CN203456906U - 一种基于蓄电池充放电系统的节能装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种基于蓄电池充放电系统的节能装置，属于节能环保技术领域。该装置连接在变频器的母线上，包括蓄电池组（1）、DC/DC变换电路（2）和蓄电池充放电控制模块(3)，所述的蓄电池组（1）连接DC/DC变换电路（2），DC/DC变换电路（2）连接在变频器的母线上，蓄电池充放电控制模块(3)分别连接蓄电池组（1）和母线，并以检测到的信号控制DC/DC变换电路（2）的工作状态。本实用新型能实现电能双向流动的功能，系统中的蓄电池既可以存储来自发电机多余的电能，又能在发电机工作时将存储的电能释放出来供发电机使用，从而提高了能源利用率，减少成本，有利于大规模应用。
Description
技术领域
本实用新型属于节能环保技术领域，特别涉及了一种基于蓄电池充放电系统的节能装置。
背景技术
电机节能系统为我国十大节能工程之一，随着现代电力电子技术以及自动控制技术的高速发展，变频调速技术也得到了迅速发展，应国家发改委要求，电机节能应采用变频调速技术，此技术不仅能实现电机的无极调速，更重要的是能够提高电机控制精度和节约能源。
但是，大多数通用的变频器结构都是先整流，后逆变。即前端采用不可控器件（二极管），经过直流侧大电容后为三相全控逆变桥，这样的结构会使输入的电流发生严重畸变，增加谐波污染，同时电机处于发电状态时产生的能量不能反向流回电网，只能给中间电容充电，使之电压升高，严重时会影响整个系统的安全。
在变频调速系统中，为了把电机处于再生发电状态时产生的多余能量消耗掉，通常有两种方法，一种是采用电阻耗能和水阻耗能的方法，即在变频器直流侧电容两端串接大功率电阻，将再生能量以热能的方式消耗掉，但这种方法消耗了大量电能，增加了生产和维护成本。另一种方法是在变频器中间电容侧接三相可控逆变桥，将电机由电动状态转变为发电状态时产生的多余电能送给电网，这样便能够达到电机四象限运行和节约能源的目的，但这种方法成本较大，大规模应用存在较大的困难。
实用新型内容
为了解决上述背景技术存在的问题，本实用新型旨在提供一种基于蓄电池充放电系统的节能装置，以提高能源利用率，减少成本，有利于大规模应用。
为了实现上述的技术目的，本实用新型的技术方案是：
一种基于蓄电池充放电系统的节能装置，该装置连接在变频器的母线上，包括蓄电池组、DC/DC变换电路和蓄电池充放电控制模块，所述的蓄电池组连接DC/DC变换电路，DC/DC变换电路连接在变频器的母线上，蓄电池充放电控制模块分别连接蓄电池组和母线，并以检测到的信号控制DC/DC变换电路的工作状态。
其中，上述的DC/DC变换电路包含电感、第一绝缘栅双极型晶体管、第二绝缘双极型晶体管、第一二极管和第二二极管，所述第一绝缘栅双极型晶体管的漏极和第二绝缘双极型晶体管的源极分别连接在母线上，第二绝缘栅双极型晶体管的源极还与蓄电池组的负极相连，所述第一二极管与第一绝缘栅双极型晶体管反向并联，所述第二二极管与第二绝缘栅双极型晶体管反向并联，第一绝缘栅双极型晶体管的源极与第二绝缘栅双极型晶体管的漏极的连接点通过电感连接蓄电池组的正极，所述第一绝缘栅双极型晶体管及第一绝缘栅双极型晶体管的栅极分别与蓄电池充放电控制模块相连。
其中，上述的蓄电池充放电控制模块包含检测电路、脉冲发生电路、PI调节器、双向DC/DC变换器控制器和保护电路，所述检测电路检测到的母线电压信号和蓄电池状态信号、保护电路检测到的系统各种状态信号与故障信号分别传送给双向DC/DC变换器控制器，双向DC/DC变换器控制器依次通过PI调节器和脉冲发生电路将信号传送给DC/DC变换电路中第一绝缘栅双极型晶体管及第二绝缘栅双极型晶体管的栅极。
其中，上述述的检测电路包含母线电压检测电路、侧电压检测电路、电流检测电路、容量检测电路和温度检测电路，所述母线电压检测电路检测母线电压信号，侧电压检测电路、电流检测电路、容量检测电路和温度检测电路分别检测蓄电池组的侧电压信号、电流信号、容量信号和温度信号，并将检测到的信号传送给双向DC/DC变换器控制器。
其中，上述的脉冲发生电路采用集成控制芯片来产生控制脉冲。
