專利名稱：一種多電能蓄輸電控制器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于電力控制裝置技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種多通道、多電能的蓄輸電控制器。
背景技術(shù)：
隨著經(jīng)濟(jì)現(xiàn)代化和城市建設(shè)的快速發(fā)展，能源需求增長和能源短缺都十分突出，尤其是電力供求不平衡更為嚴(yán)重。為了緩解電能短缺問題，對太陽能、風(fēng)能、潮汐能等可再生能源發(fā)電得到政府和社會重視，但太陽電能、潮汐電能等新型電能由于受時空和氣候影響較大，不能達(dá)到穩(wěn)定供電。
中國專利號為91225092.5，公開了名稱為“一種太陽能發(fā)電裝置多功能控制器”，該多功能控制器包括自動充電調(diào)節(jié)電路、自動分配電路、自動供電控制電路、穩(wěn)壓電路、直流輸出及保護(hù)電路、告警電路、落后電池處理及應(yīng)急電源、逆變電路等。該專利技術(shù)利用光伏硅陣將太陽能轉(zhuǎn)化為電信號送到自動充電調(diào)節(jié)電路，自動充電調(diào)節(jié)電路的輸出通過自動分配電路送到蓄電池，通過蓄電池和自動供電控制電路相接，使其電能從自動供電控制電路的輸出，輸出電能的一路通過穩(wěn)壓電路送到直流輸出及保護(hù)電路，另一路送到告警電路。該專利公開的控制電路存在不足之處，其受時空和氣候影響大，如在晚上或陰雨天氣，太陽光伏電源不能持續(xù)供電，其實用性嚴(yán)重受限；再則，單一靠太陽電能，其性價比很低。
中國專利號為03200453.2公開了名稱為“一種小型戶用太陽能發(fā)電系統(tǒng)負(fù)荷控制裝置”。該專利包括兩個電壓判斷芯片3761和一個時間控制芯片4521；電壓判斷芯片的(3)腳和(6)腳經(jīng)過分壓電阻與太陽能電池板的正極相連，(7)腳接輸出電路；時間控制芯片的(12)、(13)、(14)、(15)腳經(jīng)過二極管后并聯(lián)接入所述電路。然而，該專利也存在不足之處，它只有“定時供電”和“晝夜判斷”兩項功能。由于蓄電池充放電限度一般處于10％上下限內(nèi)，一旦充放電超出這一范圍，就要損壞蓄電池，而該專利缺乏控制功能，無法解決這一問題，且該專利充放電的通道單一，不能達(dá)到穩(wěn)定可靠的供電。因此，設(shè)計一種既可利用多種新型電能，又能達(dá)到均衡供電的蓄輸電控制裝置乃是市場之亟需。

發(fā)明內(nèi)容
本實用新型的目的是設(shè)計一種多通道、多電能的蓄輸電控制裝置，具有儲能管理、逆變供電、檢測顯示等功能；本實用新型的另一個目的是通過設(shè)置多個充放電通道，使充放電過程不受外界因素影響，達(dá)到穩(wěn)定可靠供電。
本實用新型的技術(shù)方案如下一種多電能蓄輸電控制器，包括蓄電池組、交直流轉(zhuǎn)換器，蓄電池組與交直流轉(zhuǎn)換器連接，蓄電池組接入太陽光伏電源和市供電源，市供電源通過交直流轉(zhuǎn)換器向蓄電池組充電；蓄電池組連接一控制電路，該控制電路包括脈沖調(diào)寬電路、負(fù)載超限保護(hù)電路、過壓欠壓保護(hù)電路；脈沖調(diào)寬電路與市供電源、蓄電池組聯(lián)接，控制市供電源的充電電流；負(fù)載超限保護(hù)電路與交直流轉(zhuǎn)換器、過壓欠壓保護(hù)電路聯(lián)接，監(jiān)控負(fù)載的負(fù)荷；過壓欠壓保護(hù)電路與蓄電池組聯(lián)接，控制蓄電池組的充電和放電。
