CN105305586A - 光伏控制保护器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种光伏控制保护器，包括光伏控制模块和与所述光伏控制模块电连接的电芯组保护模块，所述电芯组保护模块包括检测模块、判断模块和开关电路，所述光伏控制模块与光伏组件电连接；所述光伏控制模块用于调节光伏组件产生的电能，所述检测模块用于检测每一电芯组的充放电状态数据；所述判断模块用于判断每一电芯组的充放电状态数据是否符合一异常条件，并在其中一电芯组的充放电状态数据符合所述异常条件时，向所述开关电路发送一开关信号；所述开关电路用于在收到所述开关信号后断开所述电芯组。本发明断开异常电芯组时不会影响其他电芯组，能够对电芯组和用电设备进行良好的保护。

Description

光伏控制保护器
技术领域
本发明涉及一种离网型光伏储能***领域，特别涉及一种光伏控制保护器。
背景技术
光伏控制器用于太阳能发电***中，用于控制多路太阳能电池方阵对蓄电池充电以及蓄电池给太阳能逆变器负载供电的自动控制设备。现有技术中的光伏控制器在对蓄电池进行充放电控制时，由于电芯组的串联连接方式，使得当某一电芯组失效时，则整个电芯组均会受到影响而使得整个电芯组失效，在维护时需把整个电芯组全部拆出来以对失效的电芯组进行更换，导致电芯组难以维护，即使将失效的电芯组做短接隔离时，整个电芯组对外的供电电压也会下降，仍会影响电芯组对外部负载的供电能力，还会在短接时刻处产生较大的瞬时电流，进而可能对与之连接的各电气元件造成损坏。可见，现有技术中的光伏控制器未能对电芯组进行良好地控制和保护，***运行时存在一定的安全隐患，***失效几率较大，后期维护成本较高。
发明内容
本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术中的光伏控制器未能对电芯组进行良好地控制和维护的缺陷，使得电芯组在失效时容易影响整个供电回路，提供一种光伏控制保护器。
本发明是通过下述技术方案解决上述技术问题的：
一种光伏控制保护器，其特点在于，包括光伏控制模块和与所述光伏控制模块电连接的电芯组保护模块，所述电芯组保护模块包括一检测模块、一判断模块和一开关电路，所述光伏控制模块与一光伏组件电连接；
所述光伏控制模块用于调节光伏组件产生的电能，并将调节后的电能通过所述电芯组保护模块传输至若干电芯组，每一电芯组包括至少一电芯；
所述检测模块用于检测每一电芯组的充放电状态数据；
所述判断模块用于判断每一电芯组的充放电状态数据是否符合一异常条件，并在其中一电芯组的充放电状态数据符合所述异常条件时，向所述开关电路发送一开关信号；
所述开关电路用于在收到所述开关信号后断开所述电芯组。
在本方案中，异常条件是指电芯组失效的条件，通过检测各电芯组的充放电状态数据，以及时地发现各电芯组可能存在的失效问题，并将异常充电或异常放电的电芯组做隔离控制。而断开所述电芯组是指断开满足所述异常条件的电芯组，其中的“断开”操作是指将电芯组隔离，以使之不参与后续的充放电循环，且还不会影响剩余的电芯组的正常工作。由于隔离了失效的电芯组，余下的电芯组不会受到影响。而且，本方案只有在所有电芯组均失效时，整个电芯组才会失效，只要有一个电芯组是在正常工作，即可对外部负载进行正常供电，且供电能力不会受到影响，维护成本大大降低。并且，本方案接入的电芯组越多，整个电芯组失效的概率越小。可见，本方案能够对电芯组进行良好的控制和维护。
较佳地，所述电芯组保护模块还包括一DC/DC转换模块，所述DC/DC转换模块与所述光伏控制模块电连接。
由于DC/DC转换模块的存在，使得被隔离的失效电芯组对外的供电电压不会受到影响，且在对电芯组充电时，能够提高充电效率。
较佳地，该些电芯组相互串联或并联连接。
对于串联连接的电芯组而言，当检测到失效的电芯组后，将失效的电芯组断开，并使剩余的电芯组继续以串联方式连接，使得剩余的电芯组不会受到失效的电芯组的影响。而对于并联连接的电芯组而言，断开并联连接的失效的电芯组时并不会影响其余并联连接的电芯组。
