新能源汽车智能型储能充电站系统的制作方法

本实用新型涉及储能充电站系统，尤其涉及新能源汽车智能型储能充电站系统。

背景技术：

目前环境污染和世界能源危机的问题日益严重，加上全球金融危机的冲击，使得汽车工业面临着严峻的挑战，伴随着发达国家政府发展新能源汽车的计划，我国政府也公布了发展新能源汽车的计划，并将其作为七大新兴战略产业之一予以高度重视。

而随着城市新能源车的增加，架线式无轨和有轨电车因载客能力强，且不受蓄电池电能容量的限制，逐步成为解决城市清洁公共能源的首选。新能源车供电线网供电时一般为平稳线性的，但在高峰运行时，车流量大对供电线网会造成负荷冲击，对电力系统的平稳运行产生影响，在用电高峰期时的电价也相对较高，增加运行成本，而在午夜用电低谷时又会造成能源浪费，这些情况使电力系统运行负荷波动较大，无法达到平稳状态，所以，对于目前的传统的电力系统而言，实际用电负荷的波动性与发电机组额定工况下所要求的用电负荷稳定性之间存在矛盾，如何处理电力系统的峰谷差是目前亟待解决的技术问题。

技术实现要素：

为了解决上述问题，本实用新型提供了一种新能源汽车智能型储能充电站系统，解决了现有技术中高峰运行时带来的负荷冲击及较高运行成本，低谷时造成的能源浪费，使得电力系统运行负荷波动较大的缺陷。

本实用新型采用以下技术方案实现上述目的：

新能源汽车智能型储能充电站系统，包括供电线网、直流配电模块、充电/馈能管理模块、储能电池、电池管理模块、数据管理模块、智能控制模块和供电电源，所述直流配电模块包括进线柜、主受柜、馈线柜一、馈线柜二和直流母线，所述主受柜通过直流母线将馈线柜一和馈线柜二并联，所述馈线柜一为馈能输出端，馈线柜二为充电输入端，所述供电线网接入直流配电模块的进线柜，所述进线柜与主受柜相连，所述充电/馈能管理模块包括充电管理柜和馈电管理柜，直流配电模块的馈线柜一和馈线柜二分别与充电/馈能管理模块的馈电管理柜和充电管理柜相连，所述充电/馈能管理模块还与储能电池相连，所述储能电池与电池管理模块相连，所述直流配电模块、充电/馈能管理模块、电池管理模块、数据管理模块和供电电源均通过总线与智能控制模块相连。

所述新能源汽车智能型储能充电站系统还包括辅助保护模块，所述辅助保护模块与数据管理模块相连。

所述辅助保护模块包括视频监控模块、火灾监控模块和站内温湿度监控模块。

所述充电/馈能管理模块为软开关控制。

本实用新型还提供应用新能源汽车智能型储能充电站系统的控制方法，包括以下步骤：

S1：初始状态时，设定供电线网工作负荷额定功率为P，供电线网工作负荷上限值为P₁，供电线网超上限值P₁持续时间限定值为t，供电线网启动系统充电模式时的负荷功率值为P₂，供电线网实际工作负荷P'，系统待机时间为T；

S2：智能控制模块控制直流配电模块对供电线网进行检测，判断P'是否大于等于上限值P₁，若是，执行步骤S3；若否，执行步骤S4；

S3：判断P'超上限值P₁持续时间是否超过t，若是，执行步骤S6；若否，则执行步骤S11；

S4：判断P'是否小于等于P₂，若是，执行步骤S5，若否，则执行步骤S11；

S5：智能控制模块读取电池管理模块数据，判断储能电池的电量是否处于充满状态，若是，执行步骤S11，若否，则执行步骤S9；

S6：系统启动馈能工作模式，智能控制模块控制充电/馈能管理模块进入到馈能状态，并通过计算控制馈能电流，控制馈线柜一空气断路器闭合，馈线柜二断开，接通线网，开始馈能，充电/馈能管理模块将储能电池中储存的电能回馈给供电线网，馈电输出功率为：

P_out＝P'-P (1)

式(1)中，P_out为馈电输出功率，执行步骤S7；

S7：判断供电线网负荷是否恢复到额定功率P以内，若是，返回步骤S4，若否，则执行步骤S8；

S8：判断储能电池电量是否达到最低值，若是，执行步骤S10，若否，则返回步骤S6；

S9：系统启动充电工作模式，智能控制模块控制充电/馈能管理模块进入到充电状态，馈线柜一断开，馈线柜二空气断路器闭合，接通线网，开始充电，供电线网的电能向储能电池中储存，返回步骤S5；

S10：系统进入停机状态，此时停止馈电，并向服务器发送电量过低提示，待供电线网恢复到额定功率P以内时，返回步骤S9；

S11：系统进入待机状态，经过时间T之后，返回步骤S2。

所述步骤S9的充电工作模式由恒流、恒压、涓流充电三个过程组成，具体包括以下步骤：

S9.1：设定储能电池电压为U_d，储能电池的充电限制电压为U_c，线网电压为U_s，叠加充电电压为ΔU_b，充电电流为I_c；在t₀阶段时，U_d＜U_s，电池管理模块对储能电池进行恒流充电，此时储能电池电压U_d呈线性上升，I_c处于最大值，并保持不变；

