專利名稱：電動汽車充放儲一體化系統的制作方法
技術領域：
本發明屬于電動汽車供電技術及儲能技術領域，具體涉及ー種電動汽車充放儲ー體化系統。
背景技術：
隨著全球化石能源的持續短缺及環境問題的日益嚴峻，大力發展綠色交通成為破解能源危機，實現低碳發展的重要手段。各國政府均對發展電動汽車產業給予了高度的重視，隨著電動汽車的普及與發展，電動汽車充換電設施的建設需求也不斷増大。電動汽車的充換電設施建設現今主要面臨著三大問題ー是無法滿足電動汽車電能快速供給的要求，ニ是不能夠與電網和諧共處，三是建設運營成本過高。
現有的電動汽車充換電設施分為充電模式和換電模式兩種，充電模式具有投資較小的優點，但充電模式從某種程度上來說無法滿足電動汽車電能快速供給的要求，相比較而言換電模式建設運營成本較高，但具有電能補給時間短的優點。另外目前國內現有建成后的電動汽車充換電設施大多僅僅作為電網的一個負載存在，加重了電網負荷，在這種能源供給模式下最好的情況也是只能填谷不能削峰，無法與電網形成有效的互動，和諧共處。
發明內容
為克服上述缺陷，本發明提供了ー種電動汽車充放儲一體化系統，通過將電動汽車能源補給系統與儲能系統的有機結合既有效的解決了電動汽車的實時能源補給，又降低了充換電設施的運營成本，并且實現了電動汽車與電網的能量互動，對電網起到了削峰填谷的作用；再者實用價值及經濟效益極高，應用前景廣闊。為實現上述目的，本發明提供ー種電動汽車充放儲一體化系統(100)，其包括配電系統(I)，其改進之處在于，所述系統包括充放電系統(2)、換電系統(3)、直流變換系統
(4)、儲能系統(5)、梯次利用系統(6)、綜合監控系統(7)和其他系統(8)；所述配電系統(I)為所述的充放儲一體化系統(100)的其它各個子系統提供交流低壓電源；所述充放電系統⑵與配電系統⑴之間進行雙向的能量轉換；所述換電系統(3)用于更換電動汽車電池；所述直流變換系統(4)，用于將儲能系統(5)的直流電源轉化并直接供給所述換電系統⑶；所述儲能系統(5)，用于儲存配電系統(I)通過充放電系統(2)供給的電能，并將電能供給于所述換電系統(3)；所述梯次利用系統(6)，用于將所述換電系統(3)內不滿足物理及經濟性運行需求的電池篩選出來并供給至所述儲能系統(5)；所述綜合監控系統(7)，用于監控及調度其它各個系統的運行狀態，并保障及監控電能的供給，以及實時記錄信息；
所述其他系統(8)，用于安防視頻監控及消防。本發明提供的優選技術方案中，所述充放電系統(2)，包括直流充電機電機(13)和直流充放電機(14);所述直流充電機(13)，用于將所述配電系統(I)的交流電能轉換為直流電能，并為所述換電系統(3)提供直流電源供給；所述直流充放電機(14)，用于將所述配電系統(I)的交流電能轉換為直流電能，為所述儲能系統(5)提供直流電源供給，并且可以將所述儲能系統的直流電能轉換為交流電能反向供給于所述配電系統(I)。本發明提供的第二優選技術方案中，所述換電系統(3)，包括電池架(15)、換電設備(16)和換電車位(17);所述電池架(15)，用于存放電池，并且提供電池與所述直流充電機(13)之間互聯的接ロ ；所述換電設備(16)，用于將電池架(15)上的電池提供給電動汽車，也可將電動汽車的電池取下放置在電池架(15)上；所述換電車位(17)，用于停放待更換電池的電動汽車。本發明提供的第三優選技術方案中，所述直流變換系統(4)包括控制模塊(18)和與其連接的保護模塊(19);所述直流變換系統⑷將儲能系統(5)的電能轉化供給于換電 系統(3);所述直流變換系統(4)防止所述換電系統(3)的能量反向供給于儲能系統(5)。本發明提供的第四優選技術方案中，所述儲能系統(5)，通過所述直流充電機
