CN108667117A - 一种基于公交站台光伏发电的共享充电宝装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于公交站台光伏发电的共享充电宝装置，其特征在于，包括：光伏电池板；梯次利用锂电池组；按照光伏电池板、梯次利用锂电池组、路灯电源的先后顺序为共享充电宝箱及站台负荷提供电能；布置在公交站台的共享充电宝箱，在共享充电宝箱内有多个充电宝及充电线；智能监控***。本发明采用光伏光伏电池板发电、梯次利用锂电池储能，以公交站台作为共享充电宝的借还场所，方便了共享充电宝的借还，体现了节能减排、绿色共享的环保理念。

Description

一种基于公交站台光伏发电的共享充电宝装置

技术领域

本发明涉及一种将光伏发电与共享充电宝相结合，并应用在公交站台中的设备。

背景技术

目前，共享充电宝是时下最时髦的共享经济。传统的共享充电宝场所一般在车站、咖啡厅和大型商场等，相对固定的场所使得借还共享充电宝不够方便，大大的阻碍了共享充电宝的推广。随着城市公共交通***的发展，公交站台早已遍布于城市的每个角落，现如今公交站台遮雨棚部分基本属于闲置资源，没有得到有效利用。随着电动汽车的逐步产业化，据权威部门预测：到2020年每年退役的锂电池将成爆发式的增长，废旧动力锂电池的回收和处理引起人们的密切关注，退役电池的梯次利用技术日渐成熟，大量的梯次利用锂电池的使用场所是人们急需考虑的问题。

现有共享充电宝类型有如下几种：一是移动模式下的移动共享，即人和充电设备都是可以移动的，用户可以从A地借充电宝到B地还；二是固定场景下的移动共享，即从A点借A点还；三是固定场景下的固定共享，即线机一体。其共性是场所相对固定人们借还起来不够方便，严重阻碍的共享充电宝的推广。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于公交站台光伏发电的共享充电宝装置，以解决上述背景技术中提出的公交站台遮雨棚部分基本属于闲置资源，没有得到有效利用、废旧动力锂电池回收和处理、目前的共享充电宝设备大多放置在一些相对固定的场合，导致借还起来不够便捷等问题。为解决上述问题，本发明采取的技术方案如下：

为了达到上述目的，本发明的技术方案是提供了一种基于公交站台光伏发电的共享充电宝装置，其特征在于，包括：

光伏电池板，用于将太阳能转换成直流电，直流电经单向DC/DC变换器变换电压后送入直流母线；

梯次利用锂电池组，采用电动汽车退役的锂电池，通过双向DC/DC变换器接入直流母线，若光伏电池板送入直流母线的能量过剩，则多余的能量通过双向DC/DC变换器变换电压后送入梯次利用锂电池组内存储，若光伏电池板提供的能量不足，则梯次利用锂电池组内存储的电能通过双向DC/DC变换器变换电压后送入直流母线，当梯次利用锂电池组内存储的电能低于阈值A后，市电通过AC/DC变换器将交流电变换为直流电后，再通过直流母线及双向DC/DC变换器送入梯次利用锂电池组，为梯次利用锂电池组充电，直至梯次利用锂电池组内存储的电能高于阈值B；

光伏电池板或梯次利用锂电池组为接入直流母线的公交站台的用电设备提供工作电压；

布置在公交站台的共享充电宝箱，在共享充电宝箱内有多个充电宝，其中：充电宝与共享充电宝箱之间采用吸纳充电的结合方式，充电宝***共享充电宝箱上的空穴后与直流母线相连，由光伏电池板或梯次利用锂电池组为充电宝充电；

智能监控***，用于监控光伏电池板的输出电量、梯次利用锂电池组内的存储电量、公交站台的用电设备的用电情况、共享充电宝箱内充电宝及与充电线相连的移动设备的用电情况，并根据监控到的数据，控制由光伏电池板为直流母线提供工作电压，或控制梯次利用锂电池组为直流母线提供工作电压，或控制光伏电池板为梯次利用锂电池组充电，或控制市电为梯次利用锂电池组充电，从而确保整个***的稳定运行。

