一種電能轉(zhuǎn)移方法及一種電能總線的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及電能轉(zhuǎn)移技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]過(guò)度充電嚴(yán)重影響電池的循環(huán)壽命，甚至引發(fā)火災(zāi)事故，由于電池的不一致性的存在，傳統(tǒng)串聯(lián)充電技術(shù)在對(duì)電池組充電時(shí)，會(huì)導(dǎo)致部分電池處于過(guò)度充電狀態(tài)。
[0003]過(guò)度放電嚴(yán)重影響電池的循環(huán)壽命，由于電池的不一致性的存在，串聯(lián)電池組在放電終止時(shí)，各單體電池的放電深度不一致，其中部分電池會(huì)處于過(guò)度放電狀態(tài)，另外部分電池中還有部分可用的剩余電量未使用，從而導(dǎo)致電池組中部分電池過(guò)早報(bào)廢，而整組更換則導(dǎo)致另外部分尚處于可用狀態(tài)的電池一同報(bào)廢造成浪費(fèi)。
[0004]以電池組的電能為動(dòng)力的系統(tǒng)，越來(lái)越多地配備各種發(fā)電設(shè)備用來(lái)增加電池組的續(xù)航時(shí)間，如太陽(yáng)能發(fā)電設(shè)備、制動(dòng)能量回收設(shè)備、減震能量回收設(shè)備等，而在使用這些發(fā)電設(shè)備對(duì)電池組充電時(shí)，都要先將發(fā)電設(shè)備的輸出電壓轉(zhuǎn)換至電池組的電壓水平再對(duì)電池組進(jìn)行充電，轉(zhuǎn)換中會(huì)造成電能的損失。
[0005]以電池組的電能為動(dòng)力的系統(tǒng)，其控制部分和部分負(fù)載采用低電壓的的供電，需要額外的DC-DC轉(zhuǎn)換器將電池組的高電壓轉(zhuǎn)換成控制系統(tǒng)需要的低電壓，DC-DC轉(zhuǎn)換器會(huì)造成額外的電能損失，并增加重量、體積與成本；在部分低成本的系統(tǒng)中如電動(dòng)自行車，為了降低成本，省去了 DC-DC轉(zhuǎn)換器，直接采用動(dòng)力電池組的輸出電壓為喇叭、車燈等輔助電氣設(shè)備供電，其中動(dòng)力電池組的電壓一般為36V、48V、60V甚至72V，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了人體安全電壓，而這些輔助電氣設(shè)備有零散分布在車把及車身四周，增加了騎行者的觸電風(fēng)險(xiǎn)。
[0006]專利號(hào)為ZL201520115163.4的中國(guó)專利公開了一種電量轉(zhuǎn)移總線系統(tǒng)，該專利提出了電量轉(zhuǎn)移總線的概念，但其中實(shí)現(xiàn)電量轉(zhuǎn)移的電池都是自帶控制單元的智能電池，對(duì)電池的體積、重量、成本均有較高要求，在推廣應(yīng)用中受到限制。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明公開的一種電能轉(zhuǎn)移方法及一種電能總線，將多個(gè)供電設(shè)備及受電設(shè)備分別通過(guò)統(tǒng)一控制的開關(guān)與電能總線連接，實(shí)現(xiàn)在供電設(shè)備與受電設(shè)備間進(jìn)行可控的電能轉(zhuǎn)移。
[0008]本發(fā)明公開的一種電能轉(zhuǎn)移方法，用于供電設(shè)備向受電設(shè)備進(jìn)行可控的電能轉(zhuǎn)移，其特征在于，I個(gè)以上的供電設(shè)備分別通過(guò)開關(guān)與電能總線連接，I個(gè)以上的受電設(shè)備分別通過(guò)開關(guān)與電能總線連接，其中:
所述電能包括:直流電能和交流電能；
