CN210807132U - 一种配备锂电池的太阳能发电*** - Google Patents

Abstract

一种配备锂电池的太阳能发电***，其主要包括光伏组件、锂电池、电源模块、激活模块。其中，光伏组件用于输出光伏电能；锂电池与光伏组件连接，用于存储或释放电能；电源模块与光伏组件和锂电池连接，用于将光伏组件或锂电池输出的直流电转换为交流电以供负载使用；激活模块与锂电池、电源模块连接，用于利用电源模块为锂电池提供激活电能以达到保护荷电状态。本申请技术方案能够在锂电池深度放电之后被快速激活，在没有通讯控制的情况下能够利用光伏电能或市电电能对锂电池进行小电流充电，使得锂电池的荷电状态逐步增加，实现对锂电池的激活功能，从而保证锂电池正常参与太阳能发电***的储能工作，维持***工作的稳定性。

Description

一种配备锂电池的太阳能发电***

技术领域

本发明涉及太阳能发电技术领域，具体涉及一种配备锂电池的太阳能发电***。

背景技术

太阳能光发电是指无需通过热转换直接将光能转变为电能的发电方式。它包括多种发电方式，其中光伏发电是利用太阳能级半导体电子器件有效地吸收太阳光辐射能，并使之转变成电能的直接发电方式，是当今太阳光发电的主流，也得到了广泛地实际应用。

离网型太阳能发电***利用太阳能电池板在有光照的情况下将太阳能转换为电能，通过太阳能充放电控制器给负载供电，同时给蓄电池充电；在阴天气或者无光照时，通过太阳能充放电控制器由蓄电池组给直流负载供电，同时蓄电池还要直接给独立逆变器供电，通过独立逆变器逆变成交流电，给交流负载供电。由此使得离网型太阳能发电***成为解决无电或电力供应不足地区的首要选择。

锂电池作为储能单元，其应用越来越广泛，安全性能也越来越高，随这锂电池的应用成本的降低，逐步成为离网型太阳能发电***的重要组成部分。但是锂电池应用在离网型太阳能发电***中还存在一些问题。由锂电池自身特性决定其不适合深度放电，通常在锂电池深度放电时启动自我保护机制，将其从发电***中切离。当前***中一般采用具备保护板的锂电池，当电池容量过低时，保护板动作，将锂电池切离***以保护锂电池，这将导致***停止工作，为生产生活带来影响。此外，锂电池处于深度放电状态下，现有的离网型太阳能发电***缺少相应的激活电路，会致使锂电池激活失败，造成无法进行离网储电的困境，不利于锂电池在离网型太阳能发电***中的进一步应用。

发明内容

本发明主要解决的技术问题是如何提高太阳能发电***中锂电池工作的稳定性。为解决上述技术问题，本申请提供一种配备锂电池的太阳能发电***。

一种配备锂电池的太阳能发电***，包括：光伏组件，用于输出光伏电能；锂电池，与所述光伏组件连接，用于存储或释放电能；电源模块，与所述光伏组件和所述锂电池连接，用于将所述光伏组件或所述锂电池输出的直流电转换为交流电以供负载使用；激活模块，与所述锂电池和所述电源模块连接，用于利用所述电源模块为所述锂电池提供激活电能以达到保护荷电状态。

所述光伏组件和所述锂电池之间设有充电模块，所述充电模块用于为所述锂电池提供保护荷电状态以上的充电电能。

所述电源模块还用于与市电网络连接，且将交流市电转换为直流电以为所述锂电池提供保护荷电状态以上的充电电能。

所述锂电池和所述电源模块之间设有DC转换模块，所述DC转换模块用于双向转换直流电，以适配所述锂电池或所述电源模块。

所述的太阳能发电***还包括主控模块，所述主控模块与所述锂电池、所述电源模块连接，用于在所述锂电池的荷电状态达到保护荷电状态时控制所述电源模块得电关闭所述激活模块，以停止向所述锂电池提供激活电能。

所述主控模块与所述充电模块连接，还用于在所述锂电池的荷电状态达到保护荷电状态时控制启动所述充电模块，以向所述锂电池提供保护荷电状态以上的充电电能。

所述主控模块与所述DC转换模块连接，还用于在所述锂电池的荷电状态达到保护荷电状态时控制启动所述DC转换模块，以将所述电源模块输出的直流电转换为适配所述锂电池的充电电能。

