CN112937343A - 一种移动式储能充电桩*** - Google Patents

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Abstract

本申请提供了一种移动式储能充电桩***，该***包括：AC终端、移动式储能充电单元和高压动力电池单元，其中移动式储能充电单元还包括AC/DC变换单元、DC/DC变换单元、第一母线、第一母线切换单元、第二母线、第二母线切换单元、储能电池单元、储能母线、控制器。控制器连接AC/DC变换单元、DC/DC变换单元、第一母线切换单元和第二母线切换单元，并控制AC/DC变换单元、DC/DC变换单元、第一母线切换单元和第二母线切换单元工作。本申请提供的移动式储能充电桩***具有移动方便、能量损失小和转换效率高的特点。

Description

一种移动式储能充电桩***
技术领域
本申请涉及储能及充电技术领域，具体而言，涉及一种移动式储能充电桩***。
背景技术
随着社会的快速发展，人们的出行现在大多都是依靠汽车，随着绿色能源和环境保护相关理念的推广，人们的新选择就是新能源的电动汽车。但随着电动汽车的快速推广，对于电动汽车的充电设备有了更高的要求。
目前，传统的充电设备只能进行直流充电，但由于体积大并且对固定的输入电源依赖性过高的原因，只能安装在固定的场所，如公共楼宇、停车场或充电站内，为各种型号的电动汽车充电。电动汽车只有在储存足够的电能时才能保证可靠行驶，一旦出现因电能耗尽而抛锚的情况，传统的充电设备并不能对抛锚车辆进行道路救援。
发明内容
有鉴于此，本申请的目的在于提供一种移动式储能充电桩***，解决现有技术中充电设备只能进行直流充电，不能灵活部署，在进行放电充电时效率较低的问题。
本申请实施例提供了一种移动式储能充电桩***，包括AC终端、移动式储能充电单元和高压动力电池单元；
所述AC终端电连接所述移动式储能充电单元的一端，所述移动式储能充电单元的另一端电连接所述高压动力电池单元；
所述移动式储能充电单元还包括：AC/DC变换单元、DC/DC变换单元、第一母线、第一母线切换单元、第二母线、第二母线切换单元、储能电池单元、储能母线和控制器；
所述AC/DC变换单元的输入端电连接所述AC终端，所述AC/DC变换单元的输出端电连接所述第一母线切换单元的第一切换端，所述第一母线切换单元的公共端电连接所述第一母线的一端，所述第一母线的另一端电连接所述DC/DC变换单元的输入端，所述DC/DC变换单元的输出端电连接所述第二母线的一端，所述第二母线的另一端电连接所述第二母线切换单元的公共端，所述第二母线切换单元的第一切换端电连接所述高压动力电池单元；
所述第一母线切换单元的第二切换端和所述第二母线切换单元的第二切换端分别电连接所述储能母线的一端，所述储能母线的另一端电连接所述储能电池单元；
所述控制器的输出端分别通信连接所述AC/DC变换单元的受控端、所述DC/DC变换单元的受控端、所述第一母线切换单元的受控端和所述第二母线切换单元的受控端。
可选的，当所述AC终端为所述高压动力电池单元充电时，所述AC/DC变换单元的输出端通过所述第一母线切换单元和所述第一母线与所述DC/DC变换单元连接，所述DC/DC变换单元的输出端通过所述第二母线和所述第二母线切换单元与所述高压动力电池单元连接。
可选的，当所述AC终端为所述储能电池单元充电时，所述AC/DC变换单元的输出端通过所述第一母线切换单元和所述第一母线与所述DC/DC变换单元连接，所述DC/DC变换单元的输出端通过所述第二母线、所述第二母线切换单元和所述储能母线与所述储能电池单元连接。
可选的，当所述储能电池单元为所述高压动力电池单元充电时，所述储能母线的一端通过所述第一母线切换单元与第一母线的一端连接，所述储能电池单元通过所述储能母线、所述第一母线切换单元和第一母线与所述DC/DC变换单元连接，所述第二母线的一端通过所述第二母线切换单元与所述高压动力电池单元连接，所述DC/DC变换单元通过所述第二母线和所述第二母线切换单元与所述高压动力电池单元连接。
可选的，所述AC/DC变换单元在单相输入电能时，额定电压为220V，输出电压额定为400V。
可选的，所述AC/DC变换单元在三相输入电能时，额定电压为380V，输出电压额定为800V。
可选的，所述DC/DC变换单元输入电压的最低值150V，所述输入电压的最高值为900V，输出电压的最低值为150V，所述输出电压的最高值为900V。
可选的，所述储能电池单元存储的最低电压值为150V，最高电压值900V。
