專利名稱：一種二次電池與超級電容混合儲能管理系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種二次電池與超級電容混合儲能管理系統(tǒng)，應(yīng)用于鉛酸電池、鋰離子電池等二次電池與超級電容器作為儲能介質(zhì)的新能源發(fā)電系統(tǒng)、智能電網(wǎng)、微網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)等能量存儲系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
在儲能領(lǐng)域，通常以二次電池作為能量存儲介質(zhì)，電池能量密度高，但是電池充電時(shí)間長，并且在能量存儲過程中電極活性物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，頻繁的充放電過程使電池容量衰減。在發(fā)電系統(tǒng)中，電池組一般工作于循環(huán)充放電狀態(tài)，加速了電池的容量衰減。由于二次電池功率密度小，等效內(nèi)阻大，在儲能系統(tǒng)大電流充放電情況下，電池的壽命將進(jìn)一步縮短。
而超級電容器在充放電過程中不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，能量轉(zhuǎn)換和損失小。功率密度高，能提供瞬時(shí)大電流，短時(shí)間內(nèi)電流可達(dá)到幾百到幾千安培，功率密度是電池的10-100倍。充電速度快，時(shí)間短。并且充放電循環(huán)次數(shù)在105以上。溫度范圍寬，可工作在-40-70°C范圍內(nèi)。超級電容器能夠很好地彌補(bǔ)電池的缺點(diǎn)，二次電池和超級電容器搭配使用，將有效延長電池使用壽命，提高系統(tǒng)輸出功率。由于電池和超級電容器在生產(chǎn)過程中難以保證性能完全一致，當(dāng)串并聯(lián)使用時(shí)，其差異隨著循環(huán)充放電過程將日益加劇，影響電池組和超級電容器組的循環(huán)壽命。所以，在充放電過程中需要管理系統(tǒng)，對電池組和電容組在使用過程中進(jìn)行管理，避免了狀態(tài)差異造成成組性能加速衰退。混合儲能管理技術(shù)是儲能技術(shù)實(shí)用化和市場化的關(guān)鍵技術(shù)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種適用于二次電池與超級電容器作為儲能介質(zhì)的新能源發(fā)電系統(tǒng)、智能電網(wǎng)、微網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)等的儲能系統(tǒng)。為實(shí)現(xiàn)以上目的，本發(fā)明采取了以下的技術(shù)方案一種二次電池與超級電容混合儲能管理系統(tǒng)，包括有構(gòu)成連接回路的總線電流和電壓監(jiān)測、DC/AC、負(fù)載、集中管理子系統(tǒng)；所述集中管理子系統(tǒng)分出三條支路，其分別連接有電池管理子系統(tǒng)、超級電容管理子系統(tǒng)、上位機(jī)；所述電池管理子系統(tǒng)連接有多個電池管理子單元支路，電池管理子單元支路連接到總線電流和電壓監(jiān)測及DC/AC之間，每個電池管理子單元支路上依次連接有電池組、第一雙向變換器，所述電池管理子系統(tǒng)還分別與每個雙向變換器連接；電池管理子系統(tǒng)用于負(fù)責(zé)儲能系統(tǒng)中所有單體電池的狀態(tài)數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)傳輸，通過CAN總線與集中管理子單元通訊，電池管理子單元采集電池組中各單體電池的電壓信號，負(fù)責(zé)各單體電池之間的均衡功能，同時(shí)采集單體電池的溫度信號，計(jì)算單體電池剩余容量，并進(jìn)行相應(yīng)的熱管理處理；所述超級電容管理子系統(tǒng)連接有多個超級電容管理子單元支路，超級電容管理子單元支路連接到總線電流和電壓監(jiān)測及DC/AC之間，每個超級電容管理子單元支路上依次連接有超級電容器組、第二雙向變換器，所述超級電容管理子系統(tǒng)還與每個第二雙向變換器連接；超級電容管理子系統(tǒng)其