技术领域
[0001] 本
发明属于能量回收与再利用技术，具体涉及一种电梯能量回收利用系统。
背景技术
[0002] 由于直梯均配备有对重
块，该对重块的重量约为轿厢自重加二分之一额定载重。当电梯轻载上行或重载下行时，曳引机处于发电状态(
制动)，对应表现为
变频器直流
母线电压抬升。目前，此部分
电能常用方式为使用波纹
电阻予以泄放，泄放过程产生大量热量。
此外，也有方案使用逆变器或四象限变频器，将此部分能量回馈至三相
电网，虽然实现了能量回馈，但是如局域网内无用电设备在同一时刻予以消耗，则此部分能量将白白回馈至电网，不能为用户自己产生经济效益，并且存在污染电网和引入干扰的弊端。
发明内容
[0003] 本发明之目的在于，针对目前电梯再生
能源使用方式中存在的制造成本高、电能逆变回馈经济效益不明显、回馈导致电网电能
质量差，甚至直接以热量方式将再生能源白白消耗掉，造成能量浪费和热污染等问题提出一种控制逻辑简单，且能有效地将发电能量利用，并给客户带来实际经济效益，且对系统引入较小的干扰的能量回收利用系统。
[0004] 为克服上述问题，本发明通过以下技术手段实现：
[0005] 一种电梯能量回收利用系统，其包括充
电机模块、
电池组模块、制动电阻模块、逆变器模块和电源切换模块；
[0006] 所述充电机模块设有与曳引机的变频器连接的HV+端和HV-端，以及用于电输出的DC+端和DC-端，且所述DC+端和DC-端与电池组模块连接，当HV+端和HV-端的电压上升达至启动
阈值V2时，所述DC+端和DC-端产生电输出；
[0007] 所述逆变器模块连接电池组模块将其直流电输出变换为交流电输出，其设有用于交流电输出的L端和N端，以及低电量
信号输出的SIG端，所述L端、N端和SIG端分别连接电源切换模块；
[0008] 所述电源切换模块设有用于对接逆变器模块的第一组交流输入端，用于对接市电电网的第二组交流输入端，以及向外部用电器进行电输出的第一组交流输出端；当检测到来自所述SIG端的低电量信号时，所述第一组交流输出端与第二组交流输入端接通，接通后再切断与第一组交流输入端的连接，实现第一组交流输出端电量输出不间断，且有效防止了电池组模块过放，造成自身损伤；
[0009] 所述制动电阻模块连接充电机模块HV+端以及变频器的BR端，用于当充电机模块判断电池组模块满电量、无需再进行充电时，对变频器输出电能进行消耗。
[0010] 于本发明的一个或多个
实施例当中，所述制动电阻模块设有介入阈值V3，当HV+端电压上升达至介入阈值V3时，制动电阻模块开始对变频器输出的电能进行消耗，其中介入阈值V3大于启动阈值V2。
[0011] 于本发明的一个或多个实施例当中，所述充电机模块包括CPU最小单元U11、DC-DC模块U12、
开关管Q1、
变压器T1、
二极管D1、电容C1和C2、电阻R1和R2、线性光耦U1，以及霍尔
电流传感器U2；所述DC-DC模块U12连接充电机模块的HV+端和HV-端，用于检测输入电压值是否达到启动阈值V2并实时反馈至CPU最小单元U11，以及转化出低压供电电压供充电机模块内部使用；所述变压器T1的原级线圈与充电机模块的HV+端和HV-端连接，其副级线圈与充电机模块的DC+端和DC-端连接；所述开关管Q1串接于变压器T1的原级线圈上，并受控于CPU最小单元U11实现通/断；所述充电机模块的DC+端的电压经过R1和R2分压后过电容C1，再经线性光耦U1输出至CPU最小单元U11；所述霍尔电流传感器U2接于充电机模块的DC+端，其输出连接至CPU最小单元U11，用于检测电池组模块电压。
