CN102934320B - 电池供电设备及其功率的控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种电池供电设备。所述电池供电设备包括：输入单元，其用于接收外部电力；电池电力单元，其连接到输入单元以使用外部电力为电池充电；电流检测单元，其用于检测供给到负载的电流并将检测后的电流提供给电池电力单元；以及输出单元，其用于将外部电力和电池电力从一个节点提供给负载，并用于从电池电力单元接收负载电流以调整电池电力的输出。

Description

电池供电设备及其功率的控制方法
发明领域
本发明涉及一种电池供电设备及控制该电池供电设备的功率的方法。
相关技术描述
当过载被施加或存储在电池中的所有能量被耗尽时，电池供电设备如传统的不间断电源（UPS），将向负载供给电力的供电源从电池转换到外部电源。
在这种情况下，当电池供电设备连接到负载时，电池供电设备使用功率静态开关例如静态开关从电池电力和外部电力间的必要的电力中选择和使用供给到负载的电力。
然而，由于电池逆变器的输出限制，在电池供电设备可供给到负载的电力上存有限制。
另外，当电力由功率静态开关的操作来转换时，供给到负载的电力被瞬间中断的现象可能发生几微秒到几百微秒。即，由于瞬间断电发生在电力转换时间点，因此产生了电力质量的问题。
另外，由于使用功率静态开关，电路是复杂的，且该开关为消耗品，且因此不便于定期地进行对该开关的维护。
此背景部分中公开的上述信息仅为增强对本发明的背景的理解，且因此它可以包含不构成在本国家内对本领域普通技术人员是已熟知的现有技术的信息。
发明详细描述
技术问题
本发明已努力提供一种电池供电设备及控制该电池供电设备的功率的方法，其具有使用外部电力和电池电力而不使用功率静态开关的优点。
解决问题的手段
本发明的一种示例性实施方式提供了一种电池供电设备。所述电池供电设备包括：接收外部电力的输入单元；电池电力单元，其连接到输入单元以使用外部电力为电池充电；电流检测单元，其检测供给到负载的电流并将电流提供给电池电力单元；以及输出单元，其从一个节点向负载提供外部电力和电池电力并从电池电力单元接收负载电流以调节电池电力的输出。
本发明的另一实施方式提供了一种控制功率的方法。控制从外部电源接收输入电力的供给并对电池进行充电的电池供电设备的功率的方法包括：通过一个节点向负载提供输入电力或电池电力；检测负载的电流；基于负载的电流计算负载的消耗功率；以及根据消耗功率调节电池电力以输出到负载。
本发明的效果
根据本发明的一种示例性实施方式，通过直接将电池供电设备连接到外部电源而不使用功率静态开关，电路可被简化并且成本可被降低。
另外，通过使用电流检测传感器检测供给到负载的电流，逆变器的输出被控制，且从而电池供电设备仅提供负载需要的电力的一部分，而外部电源供给剩余的电力。因此，可以解决由于逆变器容量的限制而出现的问题，且，即使过载被施加，存储在电池中的能量可供给到负载，而不会瞬间断电，且可防止电池能量到外部电源的回流。
另外，通过在电池处存储例如特别地来自阳光和风力的新的再生能量，以及不管存储在电池处的能量的大小或逆变器的容量的大小，使用可供给及使用存储在电池处的能量的方法将所存储的能量连接到外部电源，可有效地管理电力峰值。
附图简述
图1为示出了根据本发明的示例性实施方式的电池供电设备的电路图。
图2为示出了根据本发明的示例性实施方式的电池供电设备的框图。
图3为示出了根据本发明的示例性实施方式的液晶显示器（LCD）的图示。
图4为示出了根据本发明的示例性实施方式的充电和放电时间表的实例的表格。
本发明的实施方式
在以下详细描述中，仅本发明的某些示例性实施方式已简单地借助图解被示出和描述。如本领域那些技术人员将意识到的，所描述的实施方式可以以各种不同的方式修改，而完全不脱离本发明的精神和范围。相应地，附图和描述将被视为在本质上例证性的而非限制性的。通篇说明书中，相同的参考数字标示相同的元素。
另外，在整个说明书中，除非明确地被相反地描述，词语“包括”（comprise）及其变形如“包括”（comprises）或“包括”（comprising）将理解为意指包括所陈述的元素，但不排除任何其它元素。
另外，说明书中描述的术语“人或物”（-er）、“人或物”（-or）和“模块”指的是用于处理至少一个功能和操作的单元，且可通过硬件组件或软件组件及其组合实现。
在下文中，将参照附图详细描述根据本发明的示例性实施方式的电池供电设备及控制该电池供电设备的功率的方法。
图1为示出了根据本发明的一种示例性实施方式的电池供电设备的电路图。
参照图1，电池供电设备包括输入单元100、电池电源单元200、输出单元300和电流检测单元400。
