一种充换电系统

技术领域

本申请涉及电力电子技术领域，特别是涉及一种充换电系统。

背景技术

随着科技的发展，新能源电动汽车作为一种清洁能源使用的典范，逐渐成为汽车工业和能源发展的重点，也逐步成为人类日常生活中比较重要的组成部分。

目前，为新能源电动汽车供电的充换电系统，主要通过一个AC/DC转换单元与多个储能电池组连接，使电网的电能向多个储能电池组同时进行充电。而由于在电网通过一个AC/DC转换单元向多个储能电池组同时进行充电过程中，存在储能电池组之间能量转换的问题，从而降低了充换电系统的使用寿命。

由此可见，如何提高充换电系统的使用寿命是本领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容

本申请的目的是提供一种充换电系统，用以提高充换电系统的使用寿命。

为解决上述技术问题，本申请提供一种充换电系统，包括：与电网连接的多个AC/DC转换单元，分别与各所述AC/DC转换单元连接的开关单元，与所述开关单元和所述AC/DC转化单元一一对应连接的二极管组，分别与所述开关单元连接的多组储能电池、DC/DC转换单元以及控制单元；

所述控制单元，用于在谷电时间段的情况下，通过控制所述开关单元使电网经过所述AC/DC转换单元为至少两个所述储能电池同时充电，在非谷电时间段的情况下，通过控制所述开关单元使所述储能电池经过对应的所述DC/DC转换单元为动力电池充电；

所述AC/DC转换单元，用于在电网为至少两个所述储能电池同时充电的情况下，将电网输出交流电转化为能够满足各所述储能电池充电需求的直流电；

所述DC/DC转换单元，用于在所述储能电池为所述动力电池充电的情况下，将各所述储能电池的输出直流电转化为能够满足所述动力电池充电需求的输入直流电；

其中，所述二极管组的阳极分别与所述AC/DC转换单元的输出端一一对应连接，所述二极管组的阴极相互连接后与所述开关单元连接。

优选的，所述控制单元还与各所述AC/DC转换单元、所述DC/DC转换单元连接，用于在电网为所述储能电池连接的情况下，控制对应的所述AC/DC转换单元工作、控制所述DC/DC转换单元不工作，在所述储能电池为所述动力电池充电的情况下，控制所述DC/DC转换单元工作、控制各所述AC/DC转换单元不工作；

所述控制单元，还用于在各所述储能电池均不满足预设条件的情况下，通过所述开关单元控制电网通过对应的所述AC/DC转换单元为所述动力电池充电；

其中，所述预设条件具体为至少有一个所述储能电池正常工作或至少有一个所述储能电池的电量满足所述动力电池的需求电量。

优选的，所述开关单元包括多个第一开关组和第二开关组，各所述第一开关组的第一端与各所述AC/DC转换单元对应连接，各所述第一开关组的第二端分别与各所述储能电池对应连接，所述第二开关组分别与所述DC/DC转换单元输入端与输出端连接。

优选的，每个所述储能电池中包含有多组电池包，对应的所述第一开关组中的开关为多个且与各所述电池包一一对应，各所述开关的第二端分别与各所述电池包对应连接，各所述开关的第一端相互连接后与对应的AC/DC转化单元和所述DC/DC转化单元连接；

所述控制单元，还用于在电网为所述储能电池充电和所述储能电池为所述动力电池充电的情况下，控制在任意时刻，对应的所述第一开关组中都只有一个开关闭合；还用于在所述储能电池为所述动力电池充电的情况下，按预设参数选择与所述动力电池最匹配的目标储能电池中电池包，并通过对应的所述第一开关组控制所述储能电池中目标电池包为所述动力电池充电。