其中，上述的蓄电池组由至少2个铅酸蓄电池串联而成。
本实用新型采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：
该节能装置由蓄电池、蓄电池充放电控制系统以及DC/DC变换器组成，能实现电能双向流动的功能，系统中的蓄电池既可以存储来自发电机多余的电能，又能在发电机工作时将存储的电能释放出来供发电机使用，从而大大提高了能量的利用率，对于节约能源具有重要的使用价值；同时，装置安装、运行、维护简单方便，成本较低，具有广阔的发展的前景。
附图说明
图1是本实用新型的系统结构图。
图2是本实用新型中节能装置的电路方框图。
图3是本实用新型的PI控制框图。
标号说明：1——蓄电池组；2——DC/DC变换电路；3——蓄电池充放电控制模块；4——检测电路；5——脉冲发生电路；6——PI调节器；7——双向DC/DC变换器控制器；8——保护电路。
附图中的主要符号名称：IGBT1、IGBT2是第一、第二绝缘栅双极型晶体管；D1、D2是第一、第二二极管；L是电感；Vref是电压给定；Vout是电压反馈；Iref是电流给定；Iout是电流反馈。
具体实施方式
以下将结合附图，对本实用新型的技术方案进行详细说明。
如图1所示的本实用新型的系统结构图，该装置连接在变频器的母线上，包括蓄电池组1、DC/DC变换电路2和蓄电池充放电控制模块3，所述的蓄电池组1连接DC/DC变换电路2，DC/DC变换电路2连接在变频器的母线上，蓄电池充放电控制模块3分别连接蓄电池组1和母线，并以检测到的信号控制DC/DC变换电路2的工作状态。
如图2所示的电路方框图，在本实施例中，蓄电池组1由串联的铅酸电池组成，当电机处于再生发电状态时，蓄电池组1将多余的电能储存；当电机处于电动状态时，蓄电池组1将储存的电能释放作为能源提供给电机工作。
DC/DC变换电路2包含电感、第一绝缘栅双极型晶体管、第二绝缘双极型晶体管、第一二极管和第二二极管，所述第一绝缘栅双极型晶体管的漏极和第二绝缘双极型晶体管的源极分别连接在母线上，第二绝缘栅双极型晶体管的源极还与与蓄电池组1的负极相连，所述第一二极管与第一绝缘栅双极型晶体管反向并联，所述第二二极管与第二绝缘栅双极型晶体管反向并联，第一绝缘栅双极型晶体管的源极与第二绝缘栅双极型晶体管的漏极的连接点通过电感连接蓄电池组1的正极，所述第一绝缘栅双极型晶体管及第一绝缘栅双极型晶体管的栅极分别与蓄电池充放电控制模块3相连。所述的DC/DC变换电路2实现能量的双向流动，由母线流向蓄电池1是充电过程，由蓄电池1流向母线则是放电过程，DC/DC变换电路2的实现过程实际上就是Buck、Boost电路的相互执行的过程，其执行的方式主要是通过DC/DC变换电路2中的IGBT开关器件的通断情况来决定的。二极管D1、D2的作用是保护IGBT，防止IGBT因高压而损坏。
蓄电池充放电控制模块3包含检测电路4、脉冲发生电路5、PI调节器6、双向DC/DC变换器控制器7和保护电路8，所述检测电路4检测到的母线电压信号和蓄电池状态信号、保护电路8检测到的系统各种状态信号与故障信号分别传送给双向DC/DC变换器控制器7，双向DC/DC变换器控制器7依次通过PI调节器6和脉冲发生电路5将信号传送给DC/DC变换电路2中第一绝缘栅双极型晶体管及第二绝缘栅双极型晶体管的栅极。
检测电路4包含母线电压检测电路、侧电压检测电路、电流检测电路、容量检测电路和温度检测电路，所述母线电压检测电路检测母线电压信号，侧电压检测电路、电流检测电路、容量检测电路和温度检测电路分别检测蓄电池组1的侧电压信号、电流信号、容量信号和温度信号，并将检测到的信号传送给双向DC/DC变换器控制器7。其中的脉冲发生电路5采用集成控制芯片来产生控制脉冲，在本实施例中，集成控制芯片可采用Silicon General公司的SG1525芯片。这种方式几乎可以不需要处理器参与而独立工作，降低了处理器的负担。所产生的脉冲的频率、死区时间等参数均可以通过外围电路配置。PI调节器6使系统消除稳态误差，提高无差度，能够满足性能要求。保护电路8对系统的各种状态信号与故障信号进行检测，主要包括直流母线电压过欠压、输出电压过压、输出电流过流、控制板欠压、电源故障等。
