專(zhuān)利名稱(chēng)：一種新能源發(fā)電系統(tǒng)的蓄電池組充放電系統(tǒng)及其控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及能源與電子技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及的是一種用于不穩(wěn)定新能源發(fā)電系統(tǒng)的蓄電池組充放電系統(tǒng)及其控制方法，適用于由風(fēng)能、波浪能等不穩(wěn)定新能源與柴油機(jī)組成的混合新能源供電系統(tǒng)的儲(chǔ)能。
背景技術(shù)：
世界性的環(huán)境污染和能源短缺已經(jīng)迫使人們加速了對(duì)新能源的開(kāi)發(fā)和研究。在尋找和開(kāi)發(fā)新能源的過(guò)程中，人們把目光投向了包括太陽(yáng)能、風(fēng)能、海洋能和生物質(zhì)能等可再生能源。在海島上，風(fēng)能、波浪能等能源充足，利用這些新能源發(fā)電能夠節(jié)約大量化石類(lèi)燃料資源。但是目前直接利用風(fēng)能和海洋能等間歇式不穩(wěn)定能源在新能源發(fā)電上存在一些問(wèn)題。 風(fēng)力發(fā)電站比別的發(fā)電站省錢(qián)，天氣越惡劣風(fēng)越大，發(fā)電性能越好。但是風(fēng)能是一種間歇性資源，時(shí)有時(shí)無(wú)不穩(wěn)定，對(duì)于需要提供穩(wěn)定供電能力的電網(wǎng)來(lái)說(shuō)，需要其他互補(bǔ)能源對(duì)風(fēng)能的此缺點(diǎn)進(jìn)行補(bǔ)充。而波浪能是海洋表面波浪所具有的動(dòng)能和勢(shì)能，是海洋能源中一種能量最不穩(wěn)定且變化無(wú)規(guī)律的可再生能源。由于風(fēng)能和波浪能的不穩(wěn)定性，因此必須增加蓄電池，起到穩(wěn)定電網(wǎng)電壓、儲(chǔ)存能量和移峰填谷的重要作用。但是目前很多大規(guī)模儲(chǔ)電系統(tǒng)中，電池只是串聯(lián)成組使用，缺乏對(duì)蓄電池科學(xué)的管理和維護(hù)，充放電控制不合理，導(dǎo)致單體蓄電池過(guò)充或過(guò)放，容量和性能快速下降?，F(xiàn)在海島上常用的獨(dú)立式混合能源發(fā)電系統(tǒng)，如圖I所示，由作為能量來(lái)源的風(fēng)力發(fā)電機(jī)101和波浪能裝置102、一個(gè)蓄電池組103、電池管理系統(tǒng)104和柴油機(jī)105組成。其基本工作狀態(tài)是在有風(fēng)天氣和海水波浪較大時(shí)對(duì)蓄電池進(jìn)行充電并給用戶(hù)供電，在無(wú)風(fēng)或無(wú)波浪情況下蓄電池給用戶(hù)供電，蓄電池的充放電由集中控制器完成。但在實(shí)際應(yīng)用中，采用這種系統(tǒng)存在以下問(wèn)題I)在不穩(wěn)定新能源組成的儲(chǔ)電系統(tǒng)中，蓄電池只在有能量供應(yīng)時(shí)存儲(chǔ)能量，這勢(shì)必造成蓄電池長(zhǎng)期處于充不滿(mǎn)的欠佳狀態(tài)，長(zhǎng)期欠充電的蓄電池會(huì)出現(xiàn)負(fù)極板不可逆轉(zhuǎn)的硫酸鹽化現(xiàn)象，之后即使在有持續(xù)能量的情況下，也難以再次充滿(mǎn)。并且蓄電池的充放電循環(huán)次數(shù)是有限的，設(shè)計(jì)壽命為20-25年的密封式蓄電池的實(shí)際工作壽命只有5-6年，這樣蓄電池的使用壽命大大縮短。2) 一般而言，在給電池充電時(shí)，如果新能源沒(méi)有能量供應(yīng)或者新能源斷續(xù)供能，就必須打開(kāi)柴油機(jī)。