CN115485947A - 太阳跟踪器电力管理 - Google Patents

Abstract

本发明涉及由可充电电源(例如可充电电池)供电的电动太阳跟踪器，以及如何为太阳跟踪器馈电以操作。本发明的目的包括一种用于操作主要由可充电电源供电的太阳跟踪器的系统和方法，可充电电源由主电源供电，主电源由与太阳跟踪器相关联并由太阳跟踪器操作的太阳能板所产生的电力供电。控制器配备有一组指令，该组指令旨在管理为可充电电源供电的功率流以及由主电源或可充电电源供电的太阳跟踪器的操作模式。

Description

太阳跟踪器电力管理

技术领域

本发明涉及可再生能源技术领域，尤其涉及太阳能。

本发明的目的指向对给电动太阳跟踪装置馈电的电源进行管理。

背景技术

在大多数电池供电系统中，由于系统自身的特点，系统运行期间可能会发生交替充电和上传时刻。在某些类型的新电池技术(锂、磷酸铁锂等)中，不仅根据制造商自己，而且根据一些科学研究，这可能导致估计的电池寿命的缩短。

如前所述，在某些系统中，隔离地充电和耗电(即，先充电后放电)的可能性是不可行的。例如，在电池供电的太阳跟踪器中，充电和放电同时进行，因为太阳跟踪过程(这意味着由于电动机的消耗而导致电池放电)是在白天进行的，并且精确地是在白天电池可以适当充电时进行的。在这种类型的操作中，电池将不会执行完全充电或放电(最佳的)，但将会进行与小放电周期交替的小充电周期。这种类型的系统呈现了图n°1中再现的配置。

与双电池系统相关的挂接(hitch)已被广泛研究。在这个意义上，WO2012054617A1公开了一种双电池充电和放电系统，该系统控制布置在多个电池组中的多个电池的配置。每个电池组内的电池在为电气负载(如伺服电动机)供电时串联，并且在充电时并联。微处理器监测每个电池组中电池的电压电平，并控制继电器在放电电池组的电压电平降至最低运行阈值以下时将电气负载切换到充电电池组。微处理器还监测充电电池组的电压电平，并控制继电器在电压电平升高到高于最低充电阈值时停止充电。由驱动电动机通过齿轮减速系统驱动的交流发电机对电池充电。

WO2013170274A2公开了一种用于与电力存储系统以及传统和替代能源一起使用的数字电气路由控制系统及使用数字电气路由控制系统的方法。在一个方面中，描述了一种使用计算机来确定负载所使用的能量的方法，其中，能量由第一电池和第二电池提供，并且其中，供应其他能量以对第一电池和第二电池充电，该方法包括以下步骤：当第二电池正通过连接到负载而耗电时，使用计算机启动用其他能量对第一电池的充电；当第一电池正通过连接到负载而耗电时，使用计算机启动用其他能量对第二电池的充电；以及使用计算机基于第一电池和第二电池在某一时间间隔内的充电量来检测在该时间间隔期间消耗的能量。在另一方面，本文还描述了对等交易(pear to pear transaction)和移动能源服务。

DE102015222264A1公开了一种用于电能储能器(例如电化学储能装置)的能量管理方法和相应的控制装置。具体而言，本发明涉及这样一种方法和这样一种控制机构，该控制机构防止在储能器的充电和放电期间发生微循环。所公开的方法旨在一种用于对具有至少两个存储器单元的电能储能装置的供电管理的方法。方法包括用于电力管理的至少两种不同的操作模式，在每种操作模式中，储能器的存储器单元中的一个存储器单元作为第一存储器单元，储能器的另一个存储器单元作为第二存储器单元。当由来自专门加载第一存储器单元的外部源的储能装置发射能量时，使用每个操作模式，并且当储能器装置向外部电气负载输送能量时，仅对第二存储器单元放电。根据各自活动操作模式的第一和第二存储器单元中的至少一个存储器单元的剩余容量，在操作模式之间切换。此外，提供了相应的控制装置，用于储能器的能量管理。

