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多功能便攜式儲存及供應系統.pdf

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多功能 便攜式 儲存 供應 系統
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摘要
申請專利號:

CN200980129841.X

申請日:

2009.05.21

公開號:

CN102113192B

公開日:

2014.09.17

當前法律狀態:

授權

有效性:

有權

法律詳情: 授權|||實質審查的生效IPC(主分類):H02J 7/00申請日:20090521|||公開
IPC分類號: H02J7/00 主分類號: H02J7/00
申請人: 張惇杰; 奧莉維亞·佩華·李
發明人: 張惇杰; 奧莉維亞·佩華·李
地址: 美國紐約
優先權: 2008.05.30 US 12/156,253
專利代理機構: 中科專利商標代理有限責任公司 11021 代理人: 孫紀泉
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法律狀態
申請(專利)號:

CN200980129841.X

授權公告號:

102113192B||||||

法律狀態公告日:

2014.09.17|||2011.08.10|||2011.06.29

法律狀態類型:

授權|||實質審查的生效|||公開

摘要

本發明提供一種便攜式電力儲存及供應系統,所述系統包括用于AC充電的裝置、用于DC充電的裝置、用于AC放電的裝置和用于DC放電的裝置,其中可以同時支持用于AC充電的裝置、用于DC充電的裝置、用于AC放電的裝置和用于DC放電的裝置中的任何一個或任何組合。所述系統包括逆變器、一個或多個電池模塊和控制裝置,所述控制裝置用于控制AC和DC充電和放電功能以進行安全且有效的操作。DC充電可以包括來自可更新能源的能量。電池模塊可與系統分離,以提供DC能量用于給與車用電池跨接電纜通電或給對裝置提供電力的DC通電。

權利要求書

1: 一種便攜式電力儲存及供應系統, 所述系統包括用于 AC 充電的裝置、 用于 DC 充電的 裝置、 用于 AC 放電的裝置、 用于 DC 放電的裝置和控制裝置, 所述控制裝置用于僅操作所述 用于 AC 充電的裝置、 所述用于 DC 充電的裝置、 所述用于 AC 放電的裝置、 所述用于 DC 放電 的裝置中的一個, 或者同時操作所述用于 AC 充電的裝置、 所述用于 DC 充電的裝置、 所述用 于 AC 放電的裝置、 所述用于 DC 放電的裝置中的兩個或更多個。
2: 根據權利要求 1 所述的便攜式電力儲存及供應系統, 包括 : 逆變器, 且至少一個電池模塊電連接到所述逆變器。
3: 根據權利要求 2 所述的便攜式電力儲存及供應系統, 其中, 所述便攜式電力儲存及 供應系統具有并聯連接的多個電池模塊, 并且所有的所述電池模塊具有基本相似的電特 性。
4: 根據權利要求 2 所述的便攜式電力儲存及供應系統, 其中, 所述逆變器被控制以 : 當能夠從連接到所述逆變器的 AC 電網獲得 AC 電源時被旁通 ; 以高電壓 (VH) 將 DC 電源提供給所述電池模塊, 用于對所述電池模塊進行充電 ; 當 (V) ≥ (VH’ ) 時停止提供 DC 電源以對所述電池模塊進行再充電, 其中 VH’ 為防止在 DC 電源給所述電池模塊再充電時逆變器不被充電的電壓 ; 當 (V) ≥ (VH” ) 時停止將 AC 電源提供給裝置, 其中 VH” 為防止所述逆變器由于高 DC 電 壓輸入而被損壞的電壓 ; 以及 允許所述電池模塊放電, 直到電池模塊電壓 (V) < (VL) 為止, 其中 VL 為所述逆變器的 電壓下限 ; 以及 一旦在前面的放電中符合 (V) < (VL) 的情況則允許當電壓返回到 (V) > (VL’ ) 時所 述電池模塊進一步放電, 其中 VL’ 在所述逆變器的正常工作電壓范圍內, 其中, 每個所述電池模塊都包括 : 串聯連接的多個電池組電池 ; 控制器, 所述控制器監控串聯連接的每個所述電池組電池 ; 電流保險絲或熱熔絲, 如果出現過電流或過加熱, 所述電流保險絲或熱熔絲使所述電 池模塊與所述逆變器斷開 ; 在電池組電池的電壓 (V) >高電池電壓 (VBH) 的情況下使所述電池模塊與所述逆變器 斷開以及在 (V) < (VBH’ ) 的情況下使所述電池模塊重新連接到所述逆變器的裝置, 其中 VBH’ 在所述電池的正常工作電壓范圍內 ; 和 在電池組電池的電壓 (V) <低電池電壓 (VBL) 的情況下使所述電池模塊與所述逆變器 斷開的裝置。
5: 根據權利要求 4 所述的便攜式電力儲存及供應系統, 還包括 : 在 (V) < (VBL) 的情況下提供能夠看得見或聽得見的信號的裝置。
6: 根據權利要求 2 所述的便攜式電力儲存及供應系統, 其中, 所述逆變器和一個或多 個電池模塊利用用于將所述逆變器和所述電池模塊保持在一起的接頭連接在一起。
7: 根據權利要求 1 所述的便攜式電力儲存及供應系統, 其中, 所述用于 DC 放電的裝置 包括用于容納車用電池的跨接電纜的端子以及用于容納 DC 電插頭的電源插座。
8: 根據權利要求 1 所述的便攜式電力儲存及供應系統, 其中, 所述用于 DC 充電的裝置 包括用于從可更新能源輸入電能的裝置。 2
9: 根據權利要求 2 所述的便攜式電力儲存及供應系統, 其中, 每一個所述電池模塊都 包括氧化鋰鐵磷電池組電池。
10: 根據權利要求 2 所述的便攜式電力儲存及供應系統, 其中, 每一個所述電池模塊 都包括至少一個控制器, 所述至少一個控制器用于控制用于與所述逆變器的電連接的繼電 器。
11: 根據權利要求 2 所述的便攜式電力儲存及供應系統, 其中, 每一個所述電池模塊都 包括傳感器, 所述傳感器用于當存在高溫或高電流情況時將信號提供給控制器, 以斷開與 所述逆變器的電連接。
12: 根據權利要求 2 所述的便攜式電力儲存及供應系統, 其中, 所述便攜式電力儲存及 供應系統具有并聯連接的多個電池模塊, 并且所有所述電池模塊都具有基本相似的物理特 性。
13: 根據權利要求 2 所述的便攜式電力儲存及供應系統, 其中, 每一個所述電池模塊都 能夠與用于提供 DC 能量的系統分離。
14: 根據權利要求 13 所述的便攜式電力儲存及供應系統, 其中, 每一個所述電池模塊 都包括用于容納車用電池的跨接電纜的端子以及用于容納 DC 電插頭的電源插座。
15: 根據權利要求 1 所述的便攜式電力儲存及供應系統, 其中, 所述系統用作不間斷 UPS。

