CN211127216U - 一种能源装置、充电车、充电桩和增程式电动汽车 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种能源装置，所述能源装置设有充电端口、并网端口,所述能源装置包括电能发生模块T、储能模块B、DPC模块、DC/DC1模块、DC/DC2模块；所述DPC模块的输入端连接电能发生模块T，用于将电能发生模块T输出的高频交流电整流为直流电；所述储能模块B通过用于稳定直流母线电压、控制储能模块B充放电的DC/DC1模块连接在DPC模块的输出端；所述充电端口通过用于对外部待充电负载放电或对外部输入的直流电进行升压变换的DC/DC2模块并联在DPC模块的输出端。本实用新型是一种不依赖于电网、可以随时随地为电动汽车提供充电电源，且在电网有需求时提供补充并辅助提高电网稳定性、安全性和可靠性的能源装置。

Description

一种能源装置、充电车、充电桩和增程式电动汽车

技术领域

本实用新型涉及能源领域，尤其涉及一种能源装置、充电车、充电桩和增程式电动汽车。

背景技术

为解决环境污染问题，新能源汽车在全球范围内得到长足发展，其中纯电动汽车在新能源汽车中占绝大部分比例。然而受限于电池能量密度，纯电动汽车续航里程短。纯电动车可能面临的充电问题包括：1.若纯电动车在途中电池能量即将耗尽，但附近没有充电桩可用。2.随着纯电动汽车的不断普及，集中式敷设的固定充电桩将难以满足日益增长的充电需求。例如，由于敷设有固定充电桩的充电站数量少而充电需求大造成的交通拥堵。再例如，大量的纯电动车同时充电，会给电网造成巨大负担。

此外，传统的电动汽车充电站一般敷设若干个充电桩，每个充电桩直接挂靠在电网上，仅具备功率单向传输功能(即功率从电网输出至充电桩，再由充电桩输出至待充车辆)。如此，除了大量电动车同时在这样的充电站充电会给电网造成冲击外，在电网处于负荷高峰时，也无法将闲置的电能引向电网。

除了上述提及的问题外，近些年可再生能源发电技术虽不断发展，装机量持续攀升，但风能、太阳能等可再生能源大规模接入电网，由于风力发电、光伏发电的随机性、波动性和间歇性，会导致电网调频调峰压力增加，电网稳定性、安全性和可靠性受影响。

现有技术中：

公开号为CN208767802U的储能式充放电设备，采取储能式充放电的方案，即储能式充放电设备作为电网和电动汽车的桥梁，当电动汽车有充电需求时，储能式充放电设备将存储的电能(源于电网)输出至电动车；当电网处于用电高峰时，储能式充放电设备将存储的电能，或电动车的电能输出至电网。该方案中，储能式充放电设备中由于仅包含储能设备，没有电源，无论是对电网输出，还是对电动车输出，设备的输出能力都很有限。

公开号为CN109353242A的一种智能充电桩系统实现双向有序充放电的充电算法，采用的是智能充电桩方案，智能充电桩能在电网高负荷时，自动将电动汽车内存储的电能回送给小区用户负荷以实现“削峰填谷”。但与CN208767802U提出的方案类似，电动汽车内存储的电能有限，对电网补充的能力也极为有限。

公开号为CN109510250A的具有电网辅助服务功能的充电站、充电桩系统及控制方法，有提出采用充电桩连接退役动力电池的方案，退役动力电池的剩余能源通过充电桩并入电网，以提高退役动力电池的利用效率。该方案虽然很好地提高了退役动力电池的利用效率，但由于退役动力电池的剩余能量毕竟有限，需要频繁更换，退役动力电池的管理工作繁琐。

公开号为CN109638843A的一种能量路由器充电桩统一协调控制方法，采取将光伏、储能、双向电动汽车充电桩整合以构建直流微网的方案，电动汽车可以在电网有需求时通过双向电动汽车充电桩向电网输出电能。但该方案对场地有要求，也增加了光伏发电设备这部分的成本。

