本發(fā)明涉及一種混合儲能電源的控制系統(tǒng)，更具體地說，涉及一種混合儲能電源瞬時(shí)功率控制系統(tǒng)，適用于具有瞬時(shí)大功率負(fù)載的應(yīng)用場合。

背景技術(shù)：

能量存儲是電動(dòng)汽車、混合動(dòng)力汽車和燃料汽車等領(lǐng)域中的重要技術(shù)之一，單一電化學(xué)儲能電池雖然具有能量密度高的特點(diǎn)，但是也存在功率密度低的問題；超級電容具有比功率高，可大電流充放電，且充放電反應(yīng)時(shí)間迅速，循環(huán)壽命長的優(yōu)點(diǎn)，其缺點(diǎn)是比能量較低，續(xù)航里程較短。采用電化學(xué)蓄電池組和超級電容組相結(jié)合的混合儲能電源兼具高功率密度和高能量密度的特點(diǎn)，能夠解決瞬時(shí)大功率負(fù)載需求問題，在新能源汽車等領(lǐng)域具有良好的應(yīng)用前景。如中國專利號zl201420099721.8，授權(quán)公告日為2014年7月30日，發(fā)明創(chuàng)造名稱為：自適應(yīng)濾波器功率分流控制的混合動(dòng)力車復(fù)合電源，該申請案涉及一種自適應(yīng)濾波器功率分流控制的混合動(dòng)力車復(fù)合電源。該復(fù)合電源包括蓄電池、超級電容器和雙向dc/dc變換器。蓄電池直接與功率總線相連，作為主要電源；超級電容器通過雙向dc/dc變換器與功率總線連接，與雙向dc-dc變換器串聯(lián)構(gòu)成輔助電源。雙向dc-dc變換器采用非隔離半橋結(jié)構(gòu)。該申請案中的復(fù)合電源中超級電容器對蓄電池進(jìn)行功率補(bǔ)償，復(fù)合電源的整體效率顯著提高；超級電容器可以迅速高效地大電流充放電，最大限度地回收了再生制動(dòng)能量。

盡管由蓄電池、超級電容器組成的混合儲能電源具有上述優(yōu)勢，但是，對于混合儲能電源來說，如何充分發(fā)揮蓄電池和超級電容器的優(yōu)勢以達(dá)到更好的調(diào)控效果是本領(lǐng)域技術(shù)人員正在面對的技術(shù)難題。為了保證混合儲能電源能夠輸出穩(wěn)態(tài)功率，滿足沖擊性負(fù)載的瞬時(shí)功率需求，亟需針對上述的混合儲能電源設(shè)計(jì)一款瞬時(shí)功率控制系統(tǒng)，以滿足具有瞬時(shí)大功率負(fù)載的應(yīng)用場合。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

1.發(fā)明要解決的技術(shù)問題

本發(fā)明的目的在于提供一種混合儲能電源瞬時(shí)功率控制系統(tǒng)，采用本發(fā)明的技術(shù)方案，通過混合儲能電源的蓄電池組輸出穩(wěn)態(tài)功率，通過混合儲能電源的超級電容組輸出峰值功率實(shí)現(xiàn)沖擊性負(fù)載的功率需求，并且充分考慮蓄電池組和超級電容組的輸出功率運(yùn)行范圍，避免了蓄電池組大功率放電，保證蓄電池組運(yùn)行在其安全范圍內(nèi)；系統(tǒng)功率密度高、能量密度大、運(yùn)行效率高、可控性強(qiáng)，能夠有效延長直流儲能電源的使用壽命。

2.技術(shù)方案

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供的技術(shù)方案為：

本發(fā)明的一種混合儲能電源瞬時(shí)功率控制系統(tǒng)，包括混合儲能電源、dc/ac逆變器、功率檢測模塊一、數(shù)字控制單元和功率檢測模塊二，所述的功率檢測模塊一檢測負(fù)載的實(shí)時(shí)功率并傳送給數(shù)字控制單元，所述的功率檢測模塊二檢測混合儲能電源中蓄電池組和超級電容組的輸出功率并傳送給數(shù)字控制單元，所述的數(shù)字控制單元根據(jù)混合儲能電源中蓄電池組和超級電容組的輸出功率、負(fù)載所需的瞬時(shí)功率驅(qū)動(dòng)dc/ac逆變器運(yùn)行，所述的混合儲能電源通過dc/ac逆變器向負(fù)載提供瞬時(shí)功率。

