專利名稱：電力存儲(chǔ)空調(diào)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種空調(diào)系統(tǒng)，尤其涉及一種電力存儲(chǔ)空調(diào)系統(tǒng)，當(dāng)在夜間電力需求較低時(shí)，這種空調(diào)系統(tǒng)能夠存儲(chǔ)剩余的電力，而在白天當(dāng)電力需求較高時(shí)，能夠使用所存儲(chǔ)的電力。
目前，在夏季白天的用電高峰期，耗電量增加很大，有時(shí)會(huì)造成供電不足。作為克服電力不足的對(duì)策之一，人們正在考慮一種能在白天用太陽能產(chǎn)生電力的太陽能發(fā)電系統(tǒng)，并已取得進(jìn)展。
另外，還考慮一種家庭用的電力存儲(chǔ)系統(tǒng)，該系統(tǒng)用于在夜間將剩余的電力存儲(chǔ)在一個(gè)電池里，并在白天用電高峰時(shí)間，從電池中取回被存儲(chǔ)的電力。
盡管在白天用電高峰期由于供電不足不能滿足電力需要，但在夜間由于大多數(shù)耗電廠家不工作，所以電力供應(yīng)有剩余。白天用電高峰期供電不足的主要原因是由于家庭使用空調(diào)機(jī)太多。作為這一問題的對(duì)策，如在日本特開平6-137650號(hào)公報(bào)中描述的，已經(jīng)提出了一種存儲(chǔ)電力的空調(diào)機(jī)。該現(xiàn)有技術(shù)空調(diào)機(jī)的結(jié)構(gòu)用于通過電池用的控制電路從交流側(cè)給空調(diào)機(jī)的電池充電，并將來自電池的直流電提供給空調(diào)機(jī)的逆變器。
對(duì)于驅(qū)動(dòng)空調(diào)機(jī)的太陽能發(fā)電系統(tǒng)，必須將電池中產(chǎn)生或存儲(chǔ)的直流電壓一度轉(zhuǎn)換成交流電壓，然后再在空調(diào)機(jī)內(nèi)將其轉(zhuǎn)換成直流電，驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)。因此，系統(tǒng)效率明顯降低是不可避免的。
對(duì)于家庭用的電力存儲(chǔ)系統(tǒng)，用上述相同的方法，必須將存儲(chǔ)在電池中的直流電壓一度轉(zhuǎn)換成交流電壓，然后再在空調(diào)機(jī)內(nèi)將其轉(zhuǎn)換成直流電，驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)。因此，與上述情況類似，系統(tǒng)效率降低是不可避免的。
另外，對(duì)于如日本特開平6-137650號(hào)公報(bào)中所揭示的電力存儲(chǔ)空調(diào)機(jī)，需要一個(gè)用于控制電池充電的充電控制電路。該充電控制電路除了需要一個(gè)整流平滑電路之外，還需要提供一個(gè)有源濾波電路，用于消除其交流輸入中所包含的諧波電流，這是需要注意解決的問題。因此，作為提供這些電路的結(jié)果，該系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)變得復(fù)雜、大型并且高價(jià)。
本發(fā)明的主要目的是解決上述與現(xiàn)有技術(shù)相關(guān)的問題，并提供一種具有高效、小型和低成本特點(diǎn)的新型的電力存儲(chǔ)空調(diào)系統(tǒng)。
為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，設(shè)想將一電力存儲(chǔ)裝置安裝在空調(diào)機(jī)本身的內(nèi)裝式，并且將其與空調(diào)機(jī)內(nèi)的直流部分連接。由此，空調(diào)機(jī)本身的整流和平滑電路、有源濾波電路以及電壓控制電路也可共同用于本發(fā)明的目的，從而提供一種電力存儲(chǔ)空調(diào)機(jī)，實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)簡單、體積小和成本低的特點(diǎn)。另外，由于電池電壓被直接用來運(yùn)行空調(diào)機(jī)，所以，除解決了與現(xiàn)有技術(shù)相關(guān)的問題之外，其效率也有明顯的提高。
但是，簡單依照上述系統(tǒng)配置會(huì)產(chǎn)生這樣的問題，即對(duì)空調(diào)機(jī)的運(yùn)行被限制在電池充電期間。為了解決該問題，設(shè)想對(duì)電池充電進(jìn)行控制，以便僅當(dāng)空調(diào)機(jī)上的負(fù)載率較輕或空調(diào)機(jī)穩(wěn)定工作期間，才對(duì)電池充電。也就是說，避免在空調(diào)機(jī)啟動(dòng)期間對(duì)電池充電，空調(diào)機(jī)啟動(dòng)時(shí)由于其目標(biāo)溫度與實(shí)際室溫之間存在較大的溫差，需要滿功率工作，而是在空調(diào)機(jī)穩(wěn)定工作期間允許對(duì)電池充電，這時(shí)空調(diào)機(jī)上的負(fù)載率較小并且目標(biāo)溫度與實(shí)際室溫之間的溫差較小?？照{(diào)機(jī)上的負(fù)載率可以由電動(dòng)機(jī)電流、逆變器電流、其輸入電流或類似物理量來確定。
參照附圖，將更清楚地理解本發(fā)明的特征，其中；

