專利名稱：嵌入式能流控制器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種自動(dòng)控制系統(tǒng)，具體說(shuō)本實(shí)用新型是一種用于大容量電池組 上的嵌入式能流控制器。
背景技術(shù)：
目前，在新能源技術(shù)領(lǐng)域主要有利用風(fēng)能的風(fēng)能發(fā)電系統(tǒng)和利用太陽(yáng)能的太陽(yáng)能 發(fā)電系統(tǒng)(詳見(jiàn)附圖6)。上述系統(tǒng)的能量來(lái)源都具有周期性和間歇性特點(diǎn)，而負(fù)載(用戶) 要求能量供應(yīng)是連續(xù)不間斷的，這要求上述系統(tǒng)必須配備能量?jī)?chǔ)存系統(tǒng)-蓄電池組。在上 述發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電高峰期把多余的電能存入蓄電池組中，在間歇或間斷期利用存入蓄電池 組內(nèi)的能量滿足負(fù)載(用戶)的連續(xù)用電需求。風(fēng)能發(fā)電系統(tǒng)或太陽(yáng)發(fā)電系統(tǒng)配套的蓄電 池組的儲(chǔ)能量在理想的狀態(tài)下要求容量越大越好。結(jié)合國(guó)家新能源電動(dòng)車(chē)輛的發(fā)展戰(zhàn)略， 伴隨純電動(dòng)車(chē)輛不斷增加，替換下來(lái)的車(chē)載電池組數(shù)量會(huì)迅速增加。一般情況下，當(dāng)車(chē)載電 池組的儲(chǔ)能量衰減到正常狀態(tài)下儲(chǔ)能量的50%時(shí)，電池組已經(jīng)不能滿足車(chē)輛的正常續(xù)駛里 程要求需要更換，從而產(chǎn)生大量替換下來(lái)的電池組，如何利用這類(lèi)電池組也是國(guó)家急需解 決的問(wèn)題；如果能夠解決不同種類(lèi)、不同容量的電池組的合并使用問(wèn)題，就可把電動(dòng)車(chē)輛上 替換下來(lái)的電池組直接用于太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)或風(fēng)能發(fā)電系統(tǒng)的儲(chǔ)能電池組中，從而滿足風(fēng) 能發(fā)電系統(tǒng)或太陽(yáng)發(fā)電系統(tǒng)配套的蓄電池組容量無(wú)限擴(kuò)充的需要，也解決了電動(dòng)車(chē)輛上替 換下來(lái)的電池組的再利用問(wèn)題。不同種類(lèi)的電池或同種不同使用期限的電池它們的內(nèi)阻差異很大，即使電池組的 額定電壓相同、電壓升限相同也不能直接并聯(lián)使用，因?yàn)閮?nèi)阻小的在充/放電時(shí)電流偏大， 容易出現(xiàn)過(guò)充、過(guò)放現(xiàn)象，造成電池?fù)p壞。實(shí)現(xiàn)不同種類(lèi)的電池組或同種不同使用期限的電池組的并聯(lián)使用需要滿足下列 條件要求1、電壓等級(jí)相同電池組的額定電壓相同，電池組的電壓動(dòng)態(tài)范圍接近。按民用電壓標(biāo)準(zhǔn)計(jì)· AC220交流電一次整流電壓為DC311V，直接耦合式變頻系統(tǒng)配套的電池組的額 定電壓應(yīng)符合這一電壓標(biāo)準(zhǔn)DC31IV。· AC380交流電一次整流電壓為DC537V，直接耦合式變頻系統(tǒng)配套的電池組的額 定電壓應(yīng)符合這一電壓標(biāo)準(zhǔn)DC537V。2、電池單體電壓控制 電池正常使用條件是單體電池電壓在一定范圍內(nèi)使用，超過(guò)電池電壓上限時(shí)電 池會(huì)出現(xiàn)過(guò)充及損壞現(xiàn)象、低于電池電壓下限時(shí)電池會(huì)出現(xiàn)過(guò)放及損壞現(xiàn)象。 