一种储能型充电桩系统及其能源控制方法与流程

1.本发明涉及充电桩技术领域，尤其涉及一种储能型充电桩系统及其能源控制方法。


背景技术：

2.在新能源电动车保有量越来越多的背景下，充电桩作为基础设施，需求量不断增长。电动车保有量不断的增长，电动车电池容量越来越大，充电电流越来越大，充电行为造成市政电网的压力加大。
3.另外，作为终端用户或者充电桩用电企业，充电的成本也是其考虑的一个重要因素。现在的充电桩系统基本都是采用市政电网进行供电的，不仅造成电市政网压力加大，充电成本高，而且一旦市政电网出现故障而造成掉电的情况，导致充电桩无法正常使用，这样会给终端用户带来极为不好的体验；此外，现有的充电桩系统难以满足短时大电流快充的需求。
4.为此，本技术人经过有益的探索和研究，找到了解决上述问题的方法，下面将要介绍的技术方案便是在这种背景下产生的。


技术实现要素：

5.本发明所要解决的技术问题之一在于：针对现有技术的不足而提供一种降低对市政电网造成的压力、降低充电成本、满足短时大电流快充的储能型充电桩系统。
6.本发明所要解决的技术问题之二在于：提供一种上述储能型充电桩系统的能量控制方法。
7.作为本发明第一方面的一种储能型充电桩系统，包括超级电容储能系统、锂电池储能系统、热管理系统、直流母线、主控制器以及至少一充电桩，市政电网供电系统通过双向可控ac/dc转换模块连接至所述直流母线上，所述超级电容储能系统一方面通过第一双向可控dc/dc转换模块连接至所述直流母线上，另一方面通过第二双向可控dc/dc转换模块与所述锂电池储能系统连接，所述热管理系统通过第一dc/dc转换模块连接至所述直流母线上，每一充电桩分别通过第二dc/dc转换模块连接至所述直流母线上，所述主控制器分别与所述超级电容储能系统、锂电池储能系统、热管理系统、双向可控ac/dc转换模块、第一双向可控dc/dc转换模块和第二双向可控dc/dc转换模块连接，用于对所述市政电网供电系统、超级电容储能系统、锂电池储能系统和热管理系统的工作模式进行调度控制。
8.在本发明的一个优选实施例中，所述超级电容储能系统包括超级电容管理系统和超级电容模组，所述超级电容管理系统一方面与所述超级电容模组连接，另一方面与所述主控制器连接，所述超级电容模组一方面通过所述第一双向可控dc/dc转换模块连接至所述直流母线上，另一方面通过所述第二双向可控dc/dc转换模块与所述锂电池储能系统连接。
9.在本发明的一个优选实施例中，所述锂电池储能系统包括锂电池管理系统和锂电
池模组，所述锂电池管理系统一方面与所述锂电池模组连接，另一方面与所述主控制器连接，所述锂电池模组通过所述第二双向可控dc/dc转换模块与所述超级电容储能系统连接。
10.在本发明的一个优选实施例中，还包括太阳能发电系统，所述太阳能发电系统通过第三dc/dc转换模块与所述超级电容储能系统连接。
11.在本发明的一个优选实施例中，还包括低压蓄电池模组，所述低压蓄电池模组一方面与所述主控制器、超级电容储能系统、锂电池储能系统和热管理系统连接，另一方面通过第四dc/dc转换模块连接至所述直流母线上。
12.作为本发明第二方面的一种上述储能型充电桩系统的能量控制方法，包括以下步骤：
13.当处于低电价时段时，控制市政供电系统输出能量对超级电容储能系统和锂电池储能系统进行充电；
14.当处于高电价时段时，优先使用超级电容储能系统和锂电池储能系统对充电桩提供电能；
15.当充电桩需要大功率快充时，优先使用市政供电系统和超级电容储能系统同时为充电桩提供电能；
16.当充电桩空闲且市政电网系统出现掉电的情况时，通过锂电池储能系统对超级电容储能系统进行充电；
17.当市政电网供电系统出现掉电的情况时，超级电容储能系统和锂电池储能系统可向局部市政电网供电系统提供应急供电能源。
18.在本发明的一个优选实施例中，当市政供电系统对超级电容储能系统和锂电池储能系统进行充电时，优先对超级电容储能系统进行充电，在超级电容储能系统充满后，再对锂电池储能系统进行充电。
19.在发明的一个优选实施例中，还包括：
20.当日照充足时，太阳能发电系统优先对超级电容储能系统进行充电，在超级电容储能系统充满后，再对锂电池储能系统进行充电。
21.在本发明的一个优选实施例中，还包括：
22.当市政供电系统出现掉电的情况且超级电容储能系统和锂电池储能系统处于缺电状态时，低压蓄电池模组为超级电容储能系统、锂电池储能系统和热管理系统提供应急电源。
23.由于采用了如上技术方案，本发明的有益效果在于：本发明有效地降低了对市政电网供电系统造成的压力，实现削峰填谷作用，同时有效地满足了短时大电流快充的需求，有效地延长锂电池的使用寿命，有效地利用太阳能资源，降低了充电成本。
附图说明
24.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有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发明的一些实施例，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。
25.图1是本发明的储能型充电桩系统的结构示意图。
具体实施方式
26.为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。
27.参见图1，图中给出的是一种储能型充电桩系统，包括超级电容储能系统100、锂电池储能系统200、热管理系统300、直流母线400、主控制器500以及若干充电桩600。
