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，主要依赖电网的电能向储能电池进行充电，再由储能电池向新能源电动汽车进行充电。而由于在储能电池无法满足新能源电动汽车的充电需求时，需要扩大储能电池的容量，因此需要对充换电系统的整个储能电池进行替换，提高了充换电系统的成本。

由此可见，如何降低充换电系统的成本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，用以降低充换电系统的成本。

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AC/DC转换单元，与所述AC/DC转换单元连接的开关单元，与所述开关单元连接的储能电池、可变单元、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转换单元分别为所述可变单元、所述储能电池充电，在非谷电时间段的情况下，通过控制所述开关单元使所述可变单元经过所述DC/DC转换单元为动力电池充电，并延时预设时长后，控制所述储能电池经过所述DC/DC转换单元为所述动力电池充电；

所述AC/DC转换单元，用于在电网分别为所述储能电池、所述可变单元充电的情况下，使所述电网输出的交流电转化为能够满足所述储能电池和所述可变单元充电需求的直流电；

所述DC/DC转换单元，用于在所述储能电池或所述可变单元为所述动力电池充电的情况下，将所述储能电池或所述可变单元的输出直流电转化为能够满足所述动力电池充电需求的直流电；

所述可变单元，可以装入所述储能电池的电池包或所述动力电池的电池包，以完成在不同时段对相应电池充电；

在所述储能电池不满足预设条件的情况下，通过控制所述开关单元使电网经过所述AC/DC转换单元分别为所述动力电池、所述可变单元充电。

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，用于在电网分别为所述储能电池、所述可变单元充电的情况下，控制所述AC/DC转换单元工作、控制所述DC/DC转换单元不工作，在所述储能电池或所述可变单元为所述动力电池充电的情况下，控制所述AC/DC转换单元不工作、控制所述DC/DC转换单元工作。

优选的，所述开关单元包括第一开关组、第二开关组、第三开关组和第四开关组，所述第一开关组的第一端与所述AC/DC转换单元的输出端连接，所述第一开关组的第二端分别与所述第二开关组的第一端、所述DC/DC转换单元的输入端、以及所述第四开关组的第一端连接，所述第二开关组的第二端与所述储能电池连接，所述第三开关组的第一端与所述AC/DC转换单元的输出端连接，所述第三开关组的第二端与所述可变单元连接，所述第四开关组的第二端与所述动力电池连接。

优选的，所述储能电池的个数为多个，所述AC/DC转换单元、所述第一开关组、所述第二开关组、所述第三开关组以及所述可变单元为多个且与所述储能电池一一对应连接；

所述控制单元，还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对应的所述AC/DC转换单元分别与至少两个所述储能电池、至少两个所述可变单元充电，在非谷电时间段的情况下，通过控制所述开关单元一个所述可变单元经过所述DC/DC转换单元为动力电池充电，并延时预设时长后，控制对应的所述储能电池经过所述DC/DC转换单元为所述动力电池充电。

优选的，所述储能电池中包含有多组电池包，所述第二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所述电池包对应连接，各所述开关的第一端相互连接后与所述第一开关组的第二端和所述DC/DC转换单元连接；

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，控制所述第二开关组中的一个开关闭合；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储能电池中目标电池包，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，在所述储能电池的个数为多个的情况下，所述开关单元还包括第五开关组，所述第五开关组的个数为多个且与所述储能电池一一对应，所述第五开关组的第一端分别与对应的第一开关组的第二端、对应的第二开关组的第一端连接，所述第五开关组的第二端分别与所述第四开关组的第一端、所述DC/DC转换单元的输入端连接。

优选的，所述预设参数为所述储能电池的电压、所述动力电池的电压、所述储能电池的放电电流以及所述储能电池的电池容量中的任意组合。

优选的，所述预设条件具体为所述储能电池正常工作或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，所述第二开关组中的各开关为双向导通的可控开关。

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AC/DC转换单元，与AC/DC转换单元连接的开关单元，与开关单元连接的储能电池、可变单元、DC/DC转换单元以及控制单元。其中，可变单元可以装入储能电池的电池包或动力电池的电池包，以完成在不同时段对相应电池充电，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分别向储能电池、可变单元充电，在非谷电时间段的情况下，通过开关单元控制可变单元向动力电池充电，并在预设时长后，控制储能电池为动力电池充电。应用于本方案，可变单元可作为储能电池进行充电和放电，也可以作为动力电池进行充电，因此在可变单元作为储能电池时，提高了充换电系统在存储电量时的存储效率，从而降低了充换电系统的成本，同时可变单元提高了充换电系统的灵活性。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为动力电池供电，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。