說明書


多功能便攜式儲存及供應系統

    技術領域 本發明涉及一種便攜式電力儲存及供應系統, 所述系統適于許多不同的無繩應用 和不間斷的連續電力供應應用。
     背景技術
     本發明為多功能便攜式電力儲存及供應系統。傳統地, 電力源通常被指定特定的 應用。例如, 不間斷電源 (UPS) 僅用于后備電力目的, 電力儲存器 (power bank) 通常用于 給一些 DC 裝置等提供電力。不存在可以用作 UPS、 便攜式 AC 電源和便攜式 DC 電源的電力 系統, 其中便攜式 DC 電源能夠利用電網 AC 電源、 穩壓 DC 電源或甚至使用諸如光伏裝置和 風力機的可再生能源對所述系統再充電。 本發明的電池模塊的可擴展特性進一步增強了正 在用于許多應用和需求的系統的靈活性。 能夠實現各種充電源和放電形式, 逆變器、 電池模 塊和太陽能電池板之間的相容設計以及進一步的系統集成的獨特設計的機構所有一起使 能量儲存及供應系統可同時應用于許多不同的應用。本發明的電力存儲及供應系統由并聯連接的可擴大數量的多個電池模塊和逆變 器構成。該電力儲存及供應系統使 AC 及 DC 電源能夠用于給電池模塊充電, 并且同時在使 電池模塊放電時給與 AC 和 DC 電力。該電力儲存及供應系統可以成為用于諸如無繩割草 機、 真空吸塵器、 車輛用電池跨接線、 不間斷電源 (UPS) 以及甚至用于太陽能電池板的儲存 裝置的所有便攜式應用的理想電源。逆變器、 電池模塊單元的設計和功能以及將并聯連接 的逆變器和電池模塊集成的方法將在后面部分中詳細說明。
     發明內容 本發明的一個目的是提供一種便攜式電力儲存及供應系統, 所述系統以 AC 和 DC 形式提供能量, 從而以 AC 和 DC 形式中的任意一種接收電源。電池模塊的可擴展特性以及 AC/DC 輸出容量獲得一種系統, 所述系統可應用于許多不同的應用, 包括無繩裝置和甚至包 括不間斷 UPS 系統。
     一種便攜式電力儲存及供應系統可以同時或單獨地以 AC 或 DC 電源再充電。所述 系統被設計成滿足需要 AC 或 DC 電源的許多不同的應用。電池模塊的可擴展特性、 電池模 塊上的 DC 輸出的類型和結構以及逆變器中的 AC 輸出使得系統很靈活, 同時可應用于許多 不同的應用。將進一步說明和顯示用于滿足包括逆變器、 電池模塊和可更新能源的系統的 相容性和擴展能力的要求和功能。
     附圖說明
     圖 1 顯示逆變器的設計和功能 ;
     圖 2 顯示可以以 AC 和 DC 形式充電及放電的便攜式電力儲存及供應系統 ;
     圖 3 是具有可擴展特性的電池模塊的設計 ;
     圖 4 是控制器、 繼電器、 熱傳感器 ( 或保險絲 ) 以及電池模塊的 DC 輸出裝置的結構; 圖 5(a) 顯示用作用于 AC 裝置的能源的系統的結構 ;
     圖 5(b) 顯示由 AC 裝置放電并由電網 AC 電源再充電的系統的結構 ;
     圖 5(c) 顯示由 AC 裝置放電并由 DC( 太陽能電池板 ) 電源再充電的系統的結構 ;
     圖 5(d) 顯示由 AC 裝置放電并由 AC 和 DC( 太陽能電池板 ) 電源同時再充電的系 統的結構 ;
     圖 6(a) 顯示由 DC 裝置放電并由電網 AC 電源再充電的系統的結構 ;
     圖 6(b) 顯示由 DC 裝置放電并由 DC( 太陽能電池板 ) 電源再充電的系統的結構 ;
     圖 6(c) 顯示由 DC 裝置放電并由 AC 和 DC( 太陽能電池板 ) 電源同時再充電的系 統的結構 ; 和
     圖 7 顯示由 AC 和 DC 裝置放電并由 AC 和 DC( 太陽能電池板 ) 電源同時再充電的 系統的結構。
     具體實施方式
     逆變器 :
