一種風(fēng)電儲能運(yùn)行控制器的制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及一種風(fēng)電儲能運(yùn)行控制器，其主要技術(shù)特點(diǎn)是：包括CPU單元、電源單元、通信單元、數(shù)據(jù)采集單元、充電功率開關(guān)電路和放電功率開關(guān)電路，電源單元與CPU單元相連接為其供電，該CPU單元與通信單元、數(shù)據(jù)采集單元、充電功率開關(guān)電路和放電功率開關(guān)電路相連接。本實(shí)用新型實(shí)時(shí)對蓄電池溫度、外接電壓模擬量采樣，經(jīng)過CPU單元邏輯判斷蓄電池處于充放電的何種階段，通過CPU單元輸出PWM波的高低電平來控制功率開關(guān)，使用合理方式對蓄電池充放電；并且在運(yùn)行過程中能夠做到故障切除、異常信息報(bào)警等功能，保證蓄電池不過放不過充，同時(shí)能夠快速充放電，提高蓄電池充放電效率和使用壽命。
【專利說明】—種風(fēng)電儲能運(yùn)行控制器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于風(fēng)電儲能運(yùn)行控制【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其是一種風(fēng)電儲能運(yùn)行控制器。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著常規(guī)能源的逐漸衰竭和環(huán)境污染的日益加重，世界各國日益關(guān)注分布式發(fā)電技術(shù)，使得分布式發(fā)電技術(shù)的不斷創(chuàng)新。目前，分布式電源類型發(fā)展為主要包括微燃機(jī)、太陽能光伏電池、風(fēng)力發(fā)電機(jī)、蓄電池、飛輪等。作為分布式發(fā)電的重要組成形式，微電網(wǎng)通常由分布式電源、儲能裝置、能量變換器、相關(guān)負(fù)荷、監(jiān)控系統(tǒng)、保護(hù)系統(tǒng)、電力傳輸設(shè)備等匯集而成的小型發(fā)配電系統(tǒng)，是一個(gè)能夠?qū)崿F(xiàn)自我控制、保護(hù)和管理的自治系統(tǒng)。
[0003]采用儲能裝置可以更好的實(shí)現(xiàn)微電網(wǎng)能量管理，提高系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性和可靠性。儲能裝置包括電池儲能、機(jī)械能儲能、超級電容儲能、高能密度電容儲能等類型，而儲能電池的類型又分為鉛酸蓄電池、鋰電池、鈉硫電池等。當(dāng)對蓄電池過量充電、過量放電時(shí)，會(huì)影響蓄電池壽命，因此，如何對蓄電池的充放電進(jìn)行儲能控制以提高蓄電池的利用率和使用壽命是目如迫切需要解決的問題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本實(shí)用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種設(shè)計(jì)合理、能夠提高蓄電池充放電效率和使用壽命的風(fēng)電儲能運(yùn)行控制器。
[0005]本實(shí)用新型解決其技術(shù)問題是采取以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
[0006]一種風(fēng)電儲能運(yùn)行控制器，包括CPU單元、電源單元、通信單元、數(shù)據(jù)采集單元、充電功率開關(guān)電路和放電功率開關(guān)電路，電源單元與CPU單元相連接為其供電，該CPU單元與通信單元、數(shù)據(jù)采集單元、充電功率開關(guān)電路和放電功率開關(guān)電路相連接，該通信單元與風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中的微電網(wǎng)控制器相連接，該數(shù)據(jù)采集單元與風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中的蓄電池相連接，該充電功率開關(guān)電路與風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中的DC-DC轉(zhuǎn)換電路及蓄電池相連接，該放電功率開關(guān)電路與風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中的蓄電池相及用戶負(fù)載相連接。
[0007]而且，所述的數(shù)據(jù)采集單元包括采集蓄電池電壓的電壓采集模塊和采集蓄電池溫度的溫度采集模塊，該電壓采集模塊采用電阻分壓采集模塊并連接在蓄電池與CPU單元的A/D接口之間，該溫度采集模塊采用溫度傳感器并連接在蓄電池與CPU單元的A/D接口之間。
