CN205960765U - 充放电倍效供电系统 - Google Patents

Abstract

充放电倍效供电系统属于供电系统技术领域，尤其涉及一种充放电倍效供电系统，包括光伏发电部分G₁……Gn，等容量的储能可充放电电池B₁、B₂，互锁联动型开关K₁、K₂，快速二极管D₁、D₂，同时开断的开关K₃、K₄和负载L，其特征在于光伏发电部分G₁……Gn正极、等容量的储能可充放电电池B₁、B₂正极、负载L正极相连，光伏发电部分G₁……Gn负极与互锁联动型开关K₁、K₂一端相连，开关K₁另一端、电池B₁负极、快速二极管D₁阴极、开关K₃一端相连；本实用新型对蓄电池分组，通过K₁K₂互锁联动控制模式，可实现蓄电池组安全高效充电技术，同时K₁K₂交替开断控制，实现电源点（光伏、市电等其他电源形式）高效倍增充电技术。

Description

充放电倍效供电系统

技术领域

本实用新型属于供电系统技术领域，尤其涉及一种充放电倍效供电系统。

背景技术

目前市场化电储能类型常见的铅酸蓄电池、锂离子蓄电池、超级电容、镍氢蓄电池等技术；这些蓄电池充放电技术关键点为安全、高效及长寿命，这就要求充电过程要可控或智能控制。要求不能过充，高效要求控制技术根据蓄电池状态不断调整充电电流强度，大电流快充、恒流均匀充电、涓流充电；使得充电高效安全快速。控制不同电流大小最有效的办法就是PWM（脉冲宽度管理）控制技术。

（1）具体48V蓄电池充电波形如图6所示，所谓PWM充电技术主要波形，波形会根据蓄电池组电荷状态脉冲波形宽度、占空比及频率有变化，整体所以充电过程中有一半时间波形过零点，相当于整个充电的电源或太阳能光伏有一半时间在休息。这就是蓄电池充电效率低真正原因。经常业内有一句话叫做充电1.5倍率。用大于1.5倍的能量去充电，才能把蓄电池充满。储能充电效率低（67%）。

（2）充电的电源或太阳能光伏利用率低：充放电储能技术总效率54%，充电效率（66.7%）、放电效率（83%）。

把蓄电池原来的每块蓄电池分成电压、容量均相同的两块，如图7所示，通过控制技术让分成两组的蓄电池分别交替互补充电，每串蓄电池充电过程和单串蓄电池相同PWM控制充电，但通过互补充电技术两串蓄电池并联总的充电电流和功效提高了一倍，充电效率提高了一倍。而蓄电池安全性充电管理均和原来的单组蓄电池相同；产生的效果就是同等条件下蓄电池充电时间缩短了一半；对于太阳能光伏发电功能来说相当于把光伏发电效率提高了一倍。

发明内容

本实用新型就是针对上述问题，提供一种充放电倍效供电系统。

为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案，本实用新型包括光伏发电部分G₁……Gn，等容量的储能可充放电电池B₁、B₂，互锁联动型开关K₁、K₂，快速二极管D₁、D₂，同时开断的开关K₃、K₄和负载L，其结构要点光伏发电部分G₁……G_n正极、等容量的储能可充放电电池B₁、B₂正极、负载L正极相连，光伏发电部分G₁……G_n负极与互锁联动型开关K₁、K₂一端相连，开关K₁另一端、电池B₁负极、二极管D₁阴极、开关K₃一端相连。

开关K₂另一端、电池B₂负极、二极管D₂阴极、开关K₄一端相连。

二极管D₁阳极、二极管D₂阳极、地线相连。

开关K₃另一端、开关K₄另一端、负载L负极相连。

所述互锁联动型开关K₁、K₂采用两个并联的AOT460管，互锁联动型开关K₁、K₂漏极相连，开关K₁栅极分别与第一NPN三极管发射极、第一PNP三极管发射极相连，第一NPN三极管集电极接电源VCC，第一NPN三极管基极、第一PNP三极管基极、第二NPN三极集电极相连，第二NPN三极发射极、第一PNP三极管集电极、地线相连，第二NPN三极管基极与第三NPN三极管集电极相连，第三NPN三极管发射极接地，第三NPN三极管基极、PWM信号输入端口、第四NPN三极管基极相连。

第四NPN三极管集电极、第五NPN三极管基极、第二PNP三极管基极相连，第四NPN三极管发射极、地线、第二PNP三极管集电极相连，第五NPN三极管集电极接电源VCC，第五NPN三极管发射极、第二PNP三极管发射极、开关K₂栅极相连。

作为一种优选方案，本实用新型所述储能可充放电电池为锂电池或铅酸电池。

作为另一种优选方案，本实用新型还包括快速二极管D₃、二极管D₄、二极管D₅、二极管D₆，二极管D₁、二极管D₃、二极管D₅并联，二极管D₂、二极管D₄、二极管D₅并联。