一般給電池充電需要5 7個(gè)小時(shí)，柴油機(jī)一次需要開(kāi)啟7個(gè)小時(shí)，耗油量大，與新能源開(kāi)發(fā)初衷相背。3)在一個(gè)蓄電池組組成的系統(tǒng)中，當(dāng)單體蓄電池出現(xiàn)故障時(shí)，在線(xiàn)更換電池也是一個(gè)亟待解決的問(wèn)題。其實(shí)這些問(wèn)題在太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)等新能源混合微網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)中都存在。針對(duì)蓄電池使用壽命問(wèn)題，在專(zhuān)利CN 101651239A(《對(duì)多組蓄電池充電方法和其控制系統(tǒng)》)中，提出了一種用于太陽(yáng)能和風(fēng)能混合系統(tǒng)的蓄電池充電控制方法。每個(gè)充電周期對(duì)多組蓄電池重新進(jìn)行排序，多組蓄電池在不同的充電周期輪流排序作為第一蓄電池。由于太陽(yáng)能相比于風(fēng)能和波浪能是更穩(wěn)定能源，對(duì)于蓄電池的充電和放電控制相對(duì)簡(jiǎn)單，所以這一充電控制方法只適用于太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)。另外，此專(zhuān)利只針對(duì)多組蓄電池充電方式展開(kāi)研究，沒(méi)有提及蓄電池放電控制，而蓄電池的放電方式同樣影響電池使用壽命O針對(duì)充放電控制方法，專(zhuān)利CN 101917014A(《一種平滑風(fēng)電場(chǎng)功率波動(dòng)的蓄電池充放電控制方法》)中，提出了比較有功功率和電網(wǎng)允許上下限，決定蓄電池的充放電，如果有功功率在電網(wǎng)允許上下限之間，蓄電池就會(huì)退出運(yùn)行。在專(zhuān)利CN 1697281A(《電動(dòng)自行車(chē)、電動(dòng)摩托車(chē)鉛酸蓄電池組的放電控制聯(lián)接方法》)中，提到將控制系統(tǒng)與鉛酸蓄電池組兩端聯(lián)接為直接聯(lián)接每一只蓄電池的正負(fù)極，放電時(shí)隨時(shí)檢測(cè)、控制蓄電池組中每一只蓄電池的電壓、電流，以延長(zhǎng)電池組循環(huán)壽命。這兩種充放電控制方法只適用于單組蓄電池作為儲(chǔ)能單元的運(yùn)用場(chǎng)合
發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種新能源發(fā)電系統(tǒng)的蓄電池組充放電系統(tǒng)及其控制方法，旨在解決現(xiàn)有的不穩(wěn)定新能源組成的大容量混合儲(chǔ)能系統(tǒng)的蓄電池壽命問(wèn)題。為了實(shí)現(xiàn)這樣的目的，在本發(fā)明技術(shù)方案如下一種新能源發(fā)電系統(tǒng)的蓄電池組充放電系統(tǒng)，其中，包括直流總線(xiàn)、充電模塊、多個(gè)蓄電池組、集中控制器、多個(gè)撥動(dòng)開(kāi)關(guān)和多個(gè)電池管理系統(tǒng)，所述蓄電池組的容量和端電壓相同，所述每個(gè)蓄電池組通過(guò)一個(gè)撥動(dòng)開(kāi)關(guān)連接充電模塊或直流總線(xiàn)，所述充電模塊連接在直流總線(xiàn)上，在每個(gè)蓄電池組上還連接有一電池管理系統(tǒng)，所述集中控制器連接充電模塊和撥動(dòng)開(kāi)關(guān)，所述電池管理系統(tǒng)用于判斷電池容量，當(dāng)需要充電或放電時(shí)，通過(guò)集中控制器控制撥動(dòng)開(kāi)關(guān)，完成充放電動(dòng)作。