智能供電逆變裝置的製作方法

2023-04-24 12:19:21

專利名稱：智能供電逆變裝置的製作方法
技術領域：
智能供電逆變裝置技術領域[0001]本實用新型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 效利用領域，尤其涉及一種智能節能型供電逆變裝置。
背景技術：
[0002]逆變器是一種電源轉換裝置，可將直流電轉換成符合一般家用電器所需的交流 電。隨著工農業生產和人民生活水平的提高，對電力的需求量也隨之越來越大。同時人 類對環保重要性的認識的加強，要求更多地使用清潔能源減少汙染。在太陽能及風能發 電領域，逆變器是必不可少的設備之一。[0003]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，當太陽能電池和蓄電池電力不夠時就不能保持大負荷的用電器的正常 工作，或者即使能讓用電器短暫地維持工作但由於蓄電池容量的限制，當蓄電池的電壓 較低時就要輸出很大的電流使得蓄電池發熱，這樣往往縮短了蓄電池的使用壽命。[0004]有的智能供電逆變裝置可以在用電量較小時通過太陽能電池和蓄電池供電，在 用電量較大時通過商用電力單獨供電，這種結構沒有對電能進行充分高效地利用。目 前，還沒有一個智能供電逆變裝置可以更充分、合理並高效地同時利用太陽能發電，蓄 電池和商用電力進行供電。發明內容[0005]本實用新型目的是針對現有技術的不足，提供一種智能化供電逆變裝置，能 更充分、合理並高效地同時利用太陽能、蓄電池和商用電力進行供電。在通常情況下由 太陽能電池，蓄電池和商用電力同時運行的方式給用電器供電，本裝置能夠根據太陽能 電池和蓄電池的輸出電力情況調整商用電力的供給，並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，切換到商用電力直接供電。當蓄電池充滿電或太 陽能電池的輸出功率達到一定的水平時，再切換到太陽能電池、蓄電池和商用電力同時 運行的工作模式進行供電。[0006]本實用新型的技術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轉換控制器，還包括電力切換器、AC-DC轉換控制 器和商用電力充電開關；AC-DC轉換控制器的輸出端經由商用電力充電開關連接所述 DC-AC轉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埠或連接DC-AC轉換控制器輸出端的B埠 ；所述CPU控制模塊根據 太陽能電池和蓄電池的實時輸出電力水平和裝置固有綜合效率指數的乘積與用電器正常 工作所需電力的關係，控制電力切換器的輸入端在A埠和B埠之間切換。[0007]本實用新型的智能供電逆變裝置的更詳細的技術方案是[0008]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 力不足的補充，並依據太陽能電池和蓄電池的實時輸出電力水平和裝置固有綜合效率指數的乘積與用電器正常工作所需電力的關係，在太陽能電池和蓄電池以及商用電力同時 運行的工作模式和直接使用商業電力的工作模式之間智能地進行切換；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兄所述智能供電逆變裝置固有的綜合效率 指數為P，則CPU控制模塊在條件Y < P · X滿足時控制電力切換器的開關切換到B 埠，使所述DC-AC轉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 及商用電力同時運行」的模式，所述CPU控制模塊將根據太陽能電池和蓄電池實時所提 供的電力水平，調節所述AC-DC轉換控制器的電力輸出，對太陽能電池和蓄電池供應的 不足的電力部分自動進行補充；控制模塊在條件Y^P · X滿足時，控制電力切換器的開 關切換到A埠，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，並且當太陽能電池和蓄電池所提供的電力回升到滿足條件Y < P ·Χ時，CPU控制 模塊又將電力切換器的開關切換到B埠，自動恢復到「太陽能電池和蓄電池以及商用 電力同時運行」的工作模式。