一种混合储能装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种储能装置，具体涉及一种使用蓄电池和超级电容相结合的混合储 能装置。
【背景技术】
[0002] 现代电力系统对于储能有着多种需求，有的为保障供电可靠性的储能，如不间断 电源；为保证供电质量的储能，如电压补偿；有的为提高新能源发电并网性能的储能，如平 抑风力发电等新能源发电输出功率的间歇性、波动性；由于每种储能电池都存在着各自的 优缺点，如果使用单一的储能电池，则不能最大化利用光伏系统产生的富裕能量，而同时使 用多种储能电池，则可充分发挥各种储能电池的优点，从而使光伏系统产生的富裕能量得 到高效利用。因此，光伏系统中的混合储能也开始逐渐受到重视。
【发明内容】
[0003] 本发明提供一种使用超级电容和蓄电池相结合的混合储能装置。
[0004] 为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种混合储能装置，包括光伏发电 系统、充电控制器、超级电容组、并联控制器、蓄电池组和负载，所述光伏发电系统、充电控 制器、并联控制器和负载依次串联，所述充电控制器和并联控制器之间并联超级电容组，所 述并联控制器和负载之间并联蓄电池组。
[0005] 优选地，所述蓄电池组包括锂电池组和/或铅酸电池组。锂电池有使用寿命长、功 率承受力高、重量轻、温度适应能力强、自放电率低以及绿色环保等优点；铅酸电池具有生 产工艺简单、价格低廉等优点。蓄电池组可根据具体的要求选用锂电池组和铅酸电池组两 种中的一种使用，或者两者的结合使用。
[0006] 优选地，所述并联控制器为双向DC/DC变换器。
[0007] 优选地，所述光伏发电系统包括太阳能电池组、日光检测模块、日光跟踪模块、太 阳能电池状态检测模块和控制器；所述控制器分别与日光检测模块、日光跟踪模块、太阳能 电池状态检测模块相连，日光跟踪模块与太阳能电池板组相连，太阳能电池板组与太阳能 电池状态检测模块相连。控制器根据日光检测模块检测太阳的方位，然后通过日光跟踪模 块调整太阳能电池组的方位，使得太阳能电池板组一直正对太阳，提高光电转化效率。
[0008] 本发明的混合储能装置采用超级电容器与蓄电池并联的结构，并在超级电容器和 蓄电池之间需要并联控制器来分离控制电压，本装置将蓄电池的能量密度大和超级电容器 的功率密度大很好地结合起来，弥补二者的缺点，使两部件的优点得到充分发挥，因此混合 储能系统能更有效地满足独立光伏系统对能量管理的需求。
【附图说明】
[0009] 图1为本发明的模块组成示意图；
[0010] 图2为混合储能模型恒流控制电压曲线；
[0011] 图3为混合储能模型恒流控制电压曲线。
【具体实施方式】
[0012] 下面结合实施例对本发明的内容作进一步叙述。
[0013] 如图1所示，一种混合储能装置，包括光伏发电系统、充电控制器、超级电容组、并 联控制器、蓄电池组和负载，所述光伏发电系统、充电控制器、并联控制器和负载依次串联， 所述充电控制器和并联控制器之间并联超级电容组，所述并联控制器和负载之间并联蓄电 池组。
[0014] 所述蓄电池组包括锂电池组和/或铅酸电池组。
[0015] 所述并联控制器为双向DC/DC变换器。
[0016] 光伏发电系统经充电控制器至超级电容组，同时，经并联控制器向蓄电池组或负 载供电。在本混合储能装置中，并联控制器在超级电容和蓄电池之间起着关键的协调作用。 一般来说，并联控制器可以分为无源式控制器和有源式控制器。在无源式储能结构中，超级 电容器通过二极管向蓄电池或负载供电，结构简单，但不具有可控性。在有源式储能结构 中，超级电容器通过DC/DC变换器实现对蓄电池的能量传输，因此本发明的混合储能装置 选用有源式控制器。
[0017] 其中，所述光伏发电系统包括太阳能电池组、日光检测模块、日光跟踪模块、太阳 能电池状态检测模块和控制器；所述控制器分别与日光检测模块、日光跟踪模块、太阳能电 池状态检测模块相连，日光跟踪模块与太阳能电池板组相连，太阳能电池板组与太阳能电 池状态检测模块相连。
[0018] 本发明的的混合储能系统应用在48V独立光伏直流微网系统中，即整个独立光伏 系统采用48V直流母线，发电、储能及负载都与该48V直流母线相连。
