CN117728554A - 离网储能电源电路及供电系统 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种离网储能电源电路及供电系统。供电系统包括用于接入交流电压的交流电源接入端和用于接入负载的交流输出端，离网储能电源电路包括储能模块、母线电容、第一电压变换电路、第二电压变换电路和控制电路。母线电容与储能模块电连接；第一电压变换电路的输入端与交流电源接入端连接，第一电压变换电路的输出端与储能模块电连接；第二电压变换电路的第一端与储能模块电连接，第二电压变换电路的第二端与交流输出端连接。本发明旨在保证在供电系统掉电时，减少负载的掉电时间，保证负载工作的可靠性和稳定性。

Description

离网储能电源电路及供电系统

技术领域

本发明涉及电网技术领域，特别涉及一种离网储能电源电路及供电系统。

背景技术

在供电系统中，往往设置有离网逆变单元和与其连接的储能单元，以用于在供电系统中接入的市电掉电时，离网逆变单元能够将储能单元中的电压进行转换后为负载保持供电。但是，在实际情况中，从市电供电切换到离网逆变单元和储能单元供电需要多个不同的继电器执行切换动作，执行切换动作的时长为切换时长，在切换时长内负载处于无电状态，对于部分敏感负载而言，在切换时长内处于无电状态可能导致自身出现掉电风险，影响了自身工作的可靠性和稳定性。

发明内容

为解决上述问题，本发明的主要目的是提供一种离网储能电源电路，旨在为实现上述目的，本发明提出了一种离网储能电源电路，应用于供电系统，所述供电系统包括用于接入交流电压的交流电源接入端和用于接入负载的交流输出端，所述离网储能电源电路包括：

储能模块；

母线电容，所述母线电容与所述储能模块电连接；

第一电压变换电路，其输入端与所述交流电源接入端连接，其输出端与储能模块电连接；并用于将所述交流电压进行电压变换后输出第一电压，以为所述储能模块充电；

第二电压变换电路，其第一端与所述储能模块电连接，其第二端与所述交流输出端连接；并用于将所述第一端接收到的电压进行电压变换后经所述交流输出端输出至负载，以为所述负载供电；

控制电路，用于在所述交流电压的电压值小于或者等于预设电压值时，控制所述储能模块输出电池电压以经所述第二电压变换电路将其进行电压变换后经所述交流输出端输出至负载，以为所述负载供电。

可选地，所述储能模块包括：

电池；

电池管理模块，所述电池管理模块用于将所述第一电压进行电压转换后为所述电池充电；还用于在所述控制电路的控制下，将所述电池的电池电压输出至所述第二电压变换电路。

可选地，所述第一电压变换电路包括PFC整流电路。

可选地，所述供电系统还包括串联在所述交流电源接入端和所述交流输出端之间的第一开关电路；

所述控制电路，还用于控制所述第一开关电路处于打开状态，以断开所述交流电源接入端和所述交流输出端之间的通路。

可选地，所述控制电路，用于在接收到第一设置信号时，控制所述第一开关电路处于打开状态，以断开所述交流电源接入端和所述交流输出端之间的通路；以及控制所述第二电压变换电路将其第一端接入的电压进行电压转换后经所述交流输出端输出至负载，以为所述负载供电。

可选地，所述控制电路，还用于在接收到第二设置信号时，控制所述第一开关电路处于闭合状态，以导通所述交流电源接入端和所述交流输出端之间的通路；以及控制所述第二电压变换电路将其第二端接入的电压进行电压转换后输出至所述储能模块以为所述储能模块充电。

可选地，所述控制电路，还用于在所述交流电压的电压值小于或者等于预设电压值时，控制所述第一开关电路处于打开状态，并控制所述储能模块输出电池电压，并控制所述第二电压变换电路将所述电池电压进行电压变换后经所述交流输出端输出至负载，以为所述负载供电。

可选地，所述控制电路，还用在所述交流电压的电压值小于或者等于预设电压值时，控制所述第一开关电路处于打开状态，并控制所述第一电压变换电路将所述电池电压进行电压转换后输出后并控制所述第一开关电路的工作状态切换至闭合状态。