28.市政电网供电系统10通过双向可控ac/dc转换模块710连接至直流母线400上，用于将电流输送至直流母线400上，其作为充电桩的主要电能来源。在本实施例中，双向可控ac/dc转换模块710实现电压的变换，并且具有can通信接口，可接受主控制器500下发的控制指令，实现工作模式的切换。
29.超级电容储能系统100一方面通过双向可控dc/dc转换模块720连接至直流母线400上，用于将超级电容储能系统100内储存的电能输送至直流母线400上或者从直流母线400上获取电能进行充电，另一方面通过双向可控dc/dc转换模块730与锂电池储能系统200连接，用于接收锂电池储能系统200释放的电能或者对锂电池储能系统200进行充电。在本实施例中，双向可控dc/dc转换模块720、730实现电压的变换，并且具有can通信接口，可以接受主控制器500下发的控制指令，实现工作模式的切换。
30.具体地，超级电容储能系统100包括超级电容管理系统(图中未示出)和超级电容模组(图中未示出)。超级电容管理系统一方面与超级电容模组连接，用于对超级电容模组内的单体超级电容进行充放电管理，另一方面与主控制器500连接，用于接收主控制器500下发的控制指令，并根据控制指令进行工作模式的切换。超级电容模组一方面通过双向可控dc/dc转换模块720连接至直流母线400上，用于将其储存的电能释放输送至直流母线400上或从直流母线400上获取电能进行充电，另一方面通过双向可控dc/dc转换模块730与锂电池储能系统200连接，用于接收锂电池储能系统200释放的电能或者对锂电池储能系统200进行充电。在本实施例中，超级电容模组中的单体超级电容优选地采用锂离子超级电容。
31.具体地，锂电池储能系统200包括锂电池管理系统(图中未示出)和锂电池模组(图中未示出)。锂电池管理系统一方面与锂电池模组连接，用于对锂电池模组内的单体锂电池进行充放电管理，另一方面与主控制器500连接，用于接收主控制500下发的控制指令，并根据控制指令进行工作模式的切换。锂电池模组通过双向可控dc/dc转换模块730与超级电容储能系统100连接，用于接收超级电容储能系统100输出的电能或者将其储存的电能传送至超级电容储能系统100。在本实施例中，锂电池模组中的单体锂电池优选地采用能量密度高的三元锂电池。
32.热管理系统300通过dc/dc转换模块740连接至直流母线400上。热管理系统300受控于主控制器500，当温度过低或过高时，提供加热或是制冷功能，调节整个系统的工作温度。在本实施例中，dc/dc转换模块740实现电压的变换，并且具有can通信接口，可接受主控制器500下发的控制指令，实现工作模式的切换。
33.每一充电桩600分别通过dc/dc转换模块750连接至直流母线400上，其用于从直流母线400上获取电能，为电动设备例如电动车进行充电。当然，充电桩600并不局限于本实施例中的数量，其应根据充电站的桩位而设置。
34.主控制器500分别与超级电容储能系统100、锂电池储能系统200、热管理系统300、
双向可控ac/dc转换模块710、双向可控dc/dc转换模块720和双向可控dc/dc转换模块730连接，用于对市政电网供电系统10、超级电容储能系统100、锂电池储能系统200和热管理系统300的的工作模式进行调度控制。在本实施例中，主控制器500负责整个系统的控制和调度，主控制器500主要由高性能cpu和通信接口构成，通信接口负责连接系统中的其他部件，实现数据交互，通信接口可以为can通信接口。
35.本发明的储能型充电桩系统还包括太阳能发电系统800，太阳能发电系统800通过dc/dc转换模块760与超级电容储能系统100连接，用于对超级电容储能系统100进行充电。
36.本发明的储能型充电桩系统还包括低压蓄电池模组900，低压蓄电池模组900一方面分别与主控制器500、超级电容储能系统100、锂电池储能系统200和热管理系统300连接，其受控于主控制器500，其用于在应急情况下为主控制器500、超级电容储能系统100、锂电池储能系统200和热管理系统300提供应急电源，另一方面通过dc/dc转换模块770连接至直流母线400上，当低压蓄电池模组900需要充电时，市政供电系统10输出能量，并通过直流母线400和dc/dc转换模块770为低压蓄电池模组900进行充电。
37.本发明的储能型充电桩系统的能量控制方法，包括以下步骤：
38.当处于低电价时段时，控制市政供电系统10输出能量对超级电容储能系统100和锂电池储能系统200进行充电；在充电过程中，优先对超级电容储能系统100进行充电，在超级电容储能系统100充满后，再对锂电池储能系统200进行充电；
39.当处于高电价时段时，优先使用超级电容储能系统100和锂电池储能系统200对充电桩提供电能；
40.当充电桩600需要大功率快充时，优先使用市政供电系统10和超级电容储能系统100同时为充电桩600提供电能；
41.当充电桩600空闲且市政电网系统10出现掉电的情况时，通过锂电池储能系统200对超级电容储能系统100进行充电；
42.当市政电网供电系统10出现掉电的情况时，超级电容储能系统100和锂电池储能系统200可向局部市政电网供电系统10提供应急供电能源；
43.当日照充足时，太阳能发电系统800优先对超级电容储能系统100进行充电，在超级电容储能系统100充满后，再对锂电池储能系统200进行充电；
44.当市政供电系统10出现掉电的情况且超级电容储能系统100和锂电池储能系统200处于缺电状态时，低压蓄电池模组900为主控制器500、超级电容储能系统100、锂电池储能系统200和热管理系统300提供应急电源。
45.以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。