專利名稱：智能供電逆變裝置和控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及供電電源的交直流互變和輸出控制及太陽能電池和蓄電池的有效利 用領(lǐng)域，尤其涉及一種智能節(jié)能型供電逆變控制裝置及其控制方法。
背景技術(shù)：
逆變器是一種電源轉(zhuǎn)換裝置，可將直流電轉(zhuǎn)換成符合一般家用電器所需的交流 電。隨著工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和人民生活水平的提高，對電力的需求量也隨之越來越大。同時(shí)人類 對環(huán)保重要性的認(rèn)識的加強(qiáng)，要求更多地使用清潔能源減少污染。在太陽能及風(fēng)能發(fā)電領(lǐng) 域，逆變器是必不可少的設(shè)備之一。但是，目前的智能供電逆變裝置在通常情況下需要配備足夠的太陽能電池或蓄電 池來提供電力，當(dāng)太陽能電池和蓄電池電力不夠時(shí)就不能保持大負(fù)荷的用電器的正常工 作，或者即使能讓用電器短暫地維持工作但由于蓄電池容量的限制，當(dāng)蓄電池的電壓較低 時(shí)就要輸出很大的電流使得蓄電池發(fā)熱，這樣往往縮短了蓄電池的使用壽命。有的智能供電逆變裝置可以在用電量較小時(shí)通過太陽能電池和蓄電池供電，在用 電量較大時(shí)通過商用電力單獨(dú)供電，這種結(jié)構(gòu)沒有對電能進(jìn)行充分高效地利用。目前，還沒 有一個(gè)智能供電逆變裝置可以更充分、合理并高效地同時(shí)利用太陽能發(fā)電，蓄電池和商用 電力進(jìn)行供電。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種智能供電逆變裝置 及其控制方法，能更充分、合理并高效地同時(shí)利用太陽能、蓄電池和商用電力進(jìn)行供電。在 通常情況下由太陽能電池，蓄電池和商用電力同時(shí)運(yùn)行的方式給用電器供電，本裝置能夠 根據(jù)太陽能電池和蓄電池的輸出電力情況調(diào)整商用電力的供給，并參考裝置自身的綜合效 率，在太陽能電池和蓄電池的輸出電力不足時(shí)，切換到商用電力直接供電。當(dāng)蓄電池充滿電 或太陽能電池的輸出功率達(dá)到一定的水平時(shí)，再切換到太陽能電池、蓄電池和商用電力同 時(shí)運(yùn)行的工作模式進(jìn)行供電。本發(fā)明的技術(shù)方案是一種智能供電逆變裝置，包括充電控制器、電流檢測器、CPU 控制模塊、DC-AC轉(zhuǎn)換控制器，還包括電力切換器、AC-DC轉(zhuǎn)換控制器和商用電力充電開關(guān)； AC-DC轉(zhuǎn)換控制器的輸出端經(jīng)由商用電力充電開關(guān)連接所述DC-AC轉(zhuǎn)換控制器的第一輸入 端，所述電力切換器的輸出端連接用電器，輸入端為連接商用電力的A端口或連接DC-AC轉(zhuǎn) 換控制器輸出端的B端口 ；所述CPU控制模塊根據(jù)太陽能電池和蓄電池的實(shí)時(shí)輸出電力水 平和裝置固有綜合效率指數(shù)的乘積與用電器正常工作所需電力的關(guān)系，控制電力切換器的 輸入端在A端口和B端口之間切換。本發(fā)明的智能供電逆變裝置的更詳細(xì)的技術(shù)方案是本供電智能供電逆變裝置引入了商用電力作為對太陽能電池和蓄電池的輸出電 力不足的補(bǔ)充，并依據(jù)太陽能電池和蓄電池的實(shí)時(shí)輸出電力水平和裝置固有綜合效率指數(shù)的乘積與用電器正常工作所需電力的關(guān)系，在太陽能電池和蓄電池以及商用電力同時(shí)運(yùn)行 的工作模式和直接使用商業(yè)電力的工作模式之間智能地進(jìn)行切換；用電器正常工作所需 電力為Y，太陽能和蓄電池提供的電力為X，所述智能供電逆變裝置固有的綜合效率指數(shù)為 p，則CPU控制模塊在條件￥< p 滿足時(shí)控制電力切換器的開關(guān)切換到B端口，使所述 DC-AC轉(zhuǎn)換控制器的輸出給用電器供電，工作在“太陽能電池和蓄電池以及商用電力同時(shí)運(yùn) 行”的模式，所述CPU控制模塊將根據(jù)太陽能電池和蓄電池實(shí)時(shí)所提供的電力水平，調(diào)節(jié)所 述AC-DC轉(zhuǎn)換控制器的電力輸出，對太陽能電池和蓄電池供應(yīng)的不足的電力部分自動進(jìn)行 補(bǔ)充；控制模塊在條件￥> p 滿足時(shí)，控制電力切換器的開關(guān)切換到a端口，直接使用 商用電力對用電器供電，工作在“直接使用商用電力”的模式，并且當(dāng)太陽能電池和蓄電池 所提供的電力回升到滿足條件￥< p 時(shí)，CPU控制模塊又將電力切換器的開關(guān)切換到 B端口，自動恢復(fù)到“太陽能電池和蓄電池以及商用電力同時(shí)運(yùn)行”的工作模式。