CN104300686A - 一种家用储能系统及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种家用储能系统，包括：储能电源模块、逆变器、光伏控制器、充电机和若干继电器；所述储能电源模块通过所述逆变器与负载电性连接，所述储能模块中包含有储能电池组，所述蓄电池组中包含有锂电池；所述逆变器上包含有用于对负载供电自动切换的控制芯片，所述控制芯片上设置有与充电机相连接的市电充电模块和用于检测负载连接、蓄电池电压和市电状况检测的检测模块，所述控制芯片根据检测模块检测到的数据，从而控制第一继电器和第二继电器的闭合。通过上述方式，本发明提供的一种家用储能系统，本系统不光能通过市电充电，还能通过光伏电源进行充电，并且储能采用先进的锂电池并配有相应的锂电池管理系统。

Description

一种家用储能系统及控制方法

技术领域

本发明涉及一种储能系统，特别是涉及一种家用储能系统。

背景技术

早在1839年，法国科学家贝克雷尔（Becqurel）就发现，光照能使半导体材料的不同部位之间产生电位差。这种现象后来被称为“光生伏特效应”简称“光伏效应”。 1954年，美国科学家恰宾和皮尔松在美国贝尔实验室首次制成了实用的单晶硅太阳电池，诞生了将太阳光能转换为电能的实用光伏发电技术。   20世纪70年代后，随着现代工业的发展，全球能源危机和大气污染问题日益突出，传统的燃料能源正在一天天减少。对环境造成的危害日益突出的同时全球约有20亿人得不到正常的能源供应。这个时候，全世界都把目光投向了可再生能源，希望可再生能源能够改变人类的能源结构，维持长远的可持续发展，这之中太阳能以其独有的优势而成为人们重视的焦点。

丰富的太阳辐射能是重要的能源，因为有着取之不尽、用之不竭的、无污染、廉价的特点，人类能够自由利用的能源。太阳能每秒钟到达地面的能量高达80万千瓦时，假如把地球表面0.1%的太阳能转为电能，转变率5%，每年发电量可达5.6×1012千瓦小时，相当于世界上能耗的40倍。正是由于太阳能的这些独特优势，20世纪80年代后，太阳能电池的种类不断增多、应用范围日益广阔、市场规模也逐步扩大。   20世纪90年代后，光伏发电快速发展，美国、德国、日本、中国、瑞士、法国、意大利、西班牙、芬兰等各个国家纷纷出台各种补贴政策来促进光伏发电行业的发展。

在目前，市场上的家庭储能系统一般通过市电充电，并通过铅酸电池储能来实现，给人们的使用造成了各种麻烦。

发明内容

本发明主要解决的技术问题是提供一种家用储能系统，本系统不光能通过市电充电，还能通过光伏电源进行充电，并且储能采用先进的锂电池并配有相应的锂电池管理系统。

为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种家用储能系统，包括：储能电源模块、逆变器、用于控制光伏充电的光伏控制器、用于控制市电充电的充电机和若干继电器。

所述储能电源模块通过所述逆变器与负载电性连接，且所述储能模块中包含有储能电池组，所述蓄电池组中包含有锂电池。

所述继电器包含有连接在逆变器和储能电源模块之间的第三继电器、连接在交流电压输入端和充电机之间的第一继电器、连接在直流电压输入端和光伏控制器之间的第二继电器。

所述逆变器上包含有供电模式选择模块、用于对负载供电模式自动切换的控制芯片，所述供电模式选择模块中设置有储能系统供电优先模式和市电供电优先模式，所述控制芯片上设置有与充电机相连接的市电充电模块和用于检测负载连接、蓄电池电压和市电状况检测的检测模块，所述控制芯片根据检测模块检测到的数据，从而控制第一继电器和第二继电器的闭合。

在一个较佳实施例中，所述逆变器的连接端还包含有显示装置，所述显示装置与逆变器之间电性连接。所述显示装置和逆变器之间还连接有用于将检测模块检测到的数据进行发送的通讯模块。

在一个较佳实施例中，所述储能电源模块和逆变器之间还连接有短路保护模块。

在一个较佳实施例中，所述短路保护模块中设置有若干熔断器。

在一个较佳实施例中，所述储能电源模块和逆变器之间还连接有传感器模块，所述传感器模块与所述控制芯片相连接，传感器模块采集电路上的数据，并将数据传输给控制芯片，从而控制接触器的断开。