实用新型内容

为了解决上述技术问题，本实用新型的目的在于提供一种能够有效解决现有技术中电动汽车充电所存在的多种问题的能源装置、充电车、充电桩和增程式电动汽车。

本实用新型的技术方案如下：

根据本实用新型的一个方面，提供一种能源装置，所述能源装置设有用于连接外部负载向负载供电或从负载取电的充电端口、用于连接外部电网向电网供电的并网端口，所述能源装置包括电能发生模块T、储能模块B、DPC模块、DC/DC1模块、DC/DC2模块；

所述DPC模块的输入端连接电能发生模块T，用于将电能发生模块T输出的高频交流电整流为直流电；

所述储能模块B通过用于稳定直流母线电压、控制储能模块B充放电的DC/DC1模块连接在DPC模块的输出端；

所述充电端口通过用于对外部待充电负载放电或对外部输入的直流电进行升压变换的DC/DC2模块并联在DPC模块的输出端。

进一步的，所述DPC模块具有能够将直流电转换为符合电网需求交流电的逆变状态工作模式，所述并网端口并联在DPC模块的输入端。

进一步的，所述DPC模块的输出端并联有能够将直流电逆变为符合电网需求交流电的DC/AC逆变器，所述并网端口连接DC/AC逆变器。

进一步的，所述电能发生模块T的输出端并联有能够将高频交流电变换为符合电网需求交流电的AC/AC变频器，所述并网端口连接AC/AC变频器。

进一步的，所述能源装置还设有用于对储能模块B充电的补电端口。

进一步的，所述电能发生模块T为微型燃气轮机发电机组，由微型燃气轮机与同轴相连的电机组成，运行时输出高频交流电。

根据本实用新型的另一个方面，提供一种充电车，所述充电车包含上述的能源装置。

根据本实用新型的另一个方面，提供一种充电桩，所述充电桩包含上述的能源装置。

根据本实用新型的另一个方面，提供一种增程式电动汽车，所述增程式电动汽车包含上述的能源装置。

进一步的，所述能源装置的电能发生模块T构成电动汽车的增程器。

与现有技术相比，本实用新型具有如下有益效果：

1、本实用新型是一种不依赖于电网、可以随时随地为电动汽车提供充电电源，且在电网有需求时提供补充并辅助提高电网稳定性、安全性和可靠性的能源装置。

2、本实用新型的能源装置，采用微型燃气轮机作为原动机，将化学能转化为动能带动发电机高速旋转，输出高频交流电；微型燃气轮机具备体积小、重量轻、振动小、噪声低、起动较快、运动部件少、使用寿命长、维护便捷、环境友好、燃料适应性广等优点；因此适于作为不依赖于电网的移动式充电电源及混动汽车的增程器。

3、本实用新型可以作为电动汽车的充电能量源，包括充电端口和并网端口；充电能量源可以装载在车辆上，通过充电端口随时随地为电动汽车提供移动充电服务；也可以敷设在充电站/停车场内作为移动/固定的充电电源，通过充电端口为停在充电站/停车场的电动汽车提供充电服务。

4、本实用新型还可以作为混动汽车的电源系统，电源系统包含两个对外端口，即充电端口和并网端口；电源系统的电能除了可以满足混动汽车自身的电能需求外，还可以通过两个对外端口向外部输出电能；通过充电端口向急需补电的另一电动/混动汽车输出直流电能；通过并网端口将增程器中存储的电能输出至电网。

附图说明

图1为本实用新型能源装置结构图。

图2为本实用新型一实施例中能源装置结构图。

图3为本实用新型另一实施例中能源装置结构图。

图4为本实用新型另一实施例中能源装置结构图。

具体实施方式

为了更好的了解本实用新型的技术方案，下面结合具体实施例、说明书附图对本实用新型作进一步说明。

本实施例提供一种能源装置，如图1所示，

能量源S具有并网端口和充电端口，其中并网端口用于与外部的电网连接，充电端口用于与电动汽车连接。能量源S包括电能发生模块T、储能模块B、DPC模块、DC/DC1模块、DC/DC2模块。