(13)儲存配電系統(I)供給的電能，并通過所述直流變換系統(4)將電能供給于所述換電系統⑶。本發明提供的第五優選技術方案中，所述梯次利用系統出)，包括電池檢測設備和電池深化檢測設備；所述電池檢測設備檢測電池的放電深度，如果放電深度符合要求，進行電池一致性檢測,把一致性相同的電池進行重組,重新應用于動カ電池；所述電池深化檢測設備對放電深度不符合要求的電池進行檢測，將檢測合格的電池應用于儲能系統(5)，不合格的電池進行回收或者報廢。本發明提供的第六優選技術方案中，所述綜合監控系統(7)，包括監控服務器、監控后臺軟件(20)以及通訊模塊(21);所述監控服務器(19)通過所述通訊模塊
(21)，對配電系統(I)、充放電系統(2)、直流變換系統(4)和儲能系統(5)的交流供給、交直流變換、直流供給整個過程進行全程監控、保障及監控電能的供給以及實時記錄信息，并對所述換電系統(3)的換電過程和換電操作進行實時監控。本發明提供的第七優選技術方案中，所述其他系統(8)，包括并列設置的安防系統
(22)和消防系統(23)。本發明提供的第八優選技術方案中，所述儲能系統(5)、所述直流變換系統(4)、所述配電系統(I)、所述充放電系統(2)和所述換電系統(3)形成電能內循環系統；所述配電系統(I)通過充放電系統(2)完成所述儲能系統(5)的能量補給；所述配電系統⑴通過充放電系統⑵完成所述換電系統(3)的能量補給；所述儲能系統(5)通過充放電系統⑵完成所述配電系統⑴的能量補給；所述儲能系統(5)通過所述直流變換系統(4)直接完成所述換電系統(3)的能量補給。本發明提供的第九優選技術方案中，所述換電系統(3)、所述梯次利用系統(6)和所述儲能系統(5)形成電池二次循環利用系統；所述換電系統(3)的電池在運行特性達不到需求后，由所述梯次利用系統(6)進行篩選，將篩選下來的電池應用于儲能系統(5)。本發明提供的第十優選技術方案中，所述換電系統(3)、所述梯次利用系統(6)、所述直流變換系統(4)和所述儲能系統(5)形成雙重交叉循環系統；換電系統(3)通過梯次利用系統(6)將電池提供給儲能系統(5)，儲能系統(5)又通過直流變換系統(4)將電池儲存的電能供給換電系統(3)，實現了一個以電池為載體的站內的物理和能量上雙重交叉循環系統。與現有技術比,本發明提供的ー種電動汽車充放儲一體化系統，在基于電動汽車充換電設施換電模式的基礎上有機的加入了電動汽車電池的梯次利用系統及電動汽車電池儲能系統，這樣既滿足了電動汽車快速充電的需求，又可以通過電池梯次利用技術降低充換電設施的運營成本，并且將梯次利用下來的電池用于儲能系統，真正的實現電動汽車充換電設施與電網的有效互動，削峰填谷。本發明從提高電動汽車充換電設施運行效率及經濟運行角度出發，實用價值較高，經濟效益顯著，應用前景廣闊。
圖I示出電動汽車充放儲一體化系統ー個實施例的結構圖；圖2示出充放電系統ー個實施例的系統示意圖；圖3示出換電系統的ー個實施例的結構圖；圖4不出直流變換系統的一個實施例的系統不意圖；圖5示出儲能系統的ー個實施例的系統示意圖；圖6示出梯次利用系統的ー個實施例的系統示意圖；圖7示出綜合監控系統的一個實施例的系統示意圖；圖8示出其它系統的一個實施例的系統示意圖；圖9示出電能內循環系統的ー個實施例的系統示意圖；圖10示出電池二次循環系統的ー個實施例的系統示意圖；圖11示出物理和能量上雙重交叉循環系統的ー個實施例的系統示意圖。