維持電池組正常使用要保障電池組內(nèi)的每節(jié)電池電壓都處于正常電壓范圍內(nèi) 使用。當(dāng)充電電壓高于電池單體限壓上限時(shí)關(guān)斷充電回路、當(dāng)電池電壓低于電池下限電壓 時(shí)關(guān)斷放電回路。3、放電電流最大值控制[0013] 電池的放電電流的極限是由電池的特性和電池的容量來(lái)確定的，每種電池都有 最大的放電電流的限制，如果電池的輸出電流大于允許的最大值會(huì)造成電池?fù)p壞，影向電 池使用壽命，嚴(yán)重時(shí)電池會(huì)出現(xiàn)燃燒、爆炸等現(xiàn)象。 在電池安全使用的條件范圍內(nèi)，當(dāng)電池的放電電流達(dá)到限量值時(shí)應(yīng)對(duì)輸出回路 進(jìn)行控制，使輸出電流不超過(guò)最大限量；此時(shí)電池輸出電流不受負(fù)載增加影響，處于恒流輸 出狀態(tài)。這種控制結(jié)構(gòu)可保障每個(gè)電池組可同時(shí)向直流母線電網(wǎng)供電又不會(huì)出現(xiàn)單組過(guò)放 現(xiàn)象。4、充電電流極限控制 電池的充電電流的極限也是由電池的特性和電池的容量來(lái)確定的，每種電池都 有最大的充電電流限制，如果電池的充電電流大于允許的最大值會(huì)造成電池?fù)p壞，影響電 池使用壽命，嚴(yán)重時(shí)電池也會(huì)出現(xiàn)燃燒、爆炸等現(xiàn)象。 在電池安全使用的條件范圍內(nèi)，當(dāng)電池充放電電流達(dá)到限量值時(shí)應(yīng)對(duì)輸入回路 進(jìn)行控制，使輸入的電流不超過(guò)最大限量；此時(shí)電池輸入電流不受母線電壓上升影響，處于 衡定電流的充電狀態(tài)。這種控制結(jié)構(gòu)可保障每個(gè)電池組不會(huì)因母線電網(wǎng)電壓提升回饋的充 電電流過(guò)大造成電池單體損壞。5、電池使用溫度環(huán)境控制常見(jiàn)電池的物理結(jié)構(gòu)特性和電池的化學(xué)特性要求電池或電池組應(yīng)在一定的溫度 范圍內(nèi)使用，要求電池組應(yīng)該配套恒溫控制結(jié)構(gòu)。
實(shí)用新型內(nèi)容為解決上述問(wèn)題，滿足上述需要，本實(shí)用新型提供一種新能源發(fā)電系統(tǒng)大容量電 池組用的嵌入式能流控制器。本實(shí)用新型嵌入式能流控制器，包括電源端子、電壓傳感器、電流傳感器和主控制 器，其中所述電源端子分為電池正負(fù)端子和接入正負(fù)端子，在電池負(fù)端子和接入負(fù)端子之 間依次串有充電回路控制執(zhí)行器、放電回路控制執(zhí)行器和電流傳感器，在電池正端子和電 池負(fù)端子之間并聯(lián)有的第二電壓傳感器，在接入正端子和接入負(fù)端子之間并聯(lián)有第一電壓 傳感器，充電回路控制執(zhí)行器、放電回路控制執(zhí)行器、電流傳感器、第一電壓傳感器和第二 電壓傳感器連接主控制器，主控制器還連接電池電壓巡檢器，電池電壓巡檢器設(shè)有直接連 接電池的端口。所述嵌入式能流控制器還設(shè)有和低壓供電電源，電壓供電電源分別連接第一電壓 傳感器、第二電壓傳感器、主控制器和溫度控制器。所述充電回路控制執(zhí)行器包括第一大功率場(chǎng)效應(yīng)管和第一大功率二極管，兩者同 極性并聯(lián)。所述放電回路控制執(zhí)行器包括第二大功率場(chǎng)效應(yīng)管和第二大功率二極管，兩者同 極性并聯(lián)。所述第二大功率場(chǎng)效應(yīng)管和第一大功率二極管組成放電回路。