圖1是一方框示意圖，示出了本發(fā)明一實(shí)施例的電力存儲(chǔ)系統(tǒng)；圖2是一方框示意圖，示出了本發(fā)明一實(shí)施例的蓄電池系統(tǒng)；圖3是本發(fā)明一實(shí)施例的蓄電池系統(tǒng)的電路圖；圖4是一方框示意圖，示出了本發(fā)明的另一實(shí)施例；圖5是本發(fā)明另一實(shí)施例的操作流程圖；圖6是本發(fā)明另一實(shí)施例中保護(hù)部件的操作流程圖；圖7是本發(fā)明實(shí)施例中的充電流程圖；圖8是本發(fā)明另一實(shí)施例中的放電流程圖；圖9是本發(fā)明又一實(shí)施例的電力存儲(chǔ)系統(tǒng)；圖10是一方框示意圖，示出了本發(fā)明再一實(shí)施例的電力存儲(chǔ)系統(tǒng)；圖11是一方框示意圖，示出了本發(fā)明又一實(shí)施例的電力存儲(chǔ)系統(tǒng)；圖12是一方框圖，示出了本發(fā)明另一實(shí)施例電力存儲(chǔ)系統(tǒng)的布置；圖13是一方框圖，示出了實(shí)施本發(fā)明的電力存儲(chǔ)系統(tǒng)的連接；圖14是一方框圖，示出了本發(fā)明又一實(shí)施例電力存儲(chǔ)系統(tǒng)的布置；圖15是一連接圖，使電池系統(tǒng)和實(shí)施本發(fā)明的電力存儲(chǔ)系統(tǒng)相互連接。
參照?qǐng)D1，圖中示出了依照本發(fā)明一實(shí)施例的電力存儲(chǔ)系統(tǒng)。符號(hào)AC表示交流市電電源，而SW1表示一開關(guān)。符號(hào)BD表示一整流二極管電橋，它對(duì)市電交流電源AC整流。符號(hào)L1是一線圈，Q1是一開關(guān)元件，而D1是一二極管，并且它們與控制電路RKC結(jié)合構(gòu)成一個(gè)功率因數(shù)改進(jìn)電路(以便克服市電電源中的諧波)。功率因數(shù)改進(jìn)電路控制開關(guān)元件Q1的接通和斷開，從而當(dāng)其接通時(shí)，它允許將二極管電橋BD通過線圈L1施加到Q1上的整流電壓經(jīng)開關(guān)元件短路，而當(dāng)其斷開時(shí)，它允許將存儲(chǔ)在線圈L1中的能量由此放電，從而將來自市電電源AC的交流電形成正弦波形。C1表示一平滑電容器，由其兩端可以獲得直流電壓。下文中，把圖1的左側(cè)部分稱為換流器裝置，該部分包括如上所述的用于對(duì)交流市電電源AC整流的整流部分，以及用于獲得直流電壓的電容器。MOC表示電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置，它驅(qū)動(dòng)一電機(jī)，而電機(jī)則帶動(dòng)空調(diào)機(jī)的壓縮機(jī)CMP。上述這些裝置構(gòu)成了空調(diào)機(jī)系統(tǒng)的配置，其中經(jīng)二極管電橋BD整流后的市電電源通過功率因數(shù)改進(jìn)電路存儲(chǔ)在電容器C1中。
正常情況下，空調(diào)機(jī)被設(shè)計(jì)成在其15至20分鐘的啟動(dòng)時(shí)間內(nèi)具有峰值耗電量，在此期間目標(biāo)溫度與室溫之間的溫差最大，并且隨后當(dāng)距離目標(biāo)溫度的溫差變小時(shí)，空調(diào)機(jī)工作的耗電量較小，并且降低了空調(diào)機(jī)的電動(dòng)機(jī)速度。盡管根據(jù)我們的估計(jì)，耗電量依賴于各空調(diào)機(jī)，但是當(dāng)目標(biāo)溫度與實(shí)際室溫之間的溫差保持在3至5℃之內(nèi)時(shí)，便可大大減小空調(diào)機(jī)的負(fù)載率。因此，在夜間用剩余電力對(duì)電池系統(tǒng)進(jìn)行充電的情況下，由于每次空調(diào)機(jī)在其啟動(dòng)后都要以最大載流量工作15至20分鐘，所以最好在啟動(dòng)期減少充電電流，或者中斷充電直至用于啟動(dòng)空調(diào)機(jī)電動(dòng)機(jī)的逆變器電流變小，這時(shí)允許增加其充電電流或重新開始充電。也就是說，根據(jù)空調(diào)機(jī)換流器的載流量與其負(fù)載率電流的差控制用于對(duì)電池充電的充電電流。盡管它根據(jù)每個(gè)空調(diào)機(jī)變化，但按我們的估計(jì)，當(dāng)空調(diào)機(jī)換流器的載流量與負(fù)載率電路的比值為21或更大時(shí)，可以開始對(duì)電池充電。在該情況下，可以保證對(duì)電池進(jìn)行可靠而又安全的充電，并且不超過空調(diào)機(jī)換流器的容量。
現(xiàn)在，將描述本發(fā)明的可充電蓄電池系統(tǒng)。本發(fā)明的蓄電池系統(tǒng)包括具有多個(gè)鋰離子蓄電池的一組電池BA；與BA串聯(lián)連接的充電半導(dǎo)體元件Q2；二極管D2；放電半導(dǎo)體元件Q3；二極管D3；充電控制電路CHC；和放電控制電路DCC，其中，在電池充電期間，充電控制電路CHC使充電半導(dǎo)體元件Q2接通和斷開，以便控制其適于充電的充電電流和電壓，而在電池放電期間，放電控制電路DCC使放電半導(dǎo)體元件Q3接通和斷開，以便控制其適于放電的放電電流和電壓。作為舉例，當(dāng)把MOSFET用作充電半導(dǎo)體元件Q2和放電半導(dǎo)體元件Q3時(shí)，二極管D2和D3可作為內(nèi)裝式寄生二極管予以配置。電池組BA兩端的電壓大約等于通過對(duì)市電電源AC整流和平滑所獲得的直流電壓，但是最好將其設(shè)置成小于上述直流電壓。
