一種風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電儲(chǔ)能控制系統(tǒng)的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及一種風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電儲(chǔ)能控制系統(tǒng)，其技術(shù)特點(diǎn)是：包括風(fēng)力發(fā)電機(jī)、光伏組件、超級(jí)電容器組、新能源控制器、鋰電池組和負(fù)載，新能源控制器與風(fēng)力發(fā)電機(jī)、光伏組件的輸入端相連接，新能源控制器控制端分別與鋰電池組、超級(jí)電容器組和負(fù)載相連接。本發(fā)明設(shè)計(jì)合理，可以將微弱的能量進(jìn)行收集，提高了系統(tǒng)的效率，延長(zhǎng)了給負(fù)載的供電時(shí)間，通過(guò)超級(jí)電容器組的加入，減少了鋰電池的循環(huán)次數(shù)，延長(zhǎng)了其使用壽命，并可以實(shí)現(xiàn)大功率的充放電功能，防止大功率輸出對(duì)鋰電池壽命的影響，使得超級(jí)電容器和鋰電池的特性得以?xún)?yōu)勢(shì)互補(bǔ)，性能得以充分發(fā)揮。
【專(zhuān)利說(shuō)明】—種風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電儲(chǔ)能控制系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于發(fā)電控制【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其是一種風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電儲(chǔ)能控制系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002]太陽(yáng)能和風(fēng)能是最普遍的自然資源，兩者在時(shí)間上和地域上都有很強(qiáng)的互補(bǔ)性，也是取之不盡的可再生能源。太陽(yáng)能和風(fēng)能在時(shí)間上的互補(bǔ)性使風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)在資源上具有最佳的匹配性，也是資源配置條件最好的獨(dú)立電源系統(tǒng)。但是，現(xiàn)有的風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)在弱風(fēng)、弱光條件下，風(fēng)機(jī)或太陽(yáng)能板的輸出能力下降，輸出電壓平于或低于電池組的電壓，不能給電池充電，導(dǎo)致上述能量就被舍棄了。如果長(zhǎng)期出現(xiàn)弱風(fēng)或遭遇連續(xù)的陰雨天氣，就不能保證負(fù)載的用電需求，電池組也可能因放電后長(zhǎng)期得不到補(bǔ)充而出現(xiàn)損壞，或?qū)ζ鋲勖a(chǎn)生不利影響。
[0003]與傳統(tǒng)的鉛酸蓄電池相比，鋰離子電池作為一種能量密度高、循環(huán)壽命長(zhǎng)、倍率性能好以及對(duì)環(huán)境友好無(wú)污染等高性能的可充電綠色電池，目前得到越來(lái)越多的應(yīng)用。以L(fǎng)iFePCM為正極的鋰離子二次電池?zé)o疑具有其自身的優(yōu)點(diǎn)，如更安全、更環(huán)保和更廉價(jià)而倍受關(guān)注，成為最具優(yōu)勢(shì)的鋰電池。
