專利名稱：一種移動式光伏發(fā)電、低谷電鋰電池儲能控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及以鋰電池為儲能元件的儲能系統(tǒng)領(lǐng)域，特別涉及一種移動式光伏發(fā)電、低谷電鋰電池儲能控制系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
目前由于社會的進步，用電量猛增，不可再生能源原料的逐漸枯竭使人們進入了開發(fā)新能源的階段，如風(fēng)電、光伏發(fā)電等新興能源得到了快速發(fā)展，其中一些已實現(xiàn)了并網(wǎng)使用，采用電池儲能的大型光伏發(fā)電裝置已在試用；小型光伏發(fā)電并采用電池儲能的裝置已普遍應(yīng)用，但其存在位置固定，無法滿足用戶的移動要求的不足。另外磷酸鐵鋰電池技術(shù)已經(jīng)成熟，成為污染嚴重的鉛酸蓄電池的替代品，使電池儲能得以大規(guī)模應(yīng)用。傳統(tǒng)的光伏發(fā)電并電池儲能的裝置，使用效果受天氣影響很大，在連續(xù)陰雨天時不能供電。而電網(wǎng)中的低谷電一直存在利用率低的問題，低谷電價只是普通電價的一半左右，目前有大電網(wǎng)通過建立抽水蓄能站等方式利用低谷電，但是并沒有得廣泛普及。低谷電不利用，這是一個很大的浪費。如果能在低谷時間(23時 早7時)里將電網(wǎng)的電存入儲能電池中，這就可以補充陰天時光伏發(fā)電的不足，也是一個實現(xiàn)節(jié)能減排的有利措施。此外傳統(tǒng)的小型光伏發(fā)電帶電池儲能的裝置中，其控制系統(tǒng)多采用模擬信號檢測及傳送，其線路復(fù)雜，易受干擾，運行可靠性差，迫切需要帶現(xiàn)場總線的網(wǎng)絡(luò)智能控制系統(tǒng)。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的是提供一種移動式光伏發(fā)電、低谷電鋰電池儲能控制系統(tǒng)，設(shè)計一種太陽能發(fā)電車，實現(xiàn)集光伏發(fā)電、低谷電利用于一體的鋰電池儲能，采用數(shù)字式網(wǎng)絡(luò)智能控制系統(tǒng)，白天陽光充足時，實現(xiàn)光伏發(fā)電并儲存，晚間儲存低谷電，從而實現(xiàn)用戶負載的24小時連續(xù)供電。·為了解決上述問題，本實用新型采用以下技術(shù)方案實現(xiàn):一種移動式光伏發(fā)電、低谷電鋰電池儲能控制系統(tǒng)，包括太陽能電池板組、匯流單元、接入切換單元、儲能斬波單元、電池均衡器、儲能鋰電池組及系統(tǒng)控制器，所述接入切換單元的一路控制接點依次與雙向逆變器、用電切換單元相連，用電切換單元分別與供電網(wǎng)、用電負載及系統(tǒng)控制器相連；系統(tǒng)控制器中的系統(tǒng)電腦通過Profibus-DP及Modbus現(xiàn)場總線分別與匯流單元、接入切換單元、雙向逆變器、儲能斬波單元、電池均衡器、電池溫度檢測單元、用電切換單元相連，系統(tǒng)電腦還分別與報警器、顯示屏和GPRS無線通訊模塊相連構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)智能控制系統(tǒng)。所述匯流單元中設(shè)有直流熔斷器、電流傳感器和匯流監(jiān)測單元，直流熔斷器和電流傳感器依次串連在某電池串列的陽極輸出端導(dǎo)線上，電流傳感器的輸出電流信號與匯流監(jiān)測單元輸入端相連；所述匯流監(jiān)測單元為網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)采集器，網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)采集器接收多路電流信號并與系統(tǒng)控制器通訊。所述接入切換單元中操作控制器控制電子開關(guān)QF1、QF2和QF3開閉，當(dāng)QFl和QF2閉合、QF3打開時，控制接點QF11、QF12分別與控制接點QF21、QF22連通；當(dāng)QFl打開、QF2和QF3閉合時，控制接點QF31、QF32分別與控制接點QF21、QF22連通；所述操作控制器中包括嵌入式微電腦、鍵盤、IXD顯示屏、USB接口和RS-485接口，嵌入式微電腦的開關(guān)量輸出端與開關(guān)量輸出驅(qū)動單元相連。