S9.2：当U_d＝U_s时，充电进入t₁阶段，储能电池电压上升斜率的ΔU_d可表示为，

式(2)中，ΔU_d为储能电池电压上升斜率，为t₀时段内储能电池在的t_m时刻的实时充电电压值，为t₀时段内储能电池在的t_n时刻的实时充电电压值，经过补偿计算确定t₁阶段充电电压斜率值ΔU_ds，

ΔU_ds＝ΔU_d+ΔU_t (3)

式(3)中，ΔU_ds为t₁阶段充电电压斜率值，ΔU_t为电压补偿值，可取值范围为1％×U_t≤ΔU_t≤2％×U_t，则储能电池的充电电压值为：

U_Z＝ΔU_ds×U_t (4)

式(4)中，U_Z为储能电池的充电电压值，U_t为供电电源实时电压值；此阶段I_c不变；

S9.3：判断U_d是否小于等于U_s，若是，返回步骤S9.1，若否，则执行步骤S9.4；

S9.4：U_d上升，至U_d＝U_c时，系统进入到t₂阶段，经过一定时间的延迟，进入到恒压充电阶段，系统根据线网电压的波动情况，计算叠加充电电压ΔU_b，

ΔU_b＝U_c-U_s (5)

式(5)中，ΔU_b为叠加充电电压；实时计算叠加充电电压，并进行升压，使储能电池自动保持恒压，充电/馈能管理模块加到储能电池上的电压恒定不变，此阶段I_c下降；

S9.5：当I_c下降到充电电流临界值以下时，进入到t₃涓流充电阶段，涓流充电维持一定时间以后，充电完成，系统自动断开充电回路开关，并返回步骤S5。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果在于，当供电线网输出功率小于工作负荷上限值时，如在夜间时，智能型储能充电站系统可充分利用夜间廉价的低谷电为储能充电站系统充电；当供电线网输出功率大于工作负荷上限值时，如在白天时，智能型储能充电站系统就会将储备的电能回馈到线网上，使谷电价格只有峰电价格的1/3，起到削峰填谷和平衡线网功率功能的作用，极大地降低新能源车辆的运营成本；同时，新能源汽车智能型储能充电站系统采用智能化和数字化的控制模式，在无人员操作和监控下能够完全独立的安全平稳运行，并对出现的故障能够实现保护和处理，节能环保效果十分显著。

附图说明

图1是本实用新型新能源汽车智能型储能充电站系统的系统模块框图；

图2是本实用新型新能源汽车智能型储能充电站系统应用时的接线示意图；

图3是本实用新型新能源汽车智能型储能充电站系统应用时各个模块布局图；

图4是本实用新型新能源汽车智能型储能充电站系统进行充电工作模式时的充电特性曲线图；

图5是本实用新型新能源汽车智能型储能充电站系统的控制方法流程图；

图6是本实用新型新能源汽车智能型储能充电站系统的控制方法中步骤S9的具体步骤流程图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本实用新型作进一步详细的描述。

如图1所示，新能源汽车智能型储能充电站系统，包括供电线网、直流配电模块、充电/馈能管理模块、储能电池、电池管理模块、数据管理模块、智能控制模块和供电电源，直流配电模块包括进线柜、主受柜、馈线柜一、馈线柜二和直流母线，主受柜通过直流母线将馈线柜一和馈线柜二并联，馈线柜一为馈能输出端，馈线柜二为充电输入端，如图2所示，为本实用新型应用时的接线示意图，供电线网的接入电缆连接到直流配电模块的进线柜，进线柜与主受柜相连，充电/馈能管理模块包括充电管理柜和馈电管理柜，直流配电模块的馈线柜一和馈线柜二分别与充电/馈能管理模块的馈电管理柜和充电管理柜相连，充电/馈能管理模块还与储能电池相连，储能电池与电池管理模块相连，直流配电模块、充电/馈能管理模块、电池管理模块、数据管理模块和供电电源均通过总线与智能控制模块相连，充电/馈能管理模块为软开关控制。

储能电池根据实际需要，可设置若干个，如图3所示，本实施例中储能电池为8个，均设置于储能电池室内，直流配电模块中的进线柜、主受柜、馈线柜一、馈线柜二分别设置在配电室内相应的柜内，充电/馈能管理模块分别设置在充电管理柜和馈电管理柜中，供电电源、智能控制模块和数据管理模块分别设置在站用配电柜、控制管理柜和数据管理柜中。