在上述布置中，當(dāng)市電電壓AC側(cè)的開關(guān)SW1接通時(shí)，電容器C1兩端的電壓為通過對(duì)市電電源AC整流和平滑所獲得的直流電壓。當(dāng)充電控制電路CHC內(nèi)裝式提供的內(nèi)裝式定時(shí)器確定時(shí)間是夜間，并且確定電池組BA處于放電狀態(tài)且其電壓低于可充電電壓VCU，還確定與換流器裝置的電流量相比流過電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置MOC的電流較小時(shí)，充電控制電路CHC通過使充電半導(dǎo)體元件Q2接通和斷開開始控制電池充電，致使其充電電流變成充電參考電流ICS或更低，并且其充電電壓變成可充電電壓VCU。當(dāng)電池組BA的電壓高于可充電電壓VCU時(shí)，停止對(duì)電池充電。另外，當(dāng)用充電控制電路內(nèi)的內(nèi)裝式定時(shí)器確定時(shí)間是白天時(shí)，不對(duì)電池充電，只允許空調(diào)機(jī)工作。
當(dāng)市電電壓AC側(cè)的開關(guān)SW1斷開時(shí)，由于市電電源AC不提供電壓，所以電容器C1兩端的電壓下降。在該狀態(tài)下，放電控制電路DCC開始進(jìn)行控制，它通過使放電半導(dǎo)體元件Q3接通和斷開允許電池通過二極管D2放電，從而控制其放電電流和電壓使之合適。當(dāng)電池組BA兩端的電壓下降至可放電電壓VDL以下時(shí)，停止放電操作。另外，控制放電電流，不使其超過放電電流的最大允許值IDM。依照本發(fā)明，如上所述，由于電池的直流電直接加到空調(diào)機(jī)上，所以可以以最低的損耗和成本獲得較高的工作效率。另外，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，小型并且價(jià)低。此外，可以提供一種能夠展平峰值功率需求的新型空調(diào)機(jī)系統(tǒng)。再有，本發(fā)明電力存儲(chǔ)空調(diào)機(jī)系統(tǒng)的空調(diào)機(jī)裝置是常規(guī)類型的，并且容易對(duì)具有該電池系統(tǒng)的常規(guī)空調(diào)機(jī)進(jìn)行改進(jìn)。作為舉例，夏季電力需求的高峰時(shí)間在中午至15點(diǎn)之間，并且在夜間數(shù)小時(shí)中，有富裕的電力。因此，用夜間數(shù)小時(shí)中的剩余電力對(duì)電池充電并在中午至15點(diǎn)的高峰時(shí)間使用存儲(chǔ)的電力是有益且有效的。
參照?qǐng)D2，圖中示出了依照本發(fā)明一實(shí)施例的蓄電池系統(tǒng)的方框圖。在該例中，電池組BA包括6個(gè)鋰離子電池。鋰離子電池單位體積中可以存儲(chǔ)高密度的能量，并因此適于組裝小型系統(tǒng)，但是它具有這樣的缺點(diǎn)，其抗過電壓、過度充電和過度放電的能力較差，并且因此容易造成過熱或燃燒。因此，必須提供一種監(jiān)測系統(tǒng)，對(duì)每個(gè)電池的電壓進(jìn)行監(jiān)測。在圖2中，省略了空調(diào)機(jī)裝置，而二極管D1、電容器C1和電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置MOC與圖1中的相同。充電半導(dǎo)體元件Q2和放電半導(dǎo)體元件Q3也與圖1中的相同。電池BA1至BA6相互串聯(lián)，并且其各自的電壓通過其各自與電壓檢測電路VDC的相互連接輸入。電壓檢測電路VDC檢測每個(gè)電池的電壓，并且如果電池電壓高于允許的最大電壓MXV或小于允許的最小電壓MIV，那么電壓檢測電路控制充電電壓控制電路DCC2或放電電壓控制電路VCC3，以便中止輸出，防止電池過度充電或過度放電。電壓檢測電路VDC在正常情況下處于接通狀態(tài)，因此充電驅(qū)動(dòng)電路DVC2和放電驅(qū)動(dòng)電路DVC3處于準(zhǔn)備工作的狀態(tài)。充電電壓控制電路DCC2對(duì)充電驅(qū)動(dòng)電路DVC2進(jìn)行控制，以使電池電壓保持不變。電流控制電路CDC對(duì)充電電壓控制電路DCC2和放電電壓控制電路VCC3進(jìn)行控制，以使充電電流不會(huì)超過所規(guī)定的充電參考電流ICS。因此，應(yīng)該注意，電流控制優(yōu)先于電壓控制。如果確認(rèn)時(shí)間是夜間，并且電池組BA處于放電狀態(tài)且其電壓低于可充電電壓VUC，以及與換流器的電流容量相比電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置MOC的電流較小，那么充電控制電路DCC2向充電驅(qū)動(dòng)電流DVC2發(fā)出一個(gè)命令信號(hào)，以便開始充電，并且電流控制電路CDC對(duì)充電電壓控制電路DCC2進(jìn)行控制，以便使其充電電流不會(huì)超過充電參考電流ICS。因此，當(dāng)電池電壓低于可充電電壓VCU時(shí)，用充電參考電流ICS對(duì)電池充電，而當(dāng)電池電壓達(dá)到可充電電壓VCU時(shí)，以一恒定電壓對(duì)電池充電。接下來，在白天，當(dāng)市電電源開關(guān)SW1因電力系統(tǒng)的過量需求而切斷時(shí)，并且當(dāng)電容器C1的電壓下降至放電控制電路DCC之參考電壓SVD3以下時(shí)，激勵(lì)放電控制電路DCC對(duì)放電驅(qū)動(dòng)電路DVC3進(jìn)行操縱，放電驅(qū)動(dòng)電路DVC通過接通和切斷放電半導(dǎo)體元件Q3并控制電池的放電電流和電壓，開始使電池放電。對(duì)放電電壓控制電路VCC3進(jìn)行控制，以便其放電電流不會(huì)超過允許的最大放電電流IDM。