[0008]而且，所述的充電功率開關(guān)電路采用大功率三極管作為開關(guān)器件，該大功率三極管的基極與CPU單元輸出的PWM信號相連接，其集電極和發(fā)射極分別與DC-DC電路、蓄電池相連接。
[0009]而且，所述的放電功率開關(guān)電路采用大功率三極管作為開關(guān)器件，該大功率三極管的基極與CPU單元輸出的PWM信號相連接，其集電極和發(fā)射極分別與蓄電池、用戶負(fù)載相連接。
[0010]而且，所述的通信單元為RS232接口或RS485接口。
[0011]而且，所述的CPU單元還連接一人機(jī)交互模塊實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互功能。
[0012]而且，所述CPU單元還連接一外部存儲器用于存儲數(shù)據(jù)。
[0013]而且，所述的CPU單元還連接一 JTAG仿真接口單元用于實(shí)現(xiàn)仿真調(diào)試功能。
[0014]而且，所述的CPU單元采用ARM7TDM1-STM微控制器。
[0015]本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)和積極效果是:
[0016]本實(shí)用新型實(shí)時(shí)對蓄電池溫度、外接電壓模擬量采樣，經(jīng)過CPU單元邏輯判斷蓄電池處于充放電的何種階段，通過CPU單元輸出PWM波的高低電平來控制功率開關(guān)，使用合理方式對蓄電池充放電；并且在運(yùn)行過程中能夠做到故障切除、異常信息報(bào)警等功能，保證蓄電池不過放不過充，同時(shí)能夠快速充放電，提高蓄電池充放電效率和使用壽命。
[0017]2、本控制器的CPU單元采用ARM7芯片作為控制器的核心，其通過內(nèi)部的A/D轉(zhuǎn)換功能對數(shù)據(jù)采集單元采集的電壓和溫度進(jìn)行轉(zhuǎn)換，并有人機(jī)界面、RS232、RS485通信接口等，功能豐富、結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]圖1是本實(shí)用新型的電路方框圖；
[0019]圖2是一種風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的連接示意圖；
[0020]圖3是本實(shí)用新型的充電功率開關(guān)電路圖；
[0021]圖4是本實(shí)用新型的放電功率開關(guān)電路圖。

【具體實(shí)施方式】
[0022]以下結(jié)合附圖對本實(shí)用新型實(shí)施例做進(jìn)一步詳述:
[0023]一種風(fēng)電儲能運(yùn)行控制器，如圖2所示，包括CPU單元、電源單元、外部存儲器、通信單元、人機(jī)界面單元、JTAG仿真接口單元、數(shù)據(jù)采集單元、充電功率開關(guān)電路和放電功率開關(guān)電路，CPU單元與電源單元、外部存儲器、通信單元、人機(jī)界面單元、JTAG仿真接口單元、數(shù)據(jù)采集單元、充電功率開關(guān)電路和放電功率開關(guān)電路相連接。本風(fēng)電儲能運(yùn)行控制器可與風(fēng)力發(fā)電機(jī)、DC-DC變換電路、蓄電池、功率開關(guān)、微電網(wǎng)控制器和用戶負(fù)載連接一起構(gòu)成風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，如圖1所示，風(fēng)電儲能運(yùn)行控制器分別與微電網(wǎng)控制器、蓄電池相連接，該風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的整體工作流程是在微電網(wǎng)控制器控制下由風(fēng)力發(fā)電機(jī)所發(fā)出經(jīng)過DC-DC變換電路轉(zhuǎn)換成蓄電池充電的適用電壓，充入蓄電池；通過對蓄電池的電壓、溫度進(jìn)行采樣，經(jīng)過儲能控制器的邏輯運(yùn)算，發(fā)控制信號給微電網(wǎng)控制器控制風(fēng)力發(fā)電機(jī)發(fā)電，并通過控制信號控制功率開關(guān)，從而來決定蓄電池的充放電方式給負(fù)載供電。在該系統(tǒng)中，DC-DC變換電路目的是把風(fēng)電機(jī)發(fā)電所產(chǎn)生的電壓轉(zhuǎn)換成適合蓄電池充電用的恒定電壓，即是把風(fēng)電機(jī)產(chǎn)生的6V?20V電壓轉(zhuǎn)換成12V電壓給蓄電池充電，假設(shè)蓄電池充滿電壓為Ufo
[0024]下面對風(fēng)電儲能運(yùn)行控制器的各個(gè)部分分別進(jìn)行說明:
