CN109066943A - 一种压力发电蓄电池储能控制系统 - Google Patents

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陈坤华
黄永红
张新华
张东梅
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
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Abstract

本发明公开了一种压力发电蓄电池储能控制系统，属于新能源发电领域。该系统包括压力发电单元、降压控制单元、蓄电池、脉宽调制单元，所述的脉宽调制单元接收压力发电单元的输出电压和蓄电池的母线电压，并根据压力发电单元的输出电压和蓄电池的母线电压控制降压控制单元，所述的压力发电单元通过降压控制单元向蓄电池充电。本发明通过蓄电池收集压力发电单元输出的电能，并充分考虑压力发电单元的电压与蓄电池的母线电压值，确保低频、大应力场压力发电单元发电量的稳定吸收，达到行人、汽车等瞬态动能回收利用的目的，可以用于离网式压力发电装置。

Description

一种压力发电蓄电池储能控制系统
技术领域
本发明涉及一种压力发电系统，更具体地说，涉及一种压力发电蓄电池储能控制系统，属于新能源发电领域。本发明适用于行人和汽车等瞬态动能回收利用的应用场合。
背景技术
压力发电装置在外力交变作用下产生电荷，具有体积小、结构简单，无电磁干扰等特点，可以铺设在步行街、车库出入口、高速公路等路面，收集行人和汽车运行过程中的动能，符合人们对能源需求不断增长以及对环境保护日益加强需求，在离网式压力发电装置中具有良好的应用前景。
由于压力发电的低频、快速与幅值变化剧烈等特性，发电电能的收集与存储是压力发电装置亟需解决的问题之一，如何快速、稳定的收集压力发电电能是本领域技术人员正在面对的技术难题。
为了保证蓄电池能够适应压力发电单元输出电压的变化，同时考虑蓄电池的母线电压，亟需针对上述的压力发电装置设计一款储能控制系统。压力发电蓄电池储能控制系统的研究与开发，为压力发电这一新能源发电装置能量的采集、应用探索新的路径。
发明内容
本发明的目的在于提供一种压力发电蓄电池储能控制系统，采用本发明的技术方案，通过降压控制单元的开通和关断控制压力发电单元的电压，通过蓄电池吸收压力发电单元输出的电能，并充分考虑蓄电池的充电和母线电压要求，在吸收压力发电电能的同时保证蓄电池母线电压在安全运行范围内，满足系统安全性和稳定性要求，储能控制系统运行频率高、自损耗小，适用于离网式压力发电装置的能量吸收等应用场合。
为达到上述目的，本发明提供的技术方案为：
本发明的一种压力发电蓄电池储能控制系统，包括压力发电单元、降压控制单元、蓄电池、脉宽调制单元，所述的脉宽调制单元接收压力发电单元的输出电压和蓄电池的母线电压，并根据压力发电单元的输出电压和蓄电池的母线电压控制降压控制单元，所述的压力发电单元通过降压控制单元向蓄电池充电。
进一步地，该系统还包括第一电压检测单元和第二电压检测单元，所述的第一电压检测单元获得压力发电单元的输出电压，所述的第二电压检测单元获得蓄电池的母线电压并传送给脉宽调制单元，当压力发电单元的输出电压大于蓄电池的母线电压时，压力发电单元的输出电压传送给脉宽调制单元。
进一步地，该系统包括压力发电元件Upg、整流电路、开关管k2、二极管D1、电感L和蓄电池Ubat，所述压力发电元件Upg、开关管k2、电感L、蓄电池Ubat、压力发电元件Upg依次连接成闭合回路，所述压力发电元件Upg的两端连接有整流电路，所述电感L的输入端和压力发电元件Upg的输入端之间设置有二极管D1。
进一步地，所述压力发电元件Upg由m组支路通过并联组合而成，即，Upg,11至Upg,n1共n个单元形成第一组串联支路，Upg,12至Upg,n2共n个单元形成第二组串联支路，Upg,1m至Upg,nm共n个单元形成第m组串联支路。
进一步地，所述的降压控制单元的控制方法为：
(a)当压力发电元件Upg有电压输出时，在0～Ton时间段内，经整流电路，将压力发电元件Upg输出的交变电流转变为直流电流，并向蓄电池Ubat充电，在t＝0时刻，开关管k2导通，压力发电元件Upg的输出电压通过开关管k2加到电感L和蓄电池Ubat上，二极管D1截止；在一个开关周期中压力发电元件Upg的输出电压保持不变，通过电感L中的电流向蓄电池Ubat充电；
(b)当压力发电元件Upg有电压输出时，在t＝Ton时刻，开关管k2关断，电感L通过二极管D1续流，并向蓄电池Ubat充电；
(c)当压力发电元件Upg有电压输出时，在t＝Ts时刻，k2又导通，继续向蓄电池Ubat充电。
进一步地，当压力发电元件Upg的输出电压动态变化时，所述的Ton时刻随着压力发电元件Upg的输出电压幅值大小而变化，时刻Ton值小于Ts值，Ts不变，开关管k2的开通时间为0～Ton。
进一步地，压力发电单元中的压力发电元件数量、材料、排布、外形均根据实际需要确定。
进一步地，压力发电单元的输出电压与受力根据实际需要确定。