具體實(shí)現(xiàn) 時(shí)，根據(jù)電流的大小關(guān)系來進(jìn)行切換電力切換器的輸入端在ide < p (ipv+ibt)時(shí)是連接 DC-AC轉(zhuǎn)換控制器輸出的B端口，在p (IPV+IBT)時(shí)是連接商用電力的A端口，其中 IDC為商用電力經(jīng)由AC-DC轉(zhuǎn)換控制器輸出的電流，IPV為太陽能電池的輸出電流，IBT為蓄電 池的輸出電流，P為所述智能供電逆變裝置固有的綜合效率指數(shù)。所述商用電力充電開關(guān)有C和D兩個(gè)端口，當(dāng)撥向C端口時(shí)，AC-DC轉(zhuǎn)換控制器連 接所述充電控制器的第一輸入端，當(dāng)連接D端口時(shí)，AC-DC轉(zhuǎn)換控制器連接所述DC-AC轉(zhuǎn)換 控制器的第一輸入端；在所述智能供電逆變裝置正常工作時(shí)，AC-DC轉(zhuǎn)換控制器連接充電 開關(guān)的D端口。所述智能供電逆變裝置還包括溫度傳感器，所述CPU控制模塊接收來自溫度傳感 器的蓄電池溫度信息，并根據(jù)該溫度信息，在蓄電池充電時(shí)控制充電控制器的輸出電流，從 而調(diào)節(jié)蓄電池的充電電流，或在蓄電池放電時(shí)控制AC-DC轉(zhuǎn)換控制器的輸出電流，進(jìn)而調(diào) 節(jié)蓄電池的放電電流。 所述CPU控制模塊上備有通信接口，和計(jì)算機(jī)相連，用于設(shè)定智能供電逆變裝置 的工作參數(shù)和輸出智能供電逆變裝置的工作狀態(tài)及履歷。本發(fā)明還公開了基于上述智能供電逆變裝置的控制方法，CPU控制模塊實(shí)時(shí)對太 陽能電池和蓄電池的實(shí)時(shí)輸出電力IPV+IBT和智能供電逆變裝置固有的綜合效率指數(shù)P的 乘積與商用電力輸出的電力IDC的關(guān)系進(jìn)行比較判斷，控制所述智能供電逆變裝置在太陽 能電池、蓄電池以及商用電力同時(shí)供電的工作模式和直接使用商業(yè)電力供電的工作模式之 間進(jìn)行切換，具體為當(dāng)CPU控制模塊判斷IDC≥P (IPV+IBT)時(shí)，控制電力切換器的輸入端切換到連接 商用電力的A端口，由商業(yè)電力為用電器供電；當(dāng)CPU控制模塊判斷IDC < p (IPV+IBT)時(shí)，控制電力切換器的輸入端切換到連 接DC-AC轉(zhuǎn)換控制器輸出端的B端口，由太陽能電池、蓄電池以及商用電力同時(shí)為用電器供
電 o本發(fā)明智能供電逆變裝置的控制方法的更詳細(xì)的技術(shù)方案是所述智能供電逆變裝置的控制方法還包括以下步驟CPU控制模塊接收并根據(jù)來 自溫度傳感器的蓄電池溫度信息，在蓄電池充電狀態(tài)控制充電控制器的輸出電流，或在蓄電池放電狀態(tài)控制AC-DC轉(zhuǎn)換控制器的輸出電流。所述智能供電逆變裝置的控制方法還包括以下步驟CPU控制模塊對蓄電池的電 壓VBT進(jìn)行監(jiān)控，當(dāng)VBT彡蓄電池放電下限電壓Vmin時(shí)，CPU控制模塊控制電力切換器的輸入 端切換到A端口；當(dāng)VBT >蓄電池充電飽和電壓V_時(shí)，CPU控制模塊控制電力切換器的輸 入端切換到B端口。所述智能供電逆變裝置的控制方法還包括以下步驟設(shè)置蓄電池在一定時(shí)間段內(nèi) 的平均充電電流上限1_。和平均放電電流的上限1_，且CPU控制模塊對蓄電池的電流IBT 進(jìn)行監(jiān)控；當(dāng)IBT > 1_。時(shí)，CPU控制模塊控制充電控制器，限制充電控制器的最大輸出充電 電流，當(dāng)蓄電池放電電流IBT ^ 時(shí)，CPU控制模塊控制AC-DC轉(zhuǎn)換控制器，增大AC-DC轉(zhuǎn) 換控制器的輸出電流。