CN220535428U - 一种小型化储能充电系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种小型化储能充电系统，包括：共直流母线的储能变流器、电池模组、光伏模组和充电桩控制台；充电桩控制台连接多个充电终端；储能变流器用于将公共电网上的交流电能转化为直流电能输送给直流母线；电池模组用于存储直流母线上的电能或者以大于1的放电倍率向直流母线输送电能；光伏模组用于将光能转化为直流电能输送给直流母线；充电桩控制台用于在充电终端有充电需求时，将直流母线上的电能提供给充电终端，并且在超充终端被激活时，优先满足超充终端的充电需求，在超充终端未被激活时，超充终端兼容为快充终端。本实用新型的小型化储能充电系统，在无需对公共电网的变压器容量进行扩容的情况下，仍可对电动汽车实现快速充电。

Description

一种小型化储能充电系统

技术领域

本实用新型涉及电动汽车应用领域，尤其涉及一种小型化储能充电系统。

背景技术

超充终端的充电功率可以达到240kW-480kW，以续航500km的电动汽车为例，其电池容量一般为60kWh左右，若使用480kW超充终端对其进行充电，5分钟可以补电40kWh，续航里程可增加300km左右，可有效解决充电过慢问题。

常规的快充终端、超充终端对公共电网的变压器容量要求较高，以480kW超级充电桩为例，需要占用变压器500kVA以上的容量。在公共电网只能向变压器提供其有限的剩余配电380V电压等级时，该380V电压等级对应的变压器容量仅是30kVA至200kVA范围，显然无法满足超充终端的充电需求，为此需要对公共电网的变压器容量进行扩容。

然而为实现公共电网的变压器容量扩容，一般需要重新铺设电网线路，对现有电网设备进行系统地改造，这不仅对场地要求高，而且还涉及到10kV进线、上级变压器容量等，线路工程极其复杂，建设周期长。

发明内容

本实用新型提供了一种小型化储能充电系统，在无需对公共电网的变压器容量进行扩容的情况下，仍可对电动汽车实现快速充电。

本实用新型提供的小型化储能充电系统，包括：储能变流器、电池模组、光伏模组和充电桩控制台；所述储能变流器的直流端连接直流母线，交流端连接公共电网的变压器；所述电池模组和所述光伏模组的接口端分别连接所述直流母线，所述充电桩控制台的一端连接所述直流母线，另一端设置多个并联的充电终端，多个所述充电终端包括至少一个超充终端和至少一个快充终端；

所述储能变流器，用于将公共电网上的交流电能转化为直流电能输送给所述直流母线；

所述电池模组，用于存储所述直流母线上的电能或者以大于1的放电倍率向所述直流母线输送电能；

所述光伏模组，用于将光能转化为直流电能输送给所述直流母线；

所述充电桩控制台，用于在充电终端有充电需求时，将所述直流母线上的电能提供给所述充电终端，并且在超充终端被激活时，优先满足所述超充终端的充电需求，在超充终端未被激活时，所述超充终端兼容为快充终端。

本实用新型的技术方案能够达到以下有益效果：

本实用新型提供的小型化储能充电系统，储能变流器、电池模组和光伏模组均可向直流母线输送电能，这样在无需对公共电网的变压器容量进行扩容的情况下，当充电终端有快速充电或超快速充电需求时，即便在用电高峰期储能变流器输送给直流母线上的电能受限，或者公共电网断电的情况下，还可以利用电池模组和光伏模组为直流母线输送电能，向有限数量的充电终端提供足够的电能，而且本实用新型中的电池模组是以大于1的放电倍率向直流母线输送电能，可以快速提升直流母线的电压，保证了充电终端能够以较大功率对电动汽车实现快速充电；此外本实用新型在超充终端被激活时，充电桩控制台通过优先满足超充终端的充电需求，使得超充终端的充电功率得到充分保证，在超充终端未被激活时，通过将超充终端兼容为快充终端可与其他快充终端同时使用，使得每个充电终端都能得到有效利用。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。在附图中：

图1是本实用新型提供的一种小型化储能充电系统的结构示意图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本实用新型。提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本实用新型，并且能够将本实用新型的范围完整的传达给本领域的技术人员。虽然附图中显示了本实用新型的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本实用新型而不应被这里阐述的实施例所限制。

