CN110165686A - 一种电动汽车充电装置 - Google Patents

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Abstract

一种电动汽车充电装置，属于现代交通技术领域，包括整流***、控制***、升压***、退役储能电池。在控制***的控制下，用电谷时自动由电网给电池储能***供电，每次充电应留有一定的余量，以便于风力发电***和太阳能发电***存储电量；条件允许时利用在电池储能***中存储的电量，由升压***供给充电桩；当电池储能***电量偏低时，又由控制***控制，将电网的电量经整流变压供给充电桩。由控制***控制的升压***，可以调节自身的升压倍数，以适应不同车型的不同充电需求。该***利用昼夜的电价差实现盈利；增加对非化石能源的利用率，降低电动汽车的用车成本；同时平稳电网负荷，解决由于电动汽车数量增加需要追加输配电线路投资的问题。

Description

一种电动汽车充电装置
技术领域
本发明属于现代交通技术领域，涉及到一种新型的电动汽车充电装置，特别涉及到一种基于废旧电池储能以及DC/DC电动汽车调压技术的电动汽车充电装置。
背景技术
面对日趋严重的能源短缺和环境污染问题，大力发展电动汽车具有重要意义。2018年，全国电动汽车保有量达261万辆，占汽车总量的1.09％，与2017年相比，增加107万辆，增长70.00％。但是，电动汽车的飞速发展也带来了一个问题，退役电池的数量将急速增长。相关研究机构预测的数据表明，到2020年，全国电动汽车的保有量将超过500万辆，电池报废量将达到24.8万吨。由于电动汽车动力电池容量具有衰减特性，当动力电池剩余可用容量降低至80％后便被列入退役电池行列，据《退役电池在光伏发电中的应用》的论述(刘怡；中图分类号：TM 615；文献标识码：A；文章编号：1002-087X(2019)01-0126-03)，退役电池总体容量降低至原容量的35％以下才达到完全报废水平，所以剩余的近45％的容量可以应用在对能量密度要求不高的固定储能应用场景。
另一方面，电动汽车的发展也存在着许多制约因素，主要体现在工业用电的电价偏高，充电设施对非化石能源的利用率低。此外，随着电动汽车数量的增长，电网负载过高的问题愈发严重，电动汽车的聚集性充电可能会导致局部地区的负荷紧张，电动汽车充电时间的叠加或负荷高峰时段的充电行为将会加重配电网负担。
为了缓解上述问题，本发明了一种新型的，运用于电动汽车的新型充电装置，此装置可以削峰填谷，平稳电网负荷，并充分利用太阳能和风能补充电网馈电，既可以降低电动汽车的充电费用，又可以对电动汽车退役电池进行梯次利用。
发明内容
本发明要解决的技术问题是针对电动汽车动力电池退役时达不到到完全报废标准，导致资源浪费的问题，同时考虑了对太阳能和风能的利用，提出一种新型的电动汽车充电装置。该装置将汽车退役动力电池梯次组成储能***，条件满足时利用太阳能、风能、电网的电能进行充电，需要时将储存的电能用于汽车充电，这样提高了退役电池的利用率，同时控制器通过合理制定充放电的控制策略，在保证汽车正常充电的情况下平稳电网负荷，提高了资源的利用率，最终可实现较大的社会和经济效益。
为了达到上述目标，本发明采用的技术方案是：
一种电动汽车充电装置，包括整流***、控制***、升压***、退役储能电池和两个单路开关以及一个双刀双掷开关，其中，两个单路开关为开关1、开关3，双刀双掷开关为开关2。所述的电动汽车充电装置结合太阳能发电、风能发电、电网发电装置，风能发电装置和电网发电装置均与整流***连接，同时控制***能够根据所设的时间段进行自动控制峰谷充放电控制。所述控制***分别与整流***、退役储能电池、升压***通过CAN总线连接，并对整个***中的开关有控制作用。
