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CN108075498A - 一种充电控制装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种利用电动汽车、电动自行车的电池群构建大容量云储能系统的自动充电控制装置，其特征在于：所述自动充电控制装置在电网低负荷的夜间时段内，定时统一地为接入充电的所述电池群进行充电；所述充电装置有缓启缓停功能，其控制的各条充电线路的开始充电时间有10分钟之内的随机差别，各条线路开始充电后，充电电流慢慢增加，10分钟内增加到最大值；停止充电时电流慢慢减少，10分钟减少到0并切断充电线路。本发明还提供了一种利用上述自动充电控制装置和参与充电的海量电池群组成的超大容量分散型云储能系统，有助于提升电网夜间低负荷区段的用电负荷，解决我国夜间风电限发现象，减少燃油汽车使用对环境的污染。

Description

一种充电控制装置
技术领域
本发明涉及能源及交通领域，尤指一种利用大量电动汽车、电动自行车的电池群构建大容量云储能系统的自动充电控制装置。
背景技术
我国风力发电等新能源电力取得了飞速发展，其发电容量占电网中的比例越来越高，但受电消纳能力的限制，夜间低负荷时风力发电限发电现象严重。根据中国电力联合会2016年发布的电力行业发展报告《中国电力行业年度发展报告》显示，截止到2015年底，中国发电总容量达到152527万千瓦，其中燃煤发电机组90009万千瓦，抽水储能电站2305万千瓦，风力发电容量达到13075万千瓦(占比8.57％)，但在2015全年总发电量57399亿千瓦时中，风力发电量仅为1856亿度，占3.23％，远远低于其所占的容量比例，弃风限发电现象严重，弃风率高达30％。如何提高风力发电等清洁能源的使用率成为了当前人们关注的问题。
风电无法充分应用的重要原因之一是电网低负荷时消纳能力不足。当晚上大家都休息的时候，电网的负荷就比白天低了很多，发电机组的负荷也相应的也要降低，最高负荷和最低负荷间的差别称为电网的峰谷差。我国电网中起到支撑作用的燃煤发电机组，燃煤发电机组存在一个最低工作负荷，最低负荷以下机组无法运行，且其启动、停运的成本都相当麻烦，一般至少需要4小时左右，花费数十万元的成本，因而夜间低负荷时，火电机组一般也要持续运行状态。当全网负荷降到这些火电机组已经达到最低负荷时，风电、水电的发电就要限制，从而产生了弃风弃水现象。
现有技术采用抽水储能电站来完成大规模的储能，这种储能电站包含上、下两个水库，上水库位于山顶，下水库位于山底，夜间通过水泵把下水库的水运输到山顶的上水库消耗能量，白天把上水库的水放下来到下水库，变成水力发电，从而起到调节白天和夜间的负荷差。但其建设条件非常苛刻，周期长，投资巨大，如国家电网公司最新计划建设的河北丰宁二期、山东文登、重庆蟠龙三个抽水储能电站，总装机容量480万千瓦就需要投资244.4亿元，2022年才能全部竣工投产。到目前为止，我国共有2305万千瓦的储能电站，只有1.51％左右的调节负荷调节能力。
我国机动车也取得了飞速发展，因此而带来了严重的大气污染。2015年底我国机动车保有量已达2.79亿辆，大多集中在城市中，如北京的汽车保有量就超过500万辆，使得汽车尾气排放已成为很多地区最主要的大气污染源例之一，同时使得我国对外石油依存度越来越严重。如果提高电动汽车的使用量，会有效的解决空气污染的问题，但由于充电装置有限，我国电动汽车的发展较慢，2015年低时我国新能源汽车保有量只有58.32万辆，纯电动汽车保有量只有33.2万辆。我国电动自行车得到了充分地发展，目前保有量大约在3亿量左右。电动自行车解决了大量人群的出行问题，对于减轻汽车尾气污染做出了很大的贡献。
