一种混合储能电源瞬时电流控制系统的制作方法

本发明涉及一种混合储能电源的控制系统，更具体地说，涉及一种混合储能电源瞬时电流控制系统，适用于冲击性负载的应用场合。

背景技术：

直流储能是新能源汽车、移动式储能电站等应用领域中的重要技术，单一蓄电池储能具有能量密度高的特点，但是也存在大电流充放电难的问题；超级电容具有比功率高，可大电流充放电，且充放电反应时间迅速，循环寿命长的优点，其缺点是比能量较低，续航里程较短。而采用蓄电池组和超级电容组结合而成的混合储能电源兼具高能量密度和高功率密度的优点，能够解决冲击性负载的瞬时大电流需求问题，在工业生产领域具有良好的应用前景。如中国专利号zl201420099721.8，授权公告日为2014年7月30日，发明创造名称为：自适应滤波器功率分流控制的混合动力车复合电源，该申请案涉及一种自适应滤波器功率分流控制的混合动力车复合电源。该复合电源包括蓄电池、超级电容器和双向dc/dc变换器。蓄电池直接与功率总线相连，作为主要电源；超级电容器通过双向dc/dc变换器与功率总线连接，与双向dc-dc变换器串联构成辅助电源。双向dc-dc变换器采用非隔离半桥结构。该申请案中的复合电源中超级电容器对蓄电池进行功率补偿，复合电源的整体效率显著提高；超级电容器可以迅速高效地大电流充放电，最大限度地回收了再生制动能量。

尽管由蓄电池、超级电容器组成的混合储能电源具有上述优势，但是，对于混合储能电源来说，如何充分发挥蓄电池和超级电容器的优势以达到更好的调控效果是本领域技术人员正在面对的技术难题。为了保证混合储能电源能够输出稳态电流，满足冲击性负载的瞬时电流需求，亟需针对上述的混合储能电源设计一款瞬时电流控制系统。

技术实现要素：

1.发明要解决的技术问题

本发明的目的在于提供一种混合储能电源瞬时电流控制系统，采用本发明的技术方案，通过混合储能电源的蓄电池组输出稳态电流，通过混合储能电源的超级电容组输出峰值电流实现冲击性负载的瞬时电流需求，并充分考虑蓄电池组和超级电容组的端口电压运行范围，限制了蓄电池组的输出电流，避免了蓄电池组过电流放电，保证了蓄电池组放电电流在其安全运行范围内，系统效率高、可控性强、储能电源寿命高，尤其适用于冲击性负载的应用场合。

2.技术方案

为达到上述目的，本发明提供的技术方案为：

本发明的一种混合储能电源瞬时电流控制系统，包括混合储能电源、dc/ac逆变器、电流检测模块、数字控制模块和电压检测模块，所述的电流检测模块检测负载的电流并传送给数字控制模块，所述的电压检测模块检测混合储能电源中蓄电池组和超级电容组的端口电压并传送给数字控制模块，所述的数字控制模块根据蓄电池组和超级电容组的端口电压、负载所需的瞬时电流驱动dc/ac逆变器，所述的混合储能电源通过dc/ac逆变器向负载提供瞬时电流。

更进一步地，所述的数字控制模块对dc/ac逆变器的驱动规则为：

(a)当蓄电池组的端口电压ubat(t)＜ubatmin时，蓄电池组的输出电流ibat(t)＝0；

(b)当超级电容组的端口电压usu(t)＜usumin时，超级电容组的输出电流isu(t)＝0；

(c)当蓄电池组的端口电压ubatmin＜ubat(t)＜ubatmax，超级电容组的端口电压usumin＜usu(t)＜usumax时，且当负载所需的瞬时电流i(t)≤ibatmax时，则ibat(t)＝i(t)；

(d)当蓄电池组的端口电压ubatmin＜ubat(t)＜ubatmax，超级电容组的端口电压usumin＜usu(t)＜usumax时，且当负载所需的瞬时电流i(t)＞ibatmax时，ibat(t)＝ibatmax；isu(t)＝i(t)-ibatmax；

(e)当超级电容组的端口电压usu(t)＜usumin时，则蓄电池组向超级电容组充电；

式中，ubatmax为蓄电池组最大电压，ubatmin为蓄电池组最小电压，usumax为超级电容组最大电压，usumin为超级电容组最小电压，ibatmax为蓄电池组能够释放的最大电流，isu(t)为超级电容组输出的电流，ibat(t)为蓄电池组输出的电流；其中，ubatmin、ubatmax和ibatmax根据蓄电池组的电化学性能和蓄电池组剩余容量确定；usumin和usumax根据超级电容组的性能确定。

更进一步地，所述的混合储能电源由蓄电池组、超级电容组和双向dc/dc逆变器组成，所述的超级电容组与双向dc/dc逆变器串联后与蓄电池组分别连接至dc/ac逆变器。