所述的整流***中包括两个整流单元(整流单元1、2)、三个功率二极管(功率二极管 1、2、3)和两个DC/DC装置(DC/DC1、2)。所述整流单元主要是一部AC/DC变换器，其作用是将三相交流电整流为直流电，以其作为升压***的输入。所述DC/DC装置的作用是改变太阳能和风能发电装置的输出电压等级。所述功率二极管的作用是防止电流回流。其中，电网的正负极分别与整流单元1的输入端正负极连接；风能发电装置的正负极分别与整流单元2的输入端正负极连接。所述整流单元1输出端正负极分别与DC/DC1的输入端正负极连接，DC/DC1的输出端正极与功率二极管1阳极连接。所述整流单元2输出端的正极接入功率二极管3的阳极，并通过开关1与功率二极管1、2的阴极汇总，最终与升压***的主DC/DC 输入端正极连接；整流单元2的输出端负极与DC/DC1、2的输出端负极汇总，最终与主DC/DC 输入端负极连接。所述太阳能发电装置的正负极分别与DC/DC2输入端正负极连接，DC/DC2 输出端正极与功率二极管2阳极连接。
所述的控制***包括监控单元和调度单元。所述监控单元用于接收退役储能电池中控制单元传来的信息，包括电池温度、电池组SOC预测、电池组故障报警等信息，加以计算处理并显示***的工作状态。所述调度单元对整个装置中所有开关传送控制信号。
所述的升压***由一部主DC/DC装置构成，主DC/DC主要包括输入滤波电感、电容，升压电感，IGBT和输出π型滤波电感等功率元件构成，其作用是通过调整自身的输出的电压等级，可以满足退役储能电池和电动汽车的充电需求。升压***的输出端连接着充电桩的充电接口。
所述退役储能电池包括控制单元、若干个检测单元和电池储能单元。所述控制单元与检测单元连接，用于接收检测单元传来的电池包的各种信息，保证电池安全，并将采集的信息及时传输给控制***做分析处理。退役储能电池的正负极与双刀双掷开关的输入端连接。
所述双刀双掷开关是通过自身的开闭调节升压***的输入。其输入端与退役储能电池正负极连接。在双刀双掷开关的输出端，退役储能电池正极一路的一端连接升压***主DC/DC 输入端正极；另一端通过开关3连接着主DC/DC输出端的正极。退役储能电池负极一路的一端连接着主DC/DC输入端的负极，另一侧连接着主DC/DC输出端负极。
所述的控制***能够根据所设的时间段进行自动控制峰谷充放电控制，具体为：控制***通过控制两个单路开关(开关1，开关3)和双刀双掷开关(开关2)的开闭，实现***的多种工作状态，实现根据电网峰谷，退役储能电池，有无电动汽车充电等因素进行自动充放电控制。所述工作状态分别：
(1)当电网处于用电低谷期，***处于退役储能电池电量较低，无电动汽车充电时，控制器识别此状态，控制开关1,开关3闭合，开关2向下闭合，此时电网与新能源发电装置产生的电量经整流调压后进入升压***中主DC/DC输入端，由主DC/DC调压完成后将电量输送给退役储能电池。
(2)当电网处于用电高峰期，***处于退役储能电池电量较低，无电动汽车充电时，控制器识别此状态，控制开关1断开，开关2向下闭合，开关3闭合，此时风能发电装置中的电量经过整流调压，与调压后的太阳能发电装置产生的电量汇合输入到升压***中主DC/DC 装置的输入端，由主DC/DC调压完成后将电量输送给储能电池。
(3)当电网处于用电低谷期，***处于退役储能电池电量较高，无电动汽车充电时，控制器识别此状态，控制开关1,开关3断开，开关2向下闭合，***此时处于待机状态；
(4)当电网处于用电高峰期，***处于退役储能电池电量较高，无电动汽车充电时，控制器识别此状态，控制开关1,开关3断开,开关2向下闭合，此时***处于待机状态；
(5)当电网处于用电低谷期，***处于退役储能电池电量较低，有电动汽车充电时，控制器识别此状态，控制开关1闭合，开关2向下闭合，开关3断开，此时电网与新能源发电装置产生的电量经整流调压后进入升压***中主DC/DC输入端，由主DC/DC调压完成后将电量输送给电动车充电接口，向电动汽车供电。
