CN111030244A - 一种家庭储能逆变器与锂电池并机*** - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种家庭储能逆变器与锂电池并机***，包括逆变器一体机电路、主锂电池组电路和多个从锂电池组电路，主锂电池组电路与逆变器一体机电路之间通过CAN通信连接，所述主锂电池组电路与所述从锂电池组电路之间通过RS485通信连接；所述主锂电池组电路通过RS485接口获取各锂电池组的状态信息并进行汇总，并通过CAN通信接口将所述状态信息及所述主锂电池组电路中锂电池组的状态信息反馈到逆变器一体机电路，所述逆变器一体机电路根据所述状态信息调节锂电池组的充电、放电功率。本发明通过主锂电池组电路获取各从锂电池组电路中锂电池的状态信息并反馈到逆变器一体机中，便于逆变器一体机根据各锂电池组的状态信息控制各锂电池的充放电情况。

Description

一种家庭储能逆变器与锂电池并机***

技术领域

本发明涉及电源技术领域，具体涉及一种家庭储能逆变器与锂电池并机***。

背景技术

家庭用电中，需要锂电池作为备用电源为家庭用电设备不间断地提供电力供应。因此，需要及时为锂电池组充电并实时了解锂电池的状态，以保证锂电池能正常供电。目前，主要是通过逆变器一体机对多个锂电池组进行监控，而逆变器与多个锂电池组之间，主要是通过RS485逐个读取电池数据，这种方式导致逆变器一体及所获取到的数据量较大，不容易处理。这是由于逆变器一体机和锂电池组属于不同的厂家生产，逆变器一体机生产厂家并不了解锂电池组生产厂家所生产的锂电池组的功能，因此逆变器一体机在汇总所有锂电池组的状态信息时不好进行汇总，而且处理起来非常麻烦。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提出一种家庭储能逆变器与锂电池并机***。

为实现以上目的，本发明提成了一种家庭储能逆变器与锂电池并机***，包括逆变器一体机电路、主锂电池组电路和多个从锂电池组电路，所述主锂电池组电路与所述逆变器一体机电路之间通过CAN通信连接，所述主锂电池组电路与所述从锂电池组电路之间通过RS485通信连接；所述主锂电池组电路通过RS485接口获取所述从锂电池组电路中锂电池组的状态信息并进行汇总，并通过CAN通信接口将所述状态信息及所述主锂电池组电路中锂电池组的状态信息反馈到逆变器一体机电路，所述逆变器一体机电路根据所述状态信息调节所述主锂电池组电路及所述从锂电池组中锂电池组的充电、放电功率。

进一步的，所述主锂电池组电路与所述从锂电池组电路的电路结构均相同，包括锂电池组和电池管理***BMS，所述电池管理***BMS包括拨码开关、放电MOS管、充电MOS管、预充MOS管、预充电阻、检测电阻、用于控制锂电池充电的MCU控制器和用于获取锂电池组状态信息的AFE模块，所述MCU控制器、所述AFE模块与所述锂电池组之间电路连接；所述逆变器一体机电路的正极输出P+分别与所述电池管理***BMS及所述锂电池组电路连接，所述逆变器一体机电路的正极输出P-与所述充电MOS管的源极电路连接，所述充电MOS管的漏极与所述放电MOS管的漏极电路连接，所述放电MOS管的源极与所述检测电阻电路连接，所述检测电路与所述锂电池组的负极电路连接；所述预充电阻的一端与所述充电MOS管的源极电路连接，另一端与所述预充MOS管的漏极电路连接，所述预充MOS管的源极与所述放电MOS管的源极电路连接；所述预充MOS管的栅极通过开关Kn1与MCU控制器电路连接，所述放电MOS管的栅极通过开关Kn2与MCU控制器电路连接，所述放电MOS管的栅极通过开关Kn3与MCU控制器电路连接，所述开关Kn1、开关Kn2、开关Kn3通过MCU控制器控制；所述拨码开关与所述MCU控制器电路连接。

