CN209150783U - 一种可并网的家庭储能系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种可并网的家庭储能系统，包括光伏组件、逆变器、电池管理装置、电池组和监控装置；光伏组件用于收集太阳能，并将太阳能转化为电能，然后将电能传输到逆变器；逆变器用于接收光伏组件的电能，然后将电能进行电压转换，同时分别比较逆变器的输出功率、用电器的需求功率及电池组的充电、放电功率，选择并网或离网，且调节系统对用电器、电池组和电网输出的电能；电池管理装置用于管理电池组的充放电状态；电池组用于存储接收到的电能，并在光伏组件停止工作时，给用电器供电；监控装置用于获取逆变器的状态，并对逆变器进行控制。本实用新型采用多种工作模式，提高太阳能的利用率，同时提高了系统的智能化水平。

Description

一种可并网的家庭储能系统

技术领域

本实用新型属于太阳能储能系统的技术领域，具体涉及一种可并网的家庭储能系统。

背景技术

自地球上生命诞生以来，就主要以太阳提供的热辐射能生存，而自古人类也懂得以阳光晒干物件，并作为制作食物的方法，如制盐和晒咸鱼等。在化石燃料日趋减少的情况下，太阳能已成为人类使用能源的重要组成部分，并不断得到发展。太阳能的利用有光热转换和光电转换两种方式，太阳能发电是一种新兴的可再生能源。为了确保负载的用电，可以采用太阳能组件与储能模块相互配合的方式，目前市场上的大多数太阳能储能产品电气控制逻辑比较简单。

其中，中国专利文献公开了一种太阳能充电系统及其控制方法(公开号：CN107979324 A)，包括：太阳能组件、与太阳能组件电连接的储能支路、与太阳能组件电连接的负载支路以及控制各支路的中央控制模块；储能支路包括与太阳能组件电连接的第一太阳能控制模块、与第一太阳能控制模块电连接的储能模块和第一开关；负载支路包括与太阳能组件电连接的第二太阳能控制模块、与第二太阳能控制模块电连接的负载接口和第二开关；负载通过第三开关与储能模块电连接；中央控制模块与第一太阳能控制模块和第二太阳能控制模块通讯连接；用于采集太阳能组件的发电功率并依据第一开关、第二开关以及第三开关的通断。上述的方案在一定程度上能进行储能模块充放电模式的切换，但是这种方案至少还存在以下缺陷：第一，工作模式单一，不利于提高太阳能的利用率；第二，不支持远程监控系统，不利于用户体验；第三，不支持并入电网，造成电能浪费。

实用新型内容

本实用新型的目的在于：针对现有技术的不足，提供一种可并网的家庭储能系统，采用多种工作模式，不仅实现储存太阳能转换后的电能，还实现了储能系统并网或离网，提高太阳能的利用率，同时支持远程监控系统，提高了系统的智能化水平。

为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种可并网的家庭储能系统，包括光伏组件、逆变器、电池管理装置、电池组和监控装置；

所述光伏组件用于收集太阳能，并将太阳能转化为电能，然后将电能传输到所述逆变器；

所述逆变器用于接收所述光伏组件的电能，然后将电能进行电压转换，同时分别比较所述逆变器的输出功率、用电器的需求功率及所述电池组的充电、放电功率，选择并网或离网，且调节系统对所述用电器、所述电池组和电网输出的电能；

所述电池管理装置用于管理所述电池组的充放电状态；

所述电池组用于存储接收到的电能，并在所述光伏组件停止工作时，给所述用电器供电；

所述监控装置用于获取所述逆变器的状态，并对所述逆变器进行控制。

作为本实用新型所述的一种可并网的家庭储能系统的一种改进，所述光伏组件的功率与所述逆变器的功率相匹配，所述电池管理装置与所述电池组相匹配。

作为本实用新型所述的一种可并网的家庭储能系统的一种改进，所述逆变器设置有市电接口和常电接口，所述逆变器通过所述市电接口与所述电网电连接，所述逆变器通过所述常电接口与所述用电器电连接。

作为本实用新型所述的一种可并网的家庭储能系统的一种改进，所述电池管理装置设置有电压传感器和温度传感器，所述电压传感器与单个电池的两端电连接，所述温度传感器安装在所述单个电池的表面。