所述的多電能蓄輸電控制器，蓄電池組的充電輸入接口為2-5個，接入風(fēng)能、潮汐能、生物質(zhì)能電源。
本實用新型對蓄電池組的充電可以采取兩種方式(以太陽電能為例)第一種，當(dāng)太陽光照較好時，利用太陽光伏電源對蓄電池組充電，這是本實用新型主要充電方式；第二種，夜間或無太陽光照時，采用市供電源充電，這是本實用新型輔助充電方式。
本實用新型對太陽光伏電源充電的電壓值預(yù)先設(shè)定，太陽光伏能源充電優(yōu)先于市供電源充電，此功能由控制電路的定時開關(guān)來實現(xiàn)，轉(zhuǎn)換時段由人工設(shè)置，白天峰電時段設(shè)置為太陽光伏電源充電，晚上谷電時段設(shè)為市供電源充電。當(dāng)市供電源處在谷電時段，控制電路中的定時器會自動開啟，此時，市供電源通過交直流轉(zhuǎn)換器對蓄電池組充電，一旦充電達(dá)到蓄電池組蓄電容量的最高上限，蓄輸電控制器會自動停止充電；當(dāng)蓄電池放電到了蓄電池容量的最低下限時，則停止放電。蓄電池的性能下降、內(nèi)阻增大時都會被過壓欠壓保護(hù)電路檢測并顯示報警。
本實用新型對每一路負(fù)荷進(jìn)行實時監(jiān)控，當(dāng)某一路負(fù)荷持續(xù)超過預(yù)先設(shè)定值時，蓄輸電控制器會啟動過載報警以提醒適當(dāng)減輕負(fù)荷。
本實用新型還通過合理控制電路的設(shè)計和多電能輸入，使蓄電池組達(dá)到穩(wěn)定可靠的供電，對于利用新型電能，調(diào)節(jié)用電峰谷具有積極作用和明顯的經(jīng)濟(jì)效益。
本實用新型的蓄電池組由數(shù)個蓄電池串接而成，根據(jù)負(fù)載功率大小，蓄電池組可制成小型(＜2KW)、中型(5KW)，也可制成更大功率的蓄電池組。蓄電池作為充放電控制系統(tǒng)中的關(guān)鍵部件，在整個蓄輸電控制器中的成本比例相當(dāng)高。本實用新型能在蓄電池的充放電過程中對其充放電量、負(fù)載負(fù)荷實施監(jiān)測和控制，從而保證新型電能的有效利用和蓄電池的正常蓄輸電。
為保護(hù)交直流轉(zhuǎn)換器，本實用新型對負(fù)載電流超限進(jìn)行了管理，在交流電輸出端設(shè)電流互感器，通過電流互感器把輸出端電流變化轉(zhuǎn)換到反饋電路上進(jìn)行平均和延時，并與預(yù)先設(shè)定值進(jìn)行比較，當(dāng)電流超額時，控制器可切換到市供電源，實現(xiàn)直接供電模式。


圖1為本實用新型一實施例的方框圖。
圖2為本實用新型實施例的另一方框圖。
圖3為本實用新型實施例的電路原理圖。
圖4為本實用新型實施例的外形圖。
圖5為本實用新型實施例的立體分解圖。
圖6為本實用新型實施例的另一外形圖。
圖7為脈沖調(diào)寬電壓的波形圖。
如圖1所示，市供電源聯(lián)接負(fù)載、交直流轉(zhuǎn)換器及控制電路，蓄電池組聯(lián)接交直流轉(zhuǎn)換器、太陽光伏電能及控制電路，控制電路聯(lián)接交直流轉(zhuǎn)換器、負(fù)載。