圖3示出了實(shí)施本發(fā)明的蓄電池系統(tǒng)的電路示意圖。作為舉例，電池組BA包含6個(gè)鋰離子電池。構(gòu)成空調(diào)機(jī)的二極管D1、電容器C1和電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置MOC與圖1中的相同。充電半導(dǎo)體元件Q2和放電半導(dǎo)體元件Q3也與圖1中的相同。從BA1至BA6各個(gè)電池串聯(lián)連接。BA1至BA6的每個(gè)電池分別與電壓比較器COP1至COP12中的一個(gè)相互連接，并將其電壓輸入比較器。每個(gè)電壓比較器COP1至COP12還有另一個(gè)輸入端，該輸入端接至來自SV11至SV22中某一個(gè)的參考電壓。將電壓比較器COP1-COP6和參考電壓SV11-SV16這兩組元件如此布置，以便將每個(gè)電池充電時(shí)的電壓與允許的最大電壓MXV比較，從而當(dāng)每個(gè)電池的電壓超過允許的最大電壓MXV時(shí)，能夠保證檢測到。電壓比較器COP1-COP6的輸出被輸入邏輯加法器電路AND1。電壓比較器COP13和COP14的輸出也輸入邏輯加法器電路AND1，以便控制電壓比較器COP14的輸出，電壓比較器COP14的輸出可用來控制充電電壓。也就是說，當(dāng)充電期間任何一個(gè)電池的電壓超過允許的最大電壓MXV時(shí)，通過切斷放電半導(dǎo)體元件Q2的輸入，斷開用于控制充電電壓的輸出，斷開充電電路，保護(hù)電池免于過度充電，這使操作的安全性有所提高。
另外，將電壓比較器COP7-COP12和參考電壓SV17-SV2這兩組元件如此布置，以便將每個(gè)電池放電時(shí)的電壓與允許的最小電壓MIV比較，檢測任何電池的電壓何時(shí)下降至允許的最小電壓MIV。每個(gè)電壓比較器COP7-COP12的輸出被輸入邏輯加法器AND2。邏輯加法器AND2還接收電壓比較器COP15和逆變器INV1的輸出，從而控制電壓比較器15的輸出，其中電壓比較器COP15的輸出用于控制放電電壓。也就是說，當(dāng)放電期間任何一個(gè)電池的電壓降至允許的最小電壓MIV以下時(shí)，斷開用于控制充電電壓的輸出，切斷放電半導(dǎo)體元件Q3的輸入，從而中斷放電電路，保護(hù)電池免于過度放電，這使操作安全性得到改善。
以下將描述充電電壓控制和充電電流控制。將電池組BA的端電壓作為正輸入端，輸入運(yùn)算放大器OP2，并將允許充電的可充電電壓VCU作為放大器的負(fù)輸入端輸入，在此將兩個(gè)輸入電壓比較并將它們的差作為誤差電壓輸出。將OP2的輸出輸入電壓比較器COP14的負(fù)輸入端，并且將高頻鋸齒波RSV1輸入電壓比較器COP14的正輸入端。當(dāng)充電電壓高于可充電電壓VCU時(shí)，運(yùn)算放大器OP2的輸出電壓變高，然后在電壓比較器14將該輸出電壓與鋸齒波RSV1比較，由此作為比較結(jié)果的電壓比較器14的輸出變成了導(dǎo)通周期縮短的方波，如此控制便縮短了充電半導(dǎo)體元件Q2的導(dǎo)通周期，從而充電電壓將不會(huì)增長過度。在運(yùn)算放大器OP2的正輸入端還通過電阻器R12將來自電流檢測電路CDC的輸出輸入運(yùn)算放大器OP2。OP2之輸入電阻器R12的數(shù)值被設(shè)置成小于用于電壓控制的電阻器R11的數(shù)值，從而使電流控制的放大系數(shù)較高。通過提供如上所述的設(shè)置，電流控制占據(jù)優(yōu)勢，使電流控制優(yōu)先。當(dāng)充電電流的數(shù)值高于電流檢測電路CDC中預(yù)先設(shè)置的參考充電值時(shí)，OP2的輸出增大，并且作為比較結(jié)果，電壓比較器COP14產(chǎn)生導(dǎo)通周期縮短的方波，由此縮短了充電半導(dǎo)體元件Q2的導(dǎo)通周期，從而防止充電電流增長。
現(xiàn)在，將描述放電電壓控制和放電電流控制。當(dāng)跨接電容器C1的端電壓下降時(shí)，啟動(dòng)放電模式，以便從電池組放電。將電容器C1的端電壓輸入運(yùn)算放大器OP3的正輸入端，而輸入OP3負(fù)輸入端的是參考電壓SV3，并且在運(yùn)算放大器中比較兩個(gè)輸入電壓，并將其間的差作為誤差電壓從中輸出。將運(yùn)算放大器OP3的輸出輸入電壓比較器COP15的負(fù)輸入端，而輸入COP15正輸入端的是高頻鋸齒波RSV2。當(dāng)放電電壓高于參考電壓SV3時(shí)，運(yùn)算放大器OP3的輸出電壓變高，在OP3中將該輸出電壓與鋸齒波RSV2比較，由此作為比較結(jié)果，來自O(shè)P3的輸出變成了導(dǎo)通周期波形縮短的方波，由于放電半導(dǎo)體元件Q3的導(dǎo)通周期縮短了，所以控制了電容器C1的端電壓，不使其增長。