所述的新能源發(fā)電系統(tǒng)的蓄電池組充放電系統(tǒng)，其中，多個(gè)同批次同型號(hào)的蓄電池并聯(lián)作為一個(gè)小組，多個(gè)小組串聯(lián)組成一個(gè)蓄電池組。所述的新能源發(fā)電系統(tǒng)的蓄電池組充放電系統(tǒng)，其中，所述蓄電池組的個(gè)數(shù)為兩組或兩組以上。所述的新能源發(fā)電系統(tǒng)的蓄電池組充放電系統(tǒng)，其中，所述電池管理系統(tǒng)包括信號(hào)采集模塊、充放電均衡控制模塊和報(bào)警保護(hù)控制模塊，用于實(shí)時(shí)檢測(cè)各并聯(lián)小組電池的電壓、電流、溫度和內(nèi)阻信號(hào)，計(jì)算電池容量，對(duì)各并聯(lián)小組蓄電池的充放電進(jìn)行均衡。一種新能源發(fā)電系統(tǒng)的蓄電池組充放電系統(tǒng)的控制方法，其中，包括以下步驟首先判斷所有的蓄電池組的電池容量，如果所有的蓄電池組的已放出容量都高于設(shè)定的放電深度，則判斷新能源發(fā)電系統(tǒng)有沒(méi)有能量供應(yīng)，如果新能源發(fā)電系統(tǒng)沒(méi)有能量供應(yīng)，則開(kāi)啟柴油機(jī)，由柴油機(jī)給用戶(hù)供電，并給蓄電池組充電；如果新能源發(fā)電系統(tǒng)有能量供應(yīng)，則由新能源發(fā)電系統(tǒng)給用戶(hù)供電，同時(shí)給蓄電池組充電；如果所有的蓄電池組的已放出容量都低于設(shè)定的放電深度，判斷新能源發(fā)電系統(tǒng)有沒(méi)有能量供應(yīng)，如果沒(méi)有能量供應(yīng)，則由蓄電池組給用戶(hù)供電；如果新能源發(fā)電系統(tǒng)有能量供應(yīng)，則由新能源發(fā)電系統(tǒng)給用戶(hù)供電；如果有的蓄電池組的已放出容量高于設(shè)定的放電深度，有的低于設(shè)定的放電深度，則判斷新能源發(fā)電系統(tǒng)有無(wú)能量供應(yīng)，如果新能源發(fā)電系統(tǒng)有能量供應(yīng)，則由新能源發(fā)電系統(tǒng)給用戶(hù)供電，同時(shí)給電池容量低的蓄電池組充電；如果新能源發(fā)電系統(tǒng)沒(méi)有能量供應(yīng)，則打開(kāi)容量高的蓄電池組的放電開(kāi)關(guān)給用戶(hù)供電。所述的新能源發(fā)電系統(tǒng)的蓄電池組充放電系統(tǒng)的控制方法，其中所述設(shè)定的放電深度為蓄電池額定容量的30%。本發(fā)明的有益效果本發(fā)明通過(guò)對(duì)蓄電池連接方式及其充放電控制方式的研究，可以最大程度的延長(zhǎng)蓄電池使用壽命，并實(shí)現(xiàn)在線(xiàn)更換電池，為不穩(wěn)定能源發(fā)電系統(tǒng)的儲(chǔ)能技術(shù)提供有力的支撐。


圖I是現(xiàn)有的常用的一種獨(dú)立式風(fēng)能波浪能混合能源發(fā)電系統(tǒng)。圖2是本發(fā)明提供的蓄電池充放電控制框圖。圖3是本發(fā)明提供的兩組蓄電池充放電時(shí)序?qū)Ρ葓D。圖4是本發(fā)明提供的單組蓄電池連接圖。圖5是本發(fā)明提供的兩組蓄電池充放電控制流程圖。