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是1.可以利用太陽能電池、蓄電池和商用電力同時(shí)進(jìn)行供電，使超過蓄電池、太陽能 電池所能提供的電力的大功率用電器也能正常工作。2.在大負(fù)荷的用電器工作情況下，減輕了蓄電池的負(fù)擔(dān)，可以延長電池的使用壽 命。3.在太陽能電池和蓄電池以及商用電力同時(shí)運(yùn)行的工作模式時(shí)，自動根據(jù)蓄電池 的電力的情況，實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)商用電力的供給。4.將裝置自身的綜合效率納入?yún)⒖?，在太陽能電池和蓄電池的輸出電力不足時(shí)， 能智能地切換到直接使用商用電力進(jìn)行供電的工作模式，等蓄電池充滿電后，再回到太陽 能電池、蓄電池和商用電力同時(shí)運(yùn)行的工作模式。這樣能更充分、合理并高效地利用太陽能 和蓄電池的電力及商用電力。5.還可以利用商用電力，和太陽能一起給蓄電池充電，作為一個(gè)專用充電器使用， 此外當(dāng)商業(yè)電網(wǎng)發(fā)生停電時(shí)還可作為不間斷電源使用。


下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步描述圖1為智能供電逆變裝置的實(shí)施例的功能結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為商用電力與太陽能電池和蓄電池的輸出功率補(bǔ)充控制關(guān)系圖；圖3為智能供電逆變裝置的實(shí)施例的電氣構(gòu)造示意圖。其中1太陽能電池；2充電控制器；3電流檢測器；4CPU控制模塊；5DC-AC轉(zhuǎn)換控 制器；6電力切換器；7AC-DC轉(zhuǎn)換控制器；8商用電力充電開關(guān)；9蓄電池；10溫度傳感器； 11通信接口 ；12商用電力；13用電器。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例本實(shí)施例的智能供電逆變裝置的電力流向可分為以下4種狀態(tài)狀態(tài)1 在通常用電量不大的情況下，由太陽能電池直接給用電器供電，如果用電 器負(fù)荷較小，太陽能發(fā)電還有電量剩余，則多余的電量給蓄電池充電，此狀態(tài)不補(bǔ)充商用電 力；狀態(tài)2 如果用電器負(fù)荷較大，太陽能發(fā)電不能滿足用電器所需電力，則蓄電池和太陽能電池同時(shí)給用電器供電，此狀態(tài)不補(bǔ)充商用電力；狀態(tài)3 若用電器負(fù)荷很大，僅憑太陽能電池和蓄電池所提供的電力不能滿足用 電器的需要，則商用電力也提供部分電力，此狀態(tài)為“太陽能電池和蓄電池以及商用電力同 時(shí)運(yùn)行”的工作模式。狀態(tài)4:在狀態(tài)3時(shí)，由于蓄電池的電力的消耗，所提供的電力將逐漸減少，當(dāng)蓄電 池的輸出電壓低于其最低安全電壓或者滿足所述P 的條件時(shí)，則自動切換到“直接 使用商用電力單獨(dú)供電”的工作模式。在蓄電池充滿電后，再自動恢復(fù)到狀態(tài)3的商用電 力、太陽能電池、蓄電池一起給用電器供電的模式。如圖1所示，為本實(shí)施例的智能供電逆變裝置的功能結(jié)構(gòu)示意圖。本實(shí)施例的供 電智能供電逆變裝置包括充電控制器2、電流檢測器3、CPU控制模塊4、DC-AC轉(zhuǎn)換控制器 5、電力切換器6、AC-DC轉(zhuǎn)換控制器7和商用電力充電開關(guān)8。充電控制器2的輸出端一方面經(jīng)電流檢測器3連接到蓄電池9，給蓄電池充電，另 一方面直接連接到DC-AC轉(zhuǎn)換控制器5的第二輸入端，用于給用電器13供電。本實(shí)施例的 充電控制器2是具有MPPT (最大功率點(diǎn)跟蹤，Maximum Power Point Tracking)功能的三 段式以及均等充電式的充電控制器，將太陽能電池的電力有效地、最大化地存入蓄電池或 者通過DC-AC轉(zhuǎn)換控制器給用電器供電。