CN117595780B - 一种光储充系统能量管理装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种光储充系统能量管理装置，包括光伏屋顶和控制单元，在光伏屋顶下方地面设有充电桩，地面下方设有地下安装腔，充电桩的第一放电电极柱和第二放电电极柱延伸至地下安装腔的上方，光伏屋顶通过充电导线连接的第一充电电极柱和第二充电电极柱位于地下安装腔的下方，左电池包和右电池包通过逆向传动机构作用下错位垂直移动确保只有一个电池包与一个放电电极柱连接实现对充电桩进行供电，同时另一个电池包与一个充电电极柱连接利用光伏屋顶产生的电能进行充电。本发明光储充系统避免了电池一边充电一边使用的情况，使得充电和用电独立进行，确保了充电电池包安全使用以及有效控制电池包的温度延长电池包使用寿命。

Description

一种光储充系统能量管理装置

技术领域

本发明涉及一种光储充系统，尤其是一种光储充系统能量管理装置。

背景技术

光储充系统是一种创新的能源储存和充电技术，它利用光能转化为电能，并将多余的电能储存起来，以备不时之需。

光储充系统的核心部分是光电池板，它能够将太阳光转化为直流电能。

光储充系统的工作原理光储充系统的工作原理十分简单。当太阳光照射到光电池板上时，光电池板中的太阳能电池会将光能转化为直流电能。直流电能随后被输送到储能设备中，如锂电池组或超级电容器。这些储能设备将电能储存起来，以备不时之需。

现有光储充系统能量管理中存在以下问题：

（1）光储充系统的各个电池包之间通常会连接，出现光伏板对电池包进行充电的同时，也会存在电池包同时被充电桩使用的情形，因而电池包的温度会升高影响安全使用和使用寿命。

（2）电池包通常埋在地下，在出现故障时不容易更换，更换电池包需要较长时间无法工作。

发明内容

本发明设计了一种光储充系统能量管理装置，其解决的技术问题是：（1）光储充系统的各个电池包之间通常会连接，出现光伏板对电池包进行充电的同时，也会存在电池包同时被充电桩使用的情形，因而电池包的温度会升高影响安全使用和使用寿命。（2）电池包通常埋在地下，在出现故障时不容易更换，更换电池包需要较长时间无法工作。

为了解决上述存在的技术问题，本发明采用了以下方案：

一种光储充系统能量管理装置，包括光伏屋顶和控制单元，在光伏屋顶下方地面设有充电桩，地面下方设有地下安装腔，充电桩的第一放电电极柱和第二放电电极柱延伸至地下安装腔的上方，光伏屋顶通过充电导线连接的第一充电电极柱和第二充电电极柱位于地下安装腔的下方，左电池包和右电池包通过逆向传动机构作用下错位垂直移动确保只有一个电池包与一个放电电极柱连接实现对充电桩进行供电，同时另一个电池包与一个充电电极柱连接利用光伏屋顶产生的电能进行充电；控制单元控制逆向传动机构的开启。

优选地，所述逆向传动机构包括传动齿轮、左齿条和右齿条，左齿条安装在左电池包的边缘，右齿条安装在右电池包的边缘，传动齿轮同时与平行设置的左齿条和右齿条啮合，传动齿轮旋转使得左电池包向上移动接触第一放电电极柱时，右电池包向下移动接触第二充电电极柱或者使得左电池包向下移动接触时第一充电电极柱，右电池包向上移动接触第二放电电极柱。

优选地，所述逆向传动机构还包括转轴，转轴与传动齿轮的中心孔连接，转轴端部与从动带轮，电机的转子与驱动带轮连接，从动带轮与驱动带轮通过皮带传动。

优选地，还包括左气缸和右气缸，左气缸的气缸杆作用左电池包使得左齿条与传动齿轮保持啮合，右气缸的气缸杆作用右电池包使得右齿条与传动齿轮也保持啮合。

优选地，气缸杆端部设有驱动板，在驱动板上设有辊子，辊子与电池包表面接触；左气缸或右气缸输出的推力确保左齿条或右齿条与传动齿轮保持啮合，同时又不会阻挡传动齿轮旋转以及左齿条或右齿条做垂直方向的移动。

