CN111347916A - 一种充电和储能一体式换电站 - Google Patents

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吴伟明
兰志波
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Abstract

本发明公开了一种充电和储能一体式换电站，所述换电站包括：充电单元，所述充电单元用于接收电网的交流电，并将所述交流电转换为第一直流电，所述第一直流电用于为待充电电池充电；储能单元，所述储能单元用于接收电网的交流电，并将所述交流电转换为第二直流电，所述第二直流电用于为储能电池充电；控制单元，所述控制单元用于接收控制指令，并根据所述控制指令设定是否由所述第一直流电给所述待充电电池充电，和/或是否由所述储能电池给所述待充电电池充电。本发明技术方案可以及时有效的为待充电车辆进行充电，提高了换电频次，缓解了充电高峰时间段内待充电车辆排队拥挤的情况，提高了用户体验。

Description

一种充电和储能一体式换电站
技术领域
本发明涉及电动汽车换电领域，尤其涉及一种充电和储能一体式换电站。
背景技术
电动汽车(BEV)是指以车载电源为动力，用电机驱动车轮行驶的车辆。由于具有结构简单、节能环保、噪音小等优点，电动汽车的市场普及率越来越高。随着电动汽车的推广，如何为电动汽车进行及时充电称为制约其发展的重要因素。
现有技术中通常采用动力电池充电或动力电池换电的方式实现对电动汽车运行里程的延续。动力电池充电方式是指利用充电桩对电动汽车的动力电池进行充电，这种方式通常需要较长的时间，容易造成充电车辆排队拥挤，严重影响了用户体验。动力电池换电方式是指直接用充满电的动力电池更换电力耗尽的动力电池，然而，随着电动汽车的电池比能量(即单位重量或单位体积的电池所产生的能量)的不断提升，现有的充电机功率很难满足在数分钟(例如3至5分钟)内换电频次的需求，尤其是在换电高峰期，电网能承受的负荷接近满负荷，此时很难提供较大的充电电流给电力耗尽的电池充电，因此，严重影响了换电站的换电频次，导致电动汽车用户排队严重；若提前准备更多的备份电池，则会增加换电站的运营成本，另外，当换电站的体积有限制时，备份电池的数量也会受到限制。
如何提供一种在降低换电站运营成本的前提下提高换电频次的换电站是目前亟待解决的问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术中换电站的换电频次受到制约的缺陷，提供一种充电和储能一体式换电站。
本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题：
一种充电和储能一体式换电站，所述换电站包括：
充电单元，所述充电单元用于接收电网的交流电，并将所述交流电转换为第一直流电，所述第一直流电用于为待充电电池充电；
储能单元，所述储能单元用于接收和存储所述电网的交流电，并将所述交流电转换为第二直流电，所述第二直流电用于为储能电池充电；
控制单元，所述控制单元用于接收控制指令，并根据所述控制指令设定是否由所述第一直流电给所述待充电电池充电，和/或是否由所述储能电池给所述待充电电池充电。
较佳地，当所述电网满负荷运行时，所述控制指令设定由所述第一直流电以及所述储能电池给所述待充电电池充电；当所述电网未满负荷运行时，所述控制指令设定由所述第一直流电给所述待充电电池充电。
较佳地，所述充电单元包括：
变压模块，所述变压模块的输入端接收所述电网的交流电，所述变压模块将所述交流电转换为所述第一直流电，所述第一直流电由所述变压模块的输出端输出；
直流母线，所述直流母线接收所述第一直流电；
电池仓，所述电池仓具有充电接口，所述充电接口与所述直流母线连接，所述电池仓用于存放所述待充电电池，所述待充电电池接收所述第一直流电。