本申请实施例提供的一种移动式储能充电桩***，具有可移动、灵活部署、不受场地限制、能量损失小，转换效率高的特点，并且具有直充模式和放电模式的特点，可以作为有源或无源的固定充电桩灵活部署在公共楼宇、停车场或充电站等公共场景内。
为使本申请的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本申请实施例提供的一种移动式储能充电桩***的结构示意图；
图2为本申请实施例提供的一种移动式储能充电桩***的电能传输顺序图；
图3为本申请实施例提供的另一种移动式储能充电桩***的电能传输顺序图；
图4为本申请实施例提供的另一种移动式储能充电桩***的电能传输顺序图。
结合附图，本发明实施例中附图标记如下：
100-AC终端；200-移动式储能充电单元；300-高压动力电池单元；210-AC/DC变换单元；220-第一母线切换单元；230-第一母线；240-DC/DC变换单元；250-第二母线；260-第二母线切换单元；270-储能母线；280-储能电池单元；290-控制器。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的每个其他实施例，都属于本申请保护的范围。
本申请实施例提供了一种移动式储能充电桩***，如图1所示，包括AC终端100、移动式储能充电单元200和高压动力电池单元300。
所述AC终端100电连接所述移动式储能充电单元200的一端，所述移动式储能充电单元200的另一端电连接所述高压动力电池单元300。
这里，AC(Alternating Current,交流)终端100指的是移动式储能充电桩***上用于连接外部交流电源的装置，并且与待充电设备(高压动力电池单元300)相连，以为待充电设备导入电能的装置，其中，AC终端100包括单相或三相输入接口，既可以单相输入电能，也可以三相输入电能。移动式储能充电单元200指的是可以将交流电转换为直流电的单元，将导入的外部电能转换为可对待充电设备(高压动力电池单元300)充电的直流电能。高压动力电池单元300指的是需要进行充电的电动汽车中的车载电池单元。具体实施时，高压动力电池单元300中可以包括电能消耗接口，用于向电动汽车中的车载电池单元传导电能，导出外部或内部电能。AC终端100可以通过移动式储能充电单元200向高压动力电池单元300传导外部电能。
移动式储能充电单元200还包括：AC/DC变换单元210、DC/DC变换单元240、第一母线230、第一母线切换单元220、第二母线250、第二母线切换单元260、储能电池单元280、储能母线270和控制器290。
所述AC/DC变换单元210的输入端电连接AC终端100，所述AC/DC变换单元210的输出端电连接所述第一母线切换单元220的第一切换端，所述第一母线切换单元220的公共端电连接所述第一母线230的一端，所述第一母线230的另一端电连接所述DC/DC变换单元240的输入端，所述DC/DC变换单元240的输出端电连接所述第二母线250的一端，所述第二母线250的另一端电连接所述第二母线切换单元260的公共端，所述第二母线切换单元260的第一切换端电连接高压动力电池单元300。
所述第一母线切换单元220的第二切换端和所述第二母线切换单元260的第二切换端分别电连接所述储能母线270的一端，所述储能母线270的另一端电连接所述储能电池单元280。
其中，AC/DC(Alternating Current/Direct Current,交流/直流)变换单元210指的是将交流电转换为直流电的设备。DC/DC(Alternating Current/Direct Current,直流/直流)变换单元240指的是为转变输入电压后有效输出固定电压的设备。储能电池单元280指的是移动式储能充电桩中的储能电池，用于本地存储电能，其可以通过若干储能电池实现，例如锂电池或其他可充电电池。母线指的是抽象的汇流网络，在所述移动式储能充电桩***中，多个装置以并列分支的形式接在其上的一条公用的通路，起着汇集、分配和传送电能的作用。母线在运行中，有巨大的电能通过时能够承受很大的发热和电动力效应，可以避免由于待充电设备数量过多，移动式储能充电***温度多高导致***无法使用的情况发生。母线与其它电缆相比，其使用寿命长，安装方便，供电可靠性高，并可反复使用，因此在该移动式储能充电桩***内利用母线进行电能的传输可以保证***的稳定性，也可以提高该***的安全系数。优选地，可以使用Bulk母线作为第一母线230，Bulk母线是移动式储能充电单元200中固有的母线，可以使DC/DC变换单元240在输入电能时有一个稳定的电压，通过储能电池单元280向高压动力电池单元300传输电能时，Bulk母线可以提高放电效率，只需要经过一级DC/DC的转换。第二母线250用于DC/DC变换单元240向高压动力电池单元300传导外部或内部电能。储能母线270用于储能电池单元280向高压动力电池单元300传导内部电能或DC/DC变换单元240向储能电池单元280向传导外部电能。