本实施例中的新能源汽车智能型储能充电站系统可设有辅助保护模块，辅助保护模块与数据管理模块相连，辅助保护模块可以是视频监控模块、火灾监控模块和站内温湿度监控模块。

如图5所示，本实用新型还提供应用新能源汽车智能型储能充电站系统的控制方法，包括以下步骤：

S1：初始状态时，设定供电线网工作负荷额定功率为P，供电线网工作负荷上限值为P₁，供电线网超上限值P₁持续时间限定值为t，供电线网启动系统充电模式时的负荷功率值为P₂，供电线网实际工作负荷P'，系统待机时间为T；

S2：直流配电模块对供电线网进行检测，判断P'是否大于等于上限值P₁，若是，执行步骤S3；若否，执行步骤S4；

S3：判断P'超上限值P₁持续时间是否超过t，若是，执行步骤S6；若否，则执行步骤S11；

S4：判断P'是否小于等于P₂，若是，执行步骤S5，若否，则执行步骤S11；

S5：判断储能电池的电量是否处于充满状态，若是，执行步骤S11，若否，则执行步骤S9；

S6：系统启动馈电工作模式，馈线柜一接通，馈线柜二断开，充/馈电管理系统的馈电管理柜将储能电池中储存的电能回馈给供电线网，馈电输出功率为：

P_out＝P'-P (1)

式(1)中，P_out为馈电输出功率，执行步骤S7；

S7：判断供电线网负荷是否恢复到额定功率P以内，若是，返回步骤S4，若否，则执行步骤S8；

S8：判断储能电池电量是否达到最低值，若是，执行步骤S10，若否，则返回步骤S6；

S9：系统启动充电工作模式，智能控制模块控制充电/馈能管理模块进入到充电状态，馈线柜一断开，馈线柜二空气断路器闭合，接通线网，开始充电，供电线网的电能向储能电池中储存，返回步骤S5；

S10：系统进入停机状态，此时停止馈电，并向服务器发送电量过低提示，待供电线网恢复到额定功率P以内时，返回步骤S9。

S11：系统进入待机状态，经过时间T之后，返回步骤S2。

如图4和图6所示，步骤S9的充电工作模式由恒流、恒压、涓流充电三个过程组成，具体包括以下步骤：

S9.1：设定储能电池电压为U_d，储能电池的充电限制电压为U_c，线网电压为U_s，叠加充电电压为ΔU_b，充电电流为I_c；在t₀阶段时，U_d＜U_s，电池管理模块对储能电池进行恒流充电，此时储能电池电压U_d呈线性上升，I_c处于最大值，并保持不变；

S9.2：当U_d＝U_s时，充电进入t₁阶段，储能电池电压上升斜率的ΔU_d可表示为，

式(2)中，ΔU_d为储能电池电压上升斜率，为t₀时段内储能电池在的t_m时刻的实时充电电压值，为t₀时段内储能电池在的t_n时刻的实时充电电压值，经过补偿计算确定t₁阶段充电电压斜率值ΔU_ds，确保t₁阶段电池充电系统在恒流阶段继续稳定工作，

ΔU_ds＝ΔU_d+ΔU_t (3)

式(3)中，ΔU_ds为t₁阶段充电电压斜率值，ΔU_t为电压补偿值，可取值范围为1％×U_t≤ΔU_t≤2％×U_t，充电电压值为：

U_Z＝ΔU_ds×U_t (4)

式(4)中，U_Z为储能电池的充电电压值，U_t为供电电源实时电压值；此阶段I_c不变；

S9.3：判断U_d是否小于等于U_s，若是，返回步骤S9.1，若否，则执行步骤S9.4；

由于线网电压所固有的波动特性，在t₁阶段时可能出现短时U_d＜U_s的情况，此时电池管理系统将自动转回t₀阶段工作，直到再次转回t₁阶段。

S9.4：U_d上升，至U_d＝U_c时，系统进入到t₂阶段，经过一定时间的延迟，进入到恒压充电阶段，系统根据线网电压的波动情况，计算叠加充电电压ΔU_b，

ΔU_b＝U_c-U_s (5)

式(5)中，ΔU_b为叠加充电电压；实时计算叠加充电电压，并进行升压，使储能电池自动保持恒压，充电/馈能管理模块加到储能电池上的电压恒定不变，此阶段I_c下降；

S9.5：当I_c下降到充电电流临界值以下时，进入到t₃涓流充电阶段。

如图4所示，本实施例中，当I_c下降到充电电流临界值，如0.05C以下时，此时充电电流为6A，电流很小，即为涓流充电。涓流充电是电池确保充满电的必须阶段，根据储能电池的特性，电池需经过一段时间的恒压涓流充电，使电池内部化学反应充分稳定，从而保证电池处于充电饱和状态。

涓流充电维持一定时间以后，充电完成，系统自动断开充电回路开关，并返回步骤S5。

当储能电池出现长时间储能待机时，例如，连续待机超过2个月，系统会选择在线网负荷适当时段进行一次充电/馈能循环，以确保电池活性。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的权利要求范围之内。另外，本实用新型各实施例中的技术特征可以单独使用，也可以组合使用。