充電控制器2向CPU控制模塊4提供實(shí)時(shí)的太陽 能電池的輸出電壓和電流信息并且接受來自CPU控制模塊4的控制信號，對太陽能電池的 最大功率點(diǎn)進(jìn)行跟蹤和對蓄電池的充電電流進(jìn)行合理的調(diào)節(jié)。電流檢測器3用于蓄電池充放電的電流檢測。AC-DC轉(zhuǎn)換控制器7用于將商用交 流電力12轉(zhuǎn)換成適合DC-AC轉(zhuǎn)換控制器5的直流并輸出到DC-AC轉(zhuǎn)換控制器的第一輸入 端。DC-AC轉(zhuǎn)換控制器5將來自第一和第二輸入端口的直流轉(zhuǎn)換成適合用電器13使用的交 流，并輸出到電力切換器6的B端口。所述電力切換器6輸出端連接用電器13，輸入為A端口或B端口，A端口連接商用 電力12，B端口連接DC-AC轉(zhuǎn)換控制器5的輸出端。若電力切換器6的輸入端切換到A端 口，則商用電力和用電器直接相連，智能供電逆變裝置工作在“直接使用商用電力”的模式； 若電力切換器6的輸入端切換到B端口，則DC-AC轉(zhuǎn)換控制器5的輸出連接用電器，裝置工 作在“太陽能電池和蓄電池以及商用電力同時(shí)運(yùn)行”的模式。CPU控制模塊4依據(jù)太陽能電 池和蓄電池的實(shí)時(shí)輸出電力水平和裝置固有綜合效率指數(shù)的乘積與用電器正常工作所需 電力的關(guān)系，控制電力切換器6在A和B兩個(gè)輸入端口之間智能地進(jìn)行切換。本實(shí)施例的智能供電逆變裝置，還包括溫度傳感器10，CPU控制模塊4接收來自溫 度傳感器的蓄電池的溫度信息，并以此對進(jìn)出蓄電池的電流強(qiáng)度進(jìn)行控制。如果蓄電池處 于充電狀態(tài)，CPU控制模塊將控制信號傳遞給充電控制器2，驅(qū)動充電控制器2調(diào)整其輸出 的充電電流的大小，如果蓄電池處于放電狀態(tài)，CPU控制模塊4將控制信號傳遞給AC-DC轉(zhuǎn) 換控制器，驅(qū)動AC-DC轉(zhuǎn)換控制器調(diào)節(jié)其輸出電流。 本實(shí)施例的CPU控制模塊4上還帶有通信接口 11，用于和計(jì)算機(jī)進(jìn)行通信，在計(jì)算 機(jī)上用通信軟件設(shè)置和修改智能供電逆變裝置的各項(xiàng)工作參數(shù)，包括蓄電池的種類、指定 時(shí)間段及其在此時(shí)間段內(nèi)的平均放電電流的上限值、平均充電電流的上限值。、電池 放電下限電壓值Vmin(最低安全電壓)、充電飽和電壓v_和各個(gè)充電階段的電壓范圍等參 數(shù)，還可查看智能供電逆變裝置的工作履歷和運(yùn)行狀態(tài)等信息。CPU控制模塊4根據(jù)蓄電池的充電電流的上限，控制充電控制器2，限制其最大輸出充電電流，并且根據(jù)蓄電池的放電 電流的上限，在蓄電池的放電電流過大時(shí)增大AC-DC轉(zhuǎn)換控制器7的輸出電流，從而減小蓄 電池的放電電流。CPU控制模塊4根據(jù)電池的最低安全電壓和充電飽和電壓，控制充電控制 器2的充電啟停和電力切換器6的切換動作；當(dāng)蓄電池的電壓達(dá)到最高充電飽和電壓時(shí)，充 電控制器2將在CPU控制模塊4的控制下進(jìn)入浮動充電階段，當(dāng)蓄電池的電壓低于或等于 最低安全電壓時(shí)，電力切換器6將在CPU控制模塊4的控制下切換到直接使用商用電力工 作模式的A端口 ；若智能供電逆變裝置沒有接蓄電池則不受所述電壓參數(shù)的影響。本實(shí)施例的AC-DC轉(zhuǎn)換控制器7的輸出和DC-AC轉(zhuǎn)換控制器5的第一輸入端之間 還連接有商用電力充電開關(guān)8，商用電力充電開關(guān)8的輸入端連接AC-DC轉(zhuǎn)換控制器7的輸 出端，商用電力充電開關(guān)8的輸出端有C和D兩個(gè)端口，當(dāng)撥向C端口時(shí)，AC-DC轉(zhuǎn)換控制 器7連接所述充電控制器2的第一輸入端，當(dāng)撥向D端口時(shí)，AC-DC轉(zhuǎn)換控制器7連接所述 DC-AC轉(zhuǎn)換控制器5的第一輸入端；在所述智能供電逆變裝置正常工作時(shí)，商用電力充電開 關(guān)8的輸出撥向D端口。若未特別說明，都指智能供電逆變裝置工作在正常模式，AC-DC轉(zhuǎn) 換控制器7連接商用電力充電開關(guān)8的D端口。