用于負(fù)責(zé)儲能系統(tǒng)中所有超級電容器的狀態(tài)數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)傳輸，通過CAN總線與集中管理子單元通訊；超級電容管理子單元采集超級電容器組中各單體超級電容器的電壓信號和溫度信號，負(fù)責(zé)均衡功能，計(jì)算單體剩余容量，并進(jìn)行相應(yīng)的熱管理處理；上述每個電池管理子單元支路和超級電容管理子單元支路交錯排列；集中管理子系統(tǒng)用于根據(jù)負(fù)載、電池組和超級電容器組的狀態(tài)，將儲能系統(tǒng)中各電池組和超級電容器組進(jìn)行組合搭配，匯總電池和超級電容的狀態(tài)數(shù)據(jù)，與上位機(jī)通訊；所述上位機(jī)，其用于顯示混合儲能系統(tǒng)中所有單體電池和超級電容器的狀態(tài)，包括電壓、電流、溫度信息，均衡信息，告警信息，充放電情況，剩余容量等。
所述電池管理子單元，包括用于分別采集電池的電壓信號、溫度信號、電流信號的電壓信號采集模塊、溫度信號采集模塊、電流信號采集模塊，用于與電池連接的均衡控制模塊、SOC估算模塊、熱管理模塊。所述超級電容管理子單元，包括用于分別采集超級電容器的電壓信號、溫度信號、電流信號的電壓信號采集模塊、溫度信號采集模塊、電流信號采集模塊，用于與超級電容器連接的均衡控制模塊、SOC估算模塊、熱管理模塊。本發(fā)明所說的超級電容器是本領(lǐng)域的專用名詞，其解釋如下超級電容器是建立在德國物理學(xué)家亥姆霍茲提出的界面雙電層理論基礎(chǔ)上的一種全新的電容器。超級電容器(supercapacitor, ultracapacitor),又叫雙電層電容器(Electrical Double-LayerCapacitor)、電化學(xué)電容器Gilectrochemcial Capacitor, EC),黃金電容、法拉電容,通過極化電解質(zhì)來儲能。它是一種電化學(xué)元件，但在其儲能的過程并不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，這種儲能過程是可逆的，也正因?yàn)榇顺夒娙萜骺梢苑磸?fù)充放電數(shù)十萬次。超級電容器可以被視為懸浮在電解質(zhì)中的兩個無反應(yīng)活性的多孔電極板，在極板上加電，正極板吸弓I電解質(zhì)中的負(fù)離子，負(fù)極板吸引正離子，實(shí)際上形成兩個容性存儲層，被分離開的正離子在負(fù)極板附近，負(fù)離子在正極板附近。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點(diǎn)本發(fā)明通過對由二次電池和超級電容器組成的混合儲能系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)的研究，獲得混合儲能系統(tǒng)監(jiān)控和保護(hù)的核心技術(shù)，最大程度的延長電池和超級電容器的循環(huán)壽命，充分發(fā)揮其儲能作用，提高系統(tǒng)輸出功率、系統(tǒng)可靠性和效率。為二次電池和超級電容器作為儲能介質(zhì)的新能源發(fā)電系統(tǒng)、智能電網(wǎng)、微網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)儲能技術(shù)提供有力的技術(shù)支撐。


圖I是二次電池和超級電容器混合儲能管理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖；圖2是超級電容管理子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖；圖3是電池管理子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對本發(fā)明的內(nèi)容做進(jìn)一步詳細(xì)說明。
