CN211790784U

CN211790784U - 一种光储充一体化充电站

Info

Publication number: CN211790784U
Application number: CN201921700826.3U
Authority: CN
Inventors: 张占江; 韩金磊; 穆德志; 田崇文; 侯典坤; 吕晓谦; 陈慧明; 姜大力; 孟胜考; 张伟杰
Original assignee: FAW Group Corp
Current assignee: FAW Group Corp
Priority date: 2019-10-11
Filing date: 2019-10-11
Publication date: 2020-10-27
Anticipated expiration: 2029-10-11

Abstract

本实用新型实施例公开一种光储充一体化充电站。该光储充一体化充电站包括储能电池系统、光伏系统、储能变流器、交流配电柜、能量管理控制器和多个充电桩；储能电池系统包括多个电池包，每个电池包包含一个退役动力电池簇，每个电池包通过一个双向DCDC变换器与储能变流器电连接；能量管理控制器获取光伏系统和储能电池系统的状态信息，以通过交流配电柜控制光伏系统和/或储能电池系统的并离网状态，并控制光伏系统的供电和通过双向DCDC变换器控制对应的退役动力电池簇的充电和放电。本实用新型实现了簇间直流侧隔离，消除直接并联环流，可实现簇间差异的高兼容性；此外，可以根据不同状态差异放电，优化能量分配功能，实现能量分簇管理。

Description

一种光储充一体化充电站

技术领域

本实用新型实施例涉及动力电池梯次利用技术领域，尤其涉及一种光储充一体化充电站。

背景技术

退役动力电池一般指在新能源乘用车上使用5年及以上或在商用车上使用3年及以上，且由于电池系统剩余容量不足额定容量的80％，无法满足动力电池性能要求或者无法满足消费者使用需求而从新能源汽车上退役的电池。退役动力电池的梯次利用则是将退役动力电池经过检测、拆解、分级和重组等步骤，重新形成新的电池系统，继续应用于性能要求低于新能源汽车的其它领域，并且可继续使用到容量低于40％以后，再进入报废拆解和材料回收等资源化再利用环节。

据估算，2014-2024年的10年间，我国动力锂电池累计报废量约100万吨，而1个0.02kg的锂离子电池可使1平方公里土地污染50年左右。因此，我国退役动力锂电池的环保处置刻不容缓，迫切需要加快发展梯次利用产业。从市场前景看，退役动力电池梯次利用的经济性不断提高，我国储能及低速车等领域有巨大需求。到2025年，我国年新增的梯次利用电池潜在规模约33.6GWh，近年来密集发布动力电池回收利用标准，制定相关政策，2018年启动动力电池溯源管理平台，确定京津冀地区、江苏、上海等17个试点地区以及中国铁塔股份有限公司作为试点企业，在梯次利用商业模式构建、关键技术研发、标准规范研究及信息化平台建设等方面加强创新，将使梯次利用更加安全、规范，有利于产业快速发展。

充电站既是新能源汽车能量补充的重要基础设施，同时也是不断成长的退役动力电池梯次利用储能的大市场。在相同配置情况下，在快速充电站采用退役动力电池储能，比常规使用同类新电池储能的经济性好。此外，采用退役动力电池储能，还具有在充电站不增容扩容的条件下，改变充电设备的接入方案，即可满足直流快充负荷控制需求的优势。现有的充电站将整个电池组通过DCDC变换器连接逆变器，利用DCDC变换器对电池组的充放电电压进行控制，然而该系统架构不适合电池状态不一致的多个退役动力电池簇，对退役动力电池簇的统一控制会导致簇间环流现象，会减少电池寿命。

实用新型内容

本实用新型提供一种光储充一体化充电站，以实现退役动力电池簇的分簇动态管理和独立控制，消除直接并联产生的环流，同时有利于兼并退役动力电池包。

本实用新型实施例提供了一种光储充一体化充电站，包括储能电池系统、光伏系统、储能变流器、交流配电柜、能量管理控制器和多个充电桩；

所述储能电池系统包括多个电池包，每个所述电池包包含一个退役动力电池簇，每个所述电池包通过一个双向DCDC变换器与所述储能变流器电连接；

所述光伏系统与所述储能变流器电连接；

所述储能变流器通过交流母线与所述交流配电柜电连接；

所述交流配电柜分别与电网和所述多个充电桩电连接；

所述能量管理控制器分别与所述交流配电柜、光伏系统、储能电池系统和所述双向DCDC变换器通讯连接，所述能量管理控制器用于获取所述光伏系统和所述储能电池系统的状态信息，以通过所述交流配电柜控制所述光伏系统和/或所述储能电池系统的并离网状态，并控制所述光伏系统的供电和通过所述双向DCDC变换器控制对应的所述退役动力电池簇的充电和放电。