优选地，在所述共享充电宝箱上设有包含所述充电宝借用支付信息的二维码，共享充电宝箱还引出有免费充电数据线，免费充电数据线与直流母线相连，由光伏电池板或梯次利用锂电池组为连接在充电线上的移动设备充电。

优选地，所述公交站台布置有由支撑杆支撑的遮雨棚，所述光伏电池板采用多晶硅光伏板，两块多晶硅光伏板和遮雨棚成侧倒三棱柱体的方式放置。

优选地，梯次利用锂电池组与共享充电宝系箱、路灯电源和光伏板等负荷通过暗线穿过支撑杆相连接。

优选地，根据每个公交站台的位置规划的差异，梯次利用锂电池组建在该站台的左边或右边，采用防水封闭的柜式设计，应满足梯次利用锂电池组安全正常工作的需求。

优选地，监控***集成在共享充电宝箱内部。

优选地，所述梯次利用锂电池组采用以下步骤制作：

步骤1、回收电动汽车的退役动力锂电池；

步骤2、对退役动力锂电池进行无损拆解，以便进行后续检测；

步骤3、检测筛选：根据退役动力锂电池的外特性参数，对锂电池的性能进行检测和筛选；

步骤4、成组：根据锂电池单体的性能检测结果，将多个锂电池单体进行配对重组成电池组；

步骤5、***集成：进行梯次利用锂电池组的集成。

优选地，所述公交站台光伏发电的共享充电宝装置，站台部分设计包括、光伏板、梯次利用锂电池组、共享充电宝箱、数据线、二维码、电子站牌、电子广告牌、板凳、遮雨棚、站台路灯、支撑杆、充电宝，其特征在于：所述遮雨棚的下侧设置有电子广告牌和电子站牌，电子广告牌和电子站牌下侧设置有固定板凳，且电子广告牌和电子站牌的中间设置有共享充电宝箱；所述共享充电宝箱的内部设置有充电宝，外部引出有免费充电数据线，且共享充电宝箱的上粘贴有二维码标牌；所述遮雨棚和其上方的两块光伏板成侧倒三棱柱的形状放置；所述遮雨棚下方有供公交站台夜晚照明的站台路灯；所述梯次利用锂电池组组根据每个公交站台的位置规划建在该站台的左边或者右边。本发明的技术特点在于：

1)按照光伏发电电源、储能电池、路灯电源的先后顺序为负荷提供电源，节能减排同时兼顾***供电的可靠性；

2)电动汽车退役锂电池梯次利用提供储能电池。资源重复利用节约成本，促进电动汽车的市场推广；

3)采用智能监控***实现整个***的稳定运行；

4)利用公交站台人流量大、分布广泛的特性方便了共享充电宝的借还；

5)实施公交站台免费给乘客充电的便民服务；

6)由梯次利用锂电池组为电子站牌供电，晚上为公交站台提供路灯照明。

本发明采用光伏发电电源、梯次利用锂电池储能、路灯电源的先后顺序为共享充电宝箱及站台负荷提供电能，体现了节能减排、绿色共享的环保理念。采用电动汽车梯次利用退役锂电池组作为***的储能电池节约成本，资源重复利用，有利于电动汽车的市场推广。利用自动化智能监控***体现了“人工智能”的现代化理念，为产品后期的维护和增强***的可行性提供了便利。本发明最核心的优势是：利用大人流量的公交站台为场所，采用新能源光伏发电为主要电源并结合电动汽车退役锂电池梯次利用技术，极大的为人们利用共享充电宝提供了便利，为共享充经济趋势下共享充电宝的推广起到正催化作用。

附图说明

图1为本发明的***框图；

图2为本发明的***逻辑图；

图3为控制理论逻辑框图；

图4为本发明的外观示意图(正视)；

图5为本发明的外观示意图(侧视)。

具体实施方式

为使本发明更明显易懂，兹以优选实施例，并配合附图作详细说明如下。

本发明提供的一种基于公交站台光伏发电的共享充电宝装置***结构如图1所示，主要由4部分构成：光伏电池板、梯次利用锂电池组、共享充电宝箱和监控***。多组DC/DC变换器用于光伏电池阵列、共享充电宝箱及储能***的变流过程。根据站内电能输送需求，AC/DC变换器将来自市电的交流电转换为直流接入充电***，监控***监测与控制能量输送，从而协调充电站的运行。

