CN102856959B - 一种风光互补智能充放电控制器及风光互补智能充电系统 - Google Patents

Abstract

本申请涉及新能源控制与应用技术领域，特别涉及一种风光互补智能充放电控制器、电池管理系统及风光互补智能充电系统，其中的风光互补智能充电系统包括对应连接的电池组、风光互补智能充放电控制器和电池管理系统，本申请通过风光互补智能充放电控制器与电池管理系统的通讯，与现有技术相比：取消电池管理系统中开关管的使用，通过电池管理系统将检测到的电池组的运行参数通过上传数据告知风光互补智能充放电控制器，由风光互补智能充放电控制器调节电池组的充、放电参数，不必断开电池组与风光互补智能充放电控制器的连接，大大降低了因断开电池管理系统主路开关管而导致系统突发断电的异常，反应速度快，不会导致后端负载断电，使整个系统的可靠性和效率同时提高。

Description

一种风光互补智能充放电控制器及风光互补智能充电系统

技术领域

本申请涉及新能源控制与应用技术领域，特别涉及一种风光互补智能充放电控制器、电池管理系统及风光互补智能充电系统。

背景技术

目前，太阳能、风能对电池充电的技术已得到广泛应用，而能源储能系统的电池组的充、放电管理、能量管理则是能源系统的一个管理难点。

现有技术中，风光互补充、放电储能系统，都是由分立的风光互补充、放电控制器与电池组组成的；应用锂电池的，也仅仅只是锂电池的基础上增加了锂电池管理系统（BMS），也仍然是独立的部件，对电池的充、放电管理，电池的能量管理都是逆变系统根据电池电压简单的估算得到，再者，目前市场上的电池管理系统中，充放电一致性管理大多只有应用到锂电池上，而电池管理系统（BMS）中的主控制（电开关管）的电流是业界难以解决的难题，也是故障率最高的部分，同时，使用该器件后，在电池充电完成、过温、过压的情况下，电池管理系统会将其关闭，由于电开关管的反应速度慢，在系统恢复供电时的延迟将导致控制器的备用电源处于断开状态，容易导致后端负载断电的巨大损失，使得系统的可靠性和效率低下。

发明内容

本申请的目的之一是在于避免现有技术中的不足之处而提供一种风光互补智能充放电控制器，该风光互补智能充放电控制器，可与电池管理系统进行通讯，通过电池管理系统获取电池组的使用情况等信息，并且反应速度快，不会导致后端负载断电，可通过合理的维护和管理，使得电池组得到合理利用。

为此给出一种风光互补智能充放电控制器，设置有与电池管理系统通讯的第一接口和与电池组连接的电池接口。

风光互补智能充放电控制器包括风能支路、太阳能支路和第一主控芯片；

风能支路包括依次连接的整流电路、风机刹车电路、第一检测电路、第一MPPT控制器、第二检测电路、输出控制电路和第五检测电路，整流电路通过风能输入端与风能连接，整流电路还与第一主控芯片的1端连接，风机刹车电路还与第一主控芯片的2端连接，第一检测电路还与第一主控芯片的3端连接，第一MPPT控制器还与第一主控芯片的4端连接，第二检测电路还与第一主控芯片的5端连接，输出控制电路还与第一主控芯片的6端连接；

太阳能支路包括依次连接的第三检测电路、防反接电路、第二MPPT控制器和第四检测电路，第三检测电路通过太阳能输入端与太阳能连接，第三检测电路还与第一主控芯片的10端连接，防反接电路还与第一主控芯片的9端连接，第二MPPT控制器还与第一主控芯片的8端连接；

第二检测电路与输出控制电路之间的接点、第四检测电路的输出端均连接电池接口；

第一接口设于第一主控芯片的7端。

第一主控芯片为MCU或者DSP。

本申请的一种风光互补智能充放电控制器的有益效果是，通过在风光互补智能充放电控制器设置有第一接口，用于与电池管理系统进行通讯，无需使用开关管来实现，而是通过电池管理系统检测电池组的使用情况，将使用情况反馈至风光互补智能充放电控制器，由风光互补智能充放电控制器对电池组进行合理的维护和管理，反应速度快，不会导致后端负载断电，使得电池组得到合理利用。

本申请的目的之二是在于避免现有技术中的不足之处而提供一种电池管理系统，该电池管理系统可与风光互补智能充放电控制器进行通讯，无需使用开关管来实现，而是通过将检测到的电池组使用情况告知风光互补智能充放电控制器，由风光互补智能充放电控制器通过合理的维护和管理，反应速度快，不会导致后端负载断电，使得电池组得到合理利用。