进一步的，所述主锂电池组电路还包括与所述MCU控制器电路连接的唤醒开关，用于手动启动对锂电池充电或放电。

进一步的，所述逆变器一体机电路包括滤波器、整流器、逆变器和静态开关，所述滤波器的输入端与所述逆变器一体机电路的市电输入接口电路连接，所述滤波器的输出端经输入开关Su3电路连接后与整流器的输入端电路连接，所述整流器的输出端与所述逆变器的输入端电路连接，所述逆变器的输出端与静态开关Su5电路连接后与输出开关Su6电路连接；所述滤波器的输出端与旁路开关Su2电路连接后与静电开关Su4的一端电路连接，所述静电开关Su4的另一端与输出开关Su6与静态开关Su5的连接中点a电路连接，所述输出开关Su6与所述逆变器一体机电路负载输出端电路连接；所述滤波器的输出端与所述逆变器一体机电路负载输出端之间串联有一维修开关Su1；所述整流器和所述逆变器的连接中点b与所述电池输入接口电路连接；充电时，市电经逆变器一体机的输入端输入，经滤波器滤波后通过整流桥整流输出到电池输入端对锂电池组进行充电；放电时，锂电池经电池输入端输入到逆变器一体机的电池输入接口，然后经逆变器将直流转成交流后输出，为负载供电。

进一步的，所述逆变器一体机电路还包括光伏控制器和光伏输入接口，所述光伏输入接口通过输入开关Su7与所述光伏控制电路连接，所述光伏控制器的输出端与所述连接中点b电路连接；光伏电能经光伏输入接口接入，经光伏控制器进行处理并整流后输出到电池输入端对锂电池进行充电。

进一步的，当逆变器一体机对锂电池组进行充电过程中，锂电池出现过温、过流、过压故障时MCU控制器首先控制Kn3断开，直到恢复预设条件后MCU控制器再闭合Kn3闭合，以对锂电池组进行充电保护。

进一步的，当逆变器一体机对锂电池组进行放电过程中，锂电池出现过温、过流、欠压故障时MCU控制器首先控制Kn2断开，直到恢复预设条件后MCU控制器再闭合Kn2闭合，以对锂电池组进行放电保护。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：本发明通过将锂电池组模块分为主锂电池组电路和从锂电池组电路，其中主锂电池组电路与多个从锂电池组电路之间通过RS485进行通信，以通过主锂电池组电路汇总所有锂电池组的状态信息，然后主锂电池组电路与逆变器一体机之间通过CAN进行通信，从而将所有锂电池组的状态信息汇入到逆变器一体机，便于逆变器一体机根据各锂电池组的状态信息控制各锂电池的充放电情况。本发明通过拨码开关设置主锂电池组电路和从锂电池组电路，让主锂电池组电路汇总所有锂电池组的状态信息，然后再将汇总好的状态信息直接反馈给逆变器一体机，降低了逆变器一体机的处理压力，从而使本发明可适用于任何一家厂家的逆变器，降低了对逆变器一体机的要求。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明家庭储能逆变器与锂电池并机***一实施方式的电路结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参阅图1，本发明提供了一种家庭储能逆变器与锂电池并机***，包括逆变器一体机电路、主锂电池组电路和多个从锂电池组电路，所述主锂电池组电路与所述逆变器一体机电路之间通过CAN通信连接，所述主锂电池组电路与所述从锂电池组电路之间通过RS485通信连接；所述主锂电池组电路通过RS485接口获取所述从锂电池组电路中锂电池组的状态信息并进行汇总，并通过CAN通信接口将所述状态信息及所述主锂电池组电路中锂电池组的状态信息反馈到逆变器一体机电路，所述逆变器一体机电路根据所述状态信息调节所述主锂电池组电路及所述从锂电池组中锂电池组的充电、放电功率。

其中，如图1所示，主锂电池组电路与从锂电池组电路的电路结构均相同，主锂电池组电路与从锂电池组电路中均设有拨码开关，通过设置拨码开关的开关地址，从而将其中一锂电池电路设为主锂电池组电路，而其他锂电池组电路为从锂电池组电路。例如，如图1所示，将锂电池组N的拨码开关地址为00000，为主机(主锂电池组电路)，依次设置其他锂电池组的拨码开关地址为11000-11111，为从机(从锂电池组电路)，设置好后，主机则可通过RS485接口逐个获取从机电池的电压、温度、电流等信息，汇总整理后，主机再通过CAN接口将数据反馈到逆变器一体机中。本发明实施方式中，将锂电池状态信息汇总任务通过主锂电池组电路完成，降低了对逆变器一体机的要求，从而可与其他任何厂家所生成的逆变器一体机结合使用，为家庭用电设备不间断地提供电力供应。在本发明中逆变器一体机只需要根据主锂电池组电路所反馈信息控制锂电池组的充电功率放电功率即可，极大地降低了逆变器一体机的处理压力。