[0009]具體實現時，根據電流的大小關係來進行切換電力切換器的輸入端在Idc < P · (Ipv+IBT)時是連接DC-AC轉換控制器輸出的B埠，在· (IPV+IBT)時是 連接商用電力的A埠，其中Idc為商用電力經由AC-DC轉換控制器輸出的電流，^為 太陽能電池的輸出電流，1趴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。[0010]所述商用電力充電開關有C和D兩個埠，當撥向C埠時，AC-DC轉換控 制器連接所述充電控制器的第一輸入端，當連接D埠時，AC-DC轉換控制器連接所述 DC-AC轉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，AC-DC轉換 控制器連接充電開關的D埠。[0011]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，並根據該溫度信息，在蓄電池充電時控制充電控制器的輸出電 流，從而調節蓄電池的充電電流，或在蓄電池放電時控制AC-DC轉換控制器的輸出電 流，進而調節蓄電池的放電電流。[0012]所述CPU控制模塊上備有通信接口，和計算機相連，用於設定智能供電逆變裝 置的工作參數和輸出智能供電逆變裝置的工作狀態及履歷。[0013]本實用新型的優點是[0014]1.可以利用太陽能電池、蓄電池和商用電力同時進行供電，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。[0015]2.在大負荷的用電器工作情況下，減輕了蓄電池的負擔，可以延長電池的使用壽命ο[0016]3.在太陽能電池和蓄電池以及商用電力同時運行的工作模式時，自動根據蓄電 池的電力的情況，實時調節商用電力的供給。[0017]4.將裝置自身的綜合效率納入參考，在太陽能電池和蓄電池的輸出電力不足 時，能智能地切換到直接使用商用電力進行供電的工作模式，等蓄電池充滿電後，再回 到太陽能電池、蓄電池和商用電力同時運行的工作模式。這樣能更充分、合理並高效地 利用太陽能和蓄電池的電力及商用電力。[0018]5.還可以利用商用電力，和太陽能一起給蓄電池充電，作為一個專用充電器使用，此外當商業電網發生停電時還可作為不間斷電源使用。

[0019]
以下結合附圖及實施例對本實用新型作進一步描述[0020]圖1為智能供電逆變裝置的實施例的功能結構示意圖；[0021]圖2為商用電力與太陽能電池和蓄電池的輸出功率補充控制關係圖；[0022]圖3為智能供電逆變裝置的實施例的電氣構造示意圖。[0023]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轉換控制器；6電力切換器；7AC-DC轉換控制器；8商用電力充電開關；9蓄 電池；10溫度傳感器；11通信接口； 12商用電力；13用電器。
具體實施方式
[0024]實施例本實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[0025]狀態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 用電器負荷較小，太陽能發電還有電量剩餘，則多餘的電量給蓄電池充電，此狀態不補 充商用電力；[0026]狀態2:如果用電器負荷較大，太陽能發電不能滿足用電器所需電力，則蓄電 池和太陽能電池同時給用電器供電，此狀態不補充商用電力；[0027]狀態3:若用電器負荷很大，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，此狀態為「太陽能電池和蓄電池以及商用 電力同時運行」的工作模式。[0028]狀態4:在狀態3時，由於蓄電池的電力的消耗，所提供的電力將逐漸減少，當 蓄電池的輸出電壓低於其最低安全電壓或者滿足所述Y^p · X的條件時，則自動切換到「直接使用商用電力單獨供電」的工作模式。在蓄電池充滿電後，再自動恢復到狀態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。[0029]如圖1所示，為本實施例的智能供電逆變裝置的功能結構示意圖。本實施例的 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轉換 控制器5、電力切換器6、AC-DC轉換控制器7和商用電力充電開關8。