專利名稱：操作電源系統(tǒng)的方法和包括蓄電池的電源系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及操作電源系統(tǒng)的方法和包括蓄電池(secondary battery)的電源系統(tǒng)。具體地說(shuō)，本發(fā)明涉及能夠有效地運(yùn)行功率產(chǎn)生裝置并減少累計(jì)運(yùn)行時(shí)間的操作電源系統(tǒng)的方法。
背景技術(shù)：
在隔離島等中使用獨(dú)立運(yùn)行的電源系統(tǒng)作為電功率輸送裝置。在獨(dú)立運(yùn)行的電源系統(tǒng)中，功率產(chǎn)生裝置比如柴油發(fā)電機(jī)連接到在該島中的負(fù)載以根據(jù)需要輸送電功率。
在這種系統(tǒng)中，現(xiàn)有技術(shù)是通過(guò)例如組合多個(gè)功率產(chǎn)生裝置來(lái)輸送功率。更具體地說(shuō)，只要可能，每個(gè)功率產(chǎn)生裝置以大于或等于它的額定容量的50％的輸出運(yùn)行。此外，如果多個(gè)功率產(chǎn)生裝置在運(yùn)行，則功率產(chǎn)生裝置運(yùn)行以便它的相應(yīng)的輸出相等。
但是，根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的運(yùn)行方法，相應(yīng)的功率產(chǎn)生裝置的輸出變化并且運(yùn)行效率較低。一般地，對(duì)于燃燒型發(fā)電機(jī)比如柴油發(fā)電機(jī)，當(dāng)它以額定容量運(yùn)行時(shí)效率最大。
此外，還存在其它的問(wèn)題，比如每個(gè)功率產(chǎn)生裝置的較高的保養(yǎng)頻率和較長(zhǎng)的累計(jì)運(yùn)行時(shí)間。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的主要目的是提供一種操作電源系統(tǒng)的方法，通過(guò)這種方法功率產(chǎn)生裝置有效地運(yùn)行并減少累計(jì)運(yùn)行時(shí)間。
本發(fā)明的另一方面是提供一種包括蓄電池的電源系統(tǒng)，這種電源系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)有效的運(yùn)行。
根據(jù)本發(fā)明，使用蓄電池作為功率存儲(chǔ)裝置，并且功率存儲(chǔ)裝置以恒定的輸出運(yùn)行，由此實(shí)現(xiàn)上述的目的。
更具體地說(shuō)，根據(jù)本發(fā)明的運(yùn)行方法是一種操作電源系統(tǒng)的方法，在該電源系統(tǒng)中，蓄電池連接在功率產(chǎn)生裝置和負(fù)載之間，其中功率產(chǎn)生裝置以預(yù)定的恒定輸出運(yùn)行，以及通過(guò)對(duì)蓄電池進(jìn)行充電或放電調(diào)整所產(chǎn)生的電功率相對(duì)于對(duì)電功率的負(fù)載需求的過(guò)量或不足。
通過(guò)以如上文所描述的恒定的輸出連續(xù)地運(yùn)行功率產(chǎn)生裝置，實(shí)現(xiàn)有效的運(yùn)行。尤其是在功率產(chǎn)生裝置以它的額定容量連續(xù)地運(yùn)行時(shí)實(shí)現(xiàn)最大的效率。此外，在功率產(chǎn)生裝置產(chǎn)生過(guò)剩的功率時(shí)對(duì)蓄電池進(jìn)行充電，同時(shí)在由功率產(chǎn)生裝置的運(yùn)行單獨(dú)輸送的功率不足時(shí)蓄電池放電，由此根據(jù)負(fù)載輸送功率。
特別可取的是使用氧化還原流電池(redox flow battery)作為蓄電池。這是因?yàn)榧词乖谘趸€原流電池反復(fù)地充電和放電時(shí)它的老化仍然最小。此外，由于氧化還原流電池使用在電池單元(cell)之間的公共的電解溶液，即使在氧化還原流電池反復(fù)地充電和放電時(shí)在電池單元之間(或電池單元組(cellstack)之間)也不會(huì)發(fā)生充電狀態(tài)的不平衡。因此，不要求為調(diào)整充電狀態(tài)的不平衡而進(jìn)行充電等，并且能夠更加有效地操作電源系統(tǒng)。