所述雙向逆變器中包括電壓變換電路、逆變器、濾波器及雙向逆變器控制器，電壓變換電路的輸入信號取自接入切換單元的控制接點QF11、QF12的直流輸出，接觸器K合上時，直流信號經(jīng)電容Cl、電感LI及開關(guān)管T7形成脈動方波，由開關(guān)管T1、T2、T3、T4、T5、T6和電容C2組成的逆變器轉(zhuǎn)化成三相交流電，由電感L2、L3和電容C3組成的濾波器濾波后經(jīng)輸出端QF41、QF42、QF43輸出至用電切換單元。所述電池溫度檢測單元中溫度傳感器Tn發(fā)出的溫度信號經(jīng)上拉電阻Rn輸入網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)采集器，網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)采集器檢測并與系統(tǒng)控制器通訊。所述網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)采集器由信號接入單元、信號變換單元、隔離放大模塊和嵌入式微電腦依次連接組成，所述隔離放大模塊由電容隔離組件Ul、放大器U2、電阻網(wǎng)絡(luò)U3組成，其中電容隔尚組件Ul由電子開關(guān)Kcn、Kc12、Kc21 > Kc22>電容C6、C7組成，電子開關(guān)Kcn、Kc12、Kc21, Kc22以固定的高速頻率在輸入和輸出之間切換，當(dāng)檢測電壓、電流和熱電耦信號時，信號由B1、B2進入，當(dāng)檢測熱電阻信號時，信號由B1、B2和B3進入，電子開關(guān)Kcn、Kc12切換到輸入時，信號給電容C6、C7充電,開關(guān)Kcn、Kc12切換到輸出時，信號傳輸給放大器，實現(xiàn)了傳感器電路與放大電路的隔離；當(dāng)檢測熱電阻信號時，熱電阻的電壓信號從B1、B2進入，給電容C6充電，導(dǎo)線的電壓信號從B2、B3進入，給電容C7充電，由于電子開關(guān)Kc21的輸出接地，使電容C6上的電壓和電容C7上的電壓相減，抵消了部分導(dǎo)線對熱電阻的影響，提高了熱電阻的檢測精度，也實現(xiàn)了傳感器電路與放大電路的隔離；嵌入式微電腦包括A/D轉(zhuǎn)換器、基準電壓源、DSP控制器、溫度傳感器、網(wǎng)絡(luò)接口和存儲器，參考電源與A/D轉(zhuǎn)換器連 接，A/D轉(zhuǎn)換器通過數(shù)據(jù)總線DBl和地址總線ABl與DSP控制器連接；DSP控制器一端通過數(shù)據(jù)總線DB2和地址總線AB2與帶現(xiàn)場總線功能的網(wǎng)絡(luò)接口連接，一端通過數(shù)據(jù)總線DB3和地址總線AB3與存儲器連接；溫度傳感器與DSP控制器連接，用于測量熱電偶冷端環(huán)境溫度和冷端自動補償或測其他處溫度；A/D轉(zhuǎn)換器接收U2放大器的輸出信號V—。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型的有益效果是:I)集光伏發(fā)電、低谷電利用于一體，采用數(shù)字式網(wǎng)絡(luò)智能控制系統(tǒng)，白天陽光充足時，實現(xiàn)光伏發(fā)電并儲存，晚間儲存低谷電，從而實現(xiàn)用戶負載的24小時連續(xù)供電。2)對各路光伏電池串列的直流輸出進行網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)采集，可實現(xiàn)光伏發(fā)電與低谷電的自動轉(zhuǎn)換，可實現(xiàn)現(xiàn)場總線功能，體積小，可方便地組成網(wǎng)絡(luò)結(jié)點式信號采集系統(tǒng)，隔離放大模塊U1實現(xiàn)高絕緣的可靠隔離，大大提高了抗干擾能力及信號的測量精度。3)鋰電池組采用了電池均衡器和電池溫度檢測單元，且引入了網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)采集器，實現(xiàn)鋰電池電壓數(shù)據(jù)的及時上傳，使系統(tǒng)實現(xiàn)了智能控制，同時保證了系統(tǒng)安全、經(jīng)濟、穩(wěn)定運行。

圖1為本實用新型儲能控制系統(tǒng)原理圖；[0020]圖2為圖1中系統(tǒng)控制器原理圖；圖3為圖1中匯流單元原理圖；圖4為圖3中匯流監(jiān)測單元原理圖；圖5為圖1中接入切換單元原理圖；圖6為圖5中操作控制器原理圖；圖7為圖1中雙向逆變器原理圖；圖8為圖1中儲能斬波單元原理圖；圖9為圖1中電池均衡器原理圖；圖10為儲能鋰電池I 8測溫接線示意圖；圖11為儲能鋰電池9 16測溫接線示意圖；圖12為圖1中用電切換單元原理圖；圖13為圖4和圖9中的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)采集器原理圖；圖14為圖13中的信號接入單元原理圖；圖15為圖13中的信號變換單元原理圖；圖16為圖13中隔離放大單元原理圖；圖17為圖16的熱電阻接入狀態(tài)連接圖；圖18為圖13中嵌入式微電腦原理圖。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖對本實用新型的具體實施方式
