CN217240364U

CN217240364U - 一种储能充电系统

Info

Publication number: CN217240364U
Application number: CN202220253518.6U
Authority: CN
Inventors: 高司利; 童天辰; 蔡莉; 谢才东
Original assignee: Shitu Technology Hangzhou Co ltd
Current assignee: Shitu Technology Hangzhou Co ltd
Priority date: 2022-02-07
Filing date: 2022-02-07
Publication date: 2022-08-19
Anticipated expiration: 2032-02-07

Abstract

本公开提供一种储能充电系统，涉及充电技术领域，以使得储能充电系统在体积受限的情况下，不仅达到满功率输出，还可以增加电芯和功率模块的选型范围。所述储能充电系统，包括：储能装置和充电装置，所述充电装置包括DC/AC转换器和AC/DC转换器；所述储能装置的电源接口与所述DC/AC转换器的直流端电连接，所述DC/AC转换器的交流端与所述AC/DC转换器的交流端电连接。本公开提供的储能充电系统用于充电技术中。

Description

一种储能充电系统

技术领域

本公开涉及充电技术领域，尤其涉及一种储能充电系统。

背景技术

移动充电车是可灵活机动的实现移动充电功能的充电设备，其可以包括储能装置和充电装置。储能装置可以通过充电装置所含有的DC/DC功率模块为电动汽车等用电设备进行充电。而在储能装置内的储能电池电量不足的情况下，也可以为储能电池补电。

在相关技术中，需要增加储能电池的电芯串联数量，以提升储能电池的电压平台到合适的电压平台，使得DC/DC功率模块的输入电压为DC650V，从而达到满功率输出。但是，储能电芯的串联数量越多，其体积也就越大，无法适用于体积受限的移动充电车。

实用新型内容

本公开的目的在于提供一种储能充电系统，以使得储能充电系统可以在体积受限的情况下，不仅达到满功率输出，还可以增加电芯和功率模块的选型范围。

为了达到上述目的，本公开提供一种储能充电系统，包括：储能装置和充电装置，所述充电装置包括DC/AC转换器和AC/DC转换器；所述储能装置的电源接口与所述DC/AC 转换器的直流端电连接，所述DC/AC转换器的交流端与所述AC/DC转换器的交流端电连接。

与现有技术相比，本公开提供的储能充电系统中，充电装置包括DC/AC转换器和AC/DC转换器，储能装置的电源接口与DC/AC转换器的直流端电连接，DC/AC转换器的交流端与AC/DC转换器的交流端电连接。基于此，当储能装置可以向DC/AC转换器提供第一直流电，DC/AC转换器可以将第一直流电转换为第一交流电，然后利用AC/DC转换器将所述第一交流电转换为第二直流电，利用第二直流电向外部用电设备充电。同时，基于 DC/AC转换器的逆变输入特性和AC/DC转换器的整流输入特性可知，在储能装置向DC/AC 转换器提供的第一直流电的电压较小的情况下，DC/AC转换器和AC/DC转换器均可以满功率输出，从而保证充电装置为功率较大的用电设备充电，因此，可以选择数量较少的高电压平台的小容量电芯进行串联，以达到充电装置的满功率输出，进而使得储能充电系统可以应用在体积受限的场景如移动充电场景中。不仅如此，由于DC/AC转换器和AC/DC转换器的输入电压较小的情况下，其可以达到满功率输出，因此，储能装置还可以选择电压平台较低的电芯进行串联，从而增加储能装置的电芯可选择范围。

另外，本公开提供的储能充电系统中，充电装置所含有的功率模块包括DC/AC转换器和AC/DC转换器，其选型范围比较广，因此，本公开提供的储能充电系统可以根据实际场景需求，选择不同型号的DC/AC转换器和AC/DC转换器，使得储能充电系统可使用的场景比较多。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本公开的进一步理解，构成本公开的一部分，本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开，并不构成对本公开的不当限定。在附图中：

图1示出了相关技术中DC/DC转换器的输出功率与输入电压的功率曲线图；

图2示出了本公开示例性实施例的储能充电系统的一种结构示意图；

图3示出了本公开示例性实施例的DC/AC转换器的逆变特性曲线；

图4示出了本公开示例性实施例的AC/DC转换器在环境温度小于50℃的整流特性曲线；

图5示出了本公开示例性实施例的储能充电系统的另一种结构示意图；

图6示出了本公开示例性实施例的双向DC/AC转换器的整流特性曲线；

图7示出了本公开示例性实施例的补电原理示意图。

具体实施方式

为了使本公开所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本公开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公开，并不用于限定本公开。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本公开的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。“若干”的含义是一个或一个以上，除非另有明确具体的限定。

