CN114007317A - 一种峰谷电储能灯及其控制方法 - Google Patents

一种峰谷电储能灯及其控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种峰谷电储能灯及其控制方法，所述储能灯包括主控部件、供电模块、电光源驱动模块、发光器件、储能模块、通信模块、外部传感模块、温度测量部件和散热降温部件；所述供电模块、外部传感模块、温度测量部件分别与主控部件相连；所述主控部件分别与电光源驱动模块、散热降温部件相连；所述主控部件与储能模块、通信模块互连；所述电光源驱动模块与发光器件相连；所述储能模块与供电模块相连，所述供电模块与外部供电开关互连，所述外部供电开关与主控部件相连。本发明通过开关通断或数据通信的方式对峰谷电储能灯进行初始授时，通过峰谷电时间策略，控制电光源的供电与后备电池的充电状态，解决了室内长明灯节能的问题。

Description

一种峰谷电储能灯及其控制方法
技术领域
本发明属于照明灯储能综合节能技术领域，具体地说是涉及一种峰谷电储能灯及其控制方法。
背景技术
随着社会发展，电力能源消耗越来越大，采用错峰用电成为了较为常用的用电管理行为。居民生活用电峰谷电，是在城市居民当中开展的一种新电价类别。它是将一天24小时划分成两个时间段，把8：00--22：00共14小时称为峰段，执行峰电价；22：00--次日8：00共10个小时称为谷段，执行谷电价；峰电价高于谷电价。城市各类建筑物的室内峰电照明需求与日俱增，地下车库24 小时照明、综合体商场日夜12小时以上的场景照明等情况用电量较多，针对这些照明需求如何节能，如何调节，是需要重点解决的问题。
另一方面，随着电池技术的发展，分散式存能成本逐日降低、LED发光功率能耗也交白炽灯大幅降低，这使得带有电池的应急照明灯具得到较大的发展，如CN210891127U公开的多种充电模式的便携式储能灯，CN208519638U公开的家用照明储能灯具、CN213146358U公开的储能灯等重点创新在灯具的结构与冷却散热等内容。但是对于储能灯大批量工程使用中的充电和供电控制创新较少，灯具中往往缺少时间管理特性和锂电池电池受温度影响的安全管理措施，无法有效适应峰谷电的管理特性，特别是没有通信功能的照明灯具如何实现授时与能源管理缺少方案。
发明内容
为了克服现有技术存在的不足，本发明提供了一种峰谷电储能灯及其控制方法，可以实现峰谷电储能照明功能，达到节能管理的目的。
本发明采用的技术方案为：
一种峰谷电储能灯，所述储能灯包括主控部件、供电模块、电光源驱动模块、发光器件、储能模块、通信模块、外部传感模块、温度测量部件和散热降温部件；
所述供电模块、外部传感模块、温度测量部件分别与主控部件相连；
所述主控部件分别与电光源驱动模块、散热降温部件相连；
所述主控部件与储能模块、通信模块互连；
所述电光源驱动模块与发光器件相连；
所述储能模块与供电模块相连，所述供电模块与外部供电开关互连，所述外部供电开关与主控部件相连。
作为优选，所述主控部件包括处理控制器、通断计数模块、时钟计时模块、充放电管理模块、供电控制模块、发光模式控制模块；
所述通断计数模块、时钟计时模块、发光模式控制模块、供电控制模块、充放电管理模块分别与处理控制器相连；
所述供电控制模块分别与充放电管理模块、散热降温部件、电光源驱动模块相连；
供电模块的直流输出和储能模块经主控部件的充放电管理模块的直流输出与供电控制模块相连；
所述处理控制器上设有通信接口和传感接口。
作为优选，供电模块配置有内置供电选择开关、交流直流转换器、直流交流逆变器、直流降压器、直流升压器；
所述储能模块通过内置供电选择开关将直流交流逆变器、直流升压器与外部供电开关相连；所述外部供电开关通过内置供电选择开关与交流直流转换器、直流降压器相连，所述交流直流转换器、直流降压器与主控部件相连；所述外部供电开关还通过通断计数模块、通信模块与主控部件相连；
所述温度测量部件通过主控部件与散热降温模块相连。