本實(shí)施例的CPU控制模塊4和充電控制器2、電流檢測器3、DC-AC轉(zhuǎn)換控制器5、 電力切換器6、AC-DC轉(zhuǎn)換控制器7、溫度傳感器10之間分別連接有控制信號線。CPU控制 模塊4控制充電控制器2的輸出電流及從它獲取太陽能電池的輸出電流、電壓信息。CPU控 制模塊4接受電流檢測器3的電流信息IBT和蓄電池的電壓信息VBT以及控制AC-DC轉(zhuǎn)換控 制器7的輸出電壓VDC及電流IDC的大小。根據(jù)AC-DC轉(zhuǎn)換控制器7的輸出電力和太陽能 電池、蓄電池的輸出電力的比較關(guān)系并參考自身的固有綜合效率來控制電力切換器6的動 作，進(jìn)行A 口和B 口之間的切換，此比較關(guān)系將在后面做詳細(xì)說明。當(dāng)太陽能電池和蓄電池電力正常的情況下，CPU控制模塊4將控制電力切換器6的 輸入切換到與DC-AC控制器5的電力輸出相連的B端口，此時(shí)，商用電力12通過AC-DC轉(zhuǎn) 換控制器7經(jīng)由商用電力充電開關(guān)8的D端口流入DC-AC轉(zhuǎn)換控制器5。太陽能電池、蓄電 池和商用電力經(jīng)DC-AC轉(zhuǎn)換控制器5同時(shí)給用電器供電。在空間不足、不能大量設(shè)置太陽能電池板的地方，比如普通公寓的陽臺，本實(shí)施例 的智能供電逆變裝置就能發(fā)揮它的特長，將所設(shè)置的少量太陽能電池加以充分利用，起到 節(jié)電作用。例如，假使設(shè)置的太陽能電池和附加的蓄電池所能提供的功率是400W，無法直接 帶動一個(gè)800W的電飯鍋，但是如果使用了本實(shí)施例的智能供電逆變裝置，另由商用電力12 提供400W來補(bǔ)充不足的功率，這樣電飯鍋就能正常運(yùn)作了。相對于全部使用商用電力的場 合，這樣只使用了一半的電力。從而使得原本“半吊子”的電力既得到有效利用又促進(jìn)了環(huán) 保。此外，在使用大負(fù)荷用電器的場合，這么做還能適當(dāng)減輕蓄電池的負(fù)擔(dān)，起到延長電池 壽命的作用。假設(shè)太陽能電池和蓄電池提供的功率和為X，用電器消耗的功率為Y，AC-DC轉(zhuǎn)換 控制器7的效率為P DC-AC轉(zhuǎn)換控制器5的效率為P 2，則當(dāng)Y ==(1)
1 - PxPi時(shí)，太陽能電池和蓄電池所提供的電力正好全部被智能供電逆變裝置自身工 作消耗掉，商用電力提供的功率等于用電器消耗的功率。式(1)和⑵里的P = P2/(l-P* P2)是本智能供電逆變裝置的固有綜合效率指數(shù)。因此當(dāng) 時(shí)，CPU控制模塊4將產(chǎn)生控制信號，使電力切換器6切換到A端口，將商用電力 12直接連接到用電器13上，同時(shí)使DC-AC轉(zhuǎn)換控制器停止轉(zhuǎn)換工作，進(jìn)入睡眠節(jié)電狀態(tài)。 此時(shí)智能供電逆變裝置將工作在“直接使用商用電力”的工作模式。在具體實(shí)現(xiàn)時(shí)，將功率的關(guān)系式⑵轉(zhuǎn)換成電流和電壓的關(guān)系。定義1 為充電控 制器2的輸出電流，即來自太陽能電池的電流。IBT為蓄電池的輸出電流，為蓄電池在指 定時(shí)間段內(nèi)的最大平均放電電流的上限(這是為了保護(hù)蓄電池而設(shè)置的可在一定時(shí)間段 (比如16至256秒)內(nèi)任意設(shè)定的平均輸出電流的上限值)。IDC為AC-DC轉(zhuǎn)換控制器7 的輸出電流，VBT為蓄電池的輸出電壓；Vmin為蓄電池的下限電壓，該參數(shù)是為了保護(hù)蓄電池 而設(shè)置的，它與電池類型有關(guān)，電池種類和額定電壓不同，Vfflin不同。比如，對于額定電壓為 25. 9V的鋰電池為21V，對于額定電壓為24V的鉛酸電池為20V。當(dāng)(3) 1 - PxPi或者
