一種混合儲能裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種儲能裝置，具體涉及一種使用蓄電池和超級電容相結(jié)合的混合儲 能裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 現(xiàn)代電力系統(tǒng)對于儲能有著多種需求，有的為保障供電可靠性的儲能，如不間斷 電源；為保證供電質(zhì)量的儲能，如電壓補償；有的為提高新能源發(fā)電并網(wǎng)性能的儲能，如平 抑風力發(fā)電等新能源發(fā)電輸出功率的間歇性、波動性；由于每種儲能電池都存在著各自的 優(yōu)缺點，如果使用單一的儲能電池，則不能最大化利用光伏系統(tǒng)產(chǎn)生的富裕能量，而同時使 用多種儲能電池，則可充分發(fā)揮各種儲能電池的優(yōu)點，從而使光伏系統(tǒng)產(chǎn)生的富裕能量得 到高效利用。因此，光伏系統(tǒng)中的混合儲能也開始逐漸受到重視。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明提供一種使用超級電容和蓄電池相結(jié)合的混合儲能裝置。
[0004] 為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：一種混合儲能裝置，包括光伏發(fā)電 系統(tǒng)、充電控制器、超級電容組、并聯(lián)控制器、蓄電池組和負載，所述光伏發(fā)電系統(tǒng)、充電控 制器、并聯(lián)控制器和負載依次串聯(lián)，所述充電控制器和并聯(lián)控制器之間并聯(lián)超級電容組，所 述并聯(lián)控制器和負載之間并聯(lián)蓄電池組。
[0005] 優(yōu)選地，所述蓄電池組包括鋰電池組和/或鉛酸電池組。鋰電池有使用壽命長、功 率承受力高、重量輕、溫度適應(yīng)能力強、自放電率低以及綠色環(huán)保等優(yōu)點；鉛酸電池具有生 產(chǎn)工藝簡單、價格低廉等優(yōu)點。蓄電池組可根據(jù)具體的要求選用鋰電池組和鉛酸電池組兩 種中的一種使用，或者兩者的結(jié)合使用。
[0006] 優(yōu)選地，所述并聯(lián)控制器為雙向DC/DC變換器。
[0007] 優(yōu)選地，所述光伏發(fā)電系統(tǒng)包括太陽能電池組、日光檢測模塊、日光跟蹤模塊、太 陽能電池狀態(tài)檢測模塊和控制器；所述控制器分別與日光檢測模塊、日光跟蹤模塊、太陽能 電池狀態(tài)檢測模塊相連，日光跟蹤模塊與太陽能電池板組相連，太陽能電池板組與太陽能 電池狀態(tài)檢測模塊相連?？刂破鞲鶕?jù)日光檢測模塊檢測太陽的方位，然后通過日光跟蹤模 塊調(diào)整太陽能電池組的方位，使得太陽能電池板組一直正對太陽，提高光電轉(zhuǎn)化效率。
[0008] 本發(fā)明的混合儲能裝置采用超級電容器與蓄電池并聯(lián)的結(jié)構(gòu)，并在超級電容器和 蓄電池之間需要并聯(lián)控制器來分離控制電壓，本裝置將蓄電池的能量密度大和超級電容器 的功率密度大很好地結(jié)合起來，彌補二者的缺點，使兩部件的優(yōu)點得到充分發(fā)揮，因此混合 儲能系統(tǒng)能更有效地滿足獨立光伏系統(tǒng)對能量管理的需求。
【附圖說明】
[0009] 圖1為本發(fā)明的模塊組成示意圖；
[0010] 圖2為混合儲能模型恒流控制電壓曲線；
[0011] 圖3為混合儲能模型恒流控制電壓曲線。
【具體實施方式】
[0012] 下面結(jié)合實施例對本發(fā)明的內(nèi)容作進一步敘述。
