CN105379003A - 太阳能供电和电池操作的系统以及用于控制该系统的方法 - Google Patents

Abstract

一种功率供给系统具有太阳能电池单元和包括多个模块的电池。基于多天的时间段内的能量供给和需求数据来控制用于向负载供给电功率的模块的数目以及模块的再充电。这使得电池模块能够被更高效地使用，并且它们平均起来可以被较不频繁地充电和再充电，从而延长电池寿命。

Description

太阳能供电和电池操作的系统以及用于控制该系统的方法

技术领域

本发明涉及太阳能供电的产品，并且特别地涉及合并用于电荷存储的电池以及用于生成电流以便为电池再充电的太阳能面板的产品。

背景技术

本发明对于具有来自太阳能面板和电池的随时间变化的需求的产品特别感兴趣。一个示例是太阳能供电的照明，诸如离网街道照明。

电池寿命被视为用于太阳能供电的照明产品的主要区分因素。目前的电池供电的灯使用电池来存储能量以在夜晚使用。由于成本的原因，电池技术的目前选择是铅（Pb）电池。目前的Pb电池具有2至3年的相对短寿命。这主要由在太阳能应用中的使用所造成。如果Pb电池在放电之后被立即再充电，并且具有正确的充电廓形（profile），则它可以享有高达5年的寿命跨度。然而，太阳能应用不总是产生足够的电流以用于完整的再充电，特别是在当Pb电池运行在部分充电条件中（所谓的部分“充电状态”）时的冬季。结果是Pb电池具有典型地为2至3年的较短寿命跨度，这可能不被认为是足够的。

理论上，锂电池技术确实具有长得多的寿命，在最优条件下声称有10年的寿命。然而，同样对于Li离子电池，室外太阳能充电条件限制寿命跨度，这次是由操作下的温度造成的。此外，电池每晚进行循环（即充电和放电）。

在太阳能供电的能量应用中，季节效应造成能量供给和需求不平衡。这意味着电池在冬季被完全使用并且在夏季仅被部分使用。

现在将使用离网太阳能供电的（街道）照明技术作为示例来讨论涉及室外太阳能应用的特定问题，并且这将被称为“OSL”。

并网室外照明的当前技术主要由于高电网安装成本和杆安装成本而具有高安装成本。还存在高维护成本。例如当树根穿透线缆时可能需要线缆维修。

如以上描述的并网室外照明系统的一些问题通过太阳能供电的、电池驱动的系统来解决，但是当前技术由于若干原因而不是最优的。

在温暖条件中，几乎所有电池技术遭受增加的降级。缓解办法是将电池的尺寸设计得过大以用于预期寿命末端容量，但是这花费附加的金钱。更好的方式是避免电池可能在利用（较）高电流进行充电时变得太热。由于电池具有有限寿命，因此它们需要被更换，并且旧电池需要被处理掉。大多数电池技术包含不能留在环境中的材料，诸如铅或电解液。如果使用非基于铅的电池，可以避免将它们埋到地下的需要以消除昂贵的地面工作。此外，具有较长寿命的电池技术将降低这些成本。为了在所设计的寿命内达到性能要求，电池必须减载运行（在其最大输出以下操作），这抬高了成本、体积和重量。

放电深度（即作为完全充电状态的百分比，电荷从电池被移除的深度）直接涉及电池的预期寿命。电池寿命与放电深度的关系通常在来自IEC-896-2循环测试的图表中示出。当典型的铅电池完全放电时，对应的寿命为大约300次循环。为了实现600次循环，可以使用完整电荷的不超过60%。例如：为了在每晚充电/放电的情况下达到5年的操作寿命，需要1825次循环，这仅在该典型铅电池被放电不超过20%的情况下是可实现的。这意味着为了达到5年的寿命跨度，要求基于如用在街道照明中的典型Pb电池技术的5倍过大尺寸设计。事实上，在典型室外、太阳能充电条件下使用Pb电池一般达不到5年。