[0004]與傳統(tǒng)電容器相比，超級(jí)電容器具有功率密度大、循環(huán)壽命長(zhǎng)、可大電流充放電以及低溫特性好等特點(diǎn)，但是，超級(jí)電容器的容量卻不能與鋰離子電池相提并論。如何將超級(jí)電容器與鋰離子電池相結(jié)合，共同作為儲(chǔ)能裝置，將形成優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，形成高容量、高功率、長(zhǎng)壽命的混合儲(chǔ)能系統(tǒng)以發(fā)揮各自的優(yōu)勢(shì)是目前迫切需要解決的問(wèn)題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電儲(chǔ)能控制系統(tǒng)，解決了風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)在弱風(fēng)、弱光條件下，風(fēng)機(jī)或太陽(yáng)能板的輸出能力下降導(dǎo)致效率低、負(fù)載供電時(shí)間短等問(wèn)題。
[0006]本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題是采取以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
[0007]一種風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電儲(chǔ)能控制系統(tǒng)，包括風(fēng)力發(fā)電機(jī)、光伏組件、超級(jí)電容器組、新能源控制器、鋰電池組和負(fù)載，新能源控制器與風(fēng)力發(fā)電機(jī)、光伏組件的輸入端相連接，新能源控制器控制端分別與鋰電池組、超級(jí)電容器組和負(fù)載相連接。
[0008]而且，所述新能源控制器包括主控電路模塊、三相整流電路、風(fēng)機(jī)充電管理電路、風(fēng)機(jī)控制與保護(hù)電路、超級(jí)電容器組充放電管理控制與保護(hù)電路、鋰電池充放電控制與保護(hù)電路、太陽(yáng)能充電管理電路、太陽(yáng)能控制與保護(hù)電路以及輸出控制管理電路；所述的三相整流電路與風(fēng)力發(fā)電機(jī)相連接，該三相整流電路的輸出端分別通過(guò)風(fēng)機(jī)充電管理電路、風(fēng)機(jī)控制與保護(hù)電路相與主控電路模塊相連接；所述的太陽(yáng)能充電管理電路、太陽(yáng)能控制與保護(hù)電路的輸入端與光伏組件相連接，其輸出端與主控電路模塊相連接；所述的超級(jí)電容器組充放電管理控制與保護(hù)電路的輸入端與超級(jí)電容器組相連接，其輸出端與主控電路模塊相連接；所述的鋰電池充放電控制與保護(hù)電路的輸入端與鋰電池組相連接，其輸出端與主控電路模塊相連接；所述主控電路模塊的輸出端連接輸出控制管理電路，該輸出控制管理電路通過(guò)穩(wěn)壓電路連接到負(fù)載上。
[0009]而且，所述超級(jí)電容器組包括多個(gè)電容串聯(lián)構(gòu)成一個(gè)串聯(lián)支路電容組并由多個(gè)串聯(lián)支路電容組串聯(lián)組成。
[0010]而且,所述的鋰電池組可以采用直流12伏或24伏系統(tǒng)或48伏系統(tǒng)。
[0011 ] 本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和積極效果是:
[0012]1、本發(fā)明將超級(jí)電容器組、鋰電池組、新能源控制器與風(fēng)力發(fā)電機(jī)、光伏組件集合在一起，能夠在晨、昏、陰天光照較弱或弱風(fēng)的情況下，將風(fēng)力發(fā)電機(jī)、光伏電池產(chǎn)生的微弱電能收集起來(lái)，儲(chǔ)存到超級(jí)電容或電池組內(nèi)，保證電池組每天得到有效的電能補(bǔ)充，不會(huì)造成因過(guò)放而損壞電池組，對(duì)提高系統(tǒng)的效率及延長(zhǎng)負(fù)載供電時(shí)間有良好的效果。同時(shí)，在大電流充電或負(fù)載瞬時(shí)大電流啟動(dòng)的情況下可以實(shí)現(xiàn)短時(shí)大電流能量的高效收集和釋放，避免鋰電池組受到大電流的沖擊和由于難以短時(shí)接收高的充電電流而出現(xiàn)能量收集不完全的狀況。