所述第一大功率場(chǎng)效應(yīng)管和第二大功率二極管組成充電回路。所述接入正負(fù)端子和電池正負(fù)端子各設(shè)有一個(gè)開(kāi)關(guān)。所述充電回路控制執(zhí)行器和放電回路控制執(zhí)行器設(shè)有散熱器片。[0029]所述嵌入式能流控制器中設(shè)有溫度控制器，溫度控制器連接到主控制器和溫度控 制器接口，溫度控制器接口可以外連接安裝在電池組上的溫度傳感器和恒溫控制裝置。所述嵌入式能流控制器的體積為289\190父60111111，耐壓00^-160(^可調(diào)整，放電 電流DC0A-500A可調(diào)整，充電電流DC0A-300A可調(diào)整，可直接配裝在電池組上。本實(shí)用新型從社會(huì)需要出發(fā)，結(jié)合實(shí)際電路結(jié)構(gòu)要求設(shè)計(jì)一種滿足上述功能要 求的電器設(shè)備-嵌入式能流控制器；這種設(shè)備體積很小，只有289X190X60(mm)；耐壓 DC0V-1600V可調(diào)整、具有單體電池電壓檢測(cè)功能(可測(cè)定電池組中每節(jié)電池的電壓)、放電 電流DC0A-500A可調(diào)整、充電電流DC0A-300A可調(diào)整、有溫度控制器和溫度控制器接口(輸 出接口為開(kāi)關(guān)接口，可直接控制內(nèi)置或外配的恒溫控制設(shè)備)、可直接配裝在電池組上；安 裝有嵌入式能流控制器的電池組在相同額定電壓下，可直接并聯(lián)使用。如圖5所示，每個(gè)電 池組經(jīng)嵌入式能流控制器可直接并入直流母線上，當(dāng)直流母線電壓下降到低于電池組的輸 出電壓時(shí)，每個(gè)電池組都處于放電狀態(tài)；達(dá)到放電電流限量的電池組會(huì)自動(dòng)進(jìn)入衡流輸出 狀態(tài)；當(dāng)電池組中單體電池的放電電壓低于最低限量時(shí)，嵌入式能流控制器會(huì)自動(dòng)關(guān)斷所 控制的電池組的輸出回路，該電池組不在向外輸出能量。反之，當(dāng)母線電壓上升超過(guò)電池組 輸出電壓時(shí)，電池組會(huì)進(jìn)入充電狀態(tài)；當(dāng)充電電流達(dá)到充電電流限量時(shí)，該電池組會(huì)自動(dòng)進(jìn) 入恒流充電狀態(tài)；當(dāng)單體電池電壓上升到電池電壓上限時(shí)，嵌入式能流控制器會(huì)自動(dòng)關(guān)閉 該電池組的輸入回路，該電池組停止充電。
圖1是本實(shí)用新型嵌入式能流控制器的基本組成框圖；圖2是嵌入式能流控制器的充電回路控制執(zhí)行器和放電回路控制執(zhí)行器的連接 電路圖；圖3是放電控制回路的構(gòu)成電路圖；圖4是充電控制回路的構(gòu)成電路圖；圖5是采用本實(shí)用新型嵌入式能流控制器的電池組的框圖；圖6是本實(shí)用新型嵌入式能流控制器的新能源發(fā)電系統(tǒng)的基本組成圖具體實(shí)施方式
本實(shí)用新型嵌入式能流控制器的基本框圖見(jiàn)圖1，圖中的基本電路功能如下本實(shí)用新型嵌入式能流控制器，包括電源端子、電壓傳感器、電流傳感器和主控制 器，其中所述電源端子分為電池正負(fù)端子和接入正負(fù)端子，在電池負(fù)端子和接入負(fù)端子之 間依次串有充電回路控制執(zhí)行器、放電回路控制執(zhí)行器和電流傳感器，在電池正端子和電 池負(fù)端子之間并聯(lián)有的第二電壓傳感器，在接入正端子和接入負(fù)端子之間并聯(lián)有第一電壓 傳感器，充電回路控制執(zhí)行器、放電回路控制執(zhí)行器、電流傳感器、第一電壓傳感器和第二 電壓傳感器連接主控制器，主控制器還連接電池電壓巡檢器，電池電壓巡檢器設(shè)有直接連 接電池的端口，可以連接到電池組中的每一個(gè)電池上，以檢測(cè)每個(gè)電池的狀態(tài)。