具體實施例方式提出了ー種電動汽車充放儲一體化系統的構建方法和系統組成方案，在基于電動汽車充換電設施換電模式的基礎上有機的加入了電動汽車電池的梯次利用系統及電動汽車電池儲能系統，這樣既滿足了電動汽車快速充電的需求，又可以通過電池梯次利用技術降低充換電設施的運營成本，并且將梯次利用下來的電池用于儲能系統，真正的實現電動汽車充換電設施與電網的有效互動，削峰填谷。從提高電動汽車充換電設施運行效率及經濟運行角度出發，實用價值較高，經濟效益顯著，應用前景廣闊。本系統可以構建ー種電動汽車的電能系統，既能滿足電動汽車快速供電的需求，又可以降低系統(特別是電池)運營成本，并且可以實現與電網的更好的互動。電動汽車充放儲一體化系統，該系統包括配電系統、充放電系統、換電系統、直流變換系統、儲能系統、梯次利用系統、綜合監控系統及其它相關系統；其中配電系統包括高壓設備、變壓器及低壓設備，配電系統負責為充放儲一體化系統的其它各個系統提供交流低壓電源；
充放電系統包括直流充電機，負責將配電系統的交流電能轉換為直流電能，并為換電系統提供直流電源供給；直流充放電機，負責將配電系統的交流電能轉換為直流電能，為儲能系統提供直流電源供給，并且可以將儲能系統的直流電能轉換為交流電能供給于配電系統。換電系統包括電池架，用于存放電池，并且提供電池與直流充電機之間互聯的接ロ ； 換電設備，用于更換電池，可將電池架上的電池提供給電動汽車，也可將電動汽車的電池取下放置在電池架上；換電車位，用于停放待更換電池的電動汽車。 直流變化系統，用于將儲能系統的直流電源轉化并直接供給于換電系統，同時直流變化系統具有能量反向阻止功能，防止換電系統的能量供給給儲能系統；儲能系統一方面用于儲存配電系統供給的電能，另ー方面將電能通過直流充放電機供給于配電網絡，以及通過直流變換系統供給于換電系統；梯次利用系統用于將換電系統內不滿足物理及經濟性運行需求的電池篩選出來，將電池供給于儲能系統；綜合監控系統包括監控服務器、監控后臺軟件以及通訊模塊，主要負責完成其它各個子系統的狀態監控及調度運行；通訊模塊是包括交換機的通信設備。其它系統包括安防、消防等系統，主要完成電動汽車充放儲一體化系統內安防視頻監控及消防等功能；所述的儲能系統、直流變換系統、配電系統、充放電系統、換電系統可形成ー個電能的內循環。能量循環特征如下配電系統可通過充放電系統可完成儲能系統的能量補給；配電系統可通過充放電系統可完成換電系統的能量補給；儲能系統可通過充放電系統可完成配電系統的能量補給；儲能系統可通過直流變換系統直接完成換電系統的能量補給。換電系統、梯次利用系統、儲能系統之間可形成ー個站內的電池二次循環利用系統。換電系統的電池在運行特性達不到換電系統需求后，由梯次利用系統進行篩選，將篩選下來的電池應用于儲能系統，從而使得換電系統的電池得以二次循環利用。換電系統、梯次利用系統、直流變換系統、儲能系統之間可形成ー個物理和能量上雙重交叉循環系統。換電系統通過梯次利用系統將電池提供給儲能系統，儲能系統又通過直流變換系統將電池儲存的電能供給換電系統，實現了一個以電池為載體的站內的物理和能量上雙重交叉循環系統。電動汽車充放儲一體化系統，既包含電動汽車快速供電的電能供給系統又包含促使電池最大化利用的儲能系統的一體化系統，而且既滿足了電動汽車快速供電的需求，又降低了系統的(特別是電池全壽命應用)運營成本，并且實現了與電網更好的雙向互動。下面參照附圖對電動汽車充放儲一體化系統作進行進ー步描述，在附圖中，相同的標號表示相同或相似的部件或者元素。