本发明旨在通过积极利用在不同时间处针对不同电池使用的需要来实现用在太阳能应用中的电池的寿命跨度的增加。用于室外、太阳能充电的街道照明应用的电池组典型地针对冬季中的最短白昼来设计尺寸。此外，可以安装备用容量以在若干天的恶劣天气期间提供功率。结果得到的能量存储要求通常仅利用以串联和/或并联方式放置在一起的多个电池（模块）来实现。

发明内容

本发明由权利要求限定。从属权利要求限定有利实施例。

根据本发明，提供了一种用于控制功率供给系统的控制器。

本发明因而提供了使得用在太阳能系统内的电池的电池寿命能够延长的控制器。预期能量需求和供给例如基于季节和天气模式在特定时刻来确定。基于该信息，导出维持特定能量需求所需要的电池模块数目，并且实施模块到休息或充电-再充电循环模式中的轮转。术语充电-再充电循环模式限定其中电池正在执行充电循环的模式，充电循环是为可再充电电池充电并且根据需要将其放电到负载中的过程。通过在不需要电池时减少电池充电循环，减少降级并且延长电池系统的寿命。

因此，电池组容量由多个模块构成。在某些时间（例如季节和天气模式），并不需要所有模块来维持能量需求。然后可以通过在该时间使用较少电池模块来缩减再充电循环。循环交错将模块轮转到休息或再充电循环中。

以此方式，所使用的模块可以保持在“理想”充电状态（“SoC”）。

基于供给与需求之间的经预测的预期能量平衡来控制电池模块，其目的是防止不必要的充电/放电循环。系统可以智能地将模块轮转到充电、放电或空闲模式中以促进相等老化。

控制器可以适于基于至少全年的时间段内的能量供给和需求数据来操作。这意味着可以考虑到季节天气以及每日日晒时间。

用于向负载和要再充电的模块供给电功率的模块可以选择成使得随时间所有模块经受相同数目的充电和放电循环。这意味着使不同模块的寿命相同，使得总体电池寿命可以尽可能多地拉长。

用于向负载供给电功率的模块（及其数目）可以使得在它们被再充电之前使用所选模块的容量的预定部分。这使实现了使用电池模块的电荷存储容量的高效方式。

可以使用其它方案，并且可以针对所使用的电池技术的特定类型定制电池再充电操作。

用于供给负载的模块数目可以每次在多日的时段内固定，例如至少两周或甚至按月。

本发明还提供了一种太阳能供电的系统，包括：

–太阳能电池单元；

–模块化电池，其包括可配置成使得模块的期望的组合可以用于向负载提供电功率的电池模块集合的；以及

–本发明的控制器，其用于控制电池模块配置和电池模块的再充电。该再充电可以使用太阳能电池单元输出。

模块化电池可以例如包括锂离子电池。

基于峰值负载需求（如已知的，例如冬季中的最短白昼）来设计电池的尺寸，但是当负载需求在峰值以下时可以使用模块的子集。所使用的模块优选地连接成使得提供相同电压而不管所使用的模块数目如何。它们可以全部并联，或者一个分支可以包括串联模块集合，并且然后分支数目受控制（再次使得模块的配置不改变电压）。

