本發(fā)明涉及電動汽車充電站系統(tǒng)領(lǐng)域，特別涉及到一種飛輪儲能式電動汽車充電站系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

隨著石油等不可再生能源的持續(xù)減少，能源問題已成為全球關(guān)注的焦點，節(jié)能減排是未來各國發(fā)展的必然趨勢。汽車工業(yè)在整個工業(yè)體系中具有舉足輕重的地位，而燃油汽車帶來了石油危機、環(huán)境污染等諸多問題，因此電動汽車的發(fā)展勢在必行。電動汽車充電站作為重要的基礎(chǔ)支撐設(shè)施，在電動汽車的普及和大力推廣中發(fā)揮著重要的作用。

現(xiàn)有技術(shù)中的電動汽車充電站直接將電網(wǎng)的電能通過AC/DC變化后，再采用高電壓大電流方式對電動汽車進行快速充電，充電樁的建設(shè)成本和運行成本高，無法達到汽車充電站對經(jīng)濟性的要求。與此同時，由于電動汽車的充電具有隨機性和間歇性，隨著電動汽車數(shù)量的增加，大規(guī)模電動汽車的充電勢必會對配電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)、運行產(chǎn)生巨大的影響。電動汽車快速充電時瞬間功率大，常規(guī)的電網(wǎng)較難滿足。電動汽車充電不僅會影響配電網(wǎng)的負荷平衡，而且會給配電網(wǎng)帶來其他問題：電動汽車的聚集性充電可能會導(dǎo)致局部地區(qū)用電負荷緊張，充電時間的疊加或負荷高峰時段的充電行為將會加重配電網(wǎng)負擔(dān)。如果協(xié)調(diào)不好，將會出現(xiàn)“峰上加峰”，增大電網(wǎng)調(diào)峰難度，加大輸配電網(wǎng)建設(shè)壓力，降低發(fā)電機組的電網(wǎng)的運行效率。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種飛輪儲能式電動汽車充電站系統(tǒng)，以解決上述問題。

本發(fā)明所解決的技術(shù)問題可以采用以下技術(shù)方案來實現(xiàn)：

一種飛輪儲能式電動汽車充電站系統(tǒng)，包括充電系統(tǒng)、配電系統(tǒng)、蓄電系統(tǒng)、輔助用電系統(tǒng)、中央控制系統(tǒng)和自我保護系統(tǒng)，蓄電系統(tǒng)包括飛輪儲能系統(tǒng)，配電系統(tǒng)包括交流配電柜、DC/DC變換器和直流配電柜，充電系統(tǒng)包括充電裝置，飛輪儲能系統(tǒng)通過中央控制系統(tǒng)控制并處于放電狀態(tài)、充電狀態(tài)或既不充電又不放電狀態(tài)；交流配電柜與電網(wǎng)相連，并與輔助用電系統(tǒng)以及至少兩個飛輪儲能系統(tǒng)分別相連，每個飛輪儲能系統(tǒng)與一個DC/DC變換器相連，至少兩個DC/DC變換器與直流配電柜相連，一個直流配電柜與至少兩個充電裝置連接，充電裝置與負載連接，中央控制系統(tǒng)上連接有儲能系統(tǒng)控制器和設(shè)備控制器，設(shè)備控制器分別與儲能系統(tǒng)控制器、直流配電柜以及各個充電裝置相連，儲能系統(tǒng)控制器分別與各個飛輪儲能系統(tǒng)和DC/DC變換器相連。

進一步的，所述飛輪儲能系統(tǒng)包括軸承、交流電動機、飛輪和直流發(fā)電機，交流電動機通過電動機驅(qū)動器驅(qū)動，交流電動機與飛輪相連，飛輪與直流發(fā)電機相連，直流發(fā)電機與DC/DC變換器相連。

