CN106655273A - 一种智能混合储能供电终端 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种智能混合储能供电终端，其包括控制器、直流功率驱动板、第一采样单元、第一输入接口以及用电切换开关。其中所述第一输入接口用于接入外部直流输入，所述第一采样单元对所述直流输入进行采样并将采样信息传给所述控制器，所述控制器根据所述采样信息得知直流输入类型，进而控制所述直流功率驱动板调整为相应功能以将所述直流输入存储到储能单元内。所述控制器还控制所述用电切换开关，使得所述用电切换开关能根据需要有选择的连通家庭用电侧和交流电网侧，使得所述储能单元存储的电能能够向家庭用电侧进行供电，或者所述交流电网侧向所述储能单元供电存储。

Description

一种智能混合储能供电终端

技术领域

本发明属于电力设备领域，尤其是，其中涉及的一种既能进行电能储能，又能将储备电能输出供电的电力终端装置。

背景技术

随着社会的发展，人类对能源的需求越来越高。而由于化石能源的消耗会对环境产生致命的影响，因此，人类对清洁能源的渴求日益强烈。常见的清洁能源有风能、太阳能以及地热能等等。

然而，对于清洁能源的实际采集，存在着或多或少的缺点。例如，风力发电不稳定，不能及时上网；亦或者某个区域的风能、太阳能过剩，无法输出到用户用电区域。

另外，对于地热能、风能以及太阳能采集的选址，都是需要大规模的能源富集区域。并且，当前的建设方法依然按照区域采集，集中逆变上网的方法，这就造成了小区域能源无法收集，效率低下。而若是建设大量的厂房，则会占用大量场地。

同时普通用户家庭依然只是作为电能的消耗者，无法参与到电能生产环节。而且电能生产者与消耗者距离遥远，多采用主电网----分支的结构，如此，造成主电网线路浪费，区域负荷居高不下。

对此，业界推出了储能终端来尝试解决这一问题。但目前的储能终端，大多功能单一，如中国专利申请第201510661144.6号揭示的EPS、UPS、或者太阳能充电器，多为工业使用以确保供电，普通家庭用户鲜有布置。即便是充放电一体机，如中国专利申请第201520838918号所揭示的，其内部也是由多个独立的设备拼装而成，其包括单独的充电、放电系统，安装复杂，价格高昂，储能/放电损耗高，经济价值低。

进一步的，从现有设备来看，可以进行电能储能的设备，电能方向单一。如中国专利申请第200720148300号所揭示的，电能只能由太阳能电池板采集，通过单独的充电器向电池充电，再通过逆变器送到电网上。当太阳能不能充满电池时，不能将电网上富余的电能反向存储起来。

或者，是能联网使用但不能进行电能储能的设备，如中国专利申请第200910180542、201520838918号所揭示的，只能实现用电设备联网，数据采集，简单的通讯，但是不能储能。对于这种设备，首先，其充放电电路效率低，降低了太阳能转化效率；其次，其上网需要单独的计算机，系统整体耗电高，结构冗余，体积庞大，如果天气不好，太阳能发的电可能都不能保证计算机的正常使用。

而且，以上提到的这些举例性的系统，只能接驳太阳能，不支持其他可收集的清洁能源，供给能量选择单一，而且为维持自身系统运转所需的电能消耗大。

因此，确有必要开发一种新型的智能混合储能供电终端，来克服现有技术中的缺陷。

发明内容

本发明的目的在于提供一种智能混合储能供电终端，其能够直接吸收由多种类型清洁能源采集设备输出的直流电能并能将其储存，同时又可离网、并网控制。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种智能混合储能供电终端，其包括控制器、直流功率驱动板、第一采样单元、第一输入接口以及用电切换开关。其中所述第一输入接口用于接入外部直流输入，所述第一采样单元对所述直流输入进行采样并将采样信息传给所述控制器，所述控制器根据所述采样信息得知直流输入类型，进而控制所述直流功率驱动板调整为相应功能以将所述直流输入存储到储能单元内。所述控制器还控制所述用电切换开关，使得所述用电切换开关能根据需要有选择的连通家庭用电侧和交流电网侧，从而使得所述储能单元存储的电能能够向所述家庭用电侧进行供电，或者所述交流电网侧向所述储能单元供电存储。