[0025]CPU單元使用LPC2214模塊，LPC2214模塊是一種具有實(shí)時(shí)仿真和跟蹤功能的16/32位ARM7TDM1-STM CPU的微控制器，并帶有256KB嵌入的高速Flash存儲器主頻可達(dá)60MHz，外擴(kuò)4Mb外部RAM運(yùn)行程序，并外擴(kuò)512Kb的EEPROM存儲電路(外部存儲器)用于存儲數(shù)據(jù)、事件記錄等。
[0026]人機(jī)界面單元包括液晶顯示屏、LED告警燈及按鍵輸入實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互功能。
[0027]JTAG仿真接口單元作為一個(gè)仿真接口用于與外部計(jì)算機(jī)相連接實(shí)現(xiàn)軟件調(diào)試及升級功能。
[0028]通信單元采用RS232或RS485通信模塊，CPU單元通過通信模塊向微電網(wǎng)控制器發(fā)送控制信號以控制風(fēng)電發(fā)電機(jī)發(fā)電。
[0029]數(shù)據(jù)采集單元包括采集蓄電池電壓的電壓采集模塊和采集蓄電池溫度的溫度采集模塊。對蓄電池電壓采集是通過控制器在一定時(shí)間間隔斷開蓄電池外接電壓的方法進(jìn)行電壓采樣。因?yàn)椋绻苯訉π铍姵夭蓸拥脑?，由于其外接由風(fēng)力發(fā)電機(jī)而處于在充電狀態(tài)，所以測得兩端電壓不一定是真實(shí)準(zhǔn)確的電壓，而在測定其兩端電壓后，根據(jù)測量結(jié)果來判斷充電的方式。本電壓采集模塊使用電阻分壓法，分壓所得的電壓信號接入CPU單元(LPC2214)的AINO管腳，通過內(nèi)部A/D轉(zhuǎn)換，計(jì)算獲得蓄電池的電壓值。溫度采集模塊采用美國Dallas半導(dǎo)體公司的數(shù)字化溫度傳感器DS18820，蓄電池通過數(shù)字化溫度傳感器DS18820接入LPC2214的AINl管腳，通過內(nèi)部A/D轉(zhuǎn)換，計(jì)算獲得蓄電池的溫度值。
[0030]充電功率開關(guān)電路如圖3所示，該充電功率開關(guān)電路使用2N3773型大功率三極管Ml作為開關(guān)器件，該大功率三極管的基極與CPU單元輸出的PWM信號相連接，其集電極和發(fā)射極分別與DC-DC電路、蓄電池相連接。放電功率開關(guān)電路如圖4所示，分別控制蓄電池充放電，該充電功率開關(guān)電路使用2N3773型大功率三極管M2作為開關(guān)器件，該大功率三極管的基極與CPU單元輸出的PWM信號相連接，其集電極和發(fā)射極分別與蓄電池、用戶負(fù)載相連接。功率開關(guān)電路的動(dòng)作控制是在CPU單元的控制下進(jìn)行的，CPU單元(LPC2214)對數(shù)據(jù)采集單元獲得蓄電池電壓和溫度進(jìn)行運(yùn)算和邏輯判斷，分別由I/O 口輸出兩路PWM信號控制三極管2N3773的導(dǎo)通和截止。
[0031]CPU單元對蓄電池充電控制過程如下:CPU單元接到充電指令后，判斷蓄電池電壓，如果蓄電池電壓小于10% Uf，采用修復(fù)充電緩慢進(jìn)行充電，儲能控制器輸出較小PWM波占空比、較小脈寬的波形；當(dāng)蓄電池電壓達(dá)到10% Uf以上，進(jìn)行快速充電，輸出高電平使充電功率開關(guān)管Ml長開，此時(shí)輸出PWM波占空比較大；當(dāng)充電蓄電池電壓達(dá)到80% Uf,即蓄電池超過警戒電壓Uqiw時(shí)，測量蓄電池端電壓頻率提高一倍，輸出較小PWM波占空比、較小脈寬波形控制充電功率開關(guān)管Ml，保證不過充。
[0032]CPU單元對蓄電池放電控制過程如下:CPU單元接到放電指令后，判斷蓄電池電壓，當(dāng)蓄電池電壓在20% Uf以上后，進(jìn)行快速放電，輸出高電平使放電功率開關(guān)M2長開，此時(shí)輸出PWM波占空比較大；當(dāng)蓄電池電壓達(dá)到20% Uf以下，即當(dāng)蓄電池超過警戒電壓Udisw時(shí)，測量蓄電池端電壓頻率提高一倍，保證蓄電池不過放。
[0033]在蓄電池充放電過程中，實(shí)時(shí)監(jiān)控蓄電池溫度，一旦溫度過高，立即發(fā)出異常信息報(bào)警，并能夠做到故障切除，斷開充放電功率開關(guān)的導(dǎo)通，并停止蓄電池充放電。
[0034]本實(shí)用新型的工作原理是:通過對蓄電池溫度、外接電壓模擬量采樣，經(jīng)過控制器邏輯判斷蓄電池處于充放電的何種階段，選擇使用合理的充放電方式。在蓄電池充電循環(huán)中，判斷蓄電池電壓范圍，從而選擇不同占空比、頻率的PWM波控制充電功率開關(guān)，來進(jìn)行蓄電池不同階段的充電；同樣在放電循環(huán)中，判斷蓄電池電壓范圍，從而選擇不同占空比、頻率的PWM波控制放電功率開關(guān)，進(jìn)行有效合理的放電。并且，在運(yùn)行過程中能夠做到故障切除、異常信息報(bào)警等功能。通過對蓄電池的控制管理，提高儲能裝置充放電效率和使用壽命O