为此给出一种电池管理系统，电池管理系统分别与电池组的单个电池连接，包括与风光互补智能充放电控制器通讯的第二接口。

电池管理系统包括第二主控芯片、电流检测电路和多个单电池的检测控制电路，每个检测控制电路与第二主控芯片通讯，电流检测电路检测电池组的总电流并将电流信息反馈至第二主控芯片，所述第二接口设于第二主控芯片。

检测控制电路包括控制管理器、电压检测电路、驱动电路和均衡电路，电压检测电路检测电池两端的电压并把电压信息反馈至控制管理器，当该电池电压过高时，控制管理器通过驱动电路驱动均衡电路将多余的电量转移至电量少的电池。

均衡电路包括开关管和电感，开关管由驱动电路控制导通/断开，开关管导通时，过高电压的电池将多余的电量储存于电感，开关管关断时，电感存储的能量由开关管的内置的阻尼二极管将电能转移到下一个电池，将电池的多余电能转移到电能少的电池上，达到均衡的效果。

电池两端接有滤波电容，电感两端接有用于限流保护的功率电阻。

第二主控芯片为MCU或者DSP。

本申请的一种电池管理系统的有益效果是，通过在电池管理系统设置有第二接口，用于与风光互补智能充放电控制器进行通讯，与现有技术的电池管理系统不同的是：取消开关管的使用，通过电池管理系统将检测到的电池组的使用情况通过上传数据告知风光互补智能充放电控制器，由风光互补智能充放电控制器调节电池组的充、放电参数，不必断开电池组与风光互补智能充放电控制器的连接，大大降低了因断开电池管理系统主路开关管而导致系统突发断电的异常，反应速度快，不会导致后端负载断电，使整个系统的可靠性和效率同时提高。

本申请的目的之三是在于避免现有技术中的不足之处而提供一种风光互补智能充电系统，该风光互补智能充电系统可降低电路的损耗与提高可靠性，以及可做到提前预防电池的异常、防止单个电池短板的问题，通过合理的维护与管理，使得电池得到合理利用，反应速度快，不会导致后端负载断电。

为此给出一种风光互补智能充电系统，包括电池组、以上所述的风光互补智能充放电控制器和以上所述的电池管理系统，电池组、风光互补智能充放电控制器和电池管理系统对应连接。

本申请的一种风光互补智能充电系统的有益效果是，通过在风光互补智能充放电控制器与电池管理系统的通讯，与现有技术相比：取消开关管的使用，通过电池管理系统将检测到的电池组的使用情况通过上传数据告知风光互补智能充放电控制器，由风光互补智能充放电控制器调节电池组的充、放电参数，不必断开电池组与风光互补智能充放电控制器的连接，大大降低了因断开电池管理系统主路开关管而导致系统突发断电的异常，反应速度快，不会导致后端负载断电，使整个系统的可靠性和效率同时提高。

附图说明

图1是一种风光互补智能充放电控制器的示意图

图2是图1的电路框图

图3是一种电池管理系统的电路示意图

图4是图3的电路框图

图5是一种风光互补智能充电系统的示意图

图1至图5中包括有：

1——风光互补智能充放电控制器；

2——电池管理系统；

3——电池组。

具体实施方式

实施例1。

本实施例的一种风光互补智能充放电控制器如图1所示，设置与电池管理系统2通讯的第一接口设置有与电池管理系统2通讯的第一接口和与电池组3连接的电池接口。

本实施例通过在风光互补智能充放电控制器1设置有第一接口，用于与电池管理系统2进行通讯，无需使用开关管来实现，而是通过电池管理系统2检测电池组3的使用情况，将使用情况反馈至风光互补智能充放电控制器1，由风光互补智能充放电控制器1对电池组3进行合理的维护和管理，反应速度快，不会导致后端负载断电，使得电池组得到合理利用。

如图2所示，风光互补智能充放电控制器1包括风能支路、太阳能支路和第一主控芯片。

风能支路包括依次连接的整流电路、风机刹车电路、第一检测电路、第一MPPT控制器、第二检测电路、输出控制电路和第五检测电路，整流电路通过风能输入端与风能连接，整流电路还与第一主控芯片的1端连接，风机刹车电路还与第一主控芯片的2端连接，第一检测电路还与第一主控芯片的3端连接，第一MPPT控制器还与第一主控芯片的4端连接，第二检测电路还与第一主控芯片的5端连接，输出控制电路还与第一主控芯片的6端连接；

太阳能支路包括依次连接的第三检测电路、防反接电路、第二MPPT控制器和第四检测电路，第三检测电路通过太阳能输入端与太阳能连接，第三检测电路还与第一主控芯片的10端连接，防反接电路还与第一主控芯片的9端连接，第二MPPT控制器还与第一主控芯片的8端连接。