進一步的，所述配電系統(tǒng)的容量包括動力用電、監(jiān)控用電和辦公用電，采用雙路供電方式。

進一步的，所述輔助用電系統(tǒng)包括對整個充電站的監(jiān)控、調(diào)度和管理的充電站監(jiān)控系統(tǒng)，充電站監(jiān)控系統(tǒng)包括充電系統(tǒng)監(jiān)控、煙霧報警監(jiān)控、配電監(jiān)控和視頻監(jiān)控。

進一步的，所述飛輪儲能系統(tǒng)通過自我保護系統(tǒng)可自動切除。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果如下：

本發(fā)明充分考慮了充電站的建設(shè)成本和運行成本，并保證了充電站的通用性和可擴展性。本發(fā)明結(jié)構(gòu)緊湊、操作簡單、使用安全，通過飛輪儲能系統(tǒng)作為蓄電裝置，有效避免了對電網(wǎng)的瞬時大功率需求和沖擊，又可以錯峰用電，具有儲電容量大、使用壽命長、可靠性高、運行維護成本低、無污染等優(yōu)點，充分考慮了對環(huán)境的影響，盡可能減少其對環(huán)境造成的不良影響，以保證該區(qū)域的環(huán)保要求。

附圖說明

圖1為本發(fā)明所述的飛輪儲能式電動汽車充電站系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖。

圖2為本發(fā)明所述的飛輪儲系統(tǒng)處于放電狀態(tài)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3為本發(fā)明所述的飛輪儲系統(tǒng)處于既不充電也不放電狀態(tài)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4為本發(fā)明所述的飛輪儲系統(tǒng)處于充電狀態(tài)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖5為本發(fā)明所述的飛輪儲能式電動汽車充電站系統(tǒng)的原理圖。

圖6為本發(fā)明所述的飛輪儲能式電動汽車充電站系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖7為本發(fā)明所述的飛輪儲能系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

為使本發(fā)明實現(xiàn)的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、達成目的與功效易于明白了解，下面結(jié)合具體實施方式，進一步闡述本發(fā)明。

參見圖1～圖7，本發(fā)明所述的一種飛輪儲能式電動汽車充電站系統(tǒng)，包括充電系統(tǒng)、配電系統(tǒng)、蓄電系統(tǒng)、輔助用電系統(tǒng)、中央控制系統(tǒng)和自我保護系統(tǒng)。蓄電系統(tǒng)包括飛輪儲能系統(tǒng)，配電系統(tǒng)包括交流配電柜、DC/DC變換器和直流配電柜，充電系統(tǒng)包括充電裝置。飛輪儲能系統(tǒng)通過中央控制系統(tǒng)控制并處于放電狀態(tài)、充電狀態(tài)或既不充電又不放電狀態(tài)。交流配電柜與電網(wǎng)相連，并與輔助用電系統(tǒng)以及至少兩個飛輪儲能系統(tǒng)分別相連。每個飛輪儲能系統(tǒng)與一個DC/DC變換器相連，至少兩個DC/DC變換器與直流配電柜相連。一個直流配電柜與至少兩個充電裝置連接，充電裝置與負載連接。中央控制系統(tǒng)上連接有儲能系統(tǒng)控制器和設(shè)備控制器，設(shè)備控制器分別與儲能系統(tǒng)控制器、直流配電柜以及各個充電裝置相連。儲能系統(tǒng)控制器分別與各個飛輪儲能系統(tǒng)和DC/DC變換器相連。

充電系統(tǒng)的功能是將輸入充電站的電能轉(zhuǎn)換成電動汽車動力電池充電所需的形式，并通過充電裝置輸送到電動汽車，包括充電系統(tǒng)和充電樁。根據(jù)不同的電能補給方式，劃分為地面充電和整車充電兩種充電系統(tǒng)。作為整個充電站的中心環(huán)節(jié)，針對各種不同的充電要求，提供安全、快捷和方面的充電服務(wù)。