1)光伏电池板：将太阳能转换成直流电，经单向DC/DC变换器接入***的直流母线。

光伏电池板的实质是一个大的PN结，当光伏电池板受到太阳光照射，在界面层吸收达到一定程度强度的光子，这些光子在P区和N区中能够把共价键中的电子激发出来，从而形成电子-空穴对。空穴和电子在界面层附近进行复合的过程中，因为空间电荷产生旳电场而互相分离。电子向N区运动然而空穴向P区运动。这个过程中，从而形成从N型区到P型区的电流，然后在PN结中形成电势差，这就形成了光伏电源。

现在市场上的光伏电池板主要有三种：单晶硅、多晶硅和半柔性多晶硅，能源的利用效率依次增高。多晶对于单晶硅来说性价比更高，且随着现在技术的发展，多晶硅的成本已经达到可以充分利用的价格，多晶硅光伏板是最优方案。对于本发明的公交站台，其通常所有的遮雨棚的面积大约为6-10平方米，采用光伏电池板和遮雨棚成侧倒三棱柱体的方式放置(每块光伏电池板和顶棚的夹角相同，约为10-25°度)，光伏电池板总面积约为8-12平方米。光伏电池板的功率大约为每平方米150W，总计功率约在1500W左右。本发明设置两块光伏电池板可以保证在其中一块发生故障的时候仍能保证部分***可以继续进行光伏发电。

2)梯次利用锂电池组：在***中起到能量调节的作用。当光伏发电量过剩时，梯次利用锂电池组将多余的电能储存起来；当光伏发电量不足时，则向***放电，由光伏发电和路灯电源共同提供充电电能。

车用退役的锂离子电池的梯次利用，是降低动力电池全寿命周期成本，提升电池的利用价值的有效手段。从资源有效利用、环保和节约成本的角度出发，拟采用电动汽车退役锂电池作为储能电池。梯次利用步骤如下：

①回收退役动力锂电池；

②对电池***进行无损拆解，以便进行后续检测；

③检测筛选：根据电池的外特性参数，如电池容量和内阻特性测试、OCV-SOC曲线分析等对电池的性能进行检测和筛选；

④成组：根据电池单体的性能检测结果，将电池单体进行配对重组成电池组。

⑤***集成：最后进行梯次利用锂电池组的集成。

在筛选过程中，以锂电池的能量利用率和容量为主要的性能考核指标，对锂电池容量的一致性要求较高，应优先选择容量一致性好的锂电池成组。选取衰退后容量一致的锂电池进行成组，将不可避免地带来较大的锂电池内阻初始差异，再加上锂电池自放电率和极化的不一致性，随着梯次利用锂电池组的继续使用，梯次利用锂电池组的不一致性问题将日渐凸显，梯次利用锂电池组的能量利用率和容量也将明显下降。因此，还应该进行锂电池组一致性分析评价。将锂电池组最大可用容量作为锂电池组一致性判断依据，就能实现锂电池组一致性问题与梯次利用锂电池组的运行工况和环境之间的解耦，从而有效避免以锂电池外电压差异来判断梯次利用锂电池组一致性好坏而得到不准确结论的问题。

锂电池的充放电容量与充放电电流的大小有关系，为了研究充放电倍率对锂电池容量的影响。新锂电池和旧锂电池均以额定容量的某一倍率进行充电时，旧锂电池的恒流阶段充入容量百分比远远低于新锂电池；均以可用容量的某一倍率进行充电时，旧锂电池的恒流阶段充入容量百分比与新锂电池接近。旧锂电池进行大倍率充放电时相比新锂电池极化严重，可用容量明显降低，因此梯次利用锂电池组适合投入到小倍率充放电的储能工况中。一种基于公交站台光伏发电的共享充电宝装置，本***正好符合小倍率充放电的工作条件。