优选的，所述预设参数为各所述储能电池中电池包的电压、所述动力电池的电压、各所述储能电池中电池包的放电电流以及各所述储能电池的电池容量中的一个或多个。

优选的，所述第二开关组具体为单向可控开关。

优选的，在通过所述开关单元控制电网通过对应的所述AC/DC转换单元为所述动力电池充电的情况下，所述控制单元，还用于控制所述AC/DC转换单元分时段工作。

优选的，在通过所述开关单元控制电网通过对应的所述AC/DC转换单元为所述动力电池充电的情况下，所述控制单元，还用于控制至少两个所述AC/DC转换单元同时工作，其中同时工作的所述AC/DC转换单元的输出总电流值满足所述动力电池的充电需求。

优选的，所述储能电池和/或所述动力电池的充电需求具体为根据时间变化输出的电压或电流。

优选的，所述储能电池和/或所述动力电池的充电需求具体为按照BMS所要求的充电参数输出电压和电流。

本申请所提供的充换电系统，包括与电网连接的多个AC/DC转换单元，分别与各AC/DC转换单元连接的开关单元，与开关单元和AC/DC转换单元一一对应连接的二极管组，以及与开关单元连接的多组储能电池、DC/DC转换单元以及控制单元。其中，二极管组的阳极分别与AC/DC转换单元的输出端一一对应连接，二极管组的阴极相互连接后与开关单元连接，控制单元用于在谷电时间段的情况下，通过开关单元控制电网向至少两个所述储能电池供电，在非谷电时间段的情况下，通过开关单元控制至少两个储能电池向动力电池供电。由于二极管组的阳极分别与AC/DC转换单元的输出端一一对应连接，因此保证了在电网向储能电池供电时，与AC/DC转换单元对应连接的二极管使AC/DC转换单元只对其对应连接的储能电池充电，避免了不同储能电池组间的能量转换，提高了充换电系统的使用寿命。此外，由于控制单元能够控制储能电池在谷电时间段内进行充电，并在非谷电时间段内通过储能电池向动力电池供电，因此充换电系统能够选择在谷电时间段内将电网的电压存储至储能电池中，而在非谷电时间段内由储能电池进行供电，从而降低了充换电系统的用电成本。此外，由于设置有多组储能电池同时充电放电，加快了储能电池和动力电池的充电效率，也保证了在某一个储能电池工作异常的时候，剩余的储能电池能够继续充放电，提高了充换电系统的稳定性。

传统电动车储能充换电系统中，电网所有能量经过AC/DC转换单元到母线上，因此，AC/DC转换单元成为系统可靠性的瓶颈，一旦损坏，系统不能工作。而本申请为分布式系统，即有电网通过AC/DC转换单元供电，也有储能设备可供电，任何单元的损坏，不影响其它单元的正常工作，本方案可靠性更高。

现有技术中，虽然设有储能设备，但是具有如下缺点：电网的能量需要经过AC/DC转换后，再经过DC/DC转换，到达储能电池，而储能电池放电时，要经过两次DC/DC转换，把储能能量提供给需要充电的电池；能量经过三次的转换，充电效率较低。而本申请电网能量经过AC/DC转换即可为储能电池充电，储能电池再经过一次DC/DC转换即可为换电电池或电动车动力电池充电，有助于提升系统效率。

和现有技术相比，每个充电电池单元可以节省一套DC/DC电路，成本更低。

本申请对储能电池的充电公用一个AC/DC，系统成本进一步下降。

传统储能充换电系统中，储能电池包充电或放电时，所有电池包并联连接，需要保证电池包中的所有电池电压相同，维护费用高昂。而本申请中电池不用并联，因此不需要进行电池筛选，对电池的使用(尤其当储能电池使用退役的电动汽车的电池时)，要求大大降低。且同时增加了多路储能系统，电能储存效率进一步提高。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例，下面将对实施例中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，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。

图1为本申请实施例提供的一种充换电系统的电路图；

图2为本申请实施例提供的一种DC/DC转换单元的电路图；

图3为本申请实施例提供的另一种充换电系统的电路图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下，所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护范围。

