充换电控制系统和充换电柜的制作方法

本发明涉及储能技术领域，特别是涉及一种充换电控制系统和充换电柜。

背景技术：

储能技术，特别是电化学储能技术，凭借着峰谷调节、提升电力系统稳定性等特点，近年来得到了快速发展。储能系统一定程度上可以解决光伏、风电等新能源发电输出功率不稳定所带来的问题，扩大新能源的并网性。随着现代社会对于电能的需求量越来越大，对于储能技术的要求也越来越高。而现有的充换电控制系统采用小功率充电模块实现电池充电功能，系统配置很多单向充电模块，每个充电模块对一个电池进行充电，充电模块功率小，效率低，对电网扰动大，可靠性稳定性低，应用不灵活。

技术实现要素：

基于此，有必要针对的问题，提供一种充换电控制系统和充换电柜。

一种充换电控制系统，包括直流母线、多个双向ac/dc变换器、多个双向dc/dc变换器、能量管理单元和多个储能电池；所述直流母线包括双向大功率整流模块；所述多个双向ac/dc变换器的输入端与市电相连接，所述多个双向ac/dc变换器的输出端与所述直流母线相连接，用于将市电转换为充电能量；所述双向dc/dc变换器包括多个新能源双向dc/dc变换器和多个电池双向dc/dc变换器，多个所述新能源双向dc/dc变换器的输入端分别与多个新能源发电模块相连接，多个所述新能源双向dc/dc变换器的输出端与所述直流母线相连接；多个所述电池双向dc/dc变换器的输入端与所述直流母线相连接，多个所述电池双向dc/dc变换器的输出端分别与多个所述储能电池相连接；所述电池双向dc/dc变换器的个数与所述储能电池的个数相同；所述新能源双向dc/dc变换器用于将所述新能源发电模块产生的电能转换为充电能量；所述电池双向dc/dc变换器用于利用所述直流母线中的充电能量对所述储能电池进行充电；所述能量管理单元分别与多个所述双向ac/dc变换器及多个所述双向dc/dc变换器相连接，用于分别对多个所述双向ac/dc变换器及多个所述双向dc/dc变换器的工作状态进行控制；所述储能电池，用于存储或释放充电能量。

上述充换电控制系统，用双向大功率整流模块构成直流母线可以减小对电网的扰动，且提高效率。在用市电充电时，市电通过多个双向ac/dc变换器进行整流后输入所述直流母线对所述直流母线进行供电，同时新能源发电模块产生的电能通过多个所述新能源双向dc/dc变换器整流后对所述直流母线进行供电；多个所述电池双向dc/dc变换器利用所述直流母线中的电能对所述储能电池进行充电。而市电停电后，所述能量管理单元可以根据各个储能电池的电能情况，控制一些所述电池dc/dc变换器工作在放电状态，来向其它储能电池进行充电，快速完成换电过程。所述能量管理单元还可以根据情况控制所述电池dc/dc变换器工作在放电状态，控制所述双向ac/dc变换器工作在独立供电状态，从而反向给交流侧重要负荷进行供电，以实现备电功能。

在其中一个实施例中，所述能量管理单元通过快速通讯总线分别与多个所述双向ac/dc变换器及多个所述双向dc/dc变换器相连接，通过所述快速通讯总线实现对多个所述双向ac/dc变换器及多个所述双向dc/dc变换器的功率控制、模式切换和能量调度。

在其中一个实施例中，所述能量管理单元还通过监控通讯总线分别与多个所述双向ac/dc变换器及多个所述双向dc/dc变换器相连接，通过所述监控通讯总线实现对多个所述双向ac/dc变换器及多个所述双向dc/dc变换器的数据传输；所述数据包括充电电压和充电电流。

在其中一个实施例中，所述充换电控制系统还包括电池分配管理单元，分别与多个所述储能电池相连接，用于检测多个所述储能电池的充放电情况并进行管理。

一种充换电柜，包括如上任一项实施例所述的充换电控制系统；新能源发电模块，与所述充换电控制系统相连接，用于利用新能源能量产生电能。

在其中一个实施例中，所述新能源发电模块包括光伏发电组件，与所述充换电控制系统相连接，用于利用光能产生电能。

在其中一个实施例中，所述充换电柜还包括动环控制单元，与所述充换电控制系统相连接，用于对环境温度、环境湿度、充电电压及充电电流进行测量。

在其中一个实施例中，所述充换电柜还包括显示模块，与所述动环控制单元相连接，用于显示环境温度、环境湿度、充电电压及充电电流。

在其中一个实施例中，所述充换电柜还包括加热单元，与所述动环控制单元相连接，用于当所述环境温度过低时，对所述充换电柜进行加热；制冷单元，与所述动环控制单元相连接，用于当所述环境温度过高时，对所述充换电柜进行制冷。