作为本实用新型所述的一种可并网的家庭储能系统的一种改进，所述电池管理装置通过CAN总线与所述逆变器进行通讯。

作为本实用新型所述的一种可并网的家庭储能系统的一种改进，所述电池管理装置还设置有状态指示灯。

作为本实用新型所述的一种可并网的家庭储能系统的一种改进，所述电池管理装置和所述电池组固定设置在一壳体内。

作为本实用新型所述的一种可并网的家庭储能系统的一种改进，所述监控装置设置有通讯模块，所述通讯模块为串行接口模块、蓝牙接口模块、WiFi接口模块和NFC接口模块中的至少一种。

作为本实用新型所述的一种可并网的家庭储能系统的一种改进，所述光伏组件包括若干组串并联组合的PV光伏板。

作为本实用新型所述的一种可并网的家庭储能系统的一种改进，所述监控装置还用于获取所述电池组的充放电状态和所述太阳能的辐射强度。

本实用新型的有益效果在于，本实用新型包括光伏组件、逆变器、电池管理装置、电池组和监控装置；所述光伏组件用于收集太阳能，并将太阳能转化为电能，然后将电能传输到所述逆变器；所述逆变器用于接收所述光伏组件的电能，然后将电能进行电压转换，同时分别比较所述逆变器的输出功率、用电器的需求功率及所述电池组的充电、放电功率，选择并网或离网，且调节系统对所述用电器、所述电池组和电网输出的电能；所述电池管理装置用于管理所述电池组的充放电状态；所述电池组用于存储接收到的电能，并在所述光伏组件停止工作时，给所述用电器供电；所述监控装置用于获取所述逆变器的状态，并对所述逆变器进行控制；逆变器根据日照情况、电池组的充放电状态和用电器的需求，选择并网或离网，且调节系统对用电器和电网的供电比例，如在光照充足的时候，一部分存储至电池组中，一部分输送给用电器，多余部分转换成交流，输送到电网中；用户通过远程终端与监控装置通讯连接，及时获取系统运行状态和相关的参数，也能通过监控装置远程对系统进行控制，如逆变器的状态、电池组的充放电控制及工作模式的控制，本实用新型采用多种工作模式，不仅实现储存太阳能转换后的电能，还实现了储能系统并网或离网，提高太阳能的利用率，同时支持远程监控系统，提高了系统的智能化水平。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

其中：1-光伏组件；2-逆变器；3-电池管理装置；4-电池组；5-监控装置；6-用电器；7-电网；21-市电接口；22-常电接口；31-电压传感器；32-温度传感器；33-状态指示灯；51-通讯模块。

具体实施方式

如在说明书及权利要求当中使用了某些词汇来指称特定组件。本领域技术人员应可理解，硬件制造商可能会用不同名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求并不以名称的差异来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。如在通篇说明书及权利要求当中所提及的“包含”为一开放式用语，故应解释成“包含但不限定于”。“大致”是指在可接受的误差范围内，本领域技术人员能够在一定误差范围内解决技术问题，基本达到技术效果。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、水平”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

在实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接 ；可以是机械连接，也可以是电连接 ；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

以下结合附图对本实用新型作进一步详细说明，但不作为对本实用新型的限定。

如图1所示，一种可并网的家庭储能系统，包括光伏组件1、逆变器2、电池管理装置3、电池组4和监控装置5；

光伏组件1用于收集太阳能，并将太阳能转化为电能，然后将电能传输到逆变器2；

逆变器2用于接收光伏组件1的电能，然后将电能进行电压转换，同时分别比较逆变器2的输出功率、用电器6的需求功率及电池组4的充电、放电功率，选择并网或离网，且调节系统对用电器6、电池组4和电网7输出的电能；

电池管理装置3用于管理电池组4的充放电状态；

电池组4用于存储接收到的电能，并在光伏组件1停止工作时，给用电器6供电；

监控装置5用于获取逆变器2的状态，并对逆变器2进行控制。

其中，逆变器2根据日照情况、电池组4的充放电状态和用电器6的需求，选择并网或离网，且调节系统对用电器6和电网7的供电比例，如在光照充足的时候，一部分存储至电池组4中，一部分输送给用电器6，多余部分转换成交流，输送到电网7中；用户通过远程终端与监控装置5通讯连接，及时获取系统运行状态和相关的参数，也能通过监控装置5远程对系统进行控制，如逆变器2的状态、电池组4的充放电控制及工作模式的控制，其中，逆变器2为GW5048-EM双向储能型光伏逆变器，可以通过市场直接购买的型号。