此外，與其它類型的蓄電池相比，氧化還原流電池允許更深的充電和放電。更具體地說(shuō)，允許在氧化還原流電池的0％和100％的額定容量之間進(jìn)行反復(fù)充電和放電。因此，氧化還原流電池的額定容量大于或等于功率產(chǎn)生裝置的額定容量的一半。通過(guò)組合功率產(chǎn)生裝置的運(yùn)行和具有上述輸出的氧化還原流電池的充電和放電，系統(tǒng)在工作時(shí)能夠使電功率的輸送對(duì)應(yīng)于電功率的需求。例如，通過(guò)限制使用它的額定容量的50％至100％的不同類型的蓄電池，由于該電池要求與功率產(chǎn)生裝置的額定容量具有相同的額定容量，因此它的成本效率較低。此外，有利的是，在電功率的需求較小時(shí)通過(guò)對(duì)氧化還原流電池放電可以簡(jiǎn)單地輸送功率。這就減少了功率產(chǎn)生裝置的累計(jì)運(yùn)行時(shí)間。
通過(guò)各種公知類型的發(fā)電機(jī)比如柴油發(fā)電機(jī)或燃?xì)廨啺l(fā)電機(jī)可以實(shí)現(xiàn)功率產(chǎn)生裝置。燃燒型發(fā)電機(jī)(比如通過(guò)燃燒燃油產(chǎn)生電功率的那些發(fā)電機(jī))一般通過(guò)在額定容量上的恒定運(yùn)行實(shí)現(xiàn)最大的效率。
此外，優(yōu)選提供多個(gè)功率產(chǎn)生裝置以便根據(jù)電功率的需求選擇要運(yùn)行的個(gè)數(shù)。例如，在對(duì)電功率的需求較小時(shí)僅運(yùn)行一定數(shù)量的功率產(chǎn)生裝置，而在對(duì)電功率的需求較大時(shí)運(yùn)行所有的功率產(chǎn)生裝置，由此實(shí)現(xiàn)了有效的運(yùn)行。因此，減少了每個(gè)功率產(chǎn)生裝置的累計(jì)運(yùn)行時(shí)間并延長(zhǎng)了保養(yǎng)周期。
通過(guò)上述的方法運(yùn)行根據(jù)本發(fā)明的電源系統(tǒng)。即，該系統(tǒng)包括功率產(chǎn)生裝置、負(fù)載和調(diào)節(jié)通過(guò)功率產(chǎn)生裝置輸送的功率相對(duì)于對(duì)電功率的負(fù)載需求過(guò)量或不足的蓄電池，該蓄電池連接在功率產(chǎn)生裝置和負(fù)載之間并且以恒定的輸出運(yùn)行。


附圖1所示為使用根據(jù)本發(fā)明的方法的電源系統(tǒng)的示意圖。
附圖2所示為氧化還原流電池的示意圖。
附圖3所示為根據(jù)本發(fā)明在引入氧化還原流電池之后通過(guò)發(fā)電機(jī)所產(chǎn)生的電功率和氧化還原流電池的充電和放電的狀態(tài)的曲線圖。
附圖4所示為在引入氧化還原流電池之后根據(jù)本發(fā)明的方法發(fā)電機(jī)的運(yùn)行模式和對(duì)氧化還原流電池充電和放電的狀態(tài)的模型的曲線圖。
附圖5所示為在引入氧化還原流電池之后根據(jù)本發(fā)明的方法在夏天中的功率消耗和通過(guò)每個(gè)發(fā)電機(jī)所產(chǎn)生的電功率的模式和對(duì)氧化還原流電池充電和放電的模式的曲線圖。
附圖6所示在引入氧化還原流電池之后根據(jù)本發(fā)明的方法在春秋的功率消耗和由每個(gè)發(fā)電機(jī)所產(chǎn)生的電功率的模式和氧化還原流電池的充電和放電的模式的曲線圖。
附圖7所示在引入氧化還原流電池之后根據(jù)本發(fā)明的方法在冬天的功率消耗和由每個(gè)發(fā)電機(jī)所產(chǎn)生的電功率的模式和氧化還原流電池的充電和放電的模式的曲線圖。
附圖8所示為在引入氧化還原流電池之前根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的方法由發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的電功率的曲線圖。
附圖9所示為在引入氧化還原流電池之前根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的方法發(fā)電機(jī)的運(yùn)行模式的模型的曲線圖。