如圖I所示該實施例的電動汽車充放儲一體化系統100包括配電系統I、充放電系統2、換電系統3、直流變換系統4、儲能系統5、梯次利用系統6、綜合監控系統7和其他系統8。所述充放電系統2與配電系統I之間進行雙向的能量轉換；所述換電系統3用于更換電動汽車電池；所述直流變換系統4，用于將儲能系統5的直流電源轉化并直接供給所述換電系統3 ;所述儲能系統5，用于儲存配電系統I通過充放電系統2供給的電能，并將電能供給于所述換電系統3 ；所述梯次利用系統6，用于將所述換電系統3內不滿足物理及經濟性運行需求的電池篩選出來并供給至所述儲能系統5 ； 所述綜合監控系統7，用于監控及調度其它各個系統的運行狀態，并保障及監控電能的供給，以及實時記錄信息；所述其他系統8，用于安防視頻監控及消防。圖2示出本發明的充放電系統ー個實施例的系統示意圖，如圖2所示，該實施例中充放電系統2包括直流充電機電機13和直流充放電機14，負責與配電系統I之間進行雙向的能量轉換。直流充電機13，負責將配電系統I的交流電能轉換為直流電能，并為換電系統3提供直流電源供給；直流充放電機14，負責將配電系統I的交流電能轉換為直流電能，為儲能系統5提供直流電源供給，并且可以將儲能系統5的直流電能轉換為交流電能供給于配電系統I。圖3示出本發明的換電系統的ー個實施例的結構圖，如圖3所示，該實施例中換電系統包括電池架15、換電設備16和換電車位17。換電系統3可完成電動汽車電池的快速更換。電池架15，用于存放電池，并且提供電池與直流充電機之間互聯的接ロ ；換電設備16，用于更換電池，可將電池架15上的電池提供給電動汽車，也可將電動汽車的電池取下放置在電池架15上；換電車位17，用于停放待更換電池的電動汽車。圖4示出本發明的直流變換系統的ー個實施例的系統示意圖,如圖4所示,該實施例中直流變換系統4包括控制模塊18和保護模塊19，用于將儲能系統5的直流電源轉化并直接供給于換電系統3，同時直流變換系統4具有能量反向阻止功能，防止換電系統3的能量反向供給儲能系統5。圖5示出本發明的儲能系統的ー個實施例的系統示意圖，如圖5所示，該實施例中的儲能系統5 —方面用于儲存配電系統供給的電能，另ー方面將電能通過直流充放電機供給于配電系統1，以及通過直流變換系統4供給于換電系統3。圖6示出本發明的梯次利用系統的ー個實施例的系統示意圖，如圖6所示，該實施例中梯次利用系統通過對動カ電池的多重循環檢測把換電系統3中的電池應用于儲能系統5和重組重新利用。
具體實施方式
是應用電池檢測設備檢測電池的放電深度，如果放電深度符合要求，進行電池一致性檢測,把一致性相同的電池進行重組,重新應用于動カ電池；若放電深度不符合要求，應用電池深化檢測設備進行檢測，合格的電池應用于儲能系統，不合格的電池進行回收或者報廢。通過此方法使動カ電池達到全壽命周期梯次利用。圖7示出本發明的綜合監控系統的一個實施例的系統示意圖，如圖7所示，該實施例中綜合監控系統7負責對配電系統I和充放電系統2的交流供給、交直流變換、直流供給整個過程進行全程監控以保障及監控電能的可靠供給以及信息的實時記錄，對換電系統3的換電過程和換電操作進行實時監控。圖8示出本發明的其它系統的一個實施例的系統示意圖，如圖8所示，該系統包括安防系統(22)和消防系統(23)，兩個系統與所述的電動汽車充放儲一體化系統(100)其它各個子系統之間并列獨立工作。圖9示出本發明的電能內循環系統的ー個實施例的系統示意圖，該實施例中所述的配電系統I、充放電系統2、換電系統3、儲能系統5、直流變換系統4可形成一個電能的內循環。