图1为本实用新型提供的一种小型化储能充电系统的结构示意图。如图1所示，本实用新型的小型化储能充电系统，包括：储能变流器11、电池模组12、光伏模组13和充电桩控制台14；储能变流器11的直流端连接直流母线10，交流端连接公共电网的变压器15；电池模组12和光伏模组13的接口端分别连接直流母线10，充电桩控制台14的一端连接直流母线10，另一端设置多个并联的充电终端(141，142，143)，多个充电终端包括至少一个超充终端(141)和至少一个快充终端(142，143)；

储能变流器11，用于将公共电网上的交流电能转化为直流电能输送给直流母线10；

电池模组12，用于存储直流母线10上的电能或者以大于1的放电倍率向直流母线10输送电能；

光伏模组13，用于将光能转化为直流电能输送给直流母线10；

充电桩控制台14，用于在充电终端有充电需求时，将所述直流母线10上的电能提供给所述充电终端，并且在超充终端141被激活时，优先满足所述超充终端141的充电需求，在超充终端未被激活时，所述超充终端141兼容为快充终端。

以70kW储能变流器(Power Conversion System，PCS),70kWh电池模组12、可对外提供240kW充电功率为例。小型化储能充电系统包括3个充电终端，其中1个为超充终端，另外2个为快充终端。当充电终端无充电需求时，电池模组12存储光伏模组13输送给直流母线10的电能，或者存储公共电网通过储能变流器11转化并输送给直流母线10的电能。若超充终端被激活，光伏模组13、电池模组12与储能变流器11并联对充电桩控制台14供电，其中电池模组12以3倍的放电倍率(3C)放电，可以提供200kW以上功率，系统整体最大可提供270kW功率给到充电桩控制台14，满足超充终端240kW的超充需求；若超充终端未被激活，超充终端兼容为快充终端，3个充电终端可同时使用。若发生公共电网停电事件，电池模组12和光伏模组13可独立给充电桩控制台供电，实现充电终端不间断充电需求。

由此可知，本实用新型提供的小型化储能充电系统，储能变流器11、电池模组12和光伏模组13均可向直流母线10输送电能，这样在无需对公共电网的变压器15容量进行扩容的情况下，当充电终端有快速充电或超快速充电需求时，即便用电高峰期储能变流器11输送给直流母线10上的电能受限，或者公共电网断电的情况下，还可以利用电池模组12和光伏模组13为直流母线输送电能，为有限数量的充电终端提供足够的电能，而且本实用新型中的电池模组12是以大于1的放电倍率向直流母线10输送直流电能，可以快速提升直流母线10的电压，保证了充电终端能够以较大功率对电动汽车实现快速充电；此外本实用新型在超充终端被激活时，充电桩控制台14通过优先满足超充终端的充电需求，使得超充终端的充电功率得到充分保证，在超充终端未被激活时，通过将超充终端兼容为快充终端可与其他快充终端同时使用，使得每个充电终端都能得到有效利用。

本实用新型的小型化储能充电系统中的储能变流器、电池模组，充电桩控制台等具有双向工作特性，既可充电，也可放电。

在本实用新型的一个实施例中，储能变流器11还用于将直流母线10上的直流电能转换为交流电能输送给公共电网，缓解用电高峰期公共电网的电压不足。

光伏模组13作为一种利用清洁能源的发电设备，将光能转化为直流电能输送给直流母线10，可以供充电终端取用，可以存储在电池模组12中，还可以输送给公共电网，能量利用率高，有效缓解了用电高峰期电动汽车集中充电时给公共电网造成的冲击。

在本实用新型的一个实施例中，充电桩控制台14还用于从连接充电终端(141、142、143)的电动汽车上回收多余电能输送给直流母线10。

在用电高峰期，充电桩控制台14将连接充电终端的电动汽车上多余的电能输送至直流母线10，或者供其它充电终端为电动汽车充电使用，或者通过储能变流器11转换为交流电能输送给公共电网。电动汽车的车主可以低电价时充电，高电价时卖电，促使电动汽车的车主在用电低谷期使用充电终端给电动汽车充电，在用电高峰期卖电给小型化储能充电系统，赚取差价，缓解用电高峰期电动汽车集中充电时给公共电网造成的冲击。