(6)当电网处于用电高峰期，***处于退役储能电池电量较低，有电动汽车充电时，控制器识别此状态，控制开关1闭合，开关2向下闭合，开关3断开，此时经过整流调压的电网和风能发电装置中的电量与调压后的太阳能发电装置中的电量汇入升压***中主DC/DC 装置的输入端，由主DC/DC装置调压后供入充电接口，向电动汽车充电。
(7)当电网处于用电低谷期，***处于退役储能电池电量较高，有电动汽车充电时，控制器识别此状态，控制开关1闭合，开关2向下闭合，开关3断开，此时电网中的电量经过整流，太阳能发电装置中的电量经过调压和风能发电装置中的电量经过整流调压，三者汇入升压***中主DC/DC装置的输入端，由主DC/DC装置调压后供入充电接口，向电动汽车充电。
(8)当电网处于用电高峰期，***处于退役储能电池电量较高，有电动汽车充电时，控制器识别此状态，控制开关1断开，开关2向上闭合，开关3断开，此时利用储能电池中的电量，太阳能发电装置中的电量经过调压和风能发电装置中的电量经过整流调压，三者汇入升压***中主DC/DC输入端，由主DC/DC调压后，向电动汽车充电。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：在本发明提出的新型电动汽车充电装置中，此装置可以削峰填谷，平稳电网负荷，并充分利用太阳能和风能补充电网馈电，既可以降低电动汽车的充电费用，又可以对电动汽车退役动力电池进行梯次利用。通过对退役动力电池的梯次利用，提高了电池的利用率，同时控制器通过合理调整退役储能电池的控制策略，在保证汽车正常充电的情况下平稳电网负荷，提高了资源的利用率，最终盈利。
附图说明
图1为本发明提出的新型电动汽车充电装置***结构图。
具体实施方式
以下结合附图详细叙述本发明的具体实施方式。
一种新型的电动汽车充电装置，该装置包括由控制单元、若干个检测单元、电池储能单元构成的退役储能电池，由两个整流单元(整流单元1、2)、三个功率二极管(功率二极管 1、2、3)和两个DC/DC装置(DC/DC1和DC/DC2)组成的整流***，由主DC/DC装置组成的升压***，由控制电路组成的控制***以及两个单路开关(开关1，开关2)和双刀双掷型开关(开关2)。开关2可控制两路切换，其输入端连接着退役储能电池的正负极，在开关2的输出端退役储能电池正极的一路一侧连接升压***主DC/DC输入端正极；另一侧连接着主DC/DC输出端的正极。退役储能电池负极的一路一侧连接着主DC/DC输出端的负极，另一侧连接着主DC/DC输入端的负极。风能发电装置的正负极与整流单元1的输入端正负极连接，整流单元1输出端正负极与DC/DC1输入端正负极连接；太阳能发电装置正负极接入 DC/DC2输入端；电网正负极与整流单元2输入端正负极连接，整流单元2的输出端正极通过功率二极管3与开关1连接；DC/DC1和DC/DC2的正极分别通过功率二极管1和功率二极管2与开关1汇入主DC/DC输入端正极；DC/DC1和DC/DC2的负极和整流装置2输出端负极汇入主DC/DC装置输入端负极。
在控制***的控制下，用电谷时自动由电网给电池储能***供电，每次充电应留有一定的余量，以便于风力发电***和太阳能发电***存储电量；条件允许时利用在电池储能***中存储的电量，由升压***供给充电桩；当电池储能***电量偏低时，又由控制***控制，将电网的电量经整流变压供给充电桩。由控制***控制的升压***，可以调节自身的升压倍数，以适应不同车型的不同充电需求。该***利用昼夜的电价差实现盈利；增加对非化石能源的利用率，降低电动汽车的用车成本；同时平稳电网负荷，解决由于电动汽车数量增加需要追加输配电线路投资的问题。