在其中一个实施例中，所述充换电柜还包括消防单元，与所述动环控制单元相连接，用于当环境温度超过预设安全温度时，对所述充换电柜进行灭火处理。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或传统技术中的技术方案，下面将对实施例或传统技术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申请的一些实施例，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的附图。

图1为本发明其中一实施例的充换电控制系统的结构框图；

图2为本发明另一实施例的充换电控制系统的结构框图；

图3为本发明其中一实施例的充换电控制系统的充电能流图；

图4为本发明其中一实施例的充换电控制系统进行电池快速充电时的能流图；

图5为本发明其中一实施例的市电掉电后充换电控制系统反向供电能流图；

图6为本发明其中一实施例的充换电柜的结构框图；

图7为本发明另一实施例的充换电柜的结构框图。

具体实施方式

为了便于理解本申请，下面将参照相关附图对本申请进行更全面的描述。附图中给出了本申请的实施例。但是，本申请可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使本申请的公开内容更加透彻全面。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请。

可以理解，本申请所使用的术语“第一”、“第二”等可在本文中用于描述各种元件，但这些元件不受这些术语限制。这些术语仅用于将第一个元件与另一个元件区分。

需要说明的是，当一个元件被认为是“连接”另一个元件时，它可以是直接连接到另一个元件，或者通过居中元件连接另一个元件。此外，以下实施例中的“连接”，如果被连接的对象之间具有电信号或数据的传递，则应理解为“电连接”、“通信连接”等。

在此使用时，单数形式的“一”、“一个”和“所述/该”也可以包括复数形式，除非上下文清楚指出另外的方式。还应当理解的是，术语“包括/包含”或“具有”等指定所陈述的特征、整体、步骤、操作、组件、部分或它们的组合的存在，但是不排除存在或添加一个或更多个其他特征、整体、步骤、操作、组件、部分或它们的组合的可能性。同时，在本说明书中使用的术语“和/或”包括相关所列项目的任何及所有组合。

现有的充换电控制系统中采用小功率充电模块来实现对电池进行充电的功能，因此现有的充换电控制系统中需要配置很多单向充电模块，每个单向充电模块对一个电池进行充电，但是单向充电模块的充电功率小、效率低，且对电网的扰动大，可靠性和稳定性低，应用不灵活。因此，本发明提供了一种能够提高充电效率且对电网扰动小的充换电控制系统。图1为本发明其中一实施例的充换电控制系统的结构框图，所述充换电控制系统包括直流母线100、多个双向ac/dc变换器200、多个双向dc/dc变换器300、能量管理单元400和多个储能电池500。

所述直流母线100包括双向大功率整流模块；所述多个双向ac/dc变换器200的输入端与市电相连接，所述多个双向ac/dc变换器200的输出端与所述直流母线100相连接，用于将市电转换为充电能量。所述双向dc/dc变换器300包括多个新能源双向dc/dc变换器310和多个电池双向dc/dc变换器320，多个所述新能源双向dc/dc变换器310的输入端分别与多个新能源发电模块相连接，多个所述新能源双向dc/dc变换器310的输出端与所述直流母线100相连接。多个所述电池双向dc/dc变换器320的输入端与所述直流母线100相连接，多个所述电池双向dc/dc变换器320的输出端分别与多个所述储能电池500相连接。所述电池双向dc/dc变换器320的个数与所述储能电池500的个数相同；所述新能源双向dc/dc变换器310用于将所述新能源发电模块产生的电能转换为充电能量。所述电池双向dc/dc变换器320用于利用所述直流母线100中的充电能量对所述储能电池500进行充电。所述能量管理单元400分别与多个所述双向ac/dc变换器200及多个所述双向dc/dc变换器300相连接，用于分别对多个所述双向ac/dc变换器200及多个所述双向dc/dc变换器300的工作状态进行控制。所述储能电池500，用于存储或释放充电能量。

本发明提供的所述充换电控制系统使用双向大功率整流模块来构成所述直流母线100，所述双向大功率整流模块可以减小对电网的扰动，且提高充电效率。在用市电充电时，市电通过多个所述双向ac/dc变换器200进行整流后输入所述直流母线100中，以对所述直流母线100进行供电；同时新能源发电模块产生的电能通过多个所述新能源双向dc/dc变换器310整流后输入所述直流母线100中，以对所述直流母线100进行供电。多个所述电池双向dc/dc变换器320利用所述直流母线100中的电能对所述储能电池500进行充电。而当市电停电后，所述能量管理单元400可以根据各个储能电池500的电能情况，控制一些所述电池dc/dc变换器320工作在放电状态，来向其它储能电池500进行充电，以快速完成换电过程。所述能量管理单元400还可以根据情况控制所述电池dc/dc变换器320工作在放电状态，控制所述双向ac/dc变换器200工作在独立供电状态，从而反向给交流侧重要负荷进行供电，以实现备电功能。

