基于钛酸锂电池的低电压平台的电梯能量回收系统的制作方法 专利技术说明

发电;变电;配电装置的制造技术1.本实用新型涉及电梯能量回收领域。更具体地说，本实用新型涉及一种基于钛酸锂电池的低电压平台的电梯能量回收系统。背景技术：2.目前我国建筑对电梯的用量十分大，由于电梯的使用率较高，其耗电量也很高。所以对电梯的节能技术研究在最近几年成为了非常热门的话题，近年来行业里也在不断研究电梯的节能设备，就目前来说主要有两种方式，一种是将自发电反馈到电网，另一种是将自发电回收存储再二次利用。因反馈电网的方式目前电能表不能将发电电量从耗电电量中扣除，用户得不到任何利益，并且设备成本还很贵，所以得不到用户的认可。而将自发电量回收再二次利用的方式可以减少电梯的耗电量，实际减少用户的用电量从而节约用户电费，所以目前正逐步得到部分用户的认可。3.通常来说电梯能量回收系统的储能单元通常是采用的高电压平台，如现有技术中的《一种基于高电压平台的电梯能量回收系统》，其储能单元就是采用的超级电容或小容量钛酸锂电池串联为500v的高电压平台。而从储能单元的成本来说，采用钛酸锂电池的储能成本只有超级电容方案的一半。但因最近两年电池成本的涨价以及在电池行业各电池厂家的电芯目前都在往大容量方向发展，之前采用2ah电芯200串串联的方案已不现实，无法得到电池行业的支持。因此为了控制储能单元的成本，不得不考虑应用目前钛酸锂最大用量的电芯配置储能单元，以目前能找到的能批量供货的20ah电芯来说，如果还是延用200串方案，那储能单元成本将增加10倍，这是现实项目所不能接受的，而如果采用较少的钛酸锂串联方案，其电压又不能满足要求。技术实现要素：4.本实用新型的一个目的是解决至少上述问题和/或缺陷，并提供至少后面将说明的优点。5.为了实现本实用新型的这些目的和其它优点，提供了一种基于钛酸锂电池的低电压平台的电梯能量回收系统，包括互相配合的钛酸锂低电压平台储能单元、dsp控制系统主板，还包括：与系统控制主板相配合，以对钛酸锂低电压平台储能单元进行充放电切换的隔离双向dc/dc功率模块；6.其中，所述钛酸锂低电压平台储能单元包括至少23只串联的钛酸锂电芯；7.所述隔离双向dc/dc功率模块包括：8.用于将直流母线正极与钛酸锂电池正极隔离，将负极直接接通的隔离变压器，所述隔离变压器的低压侧采用推挽模块输入功率电流，隔离变压器的高压侧采用全桥模块输入电流，以完成升降压的隔离电磁转换。9.优选的是，所述全桥模块中全桥开关电路的控制逻辑被配置为采用硬开关方式、pwm移相方式、谐振软件开关方式中的任意一种。10.优选的是，所述隔离变压器的低压侧可以替换的使用半桥模块、全桥模块中的任意一种；11.所述隔离变压器的高压侧可以替换的使用半桥模块、推挽模块中的任意一种。12.优选的是，所述隔离双向dc/dc功率模块还包括：与隔离变压器高压侧串联的电感l1。13.优选的是，还包括：用于增加电梯能量回收系统稳定性的lc瞬态匹配模块；14.其中，所述lc瞬态匹配模块被配置为包括：15.设置在电梯控制器直流母线、电梯能量回收系统升降压电路之间的第一 lc滤波电路；16.设置在储能单元、电梯能量回收系统升降压电路之间的第二lc滤波电路；17.其中，所述第一lc滤波电路、第二lc滤波电路通过双向瞬态电压抵制器p1进行接地操作；18.所述p1被配置为与设备机壳电性连接。19.优选的是，所述第一lc滤波电路被配置为包括：20.与电梯控制器直流母线的正极端、负极端电性连接的第一继电器j1、第二继电器j2；21.与电梯能量回收系统升降压电路高侧、电梯能量回收系统负极电性连接的第三继电器j3、第四继电器j4；22.设置在j1、j3之间的第一电感t1；23.分别设置在t1的输入、输出侧，并与j2、j4电性连接的第一电容c1、第二电容c2；24.其中，所述电梯控制器直流母线的正极端、负极端，电梯能量回收系统升降压电路高侧、电梯能量回收系统负极分别通过相配合的第一干扰抑制电容进行接地操作。25.优选的是，所述第二lc滤波电路被配置为包括：26.与储能单元的正极端、负极端电性连接的第五继电器j5、第六继电器j6；27.与电梯能量回收系统升降压电路低侧、电梯能量回收系统负极电性连接的第七继电器j7、第八继电器j8；28.设置在j5、j7之间的第二电感t2；29.分别设置在t2的输入、输出侧，并与j6、j8电性连接的第三电容c3、第四电容c4；30.