可选地，每个所述电池包还包括一个电池管理模块和一个高压电源分配模块，所述电池管理模块分别与所述退役动力电池簇和所述高压电源分配模块通讯连接，所述电池管理模块与所述能量管理控制器通讯连接；

所述电池管理模块用于对所述退役动力电池簇的充电和放电进行优化控制；所述高压电源分配模块用于控制高压回路通断。

可选地，所述光伏系统包括光伏控制器、汇流箱和多个太阳能电池板，所述汇流箱分别与所述太阳能电池板和所述光伏控制器电连接，所述光伏控制器用于控制供电输出。

可选地，所述储能变流器包括依次电连接的第一断路器、直流滤波器、逆变器、交流滤波器、继电器和第二断路器；

所述第一断路器电通过直流母线与所述双向DCDC变换器和所述光伏控制器电连接，所述第二断路器通过交流母线与所述交流配电柜电连接；所述逆变器与所述能量管理控制器通讯连接。

可选地，所述交流配电柜包括依次电连接的第三断路器、第一接触器、第二接触器、第四断路器和第一电表，所述第三断路器通过所述交流母线与所述储能变流器中的所述第二断路器电连接；所述第一电表与所述电网电连接；

所述交流配电柜还包括依次电连接的第二电表和第五断路器，所述第二电表通过所述交流母线分别与所述第一接触器和所述第二接触器电连接，所述第五断路器连接所述多个充电桩；

所述能量管理控制器分别与所述第一接触器和所述第二接触器通讯连接。

可选地，所述光储充一体化充电站还包括双路输出充电器和第一备用电源，所述第一备用电源接入所述交流配电柜和所述储能变流器之间的所述交流母线，所述双路输出充电器由所述第一备用电源供电；

所述双路输出充电器包括第一电压输出端口和第二电压输出端口，所述光伏控制器、所述双向DCDC变换器、所述逆变器、所述能量管理控制器和所述通讯模块由所述第一电压输出端口供电，所述电池管理模块由所述第二电压输出端口供电。

可选地，所述光储充一体化充电站还包括通讯模块，所述通讯模块与所述能量管理控制器通讯连接，用于与云端和/或终端通讯连接。

可选地，所述光储充一体化充电站还包括空调系统，所述空调系统接入所述交流配电柜和所述储能变流器之间的所述交流母线。

可选地，所述光储充一体化充电站包括消防系统和第二备用电源，所述第二备用电源接入所述交流配电柜和所述储能变流器之间的所述交流母线，所述消防系统由所述第二备用电源供电。

可选地，所述能量管理控制器设置于所述交流配电柜中。

本实用新型实施例提供的光储充一体化充电站，通过设置储能电池系统、光伏系统、储能变流器、交流配电柜、能量管理控制器和多个充电桩，并且，在储能电池系统中设置多个电池包，电池包中包含一个退役动力电池簇，每个电池包通过一个双向DCDC变换器与储能变流器电连接，从而可以实现低电压平台分簇设计，簇间直流侧隔离，消除直接并联环流；同时，可实现簇间差异的高兼容性，使充电站系统兼容不同寿命状态、不同车型电池；另外还可实现异构性，同时兼容退役动力电池整包应用方案，可以减少拆解分级重组工作。此外，通过能量管理控制器对光伏系统、储能电池系统和电网的供电进行分配管理，可以优化能量分配功能，实现能量分簇管理，根据不同状态差异放电，最大发挥储能效果；同时，还可优化能量调度功能，按照负载需求变化动态管理，甚至根据天气变化优化充电管理。

附图说明

图1是本实用新型实施例提供的一种光储充一体化充电站的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本实用新型，而非对本实用新型的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本实用新型相关的部分而非全部结构。

