CN102891517A - 一种储能型锂电池组电源系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种储能型锂电池组电源系统，所述系统包括整流器（2），所述整流器（2）一端与锂电池组（3）连接，所述整流器（2）另一端与电流供应装置（1）连接，所述锂电池组（3）一端与变换器（4）、逆变器（5）、转换开关（8）、输出开关（9）以及负载（13）串联连接，所述锂电池组（3）一端通过控制驱动模块（6）与显示控制模块（7）连接，所述驱动控制模块（6）一端与逆变器（5）以及输出开关（9）形成并联连接。本发明所提供系统可在闲置时收集能源设备的闲余电能，并可在晚间自动利用用电低谷时期进行充电，在用电高峰时期释放电能进行供电，而且成本低、维护率低且维护方便。

Description

一种储能型锂电池组电源系统

技术领域

本发明涉及电源领域，具体地，涉及一种锂电池电源系统，更具体地，涉及一种储能型锂电池组电源系统。

背景技术

锂电池的应用领域主要为通讯（Communication）、电脑（Computer）、消费类电子（Consume）等产品领域，在电动汽车、电网储能等大功率、大容量电池应用领域由于技术成本等原因锂电池的推广应用尚未大规模展开。消费电子、电动汽车及电力储能的发展需要将进一步推动锂离子电池技术的进步，发展高比能量锂离子电池在相当长的一段时间内将是锂电技术的一个最重要的研发方向。在储能领域，目前尽管锂电池技术已应用于多个储能示范项目，但在安全性、循环寿命和经济性方面需进一步改进，其中影响产业链发展的关键是材料性能及产品一致性。下一代储能锂电池将朝着高寿命、低成本、高可靠性方向发展。

目前市场上锂电池品种虽然较丰富，但目前为止，市场上还没有一款实用的多功能智能型的锂电池组电源系统，可以集自动在闲时收集太阳能硅晶板、风能等新能源设备闲余电能和自动在晚间利用低谷电充电于一体，然后在高峰时自动释放电能，这款产品的应用可以达到节能和省钱，在政府大力推广低碳节能的今天，有着广阔的市场推广前景。

发明内容

为解决上述存在的问题，本发明的目的在于提供一种储能型锂电池组电源系统，所述系统可在闲置时收集能源设备的闲余电能，并可在晚间自动利用用电低谷时期进行充电，在用电高峰时期释放电能进行供电，而且成本低、维护费用低且维护方便。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种储能型锂电池组电源系统，所述系统包括整流器，所述整流器一端与锂电池组连接，所述整流器另一端与电流供应装置连接，所述锂电池组一端与变换器、逆变器、转换开关、输出开关以及负载串联连接，所述锂电池组一端通过控制驱动模块与显示控制模块连接，所述驱动控制模块一端与逆变器以及输出开关形成并联连接。

根据本发明所提供的一种储能型锂电池组电源系统，采用的是，所述电流供应装置一端通过充电装置与锂电池组连接。

根据本发明所提供的一种储能型锂电池组电源系统，采用的是，所述电流供应装置一端与旁路模块以及双向可控硅形成并联连接，所述旁路模块另一端与负载连接，所述双向可控硅另一端与输出开关连接

根据本发明所提供的一种储能型锂电池组电源系统，采用的是，所述电流供应装置为市电供应装置、太阳能硅晶板或风能发电装置。

根据本发明所提供的一种储能型锂电池组电源系统，采用的是，所述整流器为可控硅整流器或高频开关整流器。

根据本发明所提供的一种储能型锂电池组电源系统，采用的是，所述逆变电路内设置有IGBT模块全桥逆变电路。

根据本发明所提供的一种储能型锂电池组电源系统，采用的是，所述锂电池组为免维护锂电池组。

根据本发明所提供的一种储能型锂电池组电源系统，采用的是，所述充电装置为恒压限流充电器。

本发明的有益效果在于：

1）、通过设置整流器，具有可根据外电的变化控制输出幅度的功能，从而当外电发生变化时（该变化应满足系统要求），输出幅度基本不变的整流电压，以实现所述系统的稳压功能；同时，整流器还可分别与市电供应装置、太阳能硅晶板或风能发电装置连接，从而实现在利用市电进行充电的同时，也可在闲时收集太阳能硅晶板、风能等新能源设备闲余电能进行充电；

