CN105122574B - 充电系统及其充电操作方法、mpp跟踪方法的充电应用 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种具有蓄电池(5)的充电系统，一种用于为蓄电池(5)充电的MPP跟踪方法的应用，以及一种用于借助于充电系统为蓄电池(5)充电的方法，其中，充电系统具有电源、变流器和整流器(4)，其中，由电源提供和/或驱动的电流被输入反向变流器(2)的直流电压侧的接头中，其中，反向变流器(2)具有能通过脉冲宽度调制方式操控的半导体开关以用于产生输出侧的交流电压，其中，输出侧的交流电压供给整流器(4)，其输出侧的、尤其是经过整流的电压作为用于蓄电池(5)的充电电压起作用和/或生效，其中，在变流器中布置了用于检测反向变流器(2)的输出电流的部件，尤其是其中，输出电流的有效值对应于变流器的充电电流，其中，变流器的限流部件把反向变流器(2)的输出电流限制到这样一种电流值，使得充电功率、即充电电压和充电电流的乘积被调节到最大值。

Description

充电系统及其充电操作方法、MPP跟踪方法的充电应用
技术领域
本发明涉及一种具有蓄电池的充电系统，一种用于为蓄电池充电的MPP跟踪方法的应用，以及一种用于借助于充电系统为蓄电池充电的方法。
背景技术
众所周知，在利用太阳能模块的光伏设备中，能提供直流电压。为了对如此说明的能量源进行缓冲，可使用蓄电池，其中，在蓄电池充电时，可使用充电器。
发明内容
因此，本发明的目的在于，改进一种蓄能器系统。
根据本发明，该目的通过根据如下具有蓄电池的充电系统、如下用于为蓄电池充电的MPP跟踪方法的应用和如下用于借助于充电系统为蓄电池充电的方法实现。
在具有蓄电池的充电系统中，本发明的重要特征是，充电系统具有电源、变流器(即，变换器)和整流器，
其中，由电源提供和/或驱动的电流被输入反向变流器的直流电压侧的接头中，
其中，反向变流器具有能通过脉冲宽度调制方式操控的半导体开关以用于产生输出侧的交流电压，
其中，输出侧的交流电压供给整流器，其输出侧的、尤其是经过整流的电压作为用于蓄电池的充电电压起作用和/或生效，
其中，在变流器中布置了用于检测反向变流器的输出电流的部件，尤其是其中，输出电流的有效值对应于变流器的充电电流，
其中，输出侧的交流电压作为调节参量对调节器来说是已知的，尤其是被直接或间接地检测，
其中，变流器的限流部件把反向变流器的输出电流限制到这样一种电流值，使得充电功率、即充电电压和充电电流的乘积被调节到最大值，
尤其是其中，变流器的限流部件把反向变流器的输出电流限制到一电流值，以及变流器的信号电子装置的MPP跟踪器如此设定该电流值，使得充电功率、即充电电压和充电电流的乘积被调节到最大值。
这样做的优点是，工业上常见的驱动变流器，尤其是用于三相交流电机的供给的带电压的变流器能用作用于蓄电池的充电控制器。因为变流器的输出电压被调节到作为充电电压必要的值且检测变流器的输出电流。因此可确定的充电功率在电流值方面被调节到最大值，所述电流值由信号电子装置预定为限流值。
在此，以小的幅度增大或减小限流值，以及确定随后分别设定的充电功率。相应下一个限流值被如此选择，使得限流值改变至这样一种值，从而功率达到其最大值或者至少极其接近该最大值。
此外有利的是，当反向变流器的直流电压侧的接头处的电压小于充电电压时，能够对蓄电池充电。通过设置相应的感应率能实现这一点。
在一个有利的设计方案中，电源是太阳能模块或太阳能模块布置结构，其中，由电源提供的直流电压被输入变频器的中间电路中。在此有利的是，能通过变流器实现调节到充电功率的最大值，即不必直接检测电源的输出电流以及输出电压。因此，利用电动机用的工业上常见的驱动变流器甚至能执行对蓄电池来说最佳的充电调节，因为输出电流的检测和输出电压的确定在变流器中被一体化，且因此能够在没有特殊的额外花费的情况下实现充电调节。对驱动变流器来说，也就得到了一种新的应用可能性，即用作蓄电池用的充电调节装置。
在一个有利的设计方案中，电源是发电机，其中，由电源提供的交流电压供给变频器的整流器，其直流电压侧的输出供给变频器的中间电路。在此有利的是，对风力发电厂来说同样可实现借助于驱动变流器进行蓄电池的充电调节。