     傳統地, 不間斷電源 (UPS) 系統具有將 AC 電網電源轉換成對電池再充電的 DC 電 源的逆變器。因為外部 DC 電源 ( 例如, 太陽能電池板 ) 的輸入不可能用于傳統的 UPS 系統 應用, 因此與本發明的多功能便攜式電力儲存及供應系統相比, 用于傳統 UPS 的逆變器設 計簡單。正如將在本發明中公開, 預備安裝到電池模塊的逆變器的獨立特性使得一個系統 隨時可應用于許多不同的無繩應用中。圖 1 中顯示逆變器的設計。圖 1 中顯示的逆變器的 功能包括 : 1) 將電網 AC 電源 (110/220V) 轉換成低電壓 DC 電源 ( 例如, 14.6V) ; 2) 將 DC 電 源 ( 例如, 12 ~ 14V) 轉換成用于 AC 裝置的高電壓 AC 電源 ( 例如, 110/220V) ; 3) 對電池模 塊再充電。由于本發明中公開的系統隨時可接受可再生能量源 ( 例如, 太陽能電池板或風 力機 ) 以及使用鋰離子電池 ( 優選氧化鋰鐵磷系統 ), 因此設定用于本發明的逆變器的邏輯 和規定與處理更簡單的情況的傳統逆變器完全不同。 本發明中采用的邏輯和規定的細節如 下所述 :
     部分 1. 當連接電網電源時
     1. 當連接 AC(110/220V) 電網電源時, AC(110/220V) 輸出從電池電源被旁通。這 意味著一旦可接入 AC 電網電源, AC 功率輸出的能量源就會從電池切換到電網電源。
     2. 當連接 AC(110/220V) 電網電源時, 電池 ( 電池模塊 ) 經過再充電。設置并控制 最大電流。最終的浮充電電壓也被設置為 VH 并受到控制。
     3. 如果電池電壓的檢測結果超過預設的上限電壓 ( 通常略微高于浮充電電壓, 稱 為 VH’ ), 則使電池執行充電功能的 AC(110/220V) 電網電源停止, 直到進行重新開始動作 ( 重新插入到 AC 電網電源 ) 為止。該功能特別設計用于保護正在由外部 DC 電源 ( 例如, 太 陽能電池板 ) 充電的逆變器, 否則在 DC 電源電壓超過逆變器的充電電壓 ( 至電池模塊 ) 時 將造成逆變器的損壞。
     4. 用于逆變器的過充電保護功能 : 如果電池電壓超過逆變器的最大耐受電壓 VH” ( 例如, 連接到 13V 電池系統的逆變器的耐受能力為 16V), 則逆變器的 AC 輸出將停止, 直到電壓下降到逆變器的耐受電壓為止。此外, 這是滿足可使用太陽能電池板電源時的情況的需求的功能。
     部分 2. 當沒有連接電網電源時
     1. 當沒有可使用的電網電源時, 逆變器的 AC 輸出端 ( 一個或多個 ) 被激活, 直到 達到低 DC 電壓極限 ( 從連接到電池的一側檢測到的電壓, VL) 為止。這意味著裝置將在未 使用電網 AC 電源時開始消耗來自電池模塊的能量。
     2. 當逆變器將 DC( 電池能量 ) 轉換成 AC 時, 如果逆變器連接到電網 AC 電源, 則連 接到逆變器的裝置的性能不會受到逆變器執行旁通功能和對電池再充電功能 ( 參見部分 1 的第 1 項和第 2 項 ) 的動作的影響。
     3. 當電池電壓達到由逆變器設定的低電壓極限 VL 時, 不可能具有電池輸出, 直到 達到預設的較高電壓極限 VL’ 為止。該功能可防止電池再次在短時間內進行過放電的任何 可能性, 而不需要具有適當的電池再充電。在該情況下, 僅有諸如太陽能電池板的 DC 電源 或電網 AC 電源可以重新啟動使用電池作為電源的逆變器的正常功能。
     電池模塊 :
     部分 1. 電池模塊的控制部分
     為了提高 “用于維護的容易性 ( 低成本 )” 以及滿足儲存系統的 “靈活 ( 獲得寬范 圍的太陽能系統或甚至獲得風系統 )” 特性, 將電池保護控制器放置在每個電池模塊內。控 制器監控串聯連接的每個電池的電壓。一旦控制器檢測到串聯連接的任何電池的低電壓 (VBL) 或高電壓 (VBH), 控制器就會發出用于利用繼電器阻止電力輸入 / 輸出的信號。在過 充電狀態下, 繼電器斷開, 直到達到低電壓 (VBH’ ) 為止。相反, 在過放電狀態下, 繼電器將 斷開, 直到手動按下 “重新開始” 按鈕 ( 或者簡單地更換電池模塊 ) 為止。在過放電狀態期 間, 可以產生嗶嗶聲或閃爍的 LED 光信號, 用于引起對異常情況的注意。通常, 在電池模塊 中的每個電池都達到電池低狀態 (VBL) 之前, 逆變器將切斷來自電池模塊的能量供應。 在本 發明中, 鋰離子電池的氧化鋰鐵磷 (LiFexPyOz) 類型為優選的電池類型。