可选地，所述供电系统还包括串联在所述第二电压变换电路的第二端和所述交流输出端之间的第二开关电路；

所述控制电路，用于控制所述第二开关电路的工作状态。

本发明还提出了一种供电系统，包括交流电源接入端、交流输出端和如上述任一项所述的离网储能电源电路。

本发明离网储能电源电路包括储能模块、母线电容、第一电压变换电路、第二电压变换电路和控制电路。其中，第一电压变换电路用于将所述交流电压进行电压变换后输出第一电压，以为所述储能模块充电；第二电压变换电路用于将所述第一端接收到的电压进行电压变换后经所述交流输出端输出至负载，以为所述负载供电；控制电路用于在所述交流电压的电压值小于或者等于预设电压值时，控制所述储能模块输出电池电压以经所述第二电压变换电路将其进行电压变换后经所述交流输出端输出至负载，以为所述负载供电。如此，在实际应用中，当市电提供的交流电压正常时，交流电压会在经过第一电压变换电路进行电压转换后为储能模块充电的同时，也经第二电压变换电路进行电压转换后输出至负载进行供电，以及对母线电容进行充电。在市电掉电时，由于母线电容内存储了一定的电能，其可以输出相应的电压以经第二电压变换电路进行电压转换后输出至负载进行供电，从而在市电掉电到控制电路控制储能模块输出电池电压的过程中，保持对接入的负载进行供电，从而有效的减少负载的掉电时间，保证负载工作的可靠性和稳定性。

附图说明

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，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1为本发明离网储能电源电路一实施例的模块示意图；

图2为本发明离网储能电源电路另一实施例的模块示意图；

图3为本发明离网储能电源电路又一实施例的模块示意图；

图4为本发明离网储能电源电路还一实施例的模块示意图；

图5为本发明离网储能电源电路再一实施例的模块示意图；

图6为本发明离网储能电源电路另一实施例的模块示意图。

标号说明

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

在供电系统中，往往设置有离网逆变单元和与其连接的储能单元，以用于在供电系统中接入的市电掉电时，离网逆变单元能够将储能单元中的电压进行转换后为负载保持供电。但是，在实际情况中，从市电供电切换到离网逆变单元和储能单元供电需要多个不同的继电器执行切换动作，执行切换动作的时长为切换时长，在切换时长内负载处于无电状态，对于部分敏感负载而言，在切换时长内处于无电状态可能导致自身出现掉电风险，影响了自身工作的可靠性和稳定性。

为此，本发明提出一种离网储能电源电路，应用于供电系统，所述供电系统包括用于接入交流电压的交流电源接入端和用于接入负载的交流输出端，

参考图1，在本发明一实施例中，离网储能电源电路包括：

储能模块10；

母线电容20，母线电容20与储能模块10电连接；

第一电压变换电路，其输入端与交流电源接入端连接，其输出端与储能模块10电连接；并用于将交流电压进行电压变换后输出第一电压，以为储能模块10充电；

第二电压变换电路，其第一端与储能模块10电连接，其第二端与交流输出端连接；并用于将第一端接收到的电压进行电压变换后经交流输出端输出至负载，以为负载供电；

控制电路50，用于在交流电压的电压值小于或者等于预设电压值时，控制储能模块10输出电池12电压以经第二电压变换电路将其进行电压变换后经交流输出端输出至负载，以为负载供电。

在本实施例中，可选地，参考图2，储能模块10可以由电池管理模块11和与其电连接的电池12来实现，电池管理模块11可以采用BMS(Battery Management System，电池12管理系统)、BDU(Battery DisconnectUnit，电池12包断路单元)、多个开关器件、电池12管理芯片、升降压DCDC电路中的至少一者来实现。电池管理模块11可以在控制电路50的控制下将接入的第一电压进行电压转换后为电池12充电，例如将为直流电的第一电压进行升压或降压后输出至电池12以为电池12充电。或者是，在控制电路50的控制下，将电池12电压进行升压或者降压输出至第二电压变换电路以使其将该电压进行电压变换后经交流输出端输出至负载，以为负载供电。

可选地，第一电压变换电路可以采用整流电路来实现，例如二极管整流电路、PFC整流电路等，以用于将交流电压进行整流以后输出，以为母线电容20进行充电，以及输出至第二电压变换电路，以及输出至储能模块10。其中，当第一电压变换电路为PFC整流电路时，可以有效地减少将交流电压进行整流的损耗，从而提高了供电效率，降低了整个供电系统的损耗。