较佳地，所述变压模块包括：
标准变压模块，所述标准变压模块的输入端接收所述电网的交流电，所述标准变压模块的输出端直接与所述直流母线连接；
机动变压模块，所述机动变压模块的输入端接收所述电网的交流电，所述机动变压模块的输出端连接选通开关的第一端，所述选通开关的第二端连接所述直流母线。
较佳地，所述变压模块的数量为N1，不同的所述变压模块输出不同的第一直流电，其中，N1为正整数。
较佳地，所述储能单元包括：
储能变流器，所述储能变流器用于接收所述电网的交流电，并输出所述第二直流电；
直流调整模块，所述直流调整模块用于接收所述第二直流电，并输出调整后直流电，所述调整后直流电的电流值小于所述第二直流电的电流值，所述调整后直流电用于为所述储能电池充电。
较佳地，所述储能电池包括并联的N2个储能子电池，其中，N2为正整数。
较佳地，所述充电单元的输入端与所述储能单元的输入端连接于同一条交流母线，所述交流母线与所述电网连接。
较佳地，所述充电单元通过第一隔离开关与所述交流母线连接，和/或所述储能单元通过第二隔离开关与所述交流母线连接，和/或所述电网通过第三隔离开关与所述交流母线连接。
较佳地，所述直流调整模块的数量为N3，不同的所述直流调整模块输出不同的调整后直流电，其中，N3为正整数。
较佳地，所述充电单元与所述储能单元共同安装于所述换电站内的同一个集装箱内。
本发明的积极进步效果在于：本发明技术方案通过在换电站内设置充电单元以及储能单元，根据电网的不同负荷状态来调整对待充电电池的充电策略。由此，可以及时有效的为待充电车辆进行充电，提高了换电频次，缓解了充电高峰时间段内待充电车辆排队拥挤的情况，提高了用户体验。
进一步地，本发明技术方案通过设置标准变压模块以及机动变压模块，可以便捷地调整提供给直流母线的电力功率，从而可以实现对待充电车辆的柔性充电，提高了充电的灵活性。
进一步地，本发明技术方案中充电单元和储能单元采用模块设计成组，能够实现充电单元以及储能单元的自由组合，扩展性能良好，有利于优化换电站的建设成本。
附图说明
图1为本发明实施例1的一种充电和储能一体式换电站的结构示意图。
图2为本发明实施例2的一种充电和储能一体式换电站的结构示意图。
图3是本发明实施例2的第一种非限制性具体实施方式的结构示意图。
图4是本发明实施例2的第二种非限制性具体实施方式的结构示意图。
图5是本发明实施例2的第三种非限制性具体实施方式的结构示意图。
具体实施方式
下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。
实施例1
一种充电和储能一体式换电站，如图1所示，所述换电站可以包括：
充电单元1，所述充电单元1用于接收电网W的交流电，并将所述交流电转换为第一直流电，所述第一直流电用于为待充电电池充电；
储能单元2，所述储能单元2用于接收和存储所述电网W的交流电，并将所述交流电转换为第二直流电，所述第二直流电用于为储能电池4充电；
控制单元3，所述控制单元3用于接收控制指令，并根据所述控制指令设定是否由所述第一直流电给所述待充电电池充电，和/或是否由所述储能电池4给所述待充电电池充电。
本实施例中，所述充电单元1与所述储能单元2可以共同安装于所述换电站内的同一个集装箱内。
进一步地，所述充电单元1的输入端与所述储能单元2的输入端可以连接于同一条交流母线A1，所述交流母线A1与电网W连接。
具体地，所述充电单元1可以通过第一隔离开关K1与所述交流母线A1连接，和/或所述储能单元2可以通过第二隔离开关K2与所述交流母线A1连接，和/或所述电网W可以通过第三隔离开关K3与所述交流母线A1连接。
进一步地，所述控制单元3可以具有人机交互界面，用户在所述人机交互界面上可以根据具体需求而选择不同的控制指令或者输入不同的控制指令。