作進一步說明:見圖1、圖2，為本實用新型一種移動式光伏發(fā)電、低谷電鋰電池儲能控制系統(tǒng)原理圖，包括太陽能電池板組、匯流單元、接入切換單元、儲能斬波單元、電池均衡器、儲能鋰電池組及系統(tǒng)控制器，所述接入切換單元的一路控制接點依次與雙向逆變器、用電切換單元相連，用電切換單元分別與供電網(wǎng)、用電負載及系統(tǒng)控制器相連；系統(tǒng)控制器中的系統(tǒng)電腦通過Profibus-DP及Modbus現(xiàn)場總線分別與匯流單元、接入切換單元、雙向逆變器、儲能斬波單元、電池均衡器、電池溫度檢測單元、用電切換單元相連，系統(tǒng)電腦還分別與報警器、顯示屏和GPRS無線通訊模塊相連構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)智能控制系統(tǒng)。儲能鋰電池組的接線方案按220V100AH和220V200AH兩種規(guī)格組配，其中220V100AH鋰離子電池組由7組標稱為32V100AH的模塊串聯(lián)而成，32V100AH模塊內(nèi)部由10塊單體3.2V/100AH鋰電池串聯(lián)而成；220V200A H鋰離子電池組由14組標稱為16V200AH的模塊串聯(lián)而成，16V200AH模塊內(nèi)部由10塊單體100AH鋰電池組成，內(nèi)部連接方式為2并5串。見圖3、圖4，匯流單元中設(shè)有直流熔斷器、電流互感器和匯流監(jiān)測單元，直流熔斷器和電流互感器依次串連在某電池串列的陽極輸出端導(dǎo)線上，電流互感器的輸出電流信號與匯流監(jiān)測單元輸入端相連；匯流監(jiān)測單元即為網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)采集器，網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)采集器接收多路電流信號并與系統(tǒng)控制器通訊，實施例中每兩個光伏電池為一組，共分8組，對應(yīng)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)采集器的8個輸入端，網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)采集器由單獨的DC/DC直流變壓器供電。見圖5，接入切換單元中操作控制器控制電子開關(guān)QF1、QF2和QF3開閉，當(dāng)QFl和QF2閉合、QF3打開時，控制接點QF11、QF12分別與控制接點QF21、QF22連通；當(dāng)QFl打開、QF2和QF3閉合時，控制接點QF31、QF32分別與控制接點QF21、QF22連通，實現(xiàn)由光伏電池向鋰電池充電或由電網(wǎng)的低谷電向鋰電池充電的切換功能；見圖6，操作控制器中包括嵌入式微電腦、鍵盤、IXD顯示屏、USB接口和RS-485接口，嵌入式微電腦上設(shè)有開關(guān)量輸入端(開入)與開關(guān)量輸出端，開關(guān)量輸出端與開關(guān)量輸出驅(qū)動單元(開出驅(qū)動)相連，實現(xiàn)開關(guān)量的功率放大。USB接口可用于程序的更新。RS-485接口用于電流或電壓信號的輸入。見圖7，雙向逆變器中包括電壓變換電路、逆變器、濾波器及雙向逆變器控制電路，電壓變換電路的輸入信號取自接入切換單元的控制接點QF11、QF12的直流輸出，接觸器K合上時，直流信號經(jīng)電容Cl、電感LI及開關(guān)管T7形成脈動方波，由開關(guān)管Tl、T2、T3、T4、T5、T6和電容C2組成的逆變器將轉(zhuǎn)化成三相交流電，由電感L2、L3和電容C3組成的濾波器濾波后經(jīng)輸出端QF41、QF42、QF43輸出至用電切換單元。見圖8，儲能斬波單元的功能是將由接入切換單元的控制接點QF31、QF32輸出的直流信號變成方波，對電池組充電，開關(guān)管T8、T9，電容C4、C5及電感L4構(gòu)成典型的斬波電路，儲能斬波單元控制器結(jié)構(gòu)與圖6中的操作控制器相同均為嵌入式微電腦結(jié)構(gòu)，同時具有聯(lián)網(wǎng)功能以及開關(guān)量和模擬量輸入輸出功能。