可选地，第二电压变换电路可以采用逆变电路来实现，例如由多个开关管组成的逆变电路，或者是逆变芯片等。第二电压变换电路可以将其第一端接收到的电压，即上述直流电压进行逆变后再输出至交流输出端以为负载供电路。

可选地，控制电路50可以采用主控制器和电压检测电路来实现，主控制器可以采用MCU(MicrocontrollerUnit，微控制单元)、DSP(Digital Signal Process，数字信号处理芯片)、FPGA(FieldProgrammable GateArray，可编程逻辑门阵列芯片)、SOC(System OnChip，系统级芯片)等来实现。电压检测电路可以采用分压检测电路，或者是电压检测芯片来实现，电压检测电路可以检测当前交流电压的电压值并输出相应的电压检测信号至主控制器，以使主控制器确定当前交流电压的电压值。可选地，供电系统内还可以额外设置有供电检测模块，供电检测模块可以检测市电给出的交流电压的状态，并将结果直接输出至主控制器，以使主控制器确定当前的交流电压的电压值。其中，预设电压值可以由研发人员根据需求进行设置，例如接近0V的电压值。

可选地，母线电容20可以采用陶瓷电容、电解电容、超级电容等来实现。

具体的，当市电提供的交流电压正常时，交流电压会在经过第一电压变换电路进行整流后输出为直流电的第一电压，输出的第一电压会为母线电容20进行充电，同时经第二电压变换电路进行逆变后输出至负载进行供电，以及同时输出至储能模块10以经过上述实施例过程为储能模块10内的电池12进行充电。在市电掉电时，由于母线电容20内存储了一定的电能，当第一电压变换电路由于市电掉电停止输出第一电压时，母线电容20会开始放电，以输出电容电压以经第二电压变换电路进行逆变转换后输出至负载进行供电。在此同时，控制电路50会确定交流电压的电压值小于或者等于预设电压值，并且控制储能模块10中电池管理模块11开始将电池12电压进行升压或者降压输出至第二电压变换电路以使其将该电压进行电压变换后经交流输出端输出至负载，以为负载供电。如此，由于第二电压变换电路始终在进行逆变工作，所以在市电掉电到控制电路50控制储能模块10输出电池12电压的过程中，母线电容20可以保持对接入的负载进行供电，从而有效的减少负载的掉电时间，保证负载工作的可靠性和稳定性。

本发明离网储能电源电路包括储能模块10、母线电容20、第一电压变换电路、第二电压变换电路和控制电路50。其中，第一电压变换电路用于将所述交流电压进行电压变换后输出第一电压，以为所述储能模块10充电；第二电压变换电路用于将所述第一端接收到的电压进行电压变换后经所述交流输出端输出至负载，以为所述负载供电；控制电路50用于在所述交流电压的电压值小于或者等于预设电压值时，控制所述储能模块10输出电池12电压以经所述第二电压变换电路将其进行电压变换后经所述交流输出端输出至负载，以为所述负载供电。本发明有效地保证在供电系统掉电时，减少负载的掉电时间，保证负载工作的可靠性和稳定性。

参考图3，在本发明一实施例中，所述供电系统还包括串联在所述交流电源接入端和所述交流输出端之间的第一开关电路60；

所述控制电路50，还用于控制所述第一开关电路60处于打开状态，以断开所述交流电源接入端和所述交流输出端之间的通路。

在本实施例中，第一开关电路60可以采用开关管来实现，例如MOS管、IGBT管、三极管等，或者是开关器件来实现，例如继电器、接触器、断路器等。可以理解的是，在上述实施例中电路正常工作的情况下，控制电路50会控制第一开关电路60处于打开状态，以断开所述交流电源接入端和所述交流输出端之间的通路。当控制电路50确认上述第一电压变换电路和/或第二电压变换电路异常时，还可以停止第二电压变换电路和/或第一电压变换工作，并且控制第一开关电路60处于闭合状态，从而使交流电源接入端接入的交流电压直接第一开关电路60和交流输出端输出至负载，以为负载供电，从而更进一步地提高了供电系统对负载供电的稳定性和可靠性。

