可拆卸电容组模块及空调系统

技术领域

本发明涉及可拆卸电容组结构技术领域，尤其涉及带保护功能的可拆卸电容组模块及空调系统。

背景技术

如图1所示，在现有光伏（储）空调系统中，光伏阵列的输出电压经第一DC/DC变换器接入高压直流母线，储能电池经第二DC/DC变换器接入高压直流母线，高压直流母线中能量一方面可经第一DC/AC变换器实现并网或者从电网取电，另一方面母线中能量经第二DC/AC变换器给压缩机负载供电。在此系统中所有变换器均连接在直流母线电容处，母线电容是交直流能量的解耦单元，通常情况下母线电容均选择多个电解电容串并联构成。当系统中任意一个变换器出现短路故障时均可使母线电容正、负极短路，导致母线电容损坏。而第一DC/DC变换器、第一DC/AC变换器以及母线电容均安装在变流控制器中，母线电容损坏时需要将整个变流控制器拆卸更换，拆卸难度大且维修成本高。

因此，如何设计可拆卸电容组模块以及空调系统是业界亟待解决的技术问题。

发明内容

为了解决现有技术中存在的缺陷，本发明提出带保护功能的可拆卸电容组模块及空调系统，该电容组独立封装成可拆卸模块，通过引脚与外部电路连接，易于拆卸更换，降低维修成本。并且电容组与引脚之间设有可控开关，在电容组故障时通过可控开关断开母线电容与外部电路，避免母线电容损坏。

本发明采用的技术方案是，设计可拆卸电容组模块，包括：设有第一引脚组和第二引脚组的载体、封装于载体上的电容组，电容组的一端连接第一引脚组、另一端连接第二引脚组，电容组至少有一端通过可控开关连接其对应的引脚组。

优选的，载体还设有用于反馈可控开关通断状态的第三引脚组。

优选的，可控开关采用继电器或接触器，可控开关的辅助触点与第三引脚组连接。

优选的，可控开关的通断状态由控制模块切换，控制模块检测电容组的工作参数，并在工作参数超过设定值时断开可控开关。

优选的，控制模块包括：

检测装置，其检测电容组的工作参数；

比较电路，其将工作参数与设定值进行比较并输出比较信号；

转换电路，接收比较信号并转换为控制信号；

执行电路，其根据控制信号切换可控开关的通断状态。

优选的，设定值包括第一阈值和低于第一阈值的第二阈值；比较电路包括：输出端连接转换电路的第一比较器和第二比较器，第一比较器的反相端和第二比较器的同相端均与检测装置连接，第一比较器的同相端连接提供第一阈值的第一输入装置，第二比较器的反相端连接提供第二阈值的第二输入装置；转换电路将第一比较器或者第二比较器输出的低电平信号转换为高电平信号。

优选的，可控开关采用常闭的继电器或接触器，执行电路包括：给可控开关的线圈供电的供电支路、串联在供电支路中的开关管，开关管的控制端与转换电路连接，转换电路输出高电平信号时，可控开关的线圈得电使可控开关的主触点断开。

优选的，载板设有与供电支路输入端连接的第四引脚组以及与供电支路输出端连接的第五引脚组。

优选的，检测装置采用检测电容组电流的电流互感器。

本发明还提出了空调系统，该空调系统中插接安装有上述可拆卸电容组模块。

优选的，空调系统包括：设有第一DC/AC变换器的控制器、通过第二DC/AC变换器与所述控制器连接的交流负载，第一DC/AC变换器的交流侧连接交流电源、直流侧连接第二DC/AC变换器。可拆卸电容组模块插接在控制器上，第一引脚组包括第一引脚C，第二引脚组包括第二引脚D，第一引脚C和第二引脚D接在第一DC/AC变换器的直流侧。

优选的，控制器还设有第一DC/DC变换器，第一DC/DC变换器的输入侧连接光伏阵列、输出侧通过第二DC/DC变换器连接储能电池，第一引脚组包括第一引脚A，第二引脚组包括第二引脚B，第一引脚A和所述第二引脚C接在第一DC/DC变换器的输出侧。

在可行实施例中，电容组的一端分别通过可控开关K1连接第一引脚A和可控开关K2连接第一引脚C，和/或电容组的另一端分别通过可控开关K3连接第一引脚B和可控开关K4连接第二引脚D。