本申请的核心是提供一种充换电系统，用以降低用电成本。

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面结合附图和具体实施方式对本申请作进一步的详细说明。

图1为本申请实施例提供的一种充换电系统的电路图。如图1所示，该系统包括：与电网连接的多个AC/DC转换单元10，分别与各AC/DC转换单元10连接的开关单元11，与开关单元11和AC/DC转换单元10一一对应连接的二极管组16，与开关单元11连接的多组储能电池13、DC/DC转换单元12以及控制单元14。

控制单元14，用于在谷电时间段的情况下，通过控制开关单元11使电网经过AC/DC转换单元10为部分或全部储能电池13充电，在非谷电时间段的情况下，通过控制开关单元11使部分或全部储能电池13经过对应的DC/DC转换单元12为动力电池15充电。

AC/DC转换单元10，用于在电网为储能电池13充电的情况下，将电网的输出交流电转化为能够满足各储能电池13充电需求的直流电。

DC/DC转换单元12，用于储能电池13为动力电池15充电的情况下，将各储能电池13的输出直流电转化为能够满足动力电池15充电需求的直流电。

其中，二极管组16的阳极分别与AC/DC转换单元10的输出端一一对应连接，二极管组16的阴极相互连接后与开关单元11连接。

本申请实施例中，谷电时间段为市政规定的谷电时间段，非谷电时间段为市政规定的非谷电时间段。可以理解的是，当市政规定进行变化时，谷电时间段和非谷电时间段可以随之改变。

需要说明的是，在换电站中，动力电池15指为电动车快速更换的换电电池；在充电站中，动力电池15指电动车中的电池。此外，储能电池13可以是单独购买的全新电池，也可以是电动车退役的动力电池15。

为了防止AC/DC转换单元10和DC/DC转换单元12不断持续的工作，导致电网输入电压造成不必要的消耗，同时为了防止在储能电池13向动力电池15供电时存在电网向动力电池15供电的情况，在具体实施中，控制单元14还可以与各AC/DC转换单元10和DC/DC转换单元12连接，用于在电网为部分或全部储能电池13充电的情况下，控制对应的AC/DC转换单元10工作、控制DC/DC转换单元12不工作，在全部或部分储能电池13为动力电池15充电的情况下，控制DC/DC转换单元12工作、控制各AC/DC转换单元10不工作。

如图1所示，开关单元11包含多个第一开关组20和第二开关组21，各第一开关组20的第一端与各AC/DC转换单元10对应连接，各第一开关组20的第二端分别与各储能电池13对应连接，第二开关组21分别与电网和动力电池15连接。

在具体实施中，控制单元14用于在谷电时间段的情况下，控制对应的AC/DC转换单元10开始工作、第一开关组20闭合、第二开关组21断开，从而保证电网向至少两个储能电池13充电，在非谷电时间段的情况下，控制对应的AC/DC转换单元10停止工作、第一开关组20闭合、第二开关组21断开，从而保证至少两个储能电池13经过DC/DC转换单元12向动力电池15供电。

还需说明的是，为了保证第一开关组20既能将对应的AC/DC转换单元10和对应的储能电池13连通，又能将对应的储能电池13和DC/DC转换单元12连通，作为优选的实施例，第一开关组20内的开关均为双向导通的可控开关。

可以理解的是，第二开关组21包含的开关可以是双向导通的可控开关，也可以是单向导通的可控开关。在具体实施中，第二开关组21的开关为单向导通的可控开关。

在具体实施中，AC/DC转换单元10是将电网的输入信号转化为满足电池设备管理系统(Battery Management System，BMS)的要求的储能电池13和/或动力电池15的输入信号。

图2为本申请实施例提供的一种DC/DC转换单元的电路图。如图2所示，DC/DC转换单元12包括第一电感L1、第二电感L2、开关K1、开关K2、电容C以及二极管D1。第一电感L1的第一端分别与AC/DC转换单元10、以及第二开关组21的第一端连接，第一电感L1的第二端分别与开关K1的第一端、以及开关K2的第一端连接，开关K1的第二端接地，开关K2的第二端分别与第二电感L2的第一端、二极管D1的阴极连接，二极管D1的阳极接地，第二电感L2的第二端分别与动力电池15、电容C的第一端以及第二开关组21的第二端连接，电容C的第二端接地。此外，在具体实施中，控制单元14还可以与开关K1和开关K2的第三端连接，用以控制开关K1和开关K2的开合。