2014年8月IEEE《超大规模集成(VLSI)系统汇刊》第22卷第8期第1693-1704页H.Shao,X.Li,C.Tsui和W.Ki的“一种用于太阳能收集系统的具有脉冲宽度调制控制的新型单电感器双输入双输出直流-直流变换器”(H.Shao,X.Li,C.Tsui and W.Ki,“A NovelSingle-Inductor Dual-Input Dual-Output DC-DC Converter With PWM Control forSolar Energy Harvesting System,”in IEEE Transactions on Very Large ScaleIntegration(VLSI)Systems,vol.22,no.8,pp.1693-1704,Aug.2014)。公开了一种用于太阳能收集系统的具有脉冲宽度调制控制的单电感器双输入双输出直流-直流变换器。变换器的第一输入来自光伏(photovoltaic,PV)单元，第二输入是可充电电池。除了提供调节的输出电压来为负载电路供电的传统作用外，变换器还将光伏单元的电压钳制到最大电力点值，以最大限度地提高效率。当光伏单元比负载收集更多的电力时，剩余能量用于为可充电电池充电。当光伏单元无法收集足够的电力时，变换器安排光伏单元和电池一起为负载供电。本文还提供了一种测试芯片，芯片使用0.35-μm互补金属氧化物半导体(ComplementaryMetal Oxide Semiconductor,CMOS)工艺制造，并被测量以验证所提出的直流-直流变换器的操作以及证明太阳能电力管理系统的电力传输效率。

因此，希望在不损害电池寿命的情况下同时为电池和设备电源充电。

发明内容

本发明公开了一种电气装置，其允许在不损害电池寿命的情况下同时为电池和设备电源充电。

因此，在本发明的优选实施例中，提供了一种用于管理太阳跟踪器的电力(所述电力来自至少两个可充电电源，例如电池)的电路布置和方法。以将太阳能转换为给连接到所述电池的主电源供电的电力的方式，为所述电池供电并因此充电。

本发明的第一方面旨在一种电路布置开关布置，其被配置成控制电源、太阳跟踪器和电池之间的电流，电源、太阳跟踪器和电池电气互连或接线，使得太阳跟踪器由电池供电，电池进一步由电源供电。

通过操作开关，每个电池的操作模式随之被设置，因为来自电源的电力可以指向至少一个电池，从而对该电池充电，或者可以从电池中耗电来为太阳跟踪器馈电。

本发明的第二方面涉及一种用于管理太阳跟踪器的电力的方法，所述电力由至少两个可充电电源提供。

本发明任何方面的另一个实施例提供了一种由至少一个电池定义的可充电电源，该电池配备有至少两组单元或电池组；每个电池组充当并配置为独立的可充电电源。因此，本发明包括至少一个可充电电池，该可充电电池又包括至少两组独立的电池单元，这些电池单元定义电池组(每个电池组充当并配置为独立的可充电电源)。

本发明的第三方面涉及实现本发明的两个第一方面之一的装置。

值得注意的是，在本发明任意方面的任何实施例中，开关都可以由开关集线器代替，开关集线器经过适当接线和配置，可以控制来自/去往可充电电源和/或太阳跟踪器的电流。

附图说明

为了补充正在进行的描述，并且为了帮助更好地理解本发明的特征，根据本发明的实际实施例的优选示例，附上一组图作为所述描述的组成部分，其中利用说明性和非限制性的字符，表示了以下内容：

图1.-示出了描述现有技术的插图，其中给出了带有充电器的电池系统的典型配置图。

图2.-示出了优选实施例中本发明目的的一个方面的电气图，其中，两个可充电电池(在本文中也称为电池)被实现为可充电电源。

图3.-示出了本发明目的的一个方面的方法的流程图，旨在太阳跟踪器的电力管理，所述电力由至少两个可充电电源提供，可充电电源由太阳能供电等的主电源供电。

具体实施方式

在本发明任何方面的优选实施例中，可充电电源(1、2)连接到主太阳能电源(4)和太阳跟踪器(3)，并且可由至少两个可充电电池定义，可充电电池的标称容量(Ah)总计对太阳跟踪器(3)进行供电和操作所需的理论标称容量(Ah)。

在本发明目的的所述优选实施例中，可充电电源(1、2)由第一和第二电池(每个电池优选地具有对太阳跟踪器(3)进行供电和操作所需的理论标称容量(Ah)的一半)定义。通过具有两个可充电电池，太阳跟踪器(3)可以由作为有源电池的一个可充电电池供电，而另一个可充电电池作为空闲电池在充电时可能处于空闲状态。

在本发明的又一优选实施例中，可充电电源(1、2)可被定义为定义电池组的多组可充电电池单元，电池组又可封装在可充电电池中；同样，可充电电源(1、2)的各自的标称容量(Ah)应总计操作太阳跟踪器(3)所需的理论标称容量。

控制器(图中未表示)将负责基于某些可配置参数(例如：电力电平)控制电力管理，并根据所述参数将第一电池设置为有源电池(其中从所述第一电池获取电力，从而为太阳跟踪器(3)馈电)，而第二电池在空闲模式下被设置为空闲电池(其中从连接到太阳跟踪器(3)的太阳能板(图中未表示)的、优选太阳能供电的主太阳能电源(4)向第二电池供电)；为此，控制器与一组开关(Q1、Q2、Q3、Q4)相关联，优选成对地与可充电电源(1、2)中的每一个相关联，如下所示：