[0012] 于本发明的一个或多个实施例当中，所述逆变器模块包括CPU最小单元U13、DC-DC模块U14、ADC模块U15、开关管Q3和Q4、变压器T2、线性光耦U3、电容C11、电阻R31和R41，以及
整流桥U4；所述开关管Q3和Q4接于变压器T2原级线圈的两侧抽头，所述开关管Q3和Q4受控于CPU最小单元U13实现交替导通让直流电震荡，所述变压器T2原级线圈的中间抽头连接逆变器模块的输入端，所述变压器副级线圈连接逆变器模块的L端和N端，所述整流桥U4接于L端和N端，其输出经电阻R31和R41分压、过电容C11后再经线性光耦U1输出至CPU最小单元U13用于随时检测
输出电压；所述ADC模块U15用于采集电池组电压，其连接于逆变器模块的输入端与CPU最小单元U13之间，所述CPU最小单元U13在电池组电压低于低电理阈值时，向SIG端输出低电量信号。
[0013] 于本发明的一个或多个实施例当中，所述电源切换模块包括CPU最小单元U16、AC-DC模块U17、继电器KM1和KM2，以及
断路器QF1；所述继电器KM1的输入端连接第二组交流输入端，其输出端连接第一组交流输出端；所述继电器KM2的输入端连接第一组交流输入端，其输出端连接第一组交流输出端；继电器KM1和KM2受控于CPU最小单元U16实现通/断；所述断路器QF1接于所述第一组交流输出端。
[0014] 本发明所实现的有益效果是：系统构造简单，电梯制
动能量予以存储，经过逆变后输出220Vac，供电梯用电部件或外部用电部件直接使用，无需逆变回馈给三相电网，不存在电网污染，同时由于所发电量由自身系统或用户直接使用，减少系统从电网取电电量，为用户个人创造经济价值，不存在逆变后并网对用户个人来说无经济效益的情况，同时本系统还可以大幅度降低原电梯系统发热量(与常用的制动电阻泄放方案相比)。另外本系统
覆盖ARD功能，配备本系统后可取消ARD模块，实现停电应急功能。
附图说明
[0015] 图1为本发明的系统架构图。
[0016] 图2为本发明的能量存储部分工作
流程图。
[0017] 图3为本发明的能量逆变部分工作流程图。
[0018] 图4为本发明的充电机模块原理图。
[0019] 图5为本发明的逆变器模块原理图。
[0020] 图6为本发明的电源切换模块原理图。
具体实施方式
[0021] 如下结合附图1至6，对本
申请方案作进一步描述：
[0022] 一种电梯能量回收利用系统，其包括充电机模块、电池组模块、制动电阻模块、逆变器模块和电源切换模块；
[0023] 所述充电机模块设有与曳引机的变频器连接的HV+端和HV-端，以及用于电输出的DC+端和DC-端，且所述DC+端和DC-端与电池组模块连接，所述HV+端和HV-端分别接入变频器“+”和“-”
直流母线端子，当HV+端和HV-端的电压上升达至启动阈值V2时，所述DC+端和DC-端产生电输出，同时对电池组模块的电量状态进行实时检测，当电池组模块充满时，停止充电；所述充电机模块包括CPU最小单元U11、DC-DC模块U12、开关管Q1、变压器T1、二极管D1、电容C1和C2、电阻R1和R2、线性光耦U1，以及霍尔电流传感器U2；所述DC-DC模块U12连接充电机模块的HV+端和HV-端，用于检测输入电压值是否达到启动阈值V2并实时反馈至CPU最小单元，以及转化出低压供电电压供充电机模块中CPU最小单元U11等使用；所述变压器T1的原级线圈与充电机模块的HV+端和HV-端连接，其副级线圈与充电机模块的DC+端和DC-端连接；所述开关管Q1串接于变压器T1的原级线圈上，并受控于CPU最小单元U11实现通/断；所述充电机模块的DC+端的电压经过R1和R2分压后过电容C1，再经线性光耦U1输出至CPU最小单元U11；所述霍尔电流传感器U2接于充电机模块的DC+端，其输出连接至CPU最小单元。
