本實(shí)用新型涉及電動汽車充電站技術(shù)，特別是一種光伏儲能全直流電動汽車充電站，所述全直流是指整個光伏充電與儲能放電系統(tǒng)中無逆變器即取消了常規(guī)設(shè)計(jì)中的逆變器直流轉(zhuǎn)交流和充電樁交流轉(zhuǎn)直流環(huán)節(jié)，通過采用太陽能與儲能電池組雙路互補(bǔ)充電模式有利于延長儲能電池壽命和利用退役的電動汽車電池組儲能。

背景技術(shù)：

電動汽車充電難已經(jīng)是推廣新能源汽車的重要瓶頸，現(xiàn)有充電樁難以支撐新能源汽車現(xiàn)有量和未來發(fā)展。尤其電動汽車目前續(xù)航里程短(100—150公里)，長途行駛無固定充電站無法充電。目前國內(nèi)研發(fā)電動汽車充電樁公司有80多家。截止2016年12月，無一廠家研制出太陽能離網(wǎng)快充站。已有的太陽能充電站均采用太陽能發(fā)電并網(wǎng)或儲能通過逆變器變成AC380V，通過電動汽車快充樁將交流380V升壓整流濾波到所需要的直流電壓，向電動汽車蓄電池提供高壓直流電。這種傳統(tǒng)的儲能設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)多，效率低，成本高。國外解決方案基本設(shè)計(jì)為離網(wǎng)快充無逆變器形式。美國特斯拉電源公司2012年已經(jīng)開發(fā)出太陽能電動汽車充電站。充電站可以獨(dú)立于電網(wǎng)，全部使用太陽能作為能量來源。充電站內(nèi)將會添加固定電池組，保證全天不間斷充電。特斯拉電動汽車公司CEO埃隆-馬斯克對電動汽車的評價為：“所用電力來源不清潔，帶來的環(huán)保意義是大打折扣的。電動汽車既不能補(bǔ)足電網(wǎng)用電需求缺口，也不能讓現(xiàn)有火電廠憑空消失。能做的是逐步減少交通行業(yè)對石油的依賴”。特斯拉最終目標(biāo)是“通過清潔的太陽能，給S型汽車提供免費(fèi)充電服務(wù)，讓汽車擁有達(dá)到任何地方的能力”。2016年7月，美國特斯拉公司耗資27億美元收購了還在虧損的美國SOLAR CITY太陽能充電站公司，足以證明特斯拉對太陽能充電站前景充滿信心。

現(xiàn)有的用于電動汽車充電的光伏儲能充電站方案通常先將太陽電池的直流電通過 DC/DC控制器向儲能電池組充電，再由儲能逆變器(DC/AC)將儲能電池直流變成交流 AC380V輸出，外接各種功率的AC380V交流充電樁。最后由普通電動汽車充電樁將交流 AC380V通過內(nèi)部升壓、整流、濾波等環(huán)節(jié)再變?yōu)楦邏褐绷?DC300V—500V),通過充電機(jī)配置的充電槍與電動汽車直流充電接口連接充電。對于這種方式，本發(fā)明人認(rèn)為存在以下缺陷：1)光伏儲能電站有大功率逆變器(DC/AC),轉(zhuǎn)換效率低，增加成本，自耗電大，可靠性差。2)電動汽車充電樁功率受儲能電站逆變器功率限制，即使儲能電池組容量很大也不可能大功率輸出。一般國內(nèi)儲能逆變器單臺最大功率為500KW，快速充電動汽車電樁單臺功率120KW～200KW，該儲能發(fā)電系統(tǒng)最多可以接兩臺大功率充電樁(如果逆變器耐沖擊電流差，一般充電樁超過總功率350KW感性負(fù)載啟動時，逆變器將過載保護(hù))。3)所有的電力輸出100％來自儲能電池組，需要儲能電池組每天頻繁充放電，加大充放電次數(shù)從而降低儲能電池的壽命。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷或不足，提供一種光伏儲能全直流電動汽車充電站，所述全直流是指整個光伏充電與儲能放電系統(tǒng)中無逆變器即取消了常規(guī)設(shè)計(jì)中的逆變器直流轉(zhuǎn)交流和充電樁交流轉(zhuǎn)直流環(huán)節(jié)，通過采用太陽能與儲能電池組雙路互補(bǔ)充電模式有利于延長儲能電池壽命和利用退役的電動汽車電池組儲能。