[0035]需要強(qiáng)調(diào)的是，本實(shí)用新型所述的實(shí)施例是說明性的，而不是限定性的，因此本實(shí)用新型包括并不限于【具體實(shí)施方式】中所述的實(shí)施例，凡是由本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本實(shí)用新型的技術(shù)方案得出的其他實(shí)施方式，同樣屬于本實(shí)用新型保護(hù)的范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種風(fēng)電儲能運(yùn)行控制器，其特征在于:包括CPU單元、電源單元、通信單元、數(shù)據(jù)采集單元、充電功率開關(guān)電路和放電功率開關(guān)電路，電源單元與CPU單元相連接為其供電，該CPU單元與通信單元、數(shù)據(jù)采集單元、充電功率開關(guān)電路和放電功率開關(guān)電路相連接，該通信單元與風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中的微電網(wǎng)控制器相連接，該數(shù)據(jù)采集單元與風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中的蓄電池相連接，該充電功率開關(guān)電路與風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中的DC-DC轉(zhuǎn)換電路及蓄電池相連接，該放電功率開關(guān)電路與風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中的蓄電池相及用戶負(fù)載相連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種風(fēng)電儲能運(yùn)行控制器，其特征在于:所述的數(shù)據(jù)采集單元包括采集蓄電池電壓的電壓采集模塊和采集蓄電池溫度的溫度采集模塊，該電壓采集模塊采用電阻分壓采集模塊并連接在蓄電池與CPU單元的A/D接口之間，該溫度采集模塊采用溫度傳感器并連接在蓄電池與CPU單元的A/D接口之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種風(fēng)電儲能運(yùn)行控制器，其特征在于:所述的充電功率開關(guān)電路采用大功率三極管作為開關(guān)器件，該大功率三極管的基極與CPU單元輸出的PWM信號相連接，其集電極和發(fā)射極分別與DC-DC電路、蓄電池相連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種風(fēng)電儲能運(yùn)行控制器，其特征在于:所述的放電功率開關(guān)電路采用大功率三極管作為開關(guān)器件，該大功率三極管的基極與CPU單元輸出的PWM信號相連接，其集電極和發(fā)射極分別與蓄電池、用戶負(fù)載相連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種風(fēng)電儲能運(yùn)行控制器，其特征在于:所述的通信單元為RS232 接口或 RS485 接口。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種風(fēng)電儲能運(yùn)行控制器，其特征在于:所述的CPU單元還連接一人機(jī)交互模塊實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互功能。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種風(fēng)電儲能運(yùn)行控制器，其特征在于:所述CPU單元還連接一外部存儲器用于存儲數(shù)據(jù)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種風(fēng)電儲能運(yùn)行控制器，其特征在于:所述的CPU單元還連接一 JTAG仿真接口單元用于實(shí)現(xiàn)仿真調(diào)試功能。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至8任一項(xiàng)所述的一種風(fēng)電儲能運(yùn)行控制器，其特征在于:所述的CPU單元采用ARM7TDM1-STM微控制器。
【文檔編號】H02J7/32GK204068350SQ201420450386
【公開日】2014年12月31日 申請日期:2014年8月11日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月11日
【發(fā)明者】張磐, 莊劍, 杜紅衛(wèi) 申請人:國家電網(wǎng)公司, 國網(wǎng)天津市電力公司