具體實(shí)施例方式為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚、明確，以下通過(guò)附圖及具體的實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方法進(jìn)一步描述。參見(jiàn)表I為不穩(wěn)定能源、柴油機(jī)和不進(jìn)行集中控制的兩組蓄電池，在不同組合方式下系統(tǒng)的狀態(tài)表。如表所示，以?xún)山M蓄電池為例，兩組蓄電池分別充放電，但是不對(duì)他們進(jìn)行集中控制，系統(tǒng)會(huì)出現(xiàn)以下幾種狀態(tài)(放電深度按照電池額定容量的30%設(shè)計(jì))狀態(tài)I、新能源持續(xù)供電且母線(xiàn)電壓穩(wěn)定，柴油機(jī)關(guān)閉，兩組蓄電池都能及時(shí)充放電，系統(tǒng)穩(wěn)定。狀態(tài)2、新能源斷續(xù)供電或不供電，柴油機(jī)開(kāi)啟，兩組蓄電池也都能及時(shí)充放電，系
統(tǒng)穩(wěn)定。狀態(tài)3、新能源斷續(xù)供電或不供電，柴油機(jī)關(guān)閉，兩組蓄電池都放電，系統(tǒng)穩(wěn)定。但是當(dāng)其中一組電池容量降低到低于70%，總線(xiàn)電壓低于設(shè)定值，不能及時(shí)給蓄電池充電時(shí)，系統(tǒng)不穩(wěn)定。狀態(tài)4、新能源斷續(xù)供電或不供電，柴油機(jī)關(guān)閉，兩組蓄電池一組充電，一組放電，系統(tǒng)穩(wěn)定。但是當(dāng)放電蓄電池容量降低到低于70%，總線(xiàn)電壓低于設(shè)定值，不能及時(shí)給蓄電池充電時(shí)，系統(tǒng)不穩(wěn)定。狀態(tài)5、新能源斷續(xù)供電或不供電，柴油機(jī)關(guān)閉，兩組蓄電池都充電，系統(tǒng)不穩(wěn)定。
序號(hào)新能 I蓄電池2蓄電池柴油機(jī)系統(tǒng)或蓄電池狀態(tài)不穩(wěn)定
源狀態(tài)組狀態(tài)組狀態(tài)狀態(tài)狀態(tài)是否穩(wěn)定原因
~I~ 供能_ 充電充電 _開(kāi)機(jī)—穩(wěn)定
權(quán)利要求
1.一種新能源發(fā)電系統(tǒng)的蓄電池組充放電系統(tǒng)，其特征在于，包括直流總線(xiàn)、充電模塊、多個(gè)蓄電池組、集中控制器、多個(gè)撥動(dòng)開(kāi)關(guān)和多個(gè)電池管理系統(tǒng)，所述蓄電池組的容量和端電壓相同，所述每個(gè)蓄電池組通過(guò)一個(gè)撥動(dòng)開(kāi)關(guān)連接充電模塊或直流總線(xiàn)，所述充電模塊連接在直流總線(xiàn)上，在每個(gè)蓄電池組上還連接有一電池管理系統(tǒng)，所述集中控制器連接充電模塊和撥動(dòng)開(kāi)關(guān)，所述電池管理系統(tǒng)用于判斷電池容量，對(duì)電池進(jìn)行充放電均衡管理和告警控制，當(dāng)需要充電或放電時(shí)，通過(guò)集中控制器控制撥動(dòng)開(kāi)關(guān)，完成充放電動(dòng)作。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的新能源發(fā)電系統(tǒng)的蓄電池組充放電系統(tǒng)，其特征在于，多個(gè)同批次同型號(hào)的蓄電池并聯(lián)作為一個(gè)小組，多個(gè)小組串聯(lián)組成一個(gè)蓄電池組。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的新能源發(fā)電系統(tǒng)的蓄電池組充放電系統(tǒng)，其特征在于，所述蓄電池組的個(gè)數(shù)為兩個(gè)。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的新能源發(fā)電系統(tǒng)的蓄電池組充放電系統(tǒng)，其特征在于，所述電池管理系統(tǒng)包括信號(hào)采集模塊、充放電均衡控制模塊和報(bào)警保護(hù)控制模塊，用于實(shí)時(shí)檢測(cè)單體電池的電壓、電流、溫度和內(nèi)阻信號(hào)，計(jì)算電池容量，對(duì)單體蓄電池的充放電進(jìn)行均衡。