更進(jìn)一步地，所述的數(shù)字控制單元驅(qū)動(dòng)dc/ac逆變器運(yùn)行的規(guī)則為：

(a)當(dāng)蓄電池組的輸出功率pbatmin＜pbat(t)＜pbatmax時(shí)，則pbat(t)＝p(t)；

(b)當(dāng)蓄電池組的輸出功率pbat(t)＞pbatmax時(shí)，pbat(t)＝pbatmax，超級電容組(1-2)的輸出功率psu(t)＝p(t)-pbatmax；

(c)當(dāng)超級電容組的剩余功率小于psumin時(shí)，蓄電池組向超級電容組充電；

式中，pbatmax為蓄電池組能輸出的最大功率，pbatmin為蓄電池組能輸出的最小功率，psumin為超級電容組能輸出的最小功率；其中，pbatmin和pbatmax根據(jù)蓄電池組的電化學(xué)性能和蓄電池組剩余容量確定；psumin根據(jù)超級電容組的性能確定。

更進(jìn)一步地，所述的混合儲能電源由蓄電池組、超級電容組和雙向dc/dc逆變器組成，所述的超級電容組與雙向dc/dc逆變器串聯(lián)后與蓄電池組分別連接至dc/ac逆變器。

更進(jìn)一步地，所述的蓄電池組由n個(gè)蓄電池單元串聯(lián)而成；所述的超級電容組由m個(gè)超級電容單元串聯(lián)而成。

更進(jìn)一步地，所述的蓄電池組采用電化學(xué)儲能電池組，所述的dc/ac逆變器和負(fù)載為單相或三相。

更進(jìn)一步地，所述的電化學(xué)儲能電池組為鉛酸蓄電池組、鎳氫電池組或鋰離子電池組。

3.有益效果

采用本發(fā)明提供的技術(shù)方案，與已有的公知技術(shù)相比，具有如下顯著效果：

(1)本發(fā)明的一種混合儲能電源瞬時(shí)功率控制系統(tǒng)，其通過混合儲能電源的蓄電池組輸出穩(wěn)態(tài)功率，通過混合儲能電源的超級電容組輸出峰值功率實(shí)現(xiàn)沖擊性負(fù)載的功率需求，控制蓄電池組的功率輸出，減小蓄電池組受到的峰值功率沖擊，同時(shí)能夠解決蓄電池組老化后儲能電源瞬時(shí)功率供應(yīng)不足的問題；并且充分考慮蓄電池組和超級電容組的輸出功率運(yùn)行范圍，避免了蓄電池組大功率放電，保證蓄電池組運(yùn)行在其安全范圍內(nèi)；系統(tǒng)功率密度高、能量密度大、運(yùn)行效率高、可控性強(qiáng)，能夠有效延長直流儲能電源的使用壽命，適用于具有瞬時(shí)大功率負(fù)載的應(yīng)用場合，在電動(dòng)汽車、混合動(dòng)力汽車和燃料汽車等新能源汽車領(lǐng)域有良好的應(yīng)用前景；

(2)本發(fā)明的一種混合儲能電源瞬時(shí)功率控制系統(tǒng)，其數(shù)字控制單元驅(qū)動(dòng)dc/ac逆變器運(yùn)行的規(guī)則兼顧了蓄電池組和超級電容組的輸出功率運(yùn)行范圍，有效保護(hù)了蓄電池組和超級電容組，在滿足負(fù)載瞬時(shí)功率需要的情況下，有效延長了蓄電池組的使用壽命，提升蓄電池組的使用安全性；

(3)本發(fā)明的一種混合儲能電源瞬時(shí)功率控制系統(tǒng)，其混合儲能電源由蓄電池組、超級電容組和雙向dc/dc逆變器組成，超級電容組與雙向dc/dc逆變器串聯(lián)后與蓄電池組分別連接至dc/ac逆變器，該混合儲能電源能夠減少蓄電池組大電流充放電次數(shù)，提高蓄電池組的使用壽命；并且，蓄電池組由n個(gè)蓄電池單元串聯(lián)而成，超級電容組由m個(gè)超級電容單元串聯(lián)而成，集成度高，結(jié)構(gòu)緊湊，與并聯(lián)結(jié)構(gòu)相比，更能發(fā)揮兩種儲能元件的優(yōu)點(diǎn)。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的一種混合儲能電源瞬時(shí)功率控制系統(tǒng)的原理框圖；

圖2為本發(fā)明中的混合儲能電源的原理示意圖。

示意圖中的標(biāo)號說明：

1、混合儲能電源；2、dc/ac逆變器；3、負(fù)載；4、功率檢測模塊一；5、數(shù)字控制單元；6、功率檢測模塊二；1-1、蓄電池組；1-2、超級電容組；1-3、雙向dc/dc逆變器。

