双向充放电便携式储能装置的交流并机系统的制作方法

1.本实用新型属于充放电电源系统管理领域，具体为一种双向充放电便携式储能装置的交流并机系统。


背景技术：

2.便携式储能装置是一种在外出露营过程中常用的装置，用于为电磁炉、电烤箱等设备供电，深受国外露营爱好者的喜爱；但是当便携式储能装置的输出功率小于用电设备的额定功率时，就需要将多个便携式储能装置并接起来；输出大功率为用电设备供能。
3.现有的并接技术均是应用在单向逆变电源中，在两台同型号的单向逆变电源间接入一束通信的线及连接两台机器功率变换电子开关的pwm驱动控制模块，当两台电源执行交流并机时，其中一台电源驱动控制模块不发控制信号，两台共用其中一台单向逆变电源的驱动，来实现两台电源输出功率的叠加；但是该方案存在一些缺陷：
4.1、两台电源的电池soc存在有较大差异时不能正常工作；
5.2、两台机器器件性能上天然会存在误差，会导致两台机器的逆变输出上也会存在差异，这样会导致两台机器间存在较大的环流，而影响其并机输出时的功率不平衡及工作可靠性；
6.3、在输出未超出单台最大输出功率的场景下，当其中的一台出现异常另一台也无法正常输出，因此，两台都无法为负载供电；
7.4、不支持具有充放电双向变换功能的机器的交流并机放电。


技术实现要素：

8.针对上述技术中存在的不足之处，本实用新型提供一种双向充放电便携式储能装置的交流并机系统，支持双向充放电功能，同时可以自动识别充电插座端的供电是并机机器供电还是电网接入供电，而且会根据识别结果智能的选择是否开启并机功能或充电功能。
9.为实现上述目的，本实用新型提供一种双向充放电便携式储能装置的交流并机系统，包括至少两台便携式储能装置，每台便携式储能装置均包括控制模块、采样模块、逆变模块、与逆变模块连接的充电端口和放电端口；至少一台便携式储能装置的放电端口用于与外部负载连接；且放电端口与负载连接的便携式储能装置为主机，另一便携式储能装置为从机，从机的放电端口与主机的充电端口连接；
10.主机的采样模块用于采集主机充电端口的电流或/和电压信息；
11.主机的控制模块用于控制主机逆变模块输出与从机相同的电压至主机放电端口；从机放电端口输出电流和主机放电端口电流叠加后从主机放电端口输出至外部负载。
12.具体的方案，逆变模块为具有双向充放电功能的逆变模块；主机和从机均包括电池，电池与逆变模块电连接，逆变模块用于将电池输出的直流电转换为交流电后输出至放电端口；主机的采样模块用于采集主机充电端口和逆变模块输出的电流或/和电压的相位、
频率和幅值信息。
13.其中，具有双向充放电功能的逆变模块用于将电池输入的直流电转换为交流电后输出至放电端口，或是逆变模块用于将充电端口输入的交流电转换为直流电后输出至电池为其充电。
14.具体的方案，主机和从机的充电端口均包括充电零线和充电火线，放电端口均包括放电零线和放电火线；且充电零线与放电零线连接，充电火线与放电火线连接；充电零线与放电零线的连接点与逆变模块的输出端零线连接，充电火线与放电火线连接点与逆变模块的输出端火线连接。
15.具体的方案，充电零线与放电零线或/和充电火线与放电火线之间设有第一通断开关；放电火线或/和放电零线与负载之间设有第二通断开关；主机的采样模块采集主机充电端口电流或/和电压信息时，控制模块控制从机的第二通断开关闭合，主机的第一通断开关断开。
16.具体的方案，主机的采样模块获取主机充电端口电流或/和电压信息时，将获取的电流或/和电压信息与预设的标准电流或/和电压信息对比，判断接入主机充电端口的电流或/和电压来源。
17.具体的方案，主机的控制模块控制主机逆变模块输出与从机相同的电压至主机放电端口时，控制模块先控制从机的第二通断开关闭合，主机的第一通断开关闭合，主机的第二通断开关断开，形成空载并机状态；再控制主机的第二通断开关闭合，形成带载并机。
18.具体的方案，从机或/和主机设有并机启动模块，并机启动模块工作后，控制模块控制从机的第二通断开关闭合，并控制放电端口在固定时间内输出不同于交流电网的电信号。
19.具体的方案，还包括电量采样模块，电流采样模块获取主机和从机的电池电量信息，当主机和从机的电池电量不超过电量采样模块的预定阈值时，主机和从机以相同功率输出，当主机和从机的电池电量超过电量采样模块的预定阈值时，按照电池的电量比，控制主机和从机放电端口的相应比的输出功率值。
20.具体的方案，还包括多台便携式储能装置，多台便携式储能装置串接后，其中一台便携式储能装置的放电端口与从机的充电端口连接；其中多台便携式储能装置串接是：前一便携式储能装置的放电端口与后一便携式储能装置的充电端口连接。