5.一種新能源發(fā)電系統(tǒng)的蓄電池組充放電系統(tǒng)的控制方法，其特征在于，包括以下步驟 首先判斷所有的蓄電池組的電池容量，如果所有的蓄電池組的已放出能量都高于設(shè)定的放電深度，則判斷新能源發(fā)電系統(tǒng)有沒(méi)有能量供應(yīng)，如果新能源發(fā)電系統(tǒng)沒(méi)有能量供應(yīng)，則開(kāi)啟柴油機(jī)，由柴油機(jī)給用戶(hù)供電，并給蓄電池組充電；如果新能源發(fā)電系統(tǒng)有能量供應(yīng)，則由新能源發(fā)電系統(tǒng)給用戶(hù)供電，同時(shí)給蓄電池組充電； 如果所有的蓄電池組的已放出能量都低于設(shè)定的放電深度，判斷新能源發(fā)電系統(tǒng)有沒(méi)有能量供應(yīng)，如果沒(méi)有能量供應(yīng)，則由蓄電池組給用戶(hù)供電；如果新能源發(fā)電系統(tǒng)有能量供應(yīng)，則由新能源發(fā)電系統(tǒng)給用戶(hù)供電； 如果有的蓄電池組的已放出能量高于設(shè)定的放電深度，有的低于設(shè)定的放電深度，則判斷新能源發(fā)電系統(tǒng)有無(wú)能量供應(yīng)，如果新能源發(fā)電系統(tǒng)有能量供應(yīng)，則由新能源發(fā)電系統(tǒng)給用戶(hù)供電，同時(shí)給電池容量低的蓄電池組充電；如果新能源發(fā)電系統(tǒng)沒(méi)有能量供應(yīng)，則打開(kāi)容量高的蓄電池組的放電開(kāi)關(guān)給用戶(hù)供電。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的新能源發(fā)電系統(tǒng)的蓄電池組充放電系統(tǒng)的控制方法，其特征在于所述設(shè)定的放電深度為蓄電池組額定容量的30%。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)一種新能源發(fā)電系統(tǒng)的蓄電池組充放電系統(tǒng)及其控制方法，其每個(gè)蓄電池組包括多個(gè)并聯(lián)的單體電池；每個(gè)蓄電池組由多了并聯(lián)小組串聯(lián)組成；每個(gè)蓄電池組連接一套電池管理系統(tǒng)；所述電池管理系統(tǒng)監(jiān)測(cè)單體電池電壓、電流、電阻、容量狀態(tài)，并起到充放電均衡作用；所述蓄電池組通過(guò)控制開(kāi)關(guān)并行連接到充電器上和總線(xiàn)上；所述蓄電池組充放電控制方法用于控制各蓄電池組的充電和放電開(kāi)關(guān)，控制柴油機(jī)開(kāi)關(guān)。采用本發(fā)明可最大限度延長(zhǎng)電池壽命，結(jié)合新能源和柴油機(jī)特性，充分發(fā)揮蓄電池儲(chǔ)能作用和穩(wěn)壓作用，提高新能源和柴油機(jī)的利用效率，降低成本，同時(shí)實(shí)現(xiàn)在線(xiàn)更換電池，為不穩(wěn)定新能源發(fā)電系統(tǒng)的儲(chǔ)能技術(shù)提供有力的支撐。
文檔編號(hào)H02J7/00GK102790410SQ20111013269
公開(kāi)日2012年11月21日 申請(qǐng)日期2011年5月20日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月20日
發(fā)明者馮自平, 呂杰, 宋文吉, 張千玉, 陳永珍 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院廣州能源研究所