附圖10所示為根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的方法在夏天中的功率消耗和通過(guò)每個(gè)發(fā)電機(jī)所產(chǎn)生的電功率的模式和對(duì)氧化還原流電池充電和放電的模式的曲線圖。
附圖11所示根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的方法在春秋的功率消耗和由每個(gè)發(fā)電機(jī)所產(chǎn)生的電功率的模式和氧化還原流電池的充電和放電的模式的曲線圖。
附圖12所示根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的方法在冬天的功率消耗和由每個(gè)發(fā)電機(jī)所產(chǎn)生的電功率的模式和氧化還原流電池的充電和放電的模式的曲線圖。
具體實(shí)施例方式
下文描述本發(fā)明的實(shí)施例。在附圖中以相同的參考標(biāo)號(hào)表示相同的部件，在此省去對(duì)它們的多余的描述。在附圖中的比例不必等于在描述中的比例。
附圖1所示為使用根據(jù)本發(fā)明的運(yùn)行方法的電源系統(tǒng)。
在這些系統(tǒng)中，三個(gè)功率產(chǎn)生裝置10連接到島上的負(fù)載20，氧化還原流(RF)電池30連接在功率產(chǎn)生裝置10和負(fù)載20之間。RF電池30包括功率轉(zhuǎn)換系統(tǒng)(轉(zhuǎn)換器)31和主電池單元32。
在本實(shí)施例中，柴油發(fā)電機(jī)(DG)用作功率產(chǎn)生裝置10。
參考附圖2描述RF電池30的原理。電池包括電池單元100，電池單元100通過(guò)分離部件103分為陰極單元100A和陽(yáng)極單元100B。分離部件103允許離子通過(guò)。陰極單元100A和陽(yáng)極單元100B分別包括陰極104和陽(yáng)極105。陰極單元100A通過(guò)管106和107連接到輸送和排放陰極電解溶液的陰極槽101。類似地，陽(yáng)極單元100B通過(guò)管109和110連接到輸送和排放陽(yáng)極電解溶液的陽(yáng)極槽102。化合價(jià)變化的離子(比如釩離子)水溶液用作電解溶液。電解溶液通過(guò)管108和111進(jìn)行循環(huán)，并根據(jù)在陰極104和陽(yáng)極105上的離子的原子價(jià)改變反應(yīng)進(jìn)行充電和放電。在使用包含釩離子的電解溶液時(shí)，在充電和放電的過(guò)程中在電池單元中產(chǎn)生的反應(yīng)如下陰極V4+→V5++e-(充電)V4+←V5++e-(放電)陽(yáng)極V3++e-→V2+(充電)V3++e-←V2+(放電)通常，使用被稱為“電池單元組”的結(jié)構(gòu)，其中多個(gè)電池單元疊置在一起。
在上述的系統(tǒng)中，在對(duì)電功率的需求較小時(shí)在對(duì)氧化還原流電池進(jìn)行充電的同時(shí)，每個(gè)功率產(chǎn)生裝置以恒定的輸出連續(xù)地運(yùn)行，在對(duì)電功率的需求較大時(shí)同時(shí)運(yùn)行多個(gè)功率產(chǎn)生裝置或?qū)ρ趸€原流電池放電。此外，根據(jù)對(duì)電功率的需求選擇在功率產(chǎn)生裝置中的運(yùn)行的數(shù)量。
(評(píng)估實(shí)例)模擬根據(jù)本發(fā)明的運(yùn)行方法和現(xiàn)有技術(shù)的運(yùn)行方法的電源系統(tǒng)的運(yùn)行以計(jì)算和比較柴油發(fā)電機(jī)的累計(jì)運(yùn)行時(shí)間、燃料消耗和累計(jì)電功率產(chǎn)生(三臺(tái)的總和)。在模擬中假設(shè)如下的條件(柴油發(fā)電機(jī))