如圖2所示，市供電源聯(lián)接負(fù)載、交直流轉(zhuǎn)換器、脈沖調(diào)寬電路，蓄電池組聯(lián)接太陽光伏電源、脈沖調(diào)寬電路、交直流轉(zhuǎn)換器、過壓欠壓保護(hù)電路，負(fù)載超限保護(hù)電路聯(lián)接負(fù)載、交直流轉(zhuǎn)換器及過壓欠壓保護(hù)電路。
如圖3所示，太陽光伏能源聯(lián)接控制器的輸入接口Ty+、Ty-，Ty+、Ty-聯(lián)接整流橋80，整流橋80的另兩端聯(lián)接二極管1的正極和接地，二極管1的負(fù)極聯(lián)接電池組的正極U+，電池組的負(fù)極U-接地。市供電源的L端聯(lián)接兩開關(guān)JK1-1、JK2-1，開關(guān)JK1-1、JK2-1并聯(lián)，開關(guān)JK1-1、JK2-1各串聯(lián)繼電器KM1、KM2，繼電器KM1、KM2聯(lián)入市供電源的N端；市供電源的L、N兩端通過KM1或KM2聯(lián)接負(fù)載，在線路中串接一電度表KWH1或KWH2。市供電源的L端串接常閉開關(guān)Tyj1及開關(guān)JK1-2和JK2-2，并接入逆變器UPS1、UPS2，通過逆變器UPS1、UPS2將交流電轉(zhuǎn)換成直流電，市供電源的N端直接接入逆變器UPS1、USP2，逆變器UPS1、UPS2各引兩條線聯(lián)接電池組的正極U+與負(fù)極U-；逆變器UPS1、UPS2又各引兩條線與電流互感器50、51聯(lián)接，這二條導(dǎo)線穿過電流互感器的磁芯，并分別聯(lián)接接觸器常開關(guān)KM1、KM2的進(jìn)線端。蓄電池組的每個蓄電池的正極U+聯(lián)接一變阻器Rx，電阻R1，變阻器Rx與電阻R1并聯(lián)，負(fù)極U-聯(lián)接穩(wěn)壓二極管16的正極，變阻器Rx聯(lián)接三極管10的發(fā)射極，電阻R1與穩(wěn)壓二極管16的負(fù)極聯(lián)接三極管10的基極，三極管10的集電極聯(lián)接兩個并聯(lián)電阻R2、R3，電阻R2、R3聯(lián)接通用四比較器LM339芯片，LM339芯片引出兩條線，各聯(lián)接二極管10、11的正極，二極管10、11的負(fù)極接三極管13、12的基極，三極管13的發(fā)射極接光優(yōu)先充電模塊，三極管12的發(fā)射極聯(lián)接芯片D4060，芯片D4060聯(lián)接二極管22、23的正極，二極管22、23的負(fù)極接繼電器JK1、JK2。
如圖4、5、6所示，本實用新型的儀器箱前面板A上安裝電壓表A1、指示燈A2、時鐘及定時器A3、啟動開關(guān)A4，儀器箱后背板B上安裝交流電源輸入接線樁B1、交流逆變電源輸入接線樁B2、交流逆變電源輸出接線樁B3、電池檢測導(dǎo)線引入插座B4、直流充電接線樁B5、短路保護(hù)的保險熔絲B6與熔絲座B7，以及安全接地樁、控制電路輔助開關(guān)B8、太陽光伏電源輸入接線樁B9，箱內(nèi)安裝印刷電路板。
太陽光伏電源的輸出正、負(fù)極分別接到直流對應(yīng)端子B5上，交流電源輸出接線樁B3的相線、零中線分別聯(lián)接對應(yīng)的用電相線L和中線N。
如圖7所示，U是充電隔離變壓充電繞組兩端的電壓，一個正弦半周期10ms的鋸齒波生成電路，其形成后的鋸齒波被加到運(yùn)放的同相輸入端U+，鋸齒波齒尖的最大相角θ≥142°，其正弦電壓瞬時值≈43V，滿足最小充電電流的門限電壓值，加到運(yùn)放的反相輸入端U-是與充電電流成正比的直流，運(yùn)放輸出的脈沖驅(qū)動脈寬電壓UG隨充電電流減小而脈寬自動加寬。