优选地，包括多组逆向传动机构、多个充电桩、多个左气缸以及多个右气缸，每组逆向传动机构两侧都设有左电池包和右电池包供一个充电桩使用；多个左电池包一侧设有左传送带，左传送带位于多个左气缸与多组逆向传动机构之间；左传送带能够将多个左电池包输送至对应的逆向传动机构的位置，左气缸将左电池包推送至左齿条与传动齿轮保持啮合状态，左气缸推送左电池包时，左传送带起到导向和限位作用；当左齿条与传动齿轮啮合时，左电池包与左传送带分离；多个右电池包一侧设有右传送带，右传送带位于多个右气缸与多组逆向传动机构之间；右传送带能够将多个右电池包输送至对应的逆向传动机构的位置，右气缸将右电池包推送至右齿条与传动齿轮保持啮合状态，右气缸推送右电池包时，右传送带起到导向和限位作用；当右齿条与传动齿轮啮合时，右电池包与右传送带分离。

优选地，左气缸的气缸杆做两次收缩，第一次收缩时将左电池包与传动齿轮分离并且左电池包重新放置在左传送带上；第二次收缩时左气缸的气缸杆与左电池包分离；右气缸的气缸杆做两次收缩，第一次收缩时将右电池包与传动齿轮分离并且右电池包重新放置在右传送带上；第二次收缩时右气缸的气缸杆与右电池包分离。

优选地，左气缸的气缸杆通过左分离机构实现与左电池包的分离，左分离机构包括电池包支撑部和气缸旋转机构，电池包支撑部与左电池包连接并且设有腔体，腔体设有进出口，腔体的垂直面积大于进出口的垂直面积；进出口的形状能够使得左气缸的驱动板能够进入到腔体中，驱动板在气缸旋转机构作用旋转β角度后，旋转后的驱动板将不能从进出口离开腔体，在气缸杆第一次收缩时，驱动板将带动电池包支撑部使得左电池包移动至左传送带上；气缸旋转机构使得左气缸反向旋转β角度后，气缸杆第二次收缩，驱动板将通过进出口离开电池包支撑部实现左气缸与左电池包的分离；右气缸的气缸杆通过右分离机构实现与右电池包的分离，右分离机构包括电池包支撑部和气缸旋转机构，电池包支撑部与右电池包连接并且设有腔体，腔体设有进出口，腔体的垂直面积大于进出口的垂直面积；进出口的形状能够使得右气缸的驱动板能够进入到腔体中，驱动板在气缸旋转机构作用旋转β角度后，旋转后的驱动板将不能从进出口离开腔体，在气缸杆第一次收缩时，驱动板将带动电池包支撑部右电池包移动至右传送带上；气缸旋转机构使得右气缸反向旋转β角度后，气缸杆第二次收缩，驱动板将通过进出口离开电池包支撑部实现右气缸与右电池包的分离。

优选地，地下安装腔内壁上设有红外发射器和红外接收器，左电池包和右电池包在同一直线时，红外接收器能够接收到红外发射器发出的信号，此时左电池包和右电池包不与任何放电电极柱以及任何充电电极柱连接，左气缸或/和右气缸能够进行收缩动作；当左电池包和右电池包上下错位时，红外接收器不能接收到红外发射器发出的信号，此时左气缸或/和右气缸不能够进行收缩动作，避免对放电电极柱和充电电极柱损害。

