CN211018374U - 一种基于市电和氢燃料电池共同供电的自动储能充电系统 - Google Patents

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Abstract

本实用新型提供了一种基于市电和氢燃料电池共同供电的自动储能充电系统，包括储能模块和充电桩；储能模块为充电桩供电，储能模块包括：氢燃料电池，为电池供电的自动储能充电系统提供主用电源；市电接口电路，为电池供电的自动储能充电系统提供市电以作为备用电源；直流充电机，将市电转换为直流输出；电池储能单元，为充电桩提供电能；开关单元，控制各个回路的通断；充电储能监控单元，用于控制切换开关单元。本实用新型的优点是：减少电网企业供电的压力、峰谷差、电力增容，提高设备利用率；避免燃料电池检修、电网波动及断电对电动汽车充电的影响及损失,提高系统运行的稳定性。

Description

一种基于市电和氢燃料电池共同供电的自动储能充电系统
技术领域
本实用新型涉及一种电动汽车充电领域，具体涉及一种基于市电和氢燃料电池共同供电的自动储能充电系统。
背景技术
我国在公交、出租、环卫与物流等专用车、公务与私人乘用车等领域的汽车增长趋势,结合国家新能源汽车推广应用相关政策要求和规划目标,经测算,到2020年全国电动汽车保有量将超过500万辆。根据需求预测结果, 按照适度超前原则明确充电基础设施建设目标。到2020年,新增集中式充换电站超过1.2万座,分散式充电桩超过480万个,以满足全国500万辆电动汽车充电需求。大批量的充电站建设必然导致用户对电网增容改造需求的增加，而未来随着电动汽车的逐渐增多，将出现容量无法满足用户需求的情况。再加上电动汽车充电行为较为集中于白天傍晚，这将导致电网用电峰值负荷的增加，对电网的稳定性造成影响。
近年来，我国正在加快发展氢能产业，利好政策相继推出，氢能产业得到政策的支撑前景广阔。随着我国氢能产业加速发展，氢能的应用越来越广泛。氢燃料电池是将氢气和氧气的化学能直接转换成电能的发电装置，具有无污染、无噪声、高效率等特点，既适宜用于集中发电，建造大、中型电站和区域性分散电站，也可用作各种规格的分散电源等。目前国内已开发了多种基于燃料电池的充电站，如专利(CN 107154657 A)提供了一种最佳工况型燃料电池充电站。但这些充电站没有市电的接入，在燃料电池需要检修的时候，就会停止电能供给，造成充电设备供电中断，无法为电动汽车提供正常充电服务。
实用新型内容
为了解决上述背景技术中出现的问题，本实用新型旨在设计一种基于氢燃料电池发电与交流市电相结合使用的自动储能充电系统，用于提供稳定可靠的电源供充电设备使用，以满足电动汽车日常充电需求。
本实用新型提供了一种基于市电和氢燃料电池共同供电的自动储能充电系统，包括：
充电桩，为电动汽车充电；
储能模块，用于为所述充电桩供电，所述储能模块包括：
氢燃料电池，用作主用电源；
市电接口电路，与市电连接，通过供电旁路直接向所述充电桩供电；
直流充电机，用于将所述市电转换为直流输出；
电池储能单元，用于存储所述氢燃料电池或所述市电提供的电能，并为所述充电桩供电；
开关单元，用于控制系统中各元件之间的通断；
充电储能监控单元，用于控制切换所述开关单元。
进一步的，开关单元包括：
第一开关，控制所述氢燃料电池对所述电池储能模块的充电电路；
第二开关，控制所述市电接口电路对所述电池储能模块的充电电路；
第一开关单元，用于控制所述电池储能模块和所述充电桩之间的通断；
第二开关单元，用于控制所述市电接口电路和所述充电桩之间的通断。
进一步的，所述充电桩包括：交流充电桩，为电动车提供交流电源充电；直流充电桩，为电动车提供直流电源充电。
进一步的，所述储能模块还包括DC/AC逆变器，连接在所述电池储能单元和所述交流充电桩之间，用于将所述电池储能单元的直流输出转换为交流输出。