进一步的，在不同实施方式中，其中所述直流功率驱动板采用DC-DC的方式，所述控制器通过PWM信号控制所述直流功率驱动板。

进一步的，在不同实施方式中，其还包括功率变压器、功率驱动板和第二采样单元，其中所述第二采样单元对通过所述用电切换开关进入所述功率变压器的交流电进行采样并将采样信息传给所述控制器，所述控制器根据所述采样信息控制所述功率驱动板，使其对经由所述功率变压器处理后的低压交流信号进行整理，从而将其存储到所述储能单元中。

进一步的，在不同实施方式中，其中所述控制器还连接有第三采样单元，其能够分别对所述直流功率驱动板和功率驱动板进行电压电流采样，并将采样信息反馈给所述控制器。

进一步的，在不同实施方式中，其中所述功率驱动板是通过BOOST原理将所述功率变压器对所述交流电网侧提供的交流电进行降压变换处理后得到的低压交流信号进行整流。

进一步的，在不同实施方式中，其中所述功率驱动板为全桥结构，其能够将所述控制器输出的互补SPWM小信号转换成用于驱动所述功率变压器的带有功率的低压交流信号。

进一步的，在不同实施方式中，其中所述控制器还连接有交流相位捕捉单元，其通过对所述交流电网侧的市电信号的采集放大，输出与市电同步的脉冲信号，供并网使用。

进一步的，在不同实施方式中，其中所述控制器包括STM32或DSP高性能处理器，用于对各种信号进行采集、处理，实现整个所述终端的逆变、充电控制。

进一步的，在不同实施方式中，其中所述终端还结合有ARM架构的嵌入式系统，其控制器通过USB与所述嵌入式系统进行数据交换。

进一步的，在不同实施方式中，其中所述终端通过所述嵌入式系统，来实现联网功能、数据存储功能以及外部数据交互功能。

进一步的，在不同实施方式中，其中所述储能单元可以是所述供电终端的一部分，但也可以是独立设置，通过连线与所述终端连接。所述储能单元具体可以是电池组，例如，由铅蓄电池或是锂电池构成的带有保护功能的阵列电池组；但不限于。

相对于现有技术，本发明的有益效果是：本发明涉及的一种智能混合储能供电终端，其能对多种不同类型清洁能源的直流输入进行储能，并能远程控制；同时将交流逆变与直流充电作为一个控制整体，使得存储的电能能够输出利用到家庭用电侧，同时当交流电网侧存在多余电能时，还能将其存储以备后用。且其高度集成，内部系统配合紧凑，从而使得系统内部组件之间的传输损耗减小，有效的提高了转换效率，同时稳定可靠。

另外，所述终端结合ARM架构的嵌入式系统，由于其系统的联网采集控制采用ARM架构，去除掉现有低速485、CAN链路层，去除掉额外的单独数据采集器，减少其他设备投入成本，从而减少了控制监控系统的自身损耗。且，所述终端还能减少对设备安装位置的限制，只要有电能产生的位置，有网络信号，结合了嵌入式系统的所述终端即可上网，参与到分布式系统中。

同时所述终端结合嵌入式系统作为软件载体，可以运行各种操作系统，软件开发兼容性强，每个厂家或者搭建能源电力采集的个体均可开发自主软件，免于开发新的硬件，减少社会整体资源重复消耗。