在一个有利的设计方案中，交流电压是三相电压，且整流器分别设计为用于三相电压的整流器。在此有利的是，在电流大时，提供经过整流的尽可能小得下降的电压用作蓄电池的充电电压。
在一个有利的设计方案中，设置了用于确定充电电压的部件，该部件尤其是设置在蓄电池上，或者由中间电路电压和脉冲宽度调制比例确定输出电压和/或尤其通过由直流电压侧的接头处的电压和脉冲宽度调制比例、尤其是通过乘法确定充电电压来使得用于确定反向变流器的直流电压侧的接头处的电压的部件和用于确定脉冲宽度调制比例的部件一起用作用于确定充电电压的部件。在此有利的是，实现了简单地确定充电电压。
在一个有利的设计方案中，反向变流器的输出侧的交流电压被调节到与预定的充电电压值对应的值。在此有利的是，能调节对蓄电池的充电来说最佳的值。
在一个有利的设计方案中，充电电压高于在反向变流器的直流电压侧的接头处的电压。在此有利的是能设置相应的感应率，并进而甚至在没有特殊花费的情况下可以执行电压适配。为此优选设置了具有相应设置的感应率的输出滤波器。
在用于蓄电池的充电的MPP跟踪方法的应用中，重要的特征是，通过脉冲宽度调制方式操控的反向变流器对蓄电池充电，所述反向变流器由电源供给，
其中，反向变流器的输出电流被限制到这样一种电流值，使得充电功率、即充电电压和充电电流的乘积，尤其是在电流值方面被调节到最大值，
尤其是其中，当不超过上述电流极值时，如此调节反向变流器的输出电压，使得蓄电池由预设的充电电压供给，
尤其是其中，充电电压借助于反向变流器的输出电压的整流以及滤波产生。
在此有利的是，用于电动机的转速调节的驱动变流器能用于光伏-供给的蓄电池-充电系统中的充电调节。在此，变流器仅需要在驱动变流器中本身就存在的对输出电流的检测和对输出电压的确定。在此，电压的检测直接在输出端进行或者直接布置在变流器的中间电路处，即反向变流器的直流电压侧的接头处。在后一种情况下，在考虑用于反向变流器的半导体开关的操控信号的相应的脉冲宽度调制比例的情况下，检测到的电压值被换算。
在用于借助于充电系统为蓄电池充电的方法中，重要的特征是，充电系统具有电源、变流器和整流器，
其中，由电源提供和/或驱动的电流被输入反向变流器的直流电压侧的接头中，
其中，反向变流器的半导体开关通过脉冲宽度调制方式操控以用于产生反向变流器的输出侧的交流电压，
其中，输出侧的交流电压被整流且输出侧的、尤其是经过整流的电压作为用于蓄电池的充电电压起作用和/或生效，
其中，检测反向变流器的输出电流，尤其是在变流器中，尤其是其中，输出电流的有效值对应于变流器的充电电流，
其中，把反向变流器的输出电流限制到这样一种电流值，使得充电功率、即充电电压和充电电流的乘积被调节到最大值。
在此有利的是，能实现驱动变流器的一种新型应用。此外，最佳地充分利用供电的光伏设备、尤其是供电的太阳能模块。
由从属权利要求得到其它优点。本发明不局限于权利要求的特征组合。对本领域技术人员来说，尤其从提出的任务和/或通过与现有技术比较设置的任务，得到了权利要求和/或各个权利要求特征和/或说明书的特征和/或附图的其它有意义的组合可能性。
附图说明
在此根据附图进一步描述本发明：
图1示出了根据本发明的系统的示意性结构。
具体实施方式
在此，太阳能模块1，尤其是光伏模块供给变频器的反向变流器、尤其是中间电路的直流电侧的供电。
在此，反向变流器包括可操控的半导体开关，所述半导体开关布置在半桥中，从而在输出侧，即在其交变电流侧的接头处能产生交流电压、尤其是三相电压。在此设置三个半桥，所述半桥分别由两个串联的半导体开关组成。信号电子装置产生了经脉冲宽度调制的操控信号，所述操控信号分别被输入半导体开关。脉冲宽度调制频率优选具有1kHz和20kHz之间的值。产生的交流电压优选基本上为正弦形。
由反向变流器产生的交流电压通过滤波器、尤其是包括感应率的滤波器输入整流器4，由整流器为蓄电池5供给。
因此，由太阳能模块1产生的直流电压借助于反向变流器2，尤其是借助于通过脉冲宽度调制方式运行的半导体开关能转换为三相电压，所述三相电压通过滤波器3和整流器4输入蓄电池5。三相电压优选为正弦形且三相电压的三个相位相对彼此具有约120°或240°的相位移。
在通过滤波器3进行滤波后，尤其是低通滤波后，以及在借助于整流器4进行整流后，把如此产生的电压用于为蓄电池5充电。
工业上常见的驱动变流器包括反向变流器，借助于所述驱动变流器的不同于上述用作蓄电池的充电器的应用能为电动机供给。
