CN2884653Y - 一种多电能蓄输电控制器 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于电控制装置技术领域，特别涉及一种多通道、多电能的蓄输电控制器，包括蓄电池组、交直流转换器，蓄电池组与交直流转换器连接，蓄电池组接入太阳光伏电源和市供电源，市供电源通过交直流转换器向蓄电池组充电；蓄电池组连接一控制电路，该控制电路包括脉冲调宽电路、负载超限保护电路、过压欠压保护电路；脉冲调宽电路与市供电源、蓄电池组联接，控制市供电源的充电电流；负载超限保护电路与交直流转换器、过压欠压保护电路联接，监控负载的负荷；过压欠压保护电路与蓄电池组联接，控制蓄电池组的充电和放电。本实用新型具有储能管理、逆变供电、检测并显示等功能，又设有多个充放电通道，使充放电过程不受外界因素影响。

Description

一种多电能蓄输电控制器

技术领域

本实用新型属于电力控制装置技术领域，特别涉及一种多通道、多电能的蓄输电控制器。

背景技术

随着经济现代化和城市建设的快速发展，能源需求增长和能源短缺都十分突出，尤其是电力供求不平衡更为严重。为了缓解电能短缺问题，对太阳能、风能、潮汐能等可再生能源发电得到政府和社会重视，但太阳电能、潮汐电能等新型电能由于受时空和气候影响较大，不能达到稳定供电。

中国专利号为91225092.5，公开了名称为“一种太阳能发电装置多功能控制器”，该多功能控制器包括自动充电调节电路、自动分配电路、自动供电控制电路、稳压电路、直流输出及保护电路、告警电路、落后电池处理及应急电源、逆变电路等。该专利技术利用光伏硅阵将太阳能转化为电信号送到自动充电调节电路，自动充电调节电路的输出通过自动分配电路送到蓄电池，通过蓄电池和自动供电控制电路相接，使其电能从自动供电控制电路的输出，输出电能的一路通过稳压电路送到直流输出及保护电路，另一路送到告警电路。该专利公开的控制电路存在不足之处，其受时空和气候影响大，如在晚上或阴雨天气，太阳光伏电源不能持续供电，其实用性严重受限；再则，单一靠太阳电能，其性价比很低。

中国专利号为03200453.2公开了名称为“一种小型户用太阳能发电系统负荷控制装置”。该专利包括两个电压判断芯片3761和一个时间控制芯片4521；电压判断芯片的(3)脚和(6)脚经过分压电阻与太阳能电池板的正极相连，(7)脚接输出电路；时间控制芯片的(12)、(13)、(14)、(15)脚经过二极管后并联接入所述电路。然而，该专利也存在不足之处，它只有“定时供电”和“昼夜判断”两项功能。由于蓄电池充放电限度一般处于10％上下限内，一旦充放电超出这一范围，就要损坏蓄电池，而该专利缺乏控制功能，无法解决这一问题，且该专利充放电的通道单一，不能达到稳定可靠的供电。因此，设计一种既可利用多种新型电能，又能达到均衡供电的蓄输电控制装置乃是市场之亟需。

发明内容

本实用新型的目的是设计一种多通道、多电能的蓄输电控制装置，具有储能管理、逆变供电、检测显示等功能；

本实用新型的另一个目的是通过设置多个充放电通道，使充放电过程不受外界因素影响，达到稳定可靠供电。

本实用新型的技术方案如下：一种多电能蓄输电控制器，包括蓄电池组、交直流转换器，蓄电池组与交直流转换器连接，蓄电池组接入太阳光伏电源和市供电源，市供电源通过交直流转换器向蓄电池组充电；蓄电池组连接一控制电路，该控制电路包括脉冲调宽电路、负载超限保护电路、过压欠压保护电路；脉冲调宽电路与市供电源、蓄电池组联接，控制市供电源的充电电流；负载超限保护电路与交直流转换器、过压欠压保护电路联接，监控负载的负荷；过压欠压保护电路与蓄电池组联接，控制蓄电池组的充电和放电。

所述的多电能蓄输电控制器，蓄电池组的充电输入接口为2-5个，接入风能、潮汐能、生物质能电源。

本实用新型对蓄电池组的充电可以采取两种方式(以太阳电能为例)：第一种，当太阳光照较好时，利用太阳光伏电源对蓄电池组充电，这是本实用新型主要充电方式；第二种，夜间或无太阳光照时，采用市供电源充电，这是本实用新型辅助充电方式。