[0019] 下面根据本发明的混合储能装置建立混合储能模型，并对混合储能模型被用在超 级电容器和蓄电池并联时的性能进行分析。并联分析中主要是对恒压、恒流、恒功率充放 电的性能分析。因此，下面简要分析下这三种充放电方式下的混合储能模型的性能。由于 超级电容器和蓄电池并联的基本条件是二者电压相同，所以在对混合储能模型进行分析时 蓄电池内阻模型中电动势E b和超级电容器等效RC模型中电容C的初始电压相等，即E b = U。。。另外，超级电容器和蓄电池在并联时电压不是为0的，考虑到本发明中混合储能电源的 额定电压为24V，这里设定二者并联时的初始电压为18V。
[0020] 对于超级电容器和蓄电池都比较常用的充放电方法是恒压和恒流控制方式，下面 就简要分析这两种模式下混合储能模型的性能。为了定量分析，设定E b为18V，Rb为0. 1 Ω， &为 0· 05Ω，C为 50F。
[0021] 恒压控制方式下，设定电压为U，则可以计算此时的电流。
[0023] 根据式1-1进行拉氏反变换，从而得到此时电流的时域表达式（1-2)。
[0025] 设定恒压控制时恒定输入电压为18. IV，因此由式（1-2)可以得到混合储能模型 在恒压控制方式下电流的变化曲线，如图2所示。可以看出恒压控制方式下，在电压略微高 于混合储能模型初始电压时，在短时间内输入电流会急剧增加（基本呈线性增加），因此在 此种控制方式下，应注意过流造成的危害。
[0026] 恒流控制方式下，设定电流为I，则可以计算此时混合储能模型两端的电压。
[0028] 根据式（1-3)进行拉氏反变换，从而得到此时模型端电压的时域表达式（1-4)。
[0030] 设定恒流控制时恒定输入电流为20A，因此由式（1-4)可以得到混合储能模型在 恒流控制方式下模型端电压的变化曲线，如图3所示。可以看出恒流控制方式下，初始阶段 输入电压只产生一个微小的尖峰电压，并在短时间内迅速达到一个稳定值。
[0031] 根据对混合储能模型恒压和恒流控制方式的分析，可以看出，对超级电容器和蓄 电池并联（中间无并联控制器作用）充电时，采用恒压充电控制会在短时间内产生巨大的 电流，容易损坏储能装置。而采用恒流充电控制方式，输入电压不会在初始阶段产生较大的 尖峰电压，并且会在较短时间内达到一个稳定的值。因此，在超级电容器和蓄电池并联（中 间无并联控制器作用）时，宜采用恒流当时进行充电。
【主权项】
1. 一种混合储能装置，其特征在于：包括光伏发电系统、充电控制器、超级电容组、并 联控制器、蓄电池组和负载，所述光伏发电系统、充电控制器、并联控制器和负载依次串联， 所述充电控制器和并联控制器之间并联超级电容组，所述并联控制器和负载之间并联蓄电 池组。2. 根据权利要求1所述的混合储能装置，其特征在于：所述蓄电池组包括锂电池组和/ 或铅酸电池组。3. 根据权利要求1所述的混合储能装置，其特征在于：所述并联控制器为双向DC/DC 变换器。4. 根据权利要求1所述的混合储能装置，其特征在于：所述光伏发电系统包括太阳能 电池组、日光检测模块、日光跟踪模块、太阳能电池状态检测模块和控制器；所述控制器分 别与日光检测模块、日光跟踪模块、太阳能电池状态检测模块相连，日光跟踪模块与太阳能 电池板组相连，太阳能电池板组与太阳能电池状态检测模块相连。
【专利摘要】本发明涉及一种储能装置，具体涉及一种使用蓄电池和超级电容相结合的混合储能装置。一种混合储能装置，包括光伏发电系统、充电控制器、超级电容组、并联控制器、蓄电池组和负载，所述光伏发电系统、充电控制器、并联控制器和负载依次串联，所述充电控制器和并联控制器之间并联超级电容组，所述并联控制器和负载之间并联蓄电池组。本发明的混合储能装置采用超级电容器与蓄电池并联的结构，并在超级电容器和蓄电池之间需要并联控制器来分离控制电压，本装置将蓄电池的能量密度大和超级电容器的功率密度大很好地结合起来，弥补二者的缺点，使两部件的优点得到充分发挥，因此混合储能系统能更有效地满足独立光伏系统对能量管理的需求。
【IPC分类】H02J7/34, H02S10/20
【公开号】CN105207575
【申请号】CN201510567764
【发明人】高显扬, 冯太明
【申请人】江苏绿扬电子仪器集团有限公司
【公开日】2015年12月30日
【申请日】2015年9月8日