CN207603288U - 一种模块化设计的光伏锂电系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于光伏锂电技术领域，具体涉及一种模块化设计的光伏锂电控制系统。其包括若干独立光伏锂电模块单元、若干节点控制器(5)、集散控制器(6)、控制中心(7)、外围电路和数据采集电路，其中每个独立光伏锂电模块单元和每个节点控制器(5)串联，每个节点控制器(5)之间相互并联，然后跟集散控制器(6)串联，集散控制器(6)和控制中心(7)串联。本实用新型采用模块化设计，能彻底解决传统光伏电池阵列使用中产生的热斑效应,提高效率、延长锂电池使用寿命。通过无线监控网络实现对单个的光伏锂电系统的工作情况信息的采集、监控和、存储管理。

Description

一种模块化设计的光伏锂电系统

技术领域

本实用新型属于光伏锂电技术领域，具体涉及一种一种模块化设计的光伏锂电控制系统。

背景技术

由于现有的大部分光伏发电系统基本都处于独立工作的状态,其工作的性能和工作的状态不能及时被控制中心所了解,当独立的光伏系统出现问题时候，控制中心无法得知、检修，同时无法实现对现有的光伏发电系统进行统一管理；

在一定条件下，一串联支路中被遮蔽的太阳电池组件，将被当作负载消耗其他有光照的太阳电池组件所产生的能量。被遮蔽的太阳电池组件此时会发热，这就是热斑效应。

这种效应能严重的破坏太阳电池。有光照的太阳电池所产生的部分能量，都可能被遮蔽的电池所消耗。为了防止太阳电池由于热斑效应而遭受破坏，传统做法是在太阳电池组件的正负极间并联一个旁路二极管，以避免光照组件所产生的能量被受遮蔽的组件所消耗；

对于新兴的光伏锂电发电系统而言,目前其技术依旧沿袭光伏铅酸蓄电池的发电模式。虽然锂离子电池的安全性也在日益提高，但锂电池要在光伏储能系统中取代铅酸电池,还将面临着安全性、均衡性、循环寿命等几大问题的存在。因而，需要寻求解决锂电池组管理的有效方法,这对促进光伏锂电发电系统的产业化应用具有重要的现实意义。

实用新型内容

针对上述问题，本实用新型提供一种对单个光伏锂电单元实现独立控制可监测的一种模块化设计的光伏锂电系统。

本实用新型的技术方案如下：

一种模块化设计的光伏锂电系统，其特征在于：其包括若干独立光伏锂电模块单元、若干节点控制器5、集散控制器6、控制中心7、外围电路和数据采集电路，其中每个独立光伏锂电模块单元和每个节点控制器5串联，每个节点控制器5之间相互并联，然后跟集散控制器6串联，集散控制器6和控制中心7 串联。

所述的独立光伏锂电模块单元包括若干光伏组件单元1、若干模块控制单元 2、若干单体锂电池3和中央控制器4，一个光伏组件单元1、一个模块控制单元2和一个单体锂电池3串联形成一个模块单元，每个模块控制单元2之间相互并联然后与中央控制器4串联。

所述的外围电路包括电源电路、时钟电路、复位电路、数据检测、充电电路、放电电路和状态指示电路。

所述的数据采集电路包括电压采集电路、电流采集电路、温度采集电路。

所述的电压采集电路采用电阻分压电路，将电压信号经过电阻分压后送入到单片机的AD釆样端口进行转换。

所述的电流采集电路用于检测锂电池的充放电电流,并把电流信号转化为电压信号,传送给单片机内置的AD进行转换。

所述的温度采集电路釆用DS18B20温度传感器组成的温度釆集电路来采集锂电池的工作温度，把温度信号转化为电压信号，传送给单片机内置的AD进行转换。

所述的充电电路由单片机输出控制信号，通过三极管构成的驱动电路，从而控制继电器的开关，以实现充电功能，并设有一防反充二极管。

所述的放电电路由单片机输出控制信号，通过三极管构成的驱动电路，控制继电器的通断，以实现向负载供电。

所述的集散控制器6由控制芯片、电源电路、按键和显示电路、无线和有线通讯接口电路、电流检测电路以及存储电路组成。

本实用新型的有益效果：

(1)传统锂电池组使用中由于单体锂电池过充过放而产生的过热、爆炸等安全隐患，本实用新型采用模块化设计，能彻底解决传统光伏电池阵列使用中产生的热斑效应。

(2)对每个模块控制单元进行单独控制，可以提高效率、延长锂电池使用寿命。

(3)通过无线监控网络的引入，实现对单个的光伏锂电系统的工作情况信息的采集、监控和、存储管理，提高系统的可控性和稳定性。

(4)使用模块化的设计和控制，可以任意拓展控制的规模大小，出现故障时可以单独维修和更换，提高系统的维修性和可靠性。

附图说明

图1为本实用新型的光伏锂电系统拓扑图。

图2为本实用新型的系统拓扑图。

其中，1为光伏组件单元、2为模块控制单元、3为单体锂电池、4为中央控制器、5为节点控制器、6为集散控制器、7为控制中心。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型进行详细说明：