在实施过程中，首先对废旧动力电池进行拆解重组，组成电池储装置，工作状态如下，其中，开关1为单路开关1、开关2为双刀双掷开关、开关3为单路开关3：
(1)当电网处于用电低谷期，***处于退役储能电池电量较低，无电动汽车充电时，控制器识别此状态，控制开关1,开关3闭合，开关2向下闭合，此时利用电网向退役储能电池充电。
(2)当电网处于用电高峰期，***处于退役储能电池电量较低，无电动汽车充电时，控制器识别此状态，控制开关1断开，开关2向下闭合，开关3闭合，此时利用太阳能和风能向退役储能电池充电。
(3)当电网处于用电低谷期，***处于退役储能电池电量较高，无电动汽车充电时，控制器识别此状态，控制开关1,开关3断开，开关2向下闭合，***此时处于待机状态。
(4)当电网处于用电高峰期，***处于退役储能电池电量较高，无电动汽车充电时，控制器识别此状态，控制开关1,开关3断开,开关2向下闭合，此时***处于待机状态。
(5)当电网处于用电低谷期，***处于退役储能电池电量较低，有电动汽车充电时，控制器识别此状态，控制开关1闭合，开关2向下闭合，开关3断开，此时利用电网向电动汽车供电。
(6)当电网处于用电高峰期，***处于退役储能电池电量较低，有电动汽车充电时，控制器识别此状态，控制开关1闭合，开关2向下闭合，开关3断开，此时电网，太阳能和风能发电装置可同时向电动汽车充电。
(7)当电网处于用电低谷期，***处于退役储能电池电量较高，有电动汽车充电时，控制器识别此状态，控制开关1闭合，开关2向下闭合，开关3断开，此时电网向电动汽车充电。
(8)当电网处于用电高峰期，***处于退役储能电池电量较高，有电动汽车充电时，控制器识别此状态，控制开关1断开，开关2向上闭合，开关3断开，此时利用储能电池，太阳能和风能发电装置向电动汽车充电。
以上所述实施例仅表达本发明的实施方式，但并不能因此而理解为对本发明专利的范围的限制，应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些均属于本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种电动汽车充电装置，其特征在于，包括整流***、控制***、升压***、退役储能电池和两个单路开关以及一个双刀双掷开关，其中，两个单路开关为开关1、开关3，双刀双掷开关为开关2；所述的电动汽车充电装置结合太阳能发电、风能发电、电网发电装置，风能发电装置和电网发电装置均与整流***连接，控制***分别与整流***、退役储能电池、升压***通过CAN总线连接，并对整个***中的开关有控制作用；
所述的整流***中包括两个整流单元1、2，三个功率二极管1、2、3，和两个DC/DC装置1、2；所述整流单元主要是一部AC/DC变换器，将三相交流电整流为直流电，以其作为升压***的输入；所述DC/DC装置用于改变太阳能和风能发电装置的输出电压等级；所述功率二极管用于防止电流回流；其中，电网的正负极分别与整流单元1的输入端正负极连接；风能发电装置的正负极分别与整流单元2的输入端正负极连接；所述整流单元1输出端正负极分别与DC/DC1的输入端正负极连接，DC/DC1的输出端正极与功率二极管1阳极连接；所述整流单元2输出端的正极接入功率二极管3的阳极，并通过开关1与功率二极管1、2的阴极汇总，最终与升压***的主DC/DC输入端正极连接；整流单元2的输出端负极与DC/DC1、2的输出端负极汇总，最终与主DC/DC输入端负极连接；所述太阳能发电装置的正负极分别与DC/DC2输入端正负极连接，DC/DC2输出端正极与功率二极管2阳极连接；
所述的控制***包括监控单元和调度单元；所述监控单元用于接收退役储能电池中控制单元传来的信息并显示***工作状态；所述调度单元对整个装置中所有开关传送控制信号；