本實(shí)用新型的技術(shù)方案如下：

光伏儲能全直流電動汽車充電站，其特征在于，包括儲能電池組，所述儲能電池組的正極端分別連接放電模塊的輸入正極端和二極管的陰極，所述二極管的陽極連接太陽能電池板的正極端，所述太陽能電池板的負(fù)極端、所述儲能電池組的負(fù)極端均連接所述放電模塊的輸入負(fù)極端，所述放電模塊具有用于電動汽車電池組充電的輸出端口。

所述太陽能電池板的電壓＞所述儲能電池組電壓＞所述放電模塊輸入端電壓，使得所述放電模塊輸入端獲得太陽能電池板與儲能電池組形成的雙路互補(bǔ)充電。

所述放電模塊為恒功率模塊，所述雙路互補(bǔ)充電采用所述太陽能電池板優(yōu)先供電給所述放電模塊，不足部分由所述儲能電池組補(bǔ)充，以減少儲能電池組充放電次數(shù)，延長儲能電池使用壽命。

所述太陽能電池板具有太陽能電池串聯(lián)升壓結(jié)構(gòu)以滿足所述太陽能電池板的工作電壓要求，所述儲能電池組具有儲能電池串聯(lián)升壓結(jié)構(gòu)以滿足所述儲能電池組的工作電壓要求。

所述太陽能電池板具有并聯(lián)擴(kuò)容結(jié)構(gòu)，所述儲能電池組具有并聯(lián)擴(kuò)容結(jié)構(gòu)。

所述輸出端口連接電動汽車電池組。

所述儲能電池組包括退役的電動汽車電池組。

所述退役的電動汽車電池組包括鉛酸免維護(hù)蓄電池、釩鈦蓄電池、磷酸鐵鋰電池、錳酸鋰電池、三元化合物電池和/或石墨烯電池。

所述儲能電池組包括低谷電價充電接口。

所述太陽能電池板連接有并網(wǎng)逆變器接口，所述太陽能電池板通過充電控制器與所述儲能電池組連接，所述充電控制器連接所述并網(wǎng)逆變器接口。

本實(shí)用新型的技術(shù)效果如下：本實(shí)用新型光伏儲能全直流電動汽車充電站，充分利用太陽能發(fā)電的直流特性和終端直流負(fù)載(電動汽車直流電池組)特性，先太陽能直流電通過控制器為儲能電池組充電，再將儲能電池組的直流電通過DC/DC恒流放電模塊直接向電動汽車電池組放電。這種全直流系統(tǒng)可取消常規(guī)設(shè)計(jì)中的儲能逆變器和交流充電樁中整流、升壓、濾波等部件，減少轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)，提高可靠性。DC/DC放電模塊為電動汽車專用充電模塊，每只標(biāo)準(zhǔn)功率15KW，可并聯(lián)擴(kuò)容通過充電槍直接向電動汽車電池組充電。在本發(fā)明中，巧妙利用儲能電池組作為一只大電容來穩(wěn)定太陽能供電電壓和平衡補(bǔ)充太陽能不足的電能。