通過使用氧化鋰 鐵磷電池, 高電壓極限設定 (VBH) 優選為 4.0V, 而低電壓極限設定 (VBL) 優選為 2.0V。通常, 當逆變器工作 ( 即, 逆變器在滿足 VBH 和 VBH 之前達到 VH 和 VL) 時, 將不會達到這些極限。嵌 入每個電池模塊中的控制器提供兩個主要功能 : (1) 假設一個電池模塊由為串聯結構的四 個電池構成, 并且假設電池模塊保持在 13.4V( 由于如圖 2 中所示并聯連接所有模塊, 因此 與其它電池模塊相同 )。 當一個電池內部短路 ( 電池本身內部短路 ) 時, 串聯的電池中的一 個的電壓降將觸發繼電器 “斷開” , 從而可防止其它電池模塊 ( 同樣保持在 13.4V) 對具有故 障電池內部的一個 ( 模塊 ) 進行充電。 (2) 通過使用嗶嗶聲功能, 使用者通過判斷嗶嗶聲的 產生頻率可以知道電池模塊的集成度。
     部分 2. 電池模塊的功能和連接
     如圖 3 中所示, 電池模塊通過定位在每個電池模塊的前壁上的接頭物理連接。接 頭設計用于在并聯連接電池時保持電池。這意味著當連接兩個電池模塊時, 所述電池模塊 可以僅作為一個電池模塊進行保持。 除了接頭之外還具有設計在每個電池模塊上的兩種類 型的電源插座。第一種類型為特別地設計用于諸如跨接車輛用電池的大電流應用。這種類 型的電源插座放置在每個電池模塊的頂部上。 顯示為位于電池模塊的頂部或側面上的兩個 小孔的第二種類型的電源插座特別地設計用于給電池模塊充電及放電 ( 參見圖 3)。 第二種 類型的電源插座的功能和設計如下所述 :1. 這些電源插座可以用于 DC 電源。 例如, 所述電源插座可以用于無繩應用, 例如, 便攜式割草機、 真空吸塵器和其它家庭應用。
     2. 這些電源插座可以用于對電池模塊進行充電。 當使用逆變器對電池模塊 ( 一個 或多個 ) 充電時, 如果將當前的電池模塊稱為第二電池模塊, 則這些電源插座可以用于連 接到第一電池模塊 ( 或逆變器 ) 以及第三電池模塊。這些使用線纜連接的電源插座允許并 聯地對電池模塊進行充電。 應該注意的是, 如果一個模塊出現故障或者達到電池切斷狀態, 則其它電池模塊不會受到沒有充電的電池的影響而仍然被適當地充電。 這些電源插座的詳 細結構如圖 4 中所示。
     3. 一個熱傳感器放置在繼電器的一端上, 如圖 4 中所示。該熱傳感器控制繼電器 的 “斷開” 或 “閉合” 狀態。當溫度高時, 繼電器將斷開, 直到溫度下降到正常為止。該功能 特別設計用于為了正常使用而取出一個模塊的情況以及當所述模塊連接回其它模塊用于 充電的情況。可以預期的是大電流可以進入相對較空的電池模塊中。另外, 該功能使得對 任何可再生能量輸入都沒有進一步的限制, 這將在下文中進行說明。
     4. 這些電源插座可以連接到太陽能電池板。 太陽能電池板的類型和規格不受到限 制, 只要熱傳感器不會觸發繼電器斷開即可。 應該注意的是, 如果所有的第二種類型的電源 插座都被占用, 則太陽能電池板可以連接到第一種類型的電源插座。 集成系統 :
     以下顯示的實例使用 250W 逆變器、 具有 20Ah 容量的 13.2V 電池模塊以及峰值功 率為 75W 的太陽能電池板。逆變器通過預設值 VH = 14.6、 VH’ = 14.7 以及 VH” = 16.0、 VL = 11、 VL’ = 12.5 具有如前面部分中所述的控制。電池模塊通過預設值 VBH = 4.0、 VBH’ = 3.5、 VBL = 2.0 還具有如前所述的功能和控制。由電池限制的電流為 15A, 而由逆變器限制 的電流為 2.5A(AC, 110V)。
     實例 1. 通過 AC 和 DC 電源對 AC 進行放電、 再充電 :
     在本實例中, 圖 5(a) 中顯示了系統結構。當系統放電時, 由設置成 11V 的逆變器 控制低電壓切斷。當需要 AC 電源時, 該系統結構很好地用于諸如野營、 用于手提電腦的電 源等的應用。
     情況 1. 在達到逆變器的切斷極限之前的 AC 放電與 AC 充電 :
     如圖 5(b) 中所示, 在 AC 放電完成之前, 如果提供 AC 電網電源, 則 AC 裝置的功能 將不會受到影響, 同時電源從電池切換到電網電源。同時, 當存在電網 AC 電源時, 電池模塊 處于再充電狀態下。所述系統處于充電狀態, 直到達到 14.6V 高電壓極限為止。