第一母线切换单元220用于切换第一母线230与AC/DC变换单元210或储能母线270的连通关系，以便通过AC/DC变换单元210和第一母线230向高压动力电池单元300导入外部电能(AC/DC变换单元210通过第一母线230与高压动力电池单元300连通时)或通过储能母线270和第一母线230向高压动力电池单元300导入内部电能(储能电池单元280通过储能母线270和第一母线230与高压动力电池单元300连通时)。第二母线切换单元260用于切换高压动力电池单元300与第二母线250或储能母线270的连通关系，以便通过第二母线250向高压动力电池单元300导入电能(DC/DC变换单元240通过第二母线250与高压动力电池单元300连通时)或通过第二母线250和储能母线270向储能电池单元280导入外部电能(DC/DC变换单元240通过第二母线250和储能母线270与储能电池单元280连通时)。
母线切换单元中的切换端指的是可以切换单元之间的连接关系的端口，第一母线切换单元220中的第一切换端位于AC/DC变换单元210与第一母线230之间，当第一母线切换单元220中的第一切换端闭合时，AC/DC变换单元210与第一母线230连通；当第一母线切换单元220中的第一切换端断开时，AC/DC变换单元210与第一母线230断开连接；第一母线切换单元220中的第二切换端位于储能母线270与第一母线230之间，当第一母线切换单元220中的第二切换端闭合时，储能母线270与第一母线230连通；当第一母线切换单元220中的第二切换端断开时，储能母线270与第一母线230断开连接。第二母线切换单元260中的第一切换端位于第二母线250与高压动力电池单元300之间，当第二母线切换单元260中的第一切换端闭合时，第二母线250与高压动力电池单元300连通；当第二母线切换单元260中的第一切换端断开时，第二母线250与高压动力电池单元300断开连接；第二母线切换单元260中的第二切换端位于第二母线250与储能母线270之间，当第二母线切换单元260中的第二切换端闭合时，第二母线250与储能母线270连通；当第二母线切换单元260中的第二切换端断开时，第二母线250与储能母线270断开连接。为了使移动式储能充电桩在使用时更方便灵活，可选的，第一母线切换单元220或第二母线切换端260中的切换端为常开单掷接触器。这里，常开单掷接触器指的是在连通时常开触头处于吸合状态，在断开时常开触头处于断开状态的接触器。母线切换单元中的公共端指的是在母线切换单元的电路中多个线路共用的物理端口，第一母线切换单元220中的公共端指的是与第一母线230连接的端口，第二母线切换单元260中的公共端指的是与第二母线250连接的端口。
控制器290的输出端分别通信连接所述AC/DC变换单元210的受控端、DC/DC变换单元240的受控端、第一母线切换单元220的受控端和第二母线切换单元260的受控端。
这里，控制器290指的是改变电路中的状态来控制整个***制动的主令装置，它是发布指令的“决策机构”，即完成协调和指挥整个移动式储能充电桩***的操作。受控端指的是接收控制器的指令的端口。在具体实施时，控制器可以通过发送指令控制AC/DC变换单元210、DC/DC变换单元240、第一母线切换单元220和第二母线切换单元260工作。例如控制器290发送第一母线切换单元220中第一切换端闭合的指令，第一母线切换单元220的受控端接收该闭合指令，第一切换端闭合。
具体实施时，移动式储能充电桩***中有三个模式：直充模式，储能模式和放电模式。直充模式指的是通过AC终端100直接向高压动力电池单元300导入外部电能，向待充电设备充电；储能模式指的是通过AC终端100向储能电池单元280导入外部电能，以使储能电池单元280存储电能；放电模式指的是通过储能电池单元280向高压动力电池单元300导入该储能电池单元280的内部电能，向待充电设备充电。
