充电系统及存储一体设备的制作方法

1.本技术属于充电桩技术领域，具体涉及到一种充电系统及存储一体设备。


背景技术：

2.目前新能源车充电功率需求越来越大，大功率直流充电桩对电网电力需求越来越大。部分场站无法申请到足够的电力满足大功率充电桩充电需求，需要增加储能系统才能解决。传统的充储系统通过储能电池组向低压交流电网端馈电，低压电网通过ac/dc整流模块给电动车充电，如此需要储能电池组到低压电网的逆变环节和储能电池组直流转交流后二次整流环节，成本高，结构复杂。


技术实现要素：

3.本实用新型提供一种充电系统及存储一体设备，以解决现有的结构复杂、成本高昂的问题。
4.基于上述目的，本实用新型实施例提供了一种存储一体设备，包括：控制器、储能装置、第一功率变换器以及第二功率变换器，所述控制器与所述储能装置、所述第一功率变换器以及所述第二功率变换器连接；所述储能装置还与所述第一功率变换器和所述第二功率变换器连接；所述控制器和所述第一功率变换器还与配电箱连接；所述控制器用于：在第一充电模式下，控制第一充电回路导通，同时控制第二充电回路断开；在第二充电模式下，控制所述第二充电回路导通，同时控制所述第一充电回路断开；其中所述第一充电回路导通时，所述配电箱输出的电能经所述第一功率变换器进行ac/dc变换后存储至所述储能装置；所述第二充电回路导通时，所述储能装置存储的电能经所述第二功率变换器进行dc/dc变换后输出至充电桩以给车辆充电。
5.可选的，所述充电系统还包括第三功率变换器，与所述配电箱和所述控制器连接，在第三充电模式下，所述控制器控制第三充电回路导通，同时控制所述第一充电回路断开，所述第三充电回路导通时，所述配电箱输出的电能经所述第三功率变换器进行ac/dc变换后输出至充电桩以给车辆充电。
6.可选的，所述充电系统还包括第一断路器，所述第一断路器的输入端与所述配电箱连接，输出端与所述第一功率变换器以及所述第三功率变换器连接。
7.可选的，所述充电系统还包括第二断路器，所述第二断路器的输入端与所述配电箱连接，输出端与所述第三功率变换器连接。
8.可选的，所述第二功率变换器为单向dc/dc功率变换模组，用于将所述储能装置输出的第一直流电转换为需求的第二直流电。
9.可选的，所述充电系统还包括第三断路器，所述第三断路器的输入端与所述配电箱连接，输出端与所述第一功率变换器连接。
10.可选的，所述储能装置包括一个储能电池组。
11.可选的，所述储能装置包括多个储能电池组，多个所述储能电池组采用相互串联、
和/或并联的连接方式。
12.基于同一构思，本实用新型实施例还提出了一种存储一体设备，包括：配电箱和前述的充电系统。
13.可选的，所述存储一体设备还包括：变压器，所述变压器与所述配电箱通过低压电网连接，变压器用于将高压电网的高压交流电转换为所述低压电网的低压交流电，并传输至所述配电箱。
14.从上面所述可以看出，本实用新型实施例提供的充电系统相对于传统的设备节省了储能装置到低压电网的逆变环节和储能装置直流转交流后二次整流环节，成本低，结构简单。
附图说明
15.为了更清楚地说明本实用新型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实用新型实施例，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。
16.图1为本实用新型的一个实施例的充电系统的结构示意图；
17.图2为本实用新型的另一实施例的充电系统的结构示意图；
18.图3为本实用新型的又一实施例的充电系统的结构示意图；
19.图4为本实用新型的一个实施例的存储一体设备的结构示意图。
具体实施方式
20.为了能够更清楚地理解本技术的上述目的、特征和优点，下面将对本技术的方案进行进一步描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
21.在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本技术，但本技术还可以采用其他不同于在此描述的方式来实施；显然，说明书中的实施例只是本技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。
22.本实用新型实施例提供了一种充电系统。如图1所示，充电系统1包括：控制器10、储能装置11、第一功率变换器12和第二功率变换器13。所述控制器10与所述储能装置11、所述第一功率变换器12以及所述第二功率变换器13连接；所述储能装置11还与所述第一功率变换器12和所述第二功率变换器13连接。