可以理解的是，图2是以升降压电路为基础提供的一种DC/DC转换单元12的电路图，DC/DC转换单元12还可以是单独的升压电路或者单独的降压电路。

本申请实施例所提供的充换电系统，包括与电网连接的多个AC/DC转换单元，分别与各AC/DC转换单元连接的开关单元，与开关单元和AC/DC转换单元一一对应连接的二极管组，以及与开关单元连接的多组储能电池DC/DC转换单元以及与控制单元。其中，二极管组的阳极分别与AC/DC转换单元的输出端一一对应连接，二极管组的阴极相互连接后与开关单元连接，控制单元用于在谷电时间段的情况下，通过开关单元控制电网向至少两个所述储能电池供电，在非谷电时间段的情况下，通过开关单元控制至少两个储能电池向动力电池供电。由于二极管组的阳极分别与AC/DC转换单元的输出端一一对应连接，因此保证了在电网向储能电池供电时，与AC/DC转换单元对应连接的二极管使AC/DC转换单元只对其对应连接的储能电池充电，避免了不同储能电池组间的能量转换，提高了充换电系统的使用寿命。此外，由于控制单元能够控制储能电池在谷电时间段内进行充电，并在非谷电时间段内通过储能电池向动力电池供电，因此充换电系统能够选择在谷电时间段内将电网的电压存储至储能电池中，而在非谷电时间段内由储能电池进行供电，从而降低了充换电系统的用电成本。此外，由于设置有多组储能电池同时充电放电，加快了储能电池和动力电池的充电效率，也保证了在某一个储能电池工作异常的时候，剩余的储能电池能够继续充放电，提高了充换电系统的稳定性。

传统电动车储能充换电系统中，电网所有能量经过AC/DC转换单元到母线上，因此，AC/DC转换单元成为系统可靠性的瓶颈，一旦损坏，系统不能工作。而本申请为分布式系统，即有电网通过AC/DC转换单元供电，也有储能设备可供电，任何单元的损坏，不影响其它单元的正常工作，本方案可靠性更高。

现有技术中，虽然设有储能设备，但是具有如下缺点：电网的能量需要经过AC/DC转换后，再经过DC/DC转换，到达储能电池，而储能电池放电时，要经过两次DC/DC转换，把储能能量提供给需要充电的电池；能量经过三次的转换，充电效率较低。而本申请电网能量经过AC/DC转换即可为储能电池充电，储能电池再经过一次DC/DC转换即可为换电电池或电动车动力电池充电，有助于提升系统效率。

和现有技术相比，每个充电电池单元可以节省一套DC/DC电路，成本更低。

本申请对储能电池的充电公用一个AC/DC，系统成本进一步下降。

传统储能充换电系统中，储能电池包充电或放电时，所有电池包并联连接，需要保证电池包中的所有电池电压相同，维护费用高昂。而本申请中电池不用并联，因此不需要进行电池筛选，对电池的使用(尤其当储能电池使用退役的电动汽车的电池时)，要求大大降低。且同时增加了多路储能系统，电能储存效率进一步提高。

在上述实施例的基础上，控制单元14还用于在各储能电池13均不满足预设条件的情况下，通过开关单元11控制电网通过对应的AC/DC转换单元10与动力电池15连接。

其中，预设条件具体为至少有一个储能电池13正常工作或至少有一个储能电池13的电量满足动力电池15的需求电量。

需要说明的是，在电网通过AC/DC转换单元10向动力电池15充电时，控制单元14可以控制各AC/DC转换单元10分段工作，即同一时刻至控制一个AC/DC转换单元10工作，在该AC/DC转换单元10的工作时间达到预设时长后，从剩余的AC/DC转换单元10中选择一个进行工作，控制单元14还可以控制同时控制至少两个AC/DC转换单元10工作，且工作中的AC/DC转换单元10的输出电流综合满足动力电池15组的充电需求。