在本公开的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本公开和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本公开的限制。

在本公开的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本公开中的具体含义。

相关技术中，移动充电车包括储能装置和充电装置。充电装置内含有功率模块，该功率模块包括DC/DC转换器。储能装置可以为充电装置提供直流电，DC/DC转换器可以将直流电转换后为电动汽车等外部用电设备充电。

图1示出了相关技术中DC/DC转换器的输出功率与输入电压的功率曲线图。如图1所示，该DC/DC转换器为目前市场上比较成熟的大功率DC/DC转换器，其满功率输出为30KW。从图1可以看出，DC/DC转换器的输入端电压对DC/DC转换器的输出功率Po影响非常大。例如：当DC/DC转换器的输入端电压Vin从300Vdc增加到650Vdc，DC/DC 转换器的输出功率Po从不到14KW左右增加到30KW；当DC/DC转换器的输入端电压Vin 从650Vdc增加到800Vdc，其输出功率未发生变化，因此，当DC/DC转换器的输入端电压 Vin至少为650Vdc时，DC/DC转换器才能达到满功率输出。如果储能装置选择高电压平台小容量电芯，需要串联较多的电芯，才能保证DC/DC转换器的输出电压等于650Vdc，使得DC/DC转换器达到满功率输出。但是，当电芯串联数量比较多时，储能装置的体积比较大，无法适用于体积受限的移动充电车。同时，目前市场上的单体电芯容量越来越大，既要满足系统能量需求，又要保证功率模块的满功率输出，导致储能装置移动储能充电车的可选型电芯资源受到严重限制。此外，DC/DC转换器在满功率输出的情况下，其输出功率为30KW，难以适应于大功率用电设备，因此，充电装置的选型范围比较小。

本公开示例性实施例提供一种储能充电系统，可以为移动式充电车等移动式储能充电系统，也可以为非移动式储能充电系统，此处不做限制。应理解，移动式充电车可以为低速移动充电车，但不仅限于此，只要保证可以充电即可。

图2示出了本公开示例性实施例的储能充电系统的一种结构示意图。如图2所示，该储能充电系统100包括两部分，分别为储能装置101和充电装置102。充电装置102含有的功率模块包括DC/AC转换器1021和AC/DC转换器1022。储能装置101的电源接口与DC/AC 转换器1021的直流端电连接，DC/AC转换器1021的交流端与AC/DC转换器1022的交流端电连接。应理解，DC/AC转换器1021的交流端具有三相接口，AC/DC转换器1022的交流端也具有三相接口，因此，DC/AC转换器1021的交流端具有的三相接口与AC/DC转换器1022的交流端具有的三相接口一一对应连接。

如图2所示，在储能装置101处在放电状态时，DC/AC转换器1021用于将储能装置提供的第一直流电转换为第一交流电，AC/DC转换器1022用于将第一交流电转换为第二直流电，利用第二直流电向外部用电设备200充电。

在实际应用中，如图2所示，如果电动汽车需要充电，储能装置101可以向充电装置102提供第一直流电，充电装置102通过DC/AC转换器1021和AC/DC转换器1022将第一直流电满功率转换为第二直流电，利用第二直流电向电动汽车充电。在充电装置102为电动汽车进行充电时，充电装置102的工作模式可以包括逆变模式和整流模式。在逆变模式下，DC/AC转换器1021可以将第一直流电转换为第一交流电，接着在整流模式下，AC/DC 转换器1022将第一交流电转换为第二直流电，以利用第二直流电为电动汽车等外部用电设备200充电。

图3示出了本公开示例性实施例的DC/AC转换器的逆变特性曲线。如图3所示，DC/AC 转换器1021的输出功率受到DC/AC转换器1021的输入电压Vin影响比较小。例如：根据DC/AC转换器的逆变输入特性曲线可知，当DC/AC转换器的输入电压为300Vdc时，DC/AC 就达到满功率输出。图4示出了本公开示例性实施例的AC/DC转换器在环境温度小于50℃的整流特性曲线。如图4所示，AC/DC转换器1022的输出功率Po受到AC/DC转换器1022 的输入电压Vin影响比较小。例如：根据AC/DC转换器1022的整流输入特性曲线可知，当AC/DC转换器1022的输入电压为320Vac，即可达到满功率输出，满功率输出的电压值为30KW。