优选地，左传送带上方与左气缸的气缸杆之间间隙大于左电池包的厚度，从而保证其他左电池包工作时，需要更换的左电池包能够在左传送带上正常移动，不会被工作的气缸杆阻挡。

该光储充系统能量管理装置具有以下有益效果：

（1）本发明光储充系统避免了电池一边充电一边使用的情况，使得充电和用电独立进行，确保了充电电池包安全使用以及有效控制电池包的温度延长电池包使用寿命。

（2）本发明光储充系统通过传送带以及气缸配合可以进行电池包快速更换，并且更换不会对其他电池包的正常使用造成影响。

附图说明

图1：本发明光储充系统能量管理装置的第一状态示意图；

图2：本发明中逆向传动机构的结构示意图；

图3：本发明中逆向传动机构的传动结构示意图；

图4：本发明中左气缸与左电池包连接部位示意图I；

图5：本发明中左气缸与左电池包连接部位示意图II；

图6：本发明光储充系统能量管理装置的第二状态示意图；

图7：本发明光储充系统能量管理装置的第三状态示意图；

图8：本发明气缸与电池配合的第一状态示意图；

图9：本发明气缸与电池配合的第二状态示意图；

图10：本发明气缸与电池配合的第三状态示意图。

附图标记说明：

1—光伏屋顶；11—充电导线；12—第一充电电极柱；13—第二充电电极柱；14—地下安装腔；2—充电桩；21—第一放电电极柱；22—第二放电电极柱；3—左电池包；31—左齿条；32—腔体；33—进出口；4—右电池包；41—右齿条；5—逆向传动机构；51—传动齿轮；52—转轴；53—从动带轮；54—驱动带轮；55—皮带；56—电机；6—左气缸；61—气缸杆；62—驱动板；63—辊子；7—右气缸；8—左传送带；9—右传送带。

具体实施方式

下面结合图1至图10，对本发明做进一步说明：

如图1所示，一种光储充系统能量管理装置，包括光伏屋顶1和控制单元，在光伏屋顶1下方地面设有充电桩2，地面下方设有地下安装腔14，充电桩2的第一放电电极柱21和第二放电电极柱22延伸至地下安装腔14的上方，光伏屋顶1通过充电导线11连接的第一充电电极柱12和第二充电电极柱13位于地下安装腔14的下方，左电池包3和右电池包4通过逆向传动机构5作用下错位垂直移动确保只有一个电池包与一个放电电极柱连接实现对充电桩进行供电，同时另一个电池包与一个充电电极柱连接利用光伏屋顶1产生的电能进行充电。

还包括左气缸6和右气缸7，左气缸6的气缸杆61作用左电池包3使得左齿条31与传动齿轮51保持啮合，右气缸7的气缸杆作用右电池包4使得右齿条41与传动齿轮51也保持啮合。

控制单元控制逆向传动机构5、电机56、左气缸6和右气缸的开启，并且接收红外发射器和红外接收器的感应信号。

如图2所示，逆向传动机构5包括传动齿轮51、左齿条31和右齿条41，左齿条31安装在左电池包3的边缘，右齿条41安装在右电池包4的边缘，传动齿轮51同时与平行设置的左齿条31和右齿条41啮合，传动齿轮51旋转使得左电池包3向上移动接触第一放电电极柱21时，右电池包4向下移动接触第二充电电极柱13或者使得左电池包3向下移动接触时第一充电电极柱12，右电池包4向上移动接触第二放电电极柱22。

如图3所示，逆向传动机构5还包括转轴52，转轴52与传动齿轮51的中心孔连接，转轴52端部与从动带轮53，电机56的转子与驱动带轮54连接，从动带轮53与驱动带轮54通过皮带55传动。

如图4所示，气缸杆61端部设有驱动板62，在驱动板上设有辊子63，辊子63与电池包表面接触；左气缸6或右气缸7输出的推力确保左齿条31或右齿条31与传动齿轮51保持啮合，同时又不会阻挡传动齿轮51旋转以及左齿条31或右齿条41做垂直方向的移动。

如图5所示，电池包支撑部与左电池包3连接并且设有腔体32，腔体32设有进出口33，腔体32的垂直面积大于进出口33的垂直面积；进出口33的形状能够使得左气缸的驱动板能够进入到腔体32中，驱动板在气缸旋转机构作用旋转β角度后，旋转后的驱动板62将不能从进出口33离开腔体32。β角可以是90°。