具体地，所述控制指令可以由文字输入或者语音输入，相应的，当所述控制指令由文字输入时，所述控制单元3还包括文字识别装置，以识别用户输入的文字指令；当所述控制指令由语音输入时，所述控制单元3还包括语音识别装置，以识别用户的语音指令。
可以理解的是，本领域技术人员可以根据具体需求而适应性的选择相应的控制指令的输入形式，例如，还可以采用手势输入的方式，或者，还可以将控制单元3与移动终端中的App相互绑定，在App中输入控制指令，通过移动终端与控制单元3之间的通信，将用户在App中输入的控制指令无线传递给控制单元3。本发明实施例对控制指令的具体输入形式不作限制。
所述控制指令可以控制所述待充电电池的电力来源。具体地，当所述电网W满负荷运行时，所述控制指令可以设定由所述第一直流电以及所述储能电池4给所述待充电电池充电；当所述电网W未满负荷运行时，所述控制指令可以设定由所述第一直流电给所述待充电电池充电。
进一步地，所述充电单元1可以包括：变压模块11，所述变压模块11的输入端接收所述电网W的交流电，所述变压模块11将所述交流电转换为所述第一直流电，所述第一直流电由所述变压模块11的输出端输出；直流母线M，所述直流母线M接收所述第一直流电；电池仓12，所述电池仓12具有充电接口，所述充电接口与所述直流母线M连接，所述电池仓12用于存放所述待充电电池，所述待充电电池接收所述第一直流电。
进一步地，所述变压模块11的数量可以为N1，其中，N1为正整数。优选地，所述变压模块11的数量为多个，不同的所述变压模块11可以输出不同的第一直流电。
具体地，所述变压模块11可以是变压器，所述变压器可以接收电网W的交流电(例如：380V交流电)。所述变压器的容量可以根据具体应用场合而适应性的设置。当所述充电单元1包括多个变压器时，每个变压器的容量可以相同也可以不相同。
需要说明的是，N1的具体数值的设置可以根据换电站的体积以及换电站需服务的用户数量等因素而综合考量，本发明实施例对此不作限制。
所述电池仓12用于放置待充电电池，充电时，所述电池仓12内的充电接口与所述待充电电池连接，所述待充电电池通过所述充电接口接收来自于直流母线M的第一直流电。
进一步地，所述储能单元2可以包括：储能变流器21，所述储能变流器21用于接收所述电网的交流电，并输出所述第二直流电；直流调整模块22，所述直流调整模块22用于接收所述第二直流电，并输出调整后直流电，所述调整后直流电的电流值小于所述第二直流电的电流值，所述调整后直流电用于为所述储能电池4充电。
本实施例中，所述储能变流器21可以选用100KW储能变流器。所述直流调整模块22可以为DC/DC变换模块，所述DC/DC变换模块可以将所述储能变流器21输出的高电压直流转换为低电压直流，以满足为储能电池4充电的需求。
需要说明的是，本发明实施例中的“高电压”和“低电压”的电压值不做具体限定，只要高电压的电压值高于低电压的电压值即可。
进一步地，所述直流调整模块22的数量可以为多个，多个所述直流调整模块22的容量可以相同也可以不同。相应地，当多个直流调整模块22的容量相同时，其可以输出相同的调整后直流电；当多个直流调整模块的容量不同时，其可以输出不同的调整后直流电。
进一步地，所述储能电池4可以包括并联的N2个储能子电池，其中，N2为正整数。更进一步地，可以为每一个储能子电池均设置一个储能工位。
需要说明的是，N2的具体数值的设置可以根据换电站的体积以及换电站需服务的用户数量等因素而综合考量，本发明实施例对此不作限制。
本发明实施例的技术方案在实施时可以及时有效的为待充电车辆进行充电，提高了换电频次，缓解了充电高峰时间段内待充电车辆排队拥挤的情况，提高了用户体验。另外，所述充电单元和储能单元采用模块可以设计成组，能够实现充电单元以及储能单元的自由组合，扩展性能良好，有利于优化换电站的建设成本。