可见，如图2所示，在储能装置101向DC/AC转换器1021提供的第一直流电的电压较小的情况下，DC/AC转换器1021和AC/DC转换器1022均可以满功率输出，从而保证充电装置102为功率较大的外部用电设备200充电。

示例性的，当第一直流电的电压为300Vdc或300Vdc以上，DC/AC转换器为300V以上的DC/AC转换器，所述AC/DC转换器为300V以上的AC/DC转换器。例如：第一直流电的电压为300Vdc～480Vdc，该DC/AC转换器和AC/DC转换器均为满功率输出。此时， DC/AC转换器为300V～480V的DC/AC转换器，AC/DC转换器为380V～480V的AC/DC转换器。

在实际应用中，如图2所示，充电装置102可以根据所使用的场景不同，选择DC/AC转换器和AC/DC转换器类型。例如：国内工业用电的电压可以为380V，因此，当储能充电系统在国内使用时，充电装置102可以选择380V的DC/AC转换器和380V的AC/DC转换器，使得充电装置102达到满功率输出。又例如：德国、新加坡等国家工业用电的电压可以为400V，因此，当储能充电系统在德国、新加坡等国家境内使用时，充电装置102可以选择400V的DC/AC转换器和400V的AC/DC转换器，使得充电装置102达到满功率输出。再例如，葡萄牙工业用电的电压可以为480V，因此，当储能充电系统在葡萄牙境内使用时，充电装置102可以选择480V的DC/AC转换器和480V的AC/DC转换器，使得充电装置102达到满功率输出。

由上可见，如图2所示，本公开示例性实施例的DC/AC转换器1021输入电压为300Vdc 及300V以上时，DC/AC转换器1021和AC/DC转换器达到满功率输出，因此，与相关技术相比，本公开示例性实施例的储能装置101可以选择数量较少的高电压平台的小容量电芯进行串联，为DC/AC转换器1021提供较低的输入电压，即可保证充电装置102的满功率输出的目的，进而使得储能充电系统100可以用于体积受限的场景如移动充电场景中。

另外，由于DC/AC转换器1021和AC/DC转换器1022的输入电压较小的情况下，其可以达到满功率输出，因此，储能装置101还可以选择电压平台较低的电芯进行串联，从而增加储能装置101的电芯可选择范围。而且，充电装置102所含有的功率模块包括DC/AC 转换器1021和AC/DC转换器1022，其选型范围比较广，因此，本公开示例性实施例提供的储能充电系统100可以根据实际场景需求，选择不同型号的DC/AC转换器1021和AC/DC 转换器1022，使得储能充电系统100可使用的场景比较多。

在一种可选方式中，图5示出了本公开示例性实施例的储能充电系统的另一种结构示意图。如图5所示，当DC/AC转换器为双向DC/AC转换器，本公开示例性实施例的储能充电系统100还包括用于与外部交流电源300电连接的交流补电装置103。交流补电装置 103与DC/AC转换器1021的交流端电连接。

如图5所示，在储能装置101处在放电状态时，DC/AC转换器1021可以满功率输出方式将第一直流电转换为第一交流电，AC/DC转换器1022可以满功率输出方式将第一交流电转换为第二直流电，为外部用电设备200充电；同时，当DC/AC转换器1021为双向DC/AC 转换器，DC/AC转换器1021既可以将直流电转换为交流电，还可以将交流电转换为直流电，而DC/AC转换器1021的交流端与交流补电装置103电连接，DC/AC转换器1021的直流端与储能装置101的电源接口电连接，因此，在储能装置101处在补电状态时，DC/AC转换器1021还用于通过交流补电装置103获取外部交流电源300提供的第二交流电，将第二交流电转换为第三直流电，利用第三直流电向储能装置101补电。这种情况下，可以直接使用交流桩或其它三相交流电源作为外部交流电源，向储能装置101补电，不需要使用直流桩，或者将交流电转换为直流电，因此，当DC/AC转换器1021为双向DC/AC转换器，可以在较低补电成本的情况下，正常为储能装置101进行补电，从而节约补电成本。