优选的，光伏组件1的功率与逆变器2的功率相匹配，电池管理装置3与电池组4相匹配。光伏组件1的功率一般为逆变器2功率的1.5倍设计，同时光伏组件1的功率也与房屋的总体设计有关，屋顶面积较大，可以放更过的光伏组件1，则光伏组件的功率更大；由于电池管理装置3能够设置电池组4的保护参数值，若设置参数与电池组4不匹配，在电池组4出现过压、过流或短路时，电池管理装置3无法判断电池组4是否处于正常状态，导致电池组4受损甚至爆炸。

优选的，逆变器2设置有市电接口21和常电接口22，逆变器2通过市电接口21与电网7电连接，逆变器2通过常电接口22与用电器6电连接。市电接口21不仅实现将多余的电能并入电网7，还能在太阳能辐射强度较低时，为用电器6供电；常电接口22保证部分不能断电的用电器6，如冰箱，在逆变器2改变工作模式过程中，始终保持给不能断电的用电器6通电，有助于提高用户体验度，同时拓宽系统的适用面。

优选的，电池管理装置3设置有电压传感器31和温度传感器32，电压传感器31与单个电池的两端电连接，温度传感器32安装在单个电池的表面。电压传感器31用于采集单个电池两端的电压和电流，并将实时数据发送给电池管理装置3，同时温度传感器32采集单个电池表面的温度，电池管理装置3根据实时数据判断电池组4的充放电状态，有助于提前发现电池组4由于过流、过压或短路导致的温度上升的情况，并通过通风装置或冷却装置使电池组4的温度下降，有利于减少电池组4故障次数，还有利于提高电池组4的使用寿命，其中，电压传感器31的型号为HAV100-1500，温度传感器32为LM135/235/335温度传感器，可以通过市场直接购买的型号。

优选的，电池管理装置3通过CAN总线与逆变器2进行通讯。CAN协议的一个最大特点是废除了传统的站地址编码，而代之以对通信数据块进行编码，采用这种方法的优点可使网络内的节点个数在理论上不受限制，数据块的标识符可由11位或29位二进制数组成，因此可以定义2或2个以上不同的数据块，这种按数据块编码的方式，还可使不同的节点同时接收到相同的数据，这一点在分布式控制系统中非常有用。

优选的，电池管理装置3还设置有状态指示灯33。增加状态指示灯33，用户根据状态指示灯33闪烁的次数或常亮的个数，无需借助外部显示设备即可判断电池管理装置3的工作模式和电池组4的剩余电量。

优选的，电池管理装置3和电池组4固定设置在一壳体内。将电池管理装置3和电池组4固定设置在一壳体内，可以对电池管理装置3的电路和电池组4起到很好的保护作用，以防因使用过程中的撞击、摩擦或其它外力因素而损坏电池管理装置3的电路和电池组4。

优选的，监控装置5设置有通讯模块51，通讯模块51为串行接口模块、蓝牙接口模块、WiFi接口模块和NFC接口模块中的至少一种。串行接口是采用串行通信方式的扩展接口，串行接口是指数据一位一位地顺序传送，其特点是通信线路简单，只要一对传输线就可以实现双向通信，从而大大降低了成本，特别适用于远距离通信；使用了NFC接口和蓝牙接口的设备，如手机，设备和系统可以在彼此靠近的情况下进行数据交换，通过在单一芯片上集成感应式读卡器、感应式卡片和点对点通信的功能，利用移动终端实现对系统的控制。

优选的，监控装置5还用于获取电池组4的充放电状态和太阳能的辐射强度。由于监控装置5具有远程通讯的功能，用户通过移动终端查看电池组4的充放电状态和太阳能的辐射强度，使系统具备良好的灵活性、兼容性、扩展性和可移植性，有助于提高了系统的智能化水平。

优选的，光伏组件1包括若干组串并联组合的PV光伏板。20块PV光伏板，功率为300W/18V，可以通过市场直接购买，用户可以根据预算，选择不同类型的光伏板进行组合，以达到更好的收集太阳能效果。