此外，在另一实施例中，参考图6，可以理解的是，在市电掉电时，即控制电路50确认交流电压的电压值小于或者等于预设电压值时，控制电路50还可以控制第一开关电路60处于打开状态，并控制第一电压变换电路将电池12电压进行电压转换后输出后并控制第一开关电路60的工作状态切换至闭合状态。

在本实施例中，第一开关电路60可以采用双向整流/逆变PFC电路来实现，控制电路50在确定交流电压掉电时，控制第一电压变换电路处于逆变状态，以将上述储能模块10输出的电池12电压进行逆变收输出至负载，以为负载供电，从而提高当前状态下对负载的供电功率上限。

需要理解的是，在实际情况中，并不是所有接入的负载都是敏感负载。

为此，参考图4，控制电路50，用于在接收到第一设置信号时，控制第一开关电路60处于打开状态，以断开交流电源接入端和交流输出端之间的通路；以及控制第二电压变换电路将其第一端接入的电压进行电压转换后经交流输出端输出至负载，以为负载供电。

控制电路50，还用于在接收到第二设置信号时，控制第一开关电路60处于闭合状态，以导通交流电源接入端和交流输出端之间的通路；以及控制第二电压变换电路将其第二端接入的电压进行电压转换后输出至储能模块10以为储能模块10充电。

在本实施例中，第二电压变换电路可以采用双向整流/逆变变换来实现，例如双向整流/逆变芯片，或者是多个可控硅组成的双向整流/逆变电路来实现。

在本实施例中，控制电路50还具有用于接入第一设置信号或第二设置信号的设置信号接入端。可选地，供电系统中还可以设置与设置信号接入端连接的触发组件，用户可以通过触碰触发组件以使其输出相应的第一设置信号或第二设置信号。可选地，供电系统中还可以包括一与设置信号接入端连接的通信模块，通信模块与用户的外部终端，例如手机、平板等通信连接，用户可以通过在外部终端上操作以使其输出相应的第一设置信号或第二设置信号至通信模块并经通信模块输出至控制电路50。

若当前接入的负载为敏感负载，那么用户会经上述实施例过程进行操作，以使控制电路50接收到第一设置信号。此时，控制电路50会控制所述第一开关电路60处于打开状态，以断开所述交流电源接入端和所述交流输出端之间的通路，并控制所述第二电压变换电路将其第一端接入的电压进行电压转换后经所述交流输出端输出至负载，以为所述负载供电，以实现上述实施例的供电过程，此处不再赘述。

若当前接入的负载为非敏感负载，即该负载可以接受背景技术中提到的持续延时时长的断电。那么当市电正常提供交流电压时，控制电路50会控制第一开关电路60处于闭合状态，以使市电提供的交流电压直接为负载供电，从而提高供电效率，降低损耗。同时，控制电路50会控制第二电压变换电路工作在整流模式。此时，市电提供的交流电压会经第一电压转换电路整流后输出至储能模块10，以及经第二电压变换电路整流后输出至储能模块10，从而提高给储能模块10的充电速度，同时由于提高了充电速度，还可以对储能模块10中的电池12数量进行适当增加，以提高了储能模块10的电量存储能力。

在市电掉电时，控制电路50还用于在所述交流电压的电压值小于或者等于预设电压值时，控制所述第一开关电路60处于打开状态，从而断开交流输入端与交流输出端之间的通路。同时，控制所述储能模块10输出电池12电压，并控制所述第二电压变换电路工作在逆变模式，以将所述电池12电压进行电压变换后经所述交流输出端输出至负载，以为所述负载供电。

通过上述设置，离网储能电源电路可以根据当前供电系统接入的负载的情况不同执行相同的工作，以使得在负载为敏感负载时，保证敏感负载供电的连续性，以及在负载为非敏感负载时，通过市电直接供电以提高供电系统的供电效率，减少损耗。