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)本发明的一种压力发电蓄电池储能控制系统，通过降压控制单元的开通和关断控制压力发电单元的输出电压，满足蓄电池的充电要求，保证了压力发电单元对蓄电池的有效充电，并充分考蓄电池的母线电压运行范围，储能控制系统运行频率高、自损耗小，适用于离网式压力发电装置的能量吸收等应用场合；
(2)本发明的一种压力发电蓄电池储能控制系统，其降压控制单元的控制规则满足蓄电池的充电要求，兼顾了蓄电池的母线电压运行范围，满足储能控制系统安全性和稳定性要求。
附图说明
图1为本发明的一种压力发电蓄电池储能控制系统的原理框图；
图2为本发明的压力发电单元的压力发电元件阵列
图3为本发明的降压控制单元电路
示意图中的标号说明：
1、压力发电单元；2、降压控制单元；3、蓄电池；4、第二电压检测单元；5、脉宽调制单元；6、第一电压检测单元。
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。
本发明的一种压力发电蓄电池储能控制系统，通过降压控制单元的开通和关断控制压力发电单元的电压，通过蓄电池吸收压力发电单元输出的电能，并充分考虑蓄电池的充电和母线电压要求，在吸收压力发电电能的同时保证蓄电池母线电压在安全运行范围内，满足系统安全性和稳定性要求，适用于离网式压力发电装置的能量吸收等应用场合。
参见图1所示，本实施例一种压力发电蓄电池储能控制系统，包括压力发电单元1、降压控制单元2、蓄电池3、第二电压检测单元4、脉宽调制单元5与第一电压检测单元6，该控制系统能够充分考虑蓄电池的充电和母线电压要求，在吸收压力发电电能的同时保证蓄电池母线电压在安全运行范围内，满足系统安全性和稳定性要求。通过第一电压检测单元6获得压力发电单元1的输出电压并传送给脉宽调制单元5，通过第二电压检测单元4获得蓄电池3的母线电压并传送给脉宽调制单元5，当压力发电单元1的输出电压大于蓄电池3的母线电压时，压力发电单元1的输出电压传送给脉宽调制单元5，脉宽调制单元5控制降压控制单元2，压力发电单元1通过降压控制单元2向蓄电池3充电。
在本实施例中，压力发电单元的组合方法为：
压力发电单元由m组支路通过并联组合而成，Upg,11至Upg,n1共n个电池单元形成第一组串联支路，Upg,12至Upg,n2共n个电池单元形成第二组串联支路，Upg,1m至Upg,nm共n个电池单元形成第m组串联支路。具体如图2所示。
本实施例的电路结构如图3所示，包括压力发电元件Upg、整流电路、开关管k2、二极管D1、电感L和蓄电池Ubat，所述压力发电元件Upg、开关管k2、电感L、蓄电池Ubat、压力发电元件Upg依次连接成闭合回路，所述压力发电元件Upg的两端连接有整流电路，所述电感L的输入端和压力发电元件Upg的输入端之间设置有二极管D1。
在本实施例中，降压控制单元对蓄电池的充电的控制方法为：
(a)当压力发电元件Upg有电压输出时，在0～Ton时间段内，经降压控制单元的整流电路，将压力发电元件Upg输出的交变电流转变为直流电流，并向蓄电池Ubat充电，在t＝0时刻，开关管k2导通，压力发电单元输出电压通过k2加到电感L和蓄电池Ubat上，二极管D1截止。在一个开关周期中压力发电单元输出电压保持不变，通过电感L中的电流向蓄电池Ubat充电。
(b)当压力发电元件Upg有电压输出时，在t＝Ton时刻，开关管k2关断，电感L通过二极管D1续流，并向蓄电池Ubat充电。Ton时刻随着压力发电单元输出电压幅值大小而变化，时刻Ton值小于Ts值，Ts不变，开关管k2的开通时间为0～Ton。
(c)当压力发电元件Upg有电压输出时，在t＝Ts时刻，k2又导通，继续向蓄电池Ubat充电，满足系统安全性和稳定性要求，适用于离网式压力发电的能量吸收等应用场合。
仅当压力发电元件Upg有电压输出时(即工作状态下)，开关管k2才存在上述开关状态。0-Ts为一个工作周期，其中，在0～Ton时间段内开关管k2导通，在Ton-Ts时间段内开关管k2关断。
综上所述，本发明的一种压力发电蓄电池储能控制系统，包括压力发电单元、降压控制单元、蓄电池、第二电压检测单元、脉宽调制单元与第一电压检测单元，通过第一电压检测单元获得压力发电单元的输出电压并传送给脉宽调制单元，通过第二电压检测单元检测获得蓄电池的母线电压并传送给脉宽调制单元，当压力发电单元的输出电压大于蓄电池的母线电压时，压力发电单元的输出电压传送给脉宽调制单元，脉宽调制单元通过降压控制单元向蓄电池充电。本储能控制系统通过蓄电池收集压力发电单元输出的电能，并充分考虑压力发电单元的电压与蓄电池的母线电压值，确保低频、大应力场压力发电单元发电量的稳定吸收，达到行人、汽车等瞬态动能回收利用的目的，可以用于离网式压力发电装置，符合世界各国对能源需求不断增长以及对环境保护日益加强的需求。
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。