当AC终端100为高压动力电池单元300充电时，AC/DC变换单元210的输出端通过第一母线切换单元220和第一母线230与DC/DC变换单元240连接，DC/DC变换单元240的输出端通过第二母线250和第二母线切换单元260与高压动力电池单元300连接。电能按照如图2所示的顺序从AC终端100传输至高压动力电池单元300。
当移动式储能充电桩***处于直充模式时，通过AC终端100直接向高压动力电池单元300导入外部电能，第一母线切换单元220中的第一切换端闭合，第二切换端断开，AC/DC变换单元210通过第一母线切换单元220与第一母线230连接。第二母线切换单元260中的第一切换端闭合，第二母线250通过第二母线切换单元260与高压动力电池单元300连接。外部交流电能输入至AC终端100，随后传输到AC/DC变换单元210，将交流电转换为直流电，通过第一母线切换单元220和第一母线230传输到DC/DC变换单元240，通过第二母线250和第二母线切换单元260传输到高压动力电池单元300，为待充电设备充电。
AC终端100为储能电池单元280充电时，AC/DC变换单元210的输出端通过第一母线切换单元220和第一母线230与DC/DC变换单元240连接，DC/DC变换单元240的输出端通过第二母线250、第二母线切换单元260和储能母线270与储能电池单元280连接。电能按照如图3所示的顺序从AC终端100传输至储能电池单元280。
当移动式储能充电桩***处于储能模式时，通过AC终端100向储能电池单元280导入外部电能，第一母线切换单元220中的第一切换端闭合，第二切换端断开，AC/DC变换单元210通过第一母线切换单元220与第一母线230连接。第二母线切换单元260中的第二切换端闭合，第一切换端断开，第二母线250通过第二母线切换单元260与储能母线270连接。外部交流电能输入至AC终端100，随后传输到AC/DC变换单元210，将交流电转换为直流电，通过第一母线切换单元220和第一母线230传输到DC/DC变换单元240，通过第二母线250、第二母线切换单元260和储能母线270传输到储能电池单元280，为储能电池单元280存储直流电能。
当储能电池单元280为高压动力电池单元300充电时，储能母线270的一端通过第一母线切换单元220与第一母线230的一端连接，储能电池单元280通过储能母线270、第一母线切换单元220和第一母线230与DC/DC变换单元240连接，第二母线250的一端通过第二母线切换单元260与高压动力电池单元300连接，DC/DC变换单元240通过第二母线250和第二母线切换单元260与高压动力电池单元300连接。电能按照如图4所示的顺序从储能电池单元280传输至高压动力电池单元300。
当移动式储能充电桩***处于放电模式时，通过储能电池单元280向高压动力电池单元300导入储能电池单元280的内部电能，第一母线切换单元220中的第二切换端闭合，第一切换端断开，储能母线270的一端通过第一母线切换单元220与第一母线230的一端连接。第二母线切换单元260的第一切换端闭合，第二切换端断开，第二母线250的一端通过第二母线切换单元260与高压动力电池单元300连接。储能电池单元280内部的直流电能输入通过储能母线270、第一母线切换单元220和第一母线230传输到DC/DC变换单元240，通过第二母线250和第二母线切换单元260传输到高压动力电池单元300，为高压动力电池单元300传输直流电能。具体实施时，当移动式储能充电桩***处于放电模式，通过储能电池单元280向高压动力电池单元300充电时无需进行AC/DC和DC/DC两个功率级的转换，电能从储能电池单元280到高压动力电池单元300只需要进行一次DC/DC的转换，因此在***处于放电模式时可以提高充电的效率，能量损失小，转换效率高。
本实施例中，AC/DC变换单元210在单相输入电能时，额定电压为220V，输出电压额定为400V。AC/DC变换单元210在三相输入电能时，额定电压为380V，输出电压额定为800V。DC/DC变换单元240输入电压的最低值为150V，所述输入电压的最高值为900V，输出电压的最低值为150V，所述输出电压的最高值为900V。储能电池单元280存储的最低电压值为150V，最高电压值为900V。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的***、装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的***、装置和方法，可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，又例如，多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个***，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些通信接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。