具体的，主锂电池组电路包括锂电池组和电池管理***BMS，所述电池管理***BMS包括拨码开关、放电MOS管、充电MOS管、预充MOS管、预充电阻、检测电阻、用于控制锂电池充电的MCU控制器和用于获取锂电池组状态信息的AFE模块，所述MCU控制器、所述AFE模块与所述锂电池组之间电路连接；所述逆变器一体机电路的正极输出P+分别与所述电池管理***BMS及所述锂电池组电路连接，所述逆变器一体机电路的正极输出P-与所述充电MOS管的源极电路连接，所述充电MOS管的漏极与所述放电MOS管的漏极电路连接，所述放电MOS管的源极与所述检测电阻电路连接，所述检测电路与所述锂电池组的负极电路连接；所述预充电阻的一端与所述充电MOS管的源极电路连接，另一端与所述预充MOS管的漏极电路连接，所述预充MOS管的源极与所述放电MOS管的源极电路连接；所述预充MOS管的栅极通过开关Kn1与MCU控制器电路连接，所述放电MOS管的栅极通过开关Kn2与MCU控制器电路连接，所述放电MOS管的栅极通过开关Kn3与MCU控制器电路连接，所述开关Kn1、开关Kn2、开关Kn3通过MCU控制器控制；所述拨码开关与所述MCU控制器电路连接。

其中，锂电池组状态信息包括电压、电流、温度、故障情况等。主锂电池组电路中，根据检查电阻的电压差及电阻值，确定流经锂电池组的电流，并反馈到AFE模块；另外锂电池组电路还设有用于测量锂电池组温度的NTC热敏电阻，并反馈到AFE模块中。AFE模块还用于采集锂电池组的电压值。AFE模块将所采集到的锂电池组状态信息发送到MCU控制器中，通过MCU控制器将锂电池组状态信息反馈到逆变器一体机中。

由于从锂电池电路结构与主锂电池电路结构相同，因此这里就不再赘述，具体可参见图1。从锂电池电路中，AFE模块将所采集到的锂电池组状态信息发送到MCU中，通过MCU控制器将锂电池组状态信息反馈到主锂电池电路中。

当充电模式启动时，逆变器一体机电路通过P+P-输出接口输出电压分别给主锂电池组电路及从锂电池组电路中的锂电池充电，主锂电池组电路及从锂电池组电路中的电池管理***BMS上电自检，若自检不成功则报故障，并将故障信息反馈到AFE模块中，并由主锂电池组电路反馈到逆变器一体机中；若自检成功，则进行预充，即首先控制Kn1闭合、Kn2断开、Kn3断开，延时5秒后或延时预设时间后，再控制Kn1断开、Kn2闭合、Kn3闭合(对于从锂电池电路，如电池组1，则首先控制K1闭合、K2断开、K3断开，延时5秒后或延时预设时间后，再控制K1断开、K2闭合、K3闭合)，从而启动充电模式。

进一步的，主锂电池组电路及从锂电池组电路还分别包括与MCU控制器电路连接的唤醒开关，用于手动对电池管理***BMS进行自检。如图1所示，主锂电池组电路中，闭合唤醒开关Sn2对电池管理***BMS进行自检；从锂电池组电路中，闭合唤醒开关S2对电池管理***BMS进行自检。同样的，自检不成功则报故障并将故障信息反馈到主锂电池组电路中，并由主锂电池组电路反馈到逆变器一体机中；若自检成功，其余控制过程与上述相同，这里就不再赘述。

其中，锂电池组进行充电、放电过程中，电池管理***BMS均对锂电池组进行充电、放电保护，具体的：

(1)当逆变器一体机对锂电池组进行充电过程中，当出现电流过大、温度过高、电压过高等故障情况时，即AFE模块检测到锂电池的电流值、电压值、温度值等超过相应预设值时，MCU控制器首先控制Kn3断开，直到恢复预设条件后(如延时一分钟后或电流值、电压值、温度值已经下降到预设值以下后)，MCU控制器再控制Kn3闭合，以对锂电池组进行充电保护。

(2)当逆变器一体机对锂电池组进行放电过程中，当出现电流过大、温度过高、电压过低等故障情况时，即AFE模块检测到锂电池的电流值、电压值、温度值等不在相应预设值范围内时，MCU控制器首先控制Kn2断开，直到恢复预设条件后(如延时一分钟后或电流值、电压值、温度值已经下降到预设值以下后)，MCU控制器再控制Kn2闭合，以对锂电池组进行放电保护。