供电模块兼容交流供电或直流供电两种输入输出形式；交流供电时，供电模块配置交流直流转换器作为输入和直流交流逆变器作为输出；直流供电时，供电模块配置直流降压器作为输入和直流升压器作为输出。
作为优选，发光器件由状态灯和6000K～2000K色温的照明灯两部分构成；所述状态灯为单色、多色或数字显示的一种或两种的组合。
本发明还提供了上述储能灯的的控制方法，包括下述步骤：
(1)打开外部供电开关，灯亮后等待n秒，n>5，储能灯进入运行状态；
(2)在运行状态下，按照不大于T1时间间隔，连续操作开关通断m次，状态灯进入连续闪烁状态，闪烁速度S1，灯进入初始时间设置状态；其中，T1 为0.1秒～2秒，m为3～10次，S1为3次/秒～9次/秒；
进行当前时刻整数值N设置：
方法1：按12小时取值，N分解为N1、N2；N1取值为1、2，其中1代表上午时间，2代表下午时间；对应N2取值为1～12中的整数值；
方法2：按24小时取值，按公式N＝N1×N2进行分解；N1取值1、2、3，其中1为0～8点钟，2为9～16点钟，3为17～24点钟，对应N2取值为1～8 中的整数值；
(3)在初始时间设置状态下，按照不大于T2时间间隔，连续操作开关，按第一序位数N1进行通断，通断操作完毕后等待t时间，灯停止闪烁、常亮，再等待t时间，进入连续闪烁第二状态，闪烁速度S2；其中，T2为0.1秒～2 秒，t为2秒～5秒，S2为10次/秒～20次/秒；
(4)在连续闪烁第二状态，按照不大于T2时间间隔，连续操作开关，按第二序位数N2进行通断，通断操作完毕后等待t时间，灯停止闪烁、长亮，完成设置，主控部件记录当前时刻值；
(5)主控部件按初始设定的时刻值，计算并设置峰谷电时间周期；
(6)在初始时间设置状态下，按照不大于T3时间间隔，连续操作开关通断x次，进入时间查询状态，储能灯按S3频次闪烁示意当前时刻整数值N次，间隔t0时间、反复y次，t1时间后恢复长亮；其中，T3为0.1秒～2秒，x为 3～10次，S3为2次/秒～5次/秒，t0为2～5秒，y为3～5次，t1>5秒。
上述授时(控制)操作过程在灯具生成出厂时进行个体或批量授时，也可以在实际应用中，灯具安装后，再通过人工手动控制开关进行个体或批量授时。
使用中为便于区别显示灯具状态，作为优选，发光器件的发光模式控制类型包括闪烁模式、稳定模式、调光模式；闪烁模式用于控制设定，闪烁频率可调；稳定模式用于日常照明；调光模式包括减光模式和增光模式，用于传感节能；
峰电时段储能模块的储能电池电量小于10％时，控制彩色状态灯发光，或通过通信模块向外发送状态信息，示意谷电时段充电量小于峰电时段用电量；
在多灯群控时，当部分灯储能模块的储能电池耗尽时，通过通信协同控制市电回路开关，并控制其他储能电池向相关回路放电，实现储能灯之间的电能互补。
作为优选，时钟计时设置的方法为：由开关通断电方式设定时钟或由通信模块接收外部信息设定时钟的一种或两种的组合形式。
作为优选，温度测量部件监测到储能模块的储能电池的运行温度升高时，由主控部件控制开启散热降温部件，根据反馈温度值变化，减小充电电流，达到异常值时关闭充电电流。
作为优选，采用通信模块控制的储能灯设有唯一性设备编码UUID，编码由生产厂名代码、型号码、序号码组成，外部通信控制与多灯互操作时按 UUID进行寻址。
作为优选，储能电池的总功率是发光器件总功率的2倍以上，且充电电流大于发光器件用电的耗电电流2倍以上；实现在小于8小时的充电时间内充满的电量能够满足16小时以上照明放电应用；具体充放电策略为：谷电时间，外部电源同时供给发光器件发光和储能电池充电，峰电期间，断开外部电源，由储能电池放电给发光器件发光。
发光器件发光(照明供电)与储能电池充电控制依据峰谷电时钟计划执行，峰电时段照明由储能电池供电，谷电时段照明(外部电源)供电。
本发明可以用于各类长期照明的灯具，本发明具有的有益效果在于：
(1)解决了灯具峰谷电应用不同能源供电的节能问题；
(2)解决了没有通信模块下的灯具授时与时间计算的问题；
(3)解决了批量灯在统一授时的问题。
附图说明
图1是本发明峰谷电储能灯的原理框图；
图2是本发明峰谷电储能灯主控部分的原理框图；
