一种基于电池梯次利用的智能充电桩系统及充电方法技术方案

本发明专利技术涉及一种燃料电池、锂电池梯次利用于充电桩的技术运用，具体为一种基于电池梯次利用的智能充电桩系统及充电方法，包括发电子系统、储能子系统、充电子系统和控制子系统；发电子系统包括空气供应模块、燃料供应模块、SOFC模块和启动模块，空气供应模块和燃料供应模块均与SOFC模块连接，所述启动模块也与空气供应模块、燃料供应模块和SOFC模块连接；储能子系统包括DC/DC输入模块、储能模块和DC/DC输出模块，所述SOFC模块与DC/DC输入模块连接，所述DC/DC输入模块、储能模块和DC/DC输出模块依次连接。

【技术实现步骤摘要】
一种基于电池梯次利用的智能充电桩系统及充电方法
本专利技术涉及一种燃料电池、锂电池梯次利用于充电桩的技术运用，具体为一种基于电池梯次利用的智能充电桩系统及充电方法。
技术介绍
中国已经成为世界上最大的新能源汽车生产国和销售国。2018年全年我国新能源汽车销量达101万辆，同比增长83％。新能源汽车包括燃料电池汽车，纯电动汽车，插电混动汽车；其中纯电动汽车销量76.9万台，是新能源汽车最主要的类型。纯电动汽车以动力锂离子电池作为储能器件，一辆乘用车通常配有电池40～70kWh。在行驶过程中，储存在锂电池中电能消耗尽，必须连接充电桩进行充电。插电式混动汽车虽然可以依靠汽车自身的内燃机发电，但是使用充电桩充电可以减少污染，降低油耗，减少使用成本，插电式混动汽车仍然是首选使用充电桩进行充电。因此，充电桩的发展对新能源汽车发展至关重要。目前，纯电动汽车充电模式分为慢充和快充两种模式。慢充模式通常为6小时充满，快充模式通常在不到1小时内充至电池电量的80％。现有技术条件下，纯电动乘用车的电池能量为40～75kWh。根据计算，慢充模式充电桩输出功率在6.7～12.5kW，然而快充模式充电桩输出功率在32～60kW。随着市场和技术的发展，客户对于纯电动车的快充能力越来越看重，小于1小时的快充模式也渐渐成为主流，充电桩输出功率甚至高达90kW。如此大的峰值功率，若十几辆车甚至近百辆车同时连接充电桩进行快充充电，一方面对电网会造成冲击，另一方面对电网容量要求非常高。对电网影响和变电站建设是制约充电桩普及的重要原因。充电桩难以普及，特别是快充充电桩难以普及，制约了新能源汽车的发展。所以逐渐出现了电动汽车续航和充电的矛盾问题，纯电动汽车普遍续航在300～500km，当使用空调时，续航里程还会明显缩短。这一续航里程已经可以完全覆盖市内交通出行，然而对于远程行驶，特别是出市区大于200公里以上路程，纯电动车必须进行充电。在这种使用场景下，显然不能使用慢充模式，需要大功率的充电桩采取快充模式。然而大功率充电桩又强烈依赖于电网，对电网影响大，且成本高。快大功率充电桩不能普及根本上也限制了纯电动车快速发展。燃料电池是一种将燃料的化学能直接转化为电能的电化学发电装置，具有转化效率高，污染小的优势。燃料电池有很多种类型，其中质子交换膜燃料电池和固体氧化物燃料电池(SOFC)最适合商业化发展。质子交换膜燃料电池工作在100℃以下，使用高纯氢气作为燃料。然而氢气具有难以储存和运输的问题。固体氧化物燃料电池工作在600～1000℃，不仅仅可以使用氢气，还可以使用天然气和甲醇等含碳的有机物作为燃料。固体氧化物燃料电池在燃料气选择和发电效率上具有优势，更适合作为固定电源使用。然而正是由于工作在较高温度下，固体氧化物燃料电池也有热管理系统复杂，升温启动慢的问题。特别是每次停机后再升温，固体氧化物燃料电池经过高温-低温-高温的热循环，会对系统产生影响，过于频繁的热循环会大大降低系统寿命，所以燃料电池并不适合作为电动汽车的电源，但燃料电池的特性可以作为充电桩的电能来源进行使用，目前也有这样类型的充电桩，即燃料电池充电桩。燃料电池作为高效的能量转换装置，可以脱离电网，作为电源供充电桩给新能源汽车充电。然而燃料电池价格高昂，通常质子交换膜燃料电池每千瓦售价在800～10000元人民币，固体氧化物燃料电池每千瓦售价在10000～15000元人民币。若匹配快充充电桩，则需要数十千瓦的燃料电池，仅仅燃料电池成本就在数十万元，大大超出了客户所能负担的成本。高昂的成本是阻碍燃料电池充电桩普及的重要原因，针对这一问题，目前中国也在研发新的技术从而便于燃料电池运用于充电桩，例如：授权公告号CN105946607B的专利，公开了一种以甲醇为燃料的离网式多功能充电桩。通过燃料电池与储能电池的搭配，实现对电动车辆的离网充电。但是此专利公开的充电桩主要是针对应急情况下给电动汽车少量的充电，并不能满足电动车对充电桩广泛普及的要求。申请公布号为CN109552090A的专利，公开了一种基于SOFC的电动汽车家用充电系统及其运行控制方法。该系统能够脱离市政电网为电动汽车充电或为家庭供电，同时实现热电联产。该专利技术公开的系统中燃料电池发电经过升压后，转换为交流电，默认与家庭电网连接。该专利技术公开的系统，含有一个电能存储模块，在电动汽车充电时提供电力补充，并且提供系统启动的能量。这其中有以下问题：(1)家庭通常需求用电在5～10kW，与快充要求的数十千瓦不匹配，若以锂电池做储能，则成本高昂，用户承担不起；(2)燃料电池发出电为直流电，充电桩输出为直流电，该专利技术为了满足家庭电网而必须将直流转交流，然后输入到充电桩时，还要再转换回直流电，设备复杂昂贵，转换能量浪费严重。