CN107171390A - 一种混合储能电源瞬时功率控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种混合储能电源瞬时功率控制系统，属于直流电源储能领域。本发明的控制系统，包括混合储能电源、DC/AC逆变器、功率检测模块一、数字控制单元和功率检测模块二，功率检测模块一检测负载的实时功率并传送给数字控制单元，功率检测模块二检测混合储能电源中蓄电池组和超级电容组的输出功率并传送给数字控制单元，数字控制单元根据混合储能电源中蓄电池组和超级电容组的输出功率、负载所需的瞬时功率驱动DC/AC逆变器运行，混合储能电源通过DC/AC逆变器向负载提供瞬时功率。本发明通过蓄电池组输出稳态功率，通过超级电容组输出峰值功率实现冲击性负载的功率需求，系统功率密度高、能量密度大、运行效率高、可控性强。
Description
技术领域
本发明涉及一种混合储能电源的控制系统，更具体地说，涉及一种混合储能电源瞬时功率控制系统，适用于具有瞬时大功率负载的应用场合。
背景技术
能量存储是电动汽车、混合动力汽车和燃料汽车等领域中的重要技术之一，单一电化学储能电池虽然具有能量密度高的特点，但是也存在功率密度低的问题；超级电容具有比功率高，可大电流充放电，且充放电反应时间迅速，循环寿命长的优点，其缺点是比能量较低，续航里程较短。采用电化学蓄电池组和超级电容组相结合的混合储能电源兼具高功率密度和高能量密度的特点，能够解决瞬时大功率负载需求问题，在新能源汽车等领域具有良好的应用前景。如中国专利号ZL201420099721.8，授权公告日为2014年7月30日，发明创造名称为：自适应滤波器功率分流控制的混合动力车复合电源，该申请案涉及一种自适应滤波器功率分流控制的混合动力车复合电源。该复合电源包括蓄电池、超级电容器和双向DC/DC变换器。蓄电池直接与功率总线相连，作为主要电源；超级电容器通过双向DC/DC变换器与功率总线连接，与双向DC-DC变换器串联构成辅助电源。双向DC-DC变换器采用非隔离半桥结构。该申请案中的复合电源中超级电容器对蓄电池进行功率补偿，复合电源的整体效率显著提高；超级电容器可以迅速高效地大电流充放电，最大限度地回收了再生制动能量。
尽管由蓄电池、超级电容器组成的混合储能电源具有上述优势，但是，对于混合储能电源来说，如何充分发挥蓄电池和超级电容器的优势以达到更好的调控效果是本领域技术人员正在面对的技术难题。为了保证混合储能电源能够输出稳态功率，满足冲击性负载的瞬时功率需求，亟需针对上述的混合储能电源设计一款瞬时功率控制系统，以满足具有瞬时大功率负载的应用场合。
发明内容
1.发明要解决的技术问题
本发明的目的在于提供一种混合储能电源瞬时功率控制系统，采用本发明的技术方案，通过混合储能电源的蓄电池组输出稳态功率，通过混合储能电源的超级电容组输出峰值功率实现冲击性负载的功率需求，并且充分考虑蓄电池组和超级电容组的输出功率运行范围，避免了蓄电池组大功率放电，保证蓄电池组运行在其安全范围内；系统功率密度高、能量密度大、运行效率高、可控性强，能够有效延长直流储能电源的使用寿命。
2.技术方案
为达到上述目的，本发明提供的技术方案为：
本发明的一种混合储能电源瞬时功率控制系统，包括混合储能电源、DC/AC逆变器、功率检测模块一、数字控制单元和功率检测模块二，所述的功率检测模块一检测负载的实时功率并传送给数字控制单元，所述的功率检测模块二检测混合储能电源中蓄电池组和超级电容组的输出功率并传送给数字控制单元，所述的数字控制单元根据混合储能电源中蓄电池组和超级电容组的输出功率、负载所需的瞬时功率驱动DC/AC逆变器运行，所述的混合储能电源通过DC/AC逆变器向负载提供瞬时功率。
更进一步地，所述的数字控制单元驱动DC/AC逆变器运行的规则为：
(a)当蓄电池组的输出功率Pbatmin＜Pbat(t)＜Pbatmax时，则Pbat(t)＝P(t)；