负载可以包括照明单元，并且系统于是可以是离网照明系统。

本发明还提供了一种使用具有太阳能电池单元和包括多个模块的电池的系统来向负载提供功率供给的方法。

本发明还提供了一种包括代码构件的计算机程序，所述代码构件适于当在计算机上运行时执行本发明的方法。

附图说明

现在将参照附图详细描述本发明的示例，其中：

图1示出依照本发明的系统的示例；

图2示出用在系统内的功率供给图；

图3示出所要求的功率供给在一年过程期间如何变化；

图4示出在系统内使用的功率需求图；

图5示出如何基于能量平衡图控制系统中的电池模块；

图6以流程图的形式示出本发明的总体系统；

图7示出在用于一些不同电气负载的常规系统中电池使用如何随时间变化；

图8示出依照本发明控制的系统中的电池使用如何随时间变化；

图9示出可能的电池模块控制信息的示例；

图10示出本发明的控制如何使得放电-再充电循环的数目能够减少；

图11示出基于所准许的循环数目的随之而来的系统寿命的延长；

图12示出基于电池模块的数目的随之而来的系统寿命的延长；以及

图13示出本发明的系统如何使得能够利用针对较小数目的充电-再充电循环设计的电池模块来实现所要求的寿命跨度。

具体实施方式

本发明提供具有太阳能电池单元和包括多个模块的电池的功率供给系统。基于多日的时间段内的能量供给和需求数据来控制用于向负载供给电功率的模块数目以及模块的再充电。这使得电池模块能够更高效地使用，并且它们平均起来可以被较不频繁地充电和再充电，从而延长电池寿命。

本发明的系统利用模块化电池系统，其使得电池能够配置为期望的模块组合，使得电池可以具有可选容量。模块可以包括堆叠环。

电池模块可以具有相对小的容量，因为小粒度避免不同模块配置之间的容量中的大跳动。例如，电池可以由例如在范围5至15中的若干模块形成，但是其它配置是可能的。

将描述如应用于离网街道照明应用（OSL）的本发明。在该应用中的特定兴趣在于，作为季节天气改变以及日出和日落时间的结果，需求在一年内变化。

图1示出系统的概览。为了清楚起见，未示出在电池供电的OSL架构中典型的一些组件。

系统包括向充电系统2提供所生成的电力的光伏电池1。充电系统向电池模块6提供电荷并且控制电池模块配置。所要求的电池模块配置基于确定可以从正常充电功能取出哪些电池模块的循环减除建议器3来确定。

循环减除建议器可以从可选数据管理系统4和后勤办公室系统5接收输入。电力到负载的供给由还处于循环减除建议器（advisor）3的控制下的放电功能7来控制，如所示。这向负载8提供电力。

为了使得循环减除建议器能够指定电池模块配置，系统提供到基本上用于电池再充电的太阳能电池单元的功率供给的建模，以及对为提供照明所要求的需求进行建模。

功率供给图被集成到系统架构中，其绘制了可用功率供给与时间的关系，特别地在全年时段内。为了创建功率供给图，存在来自PV板的能量产生随时间的记录（如已知的）。将该信息（例如I、V、T周围、T面板）传递到系统管理单元的规划模块部分。该图使得系统能够预测年度可得到的能量产生并且标识具有针对从夏季到冬季的能量转移的过剩产生的时段。

功率供给图使得能够确定当能量供给最高时的一天期间的时段，以及一年中的时段。该年度循环用于确定所要求的PV容量，以及还有电池容量。

功率供给图列出全年（或多年）内每天的预期未来能量供给。

图2示出如何生成这样的功率供给图并且输出使得能够实现计算的输入。

从可容易得到的“日晒”信息创建简单的功率供给图。这被提供为“气候廓形”。

可以使用数据库，其中所记录的数据诸如例如但不限于：

–平均每日温度和日间温度（影响PV模块中的电压性能）。

–辐照（影响PV模块中的电流性能）。

–太阳能平均值（以Wh/m2/日为单位）或者标准测试条件（“STC”）太阳小时。

–较长时段内的统计平均值。

该数据用于创建（多于）全年内的功率供给图。

功率供给图通过附加数据来扩充。系统管理将实现细化算法以改进年度（PV）功率供给图，导致可以在（多）年内变化的本地地点的自适应总太阳能资源因子（“TSRF”），但是将导致可以如何在全年内收获最大能量的策略。示例是例如但不限于：

–恢复备用容量的例如日循环中的所要求的时段。这是所示出的“备用恢复持续时间”信息。所安装的备用容量可以是可调适的，但是必须在其在多日的恶劣天气期间被使用/耗尽时进行恢复。该恢复将要求附加PV容量。