所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个处理器可执行的非易失的计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(Read-OnlyMemory，ROM)、随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释，此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本申请的具体实施方式，用以说明本申请的技术方案，而非对其限制，本申请的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种移动式储能充电桩***，其特征在于，包括AC终端、移动式储能充电单元和高压动力电池单元；
所述AC终端电连接所述移动式储能充电单元的一端，所述移动式储能充电单元的另一端电连接所述高压动力电池单元；
所述移动式储能充电单元还包括：AC/DC变换单元、DC/DC变换单元、第一母线、第一母线切换单元、第二母线、第二母线切换单元、储能电池单元、储能母线和控制器；
所述AC/DC变换单元的输入端电连接所述AC终端，所述AC/DC变换单元的输出端电连接所述第一母线切换单元的第一切换端，所述第一母线切换单元的公共端电连接所述第一母线的一端，所述第一母线的另一端电连接所述DC/DC变换单元的输入端，所述DC/DC变换单元的输出端电连接所述第二母线的一端，所述第二母线的另一端电连接所述第二母线切换单元的公共端，所述第二母线切换单元的第一切换端电连接所述高压动力电池单元；
所述第一母线切换单元的第二切换端和所述第二母线切换单元的第二切换端分别电连接所述储能母线的一端，所述储能母线的另一端电连接所述储能电池单元；
所述控制器的输出端分别通信连接所述AC/DC变换单元的受控端、所述DC/DC变换单元的受控端、所述第一母线切换单元的受控端和所述第二母线切换单元的受控端。
2.根据权利要求1所述的***，其特征在于，当所述AC终端为所述高压动力电池单元充电时，所述AC/DC变换单元的输出端通过所述第一母线切换单元和所述第一母线与所述DC/DC变换单元连接，所述DC/DC变换单元的输出端通过所述第二母线和所述第二母线切换单元与所述高压动力电池单元连接。
3.根据权利要求1所述的***，其特征在于，当所述AC终端为所述储能电池单元充电时，所述AC/DC变换单元的输出端通过所述第一母线切换单元和所述第一母线与所述DC/DC变换单元连接，所述DC/DC变换单元的输出端通过所述第二母线、所述第二母线切换单元和所述储能母线与所述储能电池单元连接。
4.根据权利要求1所述的***，其特征在于，当所述储能电池单元为所述高压动力电池单元充电时，所述储能母线的一端通过所述第一母线切换单元与第一母线的一端连接，所述储能电池单元通过所述储能母线、所述第一母线切换单元和第一母线与所述DC/DC变换单元连接，所述第二母线的一端通过所述第二母线切换单元与所述高压动力电池单元连接，所述DC/DC变换单元通过所述第二母线和所述第二母线切换单元与所述高压动力电池单元连接。
5.根据权利要求1所述的***，其特征在于，
所述AC/DC变换单元在单相输入电能时，额定电压为220V，输出电压额定为400V。
6.根据权利要求1所述的***，其特征在于，
所述AC/DC变换单元在三相输入电能时，额定电压为380V，输出电压额定为800V。
7.根据权利要求1所述的***，其特征在于，
所述DC/DC变换单元输入电压的最低值150V，所述输入电压的最高值为900V，输出电压的最低值为150V，所述输出电压的最高值为900V。
8.根据权利要求1所述的***，其特征在于，
所述储能电池单元存储的最低电压值为150V，最高电压值900V。
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