图6示出了本公开示例性实施例的双向DC/AC转换器的整流特性曲线。如图6所示，在储能装置需要补电时，双向DC/AC转换器的交流端的输入电压接近350Vac可以满功率输出，从而满足储能装置对于补电功率的需求。由此可见，当储能装置处在放电状态时，双向DC/AC转换器与AC/DC转换器相结合，可以保证充电装置以满功率方式为外部用电设备充电；当储能装置处在补电状态时，双向DC/AC转换器可以将第二交流电以满功率输出的方式转换为第三直流电，为储能装置补电，因此，双向DC/AC转换器不仅可以满足充电装置对于能量和功率的需求，还可以满足储能装置对于功率和能量的需求。

示例性的，如图5所示，本公开示例性实施例的充电装置102还可以包括与储能装置 101的通信接口电连接的充电管理器1023。充电管理器1023分别与DC/AC转换器1021的控制端和AC/DC转换器1022的控制端电连接。此时，充电管理器1023用于打开和关闭 DC/AC转换器1021和AC/DC转换器1022。本公开示例性实施例的充电管理器1023还可以与交流补电装置103电连接(未示出)，使得充电管理器1023用于控制交流补电装置103 打开和关闭。

如图5所示，当储能装置101处在放电状态，充电管理器1023用于控制DC/AC转换器1021和AC/DC转换器1022打开，从而为电动汽车等外部用电设备200充电。当储能装置101需要补电的情况下，充电管理器1023用于打开DC/AC转换器1021和交流补电装置 103。应理解，充电管理器1023可以关闭AC/DC转换器1022，保证交流补电装置103可以正常为储能装置101补电。

在实际应用中，如图5所示，当外部用电设备200与充电管理器1023握手成功后，充电管理器1023可以根据外部用电设备200的充电请求控制DC/AC转换器1021和AC/DC 转换器1022打开，并向储能装置101发送充电请求，使得储能装置101根据自身状态和充电请求向充电装置102放电，从而保证充电装置102为电动汽车等外部用电设备充电。在储能装置101补电时，充电管理器1023基于补电请求指令打开DC/AC转换器1021和交流补电装置103，关闭AC/DC转换器1022，从而保证交流补电装置103可以通过DC/AC转换器1021为储能装置101进行补电。应理解，本公开示例性实施例的储能充电系统可以遵循国标GB/T 27930-2015为电动汽车充电，也可以遵循国标GB/T 27930-2015为储能电池补电。

示例性的，如图5所示，上述交流补电装置103可以包括交流充电插座1031和保护器 1032。交流充电插座1031通过保护器1032与DC/AC转换器1021的交流端电连接。在储能装置101处在充电状态时，该保护器1032用于在第二交流电的电学参数超过预设参数的情况下，断开交流充电插座1031与DC/AC转换器1021的电通路。此处电学参数可以为电流参数和电压参数，如浪涌电压和浪涌电流等。此处预设参数可以根据实际情况设置，此处不做详细解释。

在一种示例中，本公开示例性实施例的保护器可以包括电流保护器、浪涌保护器中的至少一个。当然，本公开示例性实施例的保护器的功能还可以通过其它结构实现。

举例来说，图7示出了本公开示例性实施例的补电原理示意图。如图7所示，本公开示例性实施例的保护器1032包括开关控制器10321、开关电路10322以及传感器10323，传感器10323的采集端与开关电路10322电连接，传感器10323的数据接口与开关控制器 10321电连接，开关控制器10321与开关电路10322的控制端电连接，交流充电插座1031 通过开关电路10322与DC/AC转换器1021的交流端电连接。传感器10323可以为电流传感器和/或浪涌传感器等。

如图7所示，当开关电路打开时，传感器10323可以采集经过开关电路10322的第二交流电的电学参数，如电压和电流，并发给开关控制器10321，开关控制器10321可以判断电学参数是否预设参数。当电学参数超过的情况下，开关控制器10321可以控制开关电路10322断开，从而保护储能装置101和DC/AC转换器1021，避免因为电流和/或电压过载对储能装置101和DC/AC转换器1021造成的损坏。