可以理解的是，本实用新型的小型化储能充电系统还包括状态控制单元(图1未示出)，所述状态控制单元与储能变流器11、电池模组12和充电桩控制台14分别通讯连接，用于根据电池模组12的剩余电量以及直流母线10的电压控制它们的工作状态。

储能变流器11的工作状态包括：非使能状态、将直流母线10上的电能输送给公共电网、将公共电网上的电能输送给直流母线10；电池模组12的工作状态包括：非使能状态、向直流母线10输送电能、储存直流母线10上的电能。其中，非使能状态具体指设备处于非工作状态或者关闭状态。

充电桩控制台14的工作状态包括：将直流母线10上的电能提供给充电终端、从连接充电终端的电动汽车上回收多余电能输送给直流母线10、停止从连接充电终端的电动汽车上回收多余电能。

针对不同应用场景，状态控制单元根据电池模组12的剩余电量以及直流母线10的电压，控制储能变流器11、电池模组12和充电桩控制台14处于不同的工作状态，可以提供有效的功率、能量控制，满足多种充电需求，既能保证在充电终端有快速充电或超快速充电需求时，向充电终端提供足够的电能，还能缓解用电高峰期公共电网的电压不足，最大化电能利用率，实现小容量大功率超充功能。

具体来说，直流母线10上的电压低于设定值时，才会从连接充电终端的电动汽车上回收多余电能，降低电动汽车集中充电给公共电网造成的冲击。直流母线10上的电压高于另一设定值时，才会将直流母线10上的电能传送到公共电网，从而给充电终端预留充足的电能对电动汽车进行快速充电。

本实用新型中，将电池模组12的剩余电量预设有两个档位：第一预设电量E1(满电量档位)、第二预设电量E2(电量严重不足档位)，显然第一预设电量E1大于第二预设电量E2。同时将直流母线10的电压也预设有两个档位：第一预设电压V1(高电压档位)、第二预设电压V2(低电压档位)，显然第一预设电压V1大于第二预设电压V2。

第一种情形是，电池模组12的剩余电量大于第一预设电量E1，并且直流母线10的电压大于第一预设电压V1，此时状态控制单元控制储能变流器11将直流母线10上的电能输送给公共电网，并控制电池模组12切换至非使能状态，控制充电桩控制台14停止从连接充电终端的电动汽车上回收多余电能。由于电池模组12内的剩余电量充足，而且直流母线10的电压足够高，能够满足电动汽车的快速充电或超快速充电需求，此时，可以将直流母线10上的电能输送给公共电网，也不需要回收电动汽车多余的电能，此时通常为用电低谷时间段。

第二种情形是，电池模组12的剩余电量大于第一预设电量E1，并且直流母线10的电压大于等于第二预设电压V2，小于等于第一预设电压V1，此时状态控制单元控制储能变流器11切换至非使能状态，并控制电池模组12切换至非使能状态，控制充电桩控制台14停止从连接充电终端的电动汽车上回收多余电能。由于电池模组12的剩余电量充足，而且直流母线10的电压差不多能够维持电动汽车的快速充电或超快速充电需求，因此，直流母线10停止向公共电网输送电能，不需要给电池模组12充电，也不需要回收电动汽车多余的电能，此时直流母线10和公共电网之间，以及直流母线10和电池模组12之间不用升压或交直流变化，电能利用率高。

第三种情形是，电池模组12的剩余电量大于第一预设电量E1，并且直流母线10的电压小于第二预设电压V2，此时状态控制单元控制储能变流器11切换至非使能状态，并控制电池模组12将电池模组12的电能传送至直流母线10，控制充电桩控制台14停止从连接充电终端的电动汽车上回收多余电能。由于直流母线10的电压过低，无法满足电动汽车的快速充电或超快速充电需求，因此，需要电池模组12以大于1的放电倍率向直流母线10输送电能。

第四种情形是，电池模组12的剩余电量小于等于第一预设电量E1，但大于等于第二预设电量E2，并且直流母线10的电压大于第一预设电压V1，此时状态控制单元控制储能变流器11将直流母线10上的电能输送给公共电网，并控制电池模组12存储直流母线10上的电能，控制充电桩控制台14停止从连接充电终端的电动汽车上回收多余电能。由于直流母线10的电压足够高，而且电池模组12的剩余电量减少，因此，需要将直流母线10上的电能传送至电池模组12和公共电网。