实施例2
一种充电和储能一体式换电站，本实施例的换电站是在实施例1基础上的进一步改进，如图2所示，所述换电站的变压模块可以包括：
标准变压模块111，所述标准变压模块111的输入端接收所述电网W的交流电，所述标准变压模块111的输出端直接与所述直流母线M连接；
机动变压模块112，所述机动变压模块112的输入端接收所述电网W的交流电，所述机动变压模块112的输出端连接选通开关S的第一端，所述选通开关S的第二端连接所述直流母线M。
进一步地，所述选通开关S可以包括多个选通子开关，所述机动变压模块112可以通过不同的选通子开关连接至不同的直流母线M。
请参考图3，图3是实施例2的第一个非限制性的具体实施方式的示意图。该具体实施方式应用在所述电网W未满负荷运行时，所述控制指令可以设定由所述第一直流电给所述待充电电池充电。
其中，共设置有四条直流母线M1、M2、M3、M4，共设置有8个变压模块，依次为第一变压模块、第二变压模块、第三变压模块、……、第八变压模块，8个变压模块构成了变压模块组。其中，第一变压模块、第二变压模块、第三变压模块以及第四变压模块为标准变压模块，其分别对应连接于相应的直流母线，第五变压模块、第六变压模块、第七变压模块、第八变压模块为机动变压模块，其分别通过选通开关S1、S2、S3、S4连接于直流母线M1、M2、M3、M4；第一电池仓、第二电池仓、第三电池仓以及第四电池仓内分别放置有待充电电池。
此时，第一隔离开关K1以及第三隔离开关K3闭合，第二隔离开关K2断开，电网W通过交流母线A1给图示的多个变压模块供电，每一条直流母线都与各自对应的标准变压模块直接连接。
若第一电池仓与第三电池仓中的电池容量较大，而且需要较快速的充电，则可以将机动变压模块投入使用。具体实施时，第五变压模块通过选通开关K1中的子开关为第一直流母线M1供电，第六变压模块通过选通开关K2中的子开关为第三直流母线M3供电。
请参考图4，图4是实施例2中的第二个非限制性的具体实施方式的示意图。该具体实施方式应用在电网W满负荷运行的场景，用户发出控制指令，所述控制指令可以设定由第一直流电以及所述储能电池给所述待充电电池充电。
此时，第一隔离开关K1、第二隔离开关K2以及第三隔离开关K3闭合，电网W通过交流母线A1给图示的多个变压模块供电，多组储能电池输出的直流电通过直流调整模块以及储能变流器后变换为交流电，并接入所述交流母线A1，供给交流母线A1的电能再经过第一隔离开关K1为多个变压模块供电。
在该场景下，若第二电池仓内的待充电电池容量较大，而且需要较快速的充电，则可以将机动变压模块投入使用，具体实施时，第五变压模块通过选通开关S1中的子开关为第二直流母线M2供电，第八变压模块通过选通开关S4中的子开关为第二直流母线M2供电。
请参考图5，图5是实施例2中的第三个非限制性的具体实施方式的示意图。该具体实施方式应用在没有待充电电池需要充电，只为储能电池进行充电的场景，此场景通常为深夜用电低谷期间，可以只使用较低的电价为储能电池充电，为白天在用电高峰期为待充电电池充电做准备。
在此场景中，所述第一隔离开关K1断开，所述第二隔离开关K2以及第三隔离开关K3闭合，电网W通过第三隔离开关K3将电能供给交流母线A1，交流母线A1接收的电能通过储能变流器以及多个直流调整模块供给多个储能电池。
需要说明的是，上述三种具体实施方式只是示例性的介绍各个隔离开关、选通开关以及机动变压模块相互配合的方式。其中，各个隔离开关以及各个选通开关的开合可以根据具体需求来进行设置，变压模块、电池仓、直流调整模块、储能电池的数量也可以根据具体地应用场景进行增加或减少，例如：还可以将变压模块设置为16个(其中可以包括10个标准变压模块和6个机动变压模块)，还可以将直流调整模块设置为8个，还可以将每一个储能电池设置为由4个储能子电池并联组成，本实施例对此都不作限制。