–来自诸如例如森林之类的本地植被的本地视线障碍物。该数据可以集成到系统中或者上载到系统（例如某些植被类型的生长表）。此外，传感器可以记录森林的生长（例如经由视线障碍物的图片或检测）并且预测TSRF的降低（即太阳能障碍物中的未来发展）。该信息可以通过考虑一年中的什么时段将产生足够能量而被用在过剩平衡图中以细化所规划的能量产生。该信息可以传送至板外系统以规划例如植被维护或用于其它维护任务，诸如例如重填操作或一些不同操作。

–造成较少PV功率的诸如雪或云之类的本地记录的恶劣天气现象的统计平均。这改进第一年之后的预测。可替换地，该信息可以经由通过例如存储器存储或数据通信网络下载的数据来扩充。

–来自例如建筑物、山脉、山丘等的本地视线障碍物。

–链接的浊度数据。

–本地平均每日和昼间温度，潜在地增加或降低PV性能。

–过去和所记录的PV性能（I、V、T周围、T面板）。这被示出为“所记录的本地PV性能”。

如所示，组合该信息的全部以使得能够计算年度功率供给并提供功率供给图。如以上概述的要使用的可能数据的列表（除气候廓形、备用恢复容量和所记录的PV性能之外）被示出为“经扩充的数据”。

除了对功率供给进行建模（即预期贯穿全年可得到多少能量）之外，还存在功率需求规划管理（即将需要多少能量）。这可以包括考虑光和调光廓形。

创建一年的功率需求图，以便能够规划需要存储以用于从例如夏季到冬季的能量转移的能量的量。该功率需求图包括与光和调光信息组合的关于在地理上计算的光和黑暗的小时数的基本信息，并且计算诸如（但不限于）平均负载/天数之类的信息以规划能量产生和能量存储管理。

利用功率需求图，系统可以改进在什么月份或季节系统将需要增加能量产生方面的预测，或者可替换地在例如较低（或较高）负载上执行不同的功率需求廓形以帮助管理能量存储并且避免耗尽。

在图3中示出针对埃因霍温的功率需求图的示例。绘制每日光负载以及一年内的平均值。弯曲的图线是每月所要求的能量并且直线是平均值。

功率需求图列出所预期的全年或更长时间内每天的未来能量需求。

如何创建功率需求图的示例在图4中示出，图4示出使得能够实现计算的输入。

使用可容易得到的地理信息基于本地地点的白天和夜晚时间数据（示出为“每日日出日落”）创建简单的功率需求图。其它源是可用的，诸如来自天文导航的航海/航空导航的地理表和公式。

该数据用于创建全年内的黑暗概览。结果得到的黑暗小时被合并到光廓形中。光廓形可以实现许多原因以使日出或日落的时间偏移，以适应例如由于恶劣天气所致的较黑暗的条件、法规、能量节约或其它原因。此外，可以包括黑暗期间的调光。

因此，考虑“所记录的自适应调光”，因为这将更改功率需求廓形，以及期望的调光廓形（示出为“光负载和调光廓形”）。

使用如以上讨论的相同附加数据扩充数据（“经扩充的数据”），例如涉及诸如例如可能导致TSRF<100%的山脉范围、建筑物、森林等之类的本地现象。许多数据库已经这样做。

系统管理还实现细化算法以改进年度功率需求图。示例是例如但不限于：

导致灯接通的较长时段的自适应调光（所示的“所记录的自适应调光”）的持续时间的统计平均。这改进前若干日/周/月的使用之后的预测，因为这取决于本地自适应调光，其经受在所安装的杆的附近的本地交通。可替换地，该信息可以经由通过例如存储器存储或数据通信网络下载的数据来扩充。

导致灯被接通的较长时段的诸如例如雪或云之类的本地记录的恶劣天气现象的统计平均。这渐进地改进预测，特别是在第一个全年之后。可替换地，该信息可以经由通过例如存储器存储或数据通信网络下载的数据来扩充。