所述電能總線為2~5根相互絕緣的導(dǎo)線；通過(guò)電能總線轉(zhuǎn)移直流電能時(shí)，電能總線使用2根導(dǎo)線，分別為直流電的正極和負(fù)極；通過(guò)電能總線轉(zhuǎn)移單相交流電能時(shí)，電能總線使用2根或3根導(dǎo)線，2根線分別為火線L和零線N，3根線分別為火線L、零線N和地線GND ;通過(guò)電能總線轉(zhuǎn)移三相交流電能時(shí)，電能總線使用4根或5根導(dǎo)線，4根線分別為A、B、C和N，5根線分別為A、B、C、N和GND ；
所述開關(guān)包括物理開關(guān)及電子開關(guān)，數(shù)量為2個(gè)以上，每個(gè)開關(guān)的通斷受上級(jí)控制系統(tǒng)的控制，用于供電設(shè)備與電能總線在電氣上的連接或斷開，以及受電設(shè)備與電能總線在電氣上的連接或斷開，開關(guān)包括繼電器、接觸器、晶體管等物理開關(guān)和電子開關(guān)；
所述供電設(shè)備的數(shù)量為I個(gè)以上，包括發(fā)電設(shè)備、可對(duì)外輸出電能的蓄電設(shè)備及可對(duì)外輸出電能的電能中轉(zhuǎn)設(shè)備；其中發(fā)電設(shè)備包括化學(xué)能、機(jī)械能、熱能、光能和風(fēng)能等發(fā)電設(shè)備，蓄電設(shè)備包括電池和電容，電能中轉(zhuǎn)設(shè)備包括AC-AC交流轉(zhuǎn)換器或電源、AC-DC直流轉(zhuǎn)換器或電源、DC-AC逆變器、DC-DC轉(zhuǎn)換器等各種交直流電源及轉(zhuǎn)換設(shè)備，充電器可視為上述一種電源類的電能中轉(zhuǎn)設(shè)備；2個(gè)以上的供電設(shè)備可以串聯(lián)或并聯(lián)后接入電能總線；所述受電設(shè)備的數(shù)量為I個(gè)以上，包括電氣負(fù)載、可接受外界電能的蓄電設(shè)備及可接受外界電能的電能中轉(zhuǎn)設(shè)備；其中電氣負(fù)載包括各種依靠電能運(yùn)行的電子設(shè)備如燈、喇叭、控制器等，蓄電設(shè)備包括電池和電容，電能中轉(zhuǎn)設(shè)備包括AC-AC交流轉(zhuǎn)換器或電源、AC-DC直流轉(zhuǎn)換器或電源、DC-AC逆變器、DC-DC轉(zhuǎn)換器等各種交直流電源及轉(zhuǎn)換設(shè)備，充電器可視為上述一種電源類的電能中轉(zhuǎn)設(shè)備；2個(gè)以上的受電設(shè)備可以串聯(lián)或并聯(lián)后接入電能總線；
在電能轉(zhuǎn)移時(shí)，供電設(shè)備的電壓可以低于、等于或高于受電設(shè)備的電壓；
在蓄電設(shè)備間轉(zhuǎn)移電能時(shí)，輸出電能的蓄電設(shè)備的剩余電量可以低于、等于或高于接受電能的蓄電設(shè)備的剩余電量。
[0009]本發(fā)明公開的一種電能總線，包括電能總線及若干開關(guān)，用于供電設(shè)備向受電設(shè)備進(jìn)行可控的電能轉(zhuǎn)移，其特征在于，I個(gè)以上的供電設(shè)備分別通過(guò)開關(guān)與電能總線連接，I個(gè)以上的受電設(shè)備分別通過(guò)開關(guān)與電能總線連接，其中:
所述電能包括:直流電能和交流電能；
所述電能總線為2~5根相互絕緣的導(dǎo)線；通過(guò)電能總線轉(zhuǎn)移直流電能時(shí)，電能總線使用2根導(dǎo)線，分別為直流電的正極和負(fù)極；通過(guò)電能總線轉(zhuǎn)移單相交流電能時(shí)，電能總線使用2根或3根導(dǎo)線，2根線分別為火線L和零線N，3根線分別為火線L、零線N和地線GND ;通過(guò)電能總線轉(zhuǎn)移三相交流電能時(shí)，電能總線使用4根或5根導(dǎo)線，4根線分別為A、B、C和N，5根線分別為A、B、C、N和GND ；
所述開關(guān)包括物理開關(guān)及電子開關(guān)，數(shù)量為2個(gè)以上，每個(gè)開關(guān)的通斷受上級(jí)控制系統(tǒng)的控制，用于供電設(shè)備與電能總線在電氣上的連接或斷開，以及受電設(shè)備與電能總線在電氣上的連接或斷開，開關(guān)包括繼電器、接觸器、晶體管等物理開關(guān)和電子開關(guān)；