较佳地，所述电芯组保护模块还包括一切换模块，所述切换模块用于在至少两个串联的电芯组的剩余容量之和小于一第五预设阈值时，将所述至少两个串联的电芯组切换为并联连接的电芯组。
当单个的电芯组的剩余容量还不足以满足异常条件，但其剩余容量也相对较低时，则可将多个类似这种状态的串联的电芯组当作一个电芯组来使用，即将串联的电芯组并联在一起，以与剩余串联的电芯组串联连接。在能够检测电芯组的工作状态的前提下还能提高对电芯组的利用率。
较佳地，在对所述电芯组充电时，所述DC/DC转换模块用于对光伏组件产生的电能进行降压，在电芯组对外部负载进行供电时，所述DC/DC转换模块用于对电芯组供应至外部负载的电能进行升压。
在隔离失效的电芯组时，剩余的电芯组在对外部负载供电时，能够通过DC/DC转换模块实现电压的升高，从而不会影响对外部负载的供电。
较佳地，所述充放电状态数据为每一电芯组两端的电压时，所述判断模块用于判断每一电芯组两端的电压是否小于一第一预设阈值，并在其中一电芯组两端的电压小于所述第一预设阈值时，向所述开关电路发送一第一开关信号；
所述开关电路用于在收到所述第一开关信号后断开所述电芯组，断开所述电芯组是指断开两端的电压小于所述第一预设阈值的电芯组。
也即，在充电时，对于失效的电芯组，两端的电压可能较低，外部的电量无法正常地输送至电芯组内，可见，本方案能够通过电芯组两端的电压的判断来快速隔离失效的电芯组的。
较佳地，所述充放电状态数据为每一电芯组的剩余容量时，所述判断模块用于判断每一电芯组的剩余容量是否小于一第二预设阈值，并在其中一电芯组的剩余容量小于所述第二预设阈值时，向所述开关电路发送一第二开关信号；
所述开关电路用于在收到所述第二开关信号后断开所述电芯组。断开所述电芯组是指断开剩余容量小于所述第二预设阈值的电芯组。
当电芯组参与了多次的充放电循环后，电芯组的内阻会增大，使得对电芯组充满电时的电量并不会达到百分之百，也即剩余容量只会是初始容量的一部分。可见，本方案能够通过电芯组的剩余容量的判断来快速隔离失效的电芯组的。
较佳地，所述检测模块包括至少一电量计，每一电量计对应与一电芯组电连接，每一电量计用于检测对应连接的电芯组的剩余容量。
较佳地，所述充放电状态数据包括每一电芯组两端的电压和每一电芯组的剩余容量时，所述判断模块用于判断每一电芯组两端的电压是否小于一第三预设阈值，判断每一电芯组的剩余容量是否小于一第四预设阈值，并在其中一电芯组两端的电压小于所述第三预设阈值，且所述电芯组的剩余容量小于所述第四预设阈值时，向所述开关电路发送一第三开关信号；
所述开关电路用于在收到所述第三开关信号后断开所述电芯组。断开所述电芯组是指断开两端的电压小于所述第三预设阈值，且剩余容量小于所述第四预设阈值的电芯组。
通过既判断电芯组两端的电压的大小，又判断电芯组的剩余容量，能够进一步更准确地判断出失效的电芯组，避免在单个因素判断时可能产生的误判。
较佳地，所述光伏控制保护器还包括至少一温度传感器，每一温度传感器对应设于一电芯组的表面，每一温度传感器用于检测与之对应的电芯组的温度；
所述判断模块还用于判断每一电芯组的温度是否在一预设范围内，并在其中一电芯组的温度在所述预设范围内时，向所述开关电路发送一第四开关信号；
所述开关电路还用于在收到所述第四开关信号后断开所述电芯组。断开所述电芯组是指断开电芯组的温度在所述预设范围的电芯组。
其中，该预设范围也是电芯组不能进行工作的范围，也即，在温度低于某个温度值时，或者温度高于另一个温度值时，是不能对电芯组进行充电的，否则会对电芯组造成充电损坏。通过对电芯组表面的温度的判断，能够更好地对电芯组进行控制和维护，至于何时再连接上断开的电芯组，是可根据需要再次控制的。
此外，本发明的电芯组的温度还包括电芯组在短时间内的温度变化，尤其对于瞬时升温的情况，也会在电芯组的温度变化满足一温度差时断开电芯组。瞬时温升是指在一个很短的时间段内(通常为5～10秒)，电芯组温度突然升高的情况，若发生充放电异常或电芯组存在失效风险时(通常为电芯组发生内部短路或失火的情况)，通过对电芯组进行瞬时温升的监测可以有效的对其他相邻电芯组和整个***进行保护，避免使用者更大的损失。
较佳地，所述电芯组保护模块与该些电芯组和外部负载均通过防水插头电连接。