額定容量120kW臺(tái)數(shù)3在額定容量下的燃油消耗率(A)0.26L/kWh在50％的額定容量下的燃油消耗率(B)0.286L/kWh(假定比在額定容量下運(yùn)行減少10％)在(A)和(B)之間的燃油消耗率線性近似燃油的單位價(jià)格50日元/升保養(yǎng)每2,000小時(shí)的運(yùn)行時(shí)間(氧化還原流電池)額定容量60kW個(gè)數(shù)1(負(fù)載曲線)夏天 最大功率消耗344kW/h最小功率消耗63kW/h春秋 最大功率消耗317kW/h最小功率消耗63kW/h冬天 最大功率消耗229kW/h最小功率消耗63kW/h在附圖5至7的最上的曲線示出了具體的模式。
應(yīng)用這些假設(shè)，通過(guò)在附圖3和4中所示的實(shí)施例(在引入RF之后)的運(yùn)行模式的電功率產(chǎn)生的輸出和在附圖8和9中所示的比較實(shí)例(在引入RF之前)的運(yùn)行模式的電功率產(chǎn)生的輸出是模擬春、夏、秋和冬的結(jié)果。
根據(jù)這些實(shí)例的發(fā)電機(jī)的運(yùn)行模式是使每個(gè)柴油發(fā)電機(jī)運(yùn)行在它的額定容量下。通過(guò)對(duì)氧化還原流電池進(jìn)行充電和放電調(diào)節(jié)供需平衡以使發(fā)電機(jī)的總的輸出盡可能地接近120kW/h、240kW/h或360kW/h。
在比較實(shí)例中的發(fā)電機(jī)的運(yùn)行模式是只要可能就使發(fā)電機(jī)在大于或等于它的額定容量的輸出下運(yùn)行，以及如果多個(gè)發(fā)電機(jī)在運(yùn)行，則使相應(yīng)的發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出相等。
如附圖5至7的實(shí)例和附圖10至12的比較實(shí)例示出了模擬結(jié)果。此外，夏天的模擬結(jié)果概述在表I中、春秋的結(jié)果在表II中、冬天的結(jié)果在表III中以及全年的結(jié)果在表IV中。在表IV中的“DG的平均運(yùn)行率”是指“DG的累計(jì)運(yùn)行時(shí)間”除以“72小時(shí)×365天”。
表I

表II

表III

表IV

從在表IV中的結(jié)果中可非常清楚地看出，在引入RF之后極大地減少了“DG的累計(jì)運(yùn)行時(shí)間”、“保養(yǎng)頻率”和“燃油消耗”。在另一方面，DG產(chǎn)生的累計(jì)電功率增加到足夠允許氧化還原流電池充電的程度。這表示可以非常有效地使用能量。此外，可以預(yù)計(jì)的是，由于燃油消耗的減少降低了CO2的排放，并且由于燃燒效率的改善減少了SOx和NOx。
工業(yè)實(shí)用性如上文所描述，根據(jù)本發(fā)明的運(yùn)行方法，可以以它的額定容量運(yùn)行功率產(chǎn)生裝置以改善發(fā)電機(jī)的能量效率。
此外，以一定的方式根據(jù)負(fù)載可以實(shí)現(xiàn)功率輸送以使在功率產(chǎn)生裝置產(chǎn)生過(guò)量功率時(shí)對(duì)氧化還原流電池進(jìn)行充電，而在僅由功率產(chǎn)生裝置的運(yùn)行單獨(dú)輸送的功率不足時(shí)使氧化還原流電池放電。因此，可以減少功率產(chǎn)生裝置的累計(jì)運(yùn)行時(shí)間，允許通過(guò)減少燃油消耗和降低保養(yǎng)頻率而降低成本并延長(zhǎng)裝置的壽命。
權(quán)利要求
1.一種操作電源系統(tǒng)的方法，在該電源系統(tǒng)中，蓄電池連接在功率產(chǎn)生裝置和負(fù)載之間，其中，功率產(chǎn)生裝置以預(yù)定的恒定輸出運(yùn)行，以及通過(guò)對(duì)蓄電池進(jìn)行充電或放電調(diào)整所產(chǎn)生的電功率相對(duì)于對(duì)電功率的負(fù)載需求的過(guò)量或不足。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的操作電源系統(tǒng)的方法，其中，根據(jù)對(duì)電功率的需求從多個(gè)功率產(chǎn)生裝置中選擇要運(yùn)行的個(gè)數(shù)，所選擇的功率產(chǎn)生裝置以預(yù)定的恒定輸出運(yùn)行。