一種混合儲能電源瞬時電流控制系統的制作方法

本發明涉及一種混合儲能電源的控制系統，更具體地說，涉及一種混合儲能電源瞬時電流控制系統，適用于沖擊性負載的應用場合。

背景技術：

直流儲能是新能源汽車、移動式儲能電站等應用領域中的重要技術，單一蓄電池儲能具有能量密度高的特點，但是也存在大電流充放電難的問題；超級電容具有比功率高，可大電流充放電，且充放電反應時間迅速，循環壽命長的優點，其缺點是比能量較低，續航里程較短。而采用蓄電池組和超級電容組結合而成的混合儲能電源兼具高能量密度和高功率密度的優點，能夠解決沖擊性負載的瞬時大電流需求問題，在工業生產領域具有良好的應用前景。如中國專利號zl201420099721.8，授權公告日為2014年7月30日，發明創造名稱為：自適應濾波器功率分流控制的混合動力車復合電源，該申請案涉及一種自適應濾波器功率分流控制的混合動力車復合電源。該復合電源包括蓄電池、超級電容器和雙向dc/dc變換器。蓄電池直接與功率總線相連，作為主要電源；超級電容器通過雙向dc/dc變換器與功率總線連接，與雙向dc-dc變換器串聯構成輔助電源。雙向dc-dc變換器采用非隔離半橋結構。該申請案中的復合電源中超級電容器對蓄電池進行功率補償，復合電源的整體效率顯著提高；超級電容器可以迅速高效地大電流充放電，最大限度地回收了再生制動能量。

盡管由蓄電池、超級電容器組成的混合儲能電源具有上述優勢，但是，對于混合儲能電源來說，如何充分發揮蓄電池和超級電容器的優勢以達到更好的調控效果是本領域技術人員正在面對的技術難題。為了保證混合儲能電源能夠輸出穩態電流，滿足沖擊性負載的瞬時電流需求，亟需針對上述的混合儲能電源設計一款瞬時電流控制系統。

技術實現要素：

1.發明要解決的技術問題

本發明的目的在于提供一種混合儲能電源瞬時電流控制系統，采用本發明的技術方案，通過混合儲能電源的蓄電池組輸出穩態電流，通過混合儲能電源的超級電容組輸出峰值電流實現沖擊性負載的瞬時電流需求，并充分考慮蓄電池組和超級電容組的端口電壓運行范圍，限制了蓄電池組的輸出電流，避免了蓄電池組過電流放電，保證了蓄電池組放電電流在其安全運行范圍內，系統效率高、可控性強、儲能電源壽命高，尤其適用于沖擊性負載的應用場合。

2.技術方案

為達到上述目的，本發明提供的技術方案為：

本發明的一種混合儲能電源瞬時電流控制系統，包括混合儲能電源、dc/ac逆變器、電流檢測模塊、數字控制模塊和電壓檢測模塊，所述的電流檢測模塊檢測負載的電流并傳送給數字控制模塊，所述的電壓檢測模塊檢測混合儲能電源中蓄電池組和超級電容組的端口電壓并傳送給數字控制模塊，所述的數字控制模塊根據蓄電池組和超級電容組的端口電壓、負載所需的瞬時電流驅動dc/ac逆變器，所述的混合儲能電源通過dc/ac逆變器向負載提供瞬時電流。

更進一步地，所述的數字控制模塊對dc/ac逆變器的驅動規則為：

(a)當蓄電池組的端口電壓ubat(t)＜ubatmin時，蓄電池組的輸出電流ibat(t)＝0；

(b)當超級電容組的端口電壓usu(t)＜usumin時，超級電容組的輸出電流isu(t)＝0；

(c)當蓄電池組的端口電壓ubatmin＜ubat(t)＜ubatmax，超級電容組的端口電壓usumin＜usu(t)＜usumax時，且當負載所需的瞬時電流i(t)≤ibatmax時，則ibat(t)＝i(t)；