21.为了实现上述目的，本实用新型还提供了一种双向充放电便携式储能装置的交流并机方法，其特征在于，该方法由所述的双向充放电便携式储能装置的交流并机系统执行；包括下述步骤：
22.s1:主机的充电端口与从机的放电端口电导通，使的主机和从机形成环流；主机的采样模块采集主机充电端口电流或/和电压信息；
23.s2:主机的控制模块控制主机电池输出与从机相同的电流和电压至主机放电端口；从机放电端口输出电流和主机放电端口电流叠加后从主机放电端口输出至外部负载。
24.本实用新型的有益效果是：本实用新型提供的双向充放电便携式储能装置的交流并机系统，包括至少两台便携式储能装置，每台便携式储能装置均包括控制模块、采样模块、逆变模块、与逆变模块连接的充电端口和放电端口；至少一台便携式储能装置的放电端口用于与外部负载连接；且放电端口与负载连接的便携式储能装置为主机，另一便携式储
能装置为从机，从机的放电端口与主机的充电端口连接；
25.主机的采样模块用于采集主机充电端口电流或/和电压信息；
26.主机的控制模块用于控制主机电池输出与从机相同的电流和电压至主机放电端口；从机放电端口输出电流和主机放电端口电流叠加后从主机放电端口输出至外部负载；与现有技术相比：
27.1、支持双向充放电功能，同时可以自动识别充电插座端的供电是并机机器供电还是电网接入供电，而且会根据识别结果智能的选择是否开启并机功能或充电功能；
28.2、通过采样模块和控制模块对主机充电端口和和从机放电端口形成的闭环进行检测和控制，对主机和从机进行自检和校验，消除了由于各自器件性能误差导致的交流输出性能差异，从而实现对功率分配的精准控制，并能有效的减小并机间的无功环流，提升并机可靠性。
附图说明
29.图1为现有技术电路图；
30.图2为本实用新型的系统电路图；
31.图3为本实用新型的系统各个模块构造关系图。
32.主要元件符号说明如下：
33.#1、主机；#2、从机；1、电池；2、逆变模块；3、控制模块；4、采样模块； 5、负载。
具体实施方式
34.为了更清楚地表述本实用新型，下面结合附图对本实用新型作进一步地描述。
35.并机方案，主要应用在野营过程中，例如单个便携式储能装置最大功率只有 120w，而用电设备的额定功率为220w，例如微波炉；此时单个便携式储能装置的功率无法驱动微波炉工作，故需要将两个或者多个便携式储能装置并接在一起，使的多个便携式储能装置的功率叠加后为用电设备供能；参阅图1，由于用电设备需要交流电源，因此便携式储能装置输出的电流必须为交流电，交流电在并机时，必须保证电流的相位、频率和幅值均相同，才能使得多个便携式储能装置的输出功率数值叠加，并稳定输出；如背景技术所述，现有技术中是将在两台同型号的单向逆变电源连接后，利用单个pwm驱动控制模块3同时控制两台电源的输出，来实现两台电源输出功率的叠加；但是该方案存在一些缺陷：第一是由于两台机器元件性能上天然会存在误差，会导致两台机器的逆变输出上也会存在差异，这样会导致两台机器间存在较大的环流，而影响其并机输出时的功率不平衡及工作可靠性；第二是该方案不支持具有充放电双向变换功能的机器的交流并机放电。
36.基于此本实用新型提供了一种双向充放电便携式储能装置的交流并机系统，请参阅图2和图3，其包括至少两台便携式储能装置，每台便携式储能装置均包括控制模块3、采样模块4、逆变模块2、与逆变模块2连接的的充电端口和放电端口；至少一台便携式储能装置的放电端口用于与外部负载5连接；且放电端口与负载5连接的便携式储能装置为主机#1，另一便携式储能装置为从机#2，从机#2的放电端口与主机#1的充电端口连接；
37.主机#1的采样模块4用于采集主机#1充电端口电流或/和电压信息；
38.主机#1的控制模块3根据采样模块4采集的主机#1充电端口电流或/和电压信息，
控制主机#1电池1输出与从机#2相同的电流和电压至主机#1放电端口；从机#2放电端口输出电流和主机#1放电端口电流叠加后从主机#1放电端口输出至外部负载5。
39.与现有技术相比，本实用新型支持双向充放电功能，可以自动识别充电插座端的供电是并机机器供电还是电网接入供电，而且会根据识别结果智能的选择是否开启并机功能或充电功能；同时通过采样模块4和控制模块3对主机#1充电端口和和从机#2放电端口形成的闭环进行检测和控制，对主机#1和从机#2进行自检和校验，消除了由于各自器件性能误差导致的交流输出性能差异，从而实现对功率分配的精准控制，并能有效的减小并机间的无功环流，提升并机可靠性。
40.在本实施例中，主机#1和从机#2均电池1，逆变模块2用于将电池1输出的直流电转换为交流电后输出至放电端口，供外部用电设备使用；主机#1的采样模块4用于采集主机#1充电端口和逆变模块2的电流或/和电压的相位、频率和幅值信息；例如采集充电端口电压的相位在t0