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的操作電源系統(tǒng)的方法，其中，功率產(chǎn)生裝置的恒定輸出是功率產(chǎn)生裝置的額定容量。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的操作電源系統(tǒng)的方法，其中，蓄電池是氧化還原流電池。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的操作電源系統(tǒng)的方法，其中，蓄電池是氧化還原流電池。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的操作電源系統(tǒng)的方法，其中，蓄電池是氧化還原流電池。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的操作電源系統(tǒng)的方法，其中，氧化還原流電池的額定容量大于或等于功率產(chǎn)生裝置的額定容量的一半。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的操作電源系統(tǒng)的方法，其中，氧化還原流電池的額定容量大于或等于功率產(chǎn)生裝置的額定容量的一半。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的操作電源系統(tǒng)的方法，其中，氧化還原流電池的額定容量大于或等于功率產(chǎn)生裝置的額定容量的一半。
10.一種電源系統(tǒng)，包括連接在功率產(chǎn)生裝置和負(fù)載之間的蓄電池，其中，功率產(chǎn)生裝置以預(yù)定的恒定的輸出運(yùn)行，以及通過(guò)對(duì)蓄電池進(jìn)行充電或放電調(diào)整所產(chǎn)生的電功率相對(duì)于對(duì)電功率的負(fù)載需求的過(guò)量或不足。
11.根據(jù)權(quán)利要求10述的電源系統(tǒng)，其中，功率產(chǎn)生裝置的恒定輸出是功率產(chǎn)生裝置的額定容量。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的電源系統(tǒng)，其中，蓄電池是氧化還原流電池。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的電源系統(tǒng)，其中，蓄電池是氧化還原流電池。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的電源系統(tǒng)，其中，氧化還原流電池的額定容量大于或等于功率產(chǎn)生裝置的額定容量的一半。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的電源系統(tǒng)，其中，氧化還原流電池的額定容量大于或等于功率產(chǎn)生裝置的額定容量的一半。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種能夠?qū)崿F(xiàn)功率產(chǎn)生裝置的有效運(yùn)行并減少運(yùn)行時(shí)間的操作電源系統(tǒng)的方法和電源系統(tǒng)。在操作電源系統(tǒng)的方法中，在該電源系統(tǒng)中蓄電池連接在功率產(chǎn)生裝置和負(fù)載之間，功率產(chǎn)生裝置以恒定的輸出運(yùn)行。功率產(chǎn)生裝置例如通過(guò)柴油發(fā)電機(jī)來(lái)工作。特別是通過(guò)功率產(chǎn)生裝置在其額定功率下連續(xù)運(yùn)行可以改善運(yùn)行的效率。此外，在通過(guò)功率產(chǎn)生裝置的運(yùn)行產(chǎn)生過(guò)剩的功率時(shí)對(duì)蓄電池進(jìn)行充電，而在功率不足時(shí)氧化還原流電池放電，由此根據(jù)需求輸送功率。
文檔編號(hào)H01M8/00GK1491473SQ02804569
公開(kāi)日2004年4月21日 申請(qǐng)日期2002年7月19日 優(yōu)先權(quán)日2001年8月3日
發(fā)明者江村勝治 申請(qǐng)人:住友電氣工業(yè)株式會(huì)社