(d)當蓄電池組的端口電壓ubatmin＜ubat(t)＜ubatmax，超級電容組的端口電壓usumin＜usu(t)＜usumax時，且當負載所需的瞬時電流i(t)＞ibatmax時，ibat(t)＝ibatmax；isu(t)＝i(t)-ibatmax；

(e)當超級電容組的端口電壓usu(t)＜usumin時，則蓄電池組向超級電容組充電；

式中，ubatmax為蓄電池組最大電壓，ubatmin為蓄電池組最小電壓，usumax為超級電容組最大電壓，usumin為超級電容組最小電壓，ibatmax為蓄電池組能夠釋放的最大電流，isu(t)為超級電容組輸出的電流，ibat(t)為蓄電池組輸出的電流；其中，ubatmin、ubatmax和ibatmax根據蓄電池組的電化學性能和蓄電池組剩余容量確定；usumin和usumax根據超級電容組的性能確定。

更進一步地，所述的混合儲能電源由蓄電池組、超級電容組和雙向dc/dc逆變器組成，所述的超級電容組與雙向dc/dc逆變器串聯后與蓄電池組分別連接至dc/ac逆變器。

更進一步地，所述的蓄電池組由n個蓄電池單元串聯而成；所述的超級電容組由m個超級電容單元串聯而成。

更進一步地，所述的蓄電池組采用電化學儲能電池組，所述的dc/ac逆變器和負載為單相或三相。

更進一步地，所述的電化學儲能電池組為鉛酸蓄電池組、鎳氫電池組或鋰離子電池組。

3.有益效果

采用本發明提供的技術方案，與已有的公知技術相比，具有如下顯著效果：

(1)本發明的一種混合儲能電源瞬時電流控制系統，其通過混合儲能電源的蓄電池組輸出穩態電流，通過混合儲能電源的超級電容組輸出峰值電流實現沖擊性負載的瞬時電流需求，并充分考慮蓄電池組和超級電容組的端口電壓運行范圍，限制了蓄電池組的輸出電流，避免了蓄電池組過電流放電，保證了蓄電池組放電電流在其安全運行范圍內，系統效率高、可控性強、儲能電源壽命高，尤其適用于沖擊性負載的應用場合；

(2)本發明的一種混合儲能電源瞬時電流控制系統，其數字控制模塊對dc/ac逆變器的驅動規則兼顧了蓄電池組和超級電容組的端口電壓，有效保護了蓄電池組和超級電容組，在滿足負載瞬時電流需要的情況下，有效延長了蓄電池組的使用壽命；

(3)本發明的一種混合儲能電源瞬時電流控制系統，其混合儲能電源由蓄電池組、超級電容組和雙向dc/dc逆變器組成，超級電容組與雙向dc/dc逆變器串聯后與蓄電池組分別連接至dc/ac逆變器；該混合儲能電源能夠減少蓄電池組大電流充放電次數，提高蓄電池組的使用壽命；并且，蓄電池組由n個蓄電池單元串聯而成，超級電容組由m個超級電容單元串聯而成，結構集成度高，結構緊湊，與并聯結構相比，更能發揮兩種儲能元件的優點。

附圖說明

圖1為本發明的一種混合儲能電源瞬時電流控制系統的原理框圖；

圖2為本發明中的混合儲能電源的原理示意圖；

圖3為本發明中混合儲能電源中的蓄電池組的串聯結構示意圖；

圖4為本發明中混合儲能電源中的超級電容組的串聯結構示意圖。

示意圖中的標號說明：

1、混合儲能電源；2、dc/ac逆變器；3、負載；4、電流檢測模塊；5、數字控制模塊；6、電壓檢測模塊；1-1、蓄電池組；1-2、超級電容組；1-3、雙向dc/dc逆變器。