图3是本发明供电模块的原理框图；
图4是本发明授时控制的流程图。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明，但本发明所要保护的范围并不限于此。
参照图1～4，一种峰谷电储能灯，所述储能灯包括主控部件、供电模块、电光源驱动模块、发光器件、储能模块、通信模块、外部传感模块、温度测量部件和散热降温部件；
所述供电模块、外部传感模块、温度测量部件分别与主控部件相连；
所述主控部件分别与电光源驱动模块、散热降温部件相连；
所述主控部件与储能模块、通信模块互连；
所述电光源驱动模块与发光器件相连；
所述储能模块与供电模块相连，所述供电模块与外部供电开关互连，所述外部供电开关与主控部件相连。
所述主控部件包括处理控制器、通断计数模块、时钟计时模块、充放电管理模块、供电控制模块、发光模式控制模块；
所述通断计数模块、时钟计时模块、发光模式控制模块、供电控制模块、充放电管理模块分别与处理控制器相连；
所述供电控制模块分别与充放电管理模块、散热降温部件、电光源驱动模块相连；
供电模块的直流输出和储能模块经主控部件的充放电管理模块的直流输出与供电控制模块相连；
所述处理控制器上设有通信接口和传感接口。
供电模块配置有内置供电选择开关、交流直流转换器、直流交流逆变器、直流降压器、直流升压器；
所述储能模块通过内置供电选择开关将直流交流逆变器、直流升压器与外部供电开关相连；所述外部供电开关通过内置供电选择开关与交流直流转换器、直流降压器相连，所述交流直流转换器、直流降压器与主控部件相连；所述外部供电开关还通过通断计数模块、通信模块与主控部件相连；
所述温度测量部件通过主控部件与散热降温模块相连。
所述发光器件为LED发光器件，发光器件由红、黄、绿等彩色或具有数字显示的状态灯和6000K～2000K色温的照明灯两部分构成；通信模块，与外部供电开关相接的通信模块可采用RS485、以太网或电力线载波等有线方式，或可采用蓝牙、WiFi、ZigBee、Lora、NBIOT等无线通信实现控制，还可以采用 LiFi的光通信模式进行；当实现多灯通信联网时，可采用批量群控分发授时或单灯授时再进行网络传播的两种方式。
供电模块兼容交流供电或直流供电两种输入输出形式；交流供电时，供电模块配置交流直流转换器作为输入和直流交流逆变器作为输出；直流供电时，供电模块配置直流降压器作为输入和直流升压器作为输出。
直流调压可采用PWM进行，当温度测量部件监测到储能电池(储能模块) 的运行温度升高时，由主控部件控制开启散热降温部件，根据反馈温度值变化，减小充电电流，达到异常值时关闭充电电流。
储能灯具有由开关通断电设定时钟和由通信模块接收外部信息设定时钟的一种或两种组合的时钟计时设置途径。采用通信控制的储能灯设有唯一性设备编码UUID，编码由生产厂名代码、型号码、序号码组成，外部通信控制与多灯互操作时按UUID进行寻址授时。
发光器件的发光模式控制类型包括闪烁模式A、稳定模式B、调光模式C；闪烁模式用于控制设定，闪烁频率可调；稳定模式用于日常照明；调光模式包括减光模式和增光模式用于传感节能。
储能电池的总功率是发光器件总功率的2倍以上，且充电电流大于发光器件用电的耗电电流2倍以上；实现在小于8小时的充电时间内充满的电量能够满足16小时以上照明放电应用。具体充放电策略为，谷电时间，外部电源同时供给发光器件发光和储能电池充电，峰电期间，断开外部电源，由储能电池放电给发光器件发光；发光器件发光(照明供电)与储能电池充电控制依据峰谷电时钟计划执行，峰电时段照明由储能电池供电，谷电时段照明(外部电源) 供电。峰电时段储能电池电量小于10％时，控制彩色状态灯发光，或通过通信模块向外发送状态信息，示意谷电时段充电量小于峰电时段用电量。
在多灯群控时，当部分灯储能电池耗尽时，通过通信协同控制市电回路开关，并控制其他储能电池向相关回路放电，实现储能灯之间的电能互补。
本发明还提供了上述储能灯的(授时)控制方法，包括下述步骤：
(1)打开供电开关，灯亮后等待n秒，储能灯进入运行状态；