[0024] 所述逆变器模块连接电池组模块将其直流电输出变换为交流电输出，其设有用于交流电输出的L端和N端，以及低电量信号输出的SIG端，所述L端、N端和SIG端分别连接电源切换模块；所述逆变器模块包括CPU最小单元U13、DC-DC模块U14、ADC模块U15、开关管Q3和Q4、变压器T2、线性光耦U3、电容C11、电阻R3和R4，以及整流桥U4；所述开关管Q3和Q4
串联并接于变压器T2原级线圈的两侧抽头，所述开关管Q3和Q4受控于CPU最小单U13实现通/断，所述变压器T2原级线圈的中间抽头连接逆变器模块的输入端，所述变压器副级线圈连接逆变器模块的L端和N端，所述整流桥U4接于L端和N端，其输出经电阻R31和R41分压、过电容C11后再经线性光耦U3输出至CPU最小单元U13；所述ADC模块U15用于采集电池组电压，其连接于逆变器模块的输入端与CPU最小单元U13之间，所述CPU最小单元U13在电池组电压低于低电理阈值时，向SIG端输出低电量信号。
[0025] 所述电源切换模块设有用于对接逆变器模块的第一组交流输入端，用于对接市电电网的第二组交流输入端，以及向外部用电器进行电输出的第一组交流输出端；当检测到来自所述SIG端的低电量信号时，所述第一组交流输出端与第二组交流输入端接通；所述电源切换模块包括CPU最小单元U16、AC-DC模块U17、继电器KM1和KM2，以及断路器QF1；所述继电器KM1的输入端连接第二组交流输入端，其输出端连接组交流输出端；所述继电器KM2的输入端连接第一组交流输入端，其输出端连接第一组交流输出端；继电器KM1和KM2受控于CPU最小单元U16实现通/断；所述断路器QF1接于所述第一组交流输出端。
[0026] 所述制动电阻模块连接充电机模块HV+端以及变频器的BR端，用于当充电机模块判断电池组模块满电量、无需再进行充电时，对变频器输出电能进行消耗。所述制动电阻模块设有介入阈值V3，当HV+端电压上升达至介入阈值V3时，制动电阻模块开始对变频器输出的电能进行消耗，其中介入阈值V3大于启动阈值V2，启动阈值V2大于变频器电动工作模式下最大电压HV1。
[0027] 本系统的工作原理：
[0028] 充电机模块中，当HV+端和HV-端的电压值上升达到启动阈值V2时，且判断电池组为非满电状态，则CPU最小单元U11通过MOS管驱动模块驱动开关管Q1，直流高压在变压器T1的原级不断存储、释放能量，变压器T1的副级过二极管D1和电容C2后输出直流低压为电池组充电。在充电过程中，霍尔电流传感器U2时刻检测充电电流，可据此判断电池电量，进而使CPU最小单元U11调节Q1管占空比，调整充电电流，延长电池使用寿命。
[0029] 逆变器模块中，CPU最小单元U13通过MOS管驱动
电路驱动开关管Q3和Q4交替导通，将直流电进行震荡，变压器T2副级输出220Vac交流。为了保证220Vac输出电压的稳定和准确定，输出电压经过整流桥U4整流后通过电阻R31和R41分压后过电容C11后进入线性光耦U1，线性光耦U1输出的模拟量进入CPU最小单元U13，CPU最小单元U13即可随时掌握输出电压，如输出有偏差，CPU最小单元U13可以通过调整驱动开关管Q3和Q4的PWM信号的占空比进行调节。同时，逆变器模块还通过ADC模块U15实时采集电池组电压，当电池组电压低于设定的低电量阈值时，SIG端输出低电量信号，数秒后将自动转为待机状态，停止220Vac输出，防止电池过放损伤电池。当电池电量恢复正常后，SIG端将输出正常电量信号，与此同时输出220Vac电能；另外本模块内含有DC-DC模块U14为CPU最小单元U13等供电。