较佳地，每一电芯组包括若干串联连接和/或并联连接的电芯。
本发明的积极进步效果在于：通过检测每个电芯组的充放电状态数据，在电芯组的充放电状态数据在满足设定的异常条件时，将该电芯组断开，从而不会影响其他电芯组的正常工作；由于DC/DC转换模块的存在，也不会使得电芯组对外的供电电压降低。因此只有在所有电芯组均失效时，整个电芯组才会失效，只要有一个电芯组是在正常工作，即可对外部负载进行正常供电，且供电能力不会受到影响，维护成本大大降低。并且，本方案串联或并联的电芯组越多，整个电芯组失效的概率越小。可见，本方案能够应对更为苛刻和恶劣的实用环境，且具有完善的保护和自我保护功能，能对电芯组和能量供应进行良好的控制和保护。
附图说明
图1为本发明实施例1的光伏控制保护器的结构示意图。
图2为本发明实施例2的光伏控制保护器的结构示意图。
图3为本发明实施例4的光伏控制保护器的结构示意图。
具体实施方式
下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。
实施例1
本实施例提供一种光伏控制保护器100a，如图1所示，包括光伏控制模块1和与所述光伏控制模块电连接的电芯组保护模块2，所述电芯组保护模块包括一DC/DC转换模块20、一检测模块21、一判断模块22和一开关电路23，所述光伏控制模块与一光伏组件3电连接，所述DC/DC转换模块20与所述光伏控制模块电连接；
所述光伏控制模块1用于调节光伏组件3产生的电能，并将调节后的电能通过所述电芯组保护模块2传输至若干电芯组4，该些电芯组相互串联或并联连接，并联连接的方式如图1所示，每一电芯组可包括若干串联连接和/或并联连接的电芯，电芯中可采用但不限于锂电池作为蓄电设备。
而本实施例的光伏控制模块可为一光伏控制器，由于光照强度的不均匀性，使得光伏组件产生的电能也是不稳定的，光伏控制器则将光伏组件产生的电能通过调节电压或电流的方式稳定在一个波动范围内，采用最大功率点跟踪技术，对电芯组进行充放电管理，以提高充放电效率，即，当电芯组供应的负载11在某些时段不需要运行时，如路灯在白天不需要运行，光伏控制器即可控制电芯组在该时段内停止对这样的负载11进行供电。由于光照有时会一直存在，可能会对充满电量的电芯组继续充电时，易导致电芯组电量积聚而膨胀***，因此光伏控制器则会停止对电芯组的电能传输，或者是将光伏组件产生的电能自我吸收或释放掉，从而实现对电芯组的充放电管理。
所述DC/DC转换模块20用于调节每一电芯组的充电电压和输出电压，具体地，在对所述电芯组充电时，所述DC/DC转换模块用于对光伏组件产生的电能进行降压，在电芯组对外部负载进行供电时，所述DC/DC转换模块用于对电芯组供应至外部负载的电能进行升压。而在对电芯组进行充电时，能够进一步提高充电效率。
所述检测模块21用于检测每一电芯组的充放电状态数据；所述检测模块包括至少一电量计，每一电量计对应与一电芯组电连接，每一电量计用于检测对应连接的电芯组的剩余容量，该些电量计的数量可与电芯组的数量相同，也可将检测多个电芯组的电量的功能集成在一个电量计上，本实施例对此不作限定。
所述判断模块22用于判断每一电芯组的充放电状态数据是否符合一异常条件，并在其中一电芯组的充放电状态数据符合所述异常条件时，向所述开关电路发送一开关信号；
其中，充放电状态数据可为电芯组两端的电压，也可为电芯组的剩余容量，而本实施例指的异常条件具体为：在任意一个电芯组两端的电压小于第一预设阈值时，或任意一个电芯组的剩余容量小于第二预设阈值时，均会向开关电路发送开关信号以断开该电芯组，进而使该失效的电芯组不参与后续的充放电循环。
实际上，电芯组的充放电状态数据也不限于上述电压和剩余容量，还可为其它能够表征电芯组的充放电状态的参数均可，如在可能的情况下，测量通过电芯组的电流，或测量电芯组内的电芯的内阻等方式。
所述开关电路23用于在收到所述开关信号后断开所述电芯组。而开关电路可为若干分别控制一电芯组的通路的通断的MOS管(metaloxidesemiconductor，金属氧化物半导体场效应晶体管)，也可为其它的能够实现开关功能的电子开关部件。