嵌入式能流控制器還設(shè)有和低壓供電電源，電壓供電電源分別連接第一電壓傳感 器、第二電壓傳感器、主控制器和溫度控制器。充電回路控制執(zhí)行器包括第一大功率場(chǎng)效應(yīng)管IGBTl和第一大功率二極管D1，兩者同極性并聯(lián)(見(jiàn)圖2)。放電回路控制執(zhí)行器包括第二大功率場(chǎng)效應(yīng)管IGBT2和第二大功率二極管D2，兩 者同極性并聯(lián)(見(jiàn)圖2)。第二大功率場(chǎng)效應(yīng)管IGBT2和第一大功率二極管Dl組成放電回路(見(jiàn)圖3)。第一大功率場(chǎng)效應(yīng)管IGBTl和第二大功率二極管D2組成充電回路(見(jiàn)圖4)。接入正負(fù)端子和電池正負(fù)端子各設(shè)有一個(gè)開(kāi)關(guān)1(1、1(2、1(3、1(4(見(jiàn)圖1)。充電回路控制執(zhí)行器和放電回路控制執(zhí)行器設(shè)有散熱器片。嵌入式能流控制器中設(shè)有溫度控制器，溫度控制器連接到主控制器和溫度控制器 接口，溫度控制器接口可以外連接安裝在電池組上的溫度傳感器和恒溫控制裝置，通常是 冷卻風(fēng)機(jī)，保證電池組工作溫度不致過(guò)高；但在氣溫很低的地方，恒溫控制裝置選用加熱 器，以保證電池組的較佳充放電溫度。嵌入式能流控制器的體積為289X190X60mm，耐壓DC0V-1600V可調(diào)整，放電電流 DC0A-500A可調(diào)整，充電電流DC0A-300A可調(diào)整，可直接配裝在電池組上。安裝有嵌入式能流控制器的電池組在相同額定電壓下，可直接并聯(lián)使用，每個(gè)電 池組經(jīng)嵌入式能流控制器可直接并入直流母線上(見(jiàn)圖5)。本實(shí)用新型嵌入式能流控制器具有以下功能1、本實(shí)用新型是通過(guò)對(duì)電池組負(fù)極回路加裝電子調(diào)控結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)實(shí)用新型內(nèi)容 所述功能的，正極采用直連方式與直流母線連接。2、接入正負(fù)端子和電池正負(fù)端子所設(shè)有開(kāi)關(guān)Kl、K4、K2、K3，在電池組不用時(shí)或維 護(hù)電池組時(shí)切斷相關(guān)的電器回路。3、圖中保險(xiǎn)用于在電子控制回路失效狀態(tài)下切斷直流母線與電池組之間的連接。4、嵌入式能流控制器的低壓供電電源是直流12V，配有直流24V輸入接接口，不用 時(shí)切斷供電電源系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)切斷輸入、輸出回路。5、電池電壓巡檢設(shè)備可以對(duì)電池組中的每節(jié)電池電壓狀態(tài)監(jiān)測(cè)、比對(duì)，并向主控 制器傳送單體電池最高電壓值和單體電池的最低電壓值。6、電流傳感器用于檢測(cè)通過(guò)電池組的主回路中的電流大小和方向，為主控制器提 供極限電流控制的反饋信號(hào)。7、第一電壓傳感器和第二電壓傳感器用于檢測(cè)嵌入式能流控制器的輸入和輸出 接口的電壓，主控制器通過(guò)對(duì)輸入接口的電壓和輸出接口的電壓進(jìn)行比對(duì)來(lái)控制放電模式 與充電模式的轉(zhuǎn)換。8、充電回路控制執(zhí)行器和放電回路控制執(zhí)行器同時(shí)串接在電池組的負(fù)極輸出回 路上，如附圖-4所示。