具体的，如图1所示，逆变器一体机电路包括滤波器、光伏控制器、整流器、逆变器和静态开关，所述滤波器的输入端与所述逆变器一体机电路的市电输入接口电路连接，所述滤波器的输出端经输入开关Su3电路连接后与整流器的输入端电路连接，所述整流器的输出端与所述逆变器的输入端电路连接，所述逆变器的输出端与静态开关Su5电路连接后与输出开关Su6电路连接；所述滤波器的输出端与旁路开关Su2电路连接后与静电开关Su4的一端电路连接，所述静电开关Su4的另一端与输出开关Su6与静态开关Su5的连接中点a电路连接，所述输出开关Su6与所述逆变器一体机电路负载输出端电路连接；所述滤波器的输出端与所述逆变器一体机电路负载输出端之间串联有一维修开关Su1；所述整流器和所述逆变器的连接中点b与所述电池输入接口电路连接；充电时，市电经逆变器一体机的输入端输入，经滤波器滤波后通过整流桥整流输出到电池输入端对锂电池组进行充电；放电时，锂电池经电池输入端输入到逆变器一体机，然后经逆变器将直流转成交流后输出，为负载供电。

其中，如图1所示，市电输入时，市电经滤波器进行滤波后，维修开关Su1断开、旁路开关Su2断开，经滤波后的市电经整流器整流后，由交流电变成直流电，然后为锂电池组充电；而当输入开关Su3这一条支路走不通或者存在故障时，闭合旁路开关Su2、断开输出开关Su6，使市电经逆变器从交流变成直流后输出到逆变器一体机的电池输入端，为锂电池充电。

而当锂电池组为负载供电时，输入开关Su3断开、维修开关Su1断开、旁路开关Su2断开，输出开关Su6闭合，锂电池组所输出的直流电经逆变器进行处理后，由直流变成直流，从逆变器一体机的负载输出端输入，为负载供电。同样的，当逆变器这一条支路走不通或存在故障时，闭合输入开关Su3、旁路开关Su2，断开维修开关Su1，锂电池组所输出的直流电经整流器进行处理后，由直流变成直流，从逆变器一体机的负载输出端输入，为负载供电。

可见，无论是锂电池的充电过程或是放电过程，都有两条支路，以便于防止出现故障时，锂电池无法使用或充电，而当这两条支路都出现问题是，断开输入开关Su3、旁路开关Su2，闭合维修开关Su1、输出开关Su6，通过市电为负载供电，从而进行排查逆变器一体机的故障。

所述逆变器一体机电路还包括光伏控制器和光伏输入接口，所述光伏输入接口通过输入开关Su7与所述光伏控制电路连接，所述光伏控制器的输出端与所述连接中点b电路连接；光伏电能经光伏输入接口接入，经光伏控制器进行处理并整流后输出到电池输入端对锂电池进行充电。可见，本发明实施方式中，可以通过市电对锂电池组进行充电，也可以通过太阳能对锂电池组进行充电。

其中，逆变器一体机可根据主锂电池组电路所反馈回来的锂电池组的状态信息控制主锂电池组电路及从锂电池组中锂电池组的充电、放电功率。具体的，对锂电池组进行充电时，MCU控制器根据当前检测到的锂电池组的电压、电流、温度等情况，将允许充电电流、允许充电电压反馈到逆变器一体机中，逆变器一体机再根据允许充电电流、允许充电电压控制输出的充电功率，为锂电池组进行充电。同样的，锂电池放电时，MCU控制器根据当前检测到的锂电池组的电压、电流、温度等情况，将允许放电电流、允许放电电压反馈到逆变器一体机中，逆变器一体机再根据允许放电电流、允许放电电压控制锂电池的放电电功率。其中，允许充电电流、允许充电电压、允许放电电流、允许放电电压均与锂电池组工作时的电压、电流、温度等有关，是相关工作人员经过计算好设置在MCU控制器中；相应电压、电流、温度值对应相应允许充电电流、允许充电电压、允许放电电流及允许放电电压。

例如，当检测到相应锂电池组的温度过高时，锂电池发送较小的允许充电电流数值给逆变器一体机，逆变器一体机根据实际电流和允许充电电流数值比较，通过逆变器一体机内部电路降低充电电流。

综上所述，本发明通过将锂电池组模块分为主锂电池组电路和从锂电池组电路，其中主锂电池组电路与多个从锂电池组电路之间通过RS485进行通信，以通过主锂电池组电路汇总所有锂电池组的状态信息，然后主锂电池组电路与逆变器一体机之间通过CAN进行通信，从而将所有锂电池组的状态信息汇入到逆变器一体机，便于逆变器一体机根据各锂电池组的状态信息控制各锂电池的充放电情况。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种家庭储能逆变器与锂电池并机***，其特征在于，包括逆变器一体机电路、主锂电池组电路和多个从锂电池组电路，所述主锂电池组电路与所述逆变器一体机电路之间通过CAN通信连接，所述主锂电池组电路与所述从锂电池组电路之间通过RS485通信连接；所述主锂电池组电路通过RS485接口获取所述从锂电池组电路中锂电池组的状态信息并进行汇总，并通过CAN通信接口将所述状态信息及所述主锂电池组电路中锂电池组的状态信息反馈到逆变器一体机电路，所述逆变器一体机电路根据所述状态信息调节所述主锂电池组电路及所述从锂电池组中锂电池组的充电、放电功率。