-在可充电电源(1、2)中的每一个与主太阳能电源(4)之间；以控制从所述可充电电源(1、2)馈送的来自主太阳能电源(4)的电流。

-在可充电电源(1、2)中的每一个与太阳跟踪器(3)之间；以控制为太阳跟踪器(3)馈送的来自所述可充电电源(1、2)的电流。

如图2所示，可以部署简单的双电池实施例，如下所示：

-第一开关(Q1)可布置在第一电池和主太阳能电源(4)之间，充当电池充电器，以控制为第一电池馈电的电流。

-第二开关(Q2)可布置在第二电池和主太阳能电源(4)之间，充当电池充电器，以控制为第二电池馈电的电流。

-第三开关(Q3)可布置在第一电池和太阳跟踪器(3)之间，以控制为太阳跟踪器(3)馈电的来自第一电池的电流。

-第四开关(Q4)可布置在第二电池和太阳跟踪器(3)之间，以控制为太阳跟踪器(3)馈电的来自第二电池的电流。

根据图2的电气图，为了描述第一电池要充电的可能场景，接通第一开关(Q1)，使电力从主太阳能电源(4)流到第一电池，从而为第一电池馈电，而一旦接通第四开关(Q4)，第二电池将为太阳跟踪器(3)馈电。如果我们需要给第二电池充电，根据图2的电气图，将必须通过操作第二开关(Q2)使电力从主太阳能电源(4)流到第二电池来为所述第二电池馈电，而第一电池将在第三开关(Q3)接通时为太阳跟踪器(3)馈电。

控制器可以由与电路布置相关联的特定装置定义，或者可以嵌入电路布置的任何一个部件中，从而为本发明第一方面的电路布置的所述部件或多个部件提供实现本发明目的所需的指令

下表示出了根据针对充当可充电电源(1、2)场景的两个电池的不同开关(Q1、Q2、Q3、Q4)状态组合的不同操作模式：

根据上表，接通开关(Q1、Q2、Q3、Q4)中的一个开关允许电流流过，从而电连接与开关相关的部件；因此，为电池和/或太阳跟踪器(3)中的至少一个馈电。

在本发明的优选实施例中，可充电电源(1、2)(即电池)中的任何一个应具有至少三种不同的功率电平：

-建议操作电平：开始使可充电电源(1、2)放电从而为太阳跟踪器(3)馈电的最低建议电平。

-最低操作电平：不建议从可充电电源(1、2)向太阳跟踪器(3)馈电的电平。

-完全充电：不建议再对可充电电源(1、2)中的任何一个充电的100％充电电平。

值得注意的是，可以发现可充电电源(1、2)中的任何一个：

-充电直至100％功率电平。

-充电直到达到建议操作电平，“电池交换延迟”，如果充当有源可充电电源(即为太阳跟踪器(3)馈电)的可充电电源(1、2)中的一个的功率电平降至最低操作电平以下，则任何充当空闲可充电电源的可充电电源(1、2)将被充电至建议操作电平，并且一旦达到该电平，将执行电池交换。

-不充电，因为没有光伏发电。

先检查以下条件，以开始对可充电电源(1、2)中的任一个充电：

1.光伏发电的可用性

2.可充电电源(1、2)处于空闲模式。

3.可充电电源(1、2)未100％充电；即未处于完全充电电平。

图3中进一步详细说明了上述电池交换，当确定有源可充电电源功率电平低于最低操作电平时，进行交换(正常情况下，其从有源可充电电源变为空闲可充电电源)，因此作为有源可充电电源的所述可充电电源(1、2)变为空闲可充电电源，请注意，空闲可充电电源必须具有大于或等于允许交换的建议操作电平的功率电平。在空闲可充电电源功率电平的充电电平低于所述建议操作电平的情况下，执行延迟交换，然后直到空闲可充电电源功率电平达到所述建议操作电平为止，不会执行电池交换，从而延迟电池交换。在这种情况下，跟踪器(3)被发送到收起位置，然后关闭。

如果光伏发电可用，则继续充电，直到达到建议操作电平并完成电池交换为止，然后太阳跟踪器(3)开启并开始操作。如果光伏发电不可用，则主太阳能电源(4)被发送至休眠(即，它被置于超低功率模式)，并且仅被唤醒以检查是否有光伏发电。如果光伏发电重新可用，那么该过程将继续下去。

如果出现危急情况，即可能危及太阳跟踪器(3)的结构完整性的任何情况(例如不允许到达收起位置的强风，随动器的机械结构因积雪而过载，电动机减速器的润滑脂冻结使跟踪器无法移动等)，一般来说，电动机需要额外的电源才能够操作太阳跟踪器(3)。所有这些情况将使太阳跟踪器(3)无法采用其安全/收起位置，因此，它将暴露在可能损坏其机械结构的环境条件下；在这种情况下，所有可用的可充电电源(1、2)被设置为向太阳跟踪器(3)馈电，一旦危急情况结束，就会设置回正常操作模式。为了防止太阳跟踪器(3)损坏，此条件优先于任何其他条件。