如图6所示，传动齿轮51旋转使得左电池包3向上移动接触第一放电电极柱21时，右电池包4向下移动接触第二充电电极柱13。

如图7所示，传动齿轮51反向旋转使得左电池包3向下移动接触时第一充电电极柱12，右电池包4向上移动接触第二放电电极柱22。

如图8-10包括多组逆向传动机构5、多个充电桩2、多个左气缸6以及多个右气缸7，每组逆向传动机构5两侧都设有左电池包3和右电池包4供一个充电桩2使用；多个左电池包3一侧设有左传送带8，左传送带8位于多个左气缸6与多组逆向传动机构5之间；左传送带8能够将多个左电池包3输送至对应的逆向传动机构5的位置，左气缸6将左电池包3推送至左齿条31与传动齿轮51保持啮合状态，左气缸6推送左电池包3时，左传送带8起到导向和限位作用；当左齿条31与传动齿轮51啮合时，左电池包3与左传送带8分离；多个右电池包4一侧设有右传送带9，右传送带9位于多个右气缸7与多组逆向传动机构5之间；右传送带9能够将多个右电池包4输送至对应的逆向传动机构5的位置，右气缸7将右电池包4推送至右齿条41与传动齿轮51保持啮合状态，右气缸7推送右电池包4时，右传送带9起到导向和限位作用；当右齿条41与传动齿轮51啮合时，右电池包4与右传送带9分离。

左气缸6的气缸杆做两次收缩，第一次收缩时将左电池包3与传动齿轮51分离并且左电池包3重新放置在左传送带8上；第二次收缩时左气缸6的气缸杆与左电池包分离；右气缸7的气缸杆做两次收缩，第一次收缩时将右电池包4与传动齿轮51分离并且右电池包4重新放置在右传送带9上；第二次收缩时右气缸7的气缸杆与右电池包4分离。

左气缸6的气缸杆通过左分离机构实现与左电池包3的分离，左分离机构包括电池包支撑部和气缸旋转机构（图中未画出），电池包支撑部与左电池包3连接并且设有腔体32，腔体32设有进出口33，腔体32的垂直面积大于进出口33的垂直面积；进出口33的形状能够使得左气缸的驱动板能够进入到腔体32中，驱动板在气缸旋转机构作用旋转β角度后，旋转后的驱动板62将不能从进出口33离开腔体32，在气缸杆第一次收缩时，驱动板将带动电池包支撑部使得左电池包3移动至左传送带8上；气缸旋转机构使得左气缸反向旋转β角度后，气缸杆第二次收缩，驱动板62将通过进出口33离开电池包支撑部实现左气缸与左电池包3的分离；右气缸7的气缸杆通过右分离机构实现与右电池包4的分离，右分离机构包括电池包支撑部和气缸旋转机构（图中未画出），电池包支撑部与右电池包4连接并且设有腔体，腔体设有进出口，腔体的垂直面积大于进出口的垂直面积；进出口的形状能够使得右气缸的驱动板能够进入到腔体中，驱动板在气缸旋转机构作用旋转β角度后，旋转后的驱动板将不能从进出口离开腔体，在气缸杆第一次收缩时，驱动板将带动电池包支撑部右电池包4移动至右传送带9上；气缸旋转机构使得右气缸反向旋转β角度后，气缸杆第二次收缩，驱动板将通过进出口离开电池包支撑部实现右气缸与右电池包4的分离。

地下安装腔14内壁上设有红外发射器和红外接收器（图中未画出），左电池包3和右电池包4在同一直线时，红外接收器能够接收到红外发射器发出的信号，此时左电池包3和右电池包4不与任何放电电极柱以及任何充电电极柱连接，左气缸5或/和右气缸7能够进行收缩动作；当左电池包3和右电池包4上下错位时，红外接收器不能接收到红外发射器发出的信号，此时左气缸5或/和右气缸7不能够进行收缩动作，避免对放电电极柱和充电电极柱损害。

左传送带8上方与左气缸6的气缸杆之间间隙大于左电池包3的厚度，从而保证其他左电池包3工作时，需要更换的左电池包3能够在左传送带8上正常移动，不会被工作的气缸杆阻挡。

本发明工作原理如下：

步骤1、左传送带8能够将多个左电池包3输送至对应的逆向传动机构5的位置，左气缸6将左电池包3推送至左齿条31与传动齿轮51保持啮合状态；右传送带9能够将多个右电池包4输送至对应的逆向传动机构5的位置，右气缸7将右电池包4推送至右齿条41与传动齿轮51保持啮合状态。