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第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第二种充换电系统的电路图；

图4为本申请实施例提供的第三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第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AC/DC转换单元10，与AC/DC转换单元10连接的开关单元11，与开关单元11连接的储能电池13、可变单元14、DC/DC转换单元12以及控制单元16。

控制单元16，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分别为储能电池13、可变单元14充电，在非谷电时间段的情况下，通过控制开关单元11使可变单元14经过DC/DC转换单元12为动力电池15充电，并延时预设时长后，使储能电池13经过DC/DC转换单元12为动力电池15充电。

AC/DC转换单元10，用于在电网分别与储能电池13、可变单元14充电的情况下，将电网的输出交流电转化为能够满足储能电池13和可变单元14充电需求的直流电。

DC/DC转换单元12，用于在储能电池13或可变单元14为动力电池15充电的情况下，将储能电池13或可变单元14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。

可变单元14，可以装入储能电池的电池包或动力电池的电池包，以完成在不同时段对相应电池充电。

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。

此外，本申请实施例中的预设时长具体为可变单元14从开始放电到放电完毕之间的时间，即控制单元16在非谷电时间段的情况下，先通过开关单元11控制可变单元14向动力电池15放电，可变单元14放电完毕后，再通过开关单元11控制储能电池13向动力电池15放电。

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。

在具体实施中，AC/DC转换单元10是按以时间为变量的充电曲线将电网的输入信号转化为储能电池13和/或可变单元14和/或动力电池15的输入信号。

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。

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16还可以与AC/DC转换单元10和DC/DC转换单元12连接，用于在电网分别与储能电池13、可变单元14连接的情况下，控制AC/DC转换单元10工作、控制DC/DC转换单元12不工作，在储能电池13或可变单元14与动力电池15连接的情况下，控制AC/DC转换单元10不工作、控制DC/DC转换单元12工作。

如图1所示，开关单元11包括第一开关组20、第二开关组21、第三开关组22和第四开关组23。第一开关组20的第一端与AC/DC转换单元10的输出端连接，第一开关组20的第二端分别与第二开关组21的第一端、DC/DC转换单元12的输入端、以及第四开关组23的第一端连接，第二开关组21的第二端与储能电池13连接，第三开关组22的第一端与AC/DC转换单元10的输出端连接，第三开关组22的第二端与可变单元14连接，第四开关组23的第二端与所述动力电池15连接。

在具体实施中，控制单元16用于在谷电时间段的情况下，控制AC/DC转换单元10开始工作、第一开关组20、第二开关组21和第三开关组22闭合、第四开关组23断开，从而保证电网向储能电池13和可变单元14充电，在非谷电时间段的情况下，控制AC/DC转换单元10停止工作、第一开关组20和第三开关组22闭合、第二开关组21和第四开关组23断开，并延迟预设时长后，控制第一开关组20、第三开关组22和第四开关组23断开、第二开关组21闭合，从而保证先由可变单元14向动力电池15放电，在可变单元14放电完毕后，再由储能电池13向动力电池15放电。

还需说明的是，为了保证第二开关组21既能将AC/DC转换单元10和储能电池13连通，又能将储能电池13和DC/DC转换单元12连通，作为优选的实施例，第二开关组21内的开关均为双向导通的可控开关。

可以理解的是，第一开关组20、第三开关组22和第四开关组23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。

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的第一端与第四开关组23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、电感C的第一端以及第四开关组23的第二端连接，电感C的第二端接地。此外，在具体实施中，控制单元16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。

需要说明的是，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AC/DC转换单元，与AC/DC转换单元连接的开关单元，与开关单元连接的储能电池、可变单元、DC/DC转换单元以及控制单元。其中，可变单元可以装入储能电池的电池包或动力电池的电池包，以完成在不同时段对相应电池充电，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分别向储能电池、可变单元充电，在非谷电时间段的情况下，通过控制开关单元使可变单元向动力电池充电，并在预设时长后，控制储能电池向动力电池充电。应用于本方案，可变单元可作为储能电池进行充电和放电，也可以作为动力电池进行充电，因此在可变单元作为储能电池时，提高了充换电系统在存储电量时的存储效率，从而降低了充换电系统的成本，同时可变单元提高了充换电系统的灵活性。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，由于可变单元在谷电时间段内充电，因此在谷电时间段时可变单元相当于储能电池，从而提高了充换电系统在存储电量时的存储效率。