(4)中任意一個(gè)式子成立時(shí)，智能供電逆變裝置就自動切換到“直接使用商用電力”的 工作模式。IPV+IBT的檢測是由圖1或圖3所示的位于充電控制器2和DC-AC轉(zhuǎn)換控制器5 之間的電流檢測器來實(shí)施的，其信息由CPU控制模塊4定時(shí)采集。例如，目前市面上提供的額定輸出電壓為24伏的AC-DC轉(zhuǎn)換控制器及額定輸入電 壓為24伏的DC-AC轉(zhuǎn)換控制器的效率一般約85%，比較好的能達(dá)到90%以上。從理論上 來說，如果轉(zhuǎn)換效率皆為85%的情況下，將其帶入式(3)可以得到063(Ipv+Ibt)，即 若AC-DC轉(zhuǎn)換控制器7的輸出電流是充電控制器與蓄電池的輸出電流的和的3倍以上，則 切換成“直接使用商用電力”的模式。若轉(zhuǎn)換效率皆為90%的情況下，由式(3)可知，當(dāng)IDC 約是IPV+IBT的4. 7倍以上時(shí)，則切換成“直接使用商用電力”的模式。另外，在太陽能電池、蓄電池和商用電力的并用運(yùn)行模式，當(dāng)將AC-DC轉(zhuǎn)換控制器 7的商用電力輸出調(diào)至最大時(shí)也不能使蓄電池的供電輸出電流降至以下或者即使是蓄 電池的供電輸出電流小于1_但條件式⑶被滿足時(shí)，CPU控制模塊將發(fā)出信號給電力切換 器使其切換至A端口，智能供電逆變裝置進(jìn)入“直接使用商用電力”的工作模式。當(dāng)智能供電逆變裝置處于“直接使用商用電力”的工作模式時(shí)，太陽能電池給蓄 電池充電，當(dāng)蓄電池的電壓VBT(或DC-AC變換控制器的輸入電壓)再次回升到飽和電壓 Vfflax(電池充滿電達(dá)到飽和狀態(tài)時(shí)的電壓)時(shí)，CPU控制模塊4將產(chǎn)生控制信號，使電力切換 器6輸入切換到B端口，同時(shí)喚醒DC-AC轉(zhuǎn)換控制器執(zhí)行轉(zhuǎn)換工作，裝置又切換到太陽能電 池、蓄電池和商用電力的并用運(yùn)行模式。本實(shí)施例的AC-DC轉(zhuǎn)換控制器7自動對智能供電逆變裝置運(yùn)行時(shí)太陽能電池和蓄 電池不足的電力部分進(jìn)行補(bǔ)充，并且根據(jù)太陽能電池和蓄電池的電力輸出狀態(tài)對商用電力 的補(bǔ)充量自動進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整。CPU控制模塊定時(shí)采集經(jīng)由電流檢測器3的蓄電池輸入輸 出電流強(qiáng)度，如果在指定的時(shí)間段(16 256秒)內(nèi)蓄電池的輸出電流‘平均值超過所設(shè)定的電流上限時(shí)，將通過調(diào)節(jié)AC-DC轉(zhuǎn)換控制器7的輸出電壓VDC，增大其輸出電流，從 而實(shí)現(xiàn)減小蓄電池的輸出電流。VDC的值由以下條件決定在“太陽能電池和蓄電池以及商用電力同時(shí)運(yùn)行”的工作模式下，如果處于蓄電池 放電狀態(tài)，說明此時(shí)僅憑太陽能電池的供電不能滿足負(fù)荷所需電力，VDC = Vfflax-a A(5)其中，a為商用電力補(bǔ)充量的調(diào)整系數(shù)，它和太陽能電池和蓄電池的輸出功率大 小有關(guān)。通常0彡a彡1。A依據(jù)蓄電池的種類以及DC-AC轉(zhuǎn)換控制器5的額定工作電 壓而設(shè)定，例如，對于DC-AC轉(zhuǎn)換控制器的額定工作電壓為24V，鉛酸電池的充滿飽和電壓 為28V的情況，A可以設(shè)為1 4V。A的值可以通過計(jì)算機(jī)或通信軟件設(shè)置和修改。當(dāng)太陽能電池和蓄電池的電力滿足用電器使用時(shí)，且蓄電池的輸出電流IBT < 1_，CPU控制模塊將設(shè)置a = 1。此時(shí)蓄電池的電壓VBT > VDC, AC-DC轉(zhuǎn)換控制器沒有 電流輸出，僅由太陽能電池和蓄電池給用電器供電。當(dāng)太陽能電池和蓄電池的電力不能滿足用電器使用時(shí)，CPU控制模塊設(shè)置0 < a <1，用商用電力進(jìn)行適當(dāng)補(bǔ)充，設(shè)置的a越小，AC-DC轉(zhuǎn)換控制器的輸出電壓越大，補(bǔ)充的 商業(yè)電力就越多。若設(shè)置的a =0而仍然存在時(shí)，則切換到“直接使用商用電 力”的工作模式。在“太陽能電池和蓄電池以及商用電力同時(shí)運(yùn)行”的工作模式下，如果蓄電池處于 充電狀態(tài)，則說明此時(shí)僅憑太陽能電池的供電就能滿足負(fù)荷所需電力并有多余，此時(shí)VDC = Vfflin+A(6)此時(shí)電壓VDC設(shè)定的相對較低，目的是不讓AC-DC轉(zhuǎn)換控制器有電流輸出，僅由太 陽能電池供電。