移动可变电量储能控制电路的制作方法

1.本实用新型属于电源技术领域，特别涉及一种户外、应急、微网用电的移动可变电量储能控制电路。


背景技术：

2.目前市场上有大量的电动两轮车换电柜，换电柜中有大量闲置的满电量蓄电池。为了把目前局限于两轮车使用的动力锂电池，变成可移动使用的220v生活和户外电源，让两轮车锂电池极大的扩展了用途，一度电可带动电饭煲做5锅饭，也可以让投影仪放6部电影。这样电池租赁公司的动力电池就不单单局限于两轮车市场了，成为一个可以叫做“共享220”的大充电宝。
3.这个电池使用新途径可以扩大一块电池的不同用途，可以让电池租赁公司有市场扩大投入，从而推动电池租赁和共享的发展，减少消费者把电池提回家充电的概率和风险，增加动力电池使用安全性的保障。
4.传统的可携带储能装置，大都使用内部的电芯组，一旦内部的电芯组电量耗尽，设备需搬到有市电的地方进行充电，不能继续使用，会给外出、正常生活或娱乐带来不便；外出生活或娱乐时难免会遇到雨水情况，因此防水等级有一定要求；大容量的储能装置有一定重量，长距离移动会比较费力。因此需要一种移动可变电量储能装置，解决以上问题。
5.cn201510257785.5公开了一种储能型移动环保发电设备系统,它的目的是提供一种，利用现代最新电力电子技术和绿色环保高容量本征安全磷酸铁锂相结合，同时利用设备本身相关主要部件具有的智能特性，为需要移动使用的电力的各个通信、金融、工业、演出商业领域，提供大容量高效环保的电力应急后备及在线支撑。该技术方案:所述智能绿色环保电池组包括单片机控制系统、电池电压控制检测系统、若干绿色高容量电池单体、充放电管理及开关、远程接口、并机接口、人机接口，所述单片机控制系统分别连接电池电压控制检测系统、充放电管理及开关、远程接口、并机接口、人机接口；所述每一节绿色高容量电池单体采用多组并联或串联；所述电池电压控制检测系统分别连接每一节绿色高容量电池单体，对每一节绿色高容量电池单体的电压进行实时监控；所述单片机控制系统在电池组充电和放电时也可以对其电流和温度进行监控；所述人机接口可以显示电池的工作基本状态和容量。其不足之处是:其使用固定的电池和电池充电管理模块，电池具有充放电次数限制，不便于维护或更换电池。cn201821576904.9公开了一种ups移动储能电源,它的目的是提供一种结构简单、设计合理、使用方便的ups移动储能电源，其使用多组锂电池并联设置，保证了电能的容量，能够长时间供电，其加装了逆变器，可调节电压，能够给家用电器供电，其加装了多种供电插口，扩大了适用范围，其能够通过市政供电、光伏电池板进行充电，充能多样化。该技术方案:电池组固定板内固定设置有锂电池组，电池组固定板固定设置在内壳上盖内，内壳上盖上固定设置有内壳下盖，内壳上盖的前方设置有外框上盖，内壳下盖的后方设置有外框下盖，内壳上盖内固定设置有pcba控制器，内壳上盖内固定设置有逆变器，内壳上盖的一侧内侧壁上固定设置有散热风扇，内壳上盖另一侧的侧壁上嵌设有led扩散
板，led扩散板的下方设置有防水盖；其使用多组锂电池并联设置，保证了电能的容量，能够长时间供电，其加装了逆变器，可调节电压，能够给家用电器供电，其加装了多种供电插口，扩大了适用范围，其能够通过市政供电、光伏电池板进行充电，充能多样化。其不足之处是:蓄电池不便更换，需要长时间才能充满电，通常需要充10个小时左右，不能充分利用闲置的共享蓄电池。
6.cn202110154865.3公开了一种手提式可换电移动备电箱，它的目的是提供一种手提式可换电移动备电箱，通过直流转交流转换器将电池包电压48v、60v或者72v转换成220v市电，为办公用的电脑、暖风设备等提供电源装置，电池包采用由换电柜产品提供的标准化电池，采用插接方式设置于箱体内，电量较低时可进行更换。该技术方案:所述手提式可换电移动备电箱，包括箱本体和电源，所述箱本体具有用于安装和容纳电源的安装口，所述箱本体上设有输出端口，所述箱本体内设有直流转交流转换器，所述直流转交流转换器和输出端口之间电性连接；所述电源为电池包，所述电池包以可更换的方式设于所述安装口内，所述电池包为换电柜内的标准化电池包；所述输出端口为面板式插座，所述面板式插座的数量大于等于1个。其不足之处是:需要拆卸，对于大容量的电池，重量一般有10kg以上，对于长距离的移动，手提比较费力。