圖4示出了本發(fā)明另一實(shí)施例的方框示意圖。圖4中省略了空調(diào)機(jī)本體。構(gòu)成空調(diào)機(jī)控制裝置的二極管D1、電容器C1和電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器MOC與圖1中的相同。本發(fā)明的這一另一實(shí)施例是用微型計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制的例子。符號(hào)1CM表示單片微機(jī)，它包括復(fù)接器MP、A/D轉(zhuǎn)換器(模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器)和微機(jī)MC，它們通過總線BU1-BU3相互連接。各電池BA1-BA6串聯(lián)連接，并且各電池之間的互連節(jié)點(diǎn)接至復(fù)接器MP的輸入端?？缃与娙萜鰿1的端電壓也被輸入復(fù)接器MP。微機(jī)MC的輸出分別接至充電半導(dǎo)體元件Q2和放電半導(dǎo)體元件Q3的柵極。以下將用圖5的流程圖描述具有上述結(jié)構(gòu)的本發(fā)明此實(shí)施例的工作情況。當(dāng)啟動(dòng)時(shí)，其步驟進(jìn)入執(zhí)行有關(guān)保護(hù)處理的保護(hù)程序。然后，判定是否存在充電指令。如果不存在，則進(jìn)一步判定是否存在放電指令。如果兩者都不存在，則步驟返回起始處重復(fù)同樣的流程。如果存在充電指令，則步驟進(jìn)入執(zhí)行充電過程的工作程序2，然后步驟返回起始處。另外，當(dāng)存在放電指令時(shí)，步驟進(jìn)入執(zhí)行放電過程的工作程序3，然后步驟返回起始處。
以下將參照?qǐng)D6流程更詳細(xì)地描述保護(hù)程序。首先，在A/D轉(zhuǎn)換器A/D中測量用切換復(fù)接器MP可以獲得的每個(gè)電池的電壓。判定每個(gè)測得的電壓是否處于允許的最大值和允許的最小值之間，如果測得的電壓位于其間，那么判斷不存在任何不正常，從而步驟離開該程序。如果任何電壓并不落在允許的最大值和最小值之間，那么暗示存在不正常，停止充電或放電操作。
現(xiàn)在，將具體參照?qǐng)D7和圖8的流程圖，更詳細(xì)地描述工作程序2和3。在圖7的工作程序2中，根據(jù)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器MOC中檢測到的負(fù)載率電流iL和規(guī)定的轉(zhuǎn)換器的載流量，設(shè)置充電參考電流ICS。用A/D轉(zhuǎn)換器A/D測量可用復(fù)接器選擇切換的電池組BA中每個(gè)電池的電壓，并判斷所測得的電壓是否低于允許充電的可充電電壓VCU。如果為低，則判斷充電電流是否高于充電參考電流ICS。如果充電電流較高，則根據(jù)充電電流與充電參考電流ICS之間的差計(jì)算其輸出的通-斷負(fù)載率，從而降低負(fù)載率，將所降低的負(fù)載率輸出到充電半導(dǎo)體元件Q2的柵極。結(jié)果，使充電電流降低，并到達(dá)充電參考電流ICS的目標(biāo)值。當(dāng)判定充電電流不大于充電參考電流ICS，那么判斷充電電流是否低于充電參考電流ICS。如果不低，則允許其照常。如果為低，則增加其負(fù)載率，并將增加的負(fù)載率輸出到充電半導(dǎo)體元件Q2的柵極。另外，當(dāng)檢測到的電壓不低于可充電電壓VCU時(shí)，判斷電壓是否實(shí)質(zhì)上高于可充電電壓VCU。如果實(shí)質(zhì)上不高于可充電電壓，則允許電壓照常。如果該電壓較高，則根據(jù)該電壓與可充電電壓VCU之間的差計(jì)算輸出的通-斷負(fù)載率，從而降低負(fù)載率，并將降低后的負(fù)載率輸出到充電半導(dǎo)體元件Q2的柵極。結(jié)果，降低了充電電壓，以達(dá)到可充電電壓VCU目標(biāo)值。
在工作程序3中，測量電池的放電電流，并且判斷該放電電流是否低于允許的放電電流IDM。如果不低于允許的放電電流，則使其負(fù)載率作明顯降低，并將明顯降低的負(fù)載率輸出到放電半導(dǎo)體元件Q3的柵極，致使放電電流等于或小于可允許的放電電流IDM。另一方面，如果它小于IDM，則通過切換復(fù)接器MP用A/D轉(zhuǎn)換器A/D測量電容器C1的端電壓，然后判斷該測得的電壓是否高于參考電壓SV3。如果為高，則根據(jù)測得的電壓與參考電壓SV3之間的差計(jì)算用于輸出的通-斷負(fù)載率，并予以降低，再將其降低后的負(fù)載率輸出到放電半導(dǎo)體元件Q3的柵極。結(jié)果，降低了電容器C1的端電壓，達(dá)到了參考電壓SV3的目標(biāo)值。如果測得的電壓不高于SV3，那么判斷電壓是否低于參考電壓SV3。如果不低于參考電壓SV3，則允許電壓照常通過。如果判定所測得的電壓低于參考電壓SV3，那么根據(jù)所測得的電壓與放電參考電壓SV3之間的差計(jì)算其用于輸出的通-斷負(fù)載率，并使其增加，再將增加后的負(fù)載率輸出到放電半導(dǎo)體元件Q3的柵極。結(jié)果，增大了電容器C1的端電壓，達(dá)到了參考電壓SV3目標(biāo)值。