圖2是商用電力與太陽能電池和蓄電池的輸出功率補(bǔ)充控制關(guān)系圖。其 中，橫坐標(biāo)I代表各電力部件的輸出電流，縱坐標(biāo)是各電力部件的輸出電壓，電壓乘電流即 為功率。圖中豎條線區(qū)域是蓄電池與太陽能電池的輸出疊加的功率曲線，圖中的斜條線和 橫條線區(qū)域表示AC-DC轉(zhuǎn)換控制器的輸出特性。正常情況下，AC-DC轉(zhuǎn)換控制器的輸出為 斜條線區(qū)域，當(dāng)蓄電池的輸出超過指定的放電最大值時(shí)，AC-DC轉(zhuǎn)換控制器的輸出為橫條線 區(qū)域。本實(shí)施例的商用電力充電開關(guān)8為手動裝置，在正常工作時(shí)，將開關(guān)撥向D側(cè)，使 AC-DC轉(zhuǎn)換控制器7連接DC-AC轉(zhuǎn)換控制器5的第一輸入端，即為上述的智能供電逆變裝置 的正常工作方式。本實(shí)施例的智能供電逆變裝置不僅支持用太陽能電池給蓄電池充電，而 且在需要的時(shí)候，可以用商用電力給蓄電池充電。商用電力充電開關(guān)8撥向C側(cè)時(shí)，使AC-DC 轉(zhuǎn)換控制器7的輸出連接充電控制器2的第一輸入端，充電控制器2的第二輸入端連接太 陽能電池1。充電控制器2將來自商用電網(wǎng)和太陽能的電力同時(shí)向蓄電池充電，從而縮短蓄 電池的充電時(shí)間。此時(shí)CPU控制模塊將向DC-AC轉(zhuǎn)換控制器發(fā)出信號，停止其轉(zhuǎn)換工作使 其進(jìn)入睡眠節(jié)電狀態(tài)。圖3為本實(shí)施例的智能供電逆變裝置的電氣構(gòu)造示意圖。以上所述，僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，并不能以此限定本發(fā)明實(shí)施的范圍，凡依本 發(fā)明權(quán)利要求及說明書內(nèi)容所作的簡單的變換，皆應(yīng)仍屬于本發(fā)明覆蓋的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
一種智能供電逆變裝置，包括充電控制器(2)、電流檢測器(3)、CPU控制模塊(4)、DC-AC轉(zhuǎn)換控制器(5)，其特征在于還包括電力切換器(6)、AC-DC轉(zhuǎn)換控制器(7)和商用電力充電開關(guān)(8)；AC-DC轉(zhuǎn)換控制器(7)的輸出端經(jīng)由商用電力充電開關(guān)(8)連接所述DC-AC轉(zhuǎn)換控制器(5)的第一輸入端，所述電力切換器(6)的輸出端連接用電器(13)，輸入端為連接商用電力(12)的A端口或連接DC-AC轉(zhuǎn)換控制器(5)輸出端的B端口；所述CPU控制模塊(4)根據(jù)太陽能電池和蓄電池的實(shí)時(shí)輸出電力水平和裝置固有綜合效率指數(shù)的乘積與用電器正常工作所需電力的關(guān)系，控制電力切換器(6)的輸入端在A端口和B端口之間切換。
2.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的智能供電逆變裝置，其特征在于電力切換器(6)的輸入 端在Idc < P · (Ipv+IBT)時(shí)是連接DC-AC轉(zhuǎn)換控制器(5)輸出的B端口，在Idc彡P(guān) · (IPV+Ibt) 時(shí)是連接商用電力(12)的A端口，其中Idc為商用電力經(jīng)由AC-DC轉(zhuǎn)換控制器(7)輸出的 電流，Ipv為太陽能電池的輸出電流，Ibt為蓄電池的輸出電流，P為所述智能供電逆變裝置 固有的綜合效率指數(shù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的智能供電逆變裝置，其特征在于所述商用電力充電開關(guān) (8)有C和D兩個(gè)輸出端口，當(dāng)連接C端口時(shí)，AC-DC轉(zhuǎn)換控制器(7)的輸出端連接所述充 電控制器(2)的第一輸入端，當(dāng)連接D端口時(shí)，AC-DC轉(zhuǎn)換控制器(7)的輸出端連接所述 DC-AC轉(zhuǎn)換控制器(5)的第一輸入端。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3中任意一項(xiàng)所述的智能供電逆變裝置，其特征在于還包括 用于監(jiān)測蓄電池(9)的溫度并與CPU控制模塊(4)相連的溫度傳感器(10)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3中任意一項(xiàng)所述的智能供電逆變裝置，其特征在于所述CPU 控制模塊(4)上還連接有用于和計(jì)算機(jī)相連的通信接口(11)。