本文中，输入单元100接收外部电力的输入以向电池电源单元200提供外部电力。这样的输入单元100包括第一开关（SW1）110、第二开关（SW2）130和AC/DC转换器150。
在这种情况下，SW1110连接到外部电源，SW2130连接到SW1110和AC/DC转换器150，且AC/DC转换器150连接到电池电源单元200。
本文中，当SW1110断开时，外部电力被拦截。
当SW2130接通时，外部电力被充入到电池电源单元200，且当SW2130断开时，外部电力未被充入到电池电源单元200。因此，SW2130用于控制电池电源单元200的电池的充电。
AC/DC转换器150将从外部电源获取的外部AC电力转换成DC电力并将DC电力提供给电池电源单元200。
另外，电池电源单元200连接到AC/DC转换器150以使用外部电力为电池充电。
另外，输出单元300将外部电力输出到负载，从电池电源单元200接收电池电力的输入，并将电池电力输出到负载。这样的输出单元300包括输出端子310、DC/AC逆变器单元330和第三开关（SW3）350。
本文中，输出端子310通过节点A向负载输出从外部电源获得的外部电力和由电池电源单元200提供的电池电力。
DC/AC逆变器单元330连接在电池电源单元200和输出端子310之间，以将电池电源单元200输出的DC电力转换成AC电力并将AC电力供给到输出端子310。另外，DC/AC逆变器单元330根据它从电流检测单元400接收到的负载电流调节电池电力的输出。
SW3350连接在电池电源单元200和DC/AC逆变器单元330之间，以用于控制电池电源单元200的电池的放电。
电流检测单元400连接在输出单元300的输出端子310和负载之间，以检测供给到负载的电流并将该电流提供给电池电源单元200。
这样，将电池电源连接到负载时，如在现有技术中一样，电池电源直接连接在负载和外部电源之间而不使用静态开关。
图2为示出了根据本发明的示例性实施方式的电池供电设备的框图。
参照图2，电池供电设备包括SW1110、SW2130、AC/DC转换器150、外部电力拦截模块210、电池充电模块230、电池输出模块250、电池管理系统（BMS）模块270、电池290、输出端子310、DC/AC逆变器331、DC/AC逆变器输出控制模块333、SW3350和电流检测单元400。
本文中，外部电力拦截模块210接通或断开SW1110。
电池充电模块230接通或断开SW2130。
电池输出模块250接通或断开SW3350。
BMS模块270是管理电池290的组元。
BMS模块270在断电期间通过外部电力拦截模块210断开SW1110，从而防止电池电力回流到外部电力侧。
另外，SW2130和SW3350的开关时间由电池电源单元200调节，且SW2130和SW3350用于调节电池电力的存储和使用。
BMS模块270通过电池充电模块230控制SW2130的接通/断开，以防止外部电力被过度充入到电池290。另外，BMS模块270通过电池输出模块250控制SW3305的接通/断开以防止电池290被过度放电。
BMS模块270转换SW2130和SW3350以从外部电力和光伏（PV）电池中的一个选择电池充电电力，并控制以防止在任何一种情况下电池290被过度充电或过度放电。
本文中，BMS模块270包括实时时钟（RTC）日历，而且使用户能够知晓当前时间，并将当前时间输出到外部。BMS模块270根据预先定义的时间表设置和操作SW2130和SW3350的开关时间。在这种情况下，预先定义的时间表是当用户预先输入电池290的充电时间和放电时间时生成的时间表。
BMS模块270根据该时间表接通或断开第二开关SW1130和SW3350，从而自由地调节电池电力的存储和使用。例如，BMS模块270在夜间使用外部电力对电池290充电，并在白天使用DC/AC逆变器单元330将存储在电池290处的能量转换为AC并使用，从而改善供电的不平衡性。
在这种情况下，保护电池290免于过度充电的方法不限于控制SW2130和SW3350的方法，且包括通过驱动单独的电路控制电池290的充电的方法。即，电池的充电和放电可使用另一方法控制，例如，当使用光伏发电对电池290充电时或当与外部装置通信时外部装置请求电力时，电池的充电和放电可被执行。
在这种情况下，BMS模块270使用AC外部电力对电池290充电，并根据需要，将电池电力供给到DC/AC逆变器单元330，且使DC/AC逆变器单元330能够将DC转换成AC。
本文中，BMS模块270通过电流检测单元400检测负载电流并将负载电流传输到DC/AC逆变器单元330。
在这种情况下，DC/AC逆变器单元330包括DC/AC逆变器331和DC/AC逆变器输出控制模块333.