其中，所述电梯控制器直流母线的正极端、负极端，电梯能量回收系统升降压电路高侧、电梯能量回收系统负极分别通过相配合的第二干扰抑制电容进行接地操作；31.所述j4、j8被配置为在电梯能量回收系统负极位置共点接负。32.优选的是，所述c1、c2、c3、c4被配置为采用800v/15uf的高压高频无极电容；33.所述第一干扰抑制电容、第二干扰抑制电容被配置为采用多支2kv/4.7nf 的高压陶瓷电容或薄膜电容并联使用。34.本实用新型至少包括以下有益效果：本实用新型通过钛酸锂低电压平台储能单元进行限定，即采用大容量电芯低串数的配置，可配合目前电池行业行情，利用目前钛酸锂行业用量最大的电芯型，实现电梯能量回收系统的功能，同时因钛酸锂电池的高倍率充电特性，在满足电梯能量回收容量需求的前提下，可以降低系统成本。35.本实用新型采用隔离式双向dc/dc功率模块，相对于高电压平台的非隔离功率转换电路来说，其安全性更高，可以避免直流母线直通情况为电池组充电的现象。36.本实用新型的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本实用新型的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。附图说明37.图1为本实用新型电梯能量回收系统的系统组成框图；38.图2为本实用新型中隔离双向dc/dc模块的原理简图；39.图3为本实用新型中lc瞬态匹配模块的电路结构示意图。具体实施方式40.下面结合附图对本实用新型做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。41.应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不配出一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。42.图1示出了根据本实用新型的一种基于钛酸锂电池的低电压平台的电梯能量回收系统的实现形式，其中包括互相配合的钛酸锂低电压平台储能单元 1、dsp控制系统主板2，还包括：与系统控制主板相配合，以对钛酸锂低电压平台储能单元进行充放电切换的隔离双向dc/dc功率模块3，在实际的应用中，双向dc/dc，不限于隔离双向dc/dc，还包含不同形式的非隔离双向 dc/dc，双向dc/dc，还可以是由两组单向dc/dc反向并联方式构成的方案，在低电压平台系统中，因储能系统的电压很低，与电梯直流母线的电压相差很大，如果双向dcdc采用非隔离方式的话，当双向dcdc损坏后出现直通现象，电梯侧高电压会直接向储能侧低电压进行自由充电，一方面电路瞬态电流过大，其电流大小接近短路电流，另一方面电压严重超过储能器件所能承受的电压后，储能器件会损坏短路甚至爆炸，所以在低电压平台方案中必须采用隔离式双向dcdc；43.其中，所述钛酸锂低电压平台储能单元包括至少23只串联的钛酸锂电芯，在本实用新型实例中采用23只20ah电芯串联，串联的电池组配备电池管理系统，在实现电池主动均衡的同时，实时检测每只电芯的电压，其总容量根据电梯载重量及电机功率计算匹配，低电压平台储能单元也可以根据需要替换成磷酸铁锂电池，进一步地所述钛酸锂电池的容量不限制于20ah，具体根据所配备的电梯功率决定；44.所述隔离双向dc/dc功率模块包括：45.用于将直流母线正极与钛酸锂电池正极隔离，将负极直接接通的隔离变压器30，所述隔离变压器的低压侧采用推挽模块输入功率电流，隔离变压器的高压侧采用全桥模块输入电流，以完成升降压的隔离电磁转换。所述双向 dc/dc的高低压侧开关管组合方式不限于高压侧全桥、低压侧推挽的方式，对高压侧和低压侧同时均包含推挽方式、半桥方式、全桥方式，所述双向dc/dc 的全桥开关电路的控制逻辑不限于硬开关方式，还可以是pwm移相方式和谐振软件开关方式，在实际的应用中，隔离变压器串联的电感l1，还可以替换成电感l1与变压器配合的方式；46.本方案的电梯能量回收系统，在实际的应用中，还包括宽电压范围系统电源(未示出)、液晶显示模块21、can通讯模块22、高精度的电压检测系统(未示出)、电流检测系统(未示出)、电机状态检测系统(未示出)、母线直流接触器23、系统电源升压自锁电路。47.所述宽电压范围系统电源，采用开关电源方式，输入电压范围可达到 120v-600v。48.