反向变流器设置在变频器的壳体中，在所述壳体中还布置了变频器的信号电子装置。信号电子装置还包括调节装置和/或控制装置。因此，由传感器检测的值可输入信号电子装置中，所述信号电子装置基于该值控制反向变流器。
如此构造变频器，使得检测到交流电压侧的输出电压U_A和交流电压侧泄漏的电流I_A。此外，同样检测到中间电路电压U_Z、即单极电压。
此外，变流器不仅具有反向变流器，而且还具有另一个整流器，当交流电流、尤其是三相电流在整流器的交流电压侧的接头处被输入整流器时，借助于整流器的直流侧的输出能以另一种用途供给中间电路。
即当变流器用作驱动变流器时，能够为交流电压侧的接头供给交流电流、尤其是供电网(例如公共供电网)的交流电压，例如为50Hz或60Hz。该如此输入的交流电压随后借助于整流器转换为单极电压并输入中间电路中，其中，由中间电路为反向变流器的半导体开关供电。
有利地，变流器要么可用作用于电动机的供电的驱动变流器，其通过这种方式能进行转速调节，要么备选地也可以用于太阳能模块1的电压转换和/或蓄电池的充电调节。
为了最佳地充分利用通过太阳能模块1产生的功率，在信号电子装置中由在变频器处检测到的交流电压侧的输出电压U_A和由交流电压侧泄漏的电流I_A通过两个检测到的值相乘来确定输出功率P_A，即P_A＝I_A*U_A。
输出电压U_A的检测有利地通过由检测到的中间电路电压的值和相应当前的脉冲宽度调制比例进行确定来进行。中间电路电压与脉冲宽度、即脉冲占空因数的乘积给出了对输出电压来说足够精确的值。然而在改进方案中也可以额外地使用修正表，以便实现确定的值的精细修正。
备选地，输出电压U_A的检测通过电压检测部件直接在变流器的输出端或者在蓄电池5的接头处进行。
变流器能够调节电压值，所述电压值处于零和中间电路电压(即反向变流器的直流电压侧的接头处的电压)之间。在输出侧在反向变流器上有利地提供了三相电压，所述三相电压通过整流器转换为充电直流电压。蓄能器、尤其也就是蓄电池在此非常有效地平滑。尽管如此，还可以在反向变流器的输出端和整流器的输入端之间布置滤波器、例如电源滤波器。三相电压系统的平滑在三相电流整流之后给出六倍高的剩余交流电压分量，因为三相电流整流借助于桥式整流器执行，所述桥式整流器具有三个二极管半桥。因此充电电压的脉动极小。
信号电子装置利用经脉冲宽度调制的信号如此操控反向变流器的半导体开关，即输出电压对应于蓄电池的充电电压。变流器的输出电流由信号电子装置的限流部件限制到值I_A。限流部件优选设置在信号电子装置的调节器中，其输出信号是可由反向变流器调节的输出电压U_A。
尽管在充电时预设了电压的调节值U_A，然而在充电过程的最初，在蓄能器未充电时电流极限值I_A的作用有限。仅在进行了一段时间充电之后，调节值U_A才是重要的。因此，在开始时可执行带电流的充电以及在结束时可执行带电压的充电，即CV方法。备选地也可以执行CC方法，其也就是仅由不同的带电流的方法组成。
此外，信号电子装置包括MPP跟踪器。该MPP跟踪器在每个时间段为限流部件如此预定相应的限流值I_A，即功率P_A被调节到其最大值。因此根据入射到太阳能模块上的日光，通过改变限流值I_A分别调节到最大功率，且蓄电池因此达到了用于蓄电池的最大可能的充电功率。
当充电电流不超过限流值时，反向变流器的输出侧的交流电压被调节到与预定的充电电压值、尤其是蓄能器的充电结束电压对应的值。
有利地，在蓄电池5充电时使用MPP跟踪。这样做的优点是，由太阳能模块产生的电压向蓄电池的充电电压的电压转换在MPP跟踪时不必被加以考虑。此外，可使用工业上常见的驱动变流器，因为在这种驱动变流器中始终调节输出电压且检测变频器的输出电流。
在另一个根据本发明的实施例中，在信号电子装置中设置了额外的限流部件，所述限流部件把变频器的输出电流I_A限制到最大值，超过该最大值会导致蓄电池损毁。
在另一个根据本发明的实施例中，风力发电厂的发电机产生了交流电压，所述交流电压被输入变频器的另一个整流器中。所述另一个整流器产生单极电压，所述单极电压被输入中间电路，由该中间电路供给反向变流器，反向变流器通过滤波器3和整流器4为蓄电池供给。因此，替代由太阳能模块，也还能由风力发电厂为蓄电池充电。
附图标记列表：
1 太阳能模块，尤其是光伏模块
2 变频器，尤其是反向变流器