所述锂电池和所述主控模块之间设有检测模块，所述检测模块用于检测得到所述锂电池的荷电状态且反馈给所述主控模块。

所述检测模块采用BMS电路，用于测量所述锂电池的电压、电流和/或温度且估测所述锂电池的荷电状态。

所述激活模块采用锂电池的激活电路，所述激活电路向所述锂电池提供的充电电流小于所述充电模块向所述锂电池提供的充电电流。

本申请的有益效果是：

依据上述实施例的一种配备锂电池的太阳能发电***，其主要包括光伏组件、锂电池、电源模块、激活模块。其中，光伏组件用于输出光伏电能；锂电池与光伏组件连接，用于存储或释放电能；电源模块与光伏组件和锂电池连接，用于将光伏组件或锂电池输出的直流电转换为交流电以供负载使用；激活模块与锂电池和电源模块连接，用于利用电源模块为锂电池提供激活电能以达到保护荷电状态。第一方面，由于在太阳能发电***中为锂电池配备了激活模块，使得锂电池在深度放电后依然能够实现激活，方便引导锂电池快速参与电力储能的过程；第二方面，由于激活模块与电源模块连接，使得电源模块在接收到光伏电能或者市电电能的情况下都可以启动激活模块进行工作，从而激活锂电池，避免了检测模块在休眠状态下无法估测锂电池荷电状态而不能正常进行激活的情形发生；第三方面，由于采用了检测模块来随时估测锂电池在激活之后的荷电状态，使得主控模块能够在锂电池激活之后切换进入正常的充电状态，保证锂电池在光伏电能或市电电能有效时的充电高效性；第四方面，本申请技术方案能够在锂电池深度放电之后被快速激活，可以在没有检测模块和主控模块通讯控制的情况下利用光伏电能或市电电能对锂电池进行小电流充电，使得锂电池的荷电状态逐步增加，实现对锂电池的激活功能，从而保证锂电池正常参与太阳能发电***的储能工作，维持太阳能发电***的稳定性。

附图说明

图1为本申请中太阳能发电***的结构示意图；

图2为一个具体实施例中太阳能发电***的结构示意图；

图3为另一个具体实施例中太阳能发电***的结构示意图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。其中不同实施方式中类似元件采用了相关联的类似的元件标号。在以下的实施方式中，很多细节描述是为了使得本申请能被更好的理解。然而，本领域技术人员可以毫不费力的认识到，其中部分特征在不同情况下是可以省略的，或者可以由其他元件、材料、方法所替代。在某些情况下，本申请相关的一些操作并没有在说明书中显示或者描述，这是为了避免本申请的核心部分被过多的描述所淹没，而对于本领域技术人员而言，详细描述这些相关操作并不是必要的，他们根据说明书中的描述以及本领域的一般技术知识即可完整了解相关操作。

另外，说明书中所描述的特点、操作或者特征可以以任意适当的方式结合形成各种实施方式。同时，方法描述中的各步骤或者动作也可以按照本领域技术人员所能显而易见的方式进行顺序调换或调整。因此，说明书和附图中的各种顺序只是为了清楚描述某一个实施例，并不意味着是必须的顺序，除非另有说明其中某个顺序是必须遵循的。

本文中为部件所编序号本身，例如“第一”、“第二”等，仅用于区分所描述的对象，不具有任何顺序或技术含义。而本申请所说“连接”、“联接”，如无特别说明，均包括直接和间接连接(联接)。

实施例一、

请参考图1，本申请提供一种配备锂电池的太阳能发电***1，其主要包括光伏组件11、锂电池12、电源模块13和激活模块14，下面分别说明。

光伏组件11即为常见的太阳能电池组件，通常由高效晶体硅太阳能电池片、钢化玻璃、背板和铝合金边框组成，其具有使用寿命长，机械抗压外力强等特点。这里的光伏组件1主要用于输出光伏电能，由于其属于现有技术，所以不对光伏组件的具体类型、结构进行说明或限制。

锂电池12是一类由锂金属或锂合金为负极材料、使用非水电解质溶液的电池，即为常用的锂系电池，大致分为锂离子电池和锂金属电池。当前的锂离子电池和锂金属电池均具有充放电功能，在日用电子产品中较为常见。但是，锂电池由于自身特性的不能过放电，锂电池内部存储电能是靠电化学一种可逆的化学变化实现的，过度的放电会导致这种化学变化有不可逆的反应发生，因此需要对锂电池进行充放电保护，尽量避免过度放电的情形发生，此外还要在充电时对锂电池进行适当的激活操作来确保锂电池的最佳活性状态。本实施例中，锂电池12与光伏组件11连接，用于存储或释放电能，也就是实现充电或者放电的功能。