[0030] 电源切换模块中，设有第一组交流输入端和第二组交流输入端两个220Vac输入端口，分别是对接市电220Vac输入和逆变器模块220Vac输入。在正常模式下，CPU最小单元U16控制驱动模块使继电器KM2闭合，此时电源切换模块输出电能由逆变器模块提供；当CPU最小单元U16接收到由逆变器模块SIG端发来的低电量信号后，立即将继电器KM1闭合，再将继电器KM2断开，获取市电实现不间断220Vac电能输出；当CPU最小单元U16接收到逆变器模块SIG端发来的正常电量信号后，立即将继电器KM2闭合，后将继电器KM1断开，将输出电能来源切换至逆变器模块供给，该切换过程输出电能无间断。其中，CPU最小单元U16和驱动模块供电由AC-DC模块U17供给，其电能输入既可以从市电获取也可以从逆变器模块获取，不受逆变器模块低电量时无输出的影响。另外，220Vac输出回路(即第一组交流输出端)接有断路器QF1，当外部发生
短路、过流等情况时QF1会顿开输出，不会损坏其他零部件。
[0031] 当电梯处于重载下行或轻载上行时，曳引机处于发电状态，此时所产生电能从UVW输入至变频器，通过变频器中IGBT内部反并联二极管予以逆变，导致变频器母线“+”和“-”上电压值从待机时刻的电压V1上升，当达到充电机模块启动阈值V2时，充电机模块开始向电池组模块输出直流电，给电池组充电。逆变器模块从电池组模块获取直流电，予以逆变成220Vac，当电池组电量正常时，逆变器模块持续输出220Vac电能，当电池组电量即将耗尽时，SIG端的电量指示信号跳变。电源切换模块在未接收到低电量信号前从逆变器模块获取电能，当低电量信号到来，立即将市电并入外部用电输出端口，然后切断逆变器模块输出电能，此方案可以实现外部用电部件不断电切换至市电，还避免了电池组过放。
[0032] 充电机模块启动阈值V2大于待机时刻电压V1，即变频器待机、电动或三相电网正常
波动状态下母线电压均无法达到V2，当到达V2时说明曳引机处于发电状态，同时充电机模块还在不停判别电池组电量，当电池组不为满电状态即进行电压转换，将直流高压转换为电池组可以接受的充电电压，当充电机模块检测到电池组为满电状态，则不进行电压转换，此时所发电能缺少充电机模块消耗，变频器直流母线电压值将继续从V2上升至V3，此V3值为制动电阻介入阈值，变频器将通过制动电阻将电能以热量的方式予以消耗。另外，逆变器模块工作与否，不受充电机模块工作与否影响，只要电池组电量正常就予以逆变，当因电池组电量过低，逆变输出模块停止逆变前几秒输出低电量信号，供电源切换模块提前动作，避免外部用电器出现断电，同时又可以避免电池组过放损伤电池组。
[0033] 本系统将电梯曳引机发出电能予以储存，在通过逆变，生成220Vac，供电梯
门机、光幕、
风机等部件使用，此系统将电能存储至
蓄电池组，实现在电梯非发电工况下仍可持续逆变出220Vac，供部件使用，由于非逆变至三相电网，而是供照明、门机、光幕等部件使用，有效降低了干扰，通过此系统原220Vac用电设备可以从本系统逆变输出取电，不用向市电取电，有效地为用户创造了经济效益。同时由于现有电梯系统根据客户需求选配ARD模块，即UPS电源，此模块平时向电网取电维持电池组电量，当停电时逆变输出(220Vac)给电梯，本系统功能可覆盖此功能，因此电梯在增设本系统的同时可取消ARD模块，节约此部分成本。另外本系统不存在市电检测模块等，控制逻辑简单。
[0034] 上述优选实施方式应视为本申请方案实施方式的举例说明，凡与本申请方案雷同、近似或以此为
基础作出的技术推演、替换、改进等，均应视为本
专利的保护范围。