(b)当蓄电池组的输出功率Pbat(t)＞Pbatmax时，Pbat(t)＝Pbatmax，超级电容组(1-2)的输出功率Psu(t)＝P(t)-Pbatmax；
(c)当超级电容组的剩余功率小于Psumin时，蓄电池组向超级电容组充电；
式中，Pbatmax为蓄电池组能输出的最大功率，Pbatmin为蓄电池组能输出的最小功率，Psumin为超级电容组能输出的最小功率；其中，Pbatmin和Pbatmax根据蓄电池组的电化学性能和蓄电池组剩余容量确定；Psumin根据超级电容组的性能确定。
更进一步地，所述的混合储能电源由蓄电池组、超级电容组和双向DC/DC逆变器组成，所述的超级电容组与双向DC/DC逆变器串联后与蓄电池组分别连接至DC/AC逆变器。
更进一步地，所述的蓄电池组由n个蓄电池单元串联而成；所述的超级电容组由m个超级电容单元串联而成。
更进一步地，所述的蓄电池组采用电化学储能电池组，所述的DC/AC逆变器和负载为单相或三相。
更进一步地，所述的电化学储能电池组为铅酸蓄电池组、镍氢电池组或锂离子电池组。
3.有益效果
采用本发明提供的技术方案，与已有的公知技术相比，具有如下显著效果：
(1)本发明的一种混合储能电源瞬时功率控制系统，其通过混合储能电源的蓄电池组输出稳态功率，通过混合储能电源的超级电容组输出峰值功率实现冲击性负载的功率需求，控制蓄电池组的功率输出，减小蓄电池组受到的峰值功率冲击，同时能够解决蓄电池组老化后储能电源瞬时功率供应不足的问题；并且充分考虑蓄电池组和超级电容组的输出功率运行范围，避免了蓄电池组大功率放电，保证蓄电池组运行在其安全范围内；系统功率密度高、能量密度大、运行效率高、可控性强，能够有效延长直流储能电源的使用寿命，适用于具有瞬时大功率负载的应用场合，在电动汽车、混合动力汽车和燃料汽车等新能源汽车领域有良好的应用前景；
(2)本发明的一种混合储能电源瞬时功率控制系统，其数字控制单元驱动DC/AC逆变器运行的规则兼顾了蓄电池组和超级电容组的输出功率运行范围，有效保护了蓄电池组和超级电容组，在满足负载瞬时功率需要的情况下，有效延长了蓄电池组的使用寿命，提升蓄电池组的使用安全性；
(3)本发明的一种混合储能电源瞬时功率控制系统，其混合储能电源由蓄电池组、超级电容组和双向DC/DC逆变器组成，超级电容组与双向DC/DC逆变器串联后与蓄电池组分别连接至DC/AC逆变器，该混合储能电源能够减少蓄电池组大电流充放电次数，提高蓄电池组的使用寿命；并且，蓄电池组由n个蓄电池单元串联而成，超级电容组由m个超级电容单元串联而成，集成度高，结构紧凑，与并联结构相比，更能发挥两种储能元件的优点。
附图说明
图1为本发明的一种混合储能电源瞬时功率控制系统的原理框图；
图2为本发明中的混合储能电源的原理示意图。
示意图中的标号说明：
1、混合储能电源；2、DC/AC逆变器；3、负载；4、功率检测模块一；5、数字控制单元；6、功率检测模块二；1-1、蓄电池组；1-2、超级电容组；1-3、双向DC/DC逆变器。
具体实施方式
为进一步了解本发明的内容，结合附图对本发明作详细描述。
结合图1和图2所示，本发明的一种混合储能电源瞬时功率控制系统，通过混合储能电源1的蓄电池组1-1输出稳态功率，通过混合储能电源1的超级电容组1-2输出峰值功率实现冲击性负载3的功率需求，控制蓄电池组1-1的功率输出，减小蓄电池组1-1受到的峰值功率冲击，同时能够解决蓄电池组1-1老化后储能电源瞬时功率供应不足的问题；并且充分考虑蓄电池组1-1和超级电容组1-2的输出功率运行范围，避免了蓄电池组1-1大功率放电，保证蓄电池组1-1运行在其安全范围内；系统功率密度高、能量密度大、运行效率高、可控性强，能够有效延长直流储能电源的使用寿命，适用于具有瞬时大功率负载的应用场合，在电动汽车、混合动力汽车和燃料汽车等新能源汽车领域有良好的应用前景。