參照?qǐng)D9，將描述依照本發(fā)明又一實(shí)施例的電力存儲(chǔ)系統(tǒng)。與圖1相同的標(biāo)號(hào)表示實(shí)現(xiàn)同一功能的相同部件。在圖9中，電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置MOC驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)M，電動(dòng)機(jī)M是一無刷電動(dòng)機(jī)。本發(fā)明該實(shí)施例的布置特點(diǎn)與圖1中的不同，不同之處在于，在其蓄電池系統(tǒng)中配備了內(nèi)裝式升壓斬波器。因此，如此布置系統(tǒng)，使其充電控制電路CHC、充電半導(dǎo)體元件Q2和二極管D2位于空調(diào)機(jī)一側(cè)，并按相反極性互連電池BA，還通過放電控制電路DCC、放電半導(dǎo)體元件Q3和二極管D3將線圈L2接至電池BA。依照本發(fā)明再一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)，可以構(gòu)建這樣一個(gè)系統(tǒng)，即使經(jīng)整流和平滑市電電源AC而獲得的跨接電容器C1兩端的端電壓與電池組BA兩端電壓之間存在電壓差，該系統(tǒng)也能協(xié)調(diào)工作。特別是，當(dāng)串聯(lián)電池的數(shù)量增加時(shí)，很難控制鋰離子電池，所以構(gòu)建一個(gè)具有上述結(jié)構(gòu)并且串聯(lián)鋰電池?cái)?shù)量較少的簡單系統(tǒng)是有利的。在電池充電時(shí)，充電半導(dǎo)體元件Q2被接通，允許來自市電電源AC的電流流過并到達(dá)儲(chǔ)能線圈L2。然后，當(dāng)斷開充電半導(dǎo)體元件Q2時(shí)，使存儲(chǔ)在線圈L2內(nèi)的電能流過二極管D3，從而對(duì)電池充電。該情況下的充電電壓用充電半導(dǎo)體元件Q2的通-斷負(fù)載率來確定，具體地說，當(dāng)其負(fù)載率小于50％時(shí)，使其電壓降低，而當(dāng)其負(fù)載率大于50％時(shí)，使其電壓升高。因此，當(dāng)電池電壓被設(shè)定為低電壓時(shí)，在負(fù)載率小于50％的情況下使用它。另外，在放電時(shí)，放電半導(dǎo)體元件Q3被接通，使電流從電池組BA流至存儲(chǔ)電能的線圈L2。然后，放電半導(dǎo)體元件Q3斷開時(shí)，使存儲(chǔ)在線圈L2中的電能流過二極管D2，使電容器C1充電。因?yàn)榇藭r(shí)的充電電壓是通過放電半導(dǎo)體元件Q3的通-斷負(fù)載率來確定的，所以當(dāng)電池電壓被設(shè)定為低時(shí)，在負(fù)載率為50％或更高的情況下使用它。
圖10是本發(fā)明再一實(shí)施例的電力存儲(chǔ)系統(tǒng)。與圖1相同的標(biāo)號(hào)表示實(shí)現(xiàn)同一功能的相同部件。在圖10中，電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置MOC用來驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)M，其中電動(dòng)機(jī)M是一無刷電動(dòng)機(jī)。該實(shí)施例的特點(diǎn)與圖1中的不同，不同之處在于，在其蓄電池系統(tǒng)中配備了內(nèi)裝式升壓斬波器。在本發(fā)明該實(shí)施例所描述的一個(gè)例子中，所用電池組BA的電壓低于經(jīng)整流和平滑市電電源AC而獲得的電容器C1的端電壓。充電模式期間的控制與圖1中的相同，但由于電池電壓被設(shè)定在一較低的電壓，所以必須在放電期間對(duì)其進(jìn)行控制，以便通過線圈L2和升壓半導(dǎo)體元件Q4使電池電壓升高到充電電壓。具體地說，當(dāng)升壓半導(dǎo)體元件Q4接通時(shí)，電池組BA短路，并且電流通過線圈L2，從而將電能存儲(chǔ)在線圈L2中。然后，當(dāng)升壓半導(dǎo)體元件Q4斷開時(shí)，用一聯(lián)合電壓對(duì)電容器C1充電，該聯(lián)合電壓是通過合并存儲(chǔ)在線圈L2中的電能和電池組BA的電壓而產(chǎn)生的。因此，電容器C1的電壓超過了電池組BA的電壓，并且其升壓幅度由升壓半導(dǎo)體元件Q4的規(guī)定通-斷負(fù)載率來確定。
以下參照?qǐng)D11，描述實(shí)施本發(fā)明的又一電力存儲(chǔ)系統(tǒng)。與圖1相同的標(biāo)號(hào)表示實(shí)現(xiàn)同一功能的相同部件。在圖11中，電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置MOC驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)M，電動(dòng)機(jī)M是一無刷電動(dòng)機(jī)。與圖1實(shí)施例的主要不同在于，在其蓄電池系統(tǒng)中配備了內(nèi)裝式變壓器TR。本發(fā)明此實(shí)施例的優(yōu)點(diǎn)在于，即使電池組BA的電壓與通過整流和平滑市電電源AC獲得的電容器C1的電壓之間存在明顯差別，也能構(gòu)成一個(gè)電力存儲(chǔ)系統(tǒng)。在電池充電時(shí)，接通和斷開充電半導(dǎo)體元件Q2，以便允許來自市電電源AC的電流流過變壓器TR的初級(jí)繞組，從而感應(yīng)出變換器TR次級(jí)繞組兩端的電壓，感應(yīng)電壓由初級(jí)和次級(jí)線圈之間的匝數(shù)比確定，而它感應(yīng)產(chǎn)生的次級(jí)電壓通過二極管D3施加至電池組充電。在該情況下，由于將直流斬波電壓施加至變壓器TR，所以為了防止變壓器飽和，應(yīng)采用小于50％的負(fù)載率。另外，在放電時(shí)，接通和斷開放電半導(dǎo)體元件Q3，以便允許來自電池的電流流過變壓器TR的次級(jí)繞組，從而感應(yīng)出TR初級(jí)繞組兩端的電壓，其中感應(yīng)電壓由初級(jí)線圈和次級(jí)線圈之間的匝數(shù)比來確定，并且用通過二極管D2施加的感應(yīng)電壓對(duì)電容器C1充電。