Claims (8)

1.一种压力发电蓄电池储能控制系统，其特征在于：包括压力发电单元(1)、降压控制单元(2)、蓄电池(3)、脉宽调制单元(5)，所述的脉宽调制单元(5)接收压力发电单元(1)的输出电压和蓄电池(3)的母线电压，并根据压力发电单元(1)的输出电压和蓄电池(3)的母线电压控制降压控制单元(2)，所述的压力发电单元(1)通过降压控制单元(2)向蓄电池(3)充电。
2.根据权利要求1所述的一种压力发电蓄电池储能控制系统，其特征在于：还包括第一电压检测单元(6)和第二电压检测单元(4)，所述的第一电压检测单元(6)获得压力发电单元(1)的输出电压，所述的第二电压检测单元(4)获得蓄电池(3)的母线电压并传送给脉宽调制单元(5)，当压力发电单元(1)的输出电压大于蓄电池(3)的母线电压时，压力发电单元(1)的输出电压传送给脉宽调制单元(5)。
3.根据权利要求2所述的一种压力发电蓄电池储能控制系统，其特征在于：包括压力发电元件Upg、整流电路、开关管k2、二极管D1、电感L和蓄电池Ubat，所述压力发电元件Upg、开关管k2、电感L、蓄电池Ubat、压力发电元件Upg依次连接成闭合回路，所述压力发电元件Upg的两端连接有整流电路，所述电感L的输入端和压力发电元件Upg的输入端之间设置有二极管D1。
4.根据权利要求3所述的一种压力发电蓄电池储能控制系统，其特征在于：所述压力发电元件Upg由m组支路通过并联组合而成，即，Upg,11至Upg,n1共n个单元形成第一组串联支路，Upg,12至Upg,n2共n个单元形成第二组串联支路，Upg,1m至Upg,nm共n个单元形成第m组串联支路。
5.根据权利要求3或4所述的一种压力发电蓄电池储能控制系统，其特征在于：所述的降压控制单元的控制方法为：
(a)当压力发电元件Upg有电压输出时，在0～Ton时间段内，经整流电路，将压力发电元件Upg输出的交变电流转变为直流电流，并向蓄电池Ubat充电，在t＝0时刻，开关管k2导通，压力发电元件Upg的输出电压通过开关管k2加到电感L和蓄电池Ubat上，二极管D1截止；在一个开关周期中压力发电元件Upg的输出电压保持不变，通过电感L中的电流向蓄电池Ubat充电；
(b)当压力发电元件Upg有电压输出时，在t＝Ton时刻，开关管k2关断，电感L通过二极管D1续流，并向蓄电池Ubat充电；
(c)当压力发电元件Upg有电压输出时，在t＝Ts时刻，开关管k2又导通，继续向蓄电池Ubat充电。
6.根据权利要求5所述的一种压力发电蓄电池储能控制系统，其特征在于：当压力发电元件Upg的输出电压动态变化时，所述的Ton时刻随着压力发电元件Upg的输出电压幅值大小而变化，时刻Ton值小于Ts值，Ts不变，开关管k2的开通时间为0～Ton。
7.根据权利要求1或2所述的一种压力发电蓄电池储能控制系统，其特征在于：压力发电单元(1)中的压力发电元件数量、材料、排布、外形均根据实际需要确定。
8.根据权利要求1或2所述的一种压力发电蓄电池储能控制系统，其特征在于：压力发电单元(1)的输出电压与受力根据实际需要确定。
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