‑
t1时间内时正的，t1
‑
t2时间内电流相位为负，频率为50hz，幅值为170v；并根据采集的充电端口电压调整逆变模块2的输出电压；使得逆变模块2的输出电压与从机#2的放点端口放电电压相同。
41.在本实施例中，从机#2或/和主机#1设有并机启动模块，启动模块为可以在接收外部按压启动按键后开始工作；在将主机#1的充电端口和从机#2的放电端口通过标配的充电电源线连接好之前；可以选择按压启动按键进入并接模式，此时主机#1的采样模块4先采集从机#2的输出电流或/和电压信息，再通过控制模块3控制主机#1的电池1输出与从机#2相同的电流和电压至主机#1放电端口；从机#2放电端口输出电流和主机#1放电端口电流叠加后从主机#1放电端口输出至外部负载5。
42.在本实施例中，先采集再由控制模块3控制输出电流，消除了由于各自器件性能误差导致的交流输出性能差异，从而实现对功率分配的精准控制，并能有效的减小并机间的无功环流，提升并机可靠性。
43.在本实施例中，主机#1和从机#2之间使用标配的充电电源线进行并机连接，无需额外定制专用的交流连接及通信连接线束。
44.在本实施例中，启动模块开始工作后，从机#2放电端口先在固定时间内输出不同于交流电网的电信号。
45.在本实施例中，启动按键可以替换为移动端app发送指令至控住模块3控制启动并机。
46.优选的方案，逆变模块2为具有双向充放电功能的逆变模块；当未启动并接模式时，从机#2的放电端口与主机#1的充电端口连接时，从机#2可以通过该双向充放电功能的逆变模块为主机#的电池充电；在进入并接模式后主机#1的双向充放电功能的逆变模块输出与主机#1充电端口相同的电压。
47.优选的方案，主机#1的采样模块4获取主机#1充电端口电流或/和电压信息时，将获取的电流或/和电压信息与预设的标准电流或/和电压信息对比，若对比结果一致，则判定主机#1充电端口与外部电网连接；若对比结果不一致则判定主机#1充电端口与从机#2放电端口连接；因为主机#1的充电端除了与从机#2 连接外，还可能会是与外部电网连接；因此需要对充电口的输入电流和电压进行判断；例如从机#2在启动时放电端至少输出1秒的安规限定的低压安全稳定交流，从而识别充电口为非交流电网接入；当主机#1为外部电网
接入时，则进入充电模式。
48.在本实施例中，从机#2与主机#1内部模块完全相同，当从机#2充电端口与外部电网接入时，从机#2放电端口与主机#1连接时，从机#2进入充电模式。
49.在本实施例中，采样模块4的采集到的数据信息可通过有线传导方式传递给控制模块3，也可采用无线通信的方式传递给控制模块3。
50.在本实施例中，主机#1和从机#2的充电端口均包括充电零线和充电火线，放电端口均包括放电零线和放电火线；且充电零线与放电零线连接，充电火线与放电火线连接；充电零线与放电零线的连接点与逆变模块2的负极输出端连接，充电火线与放电火线连接点与逆变模块2的正极输出端连接。
51.参阅图1，主机#1的充电零线与放电零线之间设有开关sw1
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1,充电火线与放电火线之间设有开关sw1
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2,放电火线与负载5之间设有开关sw1
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3；从机#2 的的充电零线与放电零线之间设有开关sw2
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1,充电火线与放电火线之间设有开关sw2
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2,放电火线与负载5之间设有开关sw2
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3；主机#1的采样模块4直接与主机#1的充电端口连接。
52.在本实施例中，当采样模块4识别出交流充电端口接入为从机#2而非电网的供电后，主机#1的开关sw1
‑
3断开；从机#2的控制模块3控制从机#2的开关 sw2
‑
3关闭。
53.在本实施例中，主机#1的采样模块4采集主机#1充电端口电流或/和电压信息时，从机#2的控制模块3控制从机#2的开关sw2
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3关闭，主机#1的控制模块 3控制主机#1的开关sw1