第五种情形是，电池模组12的剩余电量小于等于第一预设电量E1，但大于等于第二预设电量E2，并且直流母线10的电压小于等于第一预设电压V1，但大于等于第二预设电压V2，此时状态控制单元控制储能变流器11切换至非使能状态，并控制电池模组12切换至非使能状态，控制充电桩控制台14停止从连接充电终端的电动汽车上回收多余电能。由于电池模组12的剩余电量及直流母线10的电压还能维持电动汽车的快速充电或超快速充电需求，此时，储能变流器11和电池模组12均处于非工作状态。

第六种情形是，电池模组12的剩余电量小于等于第一预设电量E1，但大于等于第二预设电量E2，并且直流母线10的电压小于第二预设电压V2，此时状态控制单元控制储能变流器11切换至非使能状态，并控制电池模组12以大于1的放电倍率向直流母线输送电能，控制充电桩控制台14开始从连接充电终端的电动汽车上回收多余电能。由于直流母线10的电压过低，无法满足电动汽车的快速充电或超快速充电需求，需要电池模组12及其它能量充足的电动汽车给直流母线10供电。

第七种情形是，电池模组12的剩余电量小于第二预设电量E2，并且直流母线10的电压大于第一预设电压V1，此时状态控制单元控制储能变流器11切换至非使能状态，并控制电池模组12存储直流母线10上的电能，控制充电桩控制台14停止从连接充电终端的电动汽车上回收多余电能。由于电池模组12的剩余电量不足，但直流母线10能够维持电动汽车的快速充电或超快速充电需求，因此，利用直流母线10给电池模组12充电。

第八种情形是，电池模组12的剩余电量小于第二预设电量E2，并且直流母线10的电压小于等于第一预设电压V1，但大于等于第二预设电压V2，此时状态控制单元控制储能变流器11切换至非使能状态，并控制电池模组12切换至非使能状态，控制充电桩控制台14停止从连接充电终端的电动汽车上回收多余电能。由于直流母线10勉强能够维持电动汽车的快速充电或超快速充电需求，虽然电池模组12的剩余电量很低，但仍然不给电池模组12充电。

第九种情形是，电池模组12的剩余电量小于第二预设电量E2，并且直流母线10的电压小于第二预设电压V2，此时状态控制单元控制储能变流器11将公共电网上的电能输送给直流母线10，并控制电池模组12切换至非使能状态，控制充电桩控制台14开始从连接充电终端的电动汽车上回收多余电能。由于电池模组12的剩余电量及直流母线10上的电压均很低，需要公共电网给直流母线10输送电能，也需要回收其它电动汽车多余的电能，以满足电动汽车的快速充电或超快速充电需求，此时多为用电高峰期，电价较高，虽然电池模组12的剩余电量不足，也不会给电池模组12充电，降低成本，同时回收其它电动汽车多余的电能，给电动汽车车主带来收益，促进电动汽车车主卖电，减轻用电高峰期的公共电网的压力，提高了电能利用率。

综上所述，本实用新型提供的小型化储能充电系统，在无需对公共电网的变压器容量进行扩容的情况下，当充电终端有快速充电或超快速充电需求时，可向有限数量的充电终端提供足够的电能，保证充电终端能够以较大功率对电动汽车实现快速充电；在用电低谷期且电池模组12的剩余电量不足时，电池模组12存储直流母线10上的电能，且优先存储光伏模组13的电能，其次是存储公共电网上的电能；在用电高峰期，将直流母线10上的电能提供给充电终端，满足电动汽车的快速充电或超快速充电需求，且电动汽车首先利用光伏模组输送给直流母线10的电能，不足时再利用电池模组12以大于1的放电倍率向直流母线10输送的电能，仍然不足时，再从其它电动汽车取电，最后从公共电网取电，因此，电动汽车车主可以低电价(用电低谷)时充电，高电价(用电高峰)时卖电赚取差价，从而促使电动汽车车主在用电低谷期给电动汽车充电，在用电高峰时卖电给小型化储能充电系统，让小型化储能充电系统为其它电动汽车充电，从而缓解了用电高峰期电动汽车集中充电时给公共电网造成的冲击，在无需对公共电网的变压器容量进行扩容的情况下，仍可对电动汽车实现快速充电。