附图说明

图1是本发明的一个实施方式提供的一种智能混合储能供电终端的逻辑结构图。

具体实施方式

以下将结合附图和实施例，对本发明涉及的一种智能混合储能供电终端的技术方案作进一步的详细描述。

请参阅图1所示，本发明的一个实施方式提供了一种智能混合储能供电终端，其包括第一输入接口1、第一采样单元3、控制器5、直流功率驱动板7、用电切换开关2、第二采样单元4、功率变压器6以功率驱动板8。

其中所述第一输入接口1用于接入外部直流输入，其具体可以是由采集到的清洁能源所转化来的直流输入，例如，风能、太阳能等等。所述第一采样单元3对所述直流输入进行采样并将采样信息传给所述控制器5，所述控制器5根据所述采样信息得知直流输入类型进而控制所述直流功率驱动板7调整为相应功能以将所述直流输入存储到储能单元9内。

其中所述直流功率驱动板7采用同步DC-DC方式，所述控制器5通过输出的PWM信号控制所述直流功率驱动板7，进而将直流输入侧的电能存储到所述储能单元内9。

所述储能单元9，其可以是所述供电终端的一部分，也可以独立存在，通过接线连接所述终端。所述储能单元，具体可以是电池组，例如，由铅蓄电池或是锂电池构成的带有保护功能的阵列电池组，电压可以是48V，但不限于。

进一步的，所述用电切换开关2用于切换所述终端与家庭用电侧、交流电网侧的连通情况。所述控制器5控制所述用电切换开关2，使得所述用电切换开关能根据需要有选择的连通家庭用电侧和交流电网侧。

其中所述第二取样单元4用于将进入所述功率变压器6的交流电压电流进行放大，处理。所述功率变压器6可以将所述功率驱动板8输出低压交流功率信号变换成高压功率信号，又可以将经过电压电流取样的交流市电变换成低压交流功率信号。

所述功率驱动板8为全桥结构，既可以将高性能处理器输出的互补SPWM小信号转换成可以驱动功率变压器的带有功率的低压交流信号；又可以通过BOOST 原理将所述功率变压器6对交流电网输入的交流电降压变换后的低压交流信号进行整流，从而对所述储能单元9输入电能。

所述控制器5还连接有交流相位捕捉单元10，其通过对市电信号的采集放大，输出与市电同步的脉冲信号，供并网使用。所述控制器5还连接有第三采样单元12，其可以分别对所述直流功率驱动板7和功率驱动板8进行电压电流采样，并将采样信息反馈给所述控制器5。所述控制器5具体可以采用STM32或DSP等高性能处理器，用于对各种信号进行采集，实现逆变，充电控制。

以下将结合本发明涉及的所述终端的具体使用过程，对本发明做进一步的描述。

1、逆变工作方法：所述储能单元的电池组9通过被所述控制器5以SPWM驱动所述功率驱动板8变换成±24V的交流信号，通过所述功率变压器6低压绕组—高压绕组变换成220V市电标准，再经过所述第二采样单元4变换到220V/50Hz。其中所述第二采样单元4的信号会反馈给所述控制器5，使其能实时调节，保证输出220V电压，频率稳定；且功率输出电压与电流的乘积峰值在设备设计范围内。

1.1、并网同步逆变输出：在所述终端断开电网的情况下，开启逆变输出，电压跟随市电网电压，此时所述终端输出的正弦信号处在自由运行的状态。所述控制器5通过所述交流相位捕捉单元10捕捉计算市电与所述终端输出的正弦信号的相位差a，主动微调输出频率（例如49Hz），其中当a=0时，输出与市电相同的频率。此后的时间，所述控制器5输出的SPWM信号被动跟踪从所述交流相位捕捉单元10输出的触发，从而实现并网输出。

2、通过市电充电的方式：所述用电切换开关2将所述终端并入所述交流电网，其市电信号经过所述第二采样单元4进入所述功率变压器6的高压绕组，其低压绕组输出±24V的电压信号，所述功率驱动板8的上桥臂关闭，下桥臂对24V进行boost升压整流，所述控制器5通过对所述第二取样单元4和第三采样单元12获得的电压电流信息计算，实现所述交流电网侧对所述储能单元9电池组的充电流程。