双向DC/DC变换器控制器7采用电压外环和电流内环的PI双闭环控制对蓄电池的充放电进行控制，同时运算并处理从检测电路接收到的数据。双向DC/DC变换器控制器7通过实时监测多组参数下的整个充发电系统的运行状态，判断系统各电器元件是否正常工作在电压、电流、容量、功率的额定范围内，保证电机的正常工作的同时，电能利用率最高，电能输出最稳定，从而为系统确定出一组工作参数。如图3所示的PI双闭环控制，其步骤为：根据蓄电池组1来确定电压给定，根据电压给定Vref和电压反馈Vout经过PI计算出电流给定Iref，设置的电流是电流给定的最大值，电流给定Iref和电流反馈Iout经过PI调节器6传送给脉冲发生电路的集成控制芯片SG1525，产生PWM信号，当PI调节器6的输出大于最大占空比对应的控制电压时，限幅电路将电压信号箝位在限定值。当系统工作时，在充电电压小于电压给定Vref时，电压环饱和，电流给定值就是恒流充电电流指令。这时充放电系统在电流环的作用下恒流充电，电池电压逐渐上升，当电池电压大于电压给定Vref时，电压环退出饱和，电流给定Iref随着电池电压的升高而减少。当双向DC/DC变换器控制器7检测到充电电流小于设定的停机电流时，就会发出停机指令。
以上实施例仅为说明本实用新型的技术思想，不能以此限定本实用新型的保护范围，凡是按照本实用新型提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本实用新型保护范围之内。
Claims (6)
1.一种基于蓄电池充放电系统的节能装置，该装置连接在变频器的母线上，其特征在于：包括蓄电池组（1）、DC/DC变换电路（2）和蓄电池充放电控制模块(3)，所述的蓄电池组（1）连接DC/DC变换电路（2），DC/DC变换电路（2）连接在变频器的母线上，蓄电池充放电控制模块(3)分别连接蓄电池组（1）和母线，并以检测到的信号控制DC/DC变换电路（2）的工作状态。
2.根据权利要求1所述的一种基于蓄电池充放电系统的节能装置，其特征在于：所述的DC/DC变换电路（2）包含电感、第一绝缘栅双极型晶体管、第二绝缘双极型晶体管、第一二极管和第二二极管，所述第一绝缘栅双极型晶体管的漏极和第二绝缘双极型晶体管的源极分别连接在母线上，第二绝缘栅双极型晶体管的源极还与蓄电池组（1）的负极相连，所述第一二极管与第一绝缘栅双极型晶体管反向并联，所述第二二极管与第二绝缘栅双极型晶体管反向并联，第一绝缘栅双极型晶体管的源极与第二绝缘栅双极型晶体管的漏极的连接点通过电感连接蓄电池组（1）的正极，所述第一绝缘栅双极型晶体管及第一绝缘栅双极型晶体管的栅极分别与蓄电池充放电控制模块(3)相连。
3.根据权利要求1所述的一种基于蓄电池充放电系统的节能装置，其特征在于：所述的蓄电池充放电控制模块(3)包含检测电路（4）、脉冲发生电路（5）、PI调节器（6）、双向DC/DC变换器控制器（7）和保护电路（8），所述检测电路（4）检测到的母线电压信号和蓄电池状态信号、保护电路（8）检测到的系统各种状态信号与故障信号分别传送给双向DC/DC变换器控制器（7），双向DC/DC变换器控制器（7）依次通过PI调节器（6）和脉冲发生电路（5）将信号传送给DC/DC变换电路（2）中第一绝缘栅双极型晶体管及第二绝缘栅双极型晶体管的栅极。
4.根据权利要求3所述的一种基于蓄电池充放电系统的节能装置，其特征在于：所述的检测电路（4）包含母线电压检测电路、侧电压检测电路、电流检测电路、容量检测电路和温度检测电路，所述母线电压检测电路检测母线电压信号，侧电压检测电路、电流检测电路、容量检测电路和温度检测电路分别检测蓄电池组（1）的侧电压信号、电流信号、容量信号和温度信号，并将检测到的信号传送给双向DC/DC变换器控制器（7）。
5.根据权利要求3所述的一种基于蓄电池充放电系统的节能装置，其特征在于：所述的脉冲发生电路（5）采用集成控制芯片来产生控制脉冲。
6.根据权利要求1所述的一种基于蓄电池充放电系统的节能装置，其特征在于：所述的蓄电池组（1）由至少2个铅酸蓄电池串联而成。
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