[0013]2、本發(fā)明采用多個(gè)電容串聯(lián)構(gòu)成一個(gè)串聯(lián)支路電容器組，將超級(jí)電容器組作為儲(chǔ)能裝置，具有較大的容量、較高的能量、較寬的工作溫度范圍、較高的比功率和極長(zhǎng)的使用壽命，且對(duì)環(huán)境無(wú)污染。
[0014]3、本發(fā)明采用的鋰電池組與傳統(tǒng)鉛酸蓄電池相比，具有能量密度高，循環(huán)壽命長(zhǎng)，倍率性能好，對(duì)環(huán)境友好無(wú)污染等特點(diǎn)，以L(fǎng)iFePCM為正極的鋰離子二次電池?zé)o疑具有其自身的優(yōu)點(diǎn)，如更安全、更環(huán)保和更廉價(jià)而倍受關(guān)注，成為最具優(yōu)勢(shì)的鋰電池。
[0015]4、本發(fā)明設(shè)計(jì)合理，可以將微弱的能量進(jìn)行收集，提高了系統(tǒng)的效率，延長(zhǎng)了給負(fù)載的供電時(shí)間，通過(guò)超級(jí)電容器組的加入，減少了鋰電池的循環(huán)次數(shù)，延長(zhǎng)了其使用壽命，并可以實(shí)現(xiàn)大功率的充放電功能，防止大功率輸出對(duì)鋰電池壽命的影響，使得超級(jí)電容器和鋰電池的特性得以?xún)?yōu)勢(shì)互補(bǔ)，性能得以充分發(fā)揮。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0016]圖1是本發(fā)明的系統(tǒng)連接示意圖；
[0017]圖2是圖1中超級(jí)電容器組的電路連接圖；
[0018]圖3是圖1中新能源控制器的電路方框圖；
[0019]圖1中，1:風(fēng)力發(fā)電機(jī)；2:光伏組件；3:超級(jí)電容器組；4:新能源控制器；5:鋰電池組；6:負(fù)載；
[0020]圖2 中，A、B:節(jié)點(diǎn);Ch、。卜2、C1,' CV1' C2_2、C2_n、Cn_” Cn_2、Cn_n:電容。

【具體實(shí)施方式】
[0021]以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳述。
[0022]一種風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電儲(chǔ)能控制系統(tǒng)，如圖1所示，包括風(fēng)力發(fā)電機(jī)1、光伏組件2、超級(jí)電容器組3、新能源控制器4、鋰電池組5和負(fù)載6，其中，新能源控制器4與風(fēng)力發(fā)電機(jī)、光伏組件的輸入端相連接，新能源控制器控制端分別與鋰電池組、超級(jí)電容器組和負(fù)載相連接。下面對(duì)系統(tǒng)中的各個(gè)部分分別進(jìn)行說(shuō)明:
[0023]鋰電池組可以采用直流12伏或24伏系統(tǒng)或48伏系統(tǒng)，當(dāng)鋰電池組為直流12伏或24伏系統(tǒng)時(shí)，不需要加裝DC-DC轉(zhuǎn)換電路；當(dāng)鋰電池組為直流48伏系統(tǒng)時(shí)，需要加裝DC-DC轉(zhuǎn)換電路。
[0024]超級(jí)電容器組包括多個(gè)電容串聯(lián)構(gòu)成一個(gè)串聯(lián)支路電容組，再由多個(gè)串聯(lián)支路電容組串聯(lián)組成超級(jí)電容器組，如圖2所示，多個(gè)電容Ch、C1^2、……Cg依次串聯(lián)連接為第一個(gè)電容組、多個(gè)電容Cp1、C2_2……C2_n依次串聯(lián)連接為第二個(gè)電容組、多個(gè)電容Clr1、Cn_2……Cn_n依次串聯(lián)連接為第η個(gè)電容組；再由上述第一個(gè)電容組、第二個(gè)電容組、……第η個(gè)電容組串聯(lián)組成超級(jí)電容器組。超級(jí)電容器組采用超級(jí)電容器作為儲(chǔ)能裝置，具有較大的容量、較高的能量、較寬的工作溫度范圍和極長(zhǎng)的使用壽命；而與鋰電池相比，它又具有較高的比功率，且對(duì)環(huán)境無(wú)污染。