具體實(shí)施方式

為進(jìn)一步了解本發(fā)明的內(nèi)容，結(jié)合附圖對本發(fā)明作詳細(xì)描述。

結(jié)合圖1和圖2所示，本發(fā)明的一種混合儲能電源瞬時(shí)功率控制系統(tǒng)，通過混合儲能電源1的蓄電池組1-1輸出穩(wěn)態(tài)功率，通過混合儲能電源1的超級電容組1-2輸出峰值功率實(shí)現(xiàn)沖擊性負(fù)載3的功率需求，控制蓄電池組1-1的功率輸出，減小蓄電池組1-1受到的峰值功率沖擊，同時(shí)能夠解決蓄電池組1-1老化后儲能電源瞬時(shí)功率供應(yīng)不足的問題；并且充分考慮蓄電池組1-1和超級電容組1-2的輸出功率運(yùn)行范圍，避免了蓄電池組1-1大功率放電，保證蓄電池組1-1運(yùn)行在其安全范圍內(nèi)；系統(tǒng)功率密度高、能量密度大、運(yùn)行效率高、可控性強(qiáng)，能夠有效延長直流儲能電源的使用壽命，適用于具有瞬時(shí)大功率負(fù)載的應(yīng)用場合，在電動(dòng)汽車、混合動(dòng)力汽車和燃料汽車等新能源汽車領(lǐng)域有良好的應(yīng)用前景。

具體方案為：包括混合儲能電源1、dc/ac逆變器2、功率檢測模塊一4、數(shù)字控制單元5和功率檢測模塊二6，功率檢測模塊一4檢測負(fù)載3的實(shí)時(shí)功率并傳送給數(shù)字控制單元5，功率檢測模塊二6檢測混合儲能電源1中蓄電池組1-1和超級電容組1-2的輸出功率并傳送給數(shù)字控制單元5，數(shù)字控制單元5根據(jù)混合儲能電源1中蓄電池組1-1和超級電容組1-2的輸出功率、負(fù)載3所需的瞬時(shí)功率驅(qū)動(dòng)dc/ac逆變器2運(yùn)行，混合儲能電源1通過dc/ac逆變器2向負(fù)載3提供瞬時(shí)功率。如圖2所示，上述的混合儲能電源1由蓄電池組1-1、超級電容組1-2和雙向dc/dc逆變器1-3組成，超級電容組1-2與雙向dc/dc逆變器1-3串聯(lián)后與蓄電池組1-1分別連接至dc/ac逆變器2。蓄電池組1-1由n個(gè)蓄電池單元串聯(lián)而成；超級電容組1-2由m個(gè)超級電容單元串聯(lián)而成。

下面結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的描述。

實(shí)施例

參見圖1和圖2所示，本實(shí)施例的一種混合儲能電源瞬時(shí)功率控制系統(tǒng)，包括混合儲能電源1、dc/ac逆變器2、功率檢測模塊一4、數(shù)字控制單元5和功率檢測模塊二6，其中混合儲能電源1由蓄電池組1-1、超級電容組1-2和雙向dc/dc逆變器1-3組成，超級電容組1-2與雙向dc/dc逆變器1-3串聯(lián)后與蓄電池組1-1分別連接至dc/ac逆變器2，在該混合儲能電源1中，蓄電池組1-1作為主要電源，超級電容組1-2和雙向dc/dc逆變器1-3串聯(lián)構(gòu)成輔助電源，該混合儲能電源1能夠減少蓄電池組大電流充放電次數(shù)，提高蓄電池組的使用壽命。另外，在本實(shí)施例中，蓄電池組1-1由n個(gè)蓄電池單元串聯(lián)而成，超級電容組1-2由m個(gè)超級電容單元串聯(lián)而成，采用串聯(lián)結(jié)構(gòu)，集成度高，結(jié)構(gòu)緊湊，與并聯(lián)結(jié)構(gòu)相比，更能發(fā)揮兩種儲能元件的優(yōu)點(diǎn)；超級電容組1-2和蓄電池組1-1采用并聯(lián)結(jié)構(gòu)，儲能系統(tǒng)靈活度高。并且優(yōu)選地，蓄電池組1-1采用電化學(xué)儲能電池組，dc/ac逆變器2和負(fù)載3為單相或三相，電化學(xué)儲能電池組進(jìn)一步可優(yōu)選為鉛酸蓄電池組、鎳氫電池組或鋰離子電池組。功率檢測模塊一4檢測負(fù)載3的實(shí)時(shí)功率并傳送給數(shù)字控制單元5，功率檢測模塊二6檢測混合儲能電源1中蓄電池組1-1和超級電容組1-2的輸出功率并傳送給數(shù)字控制單元5，數(shù)字控制單元5根據(jù)混合儲能電源1中蓄電池組1-1和超級電容組1-2的輸出功率、負(fù)載3所需的瞬時(shí)功率驅(qū)動(dòng)dc/ac逆變器2運(yùn)行，混合儲能電源1通過dc/ac逆變器2向負(fù)載3提供瞬時(shí)功率。