步骤2、电机作用传动齿轮51旋转使得左电池包3向上移动接触第一放电电极柱21时，右电池包4向下移动接触第二充电电极柱13。或者电机作用传动齿轮51反向旋转使得左电池包3向下移动接触时第一充电电极柱12，右电池包4向上移动接触第二放电电极柱22。一个电池包可以使得充电桩正常输出电量供负载使用。另外一个电池包使用光伏电能充电。

步骤3、当某个电池包出现故障需要更换时，红外接收器能够接收到红外发射器发出的信号，此时左电池包3和右电池包4不与任何放电电极柱以及任何充电电极柱连接，控制单元接收到该感应信号。

步骤4、控制单元启动左气缸或右气缸，左气缸6的气缸杆做两次收缩，第一次收缩时将左电池包3与传动齿轮51分离并且左电池包3重新放置在左传送带8上；第二次收缩时左气缸6的气缸杆与左电池包分离；右气缸7的气缸杆做两次收缩，第一次收缩时将右电池包4与传动齿轮51分离并且右电池包4重新放置在右传送带9上；第二次收缩时右气缸7的气缸杆与右电池包4分离。

步骤5、左传送带8或右传送带9将需要更换的电池包移动至特定位置，再将更换的电池包移动至预定位置，重复步骤1。

上面结合附图对本发明进行了示例性的描述，显然本发明的实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围内。

Claims (1)

1.一种光储充系统能量管理装置，包括光伏屋顶（1）和控制单元，在光伏屋顶（1）下方地面设有充电桩（2），地面下方设有地下安装腔（14），充电桩（2）的第一放电电极柱（21）和第二放电电极柱（22）延伸至地下安装腔（14）的上方，光伏屋顶（1）通过充电导线（11）连接的第一充电电极柱（12）和第二充电电极柱（13）位于地下安装腔（14）的下方，左电池包（3）和右电池包（4）通过逆向传动机构（5）作用下错位垂直移动确保只有一个电池包与一个放电电极柱连接实现对充电桩进行供电，同时另一个电池包与一个充电电极柱连接利用光伏屋顶（1）产生的电能进行充电；控制单元控制逆向传动机构（5）的开启;

所述逆向传动机构（5）包括传动齿轮（51）、左齿条（31）和右齿条（41），左齿条（31）安装在左电池包（3）的边缘，右齿条（41）安装在右电池包（4）的边缘，传动齿轮（51）同时与平行设置的左齿条（31）和右齿条（41）啮合，传动齿轮（51）旋转使得左电池包（3）向上移动接触第一放电电极柱（21）时，右电池包（4）向下移动接触第二充电电极柱（13）或者使得左电池包（3）向下移动接触时第一充电电极柱（12），右电池包（4）向上移动接触第二放电电极柱（22）;

所述逆向传动机构（5）还包括转轴（52），转轴（52）与传动齿轮（51）的中心孔连接，转轴（52）端部与从动带轮（53），电机（56）的转子与驱动带轮（54）连接，从动带轮（53）与驱动带轮（54）通过皮带（55）传动;

还包括左气缸（6）和右气缸（7），左气缸（6）的气缸杆（61）作用左电池包（3）使得左齿条（31）与传动齿轮（51）保持啮合，右气缸（7）的气缸杆作用右电池包（4）使得右齿条（41）与传动齿轮（51）也保持啮合;

气缸杆（61）端部设有驱动板（62），在驱动板上设有辊子（63），辊子（63）与电池包表面接触；左气缸（6）或右气缸（7）输出的推力确保左齿条（31）或右齿条（41）与传动齿轮（51）保持啮合，同时又不会阻挡传动齿轮（51）旋转以及左齿条（31）或右齿条（41）做垂直方向的移动;

包括多组逆向传动机构（5）、多个充电桩（2）、多个左气缸（6）以及多个右气缸（7），每组逆向传动机构（5）两侧都设有左电池包（3）和右电池包（4）供一个充电桩（2）使用；