每个电动汽车、电动自行车充电产生功率都很小，但数以亿计的海量电池集中起来充电时会产生很大的电能消耗，如果通过调节用户的用电习惯，让所有的用户都集中在夜间低负荷时进行充电，就可以提升电网夜间的负荷，起到储能的作用，不但消纳更多的风电、水电等新能源发电，而且第二天也不用象抽水蓄能电站那样再把用夜间储存下来的电能回送到电网。鉴于电动自行车应用的如此广泛，电动汽车发展前景广阔，如何充分利用电动自行车、电动汽车的海量电池群储能能力果是业内人员亟需解决的问题。
发明内容
为达解决上述问题，本发明目的在于利用大量电动汽车、电动自行车的电池群构建一个大容量云储能系统的自动充电控制装置。所述自动充电控制装置连接于提供电力的所述外部供电电网和所述的待充电电动自行车、电动汽车电池，根据设定的信息自动的完成在夜间电网低负荷时段为所述电池充电的工作。
为解决上述问题，本发明的目的还在于提供一种大容量分散型云储能系统，该大容量分散型云储能系统由电网、分散布置的所述自动充电控制装置，分散使用的海量电动汽车电动自行车待充电电池群组成，通过自所述自动充电控制装置控制所述海量的待充电电池群统一在夜间电网低负荷时间段进行充电，由所述海量电池群承担储能功能。
为达到上述目的，本发明首先提供了一种自动充电控制装置中，其特征在于，该自动充电装置根据设定的信息自动的完成在夜间电网低负荷时段为所述电池充电的工作。
在本发明所提供的自动充电控制装置，包括：
输入电源线路，本发明提供的自动充电控制装置输入电源线路连接于外部供电电网，优选地，连接到已有照明电路(如小区门灯、路灯但不限于)并通过所述照明电路与外部供电电网，由该外部电网提供电力，为电动自行车或电动汽车的电池进行充电；
输出充电线路，本发明提供的自动充电控制装置输出充电线路，优选地，有多路并列，可同时为多辆电动汽车或电动车充电。优选地，用于电动汽车为1到2路，用于电动自行车有2～12路，连接于待充电电动汽车或电动自行车的电池；
电池接入感知模块，本发明提供的自动充电控制装置电池接入感知模块，优选地，电池接入感知包括电压感知和电流感知两部分组成，可以自动感知待充电电池的接入，并把电池接入信号输出到输自动控制微电脑，显示在所述自动充电控制装置输出液晶屏上，以便让用户通过输入面板进行充电参数的设定；
输入面板，本发明提供的自动充电控制装置输入面板，优选地，设置有“选择线路”、“设定时间”、“增加”、“减少”、“确定”、“返回”、“取消”、“应急充电”和“充电限时”的输入按键；
输出液晶显示屏，本发明提供的自动充电控制装置液晶显示屏，优选地，根据上述输入面板中输入的操作显示相应的信息，与上述输入面板的操作共同完成自动充电控制装置每一条充电线路的工作要求。优选地，输出液晶屏还显示自动充电控制装置各条线路的工作信息；
上述输入面板中“电压设定”按键按下时，优选地，按“增加”按键和“减少”按键，可以改变要选择的充电电压值，待选择充电电压显示在上述输出液晶显示屏上，按“确定”键为要充电设备选定充电电压；
上述输入面板中“设定时间”按键按下时，优选地，按“增加”按键和“减少”按键，可以改变要设定的时间值，待设定时间显示在上述输出液晶显示屏上。时间设定需要分别设定“年”、“月”、“日”、“小时”、“分”的数值，设定顺序为先设定“年”的值，按“确定”键进行“月”的设定，依次到完成“日期”、“小时”、最后到“分”的设定，最后按“确定”键完成时间设定；
上述输入面板中“充电限时”按键按下时，优选地，按“增加”按键和“减少”按键，可以改变要设定的充电限时的小时数，限时小时最大为8小时，最小为1小时，待设定时间显示在上述输出液晶显示屏上，按“确定”键完成充电限时的设定；
上述输入面板中“应急充电”按键按下时，优选地，所述自动充电控制装置马上开始为接入的电池进行充电；
通过上述输入面板线路设定或充电限时小时数设定完成或“应急充电”按键按下时，优选地，输出液晶屏开始显示各条线路的充电状态。
