一种基于飞轮储能的充电桩系统及其控制方法

本发明属于新能源汽车充电，尤其涉及一种基于飞轮储能的充电桩系统及其控制方法。

背景技术：

1、当前，电动汽车作为最主要的一种新能源汽车得到了广大用户的青睐。电动汽车使用电力作为动力来源，不需要燃烧化石燃料，极大减少了空气污染等环保问题，因而得到了大力推广和使用。

2、对于发电侧而言，巨量电动汽车的使用，给电网带来了巨大压力。这不仅提升了全社会用电需求，还会加剧电网负荷的峰谷差，这样，会使用电量短时间内达到满负荷甚至超过负荷，到了晚上负荷又会降到谷底，负荷的变化将导致电力系统频率的波动，进而会造成电力系统的波动，对发电设备和电能质量都有一定负面的影响。

3、对于配电侧，电动汽车不仅会增加配电网负荷容量，造成局部过载的问题，也会影响配电网的电能质量。电动汽车属大功率、非线性负荷的用电设备(非线性负荷最大特点是会引起电力系统电压或电流正弦波形的畸变)，大量电动汽车同时充电会导致短时电压降超标。电动汽车充电装置在实现电网交流电和电池直流电转换时，也会产生危害巨大的电力谐波。

4、此外，由于蓄电池的充电速度与传统燃油车的加油速度相比较慢，导致了广大电动汽车用户的“里程焦虑”问题。为了解决这个问题，必须加快充电速度，因此电动汽车充电桩的功率越来越大。而老旧小区的供电网络功率有限，这也限制了电动汽车的普及，降低了现有车主的使用体验。

技术实现思路

1、为解决上述技术问题，本发明提出了一种基于飞轮储能的充电桩系统及其控制方法，以解决电网局部过载的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供了一种基于飞轮储能的充电桩系统，包括：

3、开关，用于控制市电电网接入；

4、充电单元，用于为电动汽车充电；

5、飞轮储能单元，用于将电能转换为机械能并储存；

6、光伏发电单元，用于通过太阳能发电；

7、切换单元，分别与所述开关、充电单元、飞轮储能单元和光伏发电单元连接，用于控制电流走向；

8、中央控制器，分别与开关、切换单元、飞轮储能单元和光伏发电单元连接，用于控制开关、切换单元、飞轮储能单元和光伏发电单元的运行状态；

9、用户设备，与所述中央控制器连接，用于输入控制指令。

10、优选地，所述充电单元包括第二充电控制器和枪头；

11、第二充电控制器的输入端与开关的输出端连接，第二充电控制器的输出端与枪头连接；

12、所述枪头与电动汽车连接，用于为电动汽车输送电；

13、所述第二充电控制器用于控制枪头放电。

14、优选地，所述飞轮储能单元包括电动/发电机、真空泵、飞轮、轴承组、速度传感器、电机控制器和壳体；

15、所述电动/发电机的输出轴与飞轮的传动轴通过联轴器连接；

16、所述真空泵的吸气口与壳体的内腔连通；

17、所述轴承组由轴承组成，轴承套设在电动/发电机的输出轴与飞轮的传动轴的外部；

18、所述速度传感器用于采集飞轮的转速信号；

19、所述电机控制器的输出端与电动/发电机连接，电机控制器的输入端与切换单元的输出端连接；

20、所述壳体用于固定并保护电动/发电机、真空泵、飞轮、轴承组、速度传感器和电机控制器。

21、优选地，所述光伏发电单元包括光伏组件、第一充电控制器、蓄电池、并网逆变器和电压传感器；

22、所述光伏组件的输出端与第一充电控制器连接；

23、所述第一充电控制器分别与蓄电池和并网逆变器的输入端连接；

24、所述电压传感器用于采集蓄电池电压。

25、本发明还提供了一种基于飞轮储能的充电桩系统的控制方法，包括以下步骤：

26、在太阳光充足的情况下，光伏组件发电为蓄电池充电，当蓄电池电压达到第一预设值后，停止蓄电池充电，并控制蓄电池放电带动飞轮转动，将电能存储到飞轮储能单元，当蓄电池电压达到第二预设值后，停止蓄电池向飞轮储能单元放电；