作为另一种优选方案，本实用新型所述互锁联动型开关K₁、K₂为MOS开关管、IGBT或继电器。

其次，本实用新型所述互锁联动型开关K1、K2的控制电路根据电池的充电储能类型控制互锁联动型开关K₁、K₂进行连锁互动交替开断，其每个开关开断的波形为方波，脉宽可调制。

另外，本实用新型所述互锁联动型开关K₁、K₂波形占空比根据电池类型和状态SDC进行控制和调整。

本实用新型有益效果。

本实用新型对蓄电池分组，通过K₁K₂互锁联动控制模式，可实现蓄电池组安全高效充电技术，同时K₁K₂交替开断控制，实现电源点（光伏、市电等其他电源形式）高效倍增充电技术。

本实用新型D₁D₂为正向电阻极小的快速二极管。D₁D₂接法决定了两组蓄电池组为隔离，同时具有钳住接地功能，始终将两组蓄电池组负极钳住在零电位附近。

本实用新型通过K₃K₄同时开断控制，同时对负载进行联合开断，实现储能系统对负载的供电，实现两组蓄电池联合并联供电技术。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型做进一步说明。本实用新型保护范围不仅局限于以下内容的表述。

图1是本实用新型结构示意图。

图2是本实用新型省去K₃、K₄结构示意图。

图3是本实用新型K₁K₂充电波形。

图4是本实用新型电源给蓄电池总充电图（I=I₁+I₂=2I₁）。

图5是本实用新型共负极系统示意图。

图6是48V蓄电池充电波形图。

图7是通过控制技术让分成两组的蓄电池分别交替互补充电示意图。

图8是本实用新型K₁K₂控制驱动部分示意图。

具体实施方式

如图所示，本实用新型包括光伏发电部分G₁……Gn，等容量的储能可充放电电池B₁、B₂，互锁联动型开关K₁、K₂，快速二极管D₁、D₂，同时开断的开关K₃、K₄和负载L，光伏发电部分G₁……G_n正极、等容量的储能可充放电电池B₁、B₂正极、负载L正极相连，光伏发电部分G₁……G_n负极与互锁联动型开关K₁、K₂一端相连，开关K₁另一端、电池B₁负极、二极管D₁阴极、开关K₃一端相连。

开关K₂另一端、电池B₂负极、二极管D₂阴极、开关K₄一端相连。

二极管D₁阳极、二极管D₂阳极、地线相连。

开关K₃另一端、开关K₄另一端、负载L负极相连。

光伏发电部分 G₁……Gn也可以是市电或电源。

所述储能可充放电电池为锂电池或铅酸电池。等容量的储能可充放电电池B₁、B₂为等容量的B/2的储能可充放电的锂电池或铅酸电池。

通过控制电路可控制K₁K₂开断时间，导通时长，但K₁K₂是互锁型开关，即K₁通，K₂断。K₁断，K₂通。

本实用新型还包括快速二极管D₃、D₄、D₅、D₆，二极管D1、D₃、D₅并联，二极管D2、D₄、D₅并联。由D₁D₂……D₄多个钳住接地快速二极管的并联使用，可以实现蓄电池分组高效倍增充电的同时实现蓄电池分组合并储能全容量供电技术。

所述互锁联动型开关K₁、K₂采用两个并联的AOT460管，互锁联动型开关K₁、K₂漏极相连，开关K₁栅极分别与第一NPN三极管发射极、第一PNP三极管发射极相连，第一NPN三极管集电极接电源VCC，第一NPN三极管基极、第一PNP三极管基极、第二NPN三极集电极相连，第二NPN三极发射极、第一PNP三极管集电极、地线相连，第二NPN三极管基极与第三NPN三极管集电极相连，第三NPN三极管发射极接地，第三NPN三极管基极、PWM信号输入端口、第四NPN三极管基极相连。

第四NPN三极管集电极、第五NPN三极管基极、第二PNP三极管基极相连，第四NPN三极管发射极、地线、第二PNP三极管集电极相连，第五NPN三极管集电极接电源VCC，第五NPN三极管发射极、第二PNP三极管发射极、开关K2栅极相连。

如图8所示，充电PWM信号分成两路去控制两组蓄电池充电电路，这两路充电电路的原理是相同的。其中一路经过NPN三极管取反，这使得两路充电电路交替工作。两个NPN管与一个PNP管的组合用来放大PWM信号，使其电压幅度足以控制NMOS管AOT460的关闭与开启，同时，根据不同的占空比来控制充电电流。

所述互锁联动型开关K₁、K₂为MOS开关管、IGBT或继电器。

所述互锁联动型开关K₁、K₂的控制电路根据电池的充电储能类型控制互锁联动型开关K₁、K₂进行连锁互动交替开断，其每个开关开断的波形为方波，脉宽可调制。电池的充电储能类型如铅酸电池、锂电池。根据电池的充电储能类型控制充电开关频率是本领域技术人员的常规技术。