第二检测电路与输出控制电路之间的接点、第四检测电路的输出端均连接电池接口。

第一接口设于第一主控芯片的7端。

具体的，第一主控芯片为MCU或者DSP。

本实施例的工作原理如下：

系统启动时，风光互补智能充放电控制器会对总系统进行巡检，根据电池管理系统2（BMS）上传的充电信息、指标要求进行调整；

当有风能、太阳能输入时，第一MPPT控制器和第二MPPT控制器会调节系统跟踪最大功率跟踪模式，结合电池管理系统2实时上传的数据，对电池组3充电参数实现实时的调整；

当风能、太阳能输入的功率足够时（超出电池充电要求或充饱时），风光互补智能充放电控制器会控制第一MPPT控制器和第二MPPT控制器跟踪电流、电压，若遇台风或风能严重过剩时，系统会启动风机刹车电路，控制风机（即风能采集器）的转速，或关闭第一MPPT控制器，保证电池的充电可靠性，确保用户负载的供电可靠；

若太阳能、风能都处于异常时，风光互补智能充放电控制器会发提前发出报警，告知用户，做好应急措施。

实施例2。

本实施例的一种电池管理系统如图3所示，电池管理系统2分别与电池组3的单个电池连接，电池管理系统2包括与风光互补智能充放电控制器1通讯的第二接口。

本实施例通过在电池管理系统2设置有第二接口，用于与风光互补智能充放电控制器1进行通讯，与现有技术的电池管理系统2不同的是：取消开关管的使用，通过电池管理系统2将检测到的电池组3的使用情况通过上传数据告知风光互补智能充放电控制器1，由风光互补智能充放电控制器1调节电池组3的充、放电参数，不必断开电池组3与风光互补智能充放电控制器1的连接，大大降低了因断开电池管理系统2主路开关管而导致系统突发断电的异常，反应速度快，不会导致后端负载断电，使整个系统的可靠性和效率同时提高。

如图4所示，电池管理系统2包括第二主控芯片、电流检测电路和多个单电池的检测控制电路，每个检测控制电路与第二主控芯片通讯，电流检测电路检测电池组3的总电流并将电流信息反馈至第二主控芯片，所述第二接口设于第二主控芯片。

具体的，检测控制电路包括控制管理器、电压检测电路、驱动电路和均衡电路，电压检测电路检测电池两端的电压并把电压信息反馈至控制管理器，当该电池电压过高时，控制管理器通过驱动电路驱动均衡电路将多余的电量转移至电量少的电池。

具体的，均衡电路包括开关管和电感，开关管由驱动电路控制导通/断开，开关管导通时，过高电压的电池将多余的电量储存于电感，开关管关断时，电感存储的能量由开关管的内置的阻尼二极管将电能转移到下一个电池，将电池的多余电能转移到电能少的电池上，达到均衡的效果。

具体的，电池两端接有滤波电容，电感两端接有用于限流保护的功率电阻。

具体的，第二主控芯片为MCU或者DSP。

本实施例的工作原理如下：

电池管理系统2（BMS）与电池组3连接，检测单节电池的电压、充电量、放电量、电池温度数据，实时将数据上传至风光互补智能充放电控制器，让风光互补智能充放电控制器1实时调整充电系统、逆变器系统的运行参数，保证电池可靠、安全的使用。

当发现单节电池过充时，系统会即开启均衡电路，将该电池多余的电量转移至电量少的电池，同时，电池管理系统2（BMS）会发送数据通知风光互补智能充放电控制器1调整充电电压与电流，保证系统的可靠性。

当温度传感器感应到电池组3的温度过高时，由第二主控芯片控制降低电池的电流和电压。

本实施例的电池管理系统2（BMS）与常规的电池管理系统2(BMS)相比，不同之处在于：取消了充、放电主回路上的开关管（在电池充饱电、过压、过温时控制与系统断开）的使用，大大降低了电池管理系统2中因开关管在充电完毕与过压关闭后系统恢复供电延迟而导致误关机故障、开关管的损耗等诸多问题，也降低了因逆变器负载冲击导致电池组3异常，提升系统可靠性与效率，通过电池管理系统2（BMS）上传的数据通知太阳能逆变调节、控制的充、放电参数，不必通过断开电池组3与风光互补智能充放电控制器1的连接才能实现相关均衡的功能，使整个系统可靠性提高；实现电池管理系统2与风光互补智能充放电控制器1通讯、数据交换，达到调整MPPT控制器、整流（充电）器电流、电压的目的。