本发明提供的自动充电控制装置内置有时钟和自动控制微电脑，优选地，所述自动充电控制装置为每一条接入的充电线路设定为“夜存日用”充电模式，充电开始时间为23时，充电限时8小时，用户可以通过上述输入面板修改充电模式或充电限时小时数设定，所述微电脑接受所述输入面板的设定的控制信息后，读取时钟的产生的时间信息，根据为各接入线路设定的开始充电时间和结束充电时间等控制信息，按预先设定控制信息在规定时间内完成待充电电池的充电过程。
本发明提供的自动充电控制装置应急照明LED灯，优选地，在输入电路中的电源暂时失去时，使用已充电时间最长的电池作为应急照明LED灯的输入电源提供应急照明；
本发明提供的自动充电控制装置计费系统，优选地，根据用户所选择的充电模式(应急充电模式和“夜充日用”模式)进行不同的计费；
本发明提供的自动充电控制装置防水外壳，优选地，由硬质防水材料如工程塑料制成，并有小型防雨蓬，为自动充电控制装置提供保护，使其可以布置在室外工作。
本发明提供的自动充电控制装置，优选地，设有“应急充电”模式和“夜存日用”两种工作模式：
“夜存日用”工作模式，优选地，充电开始时间为23时，充电限时8小时，电动车、电动汽车电池接入充电装置后，充电时间为夜间23:00到次日6:00的低负荷期间；
“应急充电”模式，优选地，充电开始时间为当前时间，充电限时8小时，电动车、电动汽车电池接入自动充电控制装置后，自动充电装置立即为电池存电；
为避免大量充电装置集中启动对电网的负荷冲击，本发明提供的自动充电控制装置，在所述“夜存日用”工作模式下，优选地，接入所述充电装置的各条充电线路开启时间，在22:50时的基础上加上一个10分钟以内的随机数，在22:50～23:00之间的时间段随机启动；
为避免大量充电装置集中停止对电网的负荷冲击，本发明提供的自动充电控制装置，在所述“夜存日用”工作模式下，优选地，接入所述充电装置各条充电线路并不统一关闭，关闭距开始时间相差8小时，即在次日5:50～6:00间完成停止工作；
为避免大量充电装置集中启动对电网的负荷冲击，本发明提供的自动充电控制装置，在所述“夜存日用”工作模式下，优选地，所述充电装置开始充电时，充电电流慢慢增加，电流在10分钟内达到最大电流。
避免大量充电装置集中停止对电网的负荷冲击，本发明提供的自动充电控制装置，在所述“夜存日用”工作模式下，优选地，所述充电装置结束充电时，充电电流慢慢减少，电流在10分钟内减少到0并关闭。
本发明还提供了一种由分散型储能系统，其包括：
分散使用、海量的电动汽车、电动自行车购成的电池群，承担所述电网的储能作用；
自动充电控制装置，用于控制所述电动汽车、电动自行车的电池，统一地在夜间低负荷时段为进行充电；
所述自动充电控制装置为本发明所提供的上述自动充电控制装置。
本发明所提供的分散型储能系统，优选地，通过所述自动充电控制装置把所述电网与电动汽车、电动自行车的电池群连接在一起，统一地在夜间电网低负荷时段完成充电，除为电动汽车、电动自行车提供动力的功能外，能够提升电网夜间负荷，增加风电消纳能力，减少弃风弃水现象。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明的限定。在附图中：
图1为本发明所提供自动充电控制装置流程控制示意图。
图2为本发明所提供自动充电控制装置充电设定功能示意图。
图3为本发明所提供自动控制装置的外观功能示意图
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明做进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。
图1为发明控制流程示意图，主要控制元件为单片机控制器111和时钟110组成，外转部件由220V市电、多电压输出变压器104、第i条充电线路103、控制第i条充电线路的继电器112、第i条充电线路的电压感知器102、充电电流感知器101、待充电电动车100、小功率应急照明LED灯113组成。主要工作控制过程为：