对于串联连接的电芯组而言，当检测到失效的电芯组后，将失效的电芯组断开，并使剩余的电芯组继续以串联方式连接。可以实现的方式有：电子开关与电芯组串联，将失效的电芯组通过与之串联的电子开关断开以做隔离，并将与失效的电芯组串联连接的前后相邻的电芯组通过另外的电子开关连接上。在这样的情况下，再对剩余的电芯组做升压操作，以满足任意数量的电芯组对外部负载进行供电时，供电能力都不会受到影响。
而对于并联连接的电芯组而言，电子开关也可与电芯组串联，当检测到失效的电芯组后，将失效的电芯组通过与之串联的电子开关断开以做隔离，由于电芯组之间是并联连接的，因此断开失效的电芯组是不会影响其它并联的电芯组的，只需要根据余下的并联的电芯组的供电能力情况，对余下的电芯组按需执行升压操作。
本实施例还将光伏控制模块和电芯组保护模块集成到密封壳体内，对外引出通讯和载流用的导线和接插件，实现了将电芯组与光伏控制保护器做分体式设计，能够便于生产、施工和后期问题的排查和维护，还能解决防水防潮问题，而所述电芯组保护模块与该些电芯组和外部负载均通过防水插头电连接，能够有效保护***和用户安全。
本实施例能够将失效的该电芯组断开，从而不会影响其他电芯组的正常工作，因此只有在所有电芯组均失效时，整个电芯组才会失效，才会对电芯组进行更换，只要有一个电芯组是在正常工作，即可对外部负载进行正常供电，也就无需即时进行更换，维护成本大大降低，甚至能够在较长时间段实现免维护。并且，本方案串联或并联的电芯组越多，整个电芯组失效的概率越小。可见，本方案能够对电芯组进行良好的控制和维护。
实施例2
本实施例提供一种光伏控制保护器100b，如图2所示，本实施例与实施例1的区别在于：所述电芯组保护模块还包括一切换模块24，所述切换模块24用于在至少两个串联的电芯组的剩余容量之和小于一第五预设阈值时，将所述至少两个串联的电芯组切换为并联连接的电芯组。
本实施例在达到实施例1的技术效果时，将多个类似这种状态的串联的电芯组当作一个电芯组来使用，即将串联的电芯组并联在一起以与剩余串联的电芯组串联连接。在能够检测电芯组的工作状态的前提下还能提高对电芯组的利用率。
实施例3
本实施例提供一种光伏控制保护器，本实施例与实施例1的区别在于：所述充放电状态数据包括每一电芯组两端的电压和每一电芯组的剩余容量时，所述判断模块用于判断每一电芯组两端的电压是否小于一第三预设阈值，判断每一电芯组的剩余容量是否小于一第四预设阈值，并在其中一电芯组两端的电压小于所述第三预设阈值，且所述电芯组的剩余容量小于所述第四预设阈值时，向所述开关电路发送一第三开关信号；
所述开关电路用于在收到所述第三开关信号后断开所述电芯组。
也即，本实施例既判断电芯组两端的电压的大小，又判断电芯组的剩余容量，在达到实施例1的技术效果的同时，能够进一步更准确地判断出失效的电芯组，避免在使用单个因素进行判断时可能产生的误判，进一步提高了对电芯组的控制和维护。
实施例4
本实施例提供一种光伏控制保护器100c，如图3所示，本实施例与实施例2的区别在于：所述光伏控制保护器还包括至少一温度传感器5，每一温度传感器5对应设于一电芯组的表面，每一温度传感器用于检测与之对应的电芯组的温度，温度传感器的内部组成可为热敏电阻。
该些温度传感器的数量可与电芯组的数量相同，也可将检测多个电芯组的温度的功能集成在一个温度传感器上，本实施例对此不作限定，本实施例重点在于能够采用温度传感器实现对电芯组的工作控制，以更高效地对电芯组进行充放电控制。
所述判断模块还用于判断每一电芯组的温度是否在一预设范围内，该预设范围是指电芯组不能进行工作的范围，并在其中一电芯组的温度在所述预设范围内时，向所述开关电路发送一第四开关信号；本实施例的温度还包括电芯组表面的温度变化范围，因此判断模块还用于判断电芯组表面的温度变化(尤其是瞬时升温)是否超过一阈值，在超过所述阈值时，也依然会发出第四开关信号。可以说，判断温度的变化实际上也是与判断温度点值的方式类似的，均是用于检测电芯组在温度上产生的异常。
所述开关电路还用于在收到所述第四开关信号后断开所述电芯组。
也即，电芯组的充放电行为是需要在一个合理的温度范围内或者一个合理的温度变化范围内的，超过了温度上限，温度下限或者温度变化范围时均是不适宜进行充放电的。