本实施例的技术方案通过设置标准变压模块以及机动变压模块，可以便捷地调整提供给直流母线的电力功率，从而可以实现对待充电车辆的柔性充电，并且可以根据需要灵活调整各个模块的数量和组合方式，有效提高了换电站设计的灵活性。
虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。

Claims (11)

1.一种充电和储能一体式换电站，其特征在于，所述换电站包括：
充电单元，所述充电单元用于接收电网的交流电，并将所述交流电转换为第一直流电，所述第一直流电用于为待充电电池充电；
储能单元，所述储能单元用于接收和存储所述电网的交流电，并将所述交流电转换为第二直流电，所述第二直流电用于为储能电池充电；
控制单元，所述控制单元用于接收控制指令，并根据所述控制指令设定是否由所述第一直流电给所述待充电电池充电，和/或是否由所述储能电池给所述待充电电池充电。
2.根据权利要求1所述的充电和储能一体式换电站，其特征在于，
当所述电网满负荷运行时，所述控制指令设定由所述第一直流电以及所述储能电池给所述待充电电池充电；
当所述电网未满负荷运行时，所述控制指令设定由所述第一直流电给所述待充电电池充电。
3.根据权利要求1所述的充电和储能一体式换电站，其特征在于，所述充电单元包括：
变压模块，所述变压模块的输入端接收所述电网的交流电，所述变压模块将所述交流电转换为所述第一直流电，所述第一直流电由所述变压模块的输出端输出；
直流母线，所述直流母线接收所述第一直流电；
电池仓，所述电池仓具有充电接口，所述充电接口与所述直流母线连接，所述电池仓用于存放所述待充电电池，所述待充电电池接收所述第一直流电。
4.根据权利要求3所述的充电和储能一体式换电站，其特征在于，所述变压模块包括：
标准变压模块，所述标准变压模块的输入端接收所述电网的交流电，所述标准变压模块的输出端直接与所述直流母线连接；
机动变压模块，所述机动变压模块的输入端接收所述电网的交流电，所述机动变压模块的输出端连接选通开关的第一端，所述选通开关的第二端连接所述直流母线。
5.根据权利要求3所述的充电和储能一体式换电站，其特征在于，所述变压模块的数量为N1，不同的所述变压模块输出不同的第一直流电，其中，N1为正整数。
6.根据权利要求1所述的充电和储能一体式换电站，其特征在于，所述储能单元包括：
储能变流器，所述储能变流器用于接收所述电网的交流电，并输出所述第二直流电；
直流调整模块，所述直流调整模块用于接收所述第二直流电，并输出调整后直流电，所述调整后直流电的电流值小于所述第二直流电的电流值，所述调整后直流电用于为所述储能电池充电。
7.根据权利要求6所述的充电和储能一体式换电站，其特征在于，所述储能电池包括并联的N2个储能子电池，其中，N2为正整数。
8.根据权利要求1所述的充电和储能一体式换电站，其特征在于，所述充电单元的输入端与所述储能单元的输入端连接于同一条交流母线，所述交流母线与所述电网连接。
9.根据权利要求8所述的充电和储能一体式换电站，其特征在于，所述充电单元通过第一隔离开关与所述交流母线连接，和/或所述储能单元通过第二隔离开关与所述交流母线连接，和/或所述电网通过第三隔离开关与所述交流母线连接。
10.根据权利要求6所述的充电和储能一体式换电站，其特征在于，所述直流调整模块的数量为N3，不同的所述直流调整模块输出不同的调整后直流电，其中，N3为正整数。
11.根据权利要求1所述的充电和储能一体式换电站，其特征在于，所述充电单元与所述储能单元共同安装于所述换电站内的同一个集装箱内。
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