實(shí)施例請參閱圖I所示，本實(shí)施例提供的混合儲能管理系統(tǒng)適用于二次電池和超級電容器組成的混合儲能系統(tǒng)，儲能系統(tǒng)由多個電池組和超級電容器組構(gòu)成，每個電池組和超級電容器組都配備電池/超級電容管理子單元和雙向變換器。具體構(gòu)架如下所示，包括有構(gòu)成連接回路的總線電流和電壓監(jiān)測、DC/AC、負(fù)載、集中管理子系統(tǒng)；集中管理子系統(tǒng)分出三條支路，其分別連接有電池管理子系統(tǒng)、超級電容管理子系統(tǒng)、上位機(jī)；電池管理子系統(tǒng)連接有多個電池管理子單元支路，電池管理子單元支路連接到總線電流和電壓監(jiān)測及DC/AC之間，每個電池管理子單元支路上依次連接有電池組、第一雙向變換器，所述電池管理子系統(tǒng)還分別與每個雙向變換器連接；超級電容管理子系統(tǒng)連接有多個超級電容管理子單元支路，超級電容管理子單元支路連接到總線電流和電壓監(jiān)測及DC/AC之間，每個超級電容管理子單元支路上依次連接 有超級電容器組、第二雙向變換器，所述超級電容管理子系統(tǒng)還與每個第二雙向變換器連接；上述每個電池管理子單元支路和超級電容管理子單元支路交錯排列；所說的交錯排列具體是指，每個電池管理子單元支路旁側(cè)是超級電容管理子單元支路，即兩個電池管理子單元支路不會相鄰。集中管理子系統(tǒng)用于根據(jù)負(fù)載、電池組和超級電容器組的狀態(tài)，將儲能系統(tǒng)中各電池組和超級電容器組進(jìn)行組合搭配，匯總電池和超級電容的狀態(tài)數(shù)據(jù)，與上位機(jī)通訊；所述的集中管理子系統(tǒng)，包含告警模塊、通訊模塊、總線開關(guān)控制模塊等。負(fù)責(zé)混合系統(tǒng)中所有電池和超級電容狀態(tài)數(shù)據(jù)的匯總，根據(jù)各組電池和超級電容的狀態(tài)，以及負(fù)載大小，通過電池/超級電容管理子系統(tǒng)控制相應(yīng)的雙向變換器，隨時(shí)調(diào)整接入總線的電池組和超級電容器組的數(shù)量，保證系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。集中管理子系統(tǒng)與上位機(jī)通訊，將所有電池和超級電容的狀態(tài)傳輸?shù)缴衔粰C(jī)進(jìn)行顯示。所述上位機(jī)，其用于顯示混合儲能系統(tǒng)中所有單體電池和超級電容器的狀態(tài)，包括電壓、電流、溫度信息，均衡信息，告警信息，充放電情況，剩余容量等。電池管理子單元，包括用于分別采集電池的電壓信號、溫度信號、電流信號的電壓信號采集模塊、溫度信號采集模塊、電流信號采集模塊，用于與電池連接的均衡控制模塊、SOC估算模塊、熱管理模塊。超級電容管理子單元，包括用于分別采集超級電容器的電壓信號、溫度信號、電流信號的電壓信號采集模塊、溫度信號采集模塊、電流信號采集模塊，用于與超級電容器連接的均衡控制模塊、SOC估算模塊、熱管理模塊。超級電容管理子單元負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)超級電容器的電壓和溫度信號采集、SOC估算和均衡功能，包含電壓信號采集模塊、溫度信號采集模塊、電流采集模塊、均衡控制模塊、SOC估算模塊、熱管理模塊等。電池管理子系統(tǒng)將電池的狀態(tài)數(shù)據(jù)通過CAN總線傳輸?shù)郊泄芾碜酉到y(tǒng)。同時(shí)，電池管理子系統(tǒng)監(jiān)測和控制電池組雙向變換器的工作狀態(tài)。本實(shí)施例中，超級電容器管理子系統(tǒng)將超級電容的狀態(tài)數(shù)據(jù)通過CAN總線傳輸?shù)郊泄芾碜酉到y(tǒng)。同時(shí)，超級電容器管理子系統(tǒng)監(jiān)測和控制超級電容器組雙向變換器的工作狀態(tài)。
本實(shí)施例尤其適用于新能源發(fā)電、微網(wǎng)發(fā)電和智能電網(wǎng)混合儲能管理系統(tǒng)，增加系統(tǒng)輸出功率，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性，延長系統(tǒng)壽命。本發(fā)明尤其適用于新能源發(fā)電、微網(wǎng)發(fā)電和智能電網(wǎng)混合儲能管理系統(tǒng)，增加系統(tǒng)輸出功率，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性，延長系統(tǒng)壽命。所述的混合儲能系統(tǒng)由二次電池和超級電容 器組成。所述的混合儲能管理系統(tǒng)主要包括電池管理子系統(tǒng)、超級電容管理子系統(tǒng)、集中管理子系統(tǒng)和上位機(jī)。上列詳細(xì)說明是針對本發(fā)明可行實(shí)施例的具體說明，該實(shí)施例并非用以限制本發(fā)明的專利范圍，凡未脫離本發(fā)明所為的等效實(shí)施或變更，均應(yīng)包含于本案的專利范圍中。