見圖9，電池均衡器包括電池均衡調(diào)節(jié)驅(qū)動器及網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)采集器，實現(xiàn)各組鋰電池之間的電壓的自動均衡，避免由于各組鋰電池的電壓不同引起的內(nèi)部放電現(xiàn)象，每個電池均衡調(diào)節(jié)驅(qū)動器可驅(qū)動8個鋰電池，電池均衡調(diào)節(jié)驅(qū)動器也與系統(tǒng)控制器進行通訊。見圖10中，電池溫度檢測單元中溫度傳感器Tn發(fā)出的溫度信號經(jīng)上拉電阻Rn輸入網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)采集器，網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)采集器檢測并與系統(tǒng)控制器通訊。電池I 8為磷酸鋰儲能電池，Tl T8為DS18B20 —線總線數(shù)字式溫度變送器，能實現(xiàn)8個儲能鋰電池的溫度自動檢測，避免電池的不正常溫升，Vd為供電電源，一般為+ 5V，⑶I接系統(tǒng)電腦上的I/O 口 1，地為接供電電源地， Rl R8為上拉電阻。見圖11中，電池9 16為磷酸鋰儲能電池，T9 T16為DS18B20 —線總線數(shù)字式溫度變送器，Vd為供電電源，一般為+ 5V，⑶2接系統(tǒng)電腦的I/O 口 2，地為接供電電源地，R8 R16為上拉電阻。見圖12，用電切換單元中，操作控制器控制電子開關(guān)QF4、QF5和QF6開閉，當(dāng)QF4和QF6閉合、QF5打開時，控制接點QF41、QF42、QF43分別與控制接點A、B、C連通，系統(tǒng)接受電網(wǎng)低谷電儲能；當(dāng)QF6打開、QF4和QF5閉合時，控制接點QF41、QF42、QF43分別與控制接點QF51、QF52、QF53連通，實現(xiàn)鋰電池向用戶供電；當(dāng)QF4打開、QF6和QF5閉合時，控制接點A、B、C分別與控制接點QF51、QF52、QF53連通，實現(xiàn)電網(wǎng)低谷電向用戶供電；從而即保證用戶24小時不間斷用電，又可在低谷用戶不用電時，將23時 早7時的低谷電儲存起來。見圖13，網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)采集器由信號接入單元、信號變換單元、隔離放大模塊和嵌入式微電腦依次連接組成，信號接入單元依次與信號變換單元、隔離放大單元和嵌入式微電腦順序相連，嵌入式微電腦設(shè)有現(xiàn)場總線接口與工控機通信，信號接入單元、信號變換單元和隔離放大單元的選通信號均來自嵌入式微電腦，嵌入式微電腦根據(jù)工控機指令控制整個網(wǎng)絡(luò)信號采集器的運作。見圖14，信號接入單元由三個⑶4051或CC4051單8通道數(shù)字控制模擬電子開關(guān)組成。信號接入單元對應(yīng)Al、A2、A3三個輸出端分別輸出，哪一路信號輸出由片選信號QH和選通信號D2、D1、D0確定；其中信號接入單元信號選通狀態(tài)表(QH選通信號為I)見表I。表I
權(quán)利要求1.一種移動式光伏發(fā)電、低谷電鋰電池儲能控制系統(tǒng)，包括太陽能電池板組、匯流單元、接入切換單元、儲能斬波單元、電池均衡器、儲能鋰電池組及系統(tǒng)控制器，其特征在于，所述接入切換單元的一路控制接點依次與雙向逆變器、用電切換單元相連，用電切換單元分別與供電網(wǎng)、用電負載及系統(tǒng)控制器相連；系統(tǒng)控制器中的系統(tǒng)電腦通過ProfibUS-DP及Modbus現(xiàn)場總線分別與匯流單元、接入切換單元、雙向逆變器、儲能斬波單元、電池均衡器、電池溫度檢測單元、用電切換單元相連，系統(tǒng)電腦還分別與報警器、顯示屏和GPRS無線通訊模塊相連構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)智能控制系統(tǒng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種移動式光伏發(fā)電、低谷電鋰電池儲能控制系統(tǒng)，其特征在于，所述匯流單元中設(shè)有直流熔斷器、電流傳感器和匯流監(jiān)測單元，直流熔斷器和電流傳感器依次串連在某電池串列的陽極輸出端導(dǎo)線上，電流傳感器的輸出電流信號與匯流監(jiān)測單元輸入端相連；所述匯流監(jiān)測單元為網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)采集器，網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)采集器接收多路電流信號并與系統(tǒng)控制器通訊。