(2)在运行状态下，按照不大于T1时间间隔，连续操作开关通断m次，灯停止闪烁、长亮t时间后，进入连续闪烁状态，闪烁速度S1，灯进入初始时间设置状态；
示例：n＝5秒，T1＝1秒，m＝4次，S1＝8次/秒；
进行当前时刻整数值N设置：
方法1：按12小时取值，将N分解为N1、N2；N1取值为(1,2)，其中1 代表上午时间，2代表下午时间；对应N2取值范围为1～12中的整数值；
示例：
上午7点半-八点半，按四舍五入取整数N＝8，则N1＝1，N2＝8；
下午7点半-八点半，按四舍五入取整数N＝8，则N1＝2，N2＝8；
(2代表下午，2，8，不做乘法，代表下午8点)
方法2：按24小时取值，按公式N＝N1×N2进行分解；N1取值(1,2,3)，其中1为0～8点，2为9～16点，3为17～24点，对应N2取值1～8中的整数值；
示例：
上午3点半-4点半，按四舍五入取整数N＝4，N1＝1，N2＝4；
上午7点半-八点半，按四舍五入取整数N＝8，N1＝2，N2＝4；
下午13点半-14点半，按四舍五入取整数N14，则N1＝2，N2＝7；
下午20点半-21点半，按四舍五入取整数N＝21，则N1＝3，N2＝7；
(3)在初始时间设置状态下，按照不大于T2时间间隔，连续操作开关，按第一序位数N1进行通断，通断操作完毕后等待t时间，灯停止闪烁、长亮t 时间，再进入连续闪烁第二状态，闪烁速度S2；
示例：T2＝1秒，t＝3秒，S2＝15次/秒；
(4)在连续闪烁第二状态，按照不大于T2时间间隔，连续操作开关，进行第二序位数N2设定，等待灯停止闪烁、长亮，完成设置，主控部件记录当前时刻值；
示例：T2＝1秒；
(5)主控部件按初始设定的时刻值，计算并设置峰谷电时间周期；
(6)在初始时间设置状态下，按照不大于T3时间间隔，连续操作开关通断x次，进入时间查询状态，储能灯按S3频次闪烁示意当前时刻整数值N次，间隔t0时间、反复y次，t1时间后恢复长亮；
示例：T2＝1秒，x＝5次，S3＝2次/秒，t0＝5秒，t1＝10秒，y＝3；
如当前为上午10点10分，N＝10。
通过上述的方法，能够实现在只通过灯具开关通断进行基础授时的功能，方法简单实用，特别是能解决在灯具无法经过通信模块进行授时的问题。该授时操作过程能应用在灯具生成出厂时进行个体或批量授时，也可以在实际应用中，灯具安装后，再通过人工手动控制开关进行个体或批量授时。
本发明通过开关通断或数据通信的方式对峰谷电储能灯进行初始授时，通过峰谷电时间策略，控制电光源的供电与后备电池的充电状态，解决了室内长明灯节能的问题。
以上结合实施例对本发明进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的具体实施方式，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，凡依本发明申请范围所做出的若干变形与改进等，均应仍属于本发明的专利涵盖范围之内。

Claims (10)

1.一种峰谷电储能灯，其特征在于：所述储能灯包括主控部件、供电模块、电光源驱动模块、发光器件、储能模块、通信模块、外部传感模块、温度测量部件和散热降温部件；
所述供电模块、外部传感模块、温度测量部件分别与主控部件相连；
所述主控部件分别与电光源驱动模块、散热降温部件相连；
所述主控部件与储能模块、通信模块互连；
所述电光源驱动模块与发光器件相连；
所述储能模块与供电模块相连，所述供电模块与外部供电开关互连，所述外部供电开关与主控部件相连。
2.根据权利要求1所述峰谷电储能灯，其特征在于：所述主控部件包括处理控制器、通断计数模块、时钟计时模块、充放电管理模块、供电控制模块、发光模式控制模块；
所述通断计数模块、时钟计时模块、发光模式控制模块、供电控制模块、充放电管理模块分别与处理控制器相连；
所述供电控制模块分别与充放电管理模块、散热降温部件、电光源驱动模块相连；
供电模块的直流输出和储能模块经主控部件的充放电管理模块的直流输出与供电控制模块相连；
所述处理控制器上设有通信接口和传感接口。