[0025]新能源控制器是本風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電儲(chǔ)能控制系統(tǒng)的控制核心，如圖3所示，所述新能源控制器包括主控電路模塊、三相整流電路、風(fēng)機(jī)充電管理電路、風(fēng)機(jī)控制與保護(hù)電路、超級(jí)電容器組充放電管理控制與保護(hù)電路、鋰電池充放電控制與保護(hù)電路、太陽(yáng)能充電管理電路、太陽(yáng)能控制與保護(hù)電路以及輸出控制管理電路；所述的三相整流電路與風(fēng)力發(fā)電機(jī)相連接，該三相整流電路的輸出端分別通過(guò)風(fēng)機(jī)充電管理電路、風(fēng)機(jī)控制與保護(hù)電路相與主控電路模塊相連接；所述的太陽(yáng)能充電管理電路、太陽(yáng)能控制與保護(hù)電路的輸入端與光伏組件相連接，其輸出端與主控電路模塊相連接；所述的超級(jí)電容器組充放電管理控制與保護(hù)電路的輸入端與超級(jí)電容器組相連接，其輸出端與主控電路模塊相連接；所述的鋰電池充放電控制與保護(hù)電路的輸入端與鋰電池組相連接，其輸出端與主控電路模塊相連接；所述主控電路模塊的輸出端連接輸出控制管理電路，該輸出控制管理電路通過(guò)穩(wěn)壓電路連接到負(fù)載上。
[0026]在晨、昏、陰天光照較弱或弱風(fēng)的情況下，風(fēng)力發(fā)電機(jī)、光伏電池電壓平于或低于電池組電壓，常規(guī)的風(fēng)光互補(bǔ)系統(tǒng)不能收集這些微弱的能量。而本系統(tǒng)所用超級(jí)電容器組、鋰電池配合高效的充電控制器，能夠把風(fēng)力發(fā)電機(jī)、光伏電池產(chǎn)生的微弱電能收集起來(lái)，儲(chǔ)存到超級(jí)電容或電池組內(nèi)，保證電池組每天得到有效的電能補(bǔ)充，不會(huì)造成因過(guò)放而損壞電池組，對(duì)提高系統(tǒng)的效率及延長(zhǎng)負(fù)載供電時(shí)間有良好的效果。同時(shí)，在大電流充電或負(fù)載瞬時(shí)大電流啟動(dòng)的情況下可以實(shí)現(xiàn)短時(shí)大電流能量的高效收集和釋放，避免電池組受到大電流的沖擊和由于難以短時(shí)接收高的充電電流而出現(xiàn)能量收集不完全的狀況。同時(shí)，由于超級(jí)電容器具有很長(zhǎng)的循環(huán)壽命，并能提供遠(yuǎn)大于鋰離子電池的輸出功率，風(fēng)機(jī)、太陽(yáng)能板產(chǎn)生的能量通過(guò)新能源控制器優(yōu)先給超級(jí)電容器進(jìn)行充電(或其優(yōu)先于鋰電池進(jìn)行放電)，這樣，不僅能減少鋰離子電池的循環(huán)次數(shù)，延長(zhǎng)其壽命，還能本系統(tǒng)能夠提供較大的功率，防止大功率輸出對(duì)鋰電池壽命的影響，使得超級(jí)電容器和鋰電池的特性得以?xún)?yōu)勢(shì)互補(bǔ)，性能得以充分發(fā)揮。
[0027]本控制系統(tǒng)的工作原理為:初始充電時(shí)，風(fēng)力發(fā)電機(jī)和光伏組件產(chǎn)生的電能通過(guò)新能源控制器給超級(jí)電容器組充電，超級(jí)電容組達(dá)到鋰電池充電區(qū)間后給鋰離子電池進(jìn)行充電；當(dāng)無(wú)風(fēng)或日照時(shí)，先由超級(jí)電容器組為負(fù)載供電，當(dāng)超級(jí)電容器組電量不足時(shí)，鋰離子電池通過(guò)新能源控制器為負(fù)載供電，同時(shí)給超級(jí)電容器組補(bǔ)充電量。