3、直流充电方式：若所述终端用户选择第一输入端口1接入的直流输入为太阳能，则所述终端采用MPPT最大功率点跟踪的方法，达到太阳能最大效率输入；若第一输入端口1的直流输入类型为稳定直流输入，则根据对所述储能单元9电池组的设定，选择标准充电曲线预充(可选)-恒压-横流-涓流 模式充电。通过对所述储能单元电池的类型以及组合方式的选择，所述控制器5对电压、电流进行优化。其中所述控制器5根据所述第一采样单元的反馈信息进行电压电流控制。

4、混合充电方式：其为所述交流电网侧和所述第一输入端口1侧同时对所述储能单元9电池组充电；举例来讲，所述储能单元9电池组的允许充电电流为10A，所述控制器5控制所述功率驱动板8根据系统设定进行最大5A的MPPT充电，按照所述第一采样单元3的反馈信息进行电压电流控制。并且允许所述交流电网侧充电时，侧按照上述方式2进行补充5A电流，通过第三采样单元12进行交流侧控制。

进一步的，所述终端可结合操作系统进行操作。例如，在一个实施方式中，所述终端结合有一ARM架构的嵌入式系统20，其控制器5通过USB与所述嵌入式系统20进行数据交换。其中所述嵌入式系统20包括ARM SOC和周边器件内存、FLASH、USB-HUB、网络接口、无线网络接口、2G/3G/4G无线接口、USB DEVICE接口、喇叭、SATA硬盘和专有密钥接口等等，具有可扩展性。

所述嵌入式系统20还可以连接有显示器（未图示），其可以接收来自所述嵌入式系统的显示指令，显示相应的内容。所述显示器可具有触摸操作功能，以便输入外界指令。所述终端的用户可以通过所述显示器进行各种系统参数设定，例如，基本参数：市电频率、电压、是否允许逆变上网、电池类型；控制策略：MPPT、SVPWM、SPWM、允许从交流电网储能、允许从直流输入储能、允许二者同时储能等等，由于参数众多，此处不在一一描述。

例如，在一个实施方式中，所述终端用户通过所述显示器可以选择第一输入端口1直流输入的类型，所述控制器5通过读取所述第一输入端口1的类型的设定，来相应选择驱动所述直流功率驱动板6的控制方法。当然，在其他实施方式中，所述显示器的输入功能可以由鼠标、键盘所代替。

所述终端结合了所述嵌入式系统可进一步的实现以下功能：

1、用户交互功能：所述终端用户通过操作带有触摸功能的显示器输入指令，所述嵌入式系统通过图形界面进行相应的反馈，从而实现所述终端与操作用户之间的数据交互。

2、数据联网功能：所述嵌入式系统可以通过内置的联网功能：有线/无线网络，或是2/3/4G网络上网，接受来自服务器的消息，或者策略。

3、数据记录功能：所述嵌入式系统通过USB与所述控制器5进行数据交互，其中所述终端涉及的所有数据、状态改变均会被记录到所述嵌入式系统内部的硬盘中。

4、并网后孤岛效应的消除功能：主供电系统通过网络通知所述嵌入式系统断开对交流电网侧的输出，所述嵌入式系统控制所述控制器5实现以下功能：

4.1、通过所述用电切换开关2断开所述终端与市电网的连接；

4.2、按照所述终端用户设定是否保持家庭用电侧供电情况，并且所述嵌入式系统还可通过扬声器发出相应的声音，来提醒用户。

本发明涉及的一种智能混合储能供电终端，其能对多种不同类型清洁能源的直流输入进行储能，并能远程控制；同时将交流逆变与直流充电作为一个控制整体，使得存储的电能能够输出利用到家庭用电侧，同时当交流电网侧存在多余电能时，还能将其存储以备后用。且其高度集成，内部系统配合紧凑，从而使得系统内部组件之间的传输损耗减小，有效的提高了转换效率，同时稳定可靠。