在一个较佳实施例中，所述传感器模块中包含有用于控制外部的散热装置开关的若干温度传感器。

本发明还提供一种家用储能系统控制方法，包含以下操作步骤：

选择步骤：选择储能系统供电优先模式或市电供电优先模式中的一种；

启动步骤：将家用储能系统接通电源，把控制芯片设置为主控制芯片，同时闭合第三继电器；

检测步骤：将检测模块中的蓄电池电压比较值设定为固定值，通过检测模块对负载端的负载工作、蓄电池组电压进行检测，并且将检测到的数值传送至控制芯片；

控制步骤：控制芯片通过检测模块检测到的数值，选择控制闭合第一继电器和/或第二继电器。

在一个较佳实施例中，所述检测步骤中蓄电池电压的检测为实时检测。

在一个较佳实施例中，所述检测步骤中还包含有检测模块对蓄电池组是否达到充满状态的检测。

在一个较佳实施例中，所述检测步骤中还包含有检测模块对市电连接状况的检测。

本发明的有益效果是：能够在停电时供家庭用电使用，所述家用储能系统中可以通过光伏电源进行充电，也可以通过市电进行充电；并且家用储能系统中包含完善的保护逻辑，多种运行逻辑供用户选择，并且整个电能的储能通过锂电池实现，同时锂电池的管理配有完善的管理保护。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图，其中：

图1是本发明的一种家用储能系统一较佳实施例的控制原理图；

图2是本发明的一种家用储能系统控制方法一较佳实施例的储能系统供电优先的储能系统充放电控制流程图；

图3是本发明的一种家用储能系统控制方法一较佳实施例的市电供电优先的储能系统充放电控制流程图。

附图中各部件的标记如下：1、储能电源模块；2、逆变器； 3、充电机；4、光伏控制器；K1、第一继电器；K2、第二继电器；K3、第三继电器；5、控制芯片；6、市电充电模块；7、检测模块；8、显示装置；9、通讯模块；10、短路保护模块；11、传感器模块。

具体实施方式

下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1、图2、图3，本发明实施例包括：

一种家用储能系统，所述家用储能系统为2.5kWh储能系统。具体来说，包括：储能电源模块1、逆变器2、用于控制光伏充电的光伏控制器4、用于控制市电充电的充电机3和若干继电器。

所述储能电源模块1通过所述逆变器2与负载电性连接，且所述储能模块中包含有储能电池组，储能电池组为蓄电池，所述蓄电池优选为锂电池。

所述继电器包含有连接在逆变器2和储能电源模块1之间的第三继电器K3、连接在交流电压输入端和充电机3之间的第一继电器K1、连接在直流电压输入端和光伏控制器4之间的第二继电器K2；

所述逆变器2上包含有供电模式选择模块、用于对负载供电模式自动切换的控制芯片5，所述供电模式选择模块中设置有储能系统供电优先模式和市电供电优先模式，所述控制芯片5上设置有与充电机3相连接的市电充电模块6和用于检测负载连接、蓄电池电压和市电状况检测的检测模块7，所述控制芯片5根据检测模块7检测到的数据，从而控制第一继电器K1和第二继电器K2的闭合。

所述逆变器2的连接端还包含有显示装置8，所述显示装置8与逆变器2之间电性连接；所述显示装置8和逆变器2之间还连接有用于将检测模块7检测到的数据进行发送的通讯模块9。实时将数据往外发送，通讯模块9中采用RS485的标准通讯模式，具有普遍的兼容性，便于上层用于监控时接收数据。

所述储能电源模块1和逆变器2之间还连接有短路保护模块10, 短路保护通过在短路保护模块10上设置合适规格的熔断器进行保护。

所述储能电源模块1和逆变器2之间还连接有传感器模块11，所述传感器模块11与所述控制芯片5相连接，传感器模块11采集电路上的数据，并将数据传输给控制芯片5，从而控制接触器的断开。

过流保护、过压保护、欠压保护、过温保护通过在电路上设计对应的传感器采集对应数据，传输给控制芯片5进行计算，当数值超出设定值时，主控芯片程序发出中断命令，断开硬件电路中的接触器。