与现有技术相比，本发明具有以下技术效果：

1、将电容组独立封装成可拆卸模块，通过引脚与外部电路连接，易于插装更换，降低维修成本；

2、电容组通过可控开关与外部电路连接，在电容组发生故障时将可控开关断开，避免母线电容损坏；

3、可控开关的通断状态由控制模块切换，控制模块检测电容组的工作参数，根据工作参数判断电容组是否异常，在电容组异常时自动断开可控开关，提高安全性和可靠性；

4、可拆卸模块设有反馈可控开关通断状态的第三引脚组，第三引脚组可与外部控制器连接，外部控制器在可控开关断开时发出报警，以通知相关人员检查。

附图说明

下面结合实施例和附图对本发明进行详细说明，其中：

图1是现有光伏空调系统的电路连接示意图；

图2是本发明中可拆卸电容组模块的引脚示意图；

图3是本发明中可拆卸电容组模块的电路连接示意图；

图4是本发明中光伏空调系统的电路连接示意图。

具体实施方式

本发明提出的可拆卸电容组模块是将母线电容组独立封装成可拆卸模块，适用于空调系统中，以解决现有空调器出现变换器短路故障引起母线电容正负极短路，使其爆炸、进而导致系统瘫痪的重大安全问题。当然，可拆卸电容组模块也可以用在其他电器中，插接在电器的变换器上。

具体来说，如图2、3所示，可拆卸电容组模块包括载体1和封装于载体1上的主电路2，载体1设有第一引脚组和第二引脚组，第一引脚组中设有一个以上的第一引脚，第二引脚组中设有一个以上的第二引脚，主电路2包含电容组和与电容组连接的可控开关，电容组由至少一个母线电容构成，在本发明给出的一实施例中母线电容C1至母线电容Cn并联连接组成电容组，也可将多个母线电容进行串并联连接，可根据实际使用需要灵活调整母线电容个数和连接方式。

电容组的一端连接第一引脚组、另一端连接第二引脚组，电容组至少有一端通过可控开关连接其对应的引脚组。需要说明的是，载体1不限形状，可以是电路板、封装体等形式，载体上的引脚组用于与外部电路插接连接，当电容组出现损坏需要维修时，可控开关断开使得电容组所在回路被切断，电容组与外部电路隔离，可以单独将电容组模块拆卸更换。

电容组可以仅有一端通过可控开关连接对应的引脚组，也可以两端都通过可控开关连接对应的引脚组。本发明给出的一实施例中，第一引脚组包含两个第一引脚，分别是第一引脚A和第一引脚C，第二引脚组包含两个第二引脚，分别是第二引脚B和第二引脚D，以电容组的一端通过可控开关连接第一引脚组为例，可以在电容组的一端串联一个连接所有第一引脚的可控开关，由该可控开关统一控制所有第一引脚所在支路的通断状态，也可以在每个第一引脚的一端串联一个可控开关，由该可控开关单独控制该第一引脚所在支路的通断状态。

较优的，可控开关的通断状态由封装在载体1上的控制模块3切换，控制模块3检测电容组的工作参数，根据工作参数是否超过设定来判断电容组是否异常，当工作参数超过设定时判定电容组异常，控制模块3自动断开可控开关，避免母线电容损坏，提高安全性和可靠性。进一步的，载体1还设有用于反馈可控开关通断状态的第三引脚组E，第三引脚组E可与外部控制器连接，外部控制器在可控开关断开时发出报警，以通知相关人员及时检查。在优选实施例中，可控开关采用继电器或接触器，可控开关的辅助触点与第三引脚组E连接。

控制模块3的具体电路结构包括：检测装置、比较电路、转换电路和执行电路，检测装置用于检测电容组的工作参数，比较电路将该工作参数与设定值进行比较并输出比较信号，转换电路接收比较信号并转换为控制信号，执行电路根据控制信号切换可控开关的通断状态。

其中，设定值包括第一阈值和第二阈值，第一阈值VREF1高于第二阈值VREF2，在优选实施例中，检测装置采用检测电容组电流的电流互感器J1，假设电容组的充电电流为正、放电电流为负，则可以根据电容组模块所应用系统的运行参数设定电容组充电电流的最大值作为第一阈值VREF1、电容组放电电流的最小值作为第二阈值VREF2。实际应用中，电流互感器J1可将采集到的电流转换成电压信号输出给比较器，第一阈值和第二阈值转换成对应的电压值，第一输入装置和第二输入装置则分别向对应的比较器提供该电压值。

如图3所示，比较电路包括：第一比较器U1_1和第二比较器U1_2，第一比较器U1_1的反相端和第二比较器的同相端均与检测装置连接，第一比较器U1_1的同相端连接提供第一阈值的第一输入装置，第二比较器U1_2的反相端连接提供第二阈值的第二输入装置，第一比较器U1_1和第二比较器U1_2的输出端均与转换电路连接，转换电路为反向驱动器，其在第一比较器U1_1或者第二比较器U1_2输出低电平信号时将该低电平信号转换为高电平信号，在第一比较器U1_1和第二比较器U1_2均输出高电平信号时将该高电平信号转换为低电平信号。