[0030]充電控制器2的輸出端一方面經電流檢測器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轉換控制器5的第二輸入端，用於給用電器13供電。本實 施例的充電控制器2是具有MPPT (最大功率點跟蹤，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 供實時的太陽能電池的輸出電壓和電流信息並且接受來自CPU控制模塊4的控制信號， 對太陽能電池的最大功率點進行跟蹤和對蓄電池的充電電流進行合理的調節。[0031]電流檢測器3用於蓄電池充放電的電流檢測。AC-DC轉換控制器7用於將商用 交流電力12轉換成適合DC-AC轉換控制器5的直流並輸出到DC-AC轉換控制器的第一 輸入端。DC-AC轉換控制器5將來自第一和第二輸入埠的直流轉換成適合用電器13 使用的交流，並輸出到電力切換器6的B埠。5[0032]所述電力切換器6輸出端連接用電器13，輸入為A埠或B埠，A埠連接 商用電力12，B埠連接DC-AC轉換控制器5的輸出端。若電力切換器6的輸入端切 換到A埠，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埠，則DC-AC轉換控制器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運行」的模式。CPU 控制模塊4依據太陽能電池和蓄電池的實時輸出電力水平和裝置固有綜合效率指數的乘 積與用電器正常工作所需電力的關係，控制電力切換器6在A和B兩個輸入埠之間智 能地進行切換。[0033]本實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，並以此對進出蓄電池的電流強度進行控制。如果蓄 電池處於充電狀態，CPU控制模塊將控制信號傳遞給充電控制器2，驅動充電控制器2調 整其輸出的充電電流的大小，如果蓄電池處於放電狀態，CPU控制模塊4將控制信號傳 遞給AC-DC轉換控制器，驅動AC-DC轉換控制器調節其輸出電流。[0034]本實施例的CPU控制模塊4上還帶有通信接口 11，用於和計算機進行通信， 在計算機上用通信軟體設置和修改智能供電逆變裝置的各項工作參數，包括蓄電池的種 類、指定時間段及其在此時間段內的平均放電電流的上限值1_、平均充電電流的上限值 Imaxc>電池放電下限電壓值vmn(最低安全電壓)、充電飽和電壓Vmax和各個充電階段的電 壓範圍等參數，還可查看智能供電逆變裝置的工作履歷和運行狀態等信息。CPU控制模 塊4根據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，並且 根據蓄電池的放電電流的上限，在蓄電池的放電電流過大時增大AC-DC轉換控制器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；當蓄電池的電壓 達到最高充電飽和電壓時，充電控制器2將在CPU控制模塊4的控制下進入浮動充電階 段，當蓄電池的電壓低於或等於最低安全電壓時，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埠；若智能供電逆變裝置沒有接蓄電池 則不受所述電壓參數的影響。[0035]本實施例的AC-DC轉換控制器7的輸出和DC-AC轉換控制器5的第一輸入端之 間還連接有商用電力充電開關8，商用電力充電開關8的輸入端連接AC-DC轉換控制器7 的輸出端，商用電力充電開關8的輸出端有C和D兩個埠，當撥向C埠時，AC-DC 轉換控制器7連接所述充電控制器2的第一輸入端，當撥向D埠時，AC-DC轉換控制 器7連接所述DC-AC轉換控制器5的第一輸入端；在所述智能供電逆變裝置正常工作 時，商用電力充電開關8的輸出撥向D埠。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轉換控制器7連接商用電力充電開關8的D埠。[0036]本實施例的CPU控制模塊4和充電控制器2、電流檢測器3、DOAC轉換控制 器5、電力切換器6、AC-DC轉換控制器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:[BT和蓄電池的電壓信息Vbt以及 控制AC-DC轉換控制器7的輸出電壓Vdc及電流Idc的大小。