更进一步地，所述的蓄电池组由n个蓄电池单元串联而成；所述的超级电容组由m个超级电容单元串联而成。

更进一步地，所述的蓄电池组采用电化学储能电池组，所述的dc/ac逆变器和负载为单相或三相。

更进一步地，所述的电化学储能电池组为铅酸蓄电池组、镍氢电池组或锂离子电池组。

3.有益效果

采用本发明提供的技术方案，与已有的公知技术相比，具有如下显著效果：

(1)本发明的一种混合储能电源瞬时电流控制系统，其通过混合储能电源的蓄电池组输出稳态电流，通过混合储能电源的超级电容组输出峰值电流实现冲击性负载的瞬时电流需求，并充分考虑蓄电池组和超级电容组的端口电压运行范围，限制了蓄电池组的输出电流，避免了蓄电池组过电流放电，保证了蓄电池组放电电流在其安全运行范围内，系统效率高、可控性强、储能电源寿命高，尤其适用于冲击性负载的应用场合；

(2)本发明的一种混合储能电源瞬时电流控制系统，其数字控制模块对dc/ac逆变器的驱动规则兼顾了蓄电池组和超级电容组的端口电压，有效保护了蓄电池组和超级电容组，在满足负载瞬时电流需要的情况下，有效延长了蓄电池组的使用寿命；

(3)本发明的一种混合储能电源瞬时电流控制系统，其混合储能电源由蓄电池组、超级电容组和双向dc/dc逆变器组成，超级电容组与双向dc/dc逆变器串联后与蓄电池组分别连接至dc/ac逆变器；该混合储能电源能够减少蓄电池组大电流充放电次数，提高蓄电池组的使用寿命；并且，蓄电池组由n个蓄电池单元串联而成，超级电容组由m个超级电容单元串联而成，结构集成度高，结构紧凑，与并联结构相比，更能发挥两种储能元件的优点。

附图说明

图1为本发明的一种混合储能电源瞬时电流控制系统的原理框图；

图2为本发明中的混合储能电源的原理示意图；

图3为本发明中混合储能电源中的蓄电池组的串联结构示意图；

图4为本发明中混合储能电源中的超级电容组的串联结构示意图。

示意图中的标号说明：

1、混合储能电源；2、dc/ac逆变器；3、负载；4、电流检测模块；5、数字控制模块；6、电压检测模块；1-1、蓄电池组；1-2、超级电容组；1-3、双向dc/dc逆变器。

具体实施方式

为进一步了解本发明的内容，结合附图对本发明作详细描述。

如图1和图2所示，本发明的一种混合储能电源瞬时电流控制系统，通过混合储能电源1的蓄电池组1-1输出稳态电流，通过混合储能电源1的超级电容组1-2输出峰值电流实现冲击性负载3的瞬时电流需求，并充分考虑蓄电池组1-1和超级电容组1-2的端口电压运行范围，限制了蓄电池组1-1的输出电流，避免了蓄电池组1-1过电流放电，保证了蓄电池组1-1放电电流在其安全运行范围内，系统效率高、可控性强、储能电源寿命高，尤其适用于冲击性负载的应用场合。

具体方案为：包括混合储能电源1、dc/ac逆变器2、电流检测模块4、数字控制模块5和电压检测模块6，电流检测模块4检测负载3的电流并传送给数字控制模块5，电压检测模块6检测混合储能电源1中蓄电池组1-1和超级电容组1-2的端口电压并传送给数字控制模块5，数字控制模块5根据蓄电池组1-1和超级电容组1-2的端口电压、负载3所需的瞬时电流驱动dc/ac逆变器2，混合储能电源1通过dc/ac逆变器2向负载3提供瞬时电流。如图2所示，上述的混合储能电源1由蓄电池组1-1、超级电容组1-2和双向dc/dc逆变器1-3组成，超级电容组1-2与双向dc/dc逆变器1-3串联后与蓄电池组1-1分别连接至dc/ac逆变器2。如图3和图4所示，蓄电池组1-1由n个蓄电池单元串联而成；超级电容组1-2由m个超级电容单元串联而成。

下面结合实施例对本发明作进一步的描述。

实施例

参见图1和图2所示，本实施例一种混合储能电源瞬时电流控制系统，包括混合储能电源1、dc/ac逆变器2、电流检测模块4、数字控制模块5和电压检测模块6，其中混合储能电源1由蓄电池组1-1、超级电容组1-2和双向dc/dc逆变器1-3组成，超级电容组1-2与双向dc/dc逆变器1-3串联后与蓄电池组1-1分别连接至dc/ac逆变器2，在该混合储能电源1中，蓄电池组1-1作为主要电源，超级电容组1-2和双向dc/dc逆变器1-3串联构成辅助电源，该混合储能电源1能够减少蓄电池组1-1大电流充放电次数，提高蓄电池组1-1的使用寿命。电流检测模块4检测负载3所需的电流并传送给数字控制模块5，电压检测模块6检测混合储能电源1中蓄电池组1-1和超级电容组1-2的端口电压并传送给数字控制模块5，数字控制模块5根据蓄电池组1-1和超级电容组1-2的端口电压、负载3所需的瞬时电流驱动dc/ac逆变器2，混合储能电源1通过dc/ac逆变器2向负载3提供瞬时电流。

