智能化能源高效管理系統(tǒng)的制作方法
【技術領域】
[0001]本專利涉及新能源技術領域，特別是涉及光伏發(fā)電、風力發(fā)電等可再生能源系統(tǒng)中儲能電池的控制和管理技術。
【背景技術】
[0002]儲能蓄電池在各種交直流電源系統(tǒng)中應用非常廣泛，尤其在新能源領域中，儲能電池不僅可以存儲多余能量用來提供短時備用供電，還可以平抑功率波動和改善電能質(zhì)量，但是在新能源發(fā)電系統(tǒng)中儲能電池充放電次數(shù)頻繁，且能量來源端具有很大的波動性、隨機性以及有限性，難以持續(xù)滿足儲能電池標準的充電規(guī)律要求，光照的季節(jié)性變化和連續(xù)陰雨天易造成儲能電池的深度放電，且放過電后也難以在短期內(nèi)再次充滿，從而使電池長期處于低荷電狀態(tài)?？梢?，光伏發(fā)電系統(tǒng)很少能高效快速地為儲能電池充滿電，電池往往會長期處于饋電狀態(tài)，因此，儲能電池的不恰當管理會大大縮短電池的使用壽命，而致使儲能電池成為光伏發(fā)電系統(tǒng)中最易損壞的部件。
[0003]目前有研宄者提出了一種蓄電池串并聯(lián)的充電控制方法，通過檢測太陽能電池板輸出電壓值，調(diào)整蓄電池串聯(lián)的數(shù)量以匹配充電電壓值，這種方法在理論上和實際應用中存在很大的技術缺陷和隱患，原因分析如下:蓄電池的三個主要參數(shù)端電壓Utl、電池自身電動勢E和其內(nèi)阻r存在互相影響和制約的關系，不同端電壓的蓄電池內(nèi)阻不同，充放電時電動勢的變化也不同，在上述充電方法中，當蓄電池組串聯(lián)充電時隨機加入或減少電池，勢必無法保證新加入的電池和原有電池組的電池端電壓是相同的，而此時單體電池的內(nèi)阻值是不相同的，充電瞬間電動勢也會明顯不一致，根本無法保證電池組充電的均衡性，且長此輪循下去，反而加速了電池內(nèi)阻值的差異化程度，結果會導致系統(tǒng)內(nèi)所有的電池單體間參數(shù)差異變大，相當于將新舊電池混合使用，更加惡化了電池的使用性能和嚴重縮短電池的使用壽命。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了解決新能源系統(tǒng)中能源的高效利用，儲能電池合理充放電管理的技術問題，本發(fā)明專利提出了智能化能源高效管理系統(tǒng)，針對于含光伏發(fā)電、風力發(fā)電等能量波動性較大的發(fā)電系統(tǒng)，能夠提高能源的利用效率，保證蓄電池的有效充電，而且保證蓄電池充電的均衡性，更好的維護蓄電池內(nèi)阻等參數(shù)的匹配和一致性，提高蓄電池的使用性能，延長蓄電池的使用壽命。
[0005]本發(fā)明專利所述的智能化能源高效管理系統(tǒng)，其組成結構是:由直流輸入母線M、直流輸出母線N、η組標稱電壓值完全相同的串聯(lián)電池組(El-En)、智能控制器C、檢測裝置VO-Vru調(diào)壓裝置、智能充電開關Kll-Kln、智能放電開關K21_K2n、旁路開關QFl-QFn構成，其智能充放電開關由防反二極管D和智能開關S組成，M通過智能充電開關Kll-Kln與串聯(lián)蓄電池組El-En連接，El-En是否投入在線充電由直流輸入母線的能量信息決定，通過C對Kll-Kln的控制來實現(xiàn)，N通過智能放電開關Κ21-Κ2η與串聯(lián)蓄電池組El-En連接，El-En是否投入在線放電由El-En的能量信息決定，通過C對K21-K2n的控制來實現(xiàn)，旁路開關QFl-QFn并聯(lián)接在蓄電池組與智能放電開關之間，是蓄電池組的維護或維修通道。
[0006]實施本專利有益的效果是，能夠科學化、智能化管理儲能電池的充電蓄能，保證每個充電支路均衡充電，并可以最大化的利用能量，提高充電效率，有效維護了儲能電池的使用性能，提高電池的使用壽命。