Claims (14)

1.一种用于管理太阳跟踪器(3)中电力的电路布置，所述电路布置包括：

-主太阳能电源(4)，

-太阳跟踪器(3)，

-至少两个可充电电源(1、2)，其连接至所述太阳跟踪器(3)和所述主太阳能电源(4)，

-控制器，其配置为控制一组开关(Q1、Q2、Q3、Q4)，所述开关布置在：

-所述可充电电源(1、2)中的每一个与所述主太阳能电源(4)之间，以控制从所述主太阳能电源(4)馈送至所述可充电电源(1、2)的电流，以及

-所述可充电电源(1、2)中的每一个与所述太阳跟踪器(3)之间，以控制从所述第一可充电电源(1、2)馈送至所述太阳跟踪器(3)的电流。

2.根据权利要求1所述的用于管理太阳跟踪器(3)中电力的电路布置，其中，所述可充电电源(1、2)由独立布置的至少第一可充电电池和第二可充电电池定义。

3.根据权利要求1所述的用于管理太阳跟踪器(3)中电力的电路布置，其中，所述可充电电源(1、2)是定义电池组的各组可充电电池单元。

4.一种用于太阳跟踪器(3)的电力管理方法，所述方法包括为至少两个可充电电源(1、2)馈电，所述可充电电源(1、2)具有总计操作所述太阳跟踪器(3)所需的理论标称容量(Ah)的各自标称容量(Ah)，并且连接到为所述太阳跟踪器(3)馈电的主太阳能电源(4)；所述方法的特征在于包括：

-控制一组开关(Q1、Q2、Q3、Q4)，所述开关布置在：

-所述可充电电源(1、2)中的每一个与所述主太阳能电源(4)之间，以控制从所述主太阳能电源(4)馈送至所述可充电电源(1、2)的电流，以及

-所述可充电电源(1、2)中的每一个与所述太阳跟踪器(3)之间，以控制从所述可充电电源(1、2)馈送至所述太阳跟踪器(3)的电流，

-从所述主太阳能电源(4)为所述可充电电源(1、2)中的至少一个馈电，以及

-从所述可充电电源(1、2)中的至少一个为所述太阳跟踪器(3)馈电。

5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述可充电电源(1、2)包括三种不同的功率电平：

-建议操作电平，其对应于所述可充电电源(1、2)为所述太阳跟踪器(3)馈电的功率电平，

-最低操作电平，其对应于所述可充电电源(1、2)不为所述太阳跟踪器(3)馈电的功率电平，以及

-完全充电电平，其对应于所述可充电电源(1、2)不再充电的功率电平，

所述方法还包括仅在以下情况下开始从所述主太阳能电源(4)对所述可充电电源(1、2)中的任何一个充电：

-光伏发电可用，以及

-所述可充电电源(1、2)处于空闲模式并且低于完全充电电平。

6.根据权利要求4或5所述的方法，其中，所述可充电电源(1、2)中的至少一个作为为所述跟踪器(3)馈电的有源可充电电源，被确定为具有低于最低操作电平的功率电平；所述方法还包括执行交换，以使利用低于最低操作电平的功率电平为所述跟踪器(3)馈电的所述有源可充电电源成为空闲可充电电源。

7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述空闲可充电电源具有大于或等于建议操作电平的功率电平，以允许交换。

8.根据权利要求6所述的方法，其中，所述空闲可充电电源的功率电平低于所述建议操作电平，所述方法包括延迟所述交换，直到在所述空闲充电电源(1、2)处达到建议操作电平。

9.根据权利要求8所述的方法，还包括：

-将所述太阳跟踪器(3)发送到收起位置，以及

-关闭所述太阳跟踪器(3)。

10.根据权利要求4至9中任一项所述的方法，还包括：在出现危急情况时从所有可充电电源(1、2)向所述太阳跟踪器(3)馈电。

11.根据权利要求4至10中任一项所述的方法，其中，所述可充电电源(1、2)是独立布置的第一可充电电池和第二可充电电池。

12.根据权利要求4至11中任一项所述的方法，其中，所述可充电电源(1、2)是多组可充电电池单元，所述多组可充电电池单元定义充当可充电电源(1、2)的至少两个电池组。

13.一种太阳跟踪器，包括如权利要求1至3中任一项所述的电路布置。

14.根据权利要求13所述的太阳跟踪器，其中，控制器配置为执行权利要求4至12中任一项的方法。

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