2.如权利要求1所述家庭储能逆变器与锂电池并机***，其特征在于，所述主锂电池组电路与所述从锂电池组电路的电路结构均相同，包括锂电池组和电池管理***BMS，所述电池管理***BMS包括拨码开关、放电MOS管、充电MOS管、预充MOS管、预充电阻、检测电阻、用于控制锂电池充电的MCU控制器和用于获取锂电池组状态信息的AFE模块，所述MCU控制器、所述AFE模块与所述锂电池组之间电路连接；所述逆变器一体机电路的正极输出P+分别与所述电池管理***BMS及所述锂电池组电路连接，所述逆变器一体机电路的正极输出P-与所述充电MOS管的源极电路连接，所述充电MOS管的漏极与所述放电MOS管的漏极电路连接，所述放电MOS管的源极与所述检测电阻电路连接，所述检测电路与所述锂电池组的负极电路连接；所述预充电阻的一端与所述充电MOS管的源极电路连接，另一端与所述预充MOS管的漏极电路连接，所述预充MOS管的源极与所述放电MOS管的源极电路连接；所述预充MOS管的栅极通过开关Kn1与MCU控制器电路连接，所述放电MOS管的栅极通过开关Kn2与MCU控制器电路连接，所述放电MOS管的栅极通过开关Kn3与MCU控制器电路连接，所述开关Kn1、开关Kn2、开关Kn3通过MCU控制器控制；所述拨码开关与所述MCU控制器电路连接。

3.如权利要求2所述家庭储能逆变器与锂电池并机***，其特征在于，所述主锂电池组电路还包括与所述MCU控制器电路连接的唤醒开关，用于手动启动对锂电池充电或放电。

4.如权利要求1所述家庭储能逆变器与锂电池并机***，其特征在于，所述逆变器一体机电路包括滤波器、整流器、逆变器和静态开关，所述滤波器的输入端与所述逆变器一体机电路的市电输入接口电路连接，所述滤波器的输出端经输入开关Su3电路连接后与整流器的输入端电路连接，所述整流器的输出端与所述逆变器的输入端电路连接，所述逆变器的输出端与静态开关Su5电路连接后与输出开关Su6电路连接；所述滤波器的输出端与旁路开关Su2电路连接后与静电开关Su4的一端电路连接，所述静电开关Su4的另一端与输出开关Su6与静态开关Su5的连接中点a电路连接，所述输出开关Su6与所述逆变器一体机电路负载输出端电路连接；所述滤波器的输出端与所述逆变器一体机电路负载输出端之间串联有一维修开关Su1；所述整流器和所述逆变器的连接中点b与所述电池输入接口电路连接；充电时，市电经逆变器一体机的输入端输入，经滤波器滤波后通过整流桥整流输出到电池输入端对锂电池组进行充电；放电时，锂电池经电池输入端输入到逆变器一体机的电池输入接口，然后经逆变器将直流转成交流后输出，为负载供电。

5.如权利要求4所述家庭储能逆变器与锂电池并机***，其特征在于，所述逆变器一体机电路还包括光伏控制器和光伏输入接口，所述光伏输入接口通过输入开关Su7与所述光伏控制电路连接，所述光伏控制器的输出端与所述连接中点b电路连接；光伏电能经光伏输入接口接入，经光伏控制器进行处理并整流后输出到电池输入端对锂电池进行充电。

6.如权利要求2所述家庭储能逆变器与锂电池并机***，其特征在于，当逆变器一体机对锂电池组进行充电过程中，锂电池出现过温、过流、过压故障时MCU控制器首先控制Kn3断开，直到恢复预设条件后MCU控制器再闭合Kn3闭合，以对锂电池组进行充电保护。

7.如权利要求2所述家庭储能逆变器与锂电池并机***，其特征在于，当逆变器一体机对锂电池组进行放电过程中，锂电池出现过温、过流、欠压故障时MCU控制器首先控制Kn2断开，直到恢复预设条件后MCU控制器再闭合Kn2闭合，以对锂电池组进行放电保护。

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