[发明专利]一种电网优化直流充电系统

说明书

技术领域

本发明涉及电网技术领域，特别涉及一种电网优化直流充电系统。

背景技术

1.电池技术

近年来锂离子电池电极材料的能量密度和循环寿命比过去有显著改善。预计到2015年，电芯能量密度可超过200wh/kg。室温循环寿命在70％放电深度时可大于5000次，在60％放电深度时可大于12000次。我们预期在最大用量的情况下(每天充电5次)，电芯的设计容量(起始容量的100-80％)可保持7年。在最小用量的情况下(每天充电1次)，电芯的设计容量可保持33年。如果在低于设计容量(起始容量的80-40％)的情况下继续使用电芯，可以在最大用量的情况下增加另外4-7年的使用期。

尽管电池电极材料的能量密度和循环寿命在理论上已可以满足电网应用的要求，在实际应用中它仍然无法大量推广。其主要原因是目前的技术水平仍然无法解决大量的电芯连接的可靠性问题，以及荷电状态估算精度和电芯动态平衡的问题。

2.电池技术在智能电网中的应用

目前在欧美的智能电网技术的开发已渐成熟，其中一项重要的组成部分是利用新型电池组对电能的快速存放功能来为电网提供负荷平衡和频率调节等服务。这一功能可使智能电网通过调整发电、用电设备功率优化负荷平衡的智能技术系统来控制中心与电网设备之间的信息交互，从而达到电网运行的可靠、安全、经济、高效、环境友好和使用安全的目标。

由于近年来数字化变电站的加速建设，以及数字化控制并使用IEC61850标准的数据通讯等许多新技术，使得大型电池组和电网的整和成为可能。在美国和欧洲已有几个演示项目来验证用电池电源提供负载调配和频率调节的服务的可行性，以及使用电池来存储可再生能源的可能性。尽管该技术由于成本和电池管理系统技术的限制仍处于试验阶段，功能不强，电池寿命短。

3.直流充电技术

近来国际上对电动车的开发也已进入实用阶段。随着电动车的逐渐应用，对充电站的需求也日益频繁。目前国内外的交流和直流充电站均采用直接从电网变电的方式获取电能。但是，鉴于当前的电网负荷的设计能力，预计电动汽车快速充电站所需的大量能源将给现有电网结构造成重大压力，并可能会降低电网的整体效率。所以尽管目前直流充电站所需的硬件及软件技术已成熟，直流充电站与智能电网的整合仍是需要解决的问题。另外一个挑战是目前直流充电器与电动车充电接口及指令通讯的标准仍未确定。预计到2012年，该标准的制订才可在全球范围内完成。

到目前为止，还没有发现任何使用大型电池电源来提供直流快速充电的应用，其主要原因是由于电池管理系统的不成熟造成的成本过高。

发明内容

本发明实施例提供了一种电网优化直流充电系统和方法，利用新型电池组对电能的快速存放功能，将智能电网优化技术与电动汽车直流充电技术进行功能整合，可以实现在利用存储在电池存储能量为电动汽车提供直流快速充电的同时，还能为电网提供负荷平衡和频率调节等服务。

为达到上述目的，本发明实施例一方面提供一种电网优化直流充电系统，包括：

电池组矩阵，用于存储电能，提供直流充电；

双向电力电子设备，用于配合电池控制和管理系统来控制所述电池组矩阵与电网之间的充放电；

电池控制和管理系统，用于通过温度控制、电芯平衡和充电状态管理来确保所述电池组矩阵正常工作；

电动车直流充电设备及端口，用于将存储在所述电池矩阵中的电能通过直流充电端口在同一时间为多个电动车充电。

所述电池组矩阵通过所述双向电力电子设备与电网相连。

所述电池控制和管理系统管理充电站与电网间的数据及指令通讯，并操控充电站的安全系统。

所述电池组矩阵的分布是将多个电芯按并-串-并-串方式排列而成的。

每一组所述电芯并行连接成模块，每个所述模块均有测量温度、电压和电流的传感器，所述模块用于估算荷电状态。

将多个所述模块串联形成一个电池箱，再将所述电池箱并联成一个电池组架，所述电池组矩阵由所述多个电池组架串联而成。

所述模块的冷却是风冷或液体冷却；所述液体冷是在电池箱下建冷却循环散热片，所述散热片整合成为所述电池组架的一部分。

每个串联的所述电池组架是由一个在电池控制和管理系统控制下的接触器进行隔离。

每个所述电池组架安装一个智能短路检测设备来提供所述电池组架的安全保护。

每个所述电池组架上堆叠并联多个电池箱。

所述电池控制和管理系统包括：