     情況 2. 在達到逆變器的切斷極限之后的 AC 放電與 AC 充電 :
     另外, 如圖 5(b) 中所構造, 當 AC 放電完成時, 此時, 輸出電源停止在逆變器的低電 壓極限 (11V)。如果提供 AC 電網電源, 則由于來自電網的電源而重新啟動 AC 裝置的功能。 同時, 當存在電網 AC 電源時, 電池模塊處于再充電狀態。所述系統處于充電狀態, 直到達到 14.6V 的高電壓極限為止。一種情況類似于電網 AC 電源在達到 VL’ (12.5V) 之前斷開, 由 于可能造成電池模塊快速過放電的使電池不充分的充電而停止 AC 裝置操作。
     情況 3. 在達到逆變器的切斷極限之前的 AC 放電與 DC 充電 :
     如圖 5(c) 中所示, 在 AC 放電完成之前, 如果提供 DC 電源, 則 AC 裝置的功能將不 會受到 DC 電源輸入的影響。 然而, 如果達到過充電狀態 ( 超過任何電池的 4.0V), 則電池繼
     電器將斷開, 直到電池電壓下降到為 VBH’ = 3.5V 的較低電壓 ( 繼電器閉合 ) 為止。另一方 面, 如果太陽能電池板的電壓超過 VH” (16.0V), 則逆變器到裝置的 AC 輸出終止, 直到電壓 下降到低于 VH” 為止。
     情況 4. 在達到逆變器的切斷極限之后的 AC 放電與 DC 充電 :
     另外, 如圖 5(c) 中所構造, 當 AC 放電完成時, 此時, 輸出電源停止在逆變器的低電 壓極限 (11V)。如果此時提供 DC 電源, 則 AC 裝置的功能不會重新開始, 直到電池電壓超過 較高的預設電壓 VL’ = 12.5V。然而, 如果達到過充電狀態 ( 超過任何電池的 4.0V), 則電池 繼電器將斷開, 直到電池電壓下降到較低電壓 VBH’ = 3.5V( 繼電器閉合 ) 為止。另一方面, 如果太陽能電池板的電壓超過 VH” (16.0V), 則逆變器到裝置的 AC 輸出終止, 直到電壓下降 到低于 VH” 為止。
     情況 5. 在達到逆變器的切斷極限之前的 AC 放電與 AC 和 DC 充電 :
     如圖 5(d) 中所示, 在 AC 放電完成之前, 如果提供 AC 和 DC 電源, 則 AC 裝置由電網 AC 電源提供電力, 并且電池模塊也由電網 AC 電源和太陽能電池板再充電。然而, 如果達到 電池的過充電狀態 ( 超過任何電池的 4.0V), 則電池繼電器斷開, 直到電池電壓下降到較低 電壓 3.5V( 繼電器閉合 ) 為止。 在電池的過充電狀態期間, 電池模塊的電壓可能變得高于用 于對電池電壓再充電的逆變器的高電壓極限 (VH, 14.6V), 并且這可能造成損壞逆變器。在 這種情況下, 對電池模塊再充電的逆變器功能不工作 ( 當滿足 VH’ , 14.7V), 直到進行重新插 入動作為止。另一方面, 如果太陽能電池板的電壓保持增加, 直到電壓超過 VH” (16.0V) 為 止, 則逆變器到裝置的 AC 輸出終止, 直到電壓下降到低于 VH” 為止。然而, 由于存在電網 AC 電源, 則 AC 輸出仍然有效, 但是來自電池模塊的能源不工作。
     情況 6. 在達到逆變器的切斷極限之后的 AC 放電與 AC 和 DC 充電 :
     另外, 如圖 5(d) 中所構造, 當 AC 放電完成時, 此時, 輸出電源停止在逆變器的低電 壓極限 (11V)。 如果此時提供 AC 和 DC 電源, 則 AC 裝置開始消耗電網 AC 電源, 并且電池模塊 也由電網 AC 電源和太陽能電池板再充電。一種情況類似于電網 AC 電源在達到 VL’ (12.5V) 之前斷開, 由于可能造成電池模塊快速過放電的使電池不充分的充電而停止 AC 裝置操作。 另外, 如果由于 DC 電源達到電池的過充電狀態 ( 超過任何電池的 4.0V), 則出現相同的極 端情況。在這種情況下, 電池模塊的電壓可能變得高于可能造成逆變器的損壞的逆變器 的高再充電電壓極限 (VH, 14.6V)。在這種情況下, 對電池模塊功能再充電的逆變器不工 作, 直到進行重新插入動作為止。另外, 如果太陽能電池板的電壓保持增加, 直到電壓超過 VH” (16.0V) 為止, 則逆變器到裝置的 AC 輸出終止, 直到電壓下降到低于 VH” 為止。然而, 由 于存在電網 AC 電源, 則 AC 輸出仍然有效, 但是來自電池模塊的能源不工作。