实施例3。

本实施例的一种风光互补智能充电系统如图5所示，包括电池组3、实施例1的风光互补智能充放电控制器1和实施例2的电池管理系统2，电池组3、风光互补智能充放电控制器1和电池管理系统2对应连接。

本实施例将风光互补智能充放电控制器1通过通讯线与电池组3管理系统（BMS）进行通讯连接，通过电池管理系统2将检测到的电池组3的使用情况通过上传数据告知风光互补智能充放电控制器1，由风光互补智能充放电控制器1调节电池组3的充、放电参数，以达到太阳能MPPT充电系统、风能跟踪管控系统与电池管理系统2（BMS）、电池组3更完美的结合。使风光互补智能充放电控制器1的储能电池组3得到更完善的管理，使系统能实时了解储能电池组3的运行状态，充、放电容量，温度等，全方位的保护电池，延长电池组3的使用寿命。同时，通过省去电池管理系统2（BMS）系统中用作保护系统的开关管，反应速度快，不会导致后端负载断电，简化系统、提高了整个系统的效率与可靠性。

另外，用户还可以通过在风光互补智能充放电控制器1设置人机对话界面，以便了解整个（含电池组3）系统的运行状态、参数以及控制。还可以通过与上位、网络连接，实现异地监测与控制。本实施例的电池组3也可使用超级电容等其他储能装置。

电池组放置有温度传感器，当温度传感器感应到电池组3的温度过高时，由第二主控芯片控制降低电池的电流和电压。

最后应当说明的是，以上实施例仅用于说明本申请的技术方案而非对本申请保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本申请作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本申请的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本申请技术方案的实质和范围。

Claims (7)

1.一种风光互补智能充放电控制器，其特征是，设置有与电池管理系统通讯的第一接口和与电池组连接的电池接口，通过电池管理系统检测电池组的使用情况，经所述第一接口接收所述电池管理系统的使用情况反馈，据此经所述电池接口对电池组进行维护和管理;

风光互补智能充放电控制器包括风能支路、太阳能支路和第一主控芯片；

风能支路包括依次连接的整流电路、风机刹车电路、第一检测电路、第一MPPT控制器、第二检测电路、输出控制电路和第五检测电路，整流电路通过风能输入端与风能连接，整流电路还与第一主控芯片的1端连接，风机刹车电路还与第一主控芯片的2端连接，第一检测电路还与第一主控芯片的3端连接，第一MPPT控制器还与第一主控芯片的4端连接，第二检测电路还与第一主控芯片的5端连接，输出控制电路还与第一主控芯片的6端连接；

太阳能支路包括依次连接的第三检测电路、防反接电路、第二MPPT控制器和第四检测电路，第三检测电路通过太阳能输入端与太阳能连接，第三检测电路还与第一主控芯片的10端连接，防反接电路还与第一主控芯片的9端连接，第二MPPT控制器还与第一主控芯片的8端连接；

第二检测电路与输出控制电路之间的接点、第四检测电路的输出端均连接电池接口；

第一接口设于第一主控芯片的7端。

2.根据权利要求1所述的一种风光互补智能充放电控制器，其特征是，第一主控芯片为MCU或者DSP。

3.一种风光互补智能充电系统，其特征是，包括电池组、权利要求1和2任意一项所述的风光互补智能充放电控制器和电池管理系统，电池组、风光互补智能充放电控制器和电池管理系统对应连接；

电池管理系统包括与风光互补智能充放电控制器通讯的第二接口；

电池管理系统包括第二主控芯片、电流检测电路和多个单电池的检测控制电路，每个检测控制电路与第二主控芯片通讯，电流检测电路检测电池组的总电流并将电流信息反馈至第二主控芯片，所述第二接口设于第二主控芯片。

4.根据权利要求3所述的一种风光互补智能充电系统，其特征是，检测控制电路包括控制管理器、电压检测电路、驱动电路和均衡电路，电压检测电路检测电池两端的电压并把电压信息反馈至控制管理器，当该电池电压过高时，控制管理器通过驱动电路驱动均衡电路将多余的电量转移至电量少的电池。

5.根据权利要求4所述的一种风光互补智能充电系统，其特征是，均衡电路包括开关管和电感，开关管由驱动电路控制导通/断开，开关管导通时，过高电压的电池将多余的电量储存于电感，开关管关断时，电感存储的能量由开关管的内置的阻尼二极管将电能转移到下一个电池，将电池的多余电能转移到电能少的电池上，达到均衡的效果。

6.根据权利要求5所述的一种风光互补智能充电系统，其特征是，电池两端接有滤波电容，电感两端接有用于限流保护的功率电阻。

7.根据权利要求3所述的一种风光互补智能充电系统，其特征是，第二主控芯片为MCU或者DSP。