[0013] 如圖1所示，一種混合儲能裝置，包括光伏發(fā)電系統(tǒng)、充電控制器、超級電容組、并 聯(lián)控制器、蓄電池組和負載，所述光伏發(fā)電系統(tǒng)、充電控制器、并聯(lián)控制器和負載依次串聯(lián)， 所述充電控制器和并聯(lián)控制器之間并聯(lián)超級電容組，所述并聯(lián)控制器和負載之間并聯(lián)蓄電 池組。
[0014] 所述蓄電池組包括鋰電池組和/或鉛酸電池組。
[0015] 所述并聯(lián)控制器為雙向DC/DC變換器。
[0016] 光伏發(fā)電系統(tǒng)經(jīng)充電控制器至超級電容組，同時，經(jīng)并聯(lián)控制器向蓄電池組或負 載供電。在本混合儲能裝置中，并聯(lián)控制器在超級電容和蓄電池之間起著關(guān)鍵的協(xié)調(diào)作用。 一般來說，并聯(lián)控制器可以分為無源式控制器和有源式控制器。在無源式儲能結(jié)構(gòu)中，超級 電容器通過二極管向蓄電池或負載供電，結(jié)構(gòu)簡單，但不具有可控性。在有源式儲能結(jié)構(gòu) 中，超級電容器通過DC/DC變換器實現(xiàn)對蓄電池的能量傳輸，因此本發(fā)明的混合儲能裝置 選用有源式控制器。
[0017] 其中，所述光伏發(fā)電系統(tǒng)包括太陽能電池組、日光檢測模塊、日光跟蹤模塊、太陽 能電池狀態(tài)檢測模塊和控制器；所述控制器分別與日光檢測模塊、日光跟蹤模塊、太陽能電 池狀態(tài)檢測模塊相連，日光跟蹤模塊與太陽能電池板組相連，太陽能電池板組與太陽能電 池狀態(tài)檢測模塊相連。
[0018] 本發(fā)明的的混合儲能系統(tǒng)應(yīng)用在48V獨立光伏直流微網(wǎng)系統(tǒng)中，即整個獨立光伏 系統(tǒng)采用48V直流母線，發(fā)電、儲能及負載都與該48V直流母線相連。
[0019] 下面根據(jù)本發(fā)明的混合儲能裝置建立混合儲能模型，并對混合儲能模型被用在超 級電容器和蓄電池并聯(lián)時的性能進行分析。并聯(lián)分析中主要是對恒壓、恒流、恒功率充放 電的性能分析。因此，下面簡要分析下這三種充放電方式下的混合儲能模型的性能。由于 超級電容器和蓄電池并聯(lián)的基本條件是二者電壓相同，所以在對混合儲能模型進行分析時 蓄電池內(nèi)阻模型中電動勢E b和超級電容器等效RC模型中電容C的初始電壓相等，即E b = U。。。另外，超級電容器和蓄電池在并聯(lián)時電壓不是為0的，考慮到本發(fā)明中混合儲能電源的 額定電壓為24V，這里設(shè)定二者并聯(lián)時的初始電壓為18V。
[0020] 對于超級電容器和蓄電池都比較常用的充放電方法是恒壓和恒流控制方式，下面 就簡要分析這兩種模式下混合儲能模型的性能。為了定量分析，設(shè)定E b為18V，Rb為0. 1 Ω， &為 0· 05Ω，C為 50F。
[0021] 恒壓控制方式下，設(shè)定電壓為U，則可以計算此時的電流。
[0023] 根據(jù)式1-1進行拉氏反變換，從而得到此時電流的時域表達式（1-2)。
[0025] 設(shè)定恒壓控制時恒定輸入電壓為18. IV，因此由式（1-2)可以得到混合儲能模型 在恒壓控制方式下電流的變化曲線，如圖2所示。可以看出恒壓控制方式下，在電壓略微高 于混合儲能模型初始電壓時，在短時間內(nèi)輸入電流會急劇增加（基本呈線性增加），因此在 此種控制方式下，應(yīng)注意過流造成的危害。
[0026] 恒流控制方式下，設(shè)定電流為I，則可以計算此時混合儲能模型兩端的電壓。