在微風(fēng)、弱光條件下充電時(shí)，風(fēng)力發(fā)電機(jī)、光伏組件所產(chǎn)生的電壓較低，達(dá)不到鋰電池的充電電壓值，所產(chǎn)生的電能只能通過(guò)新能源控制器進(jìn)入超級(jí)電容器組；當(dāng)超級(jí)電容器組充電達(dá)到鋰電池的充電電壓值Vl后，超級(jí)電容器組的電能通過(guò)新能源控制器向鋰電池進(jìn)行充電；當(dāng)超級(jí)電容器組電壓降低至設(shè)定電壓V2后，新能源控制器停止向鋰電池充電，等待超級(jí)電容器組再次由風(fēng)力發(fā)電機(jī)和光伏組件充電至Vl再次工作；當(dāng)檢測(cè)到鋰電池組和超級(jí)電容器組充滿(mǎn)電后，新能源控制器停止向其充電；在無(wú)風(fēng)或無(wú)日照條件下，首先由超級(jí)電容器組給負(fù)載供電，當(dāng)超級(jí)電容器組電量不足時(shí)，鋰電池組通過(guò)新能源控制器給負(fù)載供電，同時(shí)通過(guò)新能源控制器給超級(jí)電容器組補(bǔ)充電量。
[0028]需要強(qiáng)調(diào)的是，本發(fā)明所述的實(shí)施例是說(shuō)明性的，而不是限定性的，因此本發(fā)明包括并不限于【具體實(shí)施方式】中所述的實(shí)施例，凡是由本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案得出的其他實(shí)施方式，同樣屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電儲(chǔ)能控制系統(tǒng)，其特征在于:包括風(fēng)力發(fā)電機(jī)、光伏組件、超級(jí)電容器組、新能源控制器、鋰電池組和負(fù)載，新能源控制器與風(fēng)力發(fā)電機(jī)、光伏組件的輸入端相連接，新能源控制器控制端分別與鋰電池組、超級(jí)電容器組和負(fù)載相連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電儲(chǔ)能控制系統(tǒng)，其特征在于:所述新能源控制器包括主控電路模塊、三相整流電路、風(fēng)機(jī)充電管理電路、風(fēng)機(jī)控制與保護(hù)電路、超級(jí)電容器組充放電管理控制與保護(hù)電路、鋰電池充放電控制與保護(hù)電路、太陽(yáng)能充電管理電路、太陽(yáng)能控制與保護(hù)電路以及輸出控制管理電路；所述的三相整流電路與風(fēng)力發(fā)電機(jī)相連接，該三相整流電路的輸出端分別通過(guò)風(fēng)機(jī)充電管理電路、風(fēng)機(jī)控制與保護(hù)電路相與主控電路模塊相連接；所述的太陽(yáng)能充電管理電路、太陽(yáng)能控制與保護(hù)電路的輸入端與光伏組件相連接，其輸出端與主控電路模塊相連接；所述的超級(jí)電容器組充放電管理控制與保護(hù)電路的輸入端與超級(jí)電容器組相連接，其輸出端與主控電路模塊相連接；所述的鋰電池充放電控制與保護(hù)電路的輸入端與鋰電池組相連接，其輸出端與主控電路模塊相連接；所述主控電路模塊的輸出端連接輸出控制管理電路，該輸出控制管理電路通過(guò)穩(wěn)壓電路連接到負(fù)載上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電儲(chǔ)能控制系統(tǒng)，其特征在于:所述超級(jí)電容器組包括多個(gè)電容串聯(lián)構(gòu)成一個(gè)串聯(lián)支路電容組并由多個(gè)串聯(lián)支路電容組串聯(lián)組成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電儲(chǔ)能控制系統(tǒng)，其特征在于:所述的鋰電池組可以采用直流12伏或24伏系統(tǒng)或48伏系統(tǒng)。
【文檔編號(hào)】H02J7/00GK104167781SQ201410373633
【公開(kāi)日】2014年11月26日 申請(qǐng)日期:2014年7月31日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月31日
【發(fā)明者】楊法, 王僑舉, 張穎菁, 顧德明, 張娟 申請(qǐng)人:國(guó)家電網(wǎng)公司, 天津市三源電力設(shè)備制造有限公司