可控开关采用常闭的继电器或接触器，执行电路包括：给可控开关的线圈供电的供电支路、串联在供电支路中的开关管，开关管可选用三极管等，开关管的控制端与转换电路连接，转换电路输出高电平信号时，可控开关的线圈得电使可控开关的主触点断开。载板1设有与供电支路输入端连接的第四引脚组F以及与供电支路输出端连接的第五引脚组G，可拆卸电容组模块与外部电路插接之后，通过第四引脚组F给供电支路供电，通过第五引脚组G给开关管的发射极提供参考电压。

需要说明的是，当可控开关有两个以上时，针对每个可控开关设计一个执行电路，所有执行电路连接同一个转换电路的输出端，也可以针对每个执行电路设计一个转换电路，所有转换电路并联连接第一比较器U1_1和第二比较器U1_2的输出端。本发明给出的一实施例中，第一引脚组包含两个第一引脚，分别是第一引脚A和第一引脚C，电容组的一端分别通过可控开关K1连接第一引脚A和可控开关K2连接第一引脚C，可控开关S1的执行电路包括可控开关K1的线圈S1、开关管Q1以及限流电阻R1，可控开关S1的转换电路为反向驱动器U2_1，可控开关的执行电路包括可控开关K2的线圈S2、开关管Q2以及限流电阻R2，可控开关S1的转换电路为反向驱动器U2_2。

控制模块的工作过程如下。

当检测装置的输出信号VOUT处于第一阈值VREF1和第二阈值VREF2之间时，第一比较器U1_1和第二比较器U1_2均输出高电平信号，转换电路将高电平信号转换为低电平信号，开关管断开，可控开关的线圈断电使可控开关的主触点闭合。

当检测装置的输出信号VOUT高于第一阈值VREF1时，第一比较器U1_1输出低电平信号，第二比较器U1_2输出高电平信号，第一比较器U1_1将转换电路的输入端拉低为低电平信号，转换电路将低电平信号转换为高电平信号，开关管导通，可控开关的线圈得电使可控开关的主触点断开，切断电容组与外部电路的连接，同时把可控开关的断开状态上传外部控制器，报出故障通知相关人员，避免电容组出现正负极短路，引起爆炸和损坏。

当检测装置的输出信号VOUT低于第二阈值VREF2时，第一比较器U1_1输出高电平信号，第二比较器U1_2输出低电平信号，第二比较器U1_2将转换电路的输入端拉低为低电平信号，转换电路将低电平信号转换为高电平信号，开关管导通，可控开关的线圈得电使可控开关的主触点断开，切断电容组与外部电路的连接，同时把可控开关的断开状态上传外部控制器，报出故障通知相关人员。

本发明还提出了空调系统，该空调系统中插接安装有上述可拆卸电容组模块。

在一实施例中，空调系统包括：控制器和交流负载，控制器设有第一DC/AC变换器，交流负载5通过第二DC/AC变换器与控制器连接，第一DC/AC变换器的交流侧连接交流电源、直流侧连接第二DC/AC变换器。可拆卸电容组模块插接在控制器上，第一引脚组包括第一引脚C，第二引脚组包括第二引脚D，第一引脚C和第二引脚D接在第一DC/AC变换器的直流侧。电容组的一端通过可控开关连接第一引脚C，或者电容组的另一端通过可控开关连接第二引脚D，再或者电容组的两端均通过可控开关连接对应的引脚。

如图4所示，在另一实施例中，空调系统为光伏空调系统，光伏空调系统除包含上一实施例中的控制器和交流负载之外，还连接光伏阵列6和储能电池，控制器除设有第一DC/AC变换器之外，还设有第一DC/DC变换器，第一DC/DC变换器的输入侧连接光伏阵列、输出侧通过第二DC/DC变换器连接储能电池。

可拆卸电容组模块插接在控制器上，第一引脚组包括第一引脚A和第一引脚C，第二引脚组包括第二引脚B和第二引脚D，第一引脚A和所述第二引脚C接在第一DC/DC变换器的输出侧。电容组与控制器的连接方式包含以下三种，电容组的一端分别通过可控开关K1连接第一引脚A和可控开关K2连接第一引脚C，或者电容组的另一端分别通过可控开关K3连接第一引脚B和可控开关K4连接第二引脚D，再或者电容组的两端均通过可控开关连接对应的引脚 。当电容组出现损坏需要维修更换时，只需将电容组模块单独取出更换即可，并不需要更换控制器或其他变换器，降低更换成本，易于机组维护。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。