3.根据权利要求2所述峰谷电储能灯，其特征在于：供电模块配置有内置供电选择开关、交流直流转换器、直流交流逆变器、直流降压器、直流升压器；
所述储能模块通过内置供电选择开关将直流交流逆变器、直流升压器与外部供电开关相连；所述外部供电开关通过内置供电选择开关与交流直流转换器、直流降压器相连，所述交流直流转换器、直流降压器与主控部件相连；所述外部供电开关还通过通断计数模块、通信模块与主控部件相连；
所述温度测量部件通过主控部件与散热降温模块相连。
4.根据权利要求2所述峰谷电储能灯，其特征在于：发光器件由状态灯和6000K～2000K色温的照明灯两部分构成；所述状态灯为单色、多色或数字显示的一种或两种的组合。
5.权利要求1-4任一种所述储能灯的的控制方法，其特征在于包括下述步骤：
(1)打开外部供电开关，灯亮后等待n秒，n>5，储能灯进入运行状态；
(2)在运行状态下，按照不大于T1时间间隔，连续操作开关通断m次，状态灯进入连续闪烁状态，闪烁速度S1，灯进入初始时间设置状态；其中，T1为0.1秒～2秒，m为3～10次，S1为3次/秒～9次/秒；
进行当前时刻整数值N设置：
方法1：按12小时取值，将N分解为N1、N2；N1取值为1、2，其中1代表上午时间，2代表下午时间；对应N2取值为1～12中的整数值；
方法2：按24小时取值，按公式N＝N1×N2进行分解；N1取值1、2、3，其中1为0～8点钟，2为9～16点钟，3为17～24点钟，对应N2取值为1～8中的整数值；
(3)在初始时间设置状态下，按照不大于T2时间间隔，连续操作开关，按第一序位数N1进行通断，通断操作完毕后等待t时间，灯停止闪烁、常亮，再等待t时间，进入连续闪烁第二状态，闪烁速度S2；其中，T2为0.1秒～2秒，t为2秒～5秒，S2为10次/秒～20次/秒；
(4)在连续闪烁第二状态，按照不大于T2时间间隔，连续操作开关，按第二序位数N2进行通断，通断操作完毕后等待t时间，灯停止闪烁、长亮，完成设置，主控部件记录当前时刻值；
(5)主控部件按初始设定的时刻值，计算并设置峰谷电时间周期；
(6)在初始时间设置状态下，按照不大于T3时间间隔，连续操作开关通断x次，进入时间查询状态，储能灯按S3频次闪烁示意当前时刻整数值N次，间隔t0时间、反复y次，t1时间后恢复长亮；其中，T3为0.1秒～2秒，x为3～10次，S3为2次/秒～5次/秒，t0为2～5秒，y为3～5次，t1>5秒。
6.根据权利要求5所述峰谷电储能灯的控制方法，其特征在于：发光器件的发光模式控制类型包括闪烁模式、稳定模式、调光模式；闪烁模式用于控制设定，闪烁频率可调；稳定模式用于日常照明；调光模式包括减光模式和增光模式，用于传感节能；
峰电时段储能模块的储能电池电量小于10％时，控制彩色状态灯发光，或通过通信模块向外发送状态信息，示意谷电时段充电量小于峰电时段用电量；
在多灯群控时，当部分灯储能模块的储能电池耗尽时，通过通信协同控制市电回路开关，并控制其他储能电池向相关回路放电，实现储能灯之间的电能互补。
7.根据权利要求5所述峰谷电储能灯的控制方法，其特征在于时钟计时设置的方法为：由开关通断电方式设定时钟或由通信模块接收外部信息设定时钟的一种或两种的组合形式。
8.根据权利要求5所述峰谷电储能灯的控制方法，其特征在于：温度测量部件监测到储能模块的储能电池的运行温度升高时，由主控部件控制开启散热降温部件，根据反馈温度值变化，减小充电电流，达到异常值时关闭充电电流。
9.根据权利要求5所述峰谷电储能灯的控制方法，其特征在于：采用通信模块控制的储能灯设有唯一性设备编码UUID，编码由生产厂名代码、型号码、序号码组成，外部通信控制与多灯互操作时按UUID进行寻址。
10.根据权利要求6所述峰谷电储能灯的控制方法，其特征在于：储能电池的总功率是发光器件总功率的2倍以上，且充电电流大于发光器件用电的耗电电流2倍以上；谷电时间，外部电源同时供给发光器件发光和储能电池充电，峰电期间，断开外部电源，由储能电池放电给发光器件发光。
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