本实用新型的工作原理是：首先初始化家庭储能系统，光伏组件1收集太阳能，并将太阳能转化为电能，然后将电能传输到逆变器2；电池管理装置3采集电池组4的电压和温度的信息，并将采样数据传送到逆变器2；在系统运行一段时间后，逆变器2分别比较逆变器2的输出功率、用电器6的需求功率及电池组4的充电、放电功率，选择并网或离网，且调节系统对用电器6、电池组4和电网7输出的电能。

若逆变器2的输出功率大于用电器6的需求功率和电池组4的充电功率，则控控制富余部分电能输送至电网7；这个模式适用于白天，太阳能的辐射较强，满足了用电器6的需求，且电池组4的电量充足，可将富余部分电能输送至电网7；

若逆变器2的输出功率大于用电器6的需求功率，且小于用电器6的需求功率和电池组4的充电功率，则控制富余部分电能存储至电池组4；这个模式适用于阴天，太阳能的辐射较弱，满足了用电器6的需求，但电池组4处于未充满状态，则控制富余部分电能存储至电池组4；

若电池组4的放电功率小于用电器6的需求功率，则通过电网7给用电器6供电；这个模式适用于夜间，光伏组件1基本不工作，且电池组4的电量较低，则使用电网7给用电器6供电。

根据上述说明书的揭示和教导，本实用新型所属领域的技术人员还能够对上述实施方式进行变更和修改。因此，本实用新型并不局限于上述的具体实施方式，凡是本领域技术人员在本实用新型的基础上所作出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本实用新型的保护范围。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本实用新型构成任何限制。

Claims (10)

1.一种可并网的家庭储能系统，其特征在于：包括光伏组件(1)、逆变器(2)、电池管理装置(3)、电池组(4)和监控装置(5)；

所述光伏组件(1)用于收集太阳能，并将太阳能转化为电能，然后将电能传输到所述逆变器(2)；

所述逆变器(2)用于接收所述光伏组件(1)的电能，然后将电能进行电压转换，同时分别比较所述逆变器(2)的输出功率、用电器(6)的需求功率及所述电池组(4)的充电、放电功率，选择并网或离网，且调节系统对所述用电器(6)、所述电池组(4)和电网(7)输出的电能；

所述电池管理装置(3)用于管理所述电池组(4)的充放电状态；

所述电池组(4)用于存储接收到的电能，并在所述光伏组件(1)停止工作时，给所述用电器(6)供电；

所述监控装置(5)用于获取所述逆变器(2)的状态，并对所述逆变器(2)进行控制。

2.如权利要求1所述的一种可并网的家庭储能系统，其特征在于：所述光伏组件(1)的功率与所述逆变器(2)的功率相匹配，所述电池管理装置(3)与所述电池组(4)相匹配。

3.如权利要求1所述的一种可并网的家庭储能系统，其特征在于：所述逆变器(2)设置有市电接口(21)和常电接口(22)，所述逆变器(2)通过所述市电接口(21)与所述电网(7)电连接，所述逆变器(2)通过所述常电接口(22)与所述用电器(6)电连接。

4.如权利要求1所述的一种可并网的家庭储能系统，其特征在于：所述电池管理装置(3)设置有电压传感器(31)和温度传感器(32)，所述电压传感器(31)与单个电池的两端电连接，所述温度传感器(32)安装在所述单个电池的表面。

5.如权利要求1所述的一种可并网的家庭储能系统，其特征在于：所述电池管理装置(3)通过CAN总线与所述逆变器(2)进行通讯。

6.如权利要求1所述的一种可并网的家庭储能系统，其特征在于：所述电池管理装置(3)还设置有状态指示灯(33)。

7.如权利要求1所述的一种可并网的家庭储能系统，其特征在于：所述电池管理装置(3)和所述电池组(4)固定设置在一壳体内。

8.如权利要求1所述的一种可并网的家庭储能系统，其特征在于：所述监控装置(5)设置有通讯模块(51)，所述通讯模块(51)为串行接口模块、蓝牙接口模块、WiFi接口模块和NFC接口模块中的至少一种。

9.如权利要求1所述的一种可并网的家庭储能系统，其特征在于：所述光伏组件(1)包括若干组串并联组合的PV光伏板。

10.如权利要求1所述的一种可并网的家庭储能系统，其特征在于：所述监控装置(5)还用于获取所述电池组(4)的充放电状态和所述太阳能的辐射强度。