3 滤波器
4 整流器
5 蓄电池

Claims (17)

1.一种具有蓄电池的充电系统，
其中，充电系统具有电源、变频器和整流器，所述变频器包括反向变流器，
其特征在于，
由电源提供和/或驱动的电流被输入反向变流器的直流电压侧的接头中，
其中，反向变流器具有能通过脉冲宽度调制方式操控的半导体开关以用于产生输出侧的交流电压，
其中，输出侧的交流电压供给整流器，所述整流器的输出侧的、经过整流的电压作为用于蓄电池的充电电压起作用和/或生效，
其中，在变频器中布置了用于检测反向变流器的输出电流的部件，
其中，输出侧的交流电压作为调节参量对调节器来说是已知的，
其中，变频器的限流部件把反向变流器的输出电流限制到一电流值，以及变频器的信号电子装置的MPP跟踪器如此设定该电流值，使得充电功率、即充电电压和充电电流的乘积被调节到最大值，
其中，当充电电流不超过限流值时，反向变流器的输出侧的交流电压被调节到与预定的充电电压值对应的值。
2.根据权利要求1所述的充电系统，其特征在于，电源是太阳能模块或太阳能模块布置结构，其中，由电源提供的直流电压被输入变频器的中间电路中。
3.根据权利要求1所述的充电系统，其特征在于，电源是发电机，其中，由电源提供的交流电压供给变频器的整流器，所述变频器的整流器的直流电压侧的输出供给变频器的中间电路。
4.根据权利要求1所述的充电系统，其特征在于，交流电压是三相电压，且整流器设计为用于三相电压的整流器。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的充电系统，其特征在于，
设置了用于确定充电电压的部件，
或者用于确定反向变流器的直流电压侧的接头处的电压的部件和用于确定脉冲宽度调制比例的部件一起用作用于确定充电电压的部件。
6.根据权利要求1至3中任一项所述的充电系统，其特征在于，充电电压高于在反向变流器的直流电压侧的接头处的电压。
7.根据权利要求1所述的充电系统，其特征在于，反向变流器的输出电流的有效值对应于变频器的充电电流。
8.根据权利要求1所述的充电系统，其特征在于，输出侧的交流电压被直接或间接地检测。
9.根据权利要求4所述的充电系统，其特征在于，所述整流器为三相电流桥式整流器。
10.根据权利要求5所述的充电系统，其特征在于，用于确定充电电压的部件设置在蓄电池上。
11.根据权利要求5所述的充电系统，其特征在于，由直流电压侧的接头处的电压和脉冲宽度调制比例通过乘法来确定充电电压。
12.根据权利要求1所述的充电系统，其特征在于，所述预定的充电电压值是蓄电池的充电结束电压。
13.一种用于为蓄电池充电的MPP跟踪方法的应用，
其中，通过脉冲宽度调制方式操控的反向变流器对蓄电池充电，所述反向变流器由电源供给，
其中，反向变流器的输出电流被限制到这样一种电流值，使得充电功率、即充电电压和充电电流的乘积在电流值方面被调节到最大值，
其中，当充电电流不超过限流值时，调节反向变流器的输出电压以使得蓄电池由预设的充电电压供给。
14.根据权利要求13所述的用于为蓄电池充电的MPP跟踪方法的应用，其中，借助于对反向变流器的输出电压的整流来产生充电电压。
15.根据权利要求13所述的用于为蓄电池充电的MPP跟踪方法的应用，其中，借助于对反向变流器的输出电压的滤波来产生充电电压。
16.一种用于借助于充电系统为蓄电池充电的方法，
其中，充电系统具有电源和变频器，所述变频器包括反向变流器和整流器，
其特征在于，
由电源提供和/或驱动的电流被输入反向变流器的直流电压侧的接头中，
其中，反向变流器的半导体开关通过脉冲宽度调制方式操控以用于产生反向变流器的输出侧的交流电压，
其中，输出侧的交流电压被整流且输出侧的经过整流的电压作为用于蓄电池的充电电压起作用和/或生效，
其中，在变频器中，检测反向变流器的输出电流，
其中，把反向变流器的输出电流限制到这样一种电流值，使得充电功率、即充电电压和充电电流的乘积被调节到最大值，
其中，当充电电流不超过限流值时，将反向变流器的输出侧的交流电压调节到与预定的充电电压值对应的值。
17.根据权利要求16所述的方法，其中，反向变流器的输出电流的有效值对应于变频器的充电电流。
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