进一步的，所述第一开关单元包括第三开关和第四开关，所述第三开关用于控制所述电池储能模块和所述DC/AC逆变器之间的通断，所述第四开关用于控制所述电池储能模块和所述直流充电桩之间的供电电路的通断。
进一步的，所述第二开关单元，包括第五开关和第六开关，所述第五开关控制所述市电接口电路和所述交流充电桩之间的通断，所述第六开关控制所述市电接口电路和所述直流充电桩之间的供电电路的通断。
进一步的，所述充电储能监控单元还包括处理器、六个继电器模块和六个开关量传感器，分别连接所述开关单元与所述处理器之间的两条支路上，所述继电器模块用于根据所述处理器的信号控制所述开关单元的通断，所述开关量传感器用于采集所述开关单元的工作状态信息并传递给所述处理器进行处理。
进一步的，所述直流充电桩内设有AC/DC转接单元。
进一步的，所述储能单元还包括DC/DC转换器，所述DC/DC转换器将所述氢燃料电池的直流输出调整为可对电池储能模块充电的直流输出。
进一步的，所述直流充电桩配置两把国标直流充电枪，同时给两辆电动汽车充电，或并机给一辆电动汽车快速充电。
本实用新型的技术效果是：在基于燃料电池的充电站结合市电提出一种基于市电和氢燃料电池共同供电的自动储能充电系统，减少电网企业供电的压力、峰谷差、电力增容，提高设备利用率；避免燃料电池检修、电网波动及断电对电动汽车充电的影响及损失,提高系统运行的稳定性。
附图说明
图1为本实用新型实施例提供的一种电池供电的自动储能充电系统电路原理图；
图2为本实用新型实施例提供的充电储能监控单元原理图；
1-储能模块：11-氢燃料电池，12-市电接口电路，13-DC/DC转换器， 14-直流充电机，15-电池储能单元，16-DC/AC逆变器，17-充电储能监控单元，18-第一开关单元；
2-充电桩：21-交流充电桩，22-直流充电桩，23-第二开关单元；
171-电压采样模块，172-CAN1模块，173-CAN2模块，174-RS485_1模块，175-RS485_2模块，176-开关量传感器，177-继电器模块，178-处理器， 179-人机界面。
具体实施方式
为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
本实施例提供了一种基于市电和氢燃料电池共同供电的自动储能充电系统，包括：
充电桩2，为电动汽车充电；
储能模块1，用于为充电桩2供电，储能模块1包括：
氢燃料电池11，用作主用电源；
市电接口电路12，与市电连接，通过供电旁路直接向充电桩2供电；
直流充电机14，用于将所述市电转换为直流输出；
电池储能单元15，用于存储氢燃料电池11或市电提供的电能，并为所述充电桩2供电；
开关单元，用于控制系统中各元件之间的通断；
充电储能监控单元17，用于控制切换所述开关单元。其中，开关单元包括：
第一开关K1，用于控制所述氢燃料电池11和所述电池储能单元15之间的通断；
第二开关K2，用于控制所述市电接口电路12和所述电池储能单元15 之间的通断；
第一开关单元18，用于控制所述电池储能单元15和所述充电桩2之间的通断；
第二开关单元23，用于控制所述市电接口电路12和所述充电桩2之间的通断。
将氢燃料电池11与市电相结合使用。氢燃料电池11对电池储能单元 15充电储能，再放电为充电桩2提供输入电源，以满足电动汽车充电需求。当氢燃料电池11需要检修时，通过控制开关单元切换使用市电输入对电池储能单元15充电储能。充电储能监控单元17对系统各单元进行实时监控，实现对氢燃料电池11发电、市电输入监控、电池储能单元15自动补电、电池储能单元15放电控制、控制开关单元的切换，保证系统运行的稳定性，满足电动汽车日常充电需求。充电桩2采用两路输入电源接入，白天使用电池储能单元15充电模式以满足电动汽车快速充电需求，晚上电网用电低峰时，切换为市电输入供电模式进行小功率慢充。充电储能监控单元17实时监测输入状态，根据设定切换条件实现对输入方式的自动切换控制以及输出功率控制。