多个左电池包（3）一侧设有左传送带（8），左传送带（8）位于多个左气缸（6）与多组逆向传动机构（5）之间；左传送带（8）能够将多个左电池包（3）输送至对应的逆向传动机构（5）的位置，左气缸（6）将左电池包（3）推送至左齿条（31）与传动齿轮（51）保持啮合状态，左气缸（6）推送左电池包（3）时，左传送带（8）起到导向和限位作用；当左齿条（31）与传动齿轮（51）啮合时，左电池包（3）与左传送带（8）分离；

多个右电池包（4）一侧设有右传送带（9），右传送带（9）位于多个右气缸（7）与多组逆向传动机构（5）之间；右传送带（9）能够将多个右电池包（4）输送至对应的逆向传动机构（5）的位置，右气缸（7）将右电池包（4）推送至右齿条（41）与传动齿轮（51）保持啮合状态，右气缸（7）推送右电池包（4）时，右传送带（9）起到导向和限位作用；当右齿条（41）与传动齿轮（51）啮合时，右电池包（4）与右传送带（9）分离;

左气缸（6）的气缸杆做两次收缩，第一次收缩时将左电池包（3）与传动齿轮（51）分离并且左电池包（3）重新放置在左传送带（8）上；第二次收缩时左气缸（6）的气缸杆与左电池包分离；右气缸（7）的气缸杆做两次收缩，第一次收缩时将右电池包（4）与传动齿轮（51）分离并且右电池包（4）重新放置在右传送带（9）上；第二次收缩时右气缸（7）的气缸杆与右电池包（4）分离;

左气缸（6）的气缸杆通过左分离机构实现与左电池包（3）的分离，左分离机构包括电池包支撑部和气缸旋转机构，电池包支撑部与左电池包（3）连接并且设有腔体（32），腔体（32）设有进出口（33），腔体（32）的垂直面积大于进出口（33）的垂直面积；进出口（33）的形状能够使得左气缸的驱动板能够进入到腔体（32）中，驱动板在气缸旋转机构作用旋转β角度后，旋转后的驱动板（62）将不能从进出口（33）离开腔体（32），在气缸杆第一次收缩时，驱动板将带动电池包支撑部使得左电池包（3）移动至左传送带（8）上；气缸旋转机构使得左气缸反向旋转β角度后，气缸杆第二次收缩，驱动板（62）将通过进出口（33）离开电池包支撑部实现左气缸与左电池包（3）的分离；右气缸（7）的气缸杆通过右分离机构实现与右电池包（4）的分离，右分离机构包括电池包支撑部和气缸旋转机构，电池包支撑部与右电池包（4）连接并且设有腔体，腔体设有进出口，腔体的垂直面积大于进出口的垂直面积；进出口的形状能够使得右气缸的驱动板能够进入到腔体中，驱动板在气缸旋转机构作用旋转β角度后，旋转后的驱动板将不能从进出口离开腔体，在气缸杆第一次收缩时，驱动板将带动电池包支撑部右电池包（4）移动至右传送带（9）上；气缸旋转机构使得右气缸反向旋转β角度后，气缸杆第二次收缩，驱动板将通过进出口离开电池包支撑部实现右气缸与右电池包（4）的分离;

地下安装腔（14）内壁上设有红外发射器和红外接收器，左电池包（3）和右电池包（4）在同一直线时，红外接收器能够接收到红外发射器发出的信号，此时左电池包（3）和右电池包（4）不与任何放电电极柱以及任何充电电极柱连接，左气缸（6）或/和右气缸（7）能够进行收缩动作；当左电池包（3）和右电池包（4）上下错位时，红外接收器不能接收到红外发射器发出的信号，此时左气缸（6）或/和右气缸（7）不能够进行收缩动作，避免对放电电极柱和充电电极柱损害;

左传送带（8）上方与左气缸（6）的气缸杆之间间隙大于左电池包（3）的厚度，从而保证其他左电池包（3）工作时，需要更换的左电池包（3）能够在左传送带（8）上正常移动，不会被工作的气缸杆阻挡。