23.所述控制器10和所述第一功率变换器12还与配电箱2连接。所述控制器10用于：在第一充电模式下，控制第一充电回路导通，同时控制第二充电回路断开；在第二充电模式下，控制所述第二充电回路导通，同时控制所述第一充电回路断开。其中所述第一充电回路导通时，所述配电箱2输出的电能经所述第一功率变换器12进行ac/dc变换后存储至所述储能装置11。所述第二充电回路导通时，所述储能装置11存储的电能经所述第二功率变换器13进行dc/dc变换后输出至充电桩3以给车辆4充电。第一充电模式为向储能装置充电的充电模式，第二充电模式为应用储能装置向车辆充电的充电模式。储能装置11中存储的电能可以直接通过第二功率变换器13经dc/dc变换后输出至充电桩3以给车辆4充电，不需要经
过一逆变器进行直流转交流，再交流转直流的二次整流环节才能通过充电桩15向车辆3充电，结构更简单，成本低，效率高，可靠性更高。需要说明的是，本实用新型实施例是通过对充电系统电路及电路连接方式的改进来实现上述功能，其中并不涉及控制器的控制逻辑的改进。
24.充电系统1还包括第三功率变换器14，与所述配电箱2和所述控制器10连接。在第三充电模式下，所述控制器10控制第三充电回路导通，同时控制所述第一充电回路断开，所述第三充电回路导通时，所述配电箱2输出的电能经所述第三功率变换器14进行ac/dc变换后输出至充电桩3以给车辆4充电。第三充电模式为直接向车辆充电的充电模式。
25.在本实用新型实施例中，控制器10控制第一充电回路导通，并向储能装置11充电时，同时控制第二充电回路和第三充电回路断开，即第一充电模式工作时，第二充电模式和第三充电模式停止工作。而控制器10控制向充电桩3输出电能以给车辆4充电时，可以是控制第二充电回路导通，也可以是控制第三充电回路导通，或者同时控制第二充电回路和第三充电回路导通，以向充电桩3输出电能给车辆4充电。即控制器10可以控制第二充电模式和第三充电模式同时工作，也可以控制两者的其中之一工作以实现向充电桩3输出电能给车辆4充电。与此同时控制器10还控制第一充电回路断开。
26.在本实用新型实施例中，在第一充电模式下，即充电桩3空闲时，所述配电箱2通过第一功率变换器12向所述储能装置11充电，同时禁止通过向充电桩3输出电能。需要向充电桩3输出电能给车辆4充电时，控制器10根据车辆4充电需求功率、电网电力以及电网高峰时段控制储能装置11和/或配电箱2分别通过第三功率变换器14和第二功率变换器13向充电桩3输出电能给车辆4充电。具体地，车辆4充电需求功率大于电网电力时，控制器10控制配电箱2输出的电能通过第三功率变换器14输出至充电桩3给车辆4充电，给正在充电的车辆4进行增容，同时控制储能装置11存储的电能通过第二功率变换器13输出至充电桩3给车辆4充电。而在电网高峰时段，控制器10优先控制所述储能装置11存储的电能通过所述第二功率变换器13输出至所述充电桩3对车辆4充电。而既非电网高峰时段，且电网电力不低于车辆充电需求功率时，控制器10可以仅控制配电箱2输出的电能通过第三功率变换器14输出至充电桩3给车辆4充电。
27.在本实用新型实施例中，储能装置11包括一个储能电池组，也可以包括相互串联、和/或并联的多个储能电池组。第一功率变换器12和第三功率变换器14为单向ac/dc功率变换模组，用于将三相交流电转换为直流电，输出的直流电可以按照需求提供稳定的直流电压和直流电流。第二功率变换器13为单向dc/dc功率变换模组，用于将储能装置11输出的第一直流电转换为需求的第二直流电。该第一直流电为利用储能装置11给车辆3充电时储能装置11输出的直流电，第二直流电为经第二功率变换器13输出至充电桩3并向车辆4充电所需求电压电流大小的直流电。
28.如图2所示，充电系统1还可以包括第二断路器16和第三断路器17。所述第二断路器16的输入端与所述配电箱2连接，输出端与所述第三功率变换器14连接。第三断路器17的输入端与所述配电箱2连接，输出端与所述第一功率变换器12连接。第二断路器16和第三断路器17为低压配电安全器件，用于保护充电系统1的过流、短路等。
29.如图3所示，充电系统1还包括第一断路器15，所述第一断路器15的输入端与所述配电箱2连接，输出端与所述第一功率变换器12以及所述第三功率变换器14连接。如此进一
步节省了独立的对储能装置11充电的低压交流配电主断路器，减少了故障节点，可靠性更高。