權(quán)利要求
1.ー種二次電池與超級電容混合儲能管理系統(tǒng)，包括有構(gòu)成連接回路的總線電流和電壓監(jiān)測、DC/AC、負(fù)載、集中管理子系統(tǒng)； 所述集中管理子系統(tǒng)分出三條支路，其分別連接有電池管理子系統(tǒng)、超級電容管理子系統(tǒng)、上位機(jī)； 所述電池管理子系統(tǒng)連接有多個電池管理子単元支路，電池管理子単元支路連接到總線電流和電壓監(jiān)測及DC/AC之間，每個電池管理子単元支路上依次連接有電池組、第一雙向變換器，所述電池管理子系統(tǒng)還分別與每個雙向變換器連接； 所述超級電容管理子系統(tǒng)連接有多個超級電容管理子単元支路，超級電容管理子単元支路連接到總線電流和電壓監(jiān)測及DC/AC之間，每個超級電容管理子単元支路上依次連接有超級電容器組、第二雙向變換器，所述超級電容管理子系統(tǒng)還與每個第二雙向變換器連接； 上述每個電池管理子単元支路和超級電容管理子単元支路交錯排列； 集中管理子系統(tǒng)用于根據(jù)負(fù)載、電池組和超級電容器組的狀態(tài)，將儲能系統(tǒng)中各電池組和超級電容器組進(jìn)行組合搭配，匯總電池和超級電容的狀態(tài)數(shù)據(jù)，與上位機(jī)通訊； 所述上位機(jī)，其用于顯示混合儲能系統(tǒng)中所有單體電池和超級電容器的狀態(tài)，包括電壓、電流、溫度信息，均衡信息，告警信息，充放電情況，剰余容量等。
2.如權(quán)利要求I所述的二次電池與超級電容混合儲能管理系統(tǒng)，其特征在于所述電池管理子単元，包括用于分別采集電池的電壓信號、溫度信號、電流信號的電壓信號采集模塊、溫度信號采集模塊、電流信號采集模塊，用干與電池連接的均衡控制模塊、SOC估算模塊、熱管理模塊。
3.如權(quán)利要求I所述的二次電池與超級電容混合儲能管理系統(tǒng)，其特征在于所述超級電容管理子単元，包括用于分別采集超級電容器的電壓信號、溫度信號、電流信號的電壓信號采集模塊、溫度信號采集模塊、電流信號采集模塊，用干與超級電容器連接的均衡控制模塊、SOC估算模塊、熱管理模塊。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種二次電池與超級電容混合儲能管理系統(tǒng)，包括電池管理子系統(tǒng)、超級電容管理子系統(tǒng)、集中管理子系統(tǒng)和上位機(jī)。所述的電池管理子系統(tǒng)由電池管理子單元組成，負(fù)責(zé)系統(tǒng)中單體電池的狀態(tài)信號采集、SOC估算和均衡、數(shù)據(jù)處理和傳輸，監(jiān)控電池組雙向變換器的工作狀態(tài)。所述的超級電容管理子系統(tǒng)由超級電容管理子單元組成，負(fù)責(zé)系統(tǒng)中超級電容器的狀態(tài)信號采集、均衡、SOC估算、數(shù)據(jù)傳輸?shù)?，監(jiān)控超級電容器組雙向變換器的工作狀態(tài)。所述的集中管理子系統(tǒng)，負(fù)責(zé)系統(tǒng)中電池和超級電容狀態(tài)數(shù)據(jù)的匯總，隨時(shí)調(diào)整接入總線的電池組和超級電容器組的數(shù)量。所述的上位機(jī)，顯示系統(tǒng)中所有電池和超級電容的狀態(tài)信息。本發(fā)明可有效延長電池和超級電容的循環(huán)壽命，為二次電池和超級電容器作為儲能介質(zhì)的新能源發(fā)電系統(tǒng)、智能電網(wǎng)、微網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)儲能技術(shù)提供有力的支撐。
文檔編號H02J15/00GK102842963SQ20121035659
公開日2012年12月26日 申請日期2012年9月21日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月21日
發(fā)明者呂杰, 宋文吉, 馮自平, 高日新, 林仕立, 韓穎 申請人:中國科學(xué)院廣州能源研究所