当待充电动车110接入第i条充电线路时，此时控制该线路的继电器112处于断开状态。由于电动车110的接入，电压感知器102感知到电动车电池电压的存在，会触发该线路充电设定，显示在系统的LCD显示屏210(图2)上，用户可以根据LCD显示屏201(图2)显示的信息完成充电电压105的设定、充电模式204(夜存模式106或应急模式107之一)的设定和最大充电时间108的设定，存贮在单片机控制器111中；如果充电模式204(图2)为应急充电106，则该线路的充电开始时间114为当前时间；如果充电模式204(图2)为夜存模式106，则充电开始时间114为当天22:50加上一个10分钟以内的随机时间；根据充电模式204(图2)计算得到充电开始时间114以后，充电结束时间109由充电开始时间114与最大充电时间108的和计算出来，存贮在单片机控制器111中。单片机控制器111读取时钟110提供的时间信息，根据每一条充电线路103的充电设定，在充电线路开始充电时间114到达时打开该充电线路的继电器112，在该充电线路的结束时间109到达时关闭该充电线路和继电器112，实现统一的充电形为，并把充电信息显示在LCD显示屏210(图2)上。在夜间充电期间(23:00～7:00)，如果220V市电失去，则单片机控制器111则检查每一条线路的充电电压105与电压感知器102的压差，选取最小的一路接通充电装置的应急照明LED灯113，利用待充电电池提供应急照明。
对于应用夜存模式106的大量分布的充电线路而言，每一条充电线路的开始时间114和充电结束时间109都互不相同，时间相差在10分钟之内完成，就避免了集中启动和集中停止供电给电网带来的瞬时负荷冲击，支持电网平滑运行，实现“缓启缓停”功能。为强化该功能，本发明还可以在待充电线路的输出端加上一个随时间变化的限电流器，该限电流器可以在充电线路控制器112开启时10分钟内使通过的电流达到最大值，关闭前10分钟开始限定电流逐渐减少到0，实现电网平滑运行。限定电流功能为工业界常见功能，本发明不再赘述。
充电设定模块主要完成电压设定、充电模式设定和最大充电限时设定，如图2所示。201为电压设定按钮，结合增加按钮202、减少按钮203进行充电电压105的设定，设定的充电电压104会显示在LCD显示屏210上，最后按下确定按钮208后存贮在单片控制器111中；204为充电模式设定值，系统默认为充电模式为夜充日用模式106(该模式并没有设计按钮)，但可以通过按下应急充电按钮211改变充电模式为应急充电模式107，充电模式设定过程中会有相应的提示显示在LCD显示屏210上，最后按下确定按钮208后充电模式设定值204也存贮在单片机控制器111中；充电最大限时108没有设定按钮，当电压设定完成后出现在LCD显示屏上，可以和增加按钮202、减少按钮203进行设定，如果按下确定按钮则为夜存模式106，按下应急充电按钮211后为应急模式107，单片机控制器根据充电模式204计算充电开始时间114，并由充电开始时间114和最大限时值108计算出结束时间后，存贮在单片控制器111中。
206为时间设定按钮，结合增加按钮102、减少按钮103可以对系统时间207进行设定，设定顺序为“年”、“月”、“日”、“小时”、“分”，设定的时间值会显示在LCD显示屏210上，最后按下确定按钮208后存贮在单片控制器210中；在时间设定过程中取消按钮106可以充当返回按钮的功能。设定过程中如果按下取消按钮106，则所有已设定的信息返回到未设定前的状态。时间设定为系统功能，可以采用加密码或果加钥匙的方法阻止非法修改系统时间，由于该功能为常见功能，本发明不再赘述。