所述隔离双向dc/dc功率模块，高压侧采用全桥开关方式，低压侧采用推挽开关方式，实现升降压的隔离电磁转换。49.所述液晶显示模块，由液晶显示屏、稳压电源、单片机、通讯电路组成，负责系统的信息显示。50.所述dsp控制系统主板采用以tms320f28035pag为核心的模拟数字混合的综合电路，实现主板各个单元的信号处理和各种控制，可靠性高，运算速度快，dsp控制系统主板在实际的应用中，还包括各种电压检测和电流检测，以及其他信号处理，所述dsp控制系统主板还可以替换成其他型号的dsp和单片机。51.所述can通讯模块采用隔离式can2.0通讯方式，实现主板与显示模块之间的数字通讯，以及主板与钛酸锂组的电池管理系统之间的通讯。52.所述高精度的电压检测系统，采用高精度电阻分压实现对系统母线及超级电容电压的精度检测，送到dsp进行数字信号处理。53.所述电流检测系统，采用大功率采样电流与仪表运放配合实现，即电流检测系统采用低阻值功率电阻直接采样，并利用专用运算放大器进行线性放大。将其送到dsp进行信号处理。54.所述系统电源升压自锁电路，在系统开机后受dsp控制将钛酸锂电池组的低压电压小功率长压到300v直流，再通过二极管单向隔离传输到系统电源的输入电路，目的是为了当外部三相市电停电时，系统能自锁继续以钛酸锂电池组方式供电，保证系统能正常工作。55.将三相交流市电接入电梯控制器24的电梯输入开关25，为电梯控制系统供电；56.将电梯控制器的直流母线与低电压平台储能单元中能量回收主功率电路进行连接和或断开的直流接触器，在实际的应用时，当外部三相电正常供电时，系统开始工作后将直流接触器驱动闭合，使电梯控制器的直流母线与能量回收主功率电路接通，当外部三相电停电时，系统结束对直流接触器的驱动，使电梯控制器的直流母线与能量回收系统的主功率电路断开；57.在实际的工作环境中，本实用新型电梯能量回收系统的工作方式被配置为包括：58.当电梯处于发电状态时，dsp系统控制板检测到电梯正在发电，此时电机反馈到直流母线上的电能通过隔离双向dc/dc功率模块将电能转换为62v 低压直流向钛酸锂电池组恒功率充电，其充电功率根据配套电梯的机率调整。59.当电梯处于耗电状态时，dsp系统控制板检测到电梯正在使用外部三相交流电，系统根据对外部三相交流电的耗电情况以及上一阶段能量回收时的储能情况的判断，自动设置输出功率。之前储存在钛酸锂电池中的能量通过隔离双向dc/dc功率模块将62v的低压直流电隔离升压到500v～600v之间，目标电压通过dsp系统控制板自动设置，并通过直流接触器送到电梯控制器的直流母线，提供给电梯的变频器使用。60.更进一步，本方案对隔离双向dc/dc模块的结构以及工作原理以图进行说明，因实物电路图过于复杂，为了能更好的理解，附图2中将主要功率电路进行了最简化处理，全部以igbt单管方式代表实际电路中的mos管和igbt 模块，从图中可以看出，图中vbus为电梯控制器的直流母线，vb为钛酸锂电池正极，系统负极共用；61.而隔离双向dc/dc模块的核心部分是采用隔离变压器将直流母线正极与钛酸锂电池正极隔离，其负极直接接通，隔离变压器的低压侧采用推挽方式输入功率电流，隔离变压器的高压侧采用全桥方式输入电流。在具体的工作中，低压侧通过q5 31、q6 32的体二极管整流，高压侧还包括电感l1 33，并通过q1 34、q2 35、q3 36、q4 37整流，高低压侧的滤波电容在图2中均没有示出，隔离双向dc/dc模块的工作方式被配置为包括：62.当dsp系统控制主板检测到电梯处于发电状态时，通过通讯接口使隔离双向dc/dc模块工作在降压充电模式，此时图中q5、q6断开封死，利用q5、 q6自身的体二极管进行负极整流，与变压器t1组成全波整流电流，为钛酸锂电池进行充电，q1、q2、q3、q4进入全桥pwm方式工作，将直流母线上的能量不断传输到隔离变压器t1，其充电功率通过内部反馈调整电路实现，简图中没有画出。63.当dsp系统控制主板检测到电梯处于耗电运行状态时，通过通讯接口使隔离双向dc/dc模块工作在升压输出模式，此时图中q1、q2、q3、q4断开封死，利用q1、q2、q3、q4自身的体二极管与隔离变压器t1进行全波整流。整流后的高压脉冲直流通过未画出的滤波电容滤波后送到电梯控制器的直流母线，为电梯变频器提供所需要的功率能量。64.