3)DC/DC模块：光伏电池板和共享充电宝箱采用单向DC/DC模块，梯次利用锂电池组相关的输入输出采用双向DC/DC模块。

4)AC/DC模块：作为路灯电源与充电***的连接组件，将交流电转换成直流电后接入***。

5)共享充电宝箱部分包含监控***，监控***集成在共享充电宝箱内部。充电宝和共享充电宝箱采用吸纳充电的结合方式，人们在使用时可以选择借取充电完成的充电宝，归还时将充电宝***共享充电宝箱上的空穴，监控***检测到需要充电的充电宝时自动完成充电。共享充电宝箱的上粘贴有二维码，人们通过扫描二维码在支付押金的前提下借还充电宝。共享充电宝箱还引出了有限根免费充电数据线，人们可以在站台等车时免费给手机充电，给人们带来了免费充电的便民服务。

监控***部分采用微控制器(以单片机或ARM处理器为核心)，包括CPU、存储器以及寄存器等。监控***主要监控梯次利用锂电池组电量情况。根据电池电量情况通过控制电池的充电放电实现光伏、路灯电源和梯次利用锂电池组之间的电能交换。通过对整个***的运行状态进行参数采集和监控来控制整个***的稳定运行。

监控***可实时监控充电宝箱的供电情况、光伏发电情况、梯次利用锂电池组电量情况，并反馈到远程监控中心。一旦某站台发生故障，立即发出警报，方便共享充电宝装置的管理和维护。同时对***的运行数据进行收集，例如每天的光伏发电量、用电量、蓄电池端电压数值以及充电宝的借还频率等，将这些数据存储并发送到终端，通过数据分析可以有效监控***的健康，方便对现有***的改进与完善。

本发明的能量交换策略为：始终由梯次利用锂电池组为共享充电宝箱和站台负荷(如电子站牌、电子广告牌和站台路灯等)提供电源，通过监控***实时监控梯次利用锂电池组电量情况实现光伏、路灯电源和梯次利用锂电池组之间的电能交换。其逻辑图如图2所示。

当光伏电池板不发电的时候(晚上)，由梯次利用锂电池组为站台负荷供电，若梯次利用锂电池组电量低于容量的30％时，采用路灯电源为梯次利用锂电池组充电，充电到容量的80％时结束充电。当光伏电池板正常发电时，利用光伏发电电源为梯次利用锂电池组充电；若光伏发电电源不足以供给梯次利用锂电池组充足的电能且梯次利用锂电池组电量低于容量的30％时，启动路灯电源为梯次利用锂电池组充电。梯次利用锂电池组除了为共享充电宝***供电外，还为公交站台其他负荷供电，如公交电子站牌、公交电子广告牌和站台路灯等。

梯次利用锂电池组充放电控制的理论逻辑框图如图3所示。控制电路核心采用以单片机或ARM处理器为核心的微处理器，通过对整个***的运行状态进行参数采集和监控来控制整个充放电过程，通过PWM脉冲宽度调制技术来控制DC/DC和AC/DC变换器的开关，从而控制梯次利用锂电池组的充放电过程。采用PWM脉冲调制控制保护技术，不仅能有效地保护梯次利用锂电池组，防止过充电现象的发生，还能快速、平稳地为梯次利用锂电池组充电。所谓PWM控制就是控制输出波形的占空比，周期并不改变，通过开关管的导通与闭合来控制充放电。

结合图4及图5，一种基于公交站台光伏发电的共享充电宝装置，站台部分设计包括、光伏板1、梯次利用锂电池组2、共享充电宝箱3、数据线4、二维码5、电子站牌6、电子广告牌7、板凳8、遮雨棚9、站台路灯10、支撑杆11、充电宝13，其特征在于：所述遮雨棚9的下侧设置有电子广告牌7和电子站牌6，电子广告牌7和电子站牌6下侧设置有固定板凳8，且电子广告牌7和电子站牌6的中间设置有共享充电宝箱3；所述共享充电宝箱3的内部设置有充电宝13，外部引出有免费充电数据线4，且共享充电宝箱3的上粘贴有二维码5标牌；所述遮雨棚9和其上方的两块光伏板1成侧倒三棱柱的形状放置；所述遮雨棚9下方有供公交站台夜晚照明的站台路灯10；所述梯次利用锂电池组2组根据每个公交站台的位置规划建在该站台的左边或者右边。