可见，本实施例在达到实施例2的技术效果的同时，还能通过对电芯组表面的温度和温度变化的判断，更好地对电芯组进行控制和维护。
虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这些仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。

Claims (12)

1.一种光伏控制保护器，其特征在于，包括光伏控制模块和与所述光伏控制模块电连接的电芯组保护模块，所述电芯组保护模块包括一检测模块、一判断模块和一开关电路，所述光伏控制模块与一光伏组件电连接；
所述光伏控制模块用于调节光伏组件产生的电能，并将调节后的电能通过所述电芯组保护模块传输至若干电芯组，每一电芯组包括至少一电芯；
所述检测模块用于检测每一电芯组的充放电状态数据；
所述判断模块用于判断每一电芯组的充放电状态数据是否符合一异常条件，并在其中一电芯组的充放电状态数据符合所述异常条件时，向所述开关电路发送一开关信号；
所述开关电路用于在收到所述开关信号后断开所述电芯组。
2.如权利要求1所述的光伏控制保护器，其特征在于，所述电芯组保护模块还包括一DC/DC转换模块，所述DC/DC转换模块与所述光伏控制模块电连接。
3.如权利要求2所述的光伏控制保护器，其特征在于，该些电芯组相互串联或并联连接。
4.如权利要求3所述的光伏控制保护器，其特征在于，所述电芯组保护模块还包括一切换模块，所述切换模块用于在至少两个串联的电芯组的剩余容量之和小于一第五预设阈值时，将所述至少两个串联的电芯组切换为并联连接的电芯组。
5.如权利要求2所述的光伏控制保护器，其特征在于，在对所述电芯组充电时，所述DC/DC转换模块用于对光伏组件产生的电能进行降压，在电芯组对外部负载进行供电时，所述DC/DC转换模块用于对电芯组供应至外部负载的电能进行升压。
6.如权利要求1所述的光伏控制保护器，其特征在于，所述充放电状态数据为每一电芯组两端的电压时，所述判断模块用于判断每一电芯组两端的电压是否小于一第一预设阈值，并在其中一电芯组两端的电压小于所述第一预设阈值时，向所述开关电路发送一第一开关信号；
所述开关电路用于在收到所述第一开关信号后断开所述电芯组。
7.如权利要求1所述的光伏控制保护器，其特征在于，所述充放电状态数据为每一电芯组的剩余容量时，所述判断模块用于判断每一电芯组的剩余容量是否小于一第二预设阈值，并在其中一电芯组的剩余容量小于所述第二预设阈值时，向所述开关电路发送一第二开关信号；
所述开关电路用于在收到所述第二开关信号后断开所述电芯组。
8.如权利要求7所述的光伏控制保护器，其特征在于，所述检测模块包括至少一电量计，每一电量计对应与一电芯组电连接，每一电量计用于检测对应连接的电芯组的剩余容量。
9.如权利要求1所述的光伏控制保护器，其特征在于，所述充放电状态数据包括每一电芯组两端的电压和每一电芯组的剩余容量时，所述判断模块用于判断每一电芯组两端的电压是否小于一第三预设阈值，判断每一电芯组的剩余容量是否小于一第四预设阈值，并在其中一电芯组两端的电压小于所述第三预设阈值，且所述电芯组的剩余容量小于所述第四预设阈值时，向所述开关电路发送一第三开关信号；
所述开关电路用于在收到所述第三开关信号后断开所述电芯组。
10.如权利要求1所述的光伏控制保护器，其特征在于，所述光伏控制保护器还包括至少一温度传感器，每一温度传感器对应设于一电芯组的表面，每一温度传感器用于检测与之对应的电芯组的温度；
所述判断模块还用于判断每一电芯组的温度是否在一预设范围内，并在其中一电芯组的温度在所述预设范围内时，向所述开关电路发送一第四开关信号；
所述开关电路还用于在收到所述第四开关信号后断开所述电芯组。
11.如权利要求1-10中任意一项所述的光伏控制保护器，其特征在于，所述电芯组保护模块与该些电芯组和外部负载均通过防水插头电连接。
12.如权利要求1-10中任意一项所述的光伏控制保护器，其特征在于，每一电芯组包括若干串联连接和/或并联连接的电芯。
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