所述的升压***由一部主DC/DC装置构成，其输出端与充电桩的充电接口连接，通过调整自身的输出电压等级，满足退役储能电池和电动汽车的充电需求；
所述退役储能电池包括控制单元、若干个检测单元和电池储能单元；所述控制单元与检测单元连接，用于接收检测单元传来的信息，并将采集的信息传输给控制***分析处理；退役储能电池的正负极与双刀双掷开关的输入端连接；
所述双刀双掷开关是通过自身的开闭调节升压***的输入；其输入端与退役储能电池正负极连接；在双刀双掷开关双刀双掷开关的输出端，退役储能电池正极一路的一端连接升压***主DC/DC输入端正极；另一端通过开关3连接着主DC/DC输出端的正极；退役储能电池负极一路的一端连接着主DC/DC输入端的负极，另一侧连接着主DC/DC输出端负极。
2.根据权利要求1所述的一种电动汽车充电装置，其特征在于，所述的控制***能够结合电网和新能源发电装置发电，并根据所设的时间段进行自动控制峰谷充放电控制，具体为：控制***通过控制两个单路开关1、开关3，和双刀双掷开关2的开闭，实现***的多种工作状态，实现根据电网峰谷，退役储能电池，有无电动汽车充电因素进行自动充放电控制；所述工作状态分别：
(1)当电网处于用电低谷期，***处于退役储能电池电量较低，无电动汽车充电时，控制器识别此状态，控制开关1，开关3闭合，开关2向下闭合，此时电网与新能源发电装置产生的电量经整流调压后进入升压***中主DC/DC输入端，由主DC/DC调压完成后将电量输送给退役储能电池；
(2)当电网处于用电高峰期，***处于退役储能电池电量较低，无电动汽车充电时，控制器识别此状态，控制开关1断开，开关2向下闭合，开关3闭合，此时风能发电装置中的电量经过整流调压，与调压后的太阳能发电装置产生的电量汇合输入到升压***中主DC/DC装置的输入端，由主DC/DC调压完成后将电量输送给储能电池；
(3)当电网处于用电低谷期，***处于退役储能电池电量较高，无电动汽车充电时，控制器识别此状态，控制开关1，开关3断开，开关2向下闭合，***此时处于待机状态；
(4)当电网处于用电高峰期，***处于退役储能电池电量较高，无电动汽车充电时，控制器识别此状态，控制开关1，开关3断开，开关2向下闭合，此时***处于待机状态；
(5)当电网处于用电低谷期，***处于退役储能电池电量较低，有电动汽车充电时，控制器识别此状态，控制开关1闭合，开关2向下闭合，开关3断开，此时电网与新能源发电装置产生的电量经整流调压后进入升压***中主DC/DC输入端，由主DC/DC调压完成后将电量输送给电动车充电接口，向电动汽车供电；
(6)当电网处于用电高峰期，***处于退役储能电池电量较低，有电动汽车充电时，控制器识别此状态，控制开关1闭合，开关2向下闭合，开关3断开，此时经过整流调压的电网和风能发电装置中的电量与调压后的太阳能发电装置中的电量汇入升压***中主DC/DC装置的输入端，由主DC/DC装置调压后供入充电接口，向电动汽车充电；
(7)当电网处于用电低谷期，***处于退役储能电池电量较高，有电动汽车充电时，控制器识别此状态，控制开关1闭合，开关2向下闭合，开关3断开，此时电网中的电量经过整流，太阳能发电装置中的电量经过调压和风能发电装置中的电量经过整流调压，三者汇入升压***中主DC/DC装置的输入端，由主DC/DC装置调压后供入充电接口，向电动汽车充电；
(8)当电网处于用电高峰期，***处于退役储能电池电量较高，有电动汽车充电时，控制器识别此状态，控制开关1断开，开关2向上闭合，开关3断开，此时利用储能电池中的电量，太阳能发电装置中的电量经过调压和风能发电装置中的电量经过整流调压，三者汇入升压***中主DC/DC输入端，由主DC/DC调压后，向电动汽车充电。
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