电源模块13与光伏组件11、锂电池12连接，用于将光伏组件11或锂电池12输出的直流电转换为交流电以供负载D1使用。这里的电源模块13可以实现电力逆变的功能，也可以实现电力变压整流的功能；实现前者功能时将直流电逆变为交流电来适应于负载D1的交流用电需求，此时电源模块13相当于常见的逆变器；实现后者的功能时可以对输入的直流电进行变压、稳压，或者对输入的交流电进行整流，实现直流电稳定输出的功能，此时电源模块13相当于常见的电源适配器。当前市场上电源装置比较多，往往可以同时实现电力逆变和电力整流的功能。

需要说明的是，电源模块13作为逆变器使用时，为达到较好的电力逆变效果，电源模块13可以具备功率因数校正(PFC)功能。功率因数校正就是将畸变电流校正为正弦电流，并使之与电压同相位，从而使功率因数接近于1。

激活模块14与锂电池12、电源模块13连接，用于利用电源模块13为锂电池12提供激活电能以达到保护荷电状态。可以理解，电源模块13接收光伏电能时会变压和稳压输出的一定功率的直流电，激活模块14对该直流电进行进一步地变压、稳压，输出适合于锂电池12充电的小电流，作为激活电能对锂电池12进行激活，从而对处于深度放电状态或者失效状态的锂电池12进行唤醒，使其荷电状态逐渐达到保护荷电状态，直至激活完成。

需要说明的是，锂电池14的荷电状态(State of Charge，即SOC，也称为电池剩余电量)是判断锂电池性能的重要指标，需要保持SOC维持在合理的范围内，防止由于过充电或过放电对锂电池的损伤。而保护荷电状态是锂电池的一种特性，即锂电池因电量过低而进入失效的临界电量，该保护荷电状态根据锂电池的结构、型号而不同，例如可以为锂电池满电量的1％至10％。

本领域的技术人员可以理解，激活模块14的存在为锂电池12从失效状态到恢复状态提供了可能性。例如，在某些特殊情况(如长时间无太阳能补充)下，锂电池12因严重亏电且达到深度放电状态，此时锂电池12将自动和电源模块13切离，导致电源模块13关机，负载D1也停止工作；在太阳能恢复时，首先电源模块13因光伏电能到达而得电开机，激活模块14从电源模块13获得稳定电能而产生激活电能至锂电池12，使得锂电池能够顺利地从失效状态中恢复，在恢复至保护荷电状态时就可以通过光伏组件11按照正常的充电方式为锂电池12进行充电了。

本领域的技术人员可以理解，在利用本实施例中提供的技术方案可以带来以下应用优势；(1)在太阳能发电***中为锂电池配备了激活模块，使得锂电池在深度放电后依然能够实现激活，方便引导锂电池快速参与电力储能的过程；(2)激活模块与电源模块连接，使得电源模块在接收到光伏电能或者市电电能的情况下都可以启动激活模块进行工作，从而激活锂电池，避免了检测模块在休眠状态下无法估测锂电池荷电状态而不能正常进行激活的情形发生。

实施例二、

请参考图2，在实施例一中公开的技术方案的基础上，太阳能发电***1还存在一些改进。

光伏组件11和锂电池12之间设有充电模块15，该充电模块15用于为锂电池提供保护荷电状态以上的充电电能。也就是说，在锂电池12从深度放电状态被激活且恢复正常状态之后，充电模块15可以对锂电池12进行正常的充电，如执行快速充电、涓流充电等充电方式，使得锂电池12的荷电状态得以补充，甚至完全充满电。这里的充电模块15可以具有对锂电池12的电压、电流检测功能，通过检测量来判断锂电池12是否被激活或者是否被完全充满电。此外，充电模块15可以是光伏专用的电池充电电路或电池充电芯片，具有电压、电流的稳定输出功能，可以将波动的光伏电能转换为锂电池12可接受的稳定充电电能。

进一步地，电源模块13还用于与市电网络D2连接，并且，电源模块13能够将交流市电转换为直流电以为锂电池12提供保护荷电状态以上的充电电能。也就是说，电源模块13借助自身的整理功能，将市电网络D2的交流电整流为锂电池12可以接受的直流电，在锂电池12重深度放电状态被激活后对锂电池12进行正常充电。