电能发生模块T：电能发生模块T用于产生高频交流电能，由原动机和发电机组成，原动机指将燃料的能量转化为机械能并通过转轴输出机械能的热能发动机，发电机则将原动机产生的机械能转换为电能输出。发电机在原动机的启动阶段也可作电动机运行，拖转原动机转动。原动机可以是柴油发电机、汽油发电机、燃气轮机等。本实施例中优先选用微型燃气轮机(简称微型燃机、微燃机或MT(Microturbine))作为原动机，此时电能发生模块T即为微型燃气轮机与发电机构成的微型燃气轮机发电机组。与传统的内燃机发电机组(如柴油机发电机组)相比，微型燃气轮机发电机组具有体积小、重量轻、振动小、噪声低、启动较快、运动部件少、使用寿命长、维护简单、环境友好、燃料适应性广等优点。因此，除了可在军事领域用作重要国防设施的常用电源，用作军事通信和导弹发射等装备的备用电源；在民用领域用作小型商业建筑物的常用/备用电源，用作偏远地区的分布式供电系统外，微型燃气轮机发电机组有望在电动汽车充电领域有广泛应用。

微型燃气轮机(发电机组)的单机容量一般在300kW内。但对于微型燃气轮机(发电机组)的单机容量范围在国际上并没有统一定义，有些学着认为功率小于500kW为微型燃气轮机(发电机组)。但这些并不构成对本申请的限制。需要说明的是，虽然本实施例优选额定功率较小的微型燃气轮机发电机组作为电能发生模块，但实际上，本申请提出的功率分配方法同样适用于包含功率较大的小型、中型、大型燃气轮机发电机组的系统。

DPC模块的输入端通过交流母线连接电能发生模块T(如微型燃气轮机发电机组)，控制电能发生模块T的转速，将电能发生模块T输出的交流电整流为直流电。

DC/DC1模块用于稳定直流母线电压，控制储能模块B的充放电，实现电能发生模块T的平稳启停，其连接在DPC模块的输出端的直流母线上。

DC/DC2模块对外部待充电负载放电，或对外部输入的直流电进行升压变换，连接在DPC模块的输出端的直流母线上。

储能模块B：储能模块B的作用包括以下多种：为电能发生模块T的原动机提供启动电能；向负载对外输出电能；存储电能发生模块T生成的电能。在本实施例中储能模块B可以是任何形式的可充放电的电能存储设备，例如蓄电池、超级电容等。

能量源S的一般工作模式是对外充电模式，电动汽车通过充电端口与能量源S连接，能量源S输出电能对电动车进行充电操作，给电动车充电的电能来自电能发生模块T(即微型燃气轮机+发电机)和/或储能模块B。

本实用新型的能源装置中，可增设补电端口，通过补电端口对储能模块B进行充电。

如图2所述，在本实用新型的一个实施例中，为了实现向外部电网送电，在图1的基础上不增加硬件，并网端口并联在DPC模块输入端的交流母线上，并网时，电动汽车通过充电端口与能量源S连接，能量源S对从电动车获取的电能进行变换，即DC/DC2模块升压，再由DPC模块工作在逆变模式，将直流母线DC Bus的直流电转换为符合并网需求的交流电，通过并网端口输出至电网。

在本实施例的其中一个实施方式中，并网时电能发生模块T不工作，仅通过外部负载向电网输电；在本实施例的另一种实施方式中，储能模块B存储的电能也可以经变换后输出至电网。

如图3所示，在本实用新型的另一实施例中，在图1的基础上增加并联在DC Bus上的DC/AC逆变器，电能发生模块T、储能模块B、电能汽车的电能可以分别获同时经变换后并入电网，DC/AC逆变器可以将DC Bus上的直流电逆变为满足并网条件的工频交流电。

如图4所示，在本实用新型的另一实施例中，在图1的基础上增加并联在电能发生模块T输出端的AC/AC变频器。电能发生模块T、储能模块B、电动汽车的电能可以分别或同时经变换后并入电网。AC/AC变频器可以将直流母线AC Bus的高频交流电变换为工频交流电并入电网。

在本实用新型的一个实施例中，能量源S可以装载在车辆上，通过充电端口随时随地为电动汽车提供移动充电服务。

在本实用新型的另一个实施例中，能量源S也可以敷设在充电站/停车场内作为移动/固定的充电电源，通过充电端口为停在充电站/停车场的电动汽车提供充电服务。当电网处于用电高峰时，可以将能量源S中存储的电能，或外部电动车输入的电能通过并网端口输出至电网，对电网进行补充。

在本实用新型的另一个实施例中，能量源S还可以作为混动汽车的电源系统，电能发生模块T即构成混动汽车的增程器。能量源S的电能除了可以满足混动汽车自身的电能需求外，还可以通过两个对外端口向外部输出电能。通过充电端口向急需补电的另一电动/混动汽车输出直流电能；或通过并网端口将增程器中存储的电能输出至电网。

本实用新型与传统固定敷设的充电桩相比，采用微型燃气轮机的能源装置作为移动充电装置可以解决纯电动车充电难的问题，也可以作为混动汽车的增程器，增加混动汽车的续航里程；微型燃气轮机的能源装置包含并网功能，可以在电网有需求时，向电网输送电能，缓解电网高峰压力并提高电网稳定性、安全性和可靠性。与现有技术中仅采用储能电池给电网馈电或给电动车充电相比，微型燃气轮机由于其燃料适应性广等优点，可以提供更稳定的电力来源。

以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的实用新型范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离所述实用新型构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能。

Claims (10)

1.一种能源装置，所述能源装置设有用于连接外部负载向负载供电或从负载取电的充电端口、用于连接外部电网向电网供电的并网端口，其特征在于，所述能源装置包括电能发生模块T、储能模块B、DPC模块、DC/DC1模块、DC/DC2模块；

所述DPC模块的输入端连接电能发生模块T，用于将电能发生模块T输出的高频交流电整流为直流电；

所述储能模块B通过用于稳定直流母线电压、控制储能模块B充放电的DC/DC1模块连接在DPC模块的输出端；

所述充电端口通过用于对外部待充电负载放电或对外部输入的直流电进行升压变换的DC/DC2模块并联在DPC模块的输出端。

2.根据权利要求1所述的一种能源装置，其特征在于，所述DPC模块具有能够将直流电转换为符合电网需求交流电的逆变状态工作模式，所述并网端口并联在DPC模块的输入端。

3.根据权利要求1所述的一种能源装置，其特征在于，所述DPC模块的输出端并联有能够将直流电逆变为符合电网需求交流电的DC/AC逆变器，所述并网端口连接DC/AC逆变器。

4.根据权利要求1所述的一种能源装置，其特征在于，所述电能发生模块T的输出端并联有能够将高频交流电变换为符合电网需求交流电的AC/AC变频器，所述并网端口连接AC/AC变频器。

5.根据权利要求1所述的一种能源装置，其特征在于，所述能源装置还设有用于对储能模块B充电的补电端口。

6.根据权利要求1-5任一项所述的一种能源装置，其特征在于，所述电能发生模块T为微型燃气轮机发电机组，由微型燃气轮机与同轴相连的电机组成，运行时输出高频交流电。

7.一种充电车，其特征在于，所述充电车包含如权利要求1-6任一项所述的能源装置。

8.一种充电桩，其特征在于，所述充电桩包含如权利要求1-6任一项所述的能源装置。

9.一种增程式电动汽车，其特征在于，所述增程式电动汽车包含如权利要求1-6任一项所述的能源装置。

10.根据权利要求9所述的一种增程式电动汽车，其特征在于，所述能源装置的电能发生模块T构成电动汽车的增程器。

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