脈沖調(diào)寬電路起限制充電電流的作用，而這種大電流的充電常采用電抗器限流或定電壓方式，這樣會在限流裝置上損耗大量能耗，而本實用新型的脈沖調(diào)寬電路能以較小的能耗實現(xiàn)限制充電電流的目的。市供電源充電電流太大會損壞蓄電池，采用脈沖調(diào)寬既達(dá)到充電電流受控的目的，又降低了充電限流帶來的電能損耗。
脈沖調(diào)寬電路中的充電隔離電源變壓器輸出有上下兩個繞組N1、N2，繞組N2是脈沖調(diào)寬電路工作繞組，繞組N1是脈沖調(diào)寬整流輸出電路工作繞組。脈沖調(diào)寬電路工作過程首先可控硅101要完成調(diào)制脈寬，在正弦交流電壓經(jīng)過全橋整流成全波脈動電壓，在設(shè)定可承受最大充電電流的等效電平值上用一個鋸齒波的上升沿去截取一個合適的導(dǎo)通角θ，這個導(dǎo)通角θ截取得越小，可控硅越提早導(dǎo)通，反之這個導(dǎo)通角θ截取得越大，可控硅越遲導(dǎo)通，而可控硅導(dǎo)通角θ越小，平均輸出電流越大。輸出電流通過取樣電流互感線圈53的電流與電壓轉(zhuǎn)換到電阻Rc12上，并直接由檢波橋Vc13、濾波電客Cc6轉(zhuǎn)換成直流電平，再由可調(diào)電阻RVc1調(diào)整為一個比較電壓值，這個電壓與脈沖充電電流平均值成正比，即輸出的充電電流越大，這個比較電壓值也增大，這個比較電壓值是加在Icc1運(yùn)放負(fù)輸入端(-)的，而一個鋸齒波是加在運(yùn)放正輸入端(+)，且幅度大小基本不變，這個比較電壓值增大時，Icc1運(yùn)放所輸出的觸發(fā)驅(qū)動脈沖距離0相角也越來越遲，即導(dǎo)通角θ截取得越大，使輸出電流趨小，在這樣的循環(huán)控制下達(dá)到快速、穩(wěn)定、節(jié)能的目的。
具體實施方式
下面以太陽光伏電源與市供電源結(jié)合充放電為例，對本實用新型作詳細(xì)說明。
如圖1、2所示，本實用新型由控制電路、蓄電池組、交直流轉(zhuǎn)換器三部分組成，控制電路由脈沖調(diào)寬電路、過壓欠壓保護(hù)電路及負(fù)載超限保護(hù)電路組成；蓄電池組由4個蓄電池串接而成；交直流轉(zhuǎn)換器為UPS逆變器，當(dāng)其處于逆變狀態(tài)時，將直流電變轉(zhuǎn)換成交流電，其又可將交流電轉(zhuǎn)換為直流電。
脈沖調(diào)寬電路與市供電源、蓄電池組聯(lián)接，脈沖調(diào)寬電路限制市供電源充電的電流，對蓄電池充電時，以免電流過大而損壞蓄電池，并減少充電時的壓降損耗；負(fù)載超限保護(hù)電路與負(fù)載、交直流轉(zhuǎn)換器、過壓欠壓保護(hù)聯(lián)接，其對負(fù)載監(jiān)控，當(dāng)負(fù)荷過大即刻報警并停止放電；過壓欠壓保護(hù)電路與蓄電池組聯(lián)接，過壓欠壓保護(hù)電路保護(hù)蓄電池免受損壞。
如圖3所示，太陽光伏能源聯(lián)接控制器的輸入接口Ty+、Ty-，Ty+、Ty-聯(lián)接整流橋80，整流橋80的另兩端聯(lián)接二極管1的正極和接地，二極管1的負(fù)極聯(lián)接電池組的正極U+，電池組的負(fù)極U-接地。
只要太陽光伏電源的端電壓達(dá)到可充電的起始設(shè)定電壓值，則繼電器Tyj1得電吸合，而受控于其的常閉開關(guān)Tyj1斷開，此時，由太陽光伏電源通過二極管1向蓄電池組充電。