所述供電設(shè)備的數(shù)量為I個(gè)以上，包括發(fā)電設(shè)備、可對(duì)外輸出電能的蓄電設(shè)備及可對(duì)外輸出電能的電能中轉(zhuǎn)設(shè)備；其中發(fā)電設(shè)備包括化學(xué)能、機(jī)械能、熱能、光能和風(fēng)能等發(fā)電設(shè)備，蓄電設(shè)備包括電池和電容，電能中轉(zhuǎn)設(shè)備包括AC-AC交流轉(zhuǎn)換器或電源、AC-DC直流轉(zhuǎn)換器或電源、DC-AC逆變器、DC-DC轉(zhuǎn)換器等各種交直流電源及轉(zhuǎn)換設(shè)備，充電器可視為上述一種電源類的電能中轉(zhuǎn)設(shè)備；2個(gè)以上的供電設(shè)備可以串聯(lián)或并聯(lián)后接入電能總線；所述受電設(shè)備的數(shù)量為I個(gè)以上，包括電氣負(fù)載、可接受外界電能的蓄電設(shè)備及可接受外界電能的電能中轉(zhuǎn)設(shè)備；其中電氣負(fù)載包括各種依靠電能運(yùn)行的電子設(shè)備如燈、喇叭、控制器等，蓄電設(shè)備包括電池和電容，電能中轉(zhuǎn)設(shè)備包括AC-AC交流轉(zhuǎn)換器或電源、AC-DC直流轉(zhuǎn)換器或電源、DC-AC逆變器、DC-DC轉(zhuǎn)換器等各種交直流電源及轉(zhuǎn)換設(shè)備，充電器可視為上述一種電源類的電能中轉(zhuǎn)設(shè)備；2個(gè)以上的受電設(shè)備可以串聯(lián)或并聯(lián)后接入電能總線；
在電能轉(zhuǎn)移時(shí)，供電設(shè)備的電壓可以低于、等于或高于受電設(shè)備的電壓；
在蓄電設(shè)備間轉(zhuǎn)移電能時(shí)，輸出電能的蓄電設(shè)備的剩余電量可以低于、等于或高于接受電能的蓄電設(shè)備的剩余電量。
[0010]電能總線的基本原理如圖1所示:供電設(shè)備I通過(guò)開關(guān)102與電能總線101連接，供電設(shè)備2通過(guò)開關(guān)103與電能總線101連接，受電設(shè)備I通過(guò)開關(guān)104與電能總線101連接，受電設(shè)備2通過(guò)開關(guān)105與電能總線101連接，受電設(shè)備3通過(guò)開關(guān)106與電能總線101連接，開關(guān)102~106的通斷受上級(jí)控制系統(tǒng)的控制；開關(guān)102和105處于接通狀態(tài)，其余開關(guān)處于斷開狀態(tài)，供電設(shè)備I與受電設(shè)備2接入電能總線101，此時(shí)電能轉(zhuǎn)移路徑為:供電設(shè)備I通過(guò)開關(guān)102、電能總線101、開關(guān)105向受電設(shè)備2提供電能。
[0011]2組以上的電能總線可以級(jí)聯(lián)使用，中間通過(guò)I個(gè)以上的電能中轉(zhuǎn)設(shè)備連接；2組電能總線級(jí)聯(lián)的示意框圖如圖2所示，電能總線201和202為級(jí)聯(lián)關(guān)系，發(fā)電設(shè)備I通過(guò)開關(guān)203與第一組電能總線201連接，發(fā)電設(shè)備2通過(guò)開關(guān)204與第一組電能總線201連接，電能中轉(zhuǎn)設(shè)備I的輸入端通過(guò)開關(guān)205與第一組電能總線201連接，電能中轉(zhuǎn)設(shè)備2的輸入端通過(guò)開關(guān)206與第一組電能總線201連接，電氣負(fù)載I通過(guò)開關(guān)207與第一組電能總線201連接，電能中轉(zhuǎn)設(shè)備I的輸出端通過(guò)開關(guān)208與第二組電能總線202連接，電能中轉(zhuǎn)設(shè)備2的輸出端通過(guò)開關(guān)209與第二組電能總線202連接，蓄電設(shè)備I通過(guò)開關(guān)210與第二組電能總線202連接，蓄電設(shè)備2通過(guò)開關(guān)211與第二組電能總線202連接，電氣負(fù)載2通過(guò)開關(guān)212與第二組電能總線202連接，開關(guān)203~212的通斷受上級(jí)控制系統(tǒng)的控制；開關(guān)203、205、208、211處于接通狀態(tài)，其他開關(guān)處于斷開狀態(tài)；發(fā)電設(shè)備I和電能中轉(zhuǎn)設(shè)備I接入電能總線201，電能中轉(zhuǎn)設(shè)備I和蓄電設(shè)備2接入電能總線202，此時(shí)電能轉(zhuǎn)移路徑為:發(fā)電設(shè)備I通過(guò)開關(guān)203、電能總線201、開關(guān)205、電能中轉(zhuǎn)設(shè)備1、開關(guān)208、電能總線202、開關(guān)211向蓄電設(shè)備2供電。
[0012]2組以上的電能總線可以并聯(lián)使用，以提高電能轉(zhuǎn)移的效率；2組電能總線并聯(lián)的示意框圖如圖3所示，電能總線301和302為并聯(lián)關(guān)系，供電設(shè)備I分別通過(guò)開關(guān)303和304與電能總線301和302連接，供電設(shè)備2通過(guò)開關(guān)305與電能總線301連接，供電設(shè)備3通過(guò)開關(guān)306與電能總線302連接，受電設(shè)備I分別通過(guò)開關(guān)307和308與電能總線301和302連接，受電設(shè)備2分別通過(guò)開關(guān)309和310與電能總線301和302連接，受電設(shè)備3通過(guò)開關(guān)311與電能總線301連接，受電設(shè)備4通過(guò)開關(guān)312與電能總線302連接；開關(guān)303-312的通斷受上級(jí)控制系統(tǒng)的控制；開關(guān)303、306、307、311和312處于接通狀態(tài)，其他開關(guān)處于斷開狀態(tài)；供電設(shè)備1、受電設(shè)備I和受電設(shè)備3接入電能總線301，供電設(shè)備3和受電設(shè)備4接入電能總線302，此時(shí)電能轉(zhuǎn)移路徑為:供電設(shè)備I通過(guò)開關(guān)303、電能總線301、開關(guān)307和開關(guān)311為受電設(shè)備I和受電設(shè)備3供電，供電設(shè)備3通過(guò)開關(guān)306、電能總線302和開關(guān)312為受電設(shè)備312供電。
[0013]進(jìn)一步地，可以使用3組電能總線(每組電能總線為2根導(dǎo)線)并聯(lián)傳輸三相交流電能，其中第一組電能總線的2根導(dǎo)線為A和N，第二組電能總線的2根導(dǎo)線為B和N，第三組電能總線的2根導(dǎo)線為C和N。
[0014]進(jìn)一步地，同一時(shí)刻接入同一組電能總線的供電設(shè)備與受電設(shè)備的電氣規(guī)格(如交流/直流電，電壓、電流、頻率、功率等)相匹配。
[0015]進(jìn)一步地，電能總線的導(dǎo)線規(guī)格與所轉(zhuǎn)移的電能的電壓、電流相匹配。
[0016]進(jìn)一步地，所述蓄電設(shè)備包括電池組、電池組中的某個(gè)單體電池或電池組中I個(gè)以上連續(xù)串聯(lián)的單體電池；蓄電設(shè)備包括電容組、電容組中某個(gè)單體電容或電容組中I個(gè)以上連續(xù)串聯(lián)的單體電容。
[0017]進(jìn)一步地，蓄電設(shè)備處于充電、待機(jī)或放電狀態(tài)時(shí)，均可參與電能轉(zhuǎn)移。
[0018]進(jìn)一步地，發(fā)電設(shè)備、蓄電設(shè)備、電氣負(fù)載、電能中轉(zhuǎn)設(shè)備之間通過(guò)電能總線進(jìn)