當(dāng)充電回路控制執(zhí)行器和放電回路控制執(zhí)行器同時(shí)關(guān)斷時(shí)，電池組 對(duì)外輸入、輸出回路同時(shí)斷開(kāi)；當(dāng)其中充電回路控制執(zhí)行器或放電回路控制執(zhí)行器中有一 個(gè)開(kāi)通時(shí)，不受另一個(gè)回路狀態(tài)控制。如圖3為放電控制回路的構(gòu)成電路圖、圖4為充電控 制回路的構(gòu)成電路圖。各執(zhí)行器的通過(guò)電流能力可根據(jù)電池容量要求配置相應(yīng)的功率模塊 (IGBT)來(lái)滿足結(jié)構(gòu)需要。9、主控制器是嵌入式能流控制器的核心部件，主要完成下、述功能 產(chǎn)生巡檢控制信號(hào)，來(lái)完成對(duì)所有傳感器和執(zhí)行器的狀態(tài)檢測(cè)，按預(yù)先設(shè)定的 控制程序來(lái)完成實(shí)用新型內(nèi)容所要求的功能。[0061] 產(chǎn)生斬波控制信號(hào)，來(lái)完成對(duì)充電回路控制執(zhí)行器和放電回路控制執(zhí)行器的驅(qū) 動(dòng)量的控制。 通過(guò)對(duì)第一電壓傳感器和第二電壓傳感器電壓對(duì)比來(lái)確定充/放電的控制模 式，當(dāng)?shù)谝浑妷簜鞲衅鞯臋z測(cè)電壓值高于第二電壓傳感器的檢測(cè)電壓值時(shí)，充電控制回路 開(kāi)通，同時(shí)關(guān)斷放電回路；當(dāng)?shù)谝浑妷簜鞲衅鞯臋z測(cè)電壓值低于第二電壓傳感器的檢測(cè)電 壓值時(shí)，充電控制回路關(guān)斷，同時(shí)開(kāi)通放電控制回路。 通過(guò)電流傳感器傳送到主控制器的電流信號(hào)來(lái)確定充電電流狀態(tài)或放電電流 狀態(tài)，當(dāng)充電電流達(dá)到最大限量值時(shí)系統(tǒng)轉(zhuǎn)入恒流充電模式；當(dāng)放電電流達(dá)到最大限量值 時(shí)系統(tǒng)轉(zhuǎn)入衡定電流的放電模式，保障電池組不現(xiàn)過(guò)流現(xiàn)象。 通過(guò)對(duì)單體電池電壓信號(hào)檢測(cè)來(lái)確定充/放電控制回執(zhí)行器的通/斷，當(dāng)電池 組中任何單體電池的電壓超過(guò)電池電壓上限時(shí)關(guān)斷充電回路；當(dāng)電池組中任何單體電池的 電壓低于電池電壓下限時(shí)關(guān)斷放電回路。10、散熱器由鋁制的散熱體和冷卻風(fēng)機(jī)組成，用于對(duì)充電回路控制執(zhí)行器和放電 回路控制執(zhí)行器中的功率器件散熱。11、溫度控制器是獨(dú)立的功能控制電路，通過(guò)分布在電池組內(nèi)和嵌入式能流控制 器內(nèi)電溫度控制器來(lái)檢測(cè)設(shè)備的溫度狀態(tài)，按預(yù)先設(shè)定的溫度范圍要求來(lái)控制冷卻器和加 熱器的工作狀態(tài)，保障系統(tǒng)處于合理的溫度范圍內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種嵌入式能流控制器，包括電源端子、電壓傳感器、電流傳感器和主控制器，其特 征在于所述電源端子分為電池正負(fù)端子和接入正負(fù)端子，在電池負(fù)端子和接入負(fù)端子之 間依次串有充電回路控制執(zhí)行器、放電回路控制執(zhí)行器和電流傳感器，在電池正端子和電 池負(fù)端子之間并聯(lián)有的第二電壓傳感器，在接入正端子和接入負(fù)端子之間并聯(lián)有第一電壓 傳感器，充電回路控制執(zhí)行器、放電回路控制執(zhí)行器、電流傳感器、第一電壓傳感器和第二 電壓傳感器連接主控制器，主控制器還連接電池電壓巡檢器，電池電壓巡檢器設(shè)有直接連 接電池的端口。