可以理解的是，当储能电池13的电量无法满足给动力电池15充电的需求，或者储能电池13工作异常时，控制单元14还可以通过开关单元11控制电网通过AC/DC转换单元10向动力电池15充电，以保证动力电池15能够正常的进行充电，从而保证了用户的使用体验感。

在上述实施例的基础上，储能电池13中包含有多组电池包，对应的第一开关组20中的开关为多个且与各电池包一一对应，各开关的第二端分别与各电池包对应连接，各开关的第一端相互连接后与对应的AC/DC转换单元10和DC/DC转换单元12连接。

控制单元14，还用于在电网为至少两个储能电池13充电和储能电池13为动力电池15充电的情况下，控制对应的第一开关组20中的一个开关闭合，其余开关为断开状态。

其中，控制单元14可按照预先设置的规则控制第一开关组20中的开关的开闭顺序，例如按照储能电池13中电池包的顺序控制对应的开关闭合或开启，即先控制编号为1的电池包对应的开关闭合、控制其余开关断开，再控制编号为2的电池包对应的开关闭合、控制其余开关断开，并以此列类推。

为了提高充换电系统的工作效率，作为优选的实施例，控制单元14还用于在储能电池13与动力电池15充电的情况下，按预设参数选择与动力电池15最匹配的目标储能电池13中的电池包，并通过开关单元11中与储能电池13中目标电池包对应的开关控制目标储能电池13为动力电池15充电。

需要说明的是，预设参数为各储能电池13的电压、动力电池15的电压、各储能电池13的放电电流以及各储能电池13的电池容量中的任意组合。

此外为了进一步提高充换电系统的工作效率，在至少两个储能电池13向动力电池15充电的过程中，控制单元14还用于在目标储能电池13不符合预设要求的情况下，重新按预设参数选择与动力电池15最匹配的目标储能电池13。

可以理解的是，在至少两个储能电池13向动力电池15充电的过程中，按预设周期或者实时监测目标储能电池13的电量是否符合预设要求，一旦不符合预设要求，则可以重新选择与动力电池15最匹配的储能电池13，在具体实施中，预设要求可以是目标储能电池13的放电时间未达到预设时间，还可以是目标储能电池13的电压不低于预设电压。

本申请实施例所提供的充换电系统，在储能电池为多个的情况下，控制单元在同一时间内只控制储能电池中一个电池包对应的开关闭合，因此能够防止同一储能电池中的电池包直接并联而导致电流环流的产生，故提高了储能电池的使用寿命。

图3为本申请实施例提供的另一种充换电系统的电路图。如图3所示，在上述实施例的基础上，动力电池15的个数为n个(其中n为正整数)，其中，DC/DC转换单元12的个数与动力电池15的个数匹配，第二开关组21中的各开关的第二端分别与各动力电池15对应连接，第二开关组21中的各开关的第一端相互连接后与二极管组16连接，各DC/DC转换单元12与第二开关组21中的各开关并联。

本申请实施例中，在储能电池13通过DC/DC转换单元12向动力电池15充电时，控制单元14可以同时控制第二开关组21中的开关闭合，实现多个动力电池15同时充电；在电网通过AC/DC转换单元10向动力电池15充电时，同一时间段内只为一个动力电池15充电，即控制单元14在同一时间段内只控制第二开关组21中的一个开关闭合。

可以理解的是，由于储能电池13同时能够给多个动力电池15充电，因此能够加快动力电池15的充电速度，提高了储能电池13向动力电池15供电的速度。

以上对本申请所提供的一种充换电系统进行了详细介绍。说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以对本申请进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本申请权利要求的保护范围内。

还需要说明的是，在本说明书中，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”、“包含”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。