所述传感器模块11中包含有用于控制外部的散热装置开关的若干温度传感器。在电路上发热位置设置了专门的温度传感器，温度数据会实时传给控制芯片5，控制芯片5通过循环模式不断比较接收到的数据和设定的数据的差值，当接收到的数据等于设定值时，则发出命令启动风扇。

本发明中同时还提供了一种用于所述家储能系统的控制方法，主要对锂电池进行管理控制。包含以下操作步骤：

选择步骤：选择储能系统供电优先模式或市电供电优先模式中的一种；

启动步骤：将家用储能系统接通电源，把控制芯片5设置为主控制芯片，同时闭合第三继电器K3；

检测步骤：将检测模块7中的蓄电池电压比较值设定为固定值，通过检测模块7对负载端的负载工作、蓄电池组电压进行检测，并且将检测到的数值传送至控制芯片5；

控制步骤：控制芯片5将检测模块7检测到的检测电压值与电压比较值进行比较，通过检测电压值与电压比较值的高低状况，控制闭合第一继电器K1和/或第二继电器K2。

所述检测步骤中蓄电池电压的检测为实时检测。

所述检测步骤中还包含有检测模块7对蓄电池组是否达到充满状态的检测。

所述检测步骤中还包含有检测模块7对市电连接状况的检测。

在一个具体实施例中，所述家用储能系统控制方法用于自动切换所述的家用储能系统。并且家用储能系统的操作分为：储能系统供电优先模式和市电供电优先模块，两种模式下所述控制芯片5均设置为主控制芯片5。

所述家用储能系统控制方法中启动储能系统时，所述控制芯片5控制第三继电器K3的闭合。

利用检测模块7检测负载端是否有负载工作，同时在检测模块7检测蓄电池电压时，设定固定的电压比较值。

当所述家用储能系统处于储能系统供电优先模式下：

当负载端没有负载工作时，控制闭合第二继电器K2，通过光伏对蓄电池组充电或浮充。

当负载端有负载工作时，检测模块7对蓄电池组电压进行实时检测，当检测电压高于电压比较值，控制闭合第二继电器K2。当监测电压低于电压比较值，控制闭合第一继电器K1，接入市电进行供电。

当所述家用储能系统处于市电供电优先模式下：

当负载端没有负载工作时，检测模块7对蓄电池组电压进行检测。当监测电压高于电压比较值，控制闭合第二继电器K2，通过光伏对蓄电池组进行充电。当监测电压低于电压比较值时，控制闭合第二继电器K2和第一继电器K1，通过光伏和市电同时对蓄电池组进行充电。当检测模块7检测到蓄电池组到达充满状态时，断开第一继电器K1。同时，保持第二继电器K2闭合，由光伏进行浮充。

当负载端有负载工作时，检测模块7检测是否有市电连接。当有市电时，控制闭合第一继电器K1，所述控制芯片5控制逆变器2中的市电充电模块6工作。通过市电直接给负载供电。当没有市电时，闭合第二继电器K2，由光伏进行供电。

在另一个具体实施中，家用储能系统能够实现对负载供电自动切换的功能，优选的，所述电压比较值设置为48V。

（1）当家用储能系统工作在“储能系统供电优先模式”下时，逆变器2中的控制芯片5作为主控芯片，实现切换逻辑。

开机后，主控芯片会首先控制合上硬件电路中的第三继电器K3，然后检测负载端是否有负载工作。

如果负载端没有负载工作，直接控制合上第二继电器K2，通过光伏给蓄电池组进行充电或者浮充。

如果负载端有负载工作，同时检测蓄电池组电压。如果电池组电压高于48V，则控制合上第二继电器K2，并实时监测蓄电池组电压值。如果该值下降到48V以下，则会控制合上第一继电器K1，接入市电供电。

（2）当家用储能系统工作在“市电供电优先模式”下时，逆变器2控制芯片5作为主控芯片，实现切换逻辑。

开机后，主控芯片会首先控制合上硬件电路中的第三继电器K3，然后检测负载端是否有负载工作。

如果负载端没有负载工作，则检测蓄电池电压。如果电压高于48V，则控制合上第二继电器K2，通过光伏对蓄电池充电。如果电压低于48V，则同时合上第二继电器K2和第一继电器K1，通过光伏和市电。同时进行充电直到蓄电池到满状态后，断开第一继电器K1，保持第二继电器K2合上，由光伏进行浮充。

