特征在于，充电桩(10)内部由熔断器(10-1)、显示模块、充电桩控制模块、输入模块(10-4)、DC-DC变换模块(10-5)、汇流器(10-6)和充电枪(10-7)构成；其中由分电器(9)输出的直流电源接入熔断器(10-1)，熔断器(10-1)连接至若干组DC-DC变换模块(10-5)，所有DC-DC变换模块(10-5)输出至汇流器(10-6)，汇流器(10-6)输出至充电枪(10-7)；显示模块、输入模块(10-4)连接至充电桩控制模块实现充电桩人机交互，所有DC-DC变换模块(10-5)通过信号电缆连接至充电桩控制模块，由充电桩控制模块对DC-DC变换模块进行控制。

7.如权利要求1所述的一种组件化离网快速充电系统，其特征在于，充电桩(10)至少为一个，根据储能仓(1)的不同储能规模，控制系统(4)可同时控制多路充电桩(10)。