DC/AC逆变器331将DC电池电力转换成AC电池电力，并将AC电池电力供给到输出端子310。
在这种情况下，DC/AC逆变器331将接收到的负载电流提供给DC/AC逆变器输出控制模块333。
DC/AC逆变器输出控制模块333控制DC/AC逆变器331，以控制供给到负载的电力。
另外，DC/AC逆变器输出控制模块333使能DC/AC逆变器331可以供给到负载的电力供给，并且使能低于负载消耗的电力的这样的电池电力到负载的供给，从而防止电池电力回流到外部电力侧。
DC/AC逆变器输出控制模块333基于供给到负载的、由电流检测单元400检测的电流计算负载使用的功率，即，消耗功率。DC/AC逆变器输出控制模块333进行控制，以仅向负载供给在消耗功率中DC/AC逆变器331可供给的功率。
在这种情况下，DC/AC逆变器输出控制模块333供给不超过负载的消耗功率的约90%的供给功率。
本文中，供给比负载需要的功率少了约10%的逆变器输出的原因是防止DC/AC逆变器331的输出回流到外部电源。当对节点A应用基尔霍夫定律时，如果小于负载的输出功率被供给到DC/AC逆变器331，则可以看到DC/AC逆变器331的输出功率不能流向外部电源。
如上所述，由于负载的消耗功率的约90%从电池电力供给，而负载需要的剩余的电力自然由外部电源供给，即使负载突然增加，如在现有的方法中的瞬间断电也不会发生。
另外，当使用这样的方法向负载供给电池电力时，电池中存储的能量可以不管逆变器的输出容量而在不中断的情况下被供给到负载，且由于逆变器输出的限制，负载能够使用的功率未被限制。因此，逆变器的输出容量可设计成经济地优化逆变器的输出，而没必要考虑冲击电流，且因此能够降低逆变器的成本。
图3为示出了根据本发明的示例性实施方式的LCD显示器的图示。
参照图3，BMS（图2的270）包括RTC，并且向外部显示当前时间，且该当前时间显示为2010年7月2日，2:20AM。
在这种情况下，所使用的逆变器的最大输出为1.5kW。本文中，逆变器处于一种状态中，在该状态中，它使用最大输出将电力供给到负载。
在这种情况下，负载消耗2.7kW，电池电源供给其中的1.5kW，且外部电源供给剩余的1.2kW。
另外，3.0kWh的充电状态（SOC）表示当前电池中存储的能量为3.0kW。
另外，性能状态（SOH）表示电池的性能状态。
图4为示出了根据本发明的示例性实施方式的充电和放电时间表的实例的表格。
参照图4，BMS（图2的270）显示了RTC日历具有的充电和放电时间表。即，BMS270使用RTC日历提供的时钟根据该充电和放电时间表控制SW2130和SW3350的操作时间。
充电和放电时间表包括电池充电时间和电池放电时间，且SW2130和SW3350的接通/断开时间在该充电和放电时间表中设置。
也就是说，由于从12:00AM(24:00)至7:00AM，SW2130设置为接通且SW3350设置为断开，可以看出电池充电时间被设置为12:00AM至7:00AM。另外，由于从7:00AM至12:00AM，SW2130设置为断开，且SW3350设置为接通，可以看出电池放电时间被设置为7:00AM至12:00AM。
因此，其被设置为在夜间进行充电并在白天管理功率峰值。
由于这样的充电和放电计划可以在用户输入的时间表中，所以根据用户输入的时间表的计划，电池可以被充电或放电。
尽管本发明已经结合目前被认为是实际的示例性实施方式被描述，但应理解，本发明不限于所公开的实施方式，而相反地，本发明旨在涵盖包含在所附的权利要求的精神和范围内的各种修改和等同布置。

Claims (12)

1.一种电池供电设备，包括：
输入单元，其接收外部电力；
电池电力单元，其连接到所述输入单元以使用所述外部电力给电池充电；
电流检测单元，其检测供给到负载的负载电流并将所述负载电流提供给所述电池电力单元；以及
输出单元，其从一个节点向所述负载提供所述外部电力和电池电力，且从所述电池电力单元接收负载电流以调节所述电池电力的输出，
其中所述输入单元包括：
第一开关，其连接到所述外部电力；
转换器，其将所述外部电力供给的交流外部电力转换成直流外部电力，并将所述直流外部电力输出至所述电池电力单元；以及
第二开关，其连接到所述第一开关和所述转换器，
其中所述输出单元包括：