如图1、图2所示，一种模块化设计的光伏锂电系统，其特征在于：其包括若干独立光伏锂电模块单元、若干节点控制器5、集散控制器6、控制中心7、外围电路和数据采集电路，其中每个独立光伏锂电模块单元和每个节点控制器5 串联，每个节点控制器5之间相互并联，然后跟集散控制器6串联，集散控制器6和控制中心7串联。

所述的独立光伏锂电模块单元包括若干光伏组件单元1、若干模块控制单元 2、若干单体锂电池3和中央控制器4，一个光伏组件单元1、一个模块控制单元2和一个单体锂电池3串联形成一个模块单元，每个模块控制单元2之间相互并联然后与中央控制器4串联。

所述的外围电路包括电源电路、时钟电路、复位电路、数据检测、充电电路、放电电路和状态指示电路。

所述的数据采集电路包括电压采集电路、电流采集电路、温度采集电路。

所述的电压采集电路采用电阻分压电路，将电压信号经过电阻分压后送入到单片机的AD釆样端口进行转换。

所述的电流采集电路用于检测锂电池的充放电电流,并把电流信号转化为电压信号,传送给单片机内置的AD进行转换。

所述的温度采集电路釆用DS18B20温度传感器组成的温度釆集电路来采集锂电池的工作温度，把温度信号转化为电压信号，传送给单片机内置的AD进行转换。

所述的充电电路由单片机输出控制信号，通过三极管构成的驱动电路，从而控制继电器的开关，以实现充电功能，并设有一防反充二极管。

所述的放电电路由单片机输出控制信号，通过三极管构成的驱动电路，控制继电器的通断，以实现向负载供电。

所述的集散控制器6由控制芯片、电源电路、按键和显示电路、无线和有线通讯接口电路、电流检测电路以及存储电路组成。

本实用新型以一个个独立的光伏锂电模块单元为基础,通过这些独立模块单元的串联来构建一个模块化光伏锂电系统。即每个单体锂电池3与相匹配的光伏电池并联构成一个模块单元,由模块控制单元2单独控制锂电池的充放电过程的通断,然后由多个模块单元相互串联构成一个光伏锂电系统。最后依据无线监控网络拓扑理论，使用节点控制器监控多个光伏锂电系统，由集散控制器连接到控制中心组成完整的一套模块化设计的光伏锂电系统。

本实用新型提出以模块控制单元2单独控制单体锂电池3的充放电的控制思路，主要利用光伏电池端的输出特性和锂电池端的输出电压,不需要额外的设备计算、预测系统的需求功率。

在阳光充足情况下,光伏电池为锂电池充电的同时也为负载供电；当锂电池端电压充电达到所设定的充电截止电压时,接通模块输出回路，由光伏电池与锂电池再次同时对负载供电；在阳光不足时，则由锂电池单独对负载进行供电，直到当锂电池端电压低于所设定的放电截止电压时，停止为负载供电。

实施例1

下面结合图1、图2详细说明本实用新型一种模块化设计的光伏锂电系统的一种实施情况：

一种模块化设计的光伏锂电系统，其特征在于：其包括四个独立光伏锂电模块单元、四个节点控制器5、集散控制器6、控制中心7、外围电路和数据采集电路，其中每个独立光伏锂电模块单元和每个节点控制器5串联，每个节点控制器5之间相互并联，然后跟集散控制器6串联，集散控制器6和控制中心7 串联。

所述的独立光伏锂电模块单元包括四个光伏组件单元1、四个模块控制单元 2、四个单体锂电池3和中央控制器4，一个光伏组件单元1、一个模块控制单元2和一个单体锂电池3串联形成一个模块单元，每个模块控制单元2之间相互并联然后与中央控制器4串联。

所述的外围电路包括电源电路、时钟电路、复位电路、数据检测、充电电路、放电电路和状态指示电路。

所述的数据采集电路包括电压采集电路、电流采集电路、温度采集电路。

中央控制器4实现以51系列单片机为控制核心,该单片机是一个高性能的8 位单片机，有32个IO口。其外围电路主要包括了电源电路、时钟电路、复位电路、数据检测、充电电路、放电电路以及状态指示电路。

数据采集电路包括电压采集电路、电流采集电路、温度采集电路。电压采集电路主要采用电阻分压电路，将电压信号经过电阻分压后送入到单片机的AD 釆样端口进行转换。

电流采集电路主要作用是检测锂电池的充放电电流,并把电流信号转化为电压信号,传送给单片机内置的AD进行转换。

温度采集电路釆用DS18B20温度传感器组成的温度釆集电路来采集锂电池的工作温度，把温度信号转化为电压信号,传送给单片机内置的AD进行转换。

充电电路主要为了实现光伏电池为锂离子电池充电。由单片机输出控制信号，通过三极管构成的驱动电路,从而控制继电器的开关,以实现充电功能。其电路中还设有一防反充二极管，用来防止夜间或阴雨天时锂电池向光伏电池反充电。