进一步地，锂电池12和电源模块13之间设有DC转换模块16，该DC转换模块16用于双向转换直流电，以适配锂电池或电源模块。DC转换模块16可以是常用的DC-DC转换器，具有直流输入和直流输出的直流电能调整功能。一方面，若锂电池12输出的电压较低，可以通过DC转换模块16变压到较高的电压，然后传输给电源模块13以进行逆变输出；另一方面，若电源模块13整流输出的直流电压较高，可以通过DC转换模块16变压到较低的电压，然后传输给锂电池12进行充电存储。

本领域的技术人员可以理解，激活模块14的存在为锂电池12从失效状态到恢复状态提供了可能性。例如，在某些特殊情况(如长时间无太阳能补充、无市电)下，锂电池12因严重亏电且达到深度放电状态，此时锂电池12将自动和电源模块13切离，导致电源模块13关机，负载D1也停止工作；在市电网络恢复时，首先电源模块13因市电到达而得电开机，激活模块14从电源模块13获得稳定电能而产生激活电能至锂电池12，使得锂电池能够顺利地从失效状态中恢复，在恢复至保护荷电状态时就可以通过市电网络D2按照正常的充电方式为锂电池12进行充电了。

实施例三、

请参考图3，在实施例二中公开的技术方案的基础上，太阳能发电***1还存在一些改进。

太阳能发电***1还包括主控模块17，该主控模块17与锂电池12、电源模块13信号连接。那么，该主控模块17可以用于在锂电池12的荷电状态达到保护荷电状态时控制电源模块13关闭激活模块14，以停止向锂电池12提供激活电能。可以理解，主控模块17具备简单的触发控制功能，其检测获得锂电池12的荷电状态，然后进行简单地判断是否达到保护荷电状态，达到之后就发出控制信号来指导电源模块13停止向激活模块14供电，从而使得激活模块14停止工作，由此改为正常的充电方式为锂电池12进行充电。

进一步地，主控模块17与充电模块15信号连接，还用于在锂电池12的荷电状态达到保护荷电状态时控制启动充电模块15，以向锂电池12提供保护荷电状态以上的充电电能。也就是说，锂电池12从深度失电状态被激活之后，就可以借助充电模块15在有光伏电能的情况下为锂电池12进行充电。

进一步地，主控模块17与DC转换模块16信号连接，还用于在锂电池12的荷电状态达到保护荷电状态时控制启动DC转换模块16，以将电源模块13输出的直流电转换为适配锂电池的充电电能。也就是说，锂电池12从深度失电状态被激活之后，就可以DC转换模块16在有市电的情况下为锂电池12进行充电。

进一步地，市电网络D2和负载D1之间设有旁路模块D3，且主控模块17与旁路模块D3信号连接，用于在锂电池的荷电状态达到较高的数值(如标准荷电状态，满电量的80-90％)时，控制旁路模块D3断开，以由光伏组件11为负载D1供电。这样可以使得光伏组件11为锂电池12进行充电的同时也为负载D1进行供电，充分地利用太阳能。

需要说明的是，在为锂电池12进行正常充电时，不论充电电能来自于光伏组件11，还是来自于市电网络D2，都说明***恢复了外部的电能供给，则可以一边为锂电池12进行充电，一边通过电源模块13为负载D1进行供电，致使负载D1也能够工作。在这种情况下，主控模块17可以检测获知锂电池12的荷电状态是否已经达到标准荷电状态(如满电量的80-90％)，如果没有达到标准荷电状则控制旁路模块D3开启，以通过市电网络D2为负载D1供电，此时让光伏组件11的光伏电能用来为锂电池12进行充电，在没有光伏电能的状况下也可以利用市电网络D2为锂电池12进行充电；如果达到了标准荷电状态则说明锂电池12电量已经充足，可以控制旁路模块D3关闭，市电网络D2停止为负载D1供电，而由光伏组件11为负载D1进行供电。

需要说明的是，主控模块17检测获知锂电池12的荷电状态达到满电量(如100％)时，则可以控制充电模块15关闭，DC转换模块16关闭，停止为锂电池12进行充电。而由光伏组件11或者市电网络D2为负载D1进行供电。在无市电或者无太阳能的情况下，主控模块17控制DC转换模块16开启，让锂电池12输出电能至电源模块13，并进一步地逆变输出至负载D1，从而保证负载D1能够进行工作。