根據AC-DC轉換控制器 7的輸出電力和太陽能電池、蓄電池的輸出電力的比較關係並參考自身的固有綜合效率來控制電力切換器6的動作，進行A 口和B 口之間的切換，此比較關係將在後面做詳細說明。[0037]當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埠，此時，商用電力12通過 AC-DC轉換控制器7經由商用電力充電開關8的D埠流入DC-AC轉換控制器5。太 陽能電池、蓄電池和商用電力經DC-AC轉換控制器5同時給用電器供電。[0038]在空間不足、不能大量設置太陽能電池板的地方，比如普通公寓的陽臺，本實 施例的智能供電逆變裝置就能發揮它的特長，將所設置的少量太陽能電池加以充分利 用，起到節電作用。例如，假使設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800W的電飯鍋，但是如果使用了本實施例的智能供電逆變裝 置，另由商用電力12提供400W來補充不足的功率，這樣電飯鍋就能正常運作了。相對 於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了環保。此外，在使用大負荷用電器的場合，這麼做還能適當 減輕蓄電池的負擔，起到延長電池壽命的作用。[0039]假設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 轉換控制器7的效率為P 1； DC-AC轉換控制器5的效率為P 2，則當[0040]Y^ X'Pl =ρ·Χ(1)1 - PxP2[0041]時，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於用電器消耗的功率。式(1)和⑵裡的P = P2/ (I-P1 · P2)是本智能供電逆變裝置的固有綜合效率指數。因此當[0042]Υ>ΛΧ'Ρι ^p-X(2)[0043]時，CPU控制模塊4將產生控制信號，使電力切換器6切換到A埠，將商用 電力12直接連接到用電器13上，同時使DC-AC轉換控制器停止轉換工作，進入睡眠節 電狀態。此時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。[0044]在具體實現時，將功率的關係式(2)轉換成電流和電壓的關係。定義Ipv為充電 控制器2的輸出電流，即來自太陽能電池的電流。IbtS蓄電池的輸出電流，Imax為蓄電 池在指定時間段內的最大平均放電電流的上限(這是為了保護蓄電池而設置的可在一定 時間段(比如16至256秒)內任意設定的平均輸出電流的上限值)。Idc為AC-DC轉換 控制器7的輸出電流，Vbt為蓄電池的輸出電壓；Vmm為蓄電池的下限電壓，該參數是為 了保護蓄電池而設置的，它與電池類型有關，電池種類和額定電壓不同，Vmm不同。比 如，對於額定電壓為25.9V的鋰電池為21V，對於額定電壓為MV的鉛酸電池為20V。 當[0045]Idc JJf^Mlhei(3)1 - P1P2[0046]或者[0047]VBT3.063(Ipv+Ibt),即若AC-DC轉換控制器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。若轉換效率皆為90%的 情況下，由式⑶可知，當IDe約是IPV+IBT&4.7倍以上時，則切換成「直接使用商用電 力」的模式。[0050]另外，在太陽能電池、蓄電池和商用電力的並用運行模式，當將AC-DC轉換控 制器7的商用電力輸出調至最大時也不能使蓄電池的供電輸出電流降至Imax以下或者即使 是蓄電池的供電輸出電流小於Imax但條件式⑶被滿足時，CPU控制模塊將發出信號給 電力切換器使其切換至A埠，智能供電逆變裝置進入「直接使用商用電力」的工作模 式。[0051]當智能供電逆變裝置處於「直接使用商用電力」的工作模式時，太陽能電池給 蓄電池充電，當蓄電池的電壓Vbt(或DC-AC變換控制器的輸入電壓)再次回升到飽和電 壓Vmax(電池充滿電達到飽和狀態時的電壓)時，CPU控制模塊4將產生控制信號，使電 力切換器6輸入切換到B埠，同時喚醒DC-AC轉換控制器執行轉換工作，裝置又切換 到太陽能電池、蓄電池和商用電力的並用運行模式。