放电电路主要实现光伏电池板或锂离子电池向负载供电。和充电电路相同，由单片机输出控制信号,通过三极管构成的驱动电路，控制继电器的通断，以实现向负载供电。

状态指示电路釆用LCD显示器件,实现光伏电池、锂电池电压、放电电流及工作温度的显示。

电源电路为单片机、继电器、LCD等器件供电。

实施例2

下面详细说明本实用新型一种模块化设计的光伏锂电系统在进行烟气成分分析实验时的一种实施情况：

一种模块化设计的光伏锂电系统，其特征在于：其包括四个独立光伏锂电模块单元、四个节点控制器5、集散控制器6、控制中心7、外围电路和数据采集电路，其中每个独立光伏锂电模块单元和每个节点控制器5串联，每个节点控制器5之间相互并联，然后跟集散控制器6串联，集散控制器6和控制中心7 串联。

所述的独立光伏锂电模块单元包括四个光伏组件单元1、四个模块控制单元 2、四个单体锂电池3和中央控制器4，一个光伏组件单元1、一个模块控制单元2和一个单体锂电池3串联形成一个模块单元，每个模块控制单元2之间相互并联然后与中央控制器4串联。

所述的外围电路包括电源电路、时钟电路、复位电路、数据检测、充电电路、放电电路和状态指示电路。

所述的数据采集电路包括电压采集电路、电流采集电路、温度采集电路。

所述的集散控制器6由控制芯片、电源电路、按键和显示电路、无线和有线通讯接口电路、电流检测电路以及存储电路组成。

集散控制器6主要是收集、存储一定范围的节点控制器对光伏锂电系统的监控信息，并将收集的一定范围的节点控制器5的监控信息发送到控制中心。集散控制器6由控制芯片、电源电路、按键和显示电路、无线和有线通讯接口电路、电流检测电路以及存储电路组成。

集散控制器6无线通讯接口电路主要是对无线模块的操作，无线模块选用成熟的ZigBee模块与节点控制器5通信、选用GSM4G模块与控制中心通信。

节点控制器5的主要功能就是将光伏锂电系统控制器收集的工作情况存储起来及通过ZigBee模块发送到集散控制器。

以上所述仅为本实用新型的实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种模块化设计的光伏锂电系统，其特征在于：其包括若干独立光伏锂电模块单元、若干节点控制器(5)、集散控制器(6)、控制中心(7)、外围电路和数据采集电路，其中每个独立光伏锂电模块单元和每个节点控制器(5)串联，每个节点控制器(5)之间相互并联，然后跟集散控制器(6)串联，集散控制器(6)和控制中心(7)串联。

2.根据权利要求1所述的一种模块化设计的光伏锂电系统，其特征在于：所述的独立光伏锂电模块单元包括若干光伏组件单元(1)、若干模块控制单元(2)、若干单体锂电池(3)和中央控制器(4)，一个光伏组件单元(1)、一个模块控制单元(2)和一个单体锂电池(3)串联形成一个模块单元，每个模块控制单元(2)之间相互并联然后与中央控制器(4)串联。

3.根据权利要求1所述的一种模块化设计的光伏锂电系统，其特征在于：所述的外围电路包括电源电路、时钟电路、复位电路、数据检测、充电电路、放电电路和状态指示电路。

4.根据权利要求1所述的一种模块化设计的光伏锂电系统，其特征在于：所述的数据采集电路包括电压采集电路、电流采集电路、温度采集电路。

5.根据权利要求4所述的一种模块化设计的光伏锂电系统，其特征在于：所述的电压采集电路采用电阻分压电路，将电压信号经过电阻分压后送入到单片机的AD釆样端口进行转换。

6.根据权利要求4所述的一种模块化设计的光伏锂电系统，其特征在于：所述的电流采集电路用于检测锂电池的充放电电流,并把电流信号转化为电压信号,传送给单片机内置的AD进行转换。

7.根据权利要求4所述的一种模块化设计的光伏锂电系统，其特征在于：所述的温度采集电路釆用DS18B20温度传感器组成的温度釆集电路来采集锂电池的工作温度，把温度信号转化为电压信号，传送给单片机内置的AD进行转换。

8.根据权利要求3所述的一种模块化设计的光伏锂电系统，其特征在于：所述的充电电路由单片机输出控制信号，通过三极管构成的驱动电路，从而控制继电器的开关，以实现充电功能，并设有一防反充二极管。

9.根据权利要求3所述的一种模块化设计的光伏锂电系统，其特征在于：所述的放电电路由单片机输出控制信号，通过三极管构成的驱动电路，控制继电器的通断，以实现向负载供电。

10.根据权利要求1所述的一种模块化设计的光伏锂电系统，其特征在于：所述的集散控制器(6)由控制芯片、电源电路、按键和显示电路、无线和有线通讯接口电路、电流检测电路以及存储电路组成。