充电桩2包括：交流充电桩21，为电动车提供交流电源充电；直流充电桩22，为电动车提供直流电源充电。充电桩2可为电动汽车提供交流和直流充电，满足不同电动汽车的充电需求。
储能模块1还包括DC/AC逆变器16，连接在电池储能单元15和交流充电桩21之间，用于将电池储能单元15的直流输出转换为交流输出。这样电池储能单元15可以提供交流输出。
第一开关单元18包括第三开关K3和第四开关K4，第三开关K3用于控制电池储能单元15和DC/AC逆变器16之间的通断，第四开关K4用于控制电池储能模块15和所述直流充电桩22之间供电电路的通断。
第二开关单元23包括第五开关K5和第六开关K6，所述第五开关K5控制市电接口电路12和交流充电桩21之间的通断，第六开关K6控制市电接口电路12和直流充电桩22之间供电电路的通断。
直流充电桩22内设有AC/DC转接单元。直流充电桩22可以直接接收市电输入并转换成直流输出。
储能模块1还包括DC/DC转换器13，DC/DC转换器13将氢燃料电池11 的直流输出调整为可对电池储能单元15充电的直流输出。DC/DC转换器13 调整氢燃料电池11的直流输出参数，使氢燃料电池11的输出参数满足电池系统的输入参数。
直流充电桩22配置两把国标直流充电枪，同时给两辆电动汽车充电，或并机给一辆电动汽车快速充电。这满足了用户快速充电和分别充电的需求。
如图2所示，充电储能监控单元17的内部具体模块如下：
电压采样模块171说明：与氢燃料电池11连接、并对氢燃料电池11 的输出电压进行实时监测。
CAN1模块172说明：与DC/DC转换器13连接，控制DC/DC转换器13 的开关机及调整其输出电压和输出电流。
CAN2模块173说明：与电池储能单元15通信连接，对电池储能单元15 的数据进行实时监控及信息分析。
RS485_1模块174说明：与市电接口电路12连接，实现电表数据采集，监测市电输入电压。
RS485_2模块175说明：与DC/AC逆变器16连接，对DC/AC逆变器16 的数据进行实时监控及信息分析。
开关量传感器176说明：开关量传感器1-6分别与接触器K1-K6连接，对其工作状态进行实时监控并将工作状态信息传递给处理器178进行处理。
继电器模块177说明：继电器1-6分别与接触器K1-K6连接，并根据充电储能监控单元17的信号对其进行控制。
处理器178说明：采集各模块信息，通过逻辑运算判断后对各模块进行相应的控制处理。
人机界面179说明：采用8寸触摸屏，显示系统运行状态、信息及参数设置。
以下为本实施例提供的开关单元K1-K6的具体工作方式：
1、在氢燃料电池11正常工作时，K1闭合，K2断开，系统优先使用氢燃料电池11作为DC/DC转换器13的输入电源，当电池储能单元15电量低于设定值时自动启动DC/DC转换器13，对电池储能单元15进行补电。
2、在氢燃料电池11需要检修时，K2闭合，K1断开，系统使用市电接口电路12作为直流充电机的输入电源，当电池储能单元15电量低于设定值时直流充电机14自动启动，对电池储能单元15进行补电。
3、在电池储能单元15电量充足且用户使用交流充电桩21时，K3闭合， K5断开，通过DC/AC逆变器16将电池储能单元15的电压转换为交流电供交流充电桩21使用，为电动汽车提供充电服务。
4、在电池储能单元15电量充足且用户使用直流充电桩22时，K4闭合， K6断开，直流充电桩22使用电池储能单元15直接供电的方式，为电动汽车提供充电服务。
5、在电池储能单元15电量过低且用户使用交流充电桩21时，K5闭合， K3断开，交流充电桩21使用市电接口电路12输入供电，为电动汽车提供充电服务。
6、在电池储能单元15电量过低且用户使用直流充电桩22，K6闭合， K4断开，直流充电桩22使用市电接口电路12输入供电，为电动汽车提供充电服务。
