CN104767248A - 智能化能源高效管理系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种智能化能源高效管理系统，其结构特征：由直流输入母线M、直流输出母线N、n组标称电压值完全相同的串联电池组E1-En、智能控制器C、检测装置V0-Vn、调压装置、智能充(放)电开关K11-K1n(K21-K2n)、旁路开关QF1-QFn构成，其智能充放电开关由防反二极管D和智能开关S组成。E1-En是否投入在线充放电由C根据M和E1-En的能量信息通过K11-K1n和K21-K2n控制，可避免M能量过剩或不足造成在线电池组过充或无效充电，也可避免E1-En因能量不足而导致过放。在直流汇流母线能量波动性较大的新能源系统中，可以在避免蓄电池过充放电和能量浪费的基础上，保证充电的均衡性，提高蓄电池组的使用寿命。

Description

智能化能源高效管理系统
技术领域
本专利涉及新能源技术领域，特别是涉及光伏发电、风力发电等可再生能源系统中储能电池的控制和管理技术。
背景技术
储能蓄电池在各种交直流电源系统中应用非常广泛，尤其在新能源领域中，储能电池不仅可以存储多余能量用来提供短时备用供电，还可以平抑功率波动和改善电能质量，但是在新能源发电系统中储能电池充放电次数频繁，且能量来源端具有很大的波动性、随机性以及有限性，难以持续满足储能电池标准的充电规律要求，光照的季节性变化和连续阴雨天易造成储能电池的深度放电，且放过电后也难以在短期内再次充满，从而使电池长期处于低荷电状态。可见，光伏发电系统很少能高效快速地为储能电池充满电，电池往往会长期处于馈电状态，因此，储能电池的不恰当管理会大大缩短电池的使用寿命，而致使储能电池成为光伏发电系统中最易损坏的部件。
目前有研究者提出了一种蓄电池串并联的充电控制方法，通过检测太阳能电池板输出电压值，调整蓄电池串联的数量以匹配充电电压值，这种方法在理论上和实际应用中存在很大的技术缺陷和隐患，原因分析如下：蓄电池的三个主要参数端电压U0、电池自身电动势E和其内阻r存在互相影响和制约的关系，不同端电压的蓄电池内阻不同，充放电时电动势的变化也不同，在上述充电方法中，当蓄电池组串联充电时随机加入或减少电池，势必无法保证新加入的电池和原有电池组的电池端电压是相同的，而此时单体电池的内阻值是不相同的，充电瞬间电动势也会明显不一致，根本无法保证电池组充电的均衡性，且长此轮循下去，反而加速了电池内阻值的差异化程度，结果会导致系统内所有的电池单体间参数差异变大，相当于将新旧电池混合使用，更加恶化了电池的使用性能和严重缩短电池的使用寿命。
发明内容
为了解决新能源系统中能源的高效利用，储能电池合理充放电管理的技术问题，本发明专利提出了智能化能源高效管理系统，针对于含光伏发电、风力发电等能量波动性较大的发电系统，能够提高能源的利用效率，保证蓄电池的有效充电，而且保证蓄电池充电的均衡性，更好的维护蓄电池内阻等参数的匹配和一致性，提高蓄电池的使用性能，延长蓄电池的使用寿命。
本发明专利所述的智能化能源高效管理系统，其组成结构是：由直流输入母线M、直流输出母线N、n组标称电压值完全相同的串联电池组(E1-En)、智能控制器C、检测装置V0-Vn、调压装置、智能充电开关K11-K1n、智能放电开关K21-K2n、旁路开关QF1-QFn构成，其智能充放电开关由防反二极管D和智能开关S组成，M通过智能充电开关K11-K1n与串联蓄电池组E1-En连接，E1-En是否投入在线充电由直流输入母线的能量信息决定，通过C对K11-K1n的控制来实现，N通过智能放电开关K21-K2n与串联蓄电池组E1-En连接，E1-En是否投入在线放电由E1-En的能量信息决定，通过C对K21-K2n的控制来实现，旁路开关QF1-QFn并联接在蓄电池组与智能放电开关之间，是蓄电池组的维护或维修通道。
实施本专利有益的效果是，能够科学化、智能化管理储能电池的充电蓄能，保证每个充电支路均衡充电，并可以最大化的利用能量，提高充电效率，有效维护了储能电池的使用性能，提高电池的使用寿命。
附图说明
图1本专利智能化能源高效管理系统的实施例结构图。
具体实施方式
如图1所示，储能电池组E1-En是n组标称电压值完全相同的串联电池组，其正极分别连接智能充电开关K11-K1n的正极出端，负极接智能放电开关K21-K2n的正极入端，直流输入母线M正极连接智能充电开关K11-K1n的正极入端，M负极连接智能充电开关K11-K1n的负极入端，直流输出母线N正极连接智能放电开关K21-K2n的正极出端，N负极连接智能放电开关K21-K2n的负极出端，K11-K1n的负极出端与K21-K2n的负极入端相连，QF1-QFn的正极输入接E1-En的负极，QF1-QFn的负极输入接K21-K2n的负极入端。智能充放电开关(K11-K1n，K21-K2n)由由防反二极管D和智能开关S组成，智能控制器C信号线接检测仪表V0、V1、V2......Vn，其控制线接智能充放电开关K11-K1n和K21-K2n。
直流输入母线能量来源于太阳能系统或风力发电系统，智能控制器C实时监测直流输入母线M能量信息，根据能量信息的变化调控在线充电的电池组支路数，能量充足时，增加在线充电的支路数量，最大化吸收和利用能量，而能量较弱时，减少在线充电的支路数量，避免因能量不足而导致无效充电，通过控制智能充电开关K11-K1n来完成在线充电支路的投入和退出。当能量严重不足甚至连最少支路的充电能量都无法满足时，通过调压装置，将无效能量转换成合格有效的能量进行充电，提高了能量利用率，高效的完成充电。放电过程中，智能控制器C实时监测各支路电池组E1-En的能量信息，当E1(En)能量不足时，通过控制智能放电电开关K21(K2n)，退出在线放电，防止电池组过放电。当E1(En)需要维护或维修时，断开K11(K1n)和K21(K2n)，合上QF1(QFn)，此时对E1(En)的进行维护操作。
在本专利的智能化能源高效管理系统中，是以一组标称电压值完全相同且固定不变的串联电池组为一个整体作为一个充放电支路，无论是投入在线充放电还是退出充放电也都是以一个支路为单位进行的，所以同一个支路中的所有电池任何时刻都是完全处在相同的状态中，保证了同一支路中的所有电池充放电的均衡性，又因为支路与支路间是互相独立且隔离的，充放电时互不影响，故也不存在单体电池参数差异性问题。
所述智能控制器C，可以是各种形式的计算机、工控机、单片机、智能仪表或各类可编程控制器，其信号线接检测仪表V0、V1、V2....Vn-1、Vn，其控制线接智能充放电开关K11-K1n、K21-K2n及K0。
所述智能充放电开关K11-K1n，K21-K2n，是由防反二极管D和智能开关S组成，智能开关S可以是机械触点开关也可以是电力电子无触点类开关(如MOSFET、IGBT、SCR、GTR、GTO)，D和S的连接顺序不必固定，只要保证D的正极为充电输入端而负极为输出端即可。
所述储能电池，可以是电化学类储能电池(如铅酸蓄电池、磷酸铁锂电池、锂电池、镍氢电池、钠硫电池等)。
本发明专利提出的智能化能源高效管理系统可以推广应用在光伏发电、风力发电等新能源领域及波动性能源发电系统中，不仅可以减小能量端的容量配置，且完全能够科学合理的对蓄电池进行智能化管理，提高系统的充电效率，延长蓄电池的使用寿命。
本发明专利是通过实例进行描述的，本领域技术人员知悉，在不脱离本专利的精神和范围的情况下，可以对本发明专利所述特征和实例进行改变或等效替换。因此，本发明专利不受此处公开的具体实施例的限制，只要是以本发明专利所述特征参考进行的等效替换和改变的实施例都属于本发明专利的保护范围。