如果负载端有负载工作，则检测是否有市电。如果有市电，则控制合上第一继电器K1，并且主控芯片控制逆变器2旁路工作，直接通过市电给负载供电。如果没有市电则合上第二继电器K2由光伏进行供电。

本发明中家用储能系统及控制方法的有益效果是：

1、当家用储能系统电力不足时，家用储能系统可实现对负载供电的自动切换功能；该功能可以实现用电设备对市电和储能电源的自动切换。在家用储能系统电量充足时，用电设备优先使用储能电源供电；当家用储能系统电力不足时，系统可以自动切换到市电供电，实现光伏市电互补充电功能。

2、在家用储能系统配置光伏输入的同时配备了市电充电机3，实现在光照不足的情况下，使用市电为家用储能系统充电，满足家用储能系统作为备用电源的需求。

3、具备电气保护功能：包括过流保护，短路保护，过压保护，欠压保护，过温保护。

4、具备温度管理功能：可根据温度设定值启动散热风扇，温度门限值可调；具备运行状态输出显示功能，可通过显示屏进行电压、电流、温度等相关参数的实时显示；具备通讯功能，在通讯模块9中选用RS485。

5、结构标准化程度高，满足电力和通信行业的结构标准，同时在用模块化设计，从系统上考虑储能电源模块1化设计，简化安装工作，提高集成效率。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种家用储能系统，其特征在于，包括：储能电源模块、逆变器、用于控制光伏充电的光伏控制器、用于控制市电充电的充电机和若干继电器；

所述储能电源模块通过所述逆变器与负载电性连接，且所述储能模块中包含有储能电池组，所述蓄电池组中包含有锂电池；

所述继电器包含有连接在逆变器和储能电源模块之间的第三继电器、连接在交流电压输入端和充电机之间的第一继电器、连接在直流电压输入端和光伏控制器之间的第二继电器；

所述逆变器上包含有供电模式选择模块、用于对负载供电模式自动切换的控制芯片，所述供电模式选择模块中设置有储能系统供电优先模式和市电供电优先模式，所述控制芯片上设置有与充电机相连接的市电充电模块和用于检测负载连接、蓄电池电压和市电状况检测的检测模块，所述控制芯片根据检测模块检测到的数据，从而控制第一继电器和第二继电器的闭合。

2.根据权利要求1所述的家用储能系统，其特征在于，所述逆变器的连接端还包含有显示装置，所述显示装置与逆变器之间电性连接；所述显示装置和逆变器之间还连接有用于将检测模块检测到的数据进行发送的通讯模块。

3.根据权利要求1所述的家用储能系统，其特征在于，所述储能电源模块和逆变器之间还连接有短路保护模块。

4.根据权利要求3所述的家用储能系统，其特征在于，所述短路保护模块中设置有若干熔断器。

5.根据权利要求1所述的家用储能系统，其特征在于，所述储能电源模块和逆变器之间还连接有传感器模块，所述传感器模块与所述控制芯片相连接，传感器模块采集电路上的数据，并将数据传输给控制芯片，从而控制接触器的断开。

6.根据权利要求5所述的家用储能系统，其特征在于，所述传感器模块中包含有用于控制外部的散热装置开关的若干温度传感器。

7.一种家用储能系统控制方法，其特征在于，包含以下操作步骤：

选择步骤：选择储能系统供电优先模式或市电供电优先模式中的一种；

启动步骤：将家用储能系统接通电源，把控制芯片设置为主控制芯片，同时闭合第三继电器；

检测步骤：将检测模块中的蓄电池电压比较值设定为固定值，通过检测模块对负载端的负载工作、蓄电池组电压进行检测，并且将检测到的数值传送至控制芯片；

控制步骤：控制芯片通过检测模块检测到的数值，选择控制闭合第一继电器和/或第二继电器。

8.根据权利要求7所述的家用储能系统控制方法，其特征在于，所述检测步骤中蓄电池电压的检测为实时检测。

9.根据权利要求7所述的家用储能系统控制方法，其特征在于，所述检测步骤中还包含有检测模块对蓄电池组是否达到充满状态的检测。

10.根据权利要求7所述的家用储能系统控制方法，其特征在于，所述检测步骤中还包含有检测模块对市电连接状况的检测。