图1是本实用新型实施例提供的一种光储充一体化充电站的结构示意图，参考图1，该光储充一体化充电站包括储能电池系统10、光伏系统20、储能变流器30、交流配电柜40、能量管理控制器50和多个充电桩60；所述储能电池系统10包括多个电池包11，每个所述电池包11包含一个退役动力电池簇111，每个所述电池包11通过一个双向DCDC变换器12与所述储能变流器30电连接；所述光伏系统20与所述储能变流器30电连接；所述储能变流器30通过交流母线与所述交流配电柜40电连接；所述交流配电柜40分别与电网和所述多个充电桩60电连接；所述能量管理控制器50分别与所述交流配电柜40、光伏系统20、储能电池系统10和所述双向DCDC变换器12通讯连接，所述能量管理控制器50用于获取所述光伏系统20和所述储能电池系统10的状态信息，以通过所述交流配电柜40控制所述光伏系统20和/或所述储能电池系统10的并离网状态，并控制所述光伏系统20的供电和通过所述双向DCDC变换器12控制对应的所述退役动力电池簇111的充电和放电。

其中，储能电池系统10和光伏系统20以及电网可以在能量管理系统50的调度下对充电桩60供电，以满足充电桩60的充电需求。并且，由于退役动力电池簇111的直流电压低，经由双向DCDC变换器12升压后，连接到直流母线，能量管理系统50可进行每簇退役动力电池簇111的管理和能量分配，实行分簇管理措施，实现每簇电池的接入、断开及变功率输出，兼容不同状态电池，且便于后续维护。在能量管理系统50的调度下，该光储充一体化充电站按照以下策略运行。7:00-11:30属于峰电价，此时光伏系统20发电优先上网，由储能电池系统10供应充电桩60用电需求；11:30-17:00属于平电价，此时光伏系统20发电效率较高，同时给充电桩60和储能电池系统10输送电能；17:00-21:00属于峰电价，此时储能电池系统10向充电桩60供应电能；22:00-5:00属于谷电阶段，此时由电网给储能电池系统10充电，同时供应充电桩60的充电需求。

具体地，在储能电池系统10中，每个电池包11还包括一个电池管理模块112和一个高压电源分配模块113，其中，电池管理模块112分别与退役动力电池簇111和高压电源分配模块113通讯连接，电池管理模块与能量管理控制器50通讯连接；电池管理模块112用于对退役动力电池簇111的充电和放电进行优化控制；高压电源分配模块113则用于控制高压回路的通断。

其中，电池管理模块112是由电子电路设备构成的实时监测系统，其主要用于对退役动力电池簇111的充电和放电进行优化控制；此外还包括有效地监测电池电压、电池电流、电池簇绝缘状态、电池SOC、电池模组及单体状态(电压、电流、温度、SOC等)，对电池簇充、放电过程进行安全管理，对可能出现的故障进行报警和应急保护处理，对电池模块及电池簇的运行进行安全和优化控制，保证电池安全、可靠、稳定的运行。高压电源分配模块113是高压电气系统的核心组成部件，其主要作用是通过外部低压控制回路控制内部高压继电器的通断，将动力电池的高压直流电源按照高压电源分配盒内部设计电路，将驱动和转向电机的电机控制器、车载充电机、空调、直流电压转换器(DC/DC)等一系列的高压组成部件连接到一起。此外，如图所示，电池包11还包括维修开关以及设置在高压电源分配模块113中的电流传感器等，本领域技术人员可根据实际电池包的结构设计，合理地获得用于对上述电池包进行监测和管理的功能模块，此处不再赘述。

进一步地，光伏系统20中则包括光伏控制器21、汇流箱22和多个太阳能电池板23，所述汇流箱22分别与所述太阳能电池板23和所述光伏控制器21电连接，所述光伏控制器21用于控制供电输出。