【附圖說明】
[0007]圖1本專利智能化能源高效管理系統(tǒng)的實施例結構圖。
【具體實施方式】
[0008]如圖1所示，儲能電池組El-En是η組標稱電壓值完全相同的串聯(lián)電池組，其正極分別連接智能充電開關Kll-Kln的正極出端，負極接智能放電開關Κ21-Κ2η的正極入端，直流輸入母線M正極連接智能充電開關Kll-Kln的正極入端，M負極連接智能充電開關Kll-Kln的負極入端，直流輸出母線N正極連接智能放電開關Κ21-Κ2η的正極出端，N負極連接智能放電開關Κ21-Κ2η的負極出端，Kll-Kln的負極出端與Κ21_Κ2η的負極入端相連，QFl-QFn的正極輸入接El-En的負極，QFl-QFn的負極輸入接Κ21_Κ2η的負極入端。智能充放電開關(Kll-Kln，K21-K2n)由由防反二極管D和智能開關S組成，智能控制器C信號線接檢測儀表V0、V1、V2......Vn,其控制線接智能充放電開關Kll-Kln和K21_K2n。
[0009]直流輸入母線能量來源于太陽能系統(tǒng)或風力發(fā)電系統(tǒng)，智能控制器C實時監(jiān)測直流輸入母線M能量信息，根據(jù)能量信息的變化調(diào)控在線充電的電池組支路數(shù)，能量充足時，增加在線充電的支路數(shù)量，最大化吸收和利用能量，而能量較弱時，減少在線充電的支路數(shù)量，避免因能量不足而導致無效充電，通過控制智能充電開關Kll-Kln來完成在線充電支路的投入和退出。當能量嚴重不足甚至連最少支路的充電能量都無法滿足時，通過調(diào)壓裝置，將無效能量轉換成合格有效的能量進行充電，提高了能量利用率，高效的完成充電。放電過程中，智能控制器C實時監(jiān)測各支路電池組El-En的能量信息，當El (En)能量不足時，通過控制智能放電電開關Κ21(Κ2η)，退出在線放電，防止電池組過放電。當El (En)需要維護或維修時，斷開Kll (Kln)和Κ21 (Κ2η)，合上QFl (QFn)，此時對El (En)的進行維護操作。
[0010]在本專利的智能化能源高效管理系統(tǒng)中，是以一組標稱電壓值完全相同且固定不變的串聯(lián)電池組為一個整體作為一個充放電支路，無論是投入在線充放電還是退出充放電也都是以一個支路為單位進行的，所以同一個支路中的所有電池任何時刻都是完全處在相同的狀態(tài)中，保證了同一支路中的所有電池充放電的均衡性，又因為支路與支路間是互相獨立且隔離的，充放電時互不影響，故也不存在單體電池參數(shù)差異性問題。
[0011]所述智能控制器C，可以是各種形式的計算機、工控機、單片機、智能儀表或各類可編程控制器，其信號線接檢測儀表V0、V1、V2....Vn-U Vn，其控制線接智能充放電開關Kll-Kln、K21-K2n 及 K0。
[0012]所述智能充放電開關Κ11-Κ1η，Κ21-Κ2η，是由防反二極管D和智能開關S組成，智能開關S可以是機械觸點開關也可以是電力電子無觸點類開關(如MOSFET、IGBT、SCR、GTR、GTO)，D和S的連接順序不必固定，只要保證D的正極為充電輸入端而負極為輸出端即可。
[0013]所述儲能電池，可以是電化學類儲能電池(如鉛酸蓄電池、磷酸鐵鋰電池、鋰電池、鎳氫電池、鈉硫電池等)。
[0014]本發(fā)明專利提出的智能化能源高效管理系統(tǒng)可以推廣應用在光伏發(fā)電、風力發(fā)電等新能源領域及波動性能源發(fā)電系統(tǒng)中，不僅可以減小能量端的容量配置，且完全能夠科學合理的對蓄電池進行智能化管理，提高系統(tǒng)的充電效率，延長蓄電池的使用壽命。
[0015]本發(fā)明專利是通過實例進行描述的，本領域技術人員知悉，在不脫離本專利的精神和范圍的情況下，可以對本發(fā)明專利所述特征和實例進行改變或等效替換。因此，本發(fā)明專利不受此處公開的具體實施例的限制，只要是以本發(fā)明專利所述特征參考進行的等效替換和改變的實施例都屬于本發(fā)明專利的保護范圍。