需要消耗电气能量的其它系统组件的寄生负载（示出为“（多个）寄生负载”）。该数据可以是动态的，来自例如测量交流负载，其可以在本地记录。该数据还可以由静态预算或二者的组合限定。

针对（可配置）备用容量限制的适用值（示出为“备用容量限制”）。

防冻操作，其规定用于昼夜不停的热量产生的所要求的附加能量以防止系统组件的冻结。这示出为“防冻操作”。所要求的附加能量可以被限定为与来自热学设计建模的数据组合的其中温度在零以下的天数。可替换地，该数据可以通过温度和附加能量使用的本地记录来扩充。

系统规划全年（或更久）内的能量存储并且这涉及关于PV大小和电池存储大小的决定以及避免能量存储的耗尽的高级规划模块。该能量存储管理模块可以规划在全年或更久内匹配的能量需求和供给并且创建运行能量过剩平衡，那就是被连续更新。

图5示出如何使用能量平衡图。

为了计算能量平衡，使用功率供给图和功率需求图。这些与特定于所讨论的地点的经扩充的数据一起被处理以导出所要求的PV大小。这同样是以上讨论的“经扩充的数据”。

基于这种类型的信息的所要求的PV大小的计算是已知的，并且可以涉及以下步骤：

导出功率需求图的总能量值；

计算系统能量效率（其为EnEff能量存储*EnEffPV）并且获得总太阳能资源因子（其为本地地点的能量效率）；

计算每日要求的能量（功率需求*EnEff系统*TRSL）。获得标准测试条件（“STC”）之下的峰值太阳小时并且计算针对每日负载的PV阵列大小；

备用容量按天限定（附加夜晚循环）并且获得针对当天加上附加备用天的总要求的能量。备用恢复持续时间按天限定并且计算经修正的每日要求的能量（当天加上恢复备用的部分）；以及

计算支持经修正的每日要求的能量（当天加上恢复备用的部分）的PV阵列大小并且导出PV阵列的相关联的成本。

该方案可以进一步被采取，并且天数合计为月，并且月合计为年（即12或更多月的运行时段）。结果是一年内的平均值。

能量平衡图比较能量输入（即功率供给图）和能量输出（即功率需求图）。负值示出能量赤字并且所要求的能量必须来自能量存储。正值示出可以（部分）存储的每日要求的负载以上的能量过剩。

计算能量平衡图。该能量平衡图然后用于计算用于控制系统的循环减除调度，特别是电池模块的配置。

因此，在一年中的任何时刻，计算能量供给和能量需求，使得可以导出能量平衡。在夏季可能存在过剩的能量供给。特别地，光伏电池的尺寸针对冬季来设计，并且因此对于夏季而言尺寸设计过大。夏季夜晚比冬季夜晚短，因此夏季需求也更低。

比较来自电池和所安装的能量存储容量的所要求的能量并且将其表述为所安装的容量所使用的百分比。由于能量供给和需求的季节非对称性，在夏季期间可以使用所安装的能量存储的相对小部分。

图6以流程图形式提供了完整系统的概览。

如所示，总体系统组合图2的功率供给图计算、图4的功率需求图计算和图5的能量平衡图计算。

所有这些过程可以通过“经扩充的数据”来改进，其被示出为用于所有三者的单个数据源。

将从能量平衡图导出的操作建议供给到充电和放电控制引擎20，其进而控制模块化电池组22的配置。控制引擎20接收如关于通过输入23所示的PV性能以及如通过输入24所示的周围温度的信息。它还接收关于电池模块的监视信息，包括如通过输入25示出的模块的温度和如通过输入26示出的模块健康状态和/或充电状态，或者其它电池性能信息。

图7示出表述为正常充电之下的所安装的电池容量的百分比的季节能量使用（例如如图3中所示）。图表示出电池容量的降级范围。其示出随着电池（模块）的日益降级，系统被迫使使用更多的剩余容量以匹配每日负载。