27、当飞轮储能单元的飞轮的转速超过设定转速时，当有电动汽车需要充电时，则通过充电单元释放飞轮储能单元储存的能量为电动汽车充电，充电完成后如果飞轮的转速仍超过设定转速，则将剩余能量输送到市电电网中，当没有电动汽车需要充电时，则将飞轮储能单元储存的能量输送到市电电网中。

28、优选地，所述光伏组件发电为蓄电池充电的过程包括：

29、通过光照强度传感器实时采集太阳光的光照强度信号，并发送给中央控制器，中央控制器根据光照强度信号获得光照强度，当光照强度满足设定强度后，控制第一充电控制器连接与蓄电池之间的充电电路，利用光伏组件将所接收到的光能转化为电能，并输出给第一充电控制器，再通过第一充电控制器的处理后输出给蓄电池进行充电。

30、优选地，所述将剩余能量输送到市电电网中的过程包括：

31、控制切换单元建立电机控制器与第二充电控制器的电路连接，通过飞轮驱动电动机/发电机工作在发电机状态下，输出电能，并通过枪头向电动汽车进行快速充电作业，当经过设定时间后，电动汽车快充作业结束，控制电机控制器与第二充电控制器的电路断开，若飞轮的转速仍未低于设定转速二，则将剩余能量输送到市电电网中。

32、优选地，当停止蓄电池向飞轮储能单元放电时，蓄电池电压仍然高于第一预设值，则控制蓄电池向市电电网放电。

33、优选地，当飞轮储能不足时，则通过市电电网直接为电动汽车充电。

34、与现有技术相比，本发明具有如下优点和技术效果：

35、本发明所述的基于飞轮储能的充电桩系统，该系统结构简单、节能效果好，其能满足电动汽车短时间内大功率的快充需求，能有效降低电网局部过载的问题。同时，能有效减少电力谐波的产生，对稳定配电网的电能质量有着良好的效果。

技术特征：

1.一种基于飞轮储能的充电桩系统，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的基于飞轮储能的充电桩系统，其特征在于，所述充电单元包括第二充电控制器和枪头；

3.根据权利要求1所述的基于飞轮储能的充电桩系统，其特征在于，所述飞轮储能单元包括电动/发电机、真空泵、飞轮、轴承组、速度传感器、电机控制器和壳体；

4.根据权利要求1所述的基于飞轮储能的充电桩系统，其特征在于，所述光伏发电单元包括光伏组件、第一充电控制器、蓄电池、并网逆变器和电压传感器；

5.一种基于飞轮储能的充电桩系统的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

6.根据权利要求5所述的基于飞轮储能的充电桩系统的控制方法，其特征在于，所述光伏组件发电为蓄电池充电的过程包括：

7.根据权利要求5所述的基于飞轮储能的充电桩系统的控制方法，其特征在于，所述将剩余能量输送到市电电网中的过程包括：

8.根据权利要求5所述的基于飞轮储能的充电桩系统的控制方法，其特征在于，

9.根据权利要求5所述的基于飞轮储能的充电桩系统的控制方法，其特征在于，

技术总结
本发明公开了一种基于飞轮储能的充电桩系统及其控制方法，系统包括：开关，用于控制市电电网接入；充电单元，用于为电动汽车充电；飞轮储能单元，用于将电能转换为机械能并储存；光伏发电单元，用于通过太阳能发电；切换单元，分别与所述开关、充电单元、飞轮储能单元和光伏发电单元连接，用于控制电流走向；中央控制器，分别与开关、切换单元、飞轮储能单元和光伏发电单元连接，用于控制开关、切换单元、飞轮储能单元和光伏发电单元的运行状态；用户设备，与所述中央控制器连接，用于输入控制指令。本系统能有效降低电网局部过载的问题。

技术研发人员：李建松,吉智,燕硕,黎少辉,李海燕
受保护的技术使用者：徐州工业职业技术学院
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16