如图3，在进一步的方案中，还包括用于增加电梯能量回收系统稳定性的lc瞬态匹配模块，所述lc瞬态匹配模块被配置为包括：65.设置在电梯控制器直流母线、电梯能量回收系统升降压电路之间的第一 lc滤波电路4；66.设置在储能单元、电梯能量回收系统升降压电路之间的第二lc滤波电路5；67.其中，所述第一lc滤波电路、第二lc滤波电路通过双向瞬态电压抵制器p1进行接地操作；68.所述p1被配置为与设备机壳电性连接。在本方案中，通过lc瞬态匹配模块连接系统的储能单元和电梯控制器的直流母线，可以有效抑制因电梯在不同载重情况下启动和停机时电梯控制器直流母线上的电压波动给电梯能量回收系统造成的瞬态影响，增加了电梯能量回收系统内部模拟电路的工作稳定性，消除了系统内外相互之间的干扰，69.进一步的，第一lc滤波电路被配置为包括：70.与电梯控制器直流母线的正极端、负极端电性连接的第一继电器j1 40、第二继电器j2 41；71.与电梯能量回收系统升降压电路高侧、电梯能量回收系统负极电性连接的第三继电器j3 42、第四继电器j4 43；72.设置在j1、j3之间的第一电感t1 44；73.分别设置在t1的输入、输出侧，并与j2、j4电性连接的第一电容c1 45、第二电容c2 46；74.其中，所述电梯控制器直流母线的正极端、负极端，电梯能量回收系统升降压电路高侧、电梯能量回收系统负极分别通过相配合的第一干扰抑制电容进行接地操作，而这里的第一干扰抑制电容就是图1中示出的c5、c6、c7、 c12，第一干扰抑制电容通过p1和安装螺钉接地，配合t1共同组成了高频脉冲对地的∏型滤波抑制电路，其抑制作用是双向有效，而c1、c2、t1组成直流母线功率型瞬态∏型滤波抑制电路，其抑制作用是双向有效。75.进一步地，所述第二lc滤波电路被配置为包括：76.与储能单元的正极端、负极端电性连接的第五继电器j5 50、第六继电器j6 51；77.与电梯能量回收系统升降压电路低侧、电梯能量回收系统负极电性连接的第七继电器j7 52、第八继电器j8 53；78.设置在j5、j7之间的第二电感t2 54；79.分别设置在t2的输入、输出侧，并与j6、j8电性连接的第三电容c3 55、第四电容c4 56；80.其中，所述电梯控制器直流母线的正极端、负极端，电梯能量回收系统升降压电路高侧、电梯能量回收系统负极分别通过相配合的第二干扰抑制电容进行接地操作，而这里的第二干扰抑制电容就是图1中示出的c8、c9、c10、 c11，第二干扰抑制电容通过p1和安装螺钉接地，配合t2共同组成了高频脉冲对地∏型滤波抑制电路，其抑制作用是双向有效，c3、c4、t2组成储能功率型瞬态∏型滤波抑制电路，其抑制作用是双向有效；81.所述j4、j8被配置为在电梯能量回收系统负极位置共点接负，其作用是改善整个系统的负极线路阻抗匹配，提供负极电源的稳定性。82.在实际的应用中，所述c1、c2、c3、c4被配置为采用800v/15uf的高压高频无极电容；83.所述第一干扰抑制电容、第二干扰抑制电容被配置为采用多只2kv/4.7nf 的高压陶瓷电容，还包含采用高压薄膜电容的方式进行并联使用；84.所述t1、t2被配置为采用pq5050磁芯和骨架，并采用多股漆包线进行绕组得到，当然地，t1、t2也可以替换地被配置为采用环形磁芯绕制或其他形式的磁芯和骨架所绕制的高频电感；其绕制方式可以采用丝包线绕制或单股漆包线绕制。85.以上方案只是一种较佳实例的说明，但并不局限于此。在实施本实用新型时，可以根据使用者需求进行适当的替换和/或修改。86.这里说明的设备数量和处理规模是用来简化本实用新型的说明的。对本实用新型的应用、修改和变化对本领域的技术人员来说是显而易见的。87.尽管本实用新型的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用。它完全可以被适用于各种适合本实用新型的领域。对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改。因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本实用新型并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。









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