6.如權(quán)利要求1中所述的智能供電逆變裝置的控制方法，其特征在于CPU控制模塊 (4)實(shí)時(shí)對太陽能電池和蓄電池的實(shí)時(shí)輸出電力IPV+IBT和智能供電逆變裝置固有的綜合效 率指數(shù)P的乘積與用電器正常工作所需補(bǔ)充的商用電力輸出的電力Idc的關(guān)系進(jìn)行比較判 斷，控制所述智能供電逆變裝置在太陽能電池、蓄電池以及商用電力同時(shí)供電的工作模式 和直接使用商業(yè)電力供電的工作模式之間進(jìn)行切換，具體為當(dāng)CPU控制模塊(4)判斷D P · (IPV+IBT)時(shí)，控制電力切換器(6)的輸入端切換到 連接商用電力(12)的A端口，由商業(yè)電力為用電器(13)供電；當(dāng)CPU控制模塊(4)判斷Idc < P · (IPV+IBT)時(shí)，控制電力切換器(6)的輸入端切換到 連接DC-AC轉(zhuǎn)換控制器(5)輸出端的B端口，由太陽能電池、蓄電池以及商用電力同時(shí)為用 電器(13)供電。
7.根據(jù)權(quán)利要求6中所述的智能供電逆變裝置的控制方法，其特征在于還包括以下步 驟CPU控制模塊(4)接收并根據(jù)來自溫度傳感器(10)的蓄電池溫度信息，在蓄電池(9)充 電狀態(tài)控制充電控制器(2)的輸出電流，或在蓄電池(9)放電狀態(tài)控制AC-DC轉(zhuǎn)換控制器 (7)的輸出電流。
8.根據(jù)權(quán)利要求6中所述的智能供電逆變裝置的控制方法，其特征在于還包括以下步 驟CPU控制模塊⑷對蓄電池(9)的電壓Vbt進(jìn)行監(jiān)控，當(dāng)Vbt彡蓄電池放電下限電壓Vmin 時(shí)，CPU控制模塊⑷控制電力切換器(6)的輸入端切換到A端口 ；當(dāng)Vbt >蓄電池充電飽 和電壓Vmax時(shí)，CPU控制模塊(4)控制電力切換器(6)的輸入端切換到B端口。
9.根據(jù)權(quán)利要求6中所述的智能供電逆變裝置的控制方法，其特征在于還包括以下步 驟設(shè)置蓄電池在一定時(shí)間段內(nèi)的平均充電電流上限1_。和平均放電電流的上限Imax，且 CPU控制模塊(4)對蓄電池(9)的電流Ibt進(jìn)行監(jiān)控；當(dāng)蓄電池充電電流Ibt ^ Ifflaxc時(shí)，CPU 控制模塊⑷控制充電控制器(2)，限制充電控制器(2)的最大輸出充電電流，當(dāng)蓄電池放 電電流Ibt彡Imax時(shí)，CPU控制模塊(4)控制AC-DC轉(zhuǎn)換控制器(7)，增大AC-DC轉(zhuǎn)換控制器 (7)的輸出電流。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種智能供電逆變裝置，包括充電控制器、電流檢測器、DC-AC轉(zhuǎn)換控制器、CPU控制模塊、電力切換器、AC-DC轉(zhuǎn)換控制器和商用電力充電開關(guān)。本發(fā)明還公開了智能供電逆變裝置的控制方法，能根據(jù)用電器的所需電力以及太陽能電池和蓄電池實(shí)時(shí)所提供的電力水平，對不足部分的電力自動進(jìn)行補(bǔ)充，在一定的條件下，可自動切換到直接使用商用電力進(jìn)行供電的工作模式，并且當(dāng)太陽能電池和蓄電池所提供的電力回升到一定的水平時(shí)，又能自動恢復(fù)到太陽能電池和蓄電池以及商用電力同時(shí)運(yùn)行的工作模式。對于因占地面積的限制，不能設(shè)置大量的太陽能電池的樓房住戶，本發(fā)明提供了一個(gè)非常合理并充分、高效地使用清潔能源的手段。
文檔編號H02J7/35GK101867217SQ20101019291
公開日2010年10月20日 申請日期2010年5月27日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月27日
發(fā)明者孫國圣, 陳立新 申請人:陳立新;孫國圣