本实用新型对太阳光伏电源充电的电压值预先设定，太阳光伏能源充电优先于市供电源充电，此功能由控制电路的定时开关来实现，转换时段由人工设置，白天峰电时段设置为太阳光伏电源充电，晚上谷电时段设为市供电源充电。当市供电源处在谷电时段，控制电路中的定时器会自动开启，此时，市供电源通过交直流转换器对蓄电池组充电，一旦充电达到蓄电池组蓄电容量的最高上限，蓄输电控制器会自动停止充电；当蓄电池放电到了蓄电池容量的最低下限时，则停止放电。蓄电池的性能下降、内阻增大时都会被过压欠压保护电路检测并显示报警。

本实用新型对每一路负荷进行实时监控，当某一路负荷持续超过预先设定值时，蓄输电控制器会启动过载报警以提醒适当减轻负荷。

本实用新型还通过合理控制电路的设计和多电能输入，使蓄电池组达到稳定可靠的供电，对于利用新型电能，调节用电峰谷具有积极作用和明显的经济效益。

本实用新型的蓄电池组由数个蓄电池串接而成，根据负载功率大小，蓄电池组可制成小型(＜2KW)、中型(5KW)，也可制成更大功率的蓄电池组。蓄电池作为充放电控制系统中的关键部件，在整个蓄输电控制器中的成本比例相当高。本实用新型能在蓄电池的充放电过程中对其充放电量、负载负荷实施监测和控制，从而保证新型电能的有效利用和蓄电池的正常蓄输电。

为保护交直流转换器，本实用新型对负载电流超限进行了管理，在交流电输出端设电流互感器，通过电流互感器把输出端电流变化转换到反馈电路上进行平均和延时，并与预先设定值进行比较，当电流超额时，控制器可切换到市供电源，实现直接供电模式。

附图说明

图1为本实用新型一实施例的方框图。

图2为本实用新型实施例的另一方框图。

图3为本实用新型实施例的电路原理图。

图4为本实用新型实施例的外形图。

图5为本实用新型实施例的立体分解图。

图6为本实用新型实施例的另一外形图。

图7为脉冲调宽电压的波形图。

如图1所示，市供电源联接负载、交直流转换器及控制电路，蓄电池组联接交直流转换器、太阳光伏电能及控制电路，控制电路联接交直流转换器、负载。

如图2所示，市供电源联接负载、交直流转换器、脉冲调宽电路，蓄电池组联接太阳光伏电源、脉冲调宽电路、交直流转换器、过压欠压保护电路，负载超限保护电路联接负载、交直流转换器及过压欠压保护电路。

如图3所示，太阳光伏能源联接控制器的输入接口Ty+、Ty-，Ty+、Ty-联接整流桥80，整流桥80的另两端联接二极管1的正极和接地，二极管1的负极联接电池组的正极U+，电池组的负极U-接地。市供电源的L端联接两开关JK1-1、JK2-1，开关JK1-1、JK2-1并联，开关JK1-1、JK2-1各串联继电器KM1、KM2，继电器KM1、KM2联入市供电源的N端；市供电源的L、N两端通过KM1或KM2联接负载，在线路中串接一电度表KWH1或KWH2。市供电源的L端串接常闭开关Tyj1及开关JK1-2和JK2-2，并接入逆变器UPS1、UPS2，通过逆变器UPS1、UPS2将交流电转换成直流电，市供电源的N端直接接入逆变器UPS1、USP2，逆变器UPS1、UPS2各引两条线联接电池组的正极U+与负极U-；逆变器UPS1、UPS2又各引两条线与电流互感器50、51联接，这二条导线穿过电流互感器的磁芯，并分别联接接触器常开关KM1、KM2的进线端。蓄电池组的每个蓄电池的正极U+联接一变阻器Rx，电阻R1，变阻器Rx与电阻R1并联，负极U-联接稳压二极管16的正极，变阻器Rx联接三极管10的发射极，电阻R1与稳压二极管16的负极联接三极管10的基极，三极管10的集电极联接两个并联电阻R2、R3，电阻R2、R3联接通用四比较器LM339芯片，LM339芯片引出两条线，各联接二极管10、11的正极，二极管10、11的负极接三极管13、12的基极，三极管13的发射极接光优先充电模块，三极管12的发射极联接芯片D4060，芯片D4060联接二极管22、23的正极，二极管22、23的负极接继电器JK1、JK2。