30.当在第一工作模式下向储能装置11充电时，车辆4不充电，配电箱2输出的交流电通过第一功率变换器12给储能装置11充电。
31.当在第二工作模式下的储能装置11放电时，控制器10控制储能装置11存储的电能通过第二功率变换器13进行dc/dc变换后输出至充电桩3对车辆4充电，或者给正在充电的车辆4进行增容。
32.当在第三工作模式下通过第三充电回路向车辆4充电时，控制器10控制配电箱2输出的交流电通过第三功率变换器14进行ac/dc变换后输出至充电桩3以给车辆4充电。
33.为了能够获得更好的充电效益，充电系统1可以按照如下两种策略运营：
34.1)首先通过与配电箱2连接的第一功率变换器12对储能装置11进行充电，储能装置11通过独立的第二功率变换器13后并入充电系统1的直流母线输出端，输出至充电桩3的充电终端对电动车辆4进行充电。其中直流母线是指位于第三功率变换器14与充电桩3之间的连接线路。
35.在没有车辆充电的时间段，充电系统1工作在第一工作模式下，控制器10控制启动第一功率变换器12，利用充电桩3空闲电力对储能装置11进行储能充电。当有车辆充电需求功率大于电网电力时，控制器10控制第二充电回路与第三充电回路同时导通，在控制配电箱2输出的电能经第三功率变换器14进行ac/dc变换后输出至充电桩3以给车辆4充电的同时，启动储能装置11通过第二功率变换器13将储能输出并入到充电直流输出端，补充不够的电力。
36.2)在电网低谷、没有车辆充电的时间段，控制器10启动储能的第一功率变换器12，对储能装置11进行充电储能。
37.在电网高峰的时间段，优先使用储能装置11对车辆4充电或者给正在充电的车辆4进行增容。
38.传统充储系统是充、储系统分开，然后共交流母线，储能放电的过程是通过交流母线完成的，需要逆变(dc/ac)、功率变换(ac/dc dc/dc)两级完成。本实用新型实施例的充电系统1直接在充电桩电气系统上将储能充电交流输入端连在充电桩交流输入的第一断路器15后，共用充电桩交流输入配电保护单元，储能放电的过程所采用的是储能装置11与充电桩终端产品直接由一级dc/dc功率变换完成，将储能装置11存储的电能通过第二功率变换器13输出至充电桩直流输出母线上，控制器10对充电系统1进行通讯控制，实现充电系统1安全和高效的控制。在本实用新型的其他实施例中，也可以将第一断路器15、第二断路器16以及第三断路器17同时接入充电系统1中，在此不作赘述。
39.本实用新型实施例的充电系统1在储能装置11放电时不需要逆变到交流母线后再功率变换，而仅通过单向dc/dc功率变换模组就可以得到需求的电压电流，单向dc/dc功率变换模组比双向ac/dc功率变换模组具有更小的系统空间，同时节省了储能装置11到电网逆变环节、储能装置11放电也少了再次从低压电网交流到直流的二次整流环节，结构简单，成本大幅降低，可靠性提升，在大功率直流充电系统中更具有适用性和高性价比，这样大大提高了充电系统1效率。储能装置11也无需额外的交流电力对储能装置11充电，节省配电扩容成本。
40.基于同一构思，本实用新型实施例还提出了一种存储一体设备，如图4所示，包括：配电箱2和前述的充电系统1。
41.存储一体设备还包括：变压器5，所述变压器5与所述配电箱2通过低压电网6连接，变压器5用于将高压电网7的高压交流电转换为低压电网6的低压交流电，并传输至所述配电箱2。外部高压电网7的高压交流电通过变压器5降压后转换为低压交流电，配电箱2与低压电网连接，用于从低压电网获取电能。配电箱2输出的电能通过充电系统1存储在储能装置11中，或者通过充电系统1输出至充电桩3以给车辆4充电。具体地，在第一充电模式下，控制器控制第一充电回路导通，同时控制第二充电回路断开。在第二充电模式下，控制所述第二充电回路导通，同时控制所述第一充电回路断开。第一充电回路导通时，所述配电箱输出的电能经所述第一功率变换器进行ac/dc变换后存储至所述储能装置。第二充电回路导通时，所述储能装置存储的电能经所述第二功率变换器进行dc/dc变换后输出至充电桩以给车辆充电。
42.需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
43.本技术实施例旨在涵盖落入本技术的宽泛范围之内的所有这样的替换、修改和变型。因此，凡在本技术实施例的精神和原则之内，所做的任何省略、修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术的保护范围之内。