并網(wǎng)逆變器接口和低谷電價充電接口是用于有電地區(qū)的功能選項(xiàng)。如儲能電池充滿，又無電動汽車充電時，多余電能通過并網(wǎng)逆變器直接并網(wǎng)，可得到國家光伏發(fā)電補(bǔ)貼(0.42 元/度)。如果連續(xù)陰雨天無太陽能發(fā)電，可利用低谷電價時間段(低谷電價0.35元/度) 用充電機(jī)為儲能電池組充電，白天再為電動汽車充電。不但符合國家鼓勵谷電應(yīng)用，也有可觀利潤(差價為1.45元/度)。

本實(shí)用新型能夠?qū)崿F(xiàn)5個方面的重大創(chuàng)新：本發(fā)明系統(tǒng)在五個方面有重大創(chuàng)新：1、整個光伏充電與儲能放電系統(tǒng)中無逆變器，取消了常規(guī)設(shè)計(jì)中的逆變器直流轉(zhuǎn)交流和充電樁交流轉(zhuǎn)直流環(huán)節(jié)，并可實(shí)現(xiàn)快速充電。2、無任何專用升壓裝置，全部采用太陽電池板串聯(lián)和儲能電池串聯(lián)直接提升工作電壓。擴(kuò)大容量可用采用并聯(lián)擴(kuò)容方式解決。3、電動汽車充電能力只與DC/DC放電模塊功率及儲能容量有關(guān)，儲能系統(tǒng)可以理解為一個直流源?？啥嘀籇C/DC放電模塊并聯(lián)加大放電能力(主要指放電電流)，也可以組成多路電動汽車電池系統(tǒng)，無中間設(shè)備影響電流輸出。4、可實(shí)現(xiàn)太陽電池板與儲能電池組雙路向DC/DC放電模塊同時供電的功能。在光伏發(fā)電、儲能電池組、DC/DC放電模塊三個部分形成不同電壓差，根據(jù)等電位和能量平衡原理，太陽電池電壓最高，可不通過儲能電池組直接向電壓最低的DC/DC放電模塊供電(向電動汽車電池組充電)。在有陽光的狀態(tài)下，盡管陽光很弱，也可實(shí)現(xiàn)太陽能供電優(yōu)先，不足部分再由儲能電池組補(bǔ)充。即提高充電效率，又減少了儲能電池充放電次數(shù)，延長電池壽命。5、設(shè)置了有電區(qū)使用的低谷電價的充電接口，以及無車充電時太陽能電力自動并網(wǎng)接口(供用戶選用)。

附圖說明

圖1是實(shí)施本實(shí)用新型光伏儲能全直流電動汽車充電站結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是實(shí)施本實(shí)用新型光伏儲能全直流電動汽車充電站另一結(jié)構(gòu)示意圖。

附圖標(biāo)記列示如下：1-太陽能電池板；2-儲能電池組；3-放電模塊；4-電動汽車電池組；5-充電控制器；6-低谷電價充電接口；7-并網(wǎng)逆變器接口；D1-二極管；I1-太陽能電池板輸出電流；I2-儲能電池組輸出電流；I-放電模塊輸入電流；V1-儲能電池組電壓；V2- 放電模塊輸入端電壓；V3-放電模塊輸出端電壓或輸出端口。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖(圖1-圖2)對本實(shí)用新型進(jìn)行說明。

圖1是實(shí)施本實(shí)用新型光伏儲能全直流電動汽車充電站結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是實(shí)施本實(shí)用新型光伏儲能全直流電動汽車充電站另一結(jié)構(gòu)示意圖。如圖1至圖2所示，光伏儲能全直流電動汽車充電站，包括儲能電池組2，所述儲能電池組2的正極端分別連接放電模塊3 的輸入正極端和二極管D1的陰極，所述二極管D1的陽極連接太陽能電池板1的正極端，所述太陽能電池板1的負(fù)極端、所述儲能電池組2的負(fù)極端均連接所述放電模塊3的輸入負(fù)極端，所述放電模塊3具有用于電動汽車電池組充電的輸出端口V3。所述太陽能電池板的電壓＞所述儲能電池組電壓V1＞所述放電模塊輸入端電壓V2，使得所述放電模塊輸入端 V2獲得太陽能電池板2與儲能電池組2形成的雙路互補(bǔ)充電。所述放電模塊3為恒功率模塊，所述雙路互補(bǔ)充電采用所述太陽能電池板1優(yōu)先供電給所述放電模塊3，不足部分由所述儲能電池組2補(bǔ)充，以減少儲能電池組充放電次數(shù)，延長儲能電池使用壽命。