     實例 2. 通過 AC 和 DC 電源進行再充電的 DC 放電 :
     在本實例中, 系統結構在圖 3 中顯示為僅有一個電池模塊, 這足以成為 DC 電源。 當 使系統放電時, 由設定成 VBL = 2.0 的電池模塊控制低電壓切斷。當需要 DC 電源時, 該獨立 的電池模塊很好地用于諸如 DC 真空吸塵器、 割草機、 車輛用電池跨接線等的無繩應用。
     情況 1. 在達到電池模塊的切斷極限之前的 DC 放電與 AC 充電 :
     在 DC 放電完成之前, 如果在系統中放置電池模塊且提供 AC 電網電源, 如圖 6(a) 中所示, 則電池模塊將從 AC 電網電源進行充電且同時通過之前沒有使用的另一個電池模 塊進行充電。該充電過程進行到達到逆變器的高電壓極限 (VH, 14.6V) 為止。在該再充電過程期間, 如果充電電流過大而使得造成加熱正在被充電的電池模塊, 則正在被充電的電 池模塊的繼電器具有利用圖 4 中顯示的熱傳感器 / 開關的斷開 / 閉合功能。即使檢測到低 電壓電池模塊在所述充電過程期間過加熱, DC 裝置的功能在該充電過程期間也不會受到影 響。這是由于其它的電池模塊將仍然用作為 DC 裝置提供電力的 DC 電源。
     情況 2. 在達到電池模塊的切斷極限之后的 DC 放電與 AC 充電 :
     當 DC 放電完成時, 此時輸出電源停止在電池模塊的低電壓極限 (VBL = 2.0V)。如 果在系統中放置電池模塊且提供 AC 電網電源, 如圖 6(a) 中所示, 則電池模塊將不起作用, 直到重新開始按鈕被手動壓下為止。此時, 電池模塊將從 AC 電網電源進行充電且同時通過 之前沒有使用的另一個電池模塊進行充電。該充電過程進行到達到逆變器的高電壓極限 (VH, 14.6V) 為止。在該再充電過程期間, 如果充電電流過大而可能造成對正在被充電的電 池模塊進行加熱, 則正在被充電的電池模塊的繼電器具有利用圖 4 中顯示的熱傳感器 / 開 關的斷開 / 閉合功能。即使檢測到低電壓電池模塊在所述充電過程期間過加熱, DC 裝置的 功能在該充電過程期間也不會受到影響。這是由于其它的電池模塊將仍然用作用于為 DC 裝置提供電力的 DC 電源。
     情況 3. 在達到電池模塊的切斷極限之前的 DC 放電與 DC 充電 :
     在 DC 放電完成之前, 如果在系統中放置電池模塊且提供 DC 電源, 如圖 6(b) 中所 示, 則電池模塊將從 DC 電源進行充電且同時通過之前沒有使用的另一個電池模塊進行充 電。 該充電過程進行到達到電池模塊的高電壓極限 (VBH, 4.0V) 為止。 在該再充電過程期間, 如果充電電流過大而使得可能造成對正在被充電的電池模塊進行加熱, 則正在被充電的電 池模塊的繼電器具有利用圖 4 中顯示的熱傳感器 / 開關的斷開 / 閉合功能。即使檢測到低 電壓電池模塊在所述充電過程期間過加熱, DC 裝置的功能在該充電過程期間也不會受到影 響。這是由于其它的電池模塊或太陽能電池板將仍然用作用于為 DC 裝置提供電力的 DC 電 源。另外, 如果所有的電池繼電器都斷開, 并且來自太陽能電池板的 DC 電源輸入仍然有效, 則電壓 ( 連接到太陽能電池板 ) 可能會超過另一個逆變器極限 V” = 16V。在這種情況下, 逆變器的 AC 輸出功能 ( 來自電池模塊的電源 ) 不工作, 直到電壓下降到低于 V” 為止。
     情況 4. 在達到電池模塊的切斷極限之后的 DC 放電與 DC 充電 :