本发明的一种基于公交站台光伏发电的共享充电宝装置以光伏发电为主，路灯电源为辅，保障了***的可靠性，节能环保。动汽车退役锂电池梯次利用提供储能电池，资源重复利用节约成本，促进电动汽车的市场推广。采用以单片机或ARM处理器为核心的监控***保证了整个***的稳定运行。利用公交站台人流量大、分布广泛的特性方便了共享充电宝的借还，同时让有限的资源得到了充分利用。提出了免费给乘客充电的便民服务。利用光伏电能为电子站牌和电子广告牌供电，晚上为公交站台路灯提供电源，节约电能。

Claims (7)

1.一种基于公交站台光伏发电的共享充电宝装置，其特征在于，包括：

光伏电池板，用于将太阳能转换成直流电，直流电经单向DC/DC变换器变换电压后送入直流母线；

梯次利用锂电池组，采用电动汽车退役的锂电池，通过双向DC/DC变换器接入直流母线，若光伏电池板送入直流母线的能量过剩，则多余的能量通过双向DC/DC变换器变换电压后送入梯次利用锂电池组内存储，若光伏电池板提供的能量不足，则梯次利用锂电池组内存储的电能通过双向DC/DC变换器变换电压后送入直流母线，当梯次利用锂电池组内存储的电能低于阈值A后，市电通过AC/DC变换器将交流电变换为直流电后，再通过直流母线及双向DC/DC变换器送入梯次利用锂电池组，为梯次利用锂电池组充电，直至梯次利用锂电池组内存储的电能高于阈值B；

光伏电池板或梯次利用锂电池组为接入直流母线的公交站台的用电设备提供工作电压；

布置在公交站台的共享充电宝箱，在共享充电宝箱内有多个充电宝，其中：充电宝与共享充电宝箱之间采用吸纳充电的结合方式，充电宝***共享充电宝箱上的空穴后与直流母线相连，由光伏电池板或梯次利用锂电池组为充电宝充电；

智能监控***，用于监控光伏电池板的输出电量、梯次利用锂电池组内的存储电量、公交站台的用电设备的用电情况、共享充电宝箱内充电宝及与充电线相连的移动设备的用电情况，并根据监控到的数据，控制由光伏电池板为直流母线提供工作电压，或控制梯次利用锂电池组为直流母线提供工作电压，或控制光伏电池板为梯次利用锂电池组充电，或控制市电为梯次利用锂电池组充电，从而确保整个***的稳定运行。

2.如权利要求1所述的一种基于公交站台光伏发电的共享充电宝装置，其特征在于，在所述共享充电宝箱上设有包含所述充电宝借用支付信息的二维码，共享充电宝箱还引出有免费充电数据线，充电数据线则与直流母线相连，由光伏电池板或梯次利用锂电池组为连接在充电数据线上的移动设备充电。

3.如权利要求1所述的一种基于公交站台光伏发电的共享充电宝装置，其特征在于，所述公交站台布置有由支撑杆支撑的遮雨棚，所述光伏电池板采用多晶硅光伏板，两块多晶硅光伏板和遮雨棚成侧倒三棱柱体的方式放置。

4.如权利要求1所述的一种基于公交站台光伏发电的共享充电宝装置，其特征在于，所述梯次利用锂电池组与负荷通过暗线穿过支撑杆相连接。

5.如权利要求1所述的一种基于公交站台光伏发电的共享充电宝装置，其特征在于，所述每个公交站台的位置规划的差异，梯次利用锂电池组建在该站台的左边或右边，采用防水封闭的柜式设计。

6.如权利要求1所述的一种基于公交站台光伏发电的共享充电宝装置，其特征在于，所述监控***集成在共享充电宝箱内部。

7.如权利要求1所述的一种基于公交站台光伏发电的共享充电宝装置，其特征在于，所述梯次利用锂电池组采用以下步骤制作：

步骤1、回收电动汽车的退役动力锂电池；

步骤2、对退役动力锂电池进行无损拆解，以便进行后续检测；

步骤3、检测筛选：根据退役动力锂电池的外特性参数，对锂电池的性能进行检测和筛选；

步骤4、成组：根据锂电池单体的性能检测结果，将多个锂电池单体进行配对重组成电池组；

步骤5、***集成：进行梯次利用锂电池组的集成。