总体上该系统设计复杂，能量利用率不高，且成本巨大，不适合作为新能源车充电桩推广普及。现在目前开始逐渐关注了锂电池的梯次利用技术，2019年7月底，我国新能源汽车产量累计超过377万辆，动力蓄电池装配量超过176GWh。随之而来的退役动力蓄电池回收利用问题日益突显。据业内预估，2019年动力电池的退役量将达到6.39万吨，到2020年回收量将猛增至25GWh(约20万吨)，2025年约116GWh(约78万吨)。根据国标要求，锂电池容量达到标称80％则需要退役，退役电池仍然可以作为储能器件进行梯次利用。然而退役电池的拆解，分选，重新定容等问题，都深深困扰着梯次利用行业的发展。如何在经济层面使锂电池梯次利用实现可行，是该行业必须解决的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决上述技术不足，提供了一种基于电池梯次利用的智能充电桩系统及充电方法。为解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案为：一种基于电池梯次利用的智能充电桩系统，包括发电子系统、储能子系统、充电子系统和控制子系统；其中，发电子系统包括空气供应模块、燃料供应模块、SOFC模块和启动模块，空气供应模块和燃料供应模块均与SOFC模块连接，所述启动模块也与空气供应模块、燃料供应模块和SOFC模块连接；其中，储能子系统包括DC/DC输入模块、储能模块和DC/DC输出模块，所述SOFC模块与DC/DC输入模块连接，所述DC/DC输入模块、储能模块和DC/DC输出模块依次连接；其中，充电子系统包括充电模块和充电控制模块；所述DC/DC输出模块分别与启动模块和充电模块连接，所述充电控制模块与充电模块连接；其中，控制子系统包括发电控制模块、充放电控制模块、总体控制模块和通信模块，所述总体控制模块分别与通信模块、充放电控制模块、发电控制模块和充电控制模块连接，所述发电控制模块与启动模块连接，所述充放电控制模块与DC/DC输出模块连接。作为优选，所述储能模块包括梯次利用电池组若干。作为优选，所述电池组为锂电池组。为解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案为：一种基于电池梯次利用的智能充电桩系统的充电方法，包括如下步骤：步骤一：总体控制模块通过通信模块接收系统启动信号；步骤二：总体控制模块控制充放电控制本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于电池梯次利用的智能充电桩系统，其特征在于：包括发电子系统、储能子系统、充电子系统和控制子系统；/n其中，发电子系统包括空气供应模块、燃料供应模块、SOFC模块和启动模块，空气供应模块和燃料供应模块均与SOFC模块连接，所述启动模块也与空气供应模块、燃料供应模块和SOFC模块连接；/n其中，储能子系统包括DC/DC输入模块、储能模块和DC/DC输出模块，所述SOFC模块与DC/DC输入模块连接，所述DC/DC输入模块、储能模块和DC/DC输出模块依次连接；/n其中，充电子系统包括充电模块和充电控制模块；所述DC/DC输出模块分别与启动模块和充电模块连接，所述充电控制模块与充电模块连接；/n其中，控制子系统包括发电控制模块、充放电控制模块、总体控制模块和通信模块，所述总体控制模块分别与通信模块、充放电控制模块、发电控制模块和充电控制模块连接，所述发电控制模块与启动模块连接，所述充放电控制模块与DC/DC输出模块连接。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于电池梯次利用的智能充电桩系统，其特征在于：包括发电子系统、储能子系统、充电子系统和控制子系统；
其中，发电子系统包括空气供应模块、燃料供应模块、SOFC模块和启动模块，空气供应模块和燃料供应模块均与SOFC模块连接，所述启动模块也与空气供应模块、燃料供应模块和SOFC模块连接；
其中，储能子系统包括DC/DC输入模块、储能模块和DC/DC输出模块，所述SOFC模块与DC/DC输入模块连接，所述DC/DC输入模块、储能模块和DC/DC输出模块依次连接；
其中，充电子系统包括充电模块和充电控制模块；所述DC/DC输出模块分别与启动模块和充电模块连接，所述充电控制模块与充电模块连接；
其中，控制子系统包括发电控制模块、充放电控制模块、总体控制模块和通信模块，所述总体控制模块分别与通信模块、充放电控制模块、发电控制模块和充电控制模块连接，所述发电控制模块与启动模块连接，所述充放电控制模块与DC/DC输出模块连接。


2.根据权利要求1所述的基于电池梯次利用的智能充电桩系统，其特征在于：所述储能模块包括梯次利用电池组若干。


3.根据权利要求2所述的基于电池梯次利用的智能充电桩系统，其特征在于：所述电池组为锂电池组。


4.一种基于电池梯次利用的智能充电桩系统的充电方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤一：总体控制模块通...

【专利技术属性】
技术研发人员：汪玮，
申请(专利权)人：汪玮，
类型：发明
国别省市：江苏;32