如图4、5、6所示，本实用新型的仪器箱前面板A上安装电压表A1、指示灯A2、时钟及定时器A3、启动开关A4，仪器箱后背板B上安装交流电源输入接线桩B1、交流逆变电源输入接线桩B2、交流逆变电源输出接线桩B3、电池检测导线引入插座B4、直流充电接线桩B5、短路保护的保险熔丝B6与熔丝座B7，以及安全接地桩、控制电路辅助开关B8、太阳光伏电源输入接线桩B9，箱内安装印刷电路板。

太阳光伏电源的输出正、负极分别接到直流对应端子B5上，交流电源输出接线桩B3的相线、零中线分别联接对应的用电相线L和中线N。

如图7所示，U是充电隔离变压充电绕组两端的电压，一个正弦半周期10ms的锯齿波生成电路，其形成后的锯齿波被加到运放的同相输入端U+，锯齿波齿尖的最大相角θ≥142°，其正弦电压瞬时值≈43V，满足最小充电电流的门限电压值，加到运放的反相输入端U-是与充电电流成正比的直流，运放输出的脉冲驱动脉宽电压U_G随充电电流减小而脉宽自动加宽。

脉冲调宽电路起限制充电电流的作用，而这种大电流的充电常采用电抗器限流或定电压方式，这样会在限流装置上损耗大量能耗，而本实用新型的脉冲调宽电路能以较小的能耗实现限制充电电流的目的。市供电源充电电流太大会损坏蓄电池，采用脉冲调宽既达到充电电流受控的目的，又降低了充电限流带来的电能损耗。

脉冲调宽电路中的充电隔离电源变压器输出有上下两个绕组N1、N2，绕组N2是脉冲调宽电路工作绕组，绕组N1是脉冲调宽整流输出电路工作绕组。脉冲调宽电路工作过程：首先可控硅101要完成调制脉宽，在正弦交流电压经过全桥整流成全波脉动电压，在设定可承受最大充电电流的等效电平值上用一个锯齿波的上升沿去截取一个合适的导通角θ，这个导通角θ截取得越小，可控硅越提早导通，反之这个导通角θ截取得越大，可控硅越迟导通，而可控硅导通角θ越小，平均输出电流越大。输出电流通过取样电流互感线圈53的电流与电压转换到电阻Rc12上，并直接由检波桥Vc13、滤波电客Cc6转换成直流电平，再由可调电阻RVc1调整为一个比较电压值，这个电压与脉冲充电电流平均值成正比，即输出的充电电流越大，这个比较电压值也增大，这个比较电压值是加在Icc1运放负输入端(-)的，而一个锯齿波是加在运放正输入端(+)，且幅度大小基本不变，这个比较电压值增大时，Icc1运放所输出的触发驱动脉冲距离0相角也越来越迟，即导通角θ截取得越大，使输出电流趋小，在这样的循环控制下达到快速、稳定、节能的目的。

具体实施方式

下面以太阳光伏电源与市供电源结合充放电为例，对本实用新型作详细说明。

如图1、2所示，本实用新型由控制电路、蓄电池组、交直流转换器三部分组成，控制电路由脉冲调宽电路、过压欠压保护电路及负载超限保护电路组成；蓄电池组由4个蓄电池串接而成；交直流转换器为UPS逆变器，当其处于逆变状态时，将直流电变转换成交流电，其又可将交流电转换为直流电。

脉冲调宽电路与市供电源、蓄电池组联接，脉冲调宽电路限制市供电源充电的电流，对蓄电池充电时，以免电流过大而损坏蓄电池，并减少充电时的压降损耗；负载超限保护电路与负载、交直流转换器、过压欠压保护联接，其对负载监控，当负荷过大即刻报警并停止放电；过压欠压保护电路与蓄电池组联接，过压欠压保护电路保护蓄电池免受损坏。

如图3所示，太阳光伏能源联接控制器的输入接口Ty+、Ty-，Ty+、Ty-联接整流桥80，整流桥80的另两端联接二极管1的正极和接地，二极管1的负极联接电池组的正极U+，电池组的负极U-接地。

只要太阳光伏电源的端电压达到可充电的起始设定电压值，则继电器Tyj1得电吸合，而受控于其的常闭开关Tyj1断开，此时，由太阳光伏电源通过二极管1向蓄电池组充电。

市供电源的L端联接两开关JK1-1、JK2-1，开关JK1-1、JK2-1并联，JK1-1、JK2-1各串联继电器KM1、KM2，继电器KM1、KM2联入市供电源的N端；市电的L、N两端通过KM1或KM2联接负载，在线路中串接一电度表KWH1或KWH2。