三条线指示寿命开端（底部图线）、例如300次循环之后的寿命中间（中间图线）和例如1000次循环之后的寿命末端（顶部图线）处的电池循环性能。在增加循环之后，使用增加的容量的量。图7还示出在夏季期间可以使用所安装的能量存储的相对小部分。

从目前的电池文献众所周知的是，如果电池未被非常深地循环（即放电）则它们可以持续更长时间。对于电池寿命而言甚至更好的是完全不循环电池。

本发明的示例基于将电池能量存储划分成单独的模块并且智能控制系统在不需要电池模块时将不循环电池能量存储中的电池模块。

为了促进均匀降级，控制系统用于均匀地将电池模块轮转到循环或休息中。使用哪些和多少模块的决定基于考虑到能量供给和能量需求以及基于例如充电状态和健康状态的剩余电池性能的预测方案。通过循环模块，最终结果是可以随时间控制所有模块以经受相同数目的充电和放电循环。

为了防止电池模块在具有恶劣天气的日子序列期间未被完全再充电，控制系统可以限定可用能量的较低阈值。

为了限制来自高SoC和高温的降级（在夏季期间可能发生在街道照明杆中的条件），控制系统可以主动预测能量供给并且选择在将这些模块轮转到休息中并且离开循环之前将耗尽的模块再充电直到低水平SoC。因此即使存在对完整电池再充电的夏季能量过剩，这也不特意针对轮转离开循环而进入到休息中的模块进行。在夏季部分再充电空闲模块的该方案限制降级。

图8示出当使用一个实施例的方案时作为所使用的电池容量的百分比的季节使用。如所示，控制系统基于季节和天气影响而动态地调适来自存储的所要求的能量。在该示例中，电池模块被配置成使得正在使用的那些电池模块使其“经配置的容量”的至少60%被使用。

该“经配置的容量”是来自可用容量的所使用的容量。因此，如果可用容量为比方说2900mAh每电池单元，经配置的容量是放电深度限制处的该标称、可用容量的部分。例如，如果系统必须操作在50%放电深度处以实现比方说3000次循环，则经配置的容量为2.9Ah*0.5=1.45Ah。如果模块具有29个电池单元，电池环模块具有28*1.45Ah=40.6Ah的容量。基于3.7V锂离子，这对应于40.6Ah*3.7V=150Wh。

如在图7中，三条线示出降级的不同范围，其中寿命开端作为底部图线，寿命中间作为中间图线并且寿命末端作为顶部图线。

取决于可以由所选电池单元实现的循环寿命，循环减除添加附加“寿命”。

主要特征是循环减除决定，其基于在特定时间处针对给定负载条件需要多少电池模块。该信息用于导出模块循环调度。

图9示出针对若干负载在每一个月中所需要的模块数目的示例。这示出具有3至11个模块（环）的电池系统的9个不同示例。图9示出可以由不同系统递送的最大功率，并且示出可以如何针对每一个系统随时间控制环的数目。

因此，该示例具有在其内充电-再充电模式中的电池模块的数目固定并且其余模块休息的一个月的时间段。时间段是若干天，但是其可以短于一个月。例如，时间段可以在1周与6周之间，或者例如在2周与5周之间。

图10示出用于图9中所示的控制方案的每单独模块的充电/放电循环的结果得到的数目。循环的数目低于一个月中白天/夜晚循环的数目，使得电池循环的量减少。

循环减除控制器计算针对充电和充电控制引擎的循环减除调度。这可以基于充电和放电的总小时数，和/或在针对每一个模块或其它放电方法的充电和放电期间的电荷流动的量。

可以基于附加考虑来验证所请求的循环减除调度是否是可能的，诸如例如（但不限于）要求系统能够提供的附加运行时的按天/小时的可配置持续时间，以及可以固定或者动态更新的风险评估，例如与所记录的天气事件有关。