本实用新型提供的小型化储能充电系统，具有小型化优势，系统利用率高，较少出现闲置状态。采用直流母线进行储充，效率高，损耗小；电池模组以大于1的放电倍率向直流母线输送电能，电池功率密度高，体积小，成本低；对变压器的容量需求低，基本无需对变压器进行改造；状态控制单元根据电池模组的剩余电量以及直流母线的电压，控制储能变流器、电池模组和充电桩控制台的工作状态，可制定多种能量控制策略，兼容性强，满足充电终端的不同充电需求。

以上仅为本实用新型的实施例而已，并不用于限制本实用新型。对于本领域技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的权利要求范围之内。

Claims (10)

1.一种小型化储能充电系统，其特征在于，包括：储能变流器、电池模组、光伏模组和充电桩控制台；所述储能变流器的直流端连接直流母线，交流端连接公共电网的变压器；所述电池模组和所述光伏模组的接口端分别连接所述直流母线，所述充电桩控制台的一端连接所述直流母线，另一端设置多个并联的充电终端，多个所述充电终端包括至少一个超充终端和至少一个快充终端；

所述储能变流器，用于将公共电网上的交流电能转化为直流电能输送给所述直流母线；

所述电池模组，用于存储所述直流母线上的电能或者以大于1的放电倍率向所述直流母线输送电能；

所述光伏模组，用于将光能转化为直流电能输送给所述直流母线；

所述充电桩控制台，用于在充电终端有充电需求时，将所述直流母线上的电能提供给所述充电终端，并且在超充终端被激活时，优先满足所述超充终端的充电需求，在超充终端未被激活时，所述超充终端兼容为快充终端。

2.根据权利要求1所述的小型化储能充电系统，其特征在于，所述储能变流器，还用于将直流母线上的直流电能转换为交流电能输送给所述公共电网。

3.根据权利要求2所述的小型化储能充电系统，其特征在于，所述充电桩控制台，还用于从连接所述充电终端的电动汽车上回收多余电能输送给所述直流母线。

4.根据权利要求3所述的小型化储能充电系统，其特征在于，还包括状态控制单元，所述状态控制单元与所述储能变流器、所述电池模组和所述充电桩控制台分别通讯连接，用于根据所述电池模组的剩余电量以及所述直流母线的电压控制它们的工作状态。

5.根据权利要求4所述的小型化储能充电系统，其特征在于，在所述电池模组的剩余电量小于第一预设电量E1，且所述直流母线的电压大于第一预设电压V1时，所述状态控制单元控制所述电池模组存储所述直流母线上的电能。

6.根据权利要求5所述的小型化储能充电系统，其特征在于，在所述电池模组的剩余电量小于第二预设电量E2，且所述直流母线的电压小于第二预设电压V2时，所述状态控制单元控制所述储能变流器将公共电网上的交流电能转化为直流电能输送给所述直流母线，其中，所述第一预设电压V1大于所述第二预设电压V2，所述第一预设电量E1大于所述第二预设电量E2。

7.根据权利要求6所述的小型化储能充电系统，其特征在于，在所述电池模组的剩余电量大于所述第二预设电量E2，且所述直流母线的电压小于所述第二预设电压V2时，所述状态控制单元控制所述电池模组以大于1的放电倍率向所述直流母线输送直流电能。

8.根据权利要求7所述的小型化储能充电系统，其特征在于，在所述电池模组的剩余电量大于所述第二预设电量E2，且所述直流母线的电压大于所述第一预设电压V1时，所述状态控制单元控制所述储能变流器将直流母线上的直流电能转换为交流电能输送给所述公共电网。

9.根据权利要求8所述的小型化储能充电系统，其特征在于，在所述电池模组的剩余电量小于所述第一预设电量E1，且所述直流母线的电压小于第二预设电压V2时，所述状态控制单元控制所述充电桩控制台从连接所述充电终端的电动汽车上回收多余电能输送给所述直流母线。

10.根据权利要求9所述的小型化储能充电系统，其特征在于，在所述直流母线的电压大于等于所述第二预设电压V2但小于等于所述第一预设电压V1时，无论所述电池模组的剩余电量如何，所述状态控制单元控制所述电池模组和所述储能变流器均处于非使能状态，并控制所述充电桩控制台停止从连接所述充电终端的电动汽车上回收多余电能。