[0052]本實施例的AC-DC轉換控制器7自動對智能供電逆變裝置運行時太陽能電池和 蓄電池不足的電力部分進行補充，並且根據太陽能電池和蓄電池的電力輸出狀態對商用 電力的補充量自動進行相應的調整。CPU控制模塊定時採集經由電流檢測器3的蓄電池 輸入輸出電流強度，如果在指定的時間段(16 256秒)內蓄電池的輸出電流Ibt平均值 超過所設定的電流上限Imax時，將通過調節AC-DC轉換控制器7的輸出電壓VDC，增大 其輸出電流，從而實現減小蓄電池的輸出電流。Vdc的值由以下條件決定[0053]在「太陽能電池和蓄電池以及商用電力同時運行」的工作模式下，如果處於蓄 電池放電狀態，說明此時僅憑太陽能電池的供電不能滿足負荷所需電力，[0054]Vdc = Vmax- α · Δ(5)[0055]其中，α為商用電力補充量的調整係數，它和太陽能電池和蓄電池的輸出功率 大小有關。通常Ο^α^Ι。 Δ依據蓄電池的種類以及DC-AC轉換控制器5的額定工作 電壓而設定，例如，對於DC-AC轉換控制器的額定工作電壓為MV，鉛酸電池的充滿飽 和電壓為側的情況，Δ可以設為1 4V。 Δ的值可以通過計算機或通信軟體設置和 修改。[0056]當太陽能電池和蓄電池的電力滿足用電器使用時，且蓄電池的輸出電流Ibt VDC，AC-DC轉換控制 器沒有電流輸出，僅由太陽能電池和蓄電池給用電器供電。[0057]當太陽能電池和蓄電池的電力不能滿足用電器使用時，CPU控制模塊設置O^a <1，用商用電力進行適當補充，設置的α越小，AC-DC轉換控制器的輸出電壓越大， 補充的商業電力就越多。若設置的α =0而仍然存在:時，則切換到「直接使用 商用電力」的工作模式。[0058]在「太陽能電池和蓄電池以及商用電力同時運行」的工作模式下，如果蓄電池 處於充電狀態，則說明此時僅憑太陽能電池的供電就能滿足負荷所需電力並有多餘，此 時[0059]
權利要求1.一種智能供電逆變裝置，包括充電控制器O)、電流檢測器(3)、CPU控制模塊 ⑷、DC-AC轉換控制器(5)，其特徵在於還包括電力切換器(6)、AC-DC轉換控制 器⑵和商用電力充電開關⑶；AC-DC轉換控制器(7)的輸出端經由商用電力充電開關 ⑶連接所述DC-AC轉換控制器(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埠或連接DC-AC轉換控制器(5)輸出 端的B埠 ；所述CPU控制模塊(4)根據太陽能電池和蓄電池的實時輸出電力水平和裝 置固有綜合效率指數的乘積與用電器正常工作所需電力的關係，控制電力切換器(6)的 輸入端在A埠和B埠之間切換。
2.根據權利要求1中所述的智能供電逆變裝置，其特徵在於所述商用電力充電開 關⑶有C和D兩個輸出埠，當連接C埠時，AC-DC轉換控制器(7)的輸出端連接 所述充電控制器O)的第一輸入端，當連接D埠時，AC-DC轉換控制器(7)的輸出端 連接所述DC-AC轉換控制器(5)的第一輸入端。
3.根據權利要求1或2中所述的智能供電逆變裝置，其特徵在於還包括用於監測蓄 電池(9)的溫度並與CPU控制模塊⑷相連的溫度傳感器(10)。
4.根據權利要求1或2中所述的智能供電逆變裝置，其特徵在於所述CPU控制模 塊(4)上還連接有用於和計算機相連的通信接口(11)。
專利摘要本實用新型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轉換控制器、CPU控制模塊、電力切換器、AC-DC轉換控制器和商用電力充電開關。本裝置能根據用電器的所需電力以及太陽能電池和蓄電池實時所提供的電力水平，對不足部分的電力自動進行補充。在一定的條件下，可自動切換到直接使用商用電力進行供電的工作模式，並且當太陽能電池和蓄電池所提供的電力回升到一定的水平時，裝置又能自動恢復到太陽能電池和蓄電池以及商用電力同時運行的工作模式。對於因佔地面積的限制，不能設置大量的太陽能電池的樓房住戶，本實用新型提供了一個非常合理並充分、高效地使用清潔能源的手段。
文檔編號H02J7/02GK201813203SQ20102022026
公開日2011年4月27日 申請日期2010年5月27日 優先權日2009年10月27日
發明者孫國聖, 陳立新 申請人:孫國聖, 陳立新