图2为本发明另一实施例的充换电控制系统的结构框图，在其中一个实施例中，所述能量管理单元400通过快速通讯总线分别与多个所述双向ac/dc变换器200及多个所述双向dc/dc变换器300相连接，通过所述快速通讯总线实现对多个所述双向ac/dc变换器200及多个所述双向dc/dc变换器300的功率控制、模式切换和能量调度。图3为本发明其中一实施例的充换电控制系统的充电能流图，图中箭头指示的是当市电能够正常向所述充换电控制系统供电时的能量流动方向，市电通过所述双向ac/dc变换器200整流进行整流输入所述直流母线100，新能源发电模块通过所述新能源双向dc/dc变换器320向所述直流母线100供电，所述直流母线100中的直流电压通过所述电池dc/dc变换器310向所述储能电池500进行充电，所述直流母线100在对所述储能电池500进行充电时的充电曲线满足所述储能电池500充电要求。

在市电停电后，所述能量管理单元400通过所述快速通讯总线获取各个所述储能电池500的soc(stateofcharge，荷电状态)情况。soc为储能电池在使用一段时间或长期搁置不用后的剩余容量与其完全充电状态的容量的比值，常用百分数来表示。soc的取值范围为0～1，当soc＝0时表示电池放电完全，当soc＝1时表示电池充电完全。图4为本发明其中一实施例的充换电控制系统进行电池快速充电时的能流图，图中箭头指示的是当市电掉电后对部分储能电池进行快速充电时的能量流动方向。所述能量管理单元400根据各个所述储能电池500的soc，判断哪些储能电池500需要调用其他的电池dc/dc变换器来对它进行充电，并控制切换处于空闲状态的所述电池dc/dc变换器320的工作模式，使其工作在放电状态向需要充电的所述储能电池500进行充电，以快速完成换电过程。图5为本发明其中一实施例的市电掉电后充换电控制系统反向供电能流图，图中箭头指示的是当市电掉电后所述充换电控制系统反向供电时的能量流动方向。在市电停电后，所述能量管理单元500还可以利用所述快速通讯总线调度所述电池dc/dc变换器320工作在放电状态，以及使所述双向ac/dc变换器200工作在独立供电状态，反向给交流侧重要负荷供电，完成备电功能。

在其中一个实施例中，所述能量管理单元500还通过监控通讯总线分别与多个所述双向ac/dc变换器200及多个所述双向dc/dc变换器300相连接，通过所述监控通讯总线实现对多个所述双向ac/dc变换器200及多个所述双向dc/dc变换器300的数据传输；所述数据包括充电电压和充电电流。所述能量管理单元500可以利用所述监控通讯总线来获取各所述双向ac/dc变换器200、各所述双向dc/dc变换器300上的充电电压以及充电电流，也可以获取各所述双向ac/dc变换器200、各所述双向dc/dc变换器300上的温度等充电信息。所述能量管理单元500通过获取上述信息可以对充换电控制系统的充换电过程进行实时监测，以通过所述快速通讯总线实现对多个所述双向ac/dc变换器及多个所述双向dc/dc变换器的功率控制、模式切换和能量调度，保证所述充换电控制系统充换电过程的高效与安全。

在其中一个实施例中，所述充换电控制系统还包括电池分配管理单元(图中未示)。所述电池分配管理单元分别与多个所述储能电池500相连接，用于检测多个所述储能电池500的充放电情况并进行管理。在所述充换电控制系统在对所述储能电池500进行充换电时，所述电池分配管理单元获取所述储能电池500的soc数据，并根据所述soc数据判断各所述储能电池500的充放电情况，保证充换电过程的高效率和稳定性。