技术实现要素：

7.本实用新型的目的是提供一种发挥电动两轮车可换电电池的价值，丰富户外储能装置，并改进传统移动储能存在移动便捷性等问题的移动可变电量储能控制电路。成功解决现有技术不足，开拓户外储能装置市场的移动可变电量储能控制电路。
8.本实用新型的技术解决方案是所述移动可变电量储能装置的控制电路，其特殊之处在于，包括蓄电池输入端、dc-dc模块、dc-ac模块、过压过流保护模块、驱动模块、控制器、交流滤波模块、电流检测及处理模块、输出电压检测及处理模块、开关和显示屏模块；所述dc-dc模块分别由可更换蓄电池供电，其包含过压、过流保护模块。过压过流保护模块对输入输出回路进行过压、过流、短路、欠压的保护，dc-dc电路将蓄电池输入的低压直流电转换成400v中压直流电供dc-ac模块使用，dc-ac电路将直流电转换为交流电，输出端串联的lc电路用于滤除高次谐波，交流滤波模块滤波后的交流电接用电负载，输出电能信息通过输出电压检测和电流检测反馈回控制器，控制器通过pfm调制控制dc-dc模块的升压，控制器通过spwm调制控制dc-ac模块输出纯正弦波交流电。
9.包括蓄电池输入端、dc-dc模块、dc-ac模块、过压过流保护模块、驱动模块、控制器、交流滤波模块、电流检测及处理模块、输出电压检测及处理模块、开关和显示屏模块；所述dc-dc模块与过压过流保护模块分别由蓄电池供电，过压过流保护模块接入控制器，过压过流保护模块对输入输出回路进行过压、过流、短路、欠压的保护，dc-dc电路将蓄电池输入的低压直流电转换成400v中压直流电供dc-ac模块使用，dc-ac电路将直流电转换为交流电并接入用于滤除高次谐波的交流滤波模块，用于滤除高次谐波，经过交流滤波模块滤波后的交流电分别接至负载及经电流检测及处理模块接入控制器，控制器经驱动模块通过pwm驱动控制dc-dc模块，控制器通过spwm控制dc-ac模块。
10.作为优选：输出电压检测及处理模块并联开关和显示屏模块，由正弦波参考信号驱动并联的输出电压检测及处理模块与开关和显示屏模块。
11.作为优选：控制器的dc-dc控制使用软开关技术，降低功率器件的损耗。
12.本移动可变电量储能装置，包括储能控制器、连接器、蓄电池、对外接口板、机壳、(拉杆、万向轮)、开关和显示屏。
13.储能控制器采用目前成熟的正弦波逆变技术，产品可靠性高，可实现输入直流电压范围32-100v，输出频率为50hz/60hz的纯正弦波，有效值220v/110v，在箱体侧方有接口板，接口板上配有开关，交流输出接口，usb输出接口。
14.蓄电池，区别于市场上大多数厂家的移动储能装置采用内置的蓄电池，使用了共享换电的标准化蓄电池，扩大了蓄电池的用途。
15.连接器，为了匹配不同共享平台的蓄电池的转接口，转接线可以设置多种转接头，便于使用和更换。
16.对外接口板，配有开关和显示屏，通过串口通信交互信息，开关用于控制电池包的放电，显示屏用于显示电量和电压。
17.电路连接如图4所示，由dc-dc电路、dc-ac电路、滤波电路、辅助电路和保护电路四大部分组成。系统控制框图如图5所示，dc-dc电路实现蓄电池输入的低压直流电转换成400v等级的中压直流电供逆变电路使用的功能，使用llc谐振电路，隔离式电路减少浪涌冲击，高频变压器和软开关技术减少控制器的体积和功率器件的损耗，dc-ac电路实现把直流电转换为交流电的功能，滤波电路用于滤除高次谐波，保护电路对输入输出回路进行过压、过流、短路、欠压等保护，辅助电路用于将信号反馈至控制电路，主要包括输入接口、电压启动回路、mos开关管、pwm驱动、直流变换回路、反馈回路、lc振荡及输出回路、保护回路等部分。并机控制方面：系统采用软件锁相环进行系统的同频，同相控制，将uref与uf的信号经过电压比较器比较后整形送入mcu，由mcu芯片定时器的捕捉模块cap1和cap2捕捉其上升沿，测量其频率及相位差，进而判断频率是否相同，如不同则重新计算开关频率，使频率等于fref。同相控制算法由mcu判断其延迟时间δt，调整spwm波表的指针至相应位置，从而实现两个信号的同相。在设计中，spwm载波频率为25khz，spwm中断时间间隔大约为40us，正弦表格为500个点，每个点对应的电角度为2.88度。锁相误差不超过0.5％，完全满足本系统的并机控制需求。此部分为目前使用成熟技术，可靠性有保障。
18.与现有技术相比，本实用新型的有益效果:
19.⑴
本实用新型扩展了两轮电动车换电蓄电池应用的领域，提高换电蓄电池的附加价值。
20.⑵
本实用新型通过快速插拔连接器更换蓄电池，实现3秒钟快速换电。
21.⑶
本实用新型的多样化变电量多电池拓扑形式，满足续航或大功率应用需求。
22.⑷
本实用新型的机壳提供支撑架、电池安装导向结构、电池仓设计有减震垫和减震轮子对电池和电子器件起到保护作用。拉杆和移动轮子是可更换配件，根据实际工况选择更换怕爬坡轮，定向轮和万向轮解决大容量比较沉重的电池可推拉，可爬梯或爬坡，携带搬运非常方便，可以使用人们长时间和距离携带感觉不到累(可根据储存能量大小选配)，不限于具体结构，(结构设计非常灵活小电量容量的重量轻，可以不选配)。
23.⑸
本实用新型是高防护和高强度结构设计，可达到ip56，选用高防护ip68等级散热风扇，使用密封件和ip68连接器，适用于户外大暴风雨和大沙尘恶劣坏境。
24.⑹
本实用新型的多机并机控制技术，可满足大功率应用需求。
附图说明
25.图1是传统储能装置结构示意图；
26.图2是本实用新型装配图；
27.图3a是本实用新型第一移动可变电量储能装置结构的分解示意图；
28.图3b是本实用新型第二移动可变电量储能装置结构的分解示意图；
29.图4是本实用新型的主电路图；
30.图5是本实用新型的系统控制图。
31.主要组件符号说明：
32.1箱体
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1-1箱体后板
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1-2箱体侧板
33.1-2-1第一箱体侧板通风口
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1-2-2第二箱体侧板通风口
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1-3箱体前板
34.1-3-1箱体前板显示屏密封圈
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1-3-2箱体前板显示屏防护膜
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1-3-3箱体前板密封圈
35.1-4箱体上板
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1-4-1箱体上板密封圈