【主權項】
1.智能化能源高效管理系統(tǒng)，其結構特征是:由直流輸入母線M、直流輸出母線N、η組標稱電壓值完全相同的串聯(lián)電池組El-En、智能控制器C、檢測裝置VO-Vn、調(diào)壓裝置、智能充電開關Kll-Kln、智能放電開關K21-K2n、旁路開關QFl-QFn構成，其智能充放電開關由防反二極管D和智能開關S組成，M通過智能充電開關Kll-Kln與串聯(lián)蓄電池組連接，El-En是否投入在線充電由直流輸入母線的能量信息決定，通過C對Kll-Kln的控制來實現(xiàn)，N通過智能放電開關Κ21-Κ2η與串聯(lián)蓄電池組連接，El-En是否投入在線放電由El-En的能量信息決定，通過C對Κ21-Κ2η的控制來實現(xiàn)，旁路開關QFl-QFn并聯(lián)接在蓄電池組與智能放電開關之間，是蓄電池組的維護或維修通道。
2.根據(jù)權利要求1所述的智能化能源高效管理系統(tǒng)，其特征是:標稱電壓值完全相同的η組串聯(lián)蓄電池組(El-En)，每個串聯(lián)組的正極接對應Kll (Kln)的正極出端，負極接對應Κ21 (Κ2η)的正極入端，同時負極處還連接旁路開關QFl-QFn的正極輸入端。
3.根據(jù)權利要求1所述的智能化能源高效管理系統(tǒng)，其特征是:匯流母線Μ，其直流能源來自于太陽能或風能等新能源系統(tǒng)，其正極M+和負極M-分別連接智能充電開關Kll-Kln正極和負極的入端。
4.根據(jù)權利要求1所述的智能化能源高效管理系統(tǒng)，其特征是:直流輸出母線N，其正極N+和負極N-分別連接智能放電開關Κ21-Κ2η正極和負極的出端。
5.根據(jù)權利要求1所述的智能化能源高效管理系統(tǒng)，其特征是:智能充放電開關Kll-Kln和Κ21-Κ2η，其均由防反二極管D和智能開關S組成，智能開關S可以是機械觸點開關也可以是電力電子無觸點類開關(如MOSFET、IGBT、SCR、GTR、GTO)，D和S的連接順序不必固定，只要保證D的正極為充電輸入端而負極為輸出端即可。
6.根據(jù)權利要求1所述的智能化能源高效管理系統(tǒng)，其特征是:智能控制器C，可以是各種形式的計算機、工控機、單片機、智能儀表或各類可編程控制器，其信號線接檢測儀表V0、V1、V2..…Vn-l、Vn，其控制線接智能充放電開關Kll-Kln、K21-K2n。
7.根據(jù)權利要求1所述的專智能化能源高效管理系統(tǒng)，其特征是:檢測裝置V0、V1、V2....Vn-U Vn，可以是功率檢測或轉換、智能電壓檢測或轉換等智能儀表或模塊，其信號線連接智能控制器C。
【專利摘要】本發(fā)明提供一種智能化能源高效管理系統(tǒng)，其結構特征：由直流輸入母線M、直流輸出母線N、n組標稱電壓值完全相同的串聯(lián)電池組E1-En、智能控制器C、檢測裝置V0-Vn、調(diào)壓裝置、智能充(放)電開關K11-K1n(K21-K2n)、旁路開關QF1-QFn構成，其智能充放電開關由防反二極管D和智能開關S組成。E1-En是否投入在線充放電由C根據(jù)M和E1-En的能量信息通過K11-K1n和K21-K2n控制，可避免M能量過?；虿蛔阍斐稍诰€電池組過充或無效充電，也可避免E1-En因能量不足而導致過放。在直流匯流母線能量波動性較大的新能源系統(tǒng)中，可以在避免蓄電池過充放電和能量浪費的基礎上，保證充電的均衡性，提高蓄電池組的使用壽命。
【IPC分類】H01M10-42, H02J7-00
【公開號】CN104767248
【申請?zhí)枴緾N201510189491
【發(fā)明人】劉娜, 孫毅彪, 吳成東
【申請人】劉娜
【公開日】2015年7月8日
【申請日】2015年4月16日