Claims (7)

1.智能化能源高效管理系统，其结构特征是：由直流输入母线M、直流输出母线N、n组标称电压值完全相同的串联电池组E1-En、智能控制器C、检测装置V0-Vn、调压装置、智能充电开关K11-K1n、智能放电开关K21-K2n、旁路开关QF1-QFn构成，其智能充放电开关由防反二极管D和智能开关S组成，M通过智能充电开关K11-K1n与串联蓄电池组连接，E1-En是否投入在线充电由直流输入母线的能量信息决定，通过C对K11-K1n的控制来实现，N通过智能放电开关K21-K2n与串联蓄电池组连接，E1-En是否投入在线放电由E1-En的能量信息决定，通过C对K21-K2n的控制来实现，旁路开关QF1-QFn并联接在蓄电池组与智能放电开关之间，是蓄电池组的维护或维修通道。
2.根据权利要求1所述的智能化能源高效管理系统，其特征是：标称电压值完全相同的n组串联蓄电池组(E1-En)，每个串联组的正极接对应K11(K1n)的正极出端，负极接对应K21(K2n)的正极入端，同时负极处还连接旁路开关QF1-QFn的正极输入端。
3.根据权利要求1所述的智能化能源高效管理系统，其特征是：汇流母线M，其直流能源来自于太阳能或风能等新能源系统，其正极M+和负极M-分别连接智能充电开关K11-K1n正极和负极的入端。
4.根据权利要求1所述的智能化能源高效管理系统，其特征是：直流输出母线N，其正极N+和负极N-分别连接智能放电开关K21-K2n正极和负极的出端。
5.根据权利要求1所述的智能化能源高效管理系统，其特征是：智能充放电开关K11-K1n和K21-K2n，其均由防反二极管D和智能开关S组成，智能开关S可以是机械触点开关也可以是电力电子无触点类开关(如MOSFET、IGBT、SCR、GTR、GTO)，D和S的连接顺序不必固定，只要保证D的正极为充电输入端而负极为输出端即可。
6.根据权利要求1所述的智能化能源高效管理系统，其特征是：智能控制器C，可以是各种形式的计算机、工控机、单片机、智能仪表或各类可编程控制器，其信号线接检测仪表V0、V1、V2....Vn-1、Vn，其控制线接智能充放电开关K11-K1n、K21-K2n。
7.根据权利要求1所述的专智能化能源高效管理系统，其特征是：检测装置V0、V1、V2....Vn-1、Vn，可以是功率检测或转换、智能电压检测或转换等智能仪表或模块，其信号线连接智能控制器C。
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