     當 DC 放電完成時, 此時輸出電源停止在電池模塊的低電壓極限 (VBL = 2.0V)。如 果在系統中放置電池模塊且提供 DC 電源, 如圖 6(b) 中所示, 則電池模塊將不起作用, 直到 重新開始按鈕被手動壓下為止。此時, 電池模塊將從 DC 電源進行充電且同時通過之前沒有 使用的另一個電池模塊進行充電。該充電過程將進行到達到電池模塊的高電壓極限 (VBH, 4.0V) 為止。 在該再充電過程期間, 如果充電電流過大而使得可能造成對正在被充電的電池 模塊進行加熱, 則正在被充電的電池模塊的繼電器具有利用圖 4 中顯示的熱傳感器 / 開關 的斷開 / 閉合功能。即使檢測到低電壓電池模塊在所述充電過程期間過加熱, DC 裝置的功 能在該充電過程期間也不會受到影響。 這是由于其它的電池模塊或太陽能電池板將仍然用 作用于為 DC 裝置提供電力的 DC 電源。另外, 如果所有的電池繼電器都斷開, 并且來自太陽 能電池板的 DC 電源輸入仍然有效, 則電壓 ( 連接到太陽能電池板 ) 可能會超過另一個逆變 器極限 V” = 16V。在這種情況下, 逆變器的 AC 輸出功能 ( 來自電池模塊的電源 ) 不工作, 直到電壓下降到低于 V” 為止。
     情況 5. 在達到電池模塊的切斷極限之前的 DC 放電與 AC 和 DC 充電 :在 DC 放電完成之前, 如果在系統中放置電池模塊且同時提供 AC 和 DC 電源, 如圖 6(c) 中所示, 則電池模塊將從逆變器、 DC 電源進行充電且同時通過之前沒有使用的另一個 電池模塊進行充電。該充電過程將進行到達到電池模塊的高電壓極限 (VBH, 4.0V) 為止, 緊 接著電池繼電器斷開, 直到電池電壓下降到較低電壓 3.5V( 繼電器閉合 ) 為止。在電池的 過充電過程期間, 電池模塊的電壓可能變得高于用于對電池電壓再充電的逆變器的高電壓 極限 (VH, 14.6V), 而這可能損壞逆變器。 在這種情況下, 對電池模塊再充電的逆變器功能不 工作 ( 當滿足 VH’ , 14.7V 時 ), 直到進行重新插入動作為止。另外, 如果所有的電池繼電器 都斷開, 并且來自太陽能電池板的 DC 電源輸入仍然有效, 則電壓 ( 連接到太陽能電池板 ) 可能會超過另一個逆變器極限 V” = 16V。在這種情況下, 逆變器的 AC 輸出功能 ( 來自電池 模塊的電源 ) 不工作, 直到電壓下降到低于 V” 為止。然而, 由于存在電網 AC 電源, 因此 AC 輸出仍然有效, 但是來自電池模塊的能源不工作。
     在該整個再充電過程期間, 如果充電電流過大使得可能造成對正在被充電的電池 模塊進行加熱, 則正在被充電的電池模塊的繼電器具有利用圖 4 中顯示的熱傳感器 / 開關 的斷開 / 閉合功能。即使檢測到低電壓電池模塊在所述充電過程期間過加熱, DC 裝置的功 能在該充電過程期間也不會受到影響。這是由于其它的電池模塊、 太陽能電池板或逆變器 電源將仍然用作用于為 DC 裝置提供電力的 DC 電源。 情況 6. 在達到電池模塊的切斷極限之后的 DC 放電與 AC 和 DC 充電 :
     當 DC 放電完成時, 此時輸出電源停止在電池模塊的低電壓極限 (VBL = 2.0V)。 如果 在系統中放置電池模塊且同時提供 AC 和 DC 電源, 如圖 6(c) 中所示, 則電池模塊將不會起 作用, 直到手動壓下重新開始按鈕為止。此時, 電池模塊將從逆變器、 DC 電源進行充電且同 時通過之前沒有的使用的另一個電池模塊進行充電。 該充電過程進行到達到電池模塊的高 電壓極限 (VBH, 4.0V) 為止, 緊接著電池繼電器斷開, 直到電池電壓下降到較低電壓 3.5V( 繼 電器閉合 ) 為止。在電池的過充電過程期間, 電池模塊的電壓可能變得高于用于對電池電 壓再充電的逆變器的高電壓極限 (VH, 14.6V), 從而使得這可能損壞逆變器。 在這種情況下, 對電池模塊再充電的逆變器功能不工作 ( 當滿足 VH’ , 14.7V 時 ), 直到進行重新插入動作為 止。另外, 如果所有的電池繼電器都斷開, 并且從太陽能電池板進行的 DC 電源輸入仍然有 效, 則電壓 ( 連接到太陽能電池板 ) 可能會超過另一個逆變器極限 V” = 16V。在這種情況 下, 逆變器的 AC 輸出功能 ( 來自電池模塊的電源 ) 不工作, 直到電壓下降到低于 V” 為止。 然而, 由于存在電網 AC 電源, 因此 AC 輸出仍然有效, 但是來自電池模塊的能源不工作。