2）、通过设置锂电池组，锂电池组除可存储直流电能的功能外，利用了电容器对脉冲的平滑特性消除了脉冲干扰，起到了净化功能；

3）、通过设置变换器，来实现整个系统的频率稳定；

4）、通过设置控制驱动模块、旁路模块以及双向可控硅，当锂电池组电量低于锂电池组可供电量下限时，或系统负载过载时，控制驱动模块会自动关闭锂电池组供电模式，切换到市电（旁路）运行模式，同时，旁路模块与双向可控硅采用并联工作方式，解决了旁路模式切换的时间间隔问题，真正做到了不间断切换；

5）、通过设置逆变器，使所述系统的输出完全由逆变器来供应，因此不论市电电力品质如何，其输出的均是稳定而不受任何影响的纯净电流。

附图说明

图1为本发明所提供的一种储能型锂电池组电源系统的组成结构示意图。

图中，1、电流供应装置，2、整流器，3、锂电池组，4、变换器，5、逆变器，6、控制驱动模块，7、显示控制模块，8、转换开关，9、输出开关，10、充电装置，11、旁路模块，12、双向可控硅，13、负载。

具体实施方式

下面结合附图对本发明所提供的一种储能型锂电池组电源系统作进一步的解释说明。

本发明所提供的一种储能型锂电池组电源系统的组成及结构连接关系如下：

如图1所示，整流器2一端与锂电池组3连接，所述整流器2另一端与电流供应装置1连接，所述锂电池组3一端与变换器4、逆变器5、转换开关8、输出开关9以及负载13串联连接，所述锂电池组3一端通过控制驱动模块6与显示控制模块7连接，所述驱动控制模块6一端与逆变器5以及输出开关9形成并联连接，所述电流供应装置1一端通过充电装置10与锂电池组3连接，所述电流供应装置1一端与旁路模块11以及双向可控硅12形成并联连接，所述旁路模块11另一端与负载13连接，所述双向可控硅12另一端与输出开关9连接。

其中，所述电流供应装置1为市电供应装置、太阳能硅晶板或风能发电装置，从而使所述系统既可在用电低谷时期利用市电供应装置进行充电，也可在闲置时，利用太阳能硅晶板或风能发电装置等新能源设备的闲余电能进行充电。

所述整流器2为可控硅整流器或高频开关整流器，整流器2本身具有可根据外电的变化控制输出幅度的功能，从而当外电发生变化时（该变化应满足系统要求），输出幅度基本不变的整流电压，进而起到系统的稳压功能。整流器2将电流供应装置1传来的交流电经自耦变压器降压、全波整流、滤波变为直流电压，供给逆变器5。整流器2设置有软启动电路，可避免开机时对电网的冲击。

所述逆变电路5内设置有IGBT模块全桥逆变电路，具有较大的功率富余量，在输出动态范围内输出阻抗特别小，具有快速响应特性，由于采用高频调制限流技术，及快速短路保护技术，使逆变器5无论是供电电压瞬变还是负载冲击或短路，均可安全可靠地工作。

控制驱动模块6是完成整个系统功能控制的核心，它除了提供检测、保护、同步以及各种开关和显示驱动模块7所需的显示驱动信号外，还完成SPWM正弦脉宽调制的控制，由于采用静态和动态双重电压反馈。极大地改善了逆变器的动态特性和稳定性。