系统充电开始时间为22:50～23:00间，最大充电时间为8小时，因而大多数的充电过程发生在电网最低谷负荷区段为夜间23时到次日凌晨7时左右，从而实现“夜存日用”功能。
图3为本发明控制单元外观设计示意图，显示本发明的显示、按钮设定及与电动自行车的连接示意。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种利用电动汽车、电动自行车的电池群构建的大容量储能系统的自动充电控制装置，其特征在于，该装置自动在夜间电网低负荷时段，自动完成接入充电的电动汽车、电动自行车的充电工作。
2.如权利要求1所述的自动充电控制装置，其特征在于，所述的控制装置包括：
输入电源线路，所述输入电源线路将所述自动充电控制装置连接于外部供电电网，由外部供电电网提供电力，并通过输出充电线路为电动自行车或电动汽车的电池进行充电；
输出充电线路，所述输出充电线路连接于待充电电动自行车或电动汽车，并为所述电动自行车或电动汽车的电池充电；
电池接入感知模块，所述电池接入感知模块并连于待充电线路上，感知是否有待充电电池接入，并把信号输出给自动控制微电脑；
输入面板，所述面板上设有“电压设定”、“时间设定”、“增加”、“减少”、“确定”、“返回”、“取消”、“应急充电”输入按键，可以完成充电控制参数的设定，把信号传送给自动控制微电脑；
输出液晶显示屏，所述液晶显示屏根据所述自动充电控制装置工作过程中的设定信息与工作信息；
带有时钟功能的自动控制微电脑，所述微电脑接受所述输入面板的设定与控制信息，根据设定的控制信息和自身提供的时钟，按预先设定信息完成待充电电池的充电过程；
应急照明LED灯，所述应急照明LED灯在外部电路失去时使用充电电池作为输入电源提供应急照明；
计费系统，所述计费系统根据不同的充电模式进行不同的计费，白天工作收费要高于夜间工作的收费；
防水外壳，所述防水外壳由硬质防水材料制成，为控制装置提供保护。
3.如权利要求1所述的自动充电控制装置，其特征在于，设有“应急充电”模式和“夜存日用”两种工作模式：
“应急充电”模式，电动车、电动汽车电池接入自动充电控制装置后立即为电池存电，为快速充电模式；
“夜存日用”工作模式，电动车、电动汽车电池接入充电装置后，不立即为电池充电，而是在夜间23：00到次日7：00的低负荷期间为电池充电。
4.如权利要求1所述的自动充电装置，其特征在于，具有防水外壳可以布置在室外进行工作。
5.如权利要求1所述的自动充电装置，其特征在于，可以同时接入多条充电线路，同时为多辆电动汽车或电动车充电。
6.如权利要求1所述的自动充电装置，其特征在于，在所述“夜存日用”工作模式下，接入所述充电装置的各条充电线路并不统一开启，开启时间有10分钟以内的随机差别，防止集中启动对电网产生冲击。
7.如权利要求1所述的自动充电装置，其特征在于，在所述“夜存日用”工作模式下，接入所述充电装置各条充电线路并不统一关闭，关闭距开始时间相差8小时，防止集中停止对电网产生冲击。
8.如权利要求1所述的自动充电装置，其特征在于，所述充电装置开始充电时，充电电流慢慢增加，电流在10分钟内达到最大电流。
9.如权利要求1所述的自动充电装置，其特征在于，所述充电装置结束充电时，充电电流慢慢减少，电流在10分钟内减少到0并关闭。
10.一种大容量分散型云储能系统，其特征在于，该大容量分散型云储能系统包括：
供电电网，用于为所述自动充电控制装置和待充电电池供电；
海量的电动汽车、电动自行车的电池群，通过自动控制装置与供电电网连接并接受所述电网的充电量，在完成自身为电动汽车、电动自行车提供动力的功能外，承担所述电网的储能作用；
自动充电控制装置，用于控制所述电动汽车、电动自行车统一在夜间低负荷时段进行充电；
所述自动充电控制装置为权利要求1-9任一项所述的自动充电控制装置。
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