所述互锁联动型开关K₁、K₂波形占空比根据电池类型和状态SDC进行控制和调整。充电开关波形占空比根据电池类型和状态SDC进行控制和调整是本领域技术人员的常规技术。

本实用新型充电效率倍增方式关键是把原一组蓄电池按照“电压不变容量变半”原则等分成两串蓄电池组。通过控制技术完成两串蓄电池互补交替高效充电。

如图1所示。

１）容量变半：通过两组背靠背的隔离钳位二极管完成，隔离二极管要求低阻值快速导通二极管。二极管的容量不够用可以对称增加背靠背二极管并联个数。以适应大电流需要。如果两组背靠背钳位二极管安装在两组蓄电池正极之间，就是共负极连接技术。如果两组背靠背钳位二极管安装在两组蓄电池负极之间（如图1），就是共正极连接技术。两种钳位二极管安装的位置不同，但是均能完成蓄电池分级互补高效倍增充电控制功能，都是专利保护范围之内。

２）蓄电池在充电放电过程中可以同时进行，也可以单独进行。充电过程通过智能控制技术控制K₁与K₂ 交替导通，太阳能电池板通过K₁导通给蓄电池B₁ 组进行充电，控制电路控制K₁闭合充电的同时控制K₂打开，反之K₂接通给蓄电池组B₂充电同时控制电路控制K₁断开。两组蓄电池经过控制电路的自动交替开合完成两组蓄电池组的互补充电技术，而对于整个电源或充电的太阳能电源来说两串蓄电池充电的合成波形相当于将充电电流加大了一倍，前提每串蓄电池充电控制让保留安全高效长寿命，控制的机制没有变。

３）放电过程是通过控制电路控制K₃和K₄同时闭合来完成的。这样就可以保证两组蓄电池串通过并联后同时给负载均衡供电。隔离钳位二极管起到均衡隔离作用，当其中一串蓄电池电压变低:如：Ub1<Ub2，此时不均衡都超过一定值，B₂通过导通的K₃、K₄给B₁充电达到两串蓄电池组电压均衡环流为零。

４）放电开关K₃、K₄可以同时省去，该用两根容量够大的导线代替，使得负载直接通过两根导线并联供电。负载侧可以增加一组用于控制负载工作的单一开关来完成，如图2所示。

在向负载持续供电情况下，K₃、K₄及图2中的K可保持一直闭合状态。

本专利技术不仅适用于独立光伏系统，电站及风光柴储系统等带储能的各种供电系统，包括微电网系统，并且适用于电动汽车系统的充电桩。

可以理解的是，以上关于本实用新型的具体描述，仅用于说明本实用新型而并非受限于本实用新型实施例所描述的技术方案，本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本实用新型进行修改或等同替换，以达到相同的技术效果；只要满足使用需要，都在本实用新型的保护范围之内。

Claims (3)

1.充放电倍效供电系统，包括光伏发电部分G₁……Gn，等容量的储能可充放电电池B₁、B₂，互锁联动型开关K₁、K₂，快速二极管D₁、D₂，同时开断的开关K₃、K₄和负载L，其特征在于光伏发电部分G₁……Gn正极、等容量的储能可充放电电池B₁、B₂正极、负载L正极相连，光伏发电部分G₁……Gn负极与互锁联动型开关K₁、K₂一端相连，开关K₁另一端、电池B₁负极、快速二极管D₁阴极、开关K₃一端相连；

开关K₂另一端、电池B₂负极、二极管D₂阴极、开关K₄一端相连；

二极管D₁阳极、二极管D₂阳极、地线相连；

开关K₃另一端、开关K₄另一端、负载L负极相连；

所述互锁联动型开关K₁、K₂采用两个并联的AOT460管，互锁联动型开关K₁、K₂漏极相连，开关K₁栅极分别与第一NPN三极管发射极、第一PNP三极管发射极相连，第一NPN三极管集电极接电源VCC，第一NPN三极管基极、第一PNP三极管基极、第二NPN三极管集电极相连，第二NPN三极管发射极、第一PNP三极管集电极、地线相连，第二NPN三极管基极与第三NPN三极管集电极相连，第三NPN三极管发射极接地，第三NPN三极管基极、PWM信号输入端口、第四NPN三极管基极相连；

第四NPN三极管集电极、第五NPN三极管基极、第二PNP三极管基极相连，第四NPN三极管发射极、地线、第二PNP三极管集电极相连，第五NPN三极管集电极接电源VCC，第五NPN三极管发射极、第二PNP三极管发射极、开关K2栅极相连。

2.根据权利要求1所述充放电倍效供电系统，其特征在于所述储能可充放电电池为锂电池或铅酸电池。

3.根据权利要求1所述充放电倍效供电系统，其特征在于所述互锁联动型开关K₁、K₂为MOS开关管、IGBT或继电器。