另外，所述终端结合ARM架构的嵌入式系统，由于其系统的联网采集控制采用ARM架构，去除掉现有低速485、CAN链路层，去除掉额外的单独数据采集器，减少其他设备投入成本，从而减少了控制监控系统的自身损耗。且，所述终端还能减少对设备安装位置的限制，只要有电能产生的位置，有网络信号，结合了嵌入式系统的所述终端即可上网，参与到分布式系统中。

同时所述终端结合嵌入式系统作为软件载体，可以运行各种操作系统，软件开发兼容性强，每个厂家或者搭建能源电力采集的个体均可开发自主软件，免于开发新的硬件，减少社会整体资源重复消耗。

本发明的技术范围不仅仅局限于上述说明中的内容，本领域技术人员可以在不脱离本发明技术思想的前提下，对上述实施例进行多种变形和修改，而这些变形和修改均应当属于本发明的范围内。

Claims (10)

1.一种智能混合储能供电终端；其特征在于，其包括控制器、直流功率驱动板、第一采样单元、第一输入接口以及用电切换开关；其中所述第一输入接口用于接入外部直流输入，所述第一采样单元对所述直流输入进行采样并将采样信息传给所述控制器，所述控制器根据所述采样信息得知直流输入类型进而控制所述直流功率驱动板调整为相应功能以将所述直流输入存储到储能单元内；所述控制器还控制所述用电切换开关，使得所述用电切换开关能根据需要有选择的连通家庭用电侧和交流电网侧，从而使得所述储能单元存储的电能能够向所述家庭用电侧进行供电，或者所述交流电网侧向所述储能单元供电存储。

2.根据权利要求1所述的一种智能混合储能供电终端；其特征在于，其中所述直流功率驱动板采用DC-DC的方式，所述控制器通过PWM信号控制所述直流功率驱动板。

3.根据权利要求2所述的一种智能混合储能供电终端；其特征在于，其还包括功率变压器、功率驱动板和第二采样单元，其中所述第二采样单元对通过所述用电切换开关进入所述功率变压器的交流电进行采样并将采样信息传给所述控制器，所述控制器根据所述采样信息控制所述功率驱动板，使其对经由所述功率变压器处理后的低压交流信号进行整理，从而将其存储到所述储能单元中。

4.根据权利要求3所述的一种智能混合储能供电终端；其特征在于，其中所述控制器还连接有第三采样单元，其能够分别对所述直流功率驱动板和功率驱动板进行电压电流采样，并将采样信息反馈给所述控制器。

5.根据权利要求3所述的一种智能混合储能供电终端；其特征在于，其中所述功率驱动板是通过BOOST原理将所述功率变压器对所述交流电网侧提供的交流电进行降压变换处理后得到的低压交流信号进行整流。

6.根据权利要求3所述的一种智能混合储能供电终端；其特征在于，其中所述功率驱动板为全桥结构，其能够将所述控制器输出的互补SPWM小信号转换成用于驱动所述功率变压器的带有功率的低压交流信号。

7.根据权利要求1所述的一种智能混合储能供电终端；其特征在于，其中所述控制器还连接有交流相位捕捉单元，其通过对所述交流电网侧的市电信号的采集放大，输出与市电同步的脉冲信号，供并网使用。

8.根据权利要求1所述的一种智能混合储能供电终端；其特征在于，其中所述控制器包括STM32或DSP高性能处理器，用于对各种信号进行采集、处理，实现整个所述终端的逆变、充电控制。

9.根据权利要求1所述的一种智能混合储能供电终端；其特征在于，其中所述终端还结合有ARM架构的嵌入式系统，其控制器通过USB与所述嵌入式系统进行数据交换。

10.根据权利要求9所述的一种智能混合储能供电终端；其特征在于，其中所述终端通过所述嵌入式系统，来实现联网功能、数据存储功能以及外部数据交互功能。