所述变换器4的作用在于保证系统频率的稳定，频率稳定度取决于变换器4的振荡频率的稳定程度。所述充电装置10为恒压限流充电器。

负载13的功率应满足智能储能型锂电池电源70％的额定功率。锂电池组3容量的选取当负载13功率确定后主要取决其后备时间的长短，这个时间因各用户情况不同而不同，主要由备用电源的接入时间来定。所述锂电池组3为免维护锂电池组。锂电池组3的作用在于对整流器2整流后的电压的净化作用，由于整流器2对瞬时脉冲干扰不能消除，整流后的电压仍存在干扰脉冲。锂电池组3除可存储直流电能的功能外，对整流器2来说就像接了一只大容器的电容器，其等效电容量的大小，与锂电池组3容量大小成正比。由于电容两端的电压是不能突变的，即利用了电容器对脉冲的平滑特性消除了脉冲干扰，起到了净化功能，也称对干扰的屏蔽。

锂电池组3的使用注意事项如下：

锂电池组电源系统因其智能化程度高，锂电池组3采用免维护锂电池组，这虽给使用带来了许多便利，但在使用过程中还应在多方面引起注意，才能保证使用安全。

1、锂电池组电源主机对环境温度要求不高，+5℃～40℃都能正常工作，但要求室内清洁，少尘，否则灰尘加上潮湿会引起主机工作紊乱。储能蓄电池则对温度要求较高，标准使用温度为20℃，平时不要超过+、-10℃。温度太低，会使储电池容量下降，温度每下降1℃，其容量下降1％。其放电容量会随温度升高而增加，但寿命会降低；

2、控制驱动模块6中设置的参数在使用中不能随意改变。特别是对锂电池组的参数，会直接影响其使用寿命；

3、在无外电靠锂电池组电源系统自行供电时，应避免带负载启动锂电池组电源，应先关断各负载，等锂电池组电源系统起动后再开启负载；

4、锂电池组电源系统按使用要求功率余量不大，在使用中要避免随意增加大功率的额外设备，超载时智能储能型锂电池组会自动切换到市电供电，失去了削峰填谷省钱的作用；

5、由于锂电池组电压很高，存在电击危险，因此装卸导电联接条、输出线时应用安全保障，工具应采用绝缘措施，特别是输出接点应有防触摸措施。

本发明所提供的一种储能型锂电池组电源系统的使用方式如下：

第一次开机：

1）、按以下顺序合闸：储能电池开关（设置于控制驱动模块6上，未图示）→自动旁路开关（设置于控制驱动模块6上，未图示）→输出开关9依次置于“ON”；2）、按锂电池组启动面板（设置于控制驱动模块6上，未图示）“开”键，锂电池组电源系统将徐徐启动，显示控制模块7上的“逆变”指示灯亮（未图示），延时1分钟（可调）后，“旁路”灯熄灭，锂电池组转为逆变供电，完成开机。然后按照负载功率由小到大的开机顺序启动负载，开机调试成功。

日常使用：

储能型锂电池组电源系统设计时为全自动运行，日常使用时，锂电池组启动面板一直处于“开”档，无需操作锂电池组面板上按键，即可开启负载13使用。当锂电池组3内电量到低位，控制驱动模块6会自动切换到市电供电，使用非常省心。注：手动维护开关（设置于控制驱动模块6上，未图示）在锂电池组正常运行时，呈“OFF”状态。

关机：

先将负载13关闭，让锂电池组3空载运行10分钟，待机内热量排出后，再按锂电池组启动面板“关”键。

本发明所提供的一种储能型锂电池组电源系统的工作方式如下：

1、白天正常运行方式

如图1所示，所述储能型锂电池组系统的供电原理是：根据显示控制模块7上设置的时钟（未图示），控制驱动模块6在8:00~22:00时段，自动优先使用锂电池组3向用户（即负载13）供电，控制驱动模块6将储存于锂电池组3中的直流电转换为交流电，此时逆变器5的输入由锂电池组3来供应，逆变器5持续提供电力，供给用户使用。