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1-5箱体底板
36.1-6箱体内接口板固定座
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1-6-1箱体内接口板固定座密封圈
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2蓄电池
37.2-1蓄电池插座
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3连接器
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3-1连接器插头
38.4储能控制板
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5搭扣总成
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5-1搭扣
39.5-2搭扣座
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5-3搭扣固定螺丝
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6输出接口板
40.7拉杆
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7-1拉杆固定螺丝
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8-1导向轮
41.8-2导向轮固定螺丝
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9-1提手
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9-2提手座
42.9-3提手固定螺丝
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10开关及显示屏
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11散热风扇
43.11-1散热风扇固定螺丝
具体实施方式
44.本实用新型下面将结合附图作进一步详述：
45.请参阅图5所示，该移动可变电量储能装置的控制电路，包括蓄电池输入端、dc-dc模块、dc-ac模块、过压过流保护模块、驱动模块、控制器、交流滤波模块、电流检测及处理模块、输出电压检测及处理模块、开关和显示屏模块；所述dc-dc模块与过压过流保护模块分别由蓄电池供电，过压过流保护模块接入控制器，过压过流保护模块对输入输出回路进行过压、过流、短路、欠压的保护，dc-dc电路将蓄电池输入的低压直流电转换成400v中压直流电供dc-ac模块使用，dc-ac电路将直流电转换为交流电并接入用于滤除高次谐波的交流滤波模块，用于滤除高次谐波，经过交流滤波模块滤波后的交流电分别接至负载及经电流检测及处理模块接入控制器，控制器经驱动模块通过pwm驱动控制dc-dc模块，控制器通过spwm控制dc-ac模块。
46.本实施例中，输出电压检测及处理模块并联开关和显示屏模块，由正弦波参考信号驱动并联的输出电压检测及处理模块与开关和显示屏模块。
47.本实施例中，控制器设有软开关；控制器与过压过流保护模块之间设有开关及显示屏。
48.本移动可变电量储能装置，包括储能控制器、连接器、蓄电池、对外接口板、机壳、
(拉杆、万向轮可选配件)、开关和显示屏。
49.在具体实施过程中，蓄电池安装在机箱后侧，蓄电池的输出接口通过专用的连接器连接到储能控制器的直流输入端，储能控制器的作用是将输入的一定范围的直流电(电压范围为32v-100v)转换成交流电(220v或110v)，通过输出接口板供给其他用电设备，例如户外电器、电动工具、家用应急、微电网等，当蓄电池的电量不足时不用用户放家里充电，可移动到就近的电动车换电柜进行快速更换。
50.箱本体内部设置为前后结构，蓄电池安装在箱体后部2，可拆卸；为了方便蓄电池的更换，箱盖通过搭扣固定在箱体上(如图3中的5所示搭扣5-1、1为箱体)，可实现3s快速换电池；储能控制器固定在前半部分。
51.在具体实施过程中，蓄电池为市面上的各种标准化的电动车用共享电池如图3中2，为了匹配不同的蓄电池的放电输出口，可以选配相应的连接器3。
52.作为进一步改进的实施方案，箱本体上部设有提手9，底部可选配导向轮8及拉杆7。
53.箱本体上还设有开关和lcd显示屏10，通过串口通信交互信息，开关用于控制储能控制器的运行、停止和故障复位，显示屏用于显示运行状态、剩余电量、蓄电池电压和输出功率等。
54.作为进一步改进的实施方案，输出端口为面板式插座板6，其接口有交流输出口和usb充电接口，便于用户连接多种用电设备，另外可根据用户需求配置不同接口数量的插座板。
55.作为进一步改进的实施方案，为便于装置中功率器件的散热，在本实施例中，进行了合理的散热设计，即在箱体两侧对面设置了通风排孔，在底部设计了风扇11，形成空气对流通道，能有效的对箱体内部进行快速散热。
56.作为进一步改进的实施方案，增加了户外的防水和减震功能，通过图3中密封圈结构1-6-3、1-7-2、1-8-1，使部件链接处实现防水，达到ip56防护等级。
57.电路连接如图4所示，主要由dc-dc电路、dc-ac电路、滤波电路、辅助电路和保护电路四大部分组成。系统控制框图如图5所示，dc-dc电路实现蓄电池输入的低压直流电转换成400v等级的中压直流电供逆变电路使用的功能，使用llc谐振电路，隔离式电路减少浪涌冲击，高频变压器和软开关技术减少控制器的体积和功率器件的损耗，dc-ac电路实现把直流电转换为交流电的功能，滤波电路用于滤除高次谐波，保护电路对输入输出回路进行过压、过流、短路、欠压等保护，辅助电路用于将信号反馈至控制电路，主要包括输入接口、电压启动回路、mos开关管、pwm驱动、直流变换回路、反馈回路、lc振荡及输出回路、保护回路等部分。并机控制方法，系统采用软件锁相环进行系统的同频，同相控制，将uref与uf的信号经过电压比较器比较后整形送入mcu，由mcu芯片定时器的捕捉模块cap1和cap2捕捉其上升沿，测量其频率及相位差，进而判断频率是否相同，如不同则重新计算开关频率，使频率等于fref。同相控制算法由mcu判断其延迟时间δt，调整spwm波表的指针至相应位置，从而实现两个信号的同相。在设计中，spwm载波频率为25khz，spwm中断时间间隔大约为40us，正弦表格为500个点，每个点对应的电角度为2.88度。锁相误差不超过0.5％，完全满足本系统的并机控制需求。
58.以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，凡依本实用新型权利要求范围所做的均
等变化与修饰，皆应属本实用新型权利要求的涵盖范围。