所述太陽能電池板1具有太陽能電池串聯(lián)升壓結(jié)構(gòu)以滿足所述太陽能電池板的工作電壓要求，所述儲能電池組2具有儲能電池串聯(lián)升壓結(jié)構(gòu)以滿足所述儲能電池組的工作電壓要求。所述太陽能電池板1具有并聯(lián)擴(kuò)容結(jié)構(gòu)，所述儲能電池組2具有并聯(lián)擴(kuò)容結(jié)構(gòu)。所述輸出端口V3連接電動汽車電池組4。所述儲能電池組2包括退役的電動汽車電池組。所述退役的電動汽車電池組包括鉛酸免維護(hù)蓄電池、釩鈦蓄電池、磷酸鐵鋰電池、錳酸鋰電池、三元化合物電池和/或石墨烯電池。所述儲能電池組2包括低谷電價充電接口6。所述太陽能電池板連接有并網(wǎng)逆變器接口7，所述太陽能電池板1通過充電控制器5與所述儲能電池組2連接，所述充電控制器5連接所述并網(wǎng)逆變器接口7。

將太陽電池與儲能電池組、DC/DC放電模塊三部分形成不同電壓等級(見圖1)。其中太陽電池組電壓最高，目的是保證太陽電池板工作電壓與儲能電池組有一定壓差，滿足儲能電池充電條件。在本系統(tǒng)中來自太陽電池的電壓會始終高于儲能電池的電壓V1，電流將直接流向更低電壓的DC/DC放電模塊V2。從而實(shí)現(xiàn)了太陽能向DC/DC放電模塊直接供電，不足部分由儲能電池補(bǔ)充。減少了儲能電池的充放電次數(shù)，可以延長電池壽命。儲能電池組電壓V1與DC/DC放電模塊V2始終有一定壓差，保證了DC/DC放電模塊V2輸入電壓范圍，系統(tǒng)中DC/DC放電模塊電壓V2最低。在本發(fā)明中，巧妙利用儲能電池組作為一只大電容來穩(wěn)定太陽能供電電壓和平衡補(bǔ)充太陽能不足的電能。由太陽電池板的工作特性表明，無論太陽光照如何影響，工作電壓基本不變，只是充電電流發(fā)生變化。根據(jù)等電位和能量平衡原理，當(dāng)太陽能電壓高于儲能電池組電壓，太陽電池板產(chǎn)生的電流I1優(yōu)先提供給電壓最低的DC/DC放電模塊V2。因?yàn)镈C/DC放電模塊是恒功率模塊，所需不足電流將由儲能電池組I2提供。太陽電池板與儲能電池組及DC/DC放電模塊所有正負(fù)極端都是并聯(lián)連接，由儲能電池I2對DC/DC放電模塊的能量平衡補(bǔ)充也是自動無縫連接補(bǔ)充。