参考图5，在本发明一实施例中，供电系统还包括串联在第二电压变换电路的第二端和交流输出端之间的第二开关电路70；

控制电路50，用于控制第二开关电路70的工作状态。

在本实施例中，第二开关电路70可以采用和上述第一开关电路60相同的实施例来实现。可以理解的是，供电系统内还可以设置有用于检测第一开关电路60的开关状态的检测电路，并将检测结果输出至控制电路50。控制电路50若根据检测结果，确定第一开关电路60由于粘连或者是异常需要打开时仍然处于闭合状态，可以控制第二开关电路70处于打开状态，以停止为负载进行供电，从而有效的提高了整个供电系统工作的稳定性和可靠性。可以理解的是，在供电系统正常工作时，控制电路50会控制第二开关电路70处于闭合状态，以导通第二电压变换电路的第二端和交流输出端之间的通路。

本发明还提出了一种供电系统，包括上述任一项所述的离网储能电源电路。

值得注意的是，由于本发明供电系统基于上述的离网储能电源电路，因此，本发明供电系统的实施例包括上述离网储能电源电路全部实施例的全部技术方案，且所达到的技术效果也完全相同，在此不再赘述。

以上内容仅为本发明的可选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种离网储能电源电路，应用于供电系统，所述供电系统包括用于接入交流电压的交流电源接入端和用于接入负载的交流输出端，其特征在于，所述离网储能电源电路包括：

储能模块；

母线电容，所述母线电容与所述储能模块电连接；

第一电压变换电路，其输入端与所述交流电源接入端连接，其输出端与储能模块电连接；并用于将所述交流电压进行电压变换后输出第一电压，以为所述储能模块充电；

第二电压变换电路，其第一端与所述储能模块电连接，其第二端与所述交流输出端连接；并用于将所述第一端接收到的电压进行电压变换后经所述交流输出端输出至负载，以为所述负载供电；

控制电路，用于在所述交流电压的电压值小于或者等于预设电压值时，控制所述储能模块输出电池电压以经所述第二电压变换电路将其进行电压变换后经所述交流输出端输出至负载，以为所述负载供电。

2.如权利要求1所述的离网储能电源电路，其特征在于，所述储能模块包括：

电池；

电池管理模块，所述电池管理模块用于将所述第一电压进行电压转换后为所述电池充电；还用于在所述控制电路的控制下，将所述电池的电池电压输出至所述第二电压变换电路。

3.如权利要求1所述的离网储能电源电路，其特征在于，所述第一电压变换电路包括PFC整流电路。

4.如权利要求1-3任一项所述的离网储能电源电路，其特征在于，所述供电系统还包括串联在所述交流电源接入端和所述交流输出端之间的第一开关电路；

所述控制电路，还用于控制所述第一开关电路处于打开状态，以断开所述交流电源接入端和所述交流输出端之间的通路。

5.如权利要求4所述的离网储能电源电路，其特征在于，所述控制电路，用于在接收到第一设置信号时，控制所述第一开关电路处于打开状态，以断开所述交流电源接入端和所述交流输出端之间的通路；以及控制所述第二电压变换电路将其第一端接入的电压进行电压转换后经所述交流输出端输出至负载，以为所述负载供电。

6.如权利要求5所述的离网储能电源电路，其特征在于，所述控制电路，还用于在接收到第二设置信号时，控制所述第一开关电路处于闭合状态，以导通所述交流电源接入端和所述交流输出端之间的通路；以及控制所述第二电压变换电路将其第二端接入的电压进行电压转换后输出至所述储能模块以为所述储能模块充电。

7.如权利要求6所述的离网储能电源电路，其特征在于，所述控制电路，还用于在所述交流电压的电压值小于或者等于预设电压值时，控制所述第一开关电路处于打开状态，并控制所述储能模块输出电池电压，并控制所述第二电压变换电路将所述电池电压进行电压变换后经所述交流输出端输出至负载，以为所述负载供电。

8.如权利要求4所述的离网储能电源电路，其特征在于，所述控制电路，还用在所述交流电压的电压值小于或者等于预设电压值时，控制所述第一开关电路处于打开状态，并控制所述第一电压变换电路将所述电池电压进行电压转换后输出后并控制所述第一开关电路的工作状态切换至闭合状态。

9.如权利要求4所述的离网储能电源电路，其特征在于，所述供电系统还包括串联在所述第二电压变换电路的第二端和所述交流输出端之间的第二开关电路；

所述控制电路，用于控制所述第二开关电路的工作状态。

10.一种供电系统，包括交流电源接入端、交流输出端和如权利要求1-9任一项所述的离网储能电源电路。