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種移動式光伏發(fā)電、低谷電鋰電池儲能控制系統(tǒng)，其特征在于，所述接入切換單元中操作控制器控制電子開關(guān)QF1、QF2和QF3開閉，當(dāng)QFl和QF2閉合、QF3打開時，控制接點QF11、QF12分別與控制接點QF21、QF22連通；當(dāng)QFl打開、QF2和QF3閉合時，控制接點QF31、QF32分別與控制接點QF21、QF22連通； 所述操作控制器中包括嵌入式微電腦、鍵盤、IXD顯示屏、USB接口和RS-485接口，嵌入式微電腦的開關(guān)量輸出端與開關(guān)量輸出驅(qū)動單元相連。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種移動式光伏發(fā)電、低谷電鋰電池儲能控制系統(tǒng)，其特征在于，所述雙向逆變器中包括電壓變換電路、逆變器、濾波器及雙向逆變器控制器，電壓變換電路的輸入信號取自接入切換單元的控制接點QF11、QF12的直流輸出。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種移動式光伏發(fā)電、低谷電鋰電池儲能控制系統(tǒng)，其特征在于，所述電池溫度檢測單元中溫度傳感器Tn經(jīng)上拉電阻Rn與網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)采集器相連，網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)采集器檢測并與系統(tǒng)控制器通訊。`
6.根據(jù)權(quán)利要求2或5所述的一種移動式光伏發(fā)電、低谷電鋰電池儲能控制系統(tǒng)，其特征在于，所述網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)采集器由信號接入單元、信號變換單元、隔離放大模塊和嵌入式微電腦依次連接組成，所述隔離放大模塊由電容隔離組件Ul、放大器U2、電阻網(wǎng)絡(luò)U3組成，其中電容隔離組件Ul由電子開關(guān)Kcn、Kc12、Kc21, Kc22,電容C6、C7組成； 嵌入式微電腦包括A/D轉(zhuǎn)換器、基準電壓源、DSP控制器、溫度傳感器、網(wǎng)絡(luò)接口和存儲器，參考電源與A/D轉(zhuǎn)換器連接，A/D轉(zhuǎn)換器通過數(shù)據(jù)總線DBl和地址總線ABl與DSP控制器連接；DSP控制器一端通過數(shù)據(jù)總線DB2和地址總線AB2與帶現(xiàn)場總線功能的網(wǎng)絡(luò)接口連接，一端通過數(shù)據(jù)總線DB3和地址總線AB3與存儲器連接；溫度傳感器與DSP控制器連接；A/D轉(zhuǎn)換器與U2放大器的輸出端相連。
專利摘要本實用新型涉及鋰電池儲能系統(tǒng)領(lǐng)域，特別涉及一種移動式鋰電池儲能控制系統(tǒng)，包括太陽能電池板組、匯流單元、接入切換單元、儲能斬波單元、電池均衡器、儲能鋰電池組及系統(tǒng)控制器，其特征在于，所述接入切換單元的一路控制接點依次與雙向逆變器、用電切換單元相連，用電切換單元分別與供電網(wǎng)、用電負載及系統(tǒng)控制器相連；系統(tǒng)控制器中的系統(tǒng)電腦通過Profibus-DP及Modbus現(xiàn)場總線分別與匯流單元、接入切換單元、雙向逆變器、儲能斬波單元、電池均衡器、電池溫度檢測單元、用電切換單元相連構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)智能控制系統(tǒng)。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型的優(yōu)點是光伏發(fā)電、低谷電利用合一，白天陽光充足時，光伏發(fā)電儲存，晚間儲存低谷電。
文檔編號H02J3/32GK203151234SQ201320079398
公開日2013年8月21日 申請日期2013年2月19日 優(yōu)先權(quán)日2013年2月19日
發(fā)明者鞠以彬, 張鐵俊, 王永峰, 王春巖, 馮素萍 申請人:遼寧凱信新能源技術(shù)有限公司