當(dāng)陽光較強(qiáng)，有太陽電池電流I1輸出時，且V2(DC/DC放電模塊)<V1(儲能電池組)， DC/DC放電模塊所需總電流I＝I1+I2。意味著有部分太陽電池電流未經(jīng)蓄電池組，直接進(jìn)入DC/DC放電模塊，不足部分由儲能電池補(bǔ)充。與并網(wǎng)原理相同，太陽能供電優(yōu)先。假設(shè)當(dāng)太陽電池功率足夠大時：太陽電池的電流也可以不經(jīng)過儲能電池組和BMS(電池管理系統(tǒng)),直接進(jìn)入DC/DC輸入端，效率更加提高。當(dāng)無陽光太陽電池板不工作，無輸出電流 I1時(陰雨天或黑夜)，且V2(DC/DC)<V1(儲能電池組)，DC/DC放電模塊所需總電流I＝I2，意味著全部電力來自儲能電池。由于太陽能電壓和電流不是恒定值，儲能電池組是不能取消的。儲能電池在整個供電系統(tǒng)起到平抑、穩(wěn)定間歇式光伏發(fā)電的輸出功率，提高供電穩(wěn)定性。

實(shí)踐證明可完全實(shí)現(xiàn)電動汽車一小時內(nèi)快充，并且該充電站中無逆變器和交流充電樁，不僅減少成本，還提高充電效率。在電動汽車行業(yè)的快充考核指標(biāo)一般指電池容量30％充至 80％的所需要的時間。因?yàn)殡妱悠囋谛旭傊须姵厝萘康陀?0％，請求充電的指示燈開始報警提示充電。事實(shí)上，可以在43分鐘內(nèi)，將電動汽車電池組容量由30％充至80％。隨著充電時間延長，電動汽車電池容量增加值比較平穩(wěn)，也證明了控制系統(tǒng)穩(wěn)定，運(yùn)行正常。

通過DC/DC放電模塊放電，實(shí)現(xiàn)了43分鐘內(nèi)將電池容量由30％充電至80％的快充效果，一小時內(nèi)可以充至100％。經(jīng)過2個月的4800公里充放電實(shí)驗(yàn)，技術(shù)方案可行。

為了證明太陽能電池板的電流可以不通過儲能電池組，能夠直接向DC/DC放電模塊供電，不足部分由儲能電池組補(bǔ)充的技術(shù)結(jié)果，特進(jìn)行了太陽能電池板與儲能電池向電動汽車電池組雙路充電實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明：當(dāng)關(guān)閉太陽能電池板與DC/DC放電模塊之間的供電開關(guān)，太陽能電池板只有空載電壓電流輸出為零，DC/DC放電模塊完全由儲能電池組充電，輸出電流為34A。當(dāng)太陽能電池板與DC/DC放電模塊接通時，DC/DC放電模塊總功率不變，總電流33.3A等于太陽電池提供16.3A及儲能電池提供17A，總電流約等于34A(可忽略測試儀器誤差)。

太陽能與儲能電池雙路充電實(shí)驗(yàn)，數(shù)據(jù)分析表明：為DC/DC放電模塊供電來源，并不是全部來自儲能電池組。太陽能直供的電流大小取決于太陽電池板功率和當(dāng)時的太陽輻射條件。在理想狀況下，太陽電池功率大于DC/DC放電模塊功率并輻射條件較好的條件，儲能電池組可完全無電流輸出只起平衡電壓作用。DC/DC放電模塊由太陽電池直接供電，并不影響DC/DC放電模塊的功率輸出。這樣設(shè)計(jì)極大的提高了充電效率，減少儲能電池組的充放電次數(shù)，也延長電池組的壽命。測試數(shù)據(jù)表明，因早8時陽光較弱，太陽電池板輸出電流小，由儲能電池組提供的電流就大。如果到中午太陽輻射強(qiáng)，太陽電池輸出電流大，儲能電池輸出的電流就小。

在此指明，以上敘述有助于本領(lǐng)域技術(shù)人員理解本發(fā)明創(chuàng)造，但并非限制本發(fā)明創(chuàng)造的保護(hù)范圍。任何沒有脫離本發(fā)明創(chuàng)造實(shí)質(zhì)內(nèi)容的對以上敘述的等同替換、修飾改進(jìn)和/或刪繁從簡而進(jìn)行的實(shí)施，均落入本發(fā)明創(chuàng)造的保護(hù)范圍。