     在該整個再充電過程期間, 如果充電電流過大使得這可能會造成對正在被充電的 電池模塊進行加熱, 則正在被充電的電池模塊的繼電器具有利用圖 4 中顯示的熱傳感器 / 開關的斷開 / 閉合功能。即使檢測到低電壓電池模塊在所述充電過程期間過加熱, DC 裝置 的功能在該充電過程期間也不會受到影響。這是由于其它的電池模塊、 太陽能電池板或逆 變器電源將仍然用作用于為 DC 裝置提供電力的 DC 電源。
     實例 3. 在達到電池模塊的切斷極限之后的 AC/DC 放電與 AC/DC 充電 :
     在本實例中分析一種最復雜的情況。該情況為同時進行 AC 和 DC 裝置的放電以 及電池模塊的完全放電。圖 7 中顯示了整個系統的結構。當如圖 7 中所示 AC 和 DC 裝置 都連接到系統時, AC 裝置將通過逆變器被切斷, 而首先緊跟著是 DC 裝置通過電池模塊被切 斷。在這種情況下, 如果同時提供 AC 和 DC 電源, 則 AC 裝置將由電網 AC 電源提供電力, 并
     且電池模塊將由電網 AC 電源和太陽能電池板再充電。應該注意的是, 符合低電壓切斷的電 池模塊的繼電器中的一個 ( 或者根據放電多深為所有繼電器 ) 在正常充電之前被手動重 新啟動。當重新啟動電池模塊的繼電器時, 電池模塊由逆變器和 DC 電源進行充電。由于所 有的電池模塊在放電過程期間達到平衡, 因此能夠預期到沒有來自其它電池模塊的充電電 流。該充電過程進行到達到電池模塊的高電壓極限 (VBH, 4.0V) 為止, 緊接著電池繼電器斷 開, 直到電池電壓降到較低電壓 3.5V( 繼電器閉合 ) 為止。在電池的過充電過程期間, 電池 模塊的電壓可能已經變得高于用于對電池電壓再充電的高電壓極限 (VH, 14.6V), 從而使得 這可能損壞逆變器。在這種情況下, 對電池模塊再充電的逆變器功能不工作 ( 當滿足 VH’ , 14.7V 時 ), 直到進行重新插入動作為止。另外, 如果所有電池繼電器都斷開, 并且來自太陽 能電池板的 DC 電源輸入仍然有效, 則電壓 ( 連接到太陽能電池板 ) 可能超過另一個逆變器 極限 V” = 16V。在這種情況下, 逆變器 AC 輸出功能 ( 來自電池模塊的電源 ) 不工作, 直到 電壓下降到低于 V” 為止。然而, 由于存在電網 AC 電源, 則 AC 輸出仍然有效, 但是來自電池 模塊的能源不工作。
     在該整個再充電過程期間, 如果充電電流過大而使得這可能會造成對正在被充電 的電池模塊進行加熱, 則正在被充電的電池模塊的繼電器具有利用圖 4 中顯示的熱傳感器 / 開關的斷開 / 閉合功能。由于 AC 和 DC 電源都存在, 因此 DC 裝置功能在該充電過程期間 將不會受到影響。即使用于再充電的 AC 電力由于過充電狀態 ( > 14.7V) 而不工作, 太陽 能電池板仍然提供能量, 直到太陽能供應變得很弱 ( 電壓下降 ) 為止, 從而最終可防止電池 模塊過充電。因此, 電池模塊可以作為到 DC 裝置的電源而正常工作。在 AC 裝置的情況下, 只要電網 AC 電源存在, 在如上所述的整個充電過程中對于電源而言就不存在問題。 一旦 AC 電網電源斷開, 除非電池模塊電壓小于 VL’ (12.5V), 否則 AC 裝置就會再次依賴電池模塊能 源, AC 裝置的運行將會由于可能造成電池模塊過放電的對電池的不充分充電而停止。
     實例 4.UPS 系統
     在本實例中分析獨特的 AC 應用中的一種。本發明的 UPS 功能的使用由于可能存 在 DC 輸入而不同于傳統的 UPS 功能。可以想到的是, 如果在晚上缺少電網 AC 電源, 則電池 模塊將默認作為電源工作。如果電池模塊在晚上可以持續用電直到第二天提供陽光充電 為止, 則 AC 裝置的運行由于不間斷 UPS 而將會繼續。本發明的工作機構已經在之前的部 分中進行說明, 如實例 1 中分析的 “在達到逆變器的切斷極限之前的 AC 放電與 AC 和 DC 充 電” ( 還參見圖 5(d)) 情況。實際連續 UPS 與傳統的 UPS 相比可以利用本發明的逆變器和 電池模塊構造而成。

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