在上述实施例的基础上，控制单元16还用于在储能电池13不满足预设条件的情况下，通过控制开关单元11使电网通过AC/DC转换单元10分别为动力电池15、可变单元14充电。

其中，预设条件具体为储能电池13正常工作或储能电池13的电量满足动力电池15的需求电量。

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16还可以通过控制开关单元11使电网通过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。

图3为本申请实施例提供的第二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，储能电池13的个数为多个，AC/DC转换单元10、第一开关组20、第二开关组21、第三开关组22以及可变单元14为多个且与储能电池13一一对应连接。

控制单元16，还用于在谷电时间段的情况下，通过开关单元11控制电网经过对应的AC/DC转换单元10分别为至少两个储能电池13、至少两个可变单元14充电，在非谷电时间段的情况下，通过开关单元11控制一个可变单元14经过DC/DC转换单元12为动力电池15充电，并延时预设时长后，控制对应的储能电池13经过DC/DC转换单元12为动力电池15充电。

本申请实施例中，预设时长具体为可变单元14从开始放电到放电完毕之间的时间，即控制单元16在非谷电时间段的情况下，先通过开关单元11控制一个可变单元14向动力电池15放电，该可变单元14放电完毕后，再通过开关单元11控制对应的储能电池13向动力电池15放电。

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16还用于在储能电池13为动力电池15充电的情况下，按预设参数选择与动力电池15最匹配的储能电池13中目标电池包，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储能电池13中目标电池包为动力电池15充电。

需要说明的是，预设参数为储能电池13的电压、动力电池15的电压、储能电池13的放电电流以及储能电池13的电池容量中的一个或多个。

如图3所示，在上述实施例的基础上，储能电池13中包含有多组电池包，第二开关组21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电池包对应连接，各开关的第一端相互连接后与第一开关组20的第二端和DC/DC转换单元12连接。

控制单元16，还用于在电网与储能电池13连接和储能电池13与动力电池15连接的情况下，控制第二开关组21中的一个开关闭合，其余开关为断开状态。

其中，控制单元16可按照预先设置的规则控制第二开关组21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。

可以理解的是，在储能电池中包含有多个电池包的情况下，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。

为了进一步提高充换电系统的工作效率，在储能电池13向动力电池15充电的过程中，控制单元16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最匹配储能电池13中目标电池包。

可以理解的是，在储能电池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中电池包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中电池包，在具体实施中，预设要求可以是储能电池13中目标电池包的放电时间未达到预设时间，还可以是储能电池13中目标电池包的电压不低于预设电压。

如图3所示，在储能电池13的个数为多个的情况下，控制单元16还包括第五开关组24，第五开关组24的个数为多个且与储能电池13一一对应，第五开关组24的第一端分别与对应的第一开关组20的第二端、对应的第二开关组21的第一端连接，第五开关组24的第二端分别与第四开关组23的第一端、DC/DC转换单元12的输入端连接。

在具体实施中，第五开关组24可以为二极管，也可以为双向导通的可控开关或单向导通的可控开关。当第五开关组24为二极管时，二极管的阳极与对应的AC/DC变换单元连接，二极管的阴极分别与第四开关组23的第一端、DC/DC转换单元12的输入端连接。

此外，在储能电池13、AC/DC转换单元10、第一开关组20、第二开关组21、第三开关组22以及可变单元14为多个的情况下，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16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16还可以控制同时控制至少两个AC/DC转换单元10同时工作，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的充电需求。

本申请实施例所提供的充换电系统，由于储能电池的个数为多个，因此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。

图4为本申请实施例提供的第三种充换电系统的电路图。如图4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，第四开关组23中的各开关的第二端分别与各动力电池15对应连接，第四开关组23中的各开关的第一端相互连接后与AC/DC转换单元10连接，各DC/DC转换单元12与第四开关组23中的各开关并联。

本申请实施例中，在储能电池13或可变单元14通过DC/DC转换单元12向动力电池15充电时，控制单元16可以同时控制多个第四开关组23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16在同一时间段内只控制一个第四开关组23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的充电效率，提高了储能电池13向多个动力电池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。