參照?qǐng)D12，圖中示出了實(shí)施本發(fā)明的電力存儲(chǔ)系統(tǒng)的布置。標(biāo)號(hào)H表示房子。在該例布置中，系統(tǒng)包括一空調(diào)機(jī)的室內(nèi)裝置IF和其室外裝置OF，以及與室外裝置OF聯(lián)合安裝的蓄電池系統(tǒng)BSY。該布置的優(yōu)點(diǎn)在于，可以獲得盡可能多的室內(nèi)空間，并且將蓄電池系統(tǒng)BSY干凈地封裝在室外裝置OF中，從而提供合理的外觀。
圖13示出了一種連接布置，用于互連實(shí)施本發(fā)明的電力存儲(chǔ)系統(tǒng)。具體地說，它示出了一例將蓄電池系統(tǒng)BSY安裝到圖12室外裝置OF中的連接。蓄電池系統(tǒng)BSY和室外裝置OF通過一次接觸相互電氣連接，它采用安置在室外裝置OF上的插孔和安置在蓄電池系統(tǒng)BSY上的插座。由此，容易將蓄電池系統(tǒng)BSY分離。
圖14示出了另一例實(shí)施本發(fā)明的電力存儲(chǔ)系統(tǒng)的布置。在該例中，系統(tǒng)包括空調(diào)機(jī)的一個(gè)室內(nèi)裝置IF和一個(gè)室外裝置OF，以及安裝在環(huán)境溫度變化較小的室內(nèi)的蓄電池系統(tǒng)BSY。這是因?yàn)樾铍姵叵到y(tǒng)BSY的性能會(huì)隨環(huán)境溫度的改變而發(fā)生很大的變化，因此通過把BSY安裝在環(huán)境溫度變化較小的室內(nèi)，可以防止電池性能劣化，并且明顯延長電池壽命。
圖15示出了電池系統(tǒng)與實(shí)施本發(fā)明的電力存儲(chǔ)系統(tǒng)之間的電氣連接。具體地說，該圖例示了室外裝置OF與圖12安置在室外裝置OF中的內(nèi)裝式蓄電池系統(tǒng)BSY之間的電氣連接?？照{(diào)機(jī)的室外裝置OF備有與電池相連的接線端TMB，而蓄電池系統(tǒng)備有與空調(diào)機(jī)相連的接線端TMA，并且這些接線端通過引線電纜作可拆卸連接，從而容易將蓄電池系統(tǒng)卸下。
依照上述發(fā)明，存在這樣的優(yōu)點(diǎn)，即提供了高效、低損耗和經(jīng)濟(jì)的空調(diào)機(jī)，因?yàn)殡姵氐闹绷麟妷嚎捎米髦苯域?qū)動(dòng)空調(diào)機(jī)的直流電壓。
還有，另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，實(shí)現(xiàn)了結(jié)構(gòu)簡單、體積小，生產(chǎn)成本低的空調(diào)機(jī)，并且該這種空調(diào)機(jī)可以展平峰值電力需求。
再有，用常規(guī)的空調(diào)機(jī)即可構(gòu)成本發(fā)明的電力存儲(chǔ)空調(diào)系統(tǒng)。
權(quán)利要求
1.一種電力存儲(chǔ)空調(diào)系統(tǒng)，所述系統(tǒng)具有用于將交流電轉(zhuǎn)換成直流電的轉(zhuǎn)換裝置和用于驅(qū)動(dòng)使用直流電的電動(dòng)機(jī)的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置，其特征在于，包括一蓄電池系統(tǒng)，該系統(tǒng)可充電并且在用于將交流電轉(zhuǎn)換成直流電的所述轉(zhuǎn)換裝置和用于驅(qū)動(dòng)使用直流電的電動(dòng)機(jī)的所述電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置之間具有相互電氣連接。
2.如權(quán)利要求1所述的電力存儲(chǔ)空調(diào)裝置，其特征在于，所述系統(tǒng)還包括DC/DC轉(zhuǎn)換器，所述DC/DC轉(zhuǎn)換器在用于將交流電轉(zhuǎn)換成直流電的所述轉(zhuǎn)換裝置和所述蓄電池系統(tǒng)之間與其相互連接。
3.如權(quán)利要求1所述的電力存儲(chǔ)空調(diào)裝置，其特征在于，所述蓄電池系統(tǒng)包括一個(gè)與其串聯(lián)連接的升壓線圈和一個(gè)開關(guān)半導(dǎo)體元件，以便通過開關(guān)所述半導(dǎo)體元件激勵(lì)所述升壓線圈，使蓄電池系統(tǒng)的輸出升高。
4.如權(quán)利要求3所述的電力存儲(chǔ)空調(diào)裝置，其特征在于，所述蓄電池系統(tǒng)包括一個(gè)充電半導(dǎo)體元件和一個(gè)放電半導(dǎo)體元件，它們與串聯(lián)電池系統(tǒng)的升壓線圈相互連接。