技术特征：
1.一种移动可变电量储能装置的控制电路，其特征在于，包括蓄电池输入端、dc-dc模块、dc-ac模块、过压过流保护模块、驱动模块、控制器、交流滤波模块、电流检测及处理模块、输出电压检测及处理模块、开关和显示屏模块；所述dc-dc模块分别由可更换蓄电池供电，其包含过压、过流保护模块；过压过流保护模块对输入输出回路进行过压、过流、短路、欠压的保护，dc-dc电路将蓄电池输入的低压直流电转换成400v中压直流电供dc-ac模块使用，dc-ac电路将直流电转换为交流电，输出端串联的lc电路用于滤除高次谐波，交流滤波模块滤波后的交流电接用电负载，输出电能信息通过输出电压检测和电流检测反馈回控制器，控制器通过pfm调制控制dc-dc模块的升压，控制器通过spwm调制控制dc-ac模块输出纯正弦波交流电。2.根据权利要求1所述移动可变电量储能装置的控制电路，其特征在于，输出电压检测及处理模块并联开关和显示屏模块，由正弦波参考信号驱动并联的输出电压检测及处理模块与开关和显示屏模块。

技术总结
本实用新型涉及移动可变电量储能控制电路。包括：DC-DC模块与过压过流保护模块分别由蓄电池供电，过压过流保护模块接入控制器，过压过流保护模块对输入输出回路进行过压、过流、短路、欠压的保护，DC-DC电路将蓄电池输入的低压直流电转换成400V中压直流电供DC-AC模块使用，DC-AC电路将直流电转换为交流电并接入用于滤除高次谐波的交流滤波模块，用于滤除高次谐波，经过交流滤波模块滤波后的交流电分别接至负载及经电流检测及处理模块接入控制器，控制器经驱动模块通过PWM驱动控制DC-DC模块，控制器通过SPWM控制DC-AC模块。AC模块。AC模块。


技术研发人员：吴远泽
受保护的技术使用者：深圳乔合里科技股份有限公司
技术研发日：2021.10.09
技术公布日：2022/5/25