能量循環特征如下配電系統I可通過充放電系統2可完成儲能系統5的能量補給；配電系統I可通過充放電系統2可完成換電系統3的能量補給；儲能系統5可通過充放電系統2可完成配電系統I的能量補給； 儲能系統5可通過直流變換系統4直接完成換電系統3的能量補給。圖10示出本發明的電池二次循環系統的ー個實施例的系統示意圖，該實施例中的換電系統3、儲能系統5、梯次利用系統6之間可形成ー個站內的電池二次循環利用系統。換電系統3的電池在運行特性達不到換電系統需求后，由梯次利用系統6進行篩選，將篩選下來的電池應用于儲能系統5，從而使得換電系統的電池得以二次循環利用。圖11示出本發明的物理和能量上雙重交叉循環系統的ー個實施例的系統示意圖，該實施例中的換電系統3、直流變換系統4、儲能系統5、梯次利用系統6之間可形成一個物理和能量上雙重交叉循環系統。換電系統3通過梯次利用系統6將電池提供給儲能系統5，儲能系統5又通過直流變換系統4將電池儲存的電能供給換電系統3，實現了ー個以電池為載體的站內的物理和能量上雙重交叉循環系統。需要聲明的是，本發明內容及具體實施方式
意在證明本發明所提供技術方案的實際應用，不應解釋為對本發明保護范圍的限定。本領域技術人員在本發明的精神和原理啟發下，可作各種修改、等同替換、或改進。但這些變更或修改均在申請待批的保護范圍內。
權利要求
1.ー種電動汽車充放儲一體化系統(100)，其包括配電系統(1)，其特征在于，所述系統包括充放電系統(2)、換電系統(3)、直流變換系統(4)、儲能系統(5)、梯次利用系統(6)、綜合監控系統(7)和其他系統(8)； 所述配電系統(I)為所述的充放儲一體化系統(100)的其它各個子系統提供交流低壓電源； 所述充放電系統(2)與配電系統(I)之間進行雙向的能量轉換； 所述換電系統(3)用于更換電動汽車電池； 所述直流變換系統(4)，用于將儲能系統(5)的直流電源轉化并直接供給所述換電系統⑶； 所述儲能系統(5)，用于儲存配電系統⑴通過充放電系統⑵供給的電能，并將電能供給于所述換電系統⑶； 所述梯次利用系統(6)，用于將所述換電系統(3)內不滿足物理及經濟性運行需求的電池篩選出來并供給至所述儲能系統(5)； 所述綜合監控系統(7)，用于監控及調度其它各個系統的運行狀態，并保障及監控電能的供給，以及實時記錄信息； 所述其他系統(8)，用于安防視頻監控及消防。
2.根據權利要求I所述的系統，其特征在于，所述充放電系統(2)，包括直流充電機電機(13)和直流充放電機(14);所述直流充電機(13)，用于將所述配電系統(I)的交流電能轉換為直流電能，并為所述換電系統⑶提供直流電源供給；所述直流充放電機(14)，用于將所述配電系統(I)的交流電能轉換為直流電能，為所述儲能系統(5)提供直流電源供給，并且可以將所述儲能系統的直流電能轉換為交流電能反向供給于所述配電系統(I)。
3.根據權利要求I所述的系統，其特征在于，所述換電系統(3)，包括電池架(15)、換電設備(16)和換電車位(17);所述電池架(15)，用于存放電池，并且提供電池與所述直流充電機(13)之間互聯的接ロ ；所述換電設備(16)，用于將電池架(15)上的電池提供給電動汽車，也可將電動汽車的電池取下放置在電池架(15)上；所述換電車位(17)，用于停放待更換電池的電動汽車。
4.根據權利要求I所述的系統，其特征在于，所述直流變換系統(4)包括控制模塊(18)和與其連接的保護模塊(19);所述直流變換系統⑷將儲能系統(5)的電能轉化供給于換電系統(3);所述直流變換系統(4)防止所述換電系統(3)的能量反向供給于儲能系統(5)。