开关KM1、KM2由继电器KM1、KM2控制，当继电器KM1、KM2得电时，开关KM1、KM2处于闭合状态，市供电源直接向负载供电。

市供电源的L端串接常闭开关Tyj1及开关JK1-2和JK2-2，并接入逆变器UPS1、UPS2，通过逆变器UPS1、UPS2将交流电转换成直流电，市供电源的N端直接接入逆变器UPS1、USP2，逆变器UPS1、UPS2各引两条线联接电池组的正极U+与负极U-；逆变器UPS1、UPS2又各引两条线与电流互感器50、51联接，这二条导线穿过电流互感器的磁芯，并分别联接接触器常开关KM1、KM2的进线端。负载电流被感应到环形铁芯的次级绕组，感应电流通过取样电阻形成闭合回路，并在电阻上形成与电流比例对应的电压降，把这个电压降全波整流，再滤波成平稳的直流电压，这个电压值与预先设定的交流电平均最大值是一个线性的比例关系，当这个被检测到的值超过交流电最大特征设定值时，电路将输出一个控制信号，这个控制信号关闭逆变器UPS逆变，对应的接触器常开关KM1、KM2被释放，呈断开状态，接触器常闭关KM1、KM2闭合，此时负载被直接联接到市供电源上，从而保证对负载的持续供电。

开关Tyj1及开关JK1-2和JK2-2闭合，市供电源输出的电能进入逆变器UPS1、UPS2后，通过逆变器UPS1、UPS2将交流电转换成直流电，再向蓄电池组充电。

当继电器DSj1开启时，市供电源处于谷电时段辅助充电。市供电源充电必须符合两个条件：1、充电优先级别高的充电模式结束，如太阳光伏电源充电结束后，继电器Tyj1失电而释放，而受控于其的常闭开关Tyj1闭合；2、时间定时继电器Dsj1开启，受控于其的开关Dsj1闭合。

蓄电池组由正极U+通过逆变器UPS1、UPS2将直流电输入，并经逆变器UPS1、UPS2将直流电转换成交流电，后经过电流互感器50、51，并经开关KM1、KM2向负载供电。

蓄电池组的正极U+与负极U-联接脉冲调宽电路，脉冲调宽电路的变压器N1端与时间定时继电器Dsj1相连，继电器Dsj1与开关Dsj1相连，另一端联接开关Dsj1。受控于时间定时继电器Dsj1的开关Dsj1串接在绕组N1中，继电器Dsj1可多时段设置开停，完成太阳光伏电源等优先级别高的充电完毕后，由市供交流电辅助充电的开启与关闭的作用。

如图7所示，U是充电隔离变压充电绕组两端的电压，一个正弦半周期10ms的锯齿波生成电路，其形成后的锯齿波被加到运放的同相输入端U+，锯齿波齿尖的最大相角θ≥142°，其正弦电压瞬时值≈43V，刚好满足最小充电电流的门限电压值。加到运放的反相输入端U-是与充电电流成正比的变化平缓的直流。运放输出的脉冲驱动脉宽电压U_G随充电电流减小而脉宽自动加宽。为了增强触发可控硅的能力，增设了一级射极放大器直接拖动可控硅的控制极，触发稳定。

蓄电池组每一电池由一个取样电路获得一个取样电压，并分别由通用四比较器LM339的处理，低于窗口电压为欠压，高于窗口电压为过压。当有欠压输出时，立即关闭逆变供电，自动将市供电源直接供电给负载，并将逆变器UPS1、UPS2转为充电模式。

在蓄输电控制器的充电输入接口，还设有一个接口T+、T-，以联接如风能、潮汐能电源。

Claims (2)

1、一种多电能蓄输电控制器，包括蓄电池组、交直流转换器，蓄电池组与交直流转换器连接，其特征在于：蓄电池组接入太阳光伏电源和市供电源，市供电源通过交直流转换器向蓄电池组充电；蓄电池组连接一控制电路，该控制电路包括脉冲调宽电路、负载超限保护电路、过压欠压保护电路；脉冲调宽电路与市供电源、蓄电池组联接，控制市供电源的充电电流；负载超限保护电路与交直流转换器、过压欠压保护电路联接，监控负载的负荷；过压欠压保护电路与蓄电池组联接，控制蓄电池组的充电和放电。

2、根据权利要求1所述的多电能蓄输电控制器，其特征在于：所述的蓄电池组的充电输入接口为2-5个，接入风能、潮汐能、生物质能电源。

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