[0028] 根據(jù)式（1-3)進行拉氏反變換，從而得到此時模型端電壓的時域表達式（1-4)。
[0030] 設(shè)定恒流控制時恒定輸入電流為20A，因此由式（1-4)可以得到混合儲能模型在 恒流控制方式下模型端電壓的變化曲線，如圖3所示?？梢钥闯龊懔骺刂品绞较?，初始階段 輸入電壓只產(chǎn)生一個微小的尖峰電壓，并在短時間內(nèi)迅速達到一個穩(wěn)定值。
[0031] 根據(jù)對混合儲能模型恒壓和恒流控制方式的分析，可以看出，對超級電容器和蓄 電池并聯(lián)（中間無并聯(lián)控制器作用）充電時，采用恒壓充電控制會在短時間內(nèi)產(chǎn)生巨大的 電流，容易損壞儲能裝置。而采用恒流充電控制方式，輸入電壓不會在初始階段產(chǎn)生較大的 尖峰電壓，并且會在較短時間內(nèi)達到一個穩(wěn)定的值。因此，在超級電容器和蓄電池并聯(lián)（中 間無并聯(lián)控制器作用）時，宜采用恒流當時進行充電。
【主權(quán)項】
1. 一種混合儲能裝置，其特征在于：包括光伏發(fā)電系統(tǒng)、充電控制器、超級電容組、并 聯(lián)控制器、蓄電池組和負載，所述光伏發(fā)電系統(tǒng)、充電控制器、并聯(lián)控制器和負載依次串聯(lián)， 所述充電控制器和并聯(lián)控制器之間并聯(lián)超級電容組，所述并聯(lián)控制器和負載之間并聯(lián)蓄電 池組。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的混合儲能裝置，其特征在于：所述蓄電池組包括鋰電池組和/ 或鉛酸電池組。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的混合儲能裝置，其特征在于：所述并聯(lián)控制器為雙向DC/DC 變換器。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的混合儲能裝置，其特征在于：所述光伏發(fā)電系統(tǒng)包括太陽能 電池組、日光檢測模塊、日光跟蹤模塊、太陽能電池狀態(tài)檢測模塊和控制器；所述控制器分 別與日光檢測模塊、日光跟蹤模塊、太陽能電池狀態(tài)檢測模塊相連，日光跟蹤模塊與太陽能 電池板組相連，太陽能電池板組與太陽能電池狀態(tài)檢測模塊相連。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種儲能裝置，具體涉及一種使用蓄電池和超級電容相結(jié)合的混合儲能裝置。一種混合儲能裝置，包括光伏發(fā)電系統(tǒng)、充電控制器、超級電容組、并聯(lián)控制器、蓄電池組和負載，所述光伏發(fā)電系統(tǒng)、充電控制器、并聯(lián)控制器和負載依次串聯(lián)，所述充電控制器和并聯(lián)控制器之間并聯(lián)超級電容組，所述并聯(lián)控制器和負載之間并聯(lián)蓄電池組。本發(fā)明的混合儲能裝置采用超級電容器與蓄電池并聯(lián)的結(jié)構(gòu)，并在超級電容器和蓄電池之間需要并聯(lián)控制器來分離控制電壓，本裝置將蓄電池的能量密度大和超級電容器的功率密度大很好地結(jié)合起來，彌補二者的缺點，使兩部件的優(yōu)點得到充分發(fā)揮，因此混合儲能系統(tǒng)能更有效地滿足獨立光伏系統(tǒng)對能量管理的需求。
【IPC分類】H02J7/34, H02S10/20
【公開號】CN105207575
【申請?zhí)枴緾N201510567764
【發(fā)明人】高顯揚, 馮太明
【申請人】江蘇綠揚電子儀器集團有限公司
【公開日】2015年12月30日
【申請日】2015年9月8日