在本实施例中，数字控制模块5对dc/ac逆变器2的驱动规则为：

(a)当蓄电池组1-1的端口电压ubat(t)＜ubatmin时，蓄电池组1-1的输出电流ibat(t)＝0；

(b)当超级电容组1-2的端口电压usu(t)＜usumin时，超级电容组1-2的输出电流isu(t)＝0；

(c)当蓄电池组1-1的端口电压ubatmin＜ubat(t)＜ubatmax，超级电容组1-2的端口电压usumin＜usu(t)＜usumax时，且当负载3所需的瞬时电流i(t)≤ibatmax时，则ibat(t)＝i(t)；

(d)当蓄电池组1-1的端口电压ubatmin＜ubat(t)＜ubatmax，超级电容组1-2的端口电压usumin＜usu(t)＜usumax时，且当负载3所需的瞬时电流i(t)＞ibatmax时，ibat(t)＝ibatmax；isu(t)＝i(t)-ibatmax；

(e)当超级电容组1-2的端口电压usu(t)＜usumin时，则蓄电池组1-1向超级电容组1-2充电；

式中，ubatmax为蓄电池组1-1最大电压，ubatmin为蓄电池组1-1最小电压，usumax为超级电容组1-2最大电压，usumin为超级电容组1-2最小电压，ibatmax为蓄电池组1-1能够释放的最大电流，isu(t)为超级电容组1-2输出的电流，ibat(t)为蓄电池组1-1输出的电流；其中，ubatmin、ubatmax和ibatmax根据蓄电池组1-1的电化学性能和蓄电池组1-1剩余容量确定；usumin和usumax根据超级电容组1-2的性能确定。

也就是说，在本实施例中，当蓄电池组1-1的端口电压小于其最小电压时，蓄电池组1-1的输出电流为零；当超级电容组1-2的端口电压小于其最小电压时，超级电容组1-2的输出电流为零；当蓄电池组1-1的端口电压在合适端口电压范围内，超级电容组1-2的端口在合适端口电压范围内时，且当负载3所需的瞬时电流小于蓄电池组1-1能够输出的最大电流时，负载3所需的电流由蓄电池组1-1提供；当蓄电池组1-1的端口电压在合适端口电压范围内，超级电容组1-2的端口电压在合适端口电压范围内时，且当负载3所需的瞬时电流大于蓄电池组1-1能够输出的最大电流时，蓄电池组1-1的输出电流等于其能够输出的最大电流，超级电容组1-2的输出电流等于负载3所需的瞬时电流减去蓄电池组1-1所输出的电流；当超级电容组1-2的端口电压小于其最小电压时，蓄电池组1-1向超级电容组1-2充电。上述的数字控制模块5对dc/ac逆变器2的驱动规则兼顾了蓄电池组1-1和超级电容组1-2的端口电压，有效保护了蓄电池组1-1和超级电容组1-2，在满足负载3瞬时电流需要的情况下，有效延长了蓄电池组1-1的使用寿命。

如图3和图4所示，在本实施例中，蓄电池组1-1由n个蓄电池单元串联而成；超级电容组1-2由m个超级电容单元串联而成，采用串联结构，结构集成度高，结构紧凑，与并联结构相比，更能发挥两种储能元件的优点。并且，蓄电池组1-1采用电化学储能电池组，dc/ac逆变器2和负载3为单相或三相；上述的电化学储能电池组为铅酸蓄电池组、镍氢电池组或锂离子电池组。

本实施例的一种混合储能电源瞬时电流控制系统，其通过混合储能电源1的蓄电池组1-1输出稳态电流，通过混合储能电源1的超级电容组1-2输出峰值电流实现冲击性负载3的瞬时电流需求，从而控制蓄电池组1-1的电流输出，减小蓄电池组1-1受到的电流冲击，同时能够解决蓄电池组1-1老化后储能电源瞬时电流供应不足的问题；并充分考虑蓄电池组1-1和超级电容组1-2的端口电压运行范围，限制了蓄电池组1-1的输出电流，避免了蓄电池组1-1过电流放电，保证了蓄电池组1-1放电电流在其安全运行范围内，系统效率高、可控性强、储能电源寿命高，尤其适用于冲击性负载的应用场合，在新能源汽车、移动式储能电站和电网储能系统等直流电源储能领域有良好的应用前景。

以上示意性地对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性地设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。