其中，光伏控制器21用于太阳能发电系统中，控制多路太阳能电池方阵对蓄电池充电以及蓄电池给太阳能逆变器负载供电的自动控制设备。光伏控制器采用高速CPU微处理器和高精度A/D模数转换器，是一个微机数据采集和监测控制系统。既可快速实时采集光伏系统当前的工作状态，随时获得PV站的工作信息，又可详细积累PV站的历史数据，为评估PV系统设计的合理性及检验系统部件质量的可靠性提供了准确而充分的依据。此外，光伏控制器还具有串行通信数据传输功能，可将多个光伏系统子站进行集中管理和远距离控制。光伏控制器21通常有6个标称电压等级：12V、24V、48V、110V、220V、500V，通过使用最大功率追踪技术，光伏控制器21能保证太阳能阵列全天时、全天候的最大效率的工作。可以将光伏组件工作效率提高30％(平均可提高效率为10％-25％)。此外，光伏控制器21还包含搜索功能，可在整个太阳能板工作电压范围内定时搜寻绝对最大功率输出点。在太阳能光伏发电系统中会使用到汇流箱22，为了减少太阳能光伏电池阵列与储能变流器30中的逆变器之间的连线使用到汇流箱22。通过将多个太阳能电池板23串联形成光伏阵列，并将光伏阵列并联接入汇流箱22，通过光伏控制器21连接储能变流器30后，可以构成光伏发电系统，并且可以和储能电池系统10以及电网实现并网供电。为了提高系统的可靠性和实用性，在汇流箱22中通常配置有光伏专用直流防雷模块、直流熔断器和断路器等，方便用户及时准确的掌握光伏电池的工作情况，保证太阳能光伏发电系统发挥最大功效。

储能变流器30中则包括依次电连接的第一断路器31、直流滤波器32、逆变器33、交流滤波器34、继电器35和第二断路器36；所述第一断路器31电通过直流母线与所述双向DCDC变换器12和所述光伏控制器21电连接，所述第二断路器36通过交流母线与所述交流配电柜40电连接；所述逆变器33与所述能量管理控制器50通讯连接。

储能变流器30(Power Conversion System，PCS)可控制储能电池系统10的充电和放电过程以及光伏系统20的供电，进行交直流的变换，在无电网情况下可以直接为交流负荷供电。储能变流器30通过通讯接收能量管理控制器50的控制指令，根据功率指令的符号及大小控制变流器对电池进行充电或放电，实现对电网有功功率及无功功率的调节。同时。储能变流器30还可通过CAN接口与储能电池系统10中的电池管理模块112通讯，获取电池包11的状态信息，可实现对退役动力电池簇11的保护性充放电，确保电池运行安全。

交流配电柜40则包括依次电连接的第三断路器41、第一接触器42、第二接触器43、第四断路器44和第一电表45，所述第三断路器41通过所述交流母线与所述储能变流器30中的所述第二断路器36电连接；所述第一电表45与所述电网电连接；所述交流配电柜40还包括依次电连接的第二电表46和第五断路器47，所述第二电表46通过所述交流母线分别与所述第一接触器42和所述第二接触器43电连接，所述第五断路器47连接所述多个充电桩60；所述能量管理控制器50分别与所述第一接触器42和所述第二接触器43通讯连接。

具体地，参考图1，能量管理控制器50通常可设置在交流配电柜40中。能量管理控制器50通过分别与第一接触器42和第二接触器43通讯，可实现对第一接触器42和第二接触器43的控制，一方面可以控制光伏系统20以及储能电池系统的并离网供电，同时可控制电网的供电。

该所述光储充一体化充电站还包括第一备用电源71和双路输出充电器72，所述第一备用电源71接入所述交流配电柜40和所述储能变流器30之间的所述交流母线，所述双路输出充电器72由所述第一备用电源71供电；所述双路输出充电器72包括第一电压输出端口721和第二电压输出端口722，所述光伏控制器21、所述双向DCDC变换器12、所述逆变器33和所述能量管理控制器50由所述第一电压输出端口721供电，所述电池管理模块112由所述第二电压输出端口722供电。

为了防止光伏系统以及储能电池系统存在供电问题，保证该光储充一体化充电站的控制系统的正常运行，因而在对各控制系统中的功能模块进行供电时，则选择设置备用电源和充电器的组合。其中，第一备用电源71通过交流母线获得电能，并保证对双路输出充电器72不间断供电。双路输出充电器72则为不同的控制模块提供两种不同电压电源。如图所示，所述光伏控制器21、所述双向DCDC变换器12、所述逆变器33和所述能量管理控制器50均通过24V电压供电，电池管理模块112则由12V电压供电。