以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种基于市电和氢燃料电池共同供电的自动储能充电系统，其特征在于，包括：
充电桩(2)，为电动汽车充电；
储能模块(1)，用于为所述充电桩(2)供电，所述储能模块(1)包括：
氢燃料电池(11)，用作主用电源；
市电接口电路(12)，与市电连接，通过供电旁路直接向所述充电桩(2)供电；
直流充电机(14)，用于将所述市电转换为直流输出；
电池储能单元(15)，用于存储所述氢燃料电池(11)或所述市电提供的电能，并为所述充电桩(2)供电；
开关单元，用于控制系统中各元件之间的通断；
充电储能监控单元(17)，用于控制切换所述开关单元。
2.根据权利要求1所述的一种基于市电和氢燃料电池共同供电的自动储能充电系统，其特征在于，所述开关单元包括：
第一开关K1，用于控制所述氢燃料电池(11)和所述电池储能单元(15)之间的通断；
第二开关K2，用于控制所述市电接口电路(12)和所述电池储能单元(15)之间的通断；
第一开关单元(18)，用于控制所述电池储能单元(15)和所述充电桩(2)之间的通断；
第二开关单元(23)，用于控制所述市电接口电路(12)和所述充电桩(2)之间的通断。
3.根据权利要求2所述的一种基于市电和氢燃料电池共同供电的自动储能充电系统，其特征在于，所述充电桩(2)包括：交流充电桩(21)，用于为电动车提供充电的交流电源；直流充电桩(22)，用于为电动车提供充电的直流电源。
4.根据权利要求3所述的一种基于市电和氢燃料电池共同供电的自动储能充电系统，其特征在于，所述储能模块(1)还包括DC/AC逆变器(16)，连接在所述电池储能单元(15)和所述交流充电桩(21)之间，用于将所述电池储能单元(15)的直流输出转换为交流输出。
5.根据权利要求4所述的一种基于市电和氢燃料电池共同供电的自动储能充电系统，其特征在于，所述第一开关单元(18)包括第三开关K3和第四开关K4，所述第三开关K3用于控制所述电池储能单元(15)和所述DC/AC逆变器(16)之间的通断，所述第四开关K4用于控制所述电池储能单元(15)和所述直流充电桩(22)之间的供电电路的通断。
6.根据权利要求5所述的一种基于市电和氢燃料电池共同供电的自动储能充电系统，其特征在于，所述第二开关单元(23)包括第五开关K5和第六开关K6，所述第五开关K5控制所述市电接口电路(12)和所述交流充电桩(21)之间的通断，所述第六开关K6控制所述市电接口电路(12)和所述直流充电桩(22)之间的供电电路的通断。
7.根据权利要求5或6所述的一种基于市电和氢燃料电池共同供电的自动储能充电系统，其特征在于，所述电储能监控单元(17)包括处理器(178)、六个继电器模块(177)和六个开关量传感器(176)，分别连接所述开关单元K1-K6与所述处理器(178)之间的两条支路上，所述继电器模块(177)用于根据所述处理器(178)的信号控制所述开关单元K1-K6的通断，所述开关量传感器(176)用于采集所述开关单元K1-K6的工作状态信息并传递给所述处理器(178)进行处理。
8.根据权利要求3-5任一项所述的一种基于市电和氢燃料电池共同供电的自动储能充电系统，其特征在于，所述直流充电桩(22)内设有AC/DC转接单元。
9.根据权利要求2-5任一项所述的一种基于市电和氢燃料电池共同供电的自动储能充电系统，其特征在于，所述储能模块(1)还包括DC/DC转换器(13)，所述DC/DC转换器(13)将所述氢燃料电池(11)的直流输出调整为可对电池储能单元(15)充电的直流输出。
10.根据权利要求3-5任一项所述的一种基于市电和氢燃料电池共同供电的自动储能充电系统，其特征在于，所述直流充电桩(22)配置两把国标直流充电枪，用于同时给两辆电动汽车充电，或并机给一辆电动汽车快速充电。
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