输出端子，其具有一个节点，在该节点中所述外部电力的输出端子和所述电池电力的输出端子相交，且所述输出单元的所述输出端子向所述负载提供所述外部电力和所述电池电力；
逆变器单元，其将所述电池电力单元供给的直流电池电力转换成交流电池电力，以将所述交流电池电力供给到所述输出端子，且所述逆变器单元根据所述负载电流调节所述电池电力的输出；以及
第三开关，其连接到所述电池和所述逆变器单元，
其中，所述电流检测单元连接在所述输出单元的所述输出端子与所述负载之间，以及
所述逆变器单元包括：
逆变器，其将所述直流电池电力转换成所述交流电池电力，并将所述交流电池电力输出到所述输出端子；以及
逆变器输出控制模块，其通过所述逆变器从所述电池电力单元接收负载电流以计算所述负载的消耗功率，且根据所述消耗功率调节所述逆变器的电池输出功率。
2.如权利要求1所述的电池供电设备，其中所述逆变器输出控制模块将低于所述负载的消耗功率的功率确定为在所述逆变器能够输出的最大功率限度内的所述电池输出功率。
3.如权利要求2所述的电池供电设备，其中所述逆变器输出控制模块将所述负载的消耗功率的预先定义的比率内的功率确定为所述逆变器能够输出的最大功率限度内的所述电池输出功率。
4.如权利要求1所述的电池供电设备，其中
所述电池电力单元包括：
所述电池，其由所述转换器输出的直流外部电力进行充电；
电池管理系统BMS模块，其连接到所述电流检测单元和所述逆变器，且通过所述电流检测单元接收负载电流以将所述负载电流提供给所述逆变器；和
外部电力拦截模块，其连接到所述第一开关和所述BMS模块，并根据所述BMS模块的控制确定所述第一开关的接通/断开，以控制是否供给外部电力。
5.如权利要求4所述的电池供电设备，其中所述第三开关还连接到所述电池和所述逆变器，和
所述电池电力单元还包括：
电池充电模块，其连接到所述第二开关、所述转换器和所述BMS模块，并根据所述BMS模块的控制确定所述第二开关的接通/断开，以控制是否将所述外部电力供给到所述转换器；以及
电池输出模块，其连接到所述BMS模块和所述第三开关，并根据所述BMS模块的控制确定所述第三开关的接通/断开，以控制是否对在所述电池处充电的电池电力进行放电。
6.如权利要求5所述的电池供电设备，其中所述BMS模块包括实时时钟RTC芯片，所述BMS模块根据预先定义的时间表确定所述第二开关和所述第三开关的接通/断开，并将所述接通/断开提供给所述电池充电模块和所述电池输出模块，以及
所述预先定义的时间表包括电池充电时间和电池放电时间，且所述预先定义的时间表根据所述电池充电时间和所述电池放电时间设置所述第二开关和所述第三开关的接通/断开。
7.如权利要求6所述的电池供电设备，其中所述BMS模块与外部装置通信并根据依照所述外部装置的请求的电池充电时间和电池放电时间控制所述第二开关和所述第三开关的接通/断开。
8.如权利要求6所述的电池供电设备，其中所述BMS模块转换所述第二开关和所述第三开关以选择来自外部电力和光伏PV电池中的一个的电池充电电力，并且进行控制以防止所述电池被过度充电或过度放电。
9.一种控制如权利要求1-8中任一项所述的电池供电设备的功率的方法，所述电池供电设备从外部电源接收输入电力的供给并对电池充电，所述方法包括：
通过一个节点向负载提供所述输入电力和电池电力；
通过连接在输出单元的输出端子与所述负载之间的电流检测单元检测所述负载的电流；
基于所述负载的所述电流计算所述负载的消耗功率；
通过逆变器将直流电池电力转换成交流输出电力；以及
根据所述消耗功率调节所述交流输出电力以输出给所述负载，
其中，所述输入电力和所述电池电力在一个节点上相交。
10.如权利要求9所述的方法，其中所述调节所述电池电力包括将低于所述负载的消耗功率的功率输出作为能够被输出的最大电池电力限度内的所述电池电力。
11.如权利要求10所述的方法，其中所述调节所述电池电力包括将所述负载的消耗功率的预先定义的比率内的功率输出作为可被输出的最大电池电力限度内的所述电池电力。
12.如权利要求9所述的方法，还包括在提供所述输入电力、所述电池电力之前，根据预先设置的电池充电时间和电池放电时间进行充电。
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