具体方案为：包括混合储能电源1、DC/AC逆变器2、功率检测模块一4、数字控制单元5和功率检测模块二6，功率检测模块一4检测负载3的实时功率并传送给数字控制单元5，功率检测模块二6检测混合储能电源1中蓄电池组1-1和超级电容组1-2的输出功率并传送给数字控制单元5，数字控制单元5根据混合储能电源1中蓄电池组1-1和超级电容组1-2的输出功率、负载3所需的瞬时功率驱动DC/AC逆变器2运行，混合储能电源1通过DC/AC逆变器2向负载3提供瞬时功率。如图2所示，上述的混合储能电源1由蓄电池组1-1、超级电容组1-2和双向DC/DC逆变器1-3组成，超级电容组1-2与双向DC/DC逆变器1-3串联后与蓄电池组1-1分别连接至DC/AC逆变器2。蓄电池组1-1由n个蓄电池单元串联而成；超级电容组1-2由m个超级电容单元串联而成。
下面结合实施例对本发明作进一步的描述。
实施例
参见图1和图2所示，本实施例的一种混合储能电源瞬时功率控制系统，包括混合储能电源1、DC/AC逆变器2、功率检测模块一4、数字控制单元5和功率检测模块二6，其中混合储能电源1由蓄电池组1-1、超级电容组1-2和双向DC/DC逆变器1-3组成，超级电容组1-2与双向DC/DC逆变器1-3串联后与蓄电池组1-1分别连接至DC/AC逆变器2，在该混合储能电源1中，蓄电池组1-1作为主要电源，超级电容组1-2和双向DC/DC逆变器1-3串联构成辅助电源，该混合储能电源1能够减少蓄电池组大电流充放电次数，提高蓄电池组的使用寿命。另外，在本实施例中，蓄电池组1-1由n个蓄电池单元串联而成，超级电容组1-2由m个超级电容单元串联而成，采用串联结构，集成度高，结构紧凑，与并联结构相比，更能发挥两种储能元件的优点；超级电容组1-2和蓄电池组1-1采用并联结构，储能系统灵活度高。并且优选地，蓄电池组1-1采用电化学储能电池组，DC/AC逆变器2和负载3为单相或三相，电化学储能电池组进一步可优选为铅酸蓄电池组、镍氢电池组或锂离子电池组。功率检测模块一4检测负载3的实时功率并传送给数字控制单元5，功率检测模块二6检测混合储能电源1中蓄电池组1-1和超级电容组1-2的输出功率并传送给数字控制单元5，数字控制单元5根据混合储能电源1中蓄电池组1-1和超级电容组1-2的输出功率、负载3所需的瞬时功率驱动DC/AC逆变器2运行，混合储能电源1通过DC/AC逆变器2向负载3提供瞬时功率。
在本实施例中，数字控制单元5驱动DC/AC逆变器2运行的规则为：
(a)当蓄电池组1-1的输出功率Pbatmin＜Pbat(t)＜Pbatmax时，则Pbat(t)＝P(t)；
(b)当蓄电池组1-1的输出功率Pbat(t)＞Pbatmax时，Pbat(t)＝Pbatmax，超级电容组1-2的输出功率Psu(t)＝P(t)-Pbatmax；
(c)当超级电容组1-2的剩余功率小于Psumin时，蓄电池组1-1向超级电容组1-2充电；
式中，Pbatmax为蓄电池组1-1能输出的最大功率，Pbatmin为蓄电池组1-1能输出的最小功率，Psumin为超级电容组1-2能输出的最小功率；其中，Pbatmin和Pbatmax根据蓄电池组1-1的电化学性能和蓄电池组1-1剩余容量确定；Psumin根据超级电容组1-2的性能确定。
也就是说，在本实施例中，当蓄电池组1-1输出功率在合适功率范围内时，则蓄电池组1-1输出功率等于负载3的需求功率；当负载3所需的功率大于蓄电池组1-1能够输出的最大功率时，蓄电池组1-1的输出功率等于蓄电池组1-1能够输出的最大功率，超级电容组1-2输出功率等于负载3所需的功率减去蓄电池组1-1所输出的功率；当超级电容组1-2剩余功率小于其能够输出的最小功率时，蓄电池组1-1向超级电容组1-2充电。上述的数字控制单元5驱动DC/AC逆变器2运行的规则兼顾了蓄电池组1-1和超级电容组1-2的输出功率运行范围，有效保护了蓄电池组1-1和超级电容组1-2，在满足负载瞬时功率需要的情况下，有效延长了蓄电池组1-1的使用寿命，提升蓄电池组1-1的使用安全性。