具體實施方式

為進一步了解本發明的內容，結合附圖對本發明作詳細描述。

如圖1和圖2所示，本發明的一種混合儲能電源瞬時電流控制系統，通過混合儲能電源1的蓄電池組1-1輸出穩態電流，通過混合儲能電源1的超級電容組1-2輸出峰值電流實現沖擊性負載3的瞬時電流需求，并充分考慮蓄電池組1-1和超級電容組1-2的端口電壓運行范圍，限制了蓄電池組1-1的輸出電流，避免了蓄電池組1-1過電流放電，保證了蓄電池組1-1放電電流在其安全運行范圍內，系統效率高、可控性強、儲能電源壽命高，尤其適用于沖擊性負載的應用場合。

具體方案為：包括混合儲能電源1、dc/ac逆變器2、電流檢測模塊4、數字控制模塊5和電壓檢測模塊6，電流檢測模塊4檢測負載3的電流并傳送給數字控制模塊5，電壓檢測模塊6檢測混合儲能電源1中蓄電池組1-1和超級電容組1-2的端口電壓并傳送給數字控制模塊5，數字控制模塊5根據蓄電池組1-1和超級電容組1-2的端口電壓、負載3所需的瞬時電流驅動dc/ac逆變器2，混合儲能電源1通過dc/ac逆變器2向負載3提供瞬時電流。如圖2所示，上述的混合儲能電源1由蓄電池組1-1、超級電容組1-2和雙向dc/dc逆變器1-3組成，超級電容組1-2與雙向dc/dc逆變器1-3串聯后與蓄電池組1-1分別連接至dc/ac逆變器2。如圖3和圖4所示，蓄電池組1-1由n個蓄電池單元串聯而成；超級電容組1-2由m個超級電容單元串聯而成。

下面結合實施例對本發明作進一步的描述。

實施例

參見圖1和圖2所示，本實施例一種混合儲能電源瞬時電流控制系統，包括混合儲能電源1、dc/ac逆變器2、電流檢測模塊4、數字控制模塊5和電壓檢測模塊6，其中混合儲能電源1由蓄電池組1-1、超級電容組1-2和雙向dc/dc逆變器1-3組成，超級電容組1-2與雙向dc/dc逆變器1-3串聯后與蓄電池組1-1分別連接至dc/ac逆變器2，在該混合儲能電源1中，蓄電池組1-1作為主要電源，超級電容組1-2和雙向dc/dc逆變器1-3串聯構成輔助電源，該混合儲能電源1能夠減少蓄電池組1-1大電流充放電次數，提高蓄電池組1-1的使用壽命。電流檢測模塊4檢測負載3所需的電流并傳送給數字控制模塊5，電壓檢測模塊6檢測混合儲能電源1中蓄電池組1-1和超級電容組1-2的端口電壓并傳送給數字控制模塊5，數字控制模塊5根據蓄電池組1-1和超級電容組1-2的端口電壓、負載3所需的瞬時電流驅動dc/ac逆變器2，混合儲能電源1通過dc/ac逆變器2向負載3提供瞬時電流。

在本實施例中，數字控制模塊5對dc/ac逆變器2的驅動規則為：

(a)當蓄電池組1-1的端口電壓ubat(t)＜ubatmin時，蓄電池組1-1的輸出電流ibat(t)＝0；

(b)當超級電容組1-2的端口電壓usu(t)＜usumin時，超級電容組1-2的輸出電流isu(t)＝0；

(c)當蓄電池組1-1的端口電壓ubatmin＜ubat(t)＜ubatmax，超級電容組1-2的端口電壓usumin＜usu(t)＜usumax時，且當負載3所需的瞬時電流i(t)≤ibatmax時，則ibat(t)＝i(t)；

(d)當蓄電池組1-1的端口電壓ubatmin＜ubat(t)＜ubatmax，超級電容組1-2的端口電壓usumin＜usu(t)＜usumax時，且當負載3所需的瞬時電流i(t)＞ibatmax時，ibat(t)＝ibatmax；isu(t)＝i(t)-ibatmax；