在本實(shí)施例中，數(shù)字控制單元5驅(qū)動(dòng)dc/ac逆變器2運(yùn)行的規(guī)則為：

(a)當(dāng)蓄電池組1-1的輸出功率pbatmin＜pbat(t)＜pbatmax時(shí)，則pbat(t)＝p(t)；

(b)當(dāng)蓄電池組1-1的輸出功率pbat(t)＞pbatmax時(shí)，pbat(t)＝pbatmax，超級電容組1-2的輸出功率psu(t)＝p(t)-pbatmax；

(c)當(dāng)超級電容組1-2的剩余功率小于psumin時(shí)，蓄電池組1-1向超級電容組1-2充電；

式中，pbatmax為蓄電池組1-1能輸出的最大功率，pbatmin為蓄電池組1-1能輸出的最小功率，psumin為超級電容組1-2能輸出的最小功率；其中，pbatmin和pbatmax根據(jù)蓄電池組1-1的電化學(xué)性能和蓄電池組1-1剩余容量確定；psumin根據(jù)超級電容組1-2的性能確定。

也就是說，在本實(shí)施例中，當(dāng)蓄電池組1-1輸出功率在合適功率范圍內(nèi)時(shí)，則蓄電池組1-1輸出功率等于負(fù)載3的需求功率；當(dāng)負(fù)載3所需的功率大于蓄電池組1-1能夠輸出的最大功率時(shí)，蓄電池組1-1的輸出功率等于蓄電池組1-1能夠輸出的最大功率，超級電容組1-2輸出功率等于負(fù)載3所需的功率減去蓄電池組1-1所輸出的功率；當(dāng)超級電容組1-2剩余功率小于其能夠輸出的最小功率時(shí)，蓄電池組1-1向超級電容組1-2充電。上述的數(shù)字控制單元5驅(qū)動(dòng)dc/ac逆變器2運(yùn)行的規(guī)則兼顧了蓄電池組1-1和超級電容組1-2的輸出功率運(yùn)行范圍，有效保護(hù)了蓄電池組1-1和超級電容組1-2，在滿足負(fù)載瞬時(shí)功率需要的情況下，有效延長了蓄電池組1-1的使用壽命，提升蓄電池組1-1的使用安全性。

本實(shí)施例的一種混合儲能電源瞬時(shí)功率控制系統(tǒng)，其通過混合儲能電源1的蓄電池組1-1輸出穩(wěn)態(tài)功率，通過混合儲能電源1的超級電容組1-2輸出峰值功率實(shí)現(xiàn)沖擊性負(fù)載的功率需求，控制蓄電池組1-1的功率輸出，減小蓄電池組1-1受到的峰值功率沖擊，同時(shí)能夠解決蓄電池組1-1老化后儲能電源瞬時(shí)功率供應(yīng)不足的問題；并且充分考慮蓄電池組1-1和超級電容組1-2的輸出功率運(yùn)行范圍，避免了蓄電池組1-2大功率放電，保證蓄電池組1-2運(yùn)行在其安全范圍內(nèi)；系統(tǒng)功率密度高、能量密度大、運(yùn)行效率高、可控性強(qiáng)，能夠有效延長直流儲能電源的使用壽命，提升蓄電池組1-1的使用安全性，適用于具有瞬時(shí)大功率負(fù)載的應(yīng)用場合，在電動(dòng)汽車、混合動(dòng)力汽車和燃料汽車等新能源汽車領(lǐng)域有良好的應(yīng)用前景。

以上示意性地對本發(fā)明及其實(shí)施方式進(jìn)行了描述，該描述沒有限制性，附圖中所示的也只是本發(fā)明的實(shí)施方式之一，實(shí)際的結(jié)構(gòu)并不局限于此。所以，如果本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員受其啟示，在不脫離本發(fā)明創(chuàng)造宗旨的情況下，不經(jīng)創(chuàng)造性地設(shè)計(jì)出與該技術(shù)方案相似的結(jié)構(gòu)方式及實(shí)施例，均應(yīng)屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。