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的嵌入式能流控制器，其特征在于所述嵌入式能流控制器還 設(shè)有和低壓供電電源，電壓供電電源分別連接第一電壓傳感器、第二電壓傳感器、主控制器 和溫度控制器。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的嵌入式能流控制器，其特征在于所述充電回路控制執(zhí)行器 包括第一大功率場(chǎng)效應(yīng)管和第一大功率二極管，兩者同極性并聯(lián)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的嵌入式能流控制器，其特征在于所述放電回路控制執(zhí)行器 包括第二大功率場(chǎng)效應(yīng)管和第二大功率二極管，兩者同極性并聯(lián)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的嵌入式能流控制器，其特征在于所述第二大功率場(chǎng)效應(yīng)管 和第一大功率二極管組成放電回路，所述第一大功率場(chǎng)效應(yīng)管和第二大功率二極管組成充 電回路。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的嵌入式能流控制器，其特征在于所述接入正負(fù)端子和電池 正負(fù)端子各設(shè)有一個(gè)開(kāi)關(guān)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的嵌入式能流控制器，其特征在于所述充電回路控制執(zhí)行器 和放電回路控制執(zhí)行器設(shè)有散熱器片。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的嵌入式能流控制器，其特征在于所述嵌入式能流控制器中 設(shè)有溫度控制器，溫度控制器連接到主控制器和溫度控制器接口，溫度控制器接口可以外 連接安裝在電池組上的溫度傳感器和恒溫控制裝置。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的嵌入式能流控制器，其特征在于所述嵌入式能流控制器的 體積為289 X 190 X 60mm,耐壓DC0V-1600V可調(diào)整，放電電流DC0A-500A可調(diào)整，充電電流 DC0A-300A 可調(diào)整。
專利摘要一種嵌入式能流控制器，包括電源端子、電壓傳感器、電流傳感器和主控制器，電源端子分為電池正負(fù)端子和接入正負(fù)端子，在負(fù)極線上串有充電回路控制執(zhí)行器、放電回路控制執(zhí)行器和電流傳感器，在正負(fù)極線間并聯(lián)有的第二電壓傳感器和第一電壓傳感器，各電路均連接主控制器，主控制器還連接電池電壓巡檢器。這種設(shè)備體積很小，只有289×190×60(mm)；耐壓DC0V-1600V可調(diào)整、具有單體電池電壓檢測(cè)功能、放電電流DC0A-500A可調(diào)整、充電電流DC0A-300A可調(diào)整、有溫度檢測(cè)及控制執(zhí)行功能輸出接口、可直接配裝在電池組上；安裝有嵌入式能流控制器的電池組在相同電壓下，可直接并聯(lián)使用，能最大限度使用各電池組。
文檔編號(hào)H02J7/00GK201839042SQ20102059601
公開(kāi)日2011年5月18日 申請(qǐng)日期2010年11月8日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月8日
發(fā)明者吳寧寧, 毛永志, 王瑞軍, 王雅和, 羅紅旭, 蔡春華 申請(qǐng)人:中信國(guó)安盟固利動(dòng)力科技有限公司