(e)當超級電容組1-2的端口電壓usu(t)＜usumin時，則蓄電池組1-1向超級電容組1-2充電；

式中，ubatmax為蓄電池組1-1最大電壓，ubatmin為蓄電池組1-1最小電壓，usumax為超級電容組1-2最大電壓，usumin為超級電容組1-2最小電壓，ibatmax為蓄電池組1-1能夠釋放的最大電流，isu(t)為超級電容組1-2輸出的電流，ibat(t)為蓄電池組1-1輸出的電流；其中，ubatmin、ubatmax和ibatmax根據蓄電池組1-1的電化學性能和蓄電池組1-1剩余容量確定；usumin和usumax根據超級電容組1-2的性能確定。

也就是說，在本實施例中，當蓄電池組1-1的端口電壓小于其最小電壓時，蓄電池組1-1的輸出電流為零；當超級電容組1-2的端口電壓小于其最小電壓時，超級電容組1-2的輸出電流為零；當蓄電池組1-1的端口電壓在合適端口電壓范圍內，超級電容組1-2的端口在合適端口電壓范圍內時，且當負載3所需的瞬時電流小于蓄電池組1-1能夠輸出的最大電流時，負載3所需的電流由蓄電池組1-1提供；當蓄電池組1-1的端口電壓在合適端口電壓范圍內，超級電容組1-2的端口電壓在合適端口電壓范圍內時，且當負載3所需的瞬時電流大于蓄電池組1-1能夠輸出的最大電流時，蓄電池組1-1的輸出電流等于其能夠輸出的最大電流，超級電容組1-2的輸出電流等于負載3所需的瞬時電流減去蓄電池組1-1所輸出的電流；當超級電容組1-2的端口電壓小于其最小電壓時，蓄電池組1-1向超級電容組1-2充電。上述的數字控制模塊5對dc/ac逆變器2的驅動規則兼顧了蓄電池組1-1和超級電容組1-2的端口電壓，有效保護了蓄電池組1-1和超級電容組1-2，在滿足負載3瞬時電流需要的情況下，有效延長了蓄電池組1-1的使用壽命。

如圖3和圖4所示，在本實施例中，蓄電池組1-1由n個蓄電池單元串聯而成；超級電容組1-2由m個超級電容單元串聯而成，采用串聯結構，結構集成度高，結構緊湊，與并聯結構相比，更能發揮兩種儲能元件的優點。并且，蓄電池組1-1采用電化學儲能電池組，dc/ac逆變器2和負載3為單相或三相；上述的電化學儲能電池組為鉛酸蓄電池組、鎳氫電池組或鋰離子電池組。

本實施例的一種混合儲能電源瞬時電流控制系統，其通過混合儲能電源1的蓄電池組1-1輸出穩態電流，通過混合儲能電源1的超級電容組1-2輸出峰值電流實現沖擊性負載3的瞬時電流需求，從而控制蓄電池組1-1的電流輸出，減小蓄電池組1-1受到的電流沖擊，同時能夠解決蓄電池組1-1老化后儲能電源瞬時電流供應不足的問題；并充分考慮蓄電池組1-1和超級電容組1-2的端口電壓運行范圍，限制了蓄電池組1-1的輸出電流，避免了蓄電池組1-1過電流放電，保證了蓄電池組1-1放電電流在其安全運行范圍內，系統效率高、可控性強、儲能電源壽命高，尤其適用于沖擊性負載的應用場合，在新能源汽車、移動式儲能電站和電網儲能系統等直流電源儲能領域有良好的應用前景。

以上示意性地對本發明及其實施方式進行了描述，該描述沒有限制性，附圖中所示的也只是本發明的實施方式之一，實際的結構并不局限于此。所以，如果本領域的普通技術人員受其啟示，在不脫離本發明創造宗旨的情況下，不經創造性地設計出與該技術方案相似的結構方式及實施例，均應屬于本發明的保護范圍。