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1和sw1
‑
2关闭。
54.在本实施例中，主机#1的控制模块3控制主机#1电池1输出与从机#2相同的电流和电压至主机#1放电端口时，控制模块3先控制从机#2的开关sw2
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3关闭，主机#1的开关sw1
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1、sw1
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2关闭，主机#1的开关sw1
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3断开，形成空载并机状态；在空载并机完成后，再控制主机#1的开关sw1
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3关闭，形成带载并机。
55.在本实施例中，本实用新型中的电子控制开关可以使用继电器、接触器、 mosfet、igbt、三极管、可控硅、光电开关或相应的电子元件组成的电路，若使用机械开关与诸如上述电子开关的组合亦属于本专利的保护范围。
56.优选的方案，还包括电量采样模块4，电流采样模块4获取主机#1和从机#2 的电池1电量信息，当主机#1和从机#2的电池1电量不超过电量采样模块4的预定阈值时，主机#1和从机#2以相同功率输出，当主机#1和从机#2的电池1 电量超过电量采样模块4的预定阈值时，按照电池1的电量比，控制主机#1和从机#2放电端口的相应比的输出功率值。
57.例如：当主机#1和从机#2的电池1soc差异不超过5％，用电设备的额定功率为220w，则控制主机#1和从机#2输出功率均为110w；为用电设备供电。
58.又例如：当主机#1和从机#2的电池1soc差异超过5％时，可以继续控制主机#1和从机#2均输出110w功率为用电设备供电，但是由于电池1的电量差异，电量较小的设备先放电完，此时主机#1和从机#2无法继续为用电设备供电。
59.又例如：当主机#1和从机#2的电池1soc差异超过5％，其主机#1和从机#2 的电池1电量比为3:1，则可以控住主机#1输出功率为165w，从机#2的输出功率为55w；主机#1和从机#2可以同时放电完毕；相比与上一主机#1和从机#2均功率放电，该方案的总放电时间更长。
60.相比与现有技术，本实用新型的方案，可以支持两台及两台以上的不同功率等级、
不同电池1soc的携式储能装置并机放电，每台单机的放电输出功率可以为平均功率，也可以根据每台机器的额定功率容量、电池1soc及其在并机系统中的加权比率系数计算出归一化功率来输出相应的功率。
61.优选的方案，还包括多台便携式储能装置，多台便携式储能装置串接后，其中一台便携式储能装置的放电端口与从机#2的充电端口连接；其中多台便携式储能装置串接是：前一便携式储能装置的放电端口与后一便携式储能装置的充电端口连接；多台便携式储能装置的功率依次叠加后为负载5供能；例如5台输出功率为50w的便携式储能装置依次串接后为额定功率为220w的用电设备供能。
62.本实用新型的优势在于：
63.1、支持双向充放电功能，同时可以自动识别充电插座端的供电是并机机器供电还是电网接入供电，而且会根据识别结果智能的选择是否开启并机功能或充电功能。
64.2、通过采样模块和控制模块对主机充电端口和和从机放电端口形成的闭环进行检测和控制，对主机和从机进行自检和校验，消除了由于各自器件性能误差导致的交流输出性能差异，从而实现对功率分配的精准控制，并能有效的减小并机间的无功环流，提升并机可靠性。
65.4、本实用新型的方案支持两台及两台以上的不同功率等级、不同电池soc 的携式储能装置并机放电。
66.5、主机和从机之间使用标配的充电电源线进行并机连接即可，无需额外定制专用的交流连接及通信连接线束。
67.值得一提的是，当本实用新型的方案中的逆变模块为单向逆变模块时，充电端口和放电端口使用两个或以上数量的带电子开关控制相互连接状态的放电端口的设计，亦可使用本实用新型的并机技术实现交流并机功能，因此也属于本实用新型保护的范围。
68.以上公开的仅为本实用新型的几个具体实施例，但是本实用新型并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本实用新型的保护范围。