5.如權(quán)利要求1所述的電力存儲(chǔ)空調(diào)裝置，其特征在于，所述蓄電池系統(tǒng)包括一放電控制半導(dǎo)體元件和一個(gè)升壓線圈，它們與所述電池系統(tǒng)中的一個(gè)電池串聯(lián)；以及一個(gè)充電控制半導(dǎo)體元件，它連接在所述升壓線圈和用于將交流電轉(zhuǎn)換成直流電的所述轉(zhuǎn)換裝置之間。
6.如權(quán)利要求1所述的電力存儲(chǔ)空調(diào)裝置，其特征在于，所述蓄電池系統(tǒng)中的一個(gè)電池通過放電控制半導(dǎo)體元件與升壓線圈串聯(lián)連接，并且用于將交流電轉(zhuǎn)換成直流電的所述轉(zhuǎn)換裝置通過充電控制半導(dǎo)體元件接至所述升壓線圈。
7.如權(quán)利要求1所述的電力存儲(chǔ)空調(diào)裝置，其特征在于，所述蓄電池系統(tǒng)包括與所述蓄電池系統(tǒng)中的所述電池串聯(lián)連接的放電控制半導(dǎo)體元件；一次級(jí)線圈與所述放電控制半導(dǎo)體元件串聯(lián)連接的變壓器；以及一充電控制半導(dǎo)體元件，它連接在所述變壓器的初級(jí)線圈和用于將交流電轉(zhuǎn)換成直流電的空調(diào)機(jī)轉(zhuǎn)換裝置之間。
8.如權(quán)利要求1所述的電力存儲(chǔ)空調(diào)裝置，其特征在于，所述蓄電池系統(tǒng)的所述電池通過串聯(lián)連接在其間的放電控制半導(dǎo)體元件接至一變換器的次級(jí)線圈，并且用于將交流電轉(zhuǎn)換成直流電的空調(diào)機(jī)轉(zhuǎn)換裝置通過一個(gè)充電控制半導(dǎo)體元件接至變壓器的初級(jí)線圈。
9.如權(quán)利要求1所述的電力存儲(chǔ)空調(diào)裝置，其特征在于，按以下步驟對(duì)電池充電檢測空調(diào)機(jī)的電流；獲得被檢測電流與轉(zhuǎn)換裝置電流容量之間的差值；并且將充電電流控制在消除差值的范圍內(nèi)。
10.一種電力存儲(chǔ)空調(diào)系統(tǒng)，其特征在于，包括一個(gè)連接在空調(diào)機(jī)直流電一側(cè)的可充電蓄電池系統(tǒng)，所述空調(diào)機(jī)包含一個(gè)用于將交流電轉(zhuǎn)換成直流電的轉(zhuǎn)換裝置和一個(gè)用于驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的直流驅(qū)動(dòng)裝置，其中通過將交流電轉(zhuǎn)換成直流電的所述空調(diào)機(jī)的所述轉(zhuǎn)換裝置的電流流至所述蓄電池系統(tǒng)，從而對(duì)所述蓄電池系統(tǒng)充電，通過將所述蓄電池系統(tǒng)的電流流至用于驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的所述直流驅(qū)動(dòng)裝置，從而使所述蓄電池系統(tǒng)放電。
11.一種電力存儲(chǔ)空調(diào)系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括一個(gè)可充電的蓄電池系統(tǒng)，其特征在于，通過提供來自空調(diào)機(jī)直流部分的充電電流對(duì)所述蓄電池充電，所述空調(diào)機(jī)包括一個(gè)用于將交流電轉(zhuǎn)換成直流電的轉(zhuǎn)換裝置和一個(gè)直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置，并且通過將所述蓄電池系統(tǒng)的電壓施加到一個(gè)升壓裝置上并將增壓的直流電提供給所述直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置，使所述蓄電池放電，其中所述升壓裝置將所述蓄電池系統(tǒng)的電壓增加到空調(diào)機(jī)的直流電壓。
12.如權(quán)利要求1、10或11所述的電力存儲(chǔ)空調(diào)系統(tǒng)，其特征在于，所述蓄電池系統(tǒng)包含一個(gè)鋰離子電池。
13.如權(quán)利要求1、10或11所述的電力存儲(chǔ)空調(diào)系統(tǒng)，其特征在于，所述蓄電池系統(tǒng)被安裝在空調(diào)機(jī)設(shè)備的室外裝置中。
全文摘要
一種高效、小型化和低成本的電力存儲(chǔ)空調(diào)系統(tǒng),該系統(tǒng)將一電力存儲(chǔ)裝置安裝在其空調(diào)機(jī)內(nèi),電力存儲(chǔ)裝置與空調(diào)機(jī)的直流部分電氣連接。對(duì)電池充電進(jìn)行控制,以便僅在空調(diào)機(jī)負(fù)載率較輕的穩(wěn)定工作期間進(jìn)行充電。因?yàn)殡姵氐闹绷麟妷罕恢苯佑米黩?qū)動(dòng)空調(diào)機(jī)的直流電壓,所以它具有高效、損耗最低和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的特點(diǎn)。
文檔編號(hào)H02J7/00GK1175110SQ9711771
公開日1998年3月4日 申請(qǐng)日期1997年8月21日 優(yōu)先權(quán)日1996年8月22日
發(fā)明者高橋正, 船木覺, 西村勝憲, 本棒英利, 荒川展昭 申請(qǐng)人:株式會(huì)社日立制作所