进一步地，锂电池12和主控模块17之间设有检测模块18，该检测模块18用于检测得到锂电池18的荷电状态且反馈给主控模块。例如，检测模块18可以采用BMS电路(如常见的电源管理芯片)，BMS电路用于测量锂电池12的电压、电流和/或温度且估测锂电池的荷电状态。

在本实施例中，激活模块14采用锂电池的激活电路，该激活电路向锂电池12提供的充电电流小于充电模块15向锂电池提供的充电电流，从而通过小电流充电的方式激活锂电池12，并使得锂电池12的荷电状态达到保护荷电状态。

需要说明的是，本实施例中提及的激活模块14或具体采用的激活电路属于现有技术，例如专利文献CN201120115009.9中公开的一种锂电池激活电路。所以不再对激活电路进行详细说明。

需要说明的是，BMS电路俗称之为电池保姆或电池管家，主要就是为了智能化管理及维护电池单元，防止电池出现过充电和过放电，延长电池的使用寿命，监控电池的状态。由于BMS电路属于现有技术，所以这里不再进行详细说明。

本领域的技术人员可以理解，在利用本实施例中提供的技术方案可以带来以下应用优势(1)采用了检测模块来随时估测锂电池在激活之后的荷电状态，使得主控模块能够在锂电池激活之后切换进入正常的充电状态，保证锂电池在光伏电能或市电电能有效时的充电高效性；(2)能够在锂电池深度放电之后被快速激活，可以在没有检测模块和主控模块通讯控制的情况下利用光伏电能或市电电能对锂电池进行小电流充电，使得锂电池的荷电状态逐步增加，实现对锂电池的激活功能，从而保证锂电池正常参与太阳能发电***的储能工作，维持太阳能发电***的稳定性。

以上应用了具体个例对本发明进行阐述，只是用于帮助理解本发明，并不用以限制本发明。对于本发明所属技术领域的技术人员，依据本发明的思想，还可以做出若干简单推演、变形或替换。

Claims (10)

1.一种配备锂电池的太阳能发电***,其特征在于，包括：

光伏组件，用于输出光伏电能；

锂电池，与所述光伏组件连接，用于存储或释放电能；

电源模块，与所述光伏组件和所述锂电池连接，用于将所述光伏组件或所述锂电池输出的直流电转换为交流电以供负载使用；

激活模块，与所述锂电池和所述电源模块连接，用于利用所述电源模块为所述锂电池提供激活电能以达到保护荷电状态。

2.如权利要求1所述的太阳能发电***，其特征在于，所述光伏组件和所述锂电池之间设有充电模块，所述充电模块用于为所述锂电池提供保护荷电状态以上的充电电能。

3.如权利要求2所述的太阳能发电***，其特征在于，所述电源模块还用于与市电网络连接，且将交流市电转换为直流电以为所述锂电池提供保护荷电状态以上的充电电能。

4.如权利要求3所述的太阳能发电***，其特征在于，所述锂电池和所述电源模块之间设有DC转换模块，所述DC转换模块用于双向转换直流电，以适配所述锂电池或所述电源模块。

5.如权利要求4所述的太阳能发电***，其特征在于，还包括主控模块，所述主控模块与所述锂电池、所述电源模块连接，用于在所述锂电池的荷电状态达到保护荷电状态时控制所述电源模块关闭所述激活模块，以停止向所述锂电池提供激活电能。

6.如权利要求5所述的太阳能发电***，其特征在于，所述主控模块与所述充电模块连接，还用于在所述锂电池的荷电状态达到保护荷电状态时控制启动所述充电模块，以向所述锂电池提供保护荷电状态以上的充电电能。

7.如权利要求5所述的太阳能发电***，其特征在于，所述主控模块与所述DC转换模块连接，还用于在所述锂电池的荷电状态达到保护荷电状态时控制启动所述DC转换模块，以将所述电源模块输出的直流电转换为适配所述锂电池的充电电能。

8.如权利要求5所述的太阳能发电***，其特征在于，所述锂电池和所述主控模块之间设有检测模块，所述检测模块用于检测得到所述锂电池的荷电状态且反馈给所述主控模块。

9.如权利要求8所述的太阳能发电***，其特征在于，所述检测模块采用BMS电路，用于测量所述锂电池的电压、电流和/或温度且估测所述锂电池的荷电状态。

10.如权利要求2-9中任一项所述的太阳能发电***，其特征在于，所述激活模块采用锂电池的激活电路，所述激活电路向所述锂电池提供的充电电流小于所述充电模块向所述锂电池提供的充电电流。

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