图11示出可以通过使用一个实施例的循环减除方案获得的附加寿命。

图11中的每条线表示构成针对图9和10的使用情况的电池组的不同数目的电池环/模块。存在针对用于使电池组覆盖负载所要求的3个环/模块到11个环/模块的不同线。由于较大负载要求较多模块（假定相同模块容量），因此循环减除将使得控制系统能够将更多模块轮转到循环中和离开循环，从而带来附加寿命的较大益处。

x轴示出电池单元可以实现的假定寿命。于是y轴示出在没有循环减除的情况下系统在每个夜晚期间的正常循环的基本情况下可以实现的附加寿命。

一般地，模块越多，可以获得的附加寿命越多，如从两个带标记的图线（一个针对具有3个模块的系统并且一个针对具有11个模块的系统）清楚。图线不是均匀分布的，因为容量中的跳动是由于有时必须添加附加模块以覆盖负载而造成的。

图12示出通过使用基于系统中的电池模块的数目的循环减除可以实现的并且针对具有不同寿命的系统的以年为单位的附加寿命（该示例中的跳动是因为粒度），其由循环数目表示。因此，图12示出7个不同系统，其具有在500次循环与2000次循环之间的寿命，并且示出可以如何通过使用循环减除方案来获得附加年的服务。

在图12中，可以看到7个模块看起来优于8、9或10。这由以下事实造成：碰巧针对7个模块的负载要求非常符合系统：在该负载上，系统使用所有经配置的存储容量。在具有不同数目的模块的所有其它情况中，在所要求的模块的最小数目的情况下，系统在某种程度上被过大设计尺寸。在其它系统配置中，具有其它环/模块大小，7个模块将是最佳系统。因此，呈现了更多模块给出更大寿命延长的一般趋势，但是组件（包括负载）的离散性质意味着图线不是直线。

图13示出通过使用用于旨在实现5年寿命跨度的系统的实施例的方案获得的附加寿命。图线30示出2年的最小寿命，并且图线32示出希望的5年寿命跨度。图线34示出用于根据电池能够操作的充电和放电循环的数目的常规系统的寿命跨度。

图线36示出可以如何基于将电池划分成若干个模块（3至11）并且提供如以上所描述的模块化控制来改进寿命跨度。

图13示出实施例的益处，在于可以利用具有较低数目的充电和放电循环的电池模块实现目标5年寿命跨度。该改进由箭头38表示。以此方式，不太有能力的并且因此较低成本的电池单元可以用于实现特定要求产品寿命。可替换地，能量模块中的电池单元可以与某种更多的放电深度一起使用，这导致不太过大的尺寸设计和所要求的电池模块的减少和/或系统成本的减少。

附加产品寿命可以在没有过大尺寸设计的常用电池的情况下实现，这意味着没有附加成本。

循环减除方案提供较长寿命，加长杆安装、杆移除、维护、电池移除/更换之间的间隔。还可以改进炎热条件中的电池性能。在夏季期间，当存在对完整电池再充电的能量过剩时，系统将不完全再充电在下一昼夜循环期间标识为空闲的那些模块。这些电池单元可以仅部分地再充电直至低SoC水平，链接到能量供给和需求的预测。在夏季期间，当照明杆中的温度可能是热的时，控制系统可以选择避免不间断地为电池模块充电直至其充满，而是可以在其稍微冷却下来之后间歇性地充电。该模块平衡将链接到能量供给和需求的预测。

可以减少电池减载运行。取代于将电池尺寸设计得过大以应对降级，循环的智能减除可以在没有附加成本的情况下提供附加寿命。

系统的使用结果是当太阳照耀并且太阳能充电器提供充电电流时一些电池模块将不接收电荷，并且电池模块的充电状态将不会是相同的。

上文已经结合离网照明系统描述了本发明。对于该应用，本发明使得能够实现具有100%可用性和长寿命的高质量街道照明。存在针对隔离光点的特殊市场，例如要求安装的高投入的那些。将领会到，除街道灯之外的实施例是可能的。