2、市电（旁路）运行方式

储能型锂电池组电源系统的电力来源是锂电池组3，而锂电池组3的容量是有限的，储能型锂电池组系统不会像市电一般无限制的供应，所以不论多大容量的储能型锂电池组系统，在其满载的的状态下，其所供电的时间必定有限，若要延长放电时间，须增加锂电池组3。当控制驱动模块6检测到锂电池组3电量低于锂电池组可供电量下限时，或系统负载13过载时，控制驱动模块6会自动关闭电池供电，切换到市电（旁路）运行模式（此时电流供应装置1为市电供应装置）。即当储能型锂电池组超载、旁路命令（手动或自动）、逆变器过热或机器故障，储能型锂电池组控制驱动模块6一般将逆变输出转为旁路输出，即由市电直接供电。由于旁路时，锂电池组输出频率相位需与市电频率相位相同，因而采用锁相同步技术确保锂电池组输出与市电同步。旁路开关（设置于旁路模块11内，未图示）与双向可控硅12并联的工作方式，解决了旁路切换时间问题，真正做到了不间断切换。如果在过载时，必须人为减少负载，否则旁路断路器（设置于旁路模块11内，未图示）会自动切断输出，进入市电模式，失去削峰填谷省钱功能。

3、夜间充电运行方式

晚上10:00，储能型锂电池组系统通过控制驱动模块6自动启动市电充电模式，当市电正常供电时，市电经滤波回路后，分为两个回路同时动作，其一是经由充电回路对锂电池组充电，另一个则是经整流回路，作为逆变器的输入，再经过逆变器的转换提供电力给负载使用。

由此可知，本发明所提供的储能型锂电池组系统的输出完全由逆变器来供应，因此不论市电电力品质如何，其输出的均是稳定而不受任何影响的纯净电流。

4、太阳能或风能充电方式

储能型锂电池组系统可根据用户需要，自主设定太阳能硅晶板或风能发电装置闲时（双休日或需要时）充电模式，即此时的电流供应装置1为太阳能硅晶板或风能发电装置，太阳能硅晶板或风能发电装置与整流器2连接。太阳能硅晶板的电流经相应整流回路，对锂电池组进行充电，风能模式优先于市电充电。

5、旁路维护方式

当储能型锂电池组系统进行检修时，通过手动旁路（设置于旁路模块11内，未图示）保证负载设备的正常供电，当维修操作完成后，重新启动储能型锂电池组系统，储能型锂电池组系统转为正常运行。极低的维护率，快捷方便的维护方式，极大地提高了储能型锂电池组系统连续可用性。

上述实施例不作为对本发明的限定，凡在本发明的范围内所作的任何修改、等同替换、改进等，均属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种储能型锂电池组电源系统，所述系统包括整流器（2），所述整流器（2）一端与锂电池组（3）连接，其特征在于：

所述整流器（2）另一端与电流供应装置（1）连接，所述锂电池组（3）一端与变换器（4）、逆变器（5）、转换开关（8）、输出开关（9）以及负载（13）串联连接，所述锂电池组（3）一端通过控制驱动模块（6）与显示控制模块（7）连接，所述驱动控制模块（6）还分别与逆变器（5）以及输出开关（9）连接。

2.根据权利要求1所述的一种储能型锂电池组电源系统，其特征在于所述电流供应装置（1）一端通过充电装置（10）与锂电池组（3）连接。

3.根据权利要求1所述的一种储能型锂电池组电源系统，其特征在于所述电流供应装置（1）一端分别与旁路模块（11）以及双向可控硅（12）连接，所述旁路模块（11）另一端与负载（13）连接，所述双向可控硅（12）另一端与输出开关（9）连接。

4.根据权利要求1所述的一种储能型锂电池组电源系统，其特征在于所述电流供应装置（1）为市电供应装置、太阳能硅晶板或风能发电装置。

5.根据权利要求1所述的一种储能型锂电池组电源系统，其特征在于所述整流器（2）为可控硅整流器或高频开关整流器。

6.根据权利要求1所述的一种储能型锂电池组电源系统，其特征在于所述逆变器（5）内设置有IGBT模块全桥逆变电路。

7.根据权利要求1所述的一种储能型锂电池组电源系统，其特征在于所述锂电池组（3）为免维护锂电池组。

8.根据权利要求2所述的一种储能型锂电池组电源系统，其特征在于所述充电装置（10）为恒压限流充电器。

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