5.根據權利要求I所述的系統，其特征在于，所述儲能系統(5)，通過所述直流充電機(13)儲存配電系統(I)供給的電能，并通過所述直流變換系統(4)將電能供給于所述換電系統⑶。
6.根據權利要求I所述的系統，其特征在于，所述梯次利用系統(6)，包括電池檢測設備和電池深化檢測設備；所述電池檢測設備檢測電池的放電深度，如果放電深度符合要求，進行電池一致性檢測,把一致性相同的電池進行重組,重新應用于動カ電池；所述電池深化檢測設備對放電深度不符合要求的電池進行檢測，將檢測合格的電池應用于儲能系統(5)，不合格的電池進行回收或者報廢。
7.根據權利要求I所述的系統，其特征在于，所述綜合監控系統(7)，包括監控服務器(19)、監控后臺軟件(20)以及通訊模塊(21);所述監控服務器(19)通過所述通訊模塊(21)，對配電系統(I)、充放電系統(2)、直流變換系統(4)和儲能系統(5)的交流供給、交直流變換、直流供給整個過程進行全程監控、保障及監控電能的供給以及實時記錄信息，并對所述換電系統(3)的換電過程和換電操作進行實時監控。
8.根據權利要求I所述的系統，其特征在于，所述其他系統(8)，包括并列設置的安防系統(22)和消防系統(23)。
9.根據權利要求I所述的系統，其特征在于，所述儲能系統(5)、所述直流變換系統(4)、所述配電系統(I)、所述充放電系統⑵和所述換電系統⑶形成電能內循環系統； 所述配電系統⑴通過充放電系統⑵完成所述儲能系統(5)的能量補給； 所述配電系統(I)通過充放電系統(2)完成所述換電系統(3)的能量補給； 所述儲能系統(5)通過充放電系統⑵完成所述配電系統⑴的能量補給； 所述儲能系統(5)通過所述直流變換系統(4)直接完成所述換電系統(3)的能量補i ロ
10.根據權利要求I所述的系統，其特性在于，所述換電系統(3)、所述梯次利用系統(6)和所述儲能系統(5)形成電池二次循環利用系統； 所述換電系統(3)的電池在運行特性達不到需求后，由所述梯次利用系統(6)進行篩選，將篩選下來的電池應用于儲能系統(5)。
11.根據權利要求I所述的系統，其特性在于，所述換電系統(3)、所述梯次利用系統(6)、所述直流變換系統(4)和所述儲能系統(5)形成雙重交叉循環系統； 換電系統(3)通過梯次利用系統(6)將電池提供給儲能系統(5)，儲能系統(5)又通過直流變換系統(4)將電池儲存的電能供給換電系統(3)，實現了一個以電池為載體的站內的物理和能量上雙重交叉循環系統。
全文摘要
本發明提供了一種電動汽車充放儲一體化系統，其包括配電系統(1)、充放電系統(2)、換電系統(3)、直流變換系統(4)、儲能系統(5)、梯次利用系統(6)、綜合監控系統(7)和其他系統(8)。本發明提供的電動汽車充放儲一體化系統，通過將電動汽車能源補給系統與儲能系統的有機結合既有效的解決了電動汽車的實時能源補給，又降低了充換電設施的運營成本，并且實現了電動汽車與電網的能量互動，對電網起到了削峰填谷的作用。本發明實用價值及經濟效益極高，應用前景廣闊。
文檔編號H02J7/00GK102832662SQ20121027999
公開日2012年12月19日 申請日期2012年8月8日 優先權日2012年8月8日
發明者尹宏旭, 董浩, 徐石明, 丁孝華, 李延滿, 張 浩, 翟長國, 楊永標, 趙明宇, 趙翔, 陳良亮, 王余生, 許曉慧, 洪福斌, 邱實, 鮑恩奇, 唐霧婺, 張蓓蓓, 潘明, 孫曉星, 姚騰飛 申請人:中國電力科學研究院, 國家電網公司