市供電源的L端聯(lián)接兩開關(guān)JK1-1、JK2-1，開關(guān)JK1-1、JK2-1并聯(lián)，JK1-1、JK2-1各串聯(lián)繼電器KM1、KM2，繼電器KM1、KM2聯(lián)入市供電源的N端；市電的L、N兩端通過KM1或KM2聯(lián)接負(fù)載，在線路中串接一電度表KWH1或KWH2。
開關(guān)KM1、KM2由繼電器KM1、KM2控制，當(dāng)繼電器KM1、KM2得電時，開關(guān)KM1、KM2處于閉合狀態(tài)，市供電源直接向負(fù)載供電。
市供電源的L端串接常閉開關(guān)Tyj1及開關(guān)JK1-2和JK2-2，并接入逆變器UPS1、UPS2，通過逆變器UPS1、UPS2將交流電轉(zhuǎn)換成直流電，市供電源的N端直接接入逆變器UPS1、USP2，逆變器UPS1、UPS2各引兩條線聯(lián)接電池組的正極U+與負(fù)極U-；逆變器UPS1、UPS2又各引兩條線與電流互感器50、51聯(lián)接，這二條導(dǎo)線穿過電流互感器的磁芯，并分別聯(lián)接接觸器常開關(guān)KM1、KM2的進(jìn)線端。負(fù)載電流被感應(yīng)到環(huán)形鐵芯的次級繞組，感應(yīng)電流通過取樣電阻形成閉合回路，并在電阻上形成與電流比例對應(yīng)的電壓降，把這個電壓降全波整流，再濾波成平穩(wěn)的直流電壓，這個電壓值與預(yù)先設(shè)定的交流電平均最大值是一個線性的比例關(guān)系，當(dāng)這個被檢測到的值超過交流電最大特征設(shè)定值時，電路將輸出一個控制信號，這個控制信號關(guān)閉逆變器UPS逆變，對應(yīng)的接觸器常開關(guān)KM1、KM2被釋放，呈斷開狀態(tài)，接觸器常閉關(guān)KM1、KM2閉合，此時負(fù)載被直接聯(lián)接到市供電源上，從而保證對負(fù)載的持續(xù)供電。
開關(guān)Tyj1及開關(guān)JK1-2和JK2-2閉合，市供電源輸出的電能進(jìn)入逆變器UPS1、UPS2后，通過逆變器UPS1、UPS2將交流電轉(zhuǎn)換成直流電，再向蓄電池組充電。
當(dāng)繼電器DSj1開啟時，市供電源處于谷電時段輔助充電。市供電源充電必須符合兩個條件1、充電優(yōu)先級別高的充電模式結(jié)束，如太陽光伏電源充電結(jié)束后，繼電器Tyj1失電而釋放，而受控于其的常閉開關(guān)Tyj1閉合；2、時間定時繼電器Dsj1開啟，受控于其的開關(guān)Dsj1閉合。
蓄電池組由正極U+通過逆變器UPS1、UPS2將直流電輸入，并經(jīng)逆變器UPS1、UPS2將直流電轉(zhuǎn)換成交流電，后經(jīng)過電流互感器50、51，并經(jīng)開關(guān)KM1、KM2向負(fù)載供電。
蓄電池組的正極U+與負(fù)極U-聯(lián)接脈沖調(diào)寬電路，脈沖調(diào)寬電路的變壓器N1端與時間定時繼電器Dsj1相連，繼電器Dsj1與開關(guān)Dsj1相連，另一端聯(lián)接開關(guān)Dsj1。受控于時間定時繼電器Dsj1的開關(guān)Dsj1串接在繞組N1中，繼電器Dsj1可多時段設(shè)置開停，完成太陽光伏電源等優(yōu)先級別高的充電完畢后，由市供交流電輔助充電的開啟與關(guān)閉的作用。