本发明还提供了一种充换电柜，图6为本发明其中一实施例的充换电柜的结构框图。所述充换电柜包括如上任一项实施例所述的充换电控制系统10和新能源发电模块20。所述新能源发电模块20与所述充换电控制系统10相连接，用于利用新能源能量产生电能。所述充换电控制系统10使用双向大功率整流模块来构成所述直流母线100，所述双向大功率整流模块可以减小对电网的扰动，且提高充电效率。在用市电充电时，市电通过多个所述双向ac/dc变换器200进行整流后输入所述直流母线100中，以对所述直流母线100进行供电；同时所述新能源发电模块20产生的电能通过多个所述新能源双向dc/dc变换器310整流后输入所述直流母线100中，以对所述直流母线100进行供电。多个所述电池双向dc/dc变换器320利用所述直流母线100中的电能对所述储能电池500进行充电。而当市电停电后，所述能量管理单元400可以根据各个储能电池500的电能情况，控制一些所述电池dc/dc变换器320工作在放电状态，来向其它储能电池500进行充电，以快速完成换电过程。所述能量管理单元400还可以根据情况控制所述电池dc/dc变换器320工作在放电状态，控制所述双向ac/dc变换器200工作在独立供电状态，从而反向给交流侧重要负荷进行供电，以实现备电功能。使用本发明提供的所述充换电柜的充电功率大，充电效率高，对于电网扰动小，可靠性和稳定性高，且应用灵活，在市电掉电时也能快速完成换电和备电过程。

在其中一个实施例中，所述新能源发电模块20包括光伏发电组件(图中未示)。所述光伏发电组件与所述充换电控制系统10相连接，用于利用光能产生电能。光伏发电是利用半导体界面的光生伏特效应而将光能直接转变为电能的一种技术。当光子照射到金属上时，它的能量可以被金属中某个电子全部吸收，当电子吸收的能量足够大时，就能克服金属内部引力做功，离开金属表面逃逸出来，成为光电子。所述光伏发电组件主要由太阳电池板(组件)、控制器和逆变器三大部分组成。由于常规能源都是很有限的，因此例如光伏发电等新能源发电方式具有充分的清洁性、绝对的安全性、相对的广泛性、确实的长寿命和免维护性、资源的充足性及潜在的经济性等优点。本申请提供的所述充换电柜可以接入例如光伏发电组件等新能源发电模块以组成光、电充换电系统，使所述充换电柜使用清洁能源，保证本电柜的环境友好性和使用灵活性。

图7为本发明另一实施例的充换电柜的结构框图，在其中一个实施例中，所述充换电柜还包括动环控制单元30。所述动环控制单元30与所述充换电控制系统10相连接，用于对环境温度、环境湿度、充电电压及充电电流进行测量。所述动环控制单元30用于对所述充换电柜内的环境变量进行监测，例如环境温度、环境湿度以及所述充换电控制系统中的充电电压及充电电流等数据。所述动环控制单元30可以包括温度传感器、湿度传感器、电流互感器、电压互感器等数据采集装置，以对环境温度、环境湿度、充电电压及充电电流进行测量。所述动环控制单元30根据上述数据信息判断所述充换电柜内的工作状态是否正常，是否出现了例如火灾等安全事故，以保障所述充换电柜的工作安全。

在其中一个实施例中，所述充换电柜还包括显示模块40。所述显示模块40与所述动环控制单元30相连接，用于显示环境温度、环境湿度、充电电压及充电电流。所述动环控制单元30在获取了以上信息后传输至所述显示模块40，所述显示模块40可以对上述信息进行信息显示，以供工作人员作为操作时的参考，提高所述充换电柜的应用灵活度。

在其中一个实施例中，所述充换电柜还包括加热单元50和制冷单元60。所述加热单元50，与所述动环控制单元30相连接，用于当所述环境温度过低时，对所述充换电柜进行加热。所述制冷单元60，与所述动环控制单元30相连接，用于当所述环境温度过高时，对所述充换电柜进行制冷。所述动环控制单元30对环境温度进行采集，并根据所述环境温度判断所述充换电柜内的环境温度是过高还是过低。若所述充换电柜内的环境温度过低，可能会影响柜内组件的正常工作运行状态时，所述动环控制单元30控制所述加热单元50对所述充换电柜进行加热，以保证柜内组件能够正常工作运行。而当所述充换电柜内的环境温度过高时，柜内组件在过热状态下运行可能会对器件造成损坏，此时所述动环控制单元30控制所述制冷单元50对所述充换电柜进行制冷，以保障所述柜内组件的器件性能不会因过高的运行温度而受到影响。

在其中一个实施例中，所述充换电柜还包括消防单元70。所述消防单元70与所述动环控制单元30相连接，用于当环境温度超过预设安全温度时，对所述充换电柜进行灭火处理。当所述动环控制单元30判断采集到的所述环境温度过高已经超过预设安全温度时，表明所述充换电柜内可能已经发生了火灾，此时所述动环控制单元30控制所述消防单元70对所述充换电柜进行灭火处理，以防火势蔓延造成更严重的安全事故，以保障所述充换电柜以及所述充换电柜应用的安全性。

在本说明书的描述中，参考术语“有些实施例”、“其他实施例”、“理想实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特征包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性描述不一定指的是相同的实施例或示例。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。