对于园艺应用，杆插入在地面中并且可以在一年中的特定季节向农作物提供同化作用照明。这提供了安全性、放置自由和低初始安装成本。

混合街道照明应用也是可能的。系统通过以低廉的价格存储来自电网的过量电力并且总是以低成本操作街道照明来提供按需转移。存在针对医学应用的其它可能市场——以提供灾后功率供给，其可以从太阳生成。还存在家庭能量存储应用。

本领域技术人员在实践所要求保护的发明时，通过研究附图、公开内容和随附权利要求，可以理解和实现对所公开的实施例的其它变型。在权利要求中，词语“包括”不排除其它元件或步骤，并且不定冠词“一”不排除多个。单个处理器或其它单元可以履行权利要求中所叙述的若干项的功能。在相互不同的从属权利要求中叙述某些措施的仅有实时不指示这些措施的组合不能用于获益。计算机程序可以存储/分布在合适的介质上，诸如其它硬件一起供给或者作为其部分的光学存储介质或固态介质，但是还可以以其它形式分布，诸如经由因特网或其它有线或无线电信系统。权利要求中的任何参考标记不应当解释为限制范围。

Claims (14)

1.一种用于控制功率供给系统的控制器（3），其中功率供给系统包括太阳能电池单元（1）和包括多个模块的电池（6），

其中控制器（3）用于控制从电池到负载（8）的电功率的供给，其中控制器适于基于至少一天的时间段内的能量供给和需求数据来控制用于向负载供给电功率的模块的数目并且控制模块的再充电，使得在任何特定时间，所述数目的模块处于充电-再充电循环模式中，并且其余电池处于休息。

2.如权利要求1中所述的控制器，适于基于至少一整年的时间段内的能量供给和需求数据进行操作。

3.如任何前述权利要求中所述的控制器，适于选择用于向负载供给电功率的模块并且选择再充电的模块使得随时间所有模块经受相同数目的充电和放电循环。

4.如任何前述权利要求中所述的控制器，适于将用于供给负载的模块的数目控制成在多天的时段内是固定的。

5.如权利要求4中所述的控制器，其中所述多天的时段是至少两周的时段。

6.一种太阳能供电的系统，包括：

-太阳能电池单元（1）；

-模块化电池（6），其包括可配置成使得模块的所期望的组合可以用于向负载提供电功率的电池模块集合；以及

-如任何前述权利要求中所述的控制器（3），其用于控制用于向负载供给电功率的电池模块的数目并且控制使用电力源对模块的再充电。

7.如权利要求6中所述的系统，其中电力源是太阳能电池单元输出。

8.如权利要求6或7中所述的系统，其中模块化电池（6）包括锂离子电池。

9.如权利要求6至8中任一项中所述的系统，其中电池基于峰值负载需求来设计尺寸，并且控制器适于当负载需求在峰值以下时使用模块的子集。

10.如权利要求6至9中任一项中所述的系统，包括负载，其中该负载包括照明单元（8）。

11.一种使用具有太阳能电池单元（1）和包括多个模块的电池（6）的系统向负载提供功率供给的方法，其中该方法包括：

基于至少一天的时间段内的能量供给和需求数据，通过控制所使用的模块的数目并控制模块的再充电来控制从电池（6）到负载（8）的电功率的供给，使得在任何特定时间，所述数目的模块处于充电-再充电循环模式中，并且其余电池处于休息。

12.如权利要求11中所述的方法，其中所述控制基于至少一整年的时间段内的能量供给和需求数据。

13.如权利要求11或12中所述的方法，包括选择用于向负载供给电功率的模块并且选择再充电的模块使得随时间所有模块经受相同数目的充电和放电循环。

14.一种包括代码构件的计算机程序，所述代码构件适于当在计算机上运行时执行权利要求11至13中任一项的方法。