蓄電系統(tǒng)的功能是在低負荷時段把電能儲存到蓄電系統(tǒng)中，高負荷時段使用存儲在其中的電能，本發(fā)明采用飛輪儲能系統(tǒng)作為蓄電裝置。

飛輪儲能系統(tǒng)包括軸承1、交流電動機2、飛輪3和直流發(fā)電機4。交流電動機2通過電動機驅(qū)動器驅(qū)動，交流電動機2與飛輪3相連，飛輪3與直流發(fā)電機4相連，直流發(fā)電機4與DC/DC變換器相連。

交流電動機2包括電動機轉(zhuǎn)子、電動機定子和電動機機殼。直流發(fā)電機4包括發(fā)電機轉(zhuǎn)子、發(fā)電機定子和發(fā)電機機殼。飛輪3包括飛輪本體、轉(zhuǎn)軸和飛輪機殼。電動機定子固定連接于電動機機殼內(nèi)，發(fā)電機定子固定連接于發(fā)電機機殼內(nèi)，飛輪本體固定連接于轉(zhuǎn)軸上。轉(zhuǎn)軸通過軸承支承于飛輪機殼上，轉(zhuǎn)軸的兩端伸出飛輪機殼外，電動機轉(zhuǎn)子和發(fā)電機轉(zhuǎn)子分別固定連接于轉(zhuǎn)軸的兩端。電動機機殼和發(fā)電機機殼分別固定連接于飛輪機殼的兩端。

配電系統(tǒng)的功能是將來自電網(wǎng)的高壓電能通過變壓器轉(zhuǎn)換成充電站所需的低壓電能，再分別輸送到充電系統(tǒng)、蓄電系統(tǒng)和輔助用電系統(tǒng)中。其容量包括動力用電、監(jiān)控用電和辦公用電等。電力負荷級別采用2級，即采用雙路供電，同時不配備后備電源，輸出為0.4kV、50Hz。

輔助用電系統(tǒng)的功能是將輸入輔助用電系統(tǒng)的電能轉(zhuǎn)接到充電站的監(jiān)控、通訊、照明等系統(tǒng)和設(shè)備中。輔助用電系統(tǒng)中最重要的部分是充電站監(jiān)控系統(tǒng)，包括充電系統(tǒng)監(jiān)控、煙霧報警監(jiān)控、配電監(jiān)控和視頻監(jiān)控，通過對整個充電站的監(jiān)控、調(diào)度和管理，來保證充電站高效、安全的運行。

自我保護系統(tǒng)的功能是在電網(wǎng)電能質(zhì)量不符合標(biāo)準(zhǔn)或者充電站發(fā)生故障時，自動切除飛輪儲能系統(tǒng)，以保護設(shè)備和人身的安全。

中央控制系統(tǒng)的功能是通過對車輛的充電需求進行分析，根據(jù)不同車輛的充電特點、充電時間要求，通過充電系統(tǒng)檢測和記錄相應(yīng)電動汽車的相關(guān)信息，包括駛?cè)霑r間、用戶預(yù)計離開時間、電池額定容量和現(xiàn)狀荷電狀態(tài)(SOC)等，其中預(yù)計離開時間由用戶進行選擇并將這一信息反饋給控制器，其他參數(shù)則由充電系統(tǒng)自動檢測。中央控制系統(tǒng)還能跟電網(wǎng)交互信息，主要是獲取負荷預(yù)測信息。中央控制系統(tǒng)在收集到這些信息后經(jīng)過優(yōu)化計算，得到每輛電動汽車在每個時間段的充電功率，并將這些指令發(fā)送給電動汽車相連的充電系統(tǒng)，由充電系統(tǒng)來執(zhí)行這些指令。中央控制系統(tǒng)根據(jù)電動汽車充電需求和電網(wǎng)負荷預(yù)測信息，自動選擇飛輪儲能系統(tǒng)的運行狀態(tài)。