本实施例的一种混合储能电源瞬时功率控制系统，其通过混合储能电源1的蓄电池组1-1输出稳态功率，通过混合储能电源1的超级电容组1-2输出峰值功率实现冲击性负载的功率需求，控制蓄电池组1-1的功率输出，减小蓄电池组1-1受到的峰值功率冲击，同时能够解决蓄电池组1-1老化后储能电源瞬时功率供应不足的问题；并且充分考虑蓄电池组1-1和超级电容组1-2的输出功率运行范围，避免了蓄电池组1-2大功率放电，保证蓄电池组1-2运行在其安全范围内；系统功率密度高、能量密度大、运行效率高、可控性强，能够有效延长直流储能电源的使用寿命，提升蓄电池组1-1的使用安全性，适用于具有瞬时大功率负载的应用场合，在电动汽车、混合动力汽车和燃料汽车等新能源汽车领域有良好的应用前景。
以上示意性地对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性地设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种混合储能电源瞬时功率控制系统，包括混合储能电源(1)和DC/AC逆变器(2)，其特征在于：还包括功率检测模块一(4)、数字控制单元(5)和功率检测模块二(6)，所述的功率检测模块一(4)检测负载(3)的实时功率并传送给数字控制单元(5)，所述的功率检测模块二(6)检测混合储能电源(1)中蓄电池组(1-1)和超级电容组(1-2)的输出功率并传送给数字控制单元(5)，所述的数字控制单元(5)根据混合储能电源(1)中蓄电池组(1-1)和超级电容组(1-2)的输出功率、负载(3)所需的瞬时功率驱动DC/AC逆变器(2)运行，所述的混合储能电源(1)通过DC/AC逆变器(2)向负载(3)提供瞬时功率。
2.根据权利要求1所述的一种混合储能电源瞬时功率控制系统，其特征在于：所述的数字控制单元(5)驱动DC/AC逆变器(2)运行的规则为：
(a)当蓄电池组(1-1)的输出功率Pbatmin＜Pbat(t)＜Pbatmax时，则Pbat(t)＝P(t)；
(b)当蓄电池组(1-1)的输出功率Pbat(t)＞Pbatmax时，Pbat(t)＝Pbatmax，超级电容组(1-2)的输出功率Psu(t)＝P(t)-Pbatmax；
(c)当超级电容组(1-2)的剩余功率小于Psumin时，蓄电池组(1-1)向超级电容组(1-2)充电；
式中，Pbatmax为蓄电池组(1-1)能输出的最大功率，Pbatmin为蓄电池组(1-1)能输出的最小功率，Psumin为超级电容组(1-2)能输出的最小功率；其中，Pbatmin和Pbatmax根据蓄电池组(1-1)的电化学性能和蓄电池组(1-1)剩余容量确定；Psumin根据超级电容组(1-2)的性能确定。
3.根据权利要求1或2所述的一种混合储能电源瞬时功率控制系统，其特征在于：所述的混合储能电源(1)由蓄电池组(1-1)、超级电容组(1-2)和双向DC/DC逆变器(1-3)组成，所述的超级电容组(1-2)与双向DC/DC逆变器(1-3)串联后与蓄电池组(1-1)分别连接至DC/AC逆变器(2)。
4.根据权利要求3所述的一种混合储能电源瞬时功率控制系统，其特征在于：所述的蓄电池组(1-1)由n个蓄电池单元串联而成；所述的超级电容组(1-2)由m个超级电容单元串联而成。
5.根据权利要求4所述的一种混合储能电源瞬时功率控制系统，其特征在于：所述的蓄电池组(1-1)采用电化学储能电池组，所述的DC/AC逆变器(2)和负载(3)为单相或三相。
6.根据权利要求5所述的一种混合储能电源瞬时功率控制系统，其特征在于：所述的电化学储能电池组为铅酸蓄电池组、镍氢电池组或锂离子电池组。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20170915 |