示例性的，如图2和图5所示，本公开示例性实施例的储能装置101包括储能电池1011、电池管理器1012和电源分配器1013。储能电池1011可以包括串联的多个电芯。储能电池 1011的数据采集接口与电池管理器1012的数据接口电连接，电池管理器1012的数据接口与电源分配器1013的控制端电连接，电池管理器1012的数据接口还与充电管理器1023的数据接口电连接，储能电池1011的电源接口与电源分配器1013的电源接口电连接。如图5所示，电源分配器1013的电源接口与DC/AC转换器1021的直流端电连接。

在实际应用中，如图2和图5所示，当电动汽车的电池管理器与储能充电系统100的充电管理器1023握手和充电连接成功后，电动汽车的电池管理器可以根据电动汽车的电池系统状态实时给储能充电系统100的充电管理器1023发送充电请求。由于电池管理器1012的数据接口还与充电管理器1023的数据接口电连接，电池管理器1012的数据接口与电源分配器1013的控制端电连接，储能电池1011的电源接口与电源分配器1013的电源接口电连接，电源分配器1013的电源接口与DC/AC转换器1021的直流端电连接，因此，储能充电系统100的充电管理器1023可以向储能装置101的电池管理器1012发送放电需求，电池管理器1012会根据储能电池1011的实际情况和充电请求控制电源分配器1013，使得储能电池1011通过电源分配器1013向充电装置102放电。同时，电池管理器1012通过CAN 总线通信可以实时将储能电池1011的信息发送至充电管理器1023。当充电管理器1023检测到储能电池出现最高级故障时，也可以通过CAN总线向电池管理器1012发送充放电停止指令。此时，电池管理器1012可以根据充放电停止指令控制电源分配器1013断开，停止储能电池1011放电操作或者为储能电池1011补电。

另外，如图2和图5所示，电池管理器1012可以通过CAN通信总线实时将储能电池1011的信息发送至充电管理器1023，充电管理器1023根据这些信息确定储能电池1011存在目标故障，可以向电池管理器1012发送停止请求指令，电池管理器1012根据停止放电或充电。同时，储能电池1011在进行补电时，电池管理器1012可以遵循国标GB/T 27930-2015，根据储能电池1011系统自身状态给充电管理器1023发送补电请求。

在上述实施方式的描述中，具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上所述，仅为本公开的具体实施方式，但本公开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公开揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本公开的保护范围之内。因此，本公开的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims

1.一种储能充电系统，其特征在于，包括：储能装置和充电装置，所述充电装置包括DC/AC转换器和AC/DC转换器；所述储能装置的电源接口与所述DC/AC转换器的直流端电连接，所述DC/AC转换器的交流端与所述AC/DC转换器的交流端电连接，所述储能充电系统还包括用于与外部交流电源电连接的交流补电装置，所述DC/AC转换器为双向DC/AC转换器，所述交流补电装置与所述DC/AC转换器的交流端电连接，所述充电装置还包括分别与所述交流补电装置的通信接口和所述储能装置的通信接口电连接的充电管理器，所述充电管理器与所述DC/AC转换器的控制端和所述AC/DC转换器的控制端电连接。

2.根据权利要求1所述的储能充电系统，其特征在于，所述DC/AC转换器为300V以上的DC/AC转换器，所述AC/DC转换器为300V以上的AC/DC转换器。

3.根据权利要求1所述的储能充电系统，其特征在于，所述交流补电装置包括交流充电插座和保护器，所述交流充电插座通过所述保护器与所述DC/AC转换器的交流端电连接。

4.根据权利要求3所述的储能充电系统，其特征在于，所述保护器包括电流保护器和浪涌保护器中的至少一个。

5.根据权利要求3所述的储能充电系统，其特征在于，所述保护器包括开关控制器、开关电路以及传感器，所述传感器的采集端与所述开关电路电连接，所述传感器的数据接口与所述开关控制器电连接，所述开关控制器与所述开关电路的控制端电连接，所述交流充电插座通过所述开关电路与所述DC/AC转换器的交流端电连接。

6.根据权利要求1所述的储能充电系统，其特征在于，所述储能装置包括储能电池、电池管理器和电源分配器；所述储能电池的数据采集接口与所述电池管理器的数据接口电连接，所述电池管理器的数据接口与所述电源分配器的控制端电连接，所述电池管理器的数据接口还与所述充电管理器的数据接口电连接，所述储能电池的电源接口与所述电源分配器的电源接口电连接，所述电源分配器的电源接口与所述DC/AC转换器的直流端电连接。