飛輪儲能系統(tǒng)工作于放電狀態(tài)，各類電動汽車的充電需求比較集中，單純依靠電網(wǎng)提供的電能無法滿足所有車輛的功率需求，此時充電站蓄電系統(tǒng)將存儲的電能釋放出來，和電網(wǎng)經(jīng)配電系統(tǒng)流出的電能一起，同時為電動汽車進行電能補充的工作。飛輪儲能系統(tǒng)工作于既不充電也不放電狀態(tài)，電網(wǎng)提供的電能可以滿足電動汽車的功率需求，此時蓄電系統(tǒng)不工作，電網(wǎng)提供電能通過配電系統(tǒng)，再使用充電系統(tǒng)對電動汽車進行電能補充。飛輪儲能系統(tǒng)工作于充電狀態(tài)，通常是夜間，電網(wǎng)處于用電低谷階段，對充電站而言，電動汽車的充電需求較少，為了抑制用電低谷時段的電力浪費，充分利用電能，可將電網(wǎng)提供的電能分為兩部分：一部分對電動汽車進行充電，另一部分存儲到蓄電系統(tǒng)中，這部分電能在充電站高負荷時段釋放，大大提高電力系統(tǒng)的利用率。

電能傳輸必須經(jīng)過飛輪儲能系統(tǒng)，由于飛輪儲能系統(tǒng)具有AC/DC變換功能，通過適當(dāng)控制，可實現(xiàn)夜間儲電白天放電、邊儲電邊放電等多種工作模式，從而有效避免對電網(wǎng)的瞬時大功率需求和沖擊，可以錯峰用電，大大節(jié)約用電成本。

電網(wǎng)提供的電能經(jīng)過交流配電柜，電機驅(qū)動器驅(qū)動電動機轉(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn)，電能經(jīng)過變換之后轉(zhuǎn)化為飛輪高速旋轉(zhuǎn)的動能，完成能量存儲的過程。當(dāng)系統(tǒng)需要電能時，高速旋轉(zhuǎn)的飛輪立刻減速，飛輪可作為發(fā)電機，將存儲在飛輪上的動能轉(zhuǎn)換為電能，在DC/DC變換之后，匯聚到直流配電柜，直流配電柜與兩個以上的充電裝置相連，可滿足電動汽車的充電需求。每一個飛輪電池都有相應(yīng)的儲能系統(tǒng)控制器，儲能系統(tǒng)控制器與飛輪電池和DC/DC變換器相連，通過控制飛輪的電機驅(qū)動器、儲能系統(tǒng)控制器和DC/DC變換器來完成飛輪電池的充放電過程。整個充電站中也配備一個中央控制系統(tǒng)，中央控制系統(tǒng)與各個控制器、每個充電裝置以及直流配電柜通過控制總線相連，通過中央控制系統(tǒng)可實現(xiàn)飛輪儲能系統(tǒng)和充電系統(tǒng)的總體控制，按照合理的調(diào)配方法，滿足充電站儲能、充電的運行工作。另外，中央控制系統(tǒng)可獲取電網(wǎng)的負荷預(yù)測信息，并結(jié)合電動汽車的充電功率需求，完成飛輪儲能系統(tǒng)運行狀態(tài)的全過程控制。儲能飛輪采用分布式結(jié)構(gòu)，通過飛輪電池的合理布置可以組建不同容量的蓄電系統(tǒng)，這樣不僅可以錯峰用電，同時也大大緩解了充電高峰時的大功率需求和沖擊。當(dāng)電動汽車充電站或者電網(wǎng)出現(xiàn)故障時，自我保護系統(tǒng)會自動切除飛輪儲能系統(tǒng)，以保護設(shè)備和人身的安全。

以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理和主要特征和本發(fā)明的優(yōu)點。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本發(fā)明不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會有各種變化和改進，這些變化和改進都落入要求保護的本發(fā)明范圍內(nèi)。本發(fā)明要求保護范圍由所附的權(quán)利要求書及其等效物界定。