如圖7所示，U是充電隔離變壓充電繞組兩端的電壓，一個正弦半周期10ms的鋸齒波生成電路，其形成后的鋸齒波被加到運(yùn)放的同相輸入端U+，鋸齒波齒尖的最大相角θ≥142°，其正弦電壓瞬時值≈43V，剛好滿足最小充電電流的門限電壓值。加到運(yùn)放的反相輸入端U-是與充電電流成正比的變化平緩的直流。運(yùn)放輸出的脈沖驅(qū)動脈寬電壓UG隨充電電流減小而脈寬自動加寬。為了增強(qiáng)觸發(fā)可控硅的能力，增設(shè)了一級射極放大器直接拖動可控硅的控制極，觸發(fā)穩(wěn)定。
蓄電池組每一電池由一個取樣電路獲得一個取樣電壓，并分別由通用四比較器LM339的處理，低于窗口電壓為欠壓，高于窗口電壓為過壓。當(dāng)有欠壓輸出時，立即關(guān)閉逆變供電，自動將市供電源直接供電給負(fù)載，并將逆變器UPS1、UPS2轉(zhuǎn)為充電模式。
在蓄輸電控制器的充電輸入接口，還設(shè)有一個接口T+、T-，以聯(lián)接如風(fēng)能、潮汐能電源。
權(quán)利要求1.一種多電能蓄輸電控制器，包括蓄電池組、交直流轉(zhuǎn)換器，蓄電池組與交直流轉(zhuǎn)換器連接，其特征在于蓄電池組接入太陽光伏電源和市供電源，市供電源通過交直流轉(zhuǎn)換器向蓄電池組充電；蓄電池組連接一控制電路，該控制電路包括脈沖調(diào)寬電路、負(fù)載超限保護(hù)電路、過壓欠壓保護(hù)電路；脈沖調(diào)寬電路與市供電源、蓄電池組聯(lián)接，控制市供電源的充電電流；負(fù)載超限保護(hù)電路與交直流轉(zhuǎn)換器、過壓欠壓保護(hù)電路聯(lián)接，監(jiān)控負(fù)載的負(fù)荷；過壓欠壓保護(hù)電路與蓄電池組聯(lián)接，控制蓄電池組的充電和放電。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多電能蓄輸電控制器，其特征在于所述的蓄電池組的充電輸入接口為2-5個，接入風(fēng)能、潮汐能、生物質(zhì)能電源。
專利摘要本實用新型屬于電控制裝置技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種多通道、多電能的蓄輸電控制器，包括蓄電池組、交直流轉(zhuǎn)換器，蓄電池組與交直流轉(zhuǎn)換器連接，蓄電池組接入太陽光伏電源和市供電源，市供電源通過交直流轉(zhuǎn)換器向蓄電池組充電；蓄電池組連接一控制電路，該控制電路包括脈沖調(diào)寬電路、負(fù)載超限保護(hù)電路、過壓欠壓保護(hù)電路；脈沖調(diào)寬電路與市供電源、蓄電池組聯(lián)接，控制市供電源的充電電流；負(fù)載超限保護(hù)電路與交直流轉(zhuǎn)換器、過壓欠壓保護(hù)電路聯(lián)接，監(jiān)控負(fù)載的負(fù)荷；過壓欠壓保護(hù)電路與蓄電池組聯(lián)接，控制蓄電池組的充電和放電。本實用新型具有儲能管理、逆變供電、檢測并顯示等功能，又設(shè)有多個充放電通道，使充放電過程不受外界因素影響。
文檔編號H02J7/04GK2884653SQ20062010032
公開日2007年3月28日 申請日期2006年1月13日 優(yōu)先權(quán)日2006年1月13日
發(fā)明者陸華洋, 嚴(yán)根松, 張育鳴, 陳偉國 申請人:陸華洋, 嚴(yán)根松, 張育鳴, 陳偉國