进一步地，为了保证用户或管理人员可以实时地获取该光储充一体化充电站及其各单元的状态信息等，所述光储充一体化充电站还可设置包括通讯模块80，所述通讯模块80与所述能量管理控制器50通讯连接，用于与云端和/或终端通讯连接。其中，通讯模块80的供电可由双路输出充电器的第一电压输出端口供电。通讯模块80可以是有线通讯模块，也可以是无线通讯模块。示例性地，以4G无线通讯模块为例，通过用户手机等终端设备的通讯连接，可以较方便地获取充电站等的状态信息，帮助用户了解充电情况，有助于实现较为人性化的充电站。

可以理解的是，一个完整的充电站组成结构不仅包括供电系统、充电设备，还应包括监控系统及其配套设置。为保证充电站的正常运行，一方面需要对充电站进行温度管理，保证充电站的工作环境温度；同时，还需要设置消防系统，以及时预防火灾等灾害。因此，该所述光储充一体化充电站还设置包括空调系统91，所述空调系统91接入所述交流配电柜40和所述储能变流器30之间的所述交流母线。另外，可在所述光储充一体化充电站中设置消防系统92和第二备用电源93，所述第二备用电源93接入所述交流配电柜40和所述储能变流器30之间的所述交流母线，所述消防系统92由所述第二备用电源93供电。

其中，空调系统91可以对各供电系统和充电设备进行温度控制，保证正常的工作温度，避免温度过高或过低等极端情况影响充电站的正常运行。消防系统92则通过第二备用电源93的不间断供电，可以进行危险预警、报警甚至消防，避免充电站发生失火等危险，保证充电站安全。

注意，上述仅为本实用新型的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本实用新型不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整、相互结合和替代而不会脱离本实用新型的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本实用新型进行了较为详细的说明，但是本实用新型不仅仅限于以上实施例，在不脱离本实用新型构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本实用新型的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims

1.一种光储充一体化充电站，其特征在于，包括储能电池系统、光伏系统、储能变流器、交流配电柜、能量管理控制器和多个充电桩；

所述光伏系统与所述储能变流器电连接；

所述储能变流器通过交流母线与所述交流配电柜电连接；

所述交流配电柜分别与电网和所述多个充电桩电连接；

2.根据权利要求1所述的光储充一体化充电站，其特征在于，

每个所述电池包还包括一个电池管理模块和一个高压电源分配模块，所述电池管理模块分别与所述退役动力电池簇和所述高压电源分配模块通讯连接，所述电池管理模块与所述能量管理控制器通讯连接；

3.根据权利要求1所述的光储充一体化充电站，其特征在于，

所述光伏系统包括光伏控制器、汇流箱和多个太阳能电池板，所述汇流箱分别与所述太阳能电池板和所述光伏控制器电连接，所述光伏控制器用于控制供电输出。

4.根据权利要求3所述的光储充一体化充电站，其特征在于，

所述储能变流器包括依次电连接的第一断路器、直流滤波器、逆变器、交流滤波器、继电器和第二断路器；

5.根据权利要求4所述的光储充一体化充电站，其特征在于，

所述交流配电柜包括依次电连接的第三断路器、第一接触器、第二接触器、第四断路器和第一电表，所述第三断路器通过所述交流母线与所述储能变流器中的所述第二断路器电连接；所述第一电表与所述电网电连接；

6.根据权利要求4所述的光储充一体化充电站，其特征在于，

所述光储充一体化充电站还包括通讯模块，所述通讯模块与所述能量管理控制器通讯连接，用于与云端和/或终端通讯连接。

7.根据权利要求6所述的光储充一体化充电站，其特征在于，

所述光储充一体化充电站还包括双路输出充电器和第一备用电源，所述第一备用电源接入所述交流配电柜和所述储能变流器之间的所述交流母线，所述双路输出充电器由所述第一备用电源供电；

8.根据权利要求1所述的光储充一体化充电站，其特征在于，

所述光储充一体化充电站还包括空调系统，所述空调系统接入所述交流配电柜和所述储能变流器之间的所述交流母线。

9.根据权利要求1所述的光储充一体化充电站，其特征在于，

所述光储充一体化充电站包括消防系统和第二备用电源，所述第二备用电源接入所述交流配电柜和所述储能变流器之间的所述交流母线，所述消防系统由所述第二备用电源供电。

10.根据权利要求1所述的光储充一体化充电站，其特征在于，

所述能量管理控制器设置于所述交流配电柜中。