CN109546925B - 一种电源系统及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电源系统及其控制方法，电源系统包括：太阳能光伏系统、能源管理及控制中心和金属空气电池系统，能源管理及控制中心包括储能单元和电解液控制中系统；太阳能光伏系统，用于将太阳能转化为电能，电能存储在能源管理及控制中心的存储能单元中；储能单元由至少两个能独立接受充电及做电能输出的储能模块组成，且储能单元能够为电解液控制系统提供工作电能；电解液控制系统，用于在需要启动金属空气电池系统工作并为储能单元充电时，将电解液注入金属空气电池系统的电池堆中；以及，在需要停止金属空气电池系统工作时，将金属空气电池系统的电池堆中的电解液排空。

Description

一种电源系统及其控制方法
技术领域
本发明涉及电源供电技术领域，尤其涉及一种电源系统及其控制方法。
背景技术
太阳能是一种可再生的清洁能源，是有效解决环境污染的途径之一。然而，太阳能不稳定，易受天气、光照强度等因素影响，目前多数解决方案是将太阳能转换为电能储存于储能设备中，再由储能设备对用电设备进行供电。而问题在于，当光照强度不足时，太阳能转换为的电能不够，使得储能设备的电能储备不足，导致储能设备的使用时长就会受限。
发明内容
本发明提供一种电源系统及其控制方法，以解决现有技术中存在的至少以上技术问题。
本发明一方面提供一种电源系统，包括：太阳能光伏系统、能源管理及控制中心和金属空气电池系统，所述能源管理及控制中心包括储能单元和电解液控制系统；
所述太阳能光伏系统，用于将太阳能转化为电能，所述电能存储在所述能源管理及控制中心的存储能单元中；
所述储能单元由至少两个能独立接受充电及做电能输出的储能模块组成，且所述储能单元能够为所述电解液控制系统提供工作电能；
所述电解液控制系统，用于在需要启动金属空气电池系统工作并为所述储能单元充电时，将电解液注入所述金属空气电池系统的电池堆中；以及，在需要停止金属空气电池系统工作时，将所述金属空气电池系统的电池堆中的电解液排空。
在一可实施方式中，所述能源管理及控制中心还包括：电压控制系统，用于控制所述太阳能光伏系统以及金属空气电池系统为所述储能单元充电时的电压恒定，还用于监测所述储能单元中各个储能模块的电压。
在一可实施方式中，所述能源管理及控制中心用于根据所述电压控制系统对所述储能单元中各个储能模块的电压监测，控制对电量不足的储能模块进行充电，并控制同一所述储能模块不同时进行充电和电能输出操作。
在一可实施方式中，所述能源管理及控制中心还用于在判断所述储能单元的剩余电量小于等于预设的第一电量阈值时，触发所述电解液控制系统将电解液注入所述金属空气电池系统的电池堆中，由所述金属空气电池系统为所述储能单元充电；其中，为所述电解液控制系统提供工作电能的储能模块，与所述金属空气电池系统充电的储能模块，为不同的储能模块。
在一可实施方式中，所述能源管理及控制中心还包括：冷却系统，用于监测所述储能单元的温度，并基于监测结果在温度达到预设阈值时，对所述储能单元实施冷却处理；
还用于监测所述金属空气电池系统的温度，并基于监测结果在温度达到预设阈值时，对所述金属空气电池系统实施冷却处理。
在一可实施方式中，所述金属空气电池系统具有氢气提取装置，所述氢气提取装置用于回收所述空气电池系统在工作过程中产生的氢气。
本发明另一方面提供一种电源系统的控制方法，包括：
能源管理与控制中心控制所述太阳能光伏系统将由太阳能转化为的电能存储到存储能单元中；
所述能源管理与控制中心在判断所述储能单元的剩余电量小于等于预设的第一电量阈值时，触发所述电解液控制系统将电解液注入所述金属空气电池系统的电池堆中，由所述金属空气电池系统为所述储能单元充电；在判断所述储能单元的剩余电量大于等于预设的第二电量阈值时，触发所述电解液控制系统将所述金属空气电池系统的电池堆中的电解液排空。
在一可实施方式中，所述方法还包括：所述能源管理及控制中心根据电压控制系统对所述储能单元中各个储能模块的电压监测，控制对电量不足的储能模块进行充电，并控制同一所述储能模块不同时进行充电和电能输出操作。
在一可实施方式中，所述方法还包括：所述方法还包括：所述能源管理及控制中心的冷却系统监测所述储能单元的温度，并基于监测结果在温度达到预设阈值时，对所述储能单元实施冷却处理；所述冷却系统还监测所述金属空气电池系统的温度，并基于监测结果在温度达到预设阈值时，对所述金属空气电池系统实施冷却处理。
在一可实施方式中，所述方法还包括：所述金属空气电池系统的氢气提取装置回收所述空气电池系统在工作过程中产生的氢气。
通过实施本发明的电源系统和控制方法，金属空气电池系统作为备用电源，可对储能单元进行电能补给，也可独立进行电能输出。储能单元具有两个及以上独立的储能模块，可以独立或者协同进行能量输出，储能单元可以为金属空气电池系统的电解液控制系统提供动力，亦可在金属空气电池系统停止工作时的清洗作业提供动力。该电源系统可以不受市电网络的地域限制，完全独立地进行电能输出。
本发明实施例至少具备以下技术效果：
1、本发明所涉及的太阳能光伏系统不直接对用电设备进行供电，而是先进行电能储备，继而通过储能单元对用电设备进行供电，可以有效保护用电设备不被损坏，保证用电安全。
2、本发明多组独立的储能模块协同工作，充电中的储能模块不进行电能输出，利用充电完成的储能模块进行电能输出。在光照不足的情况下，充满电的储能模块进行电能输出，此时光伏系统转化的电能可以储备入电能不足的储能模块中，最大化利用能源。
3、本发明进行了金属空气电池系统和储能模块的协同设计。在储能模块进行放电时，会预留一定的电压阈值，采用储能模块独立为金属空气电池系统的电解液注入提供电力。另外，金属空气电池系统的清洗作业也有了储能模块的电力保证，操作及维护较方便。利用此协同，可以使混合能源系统独立供电，不受使用地域限制。
4、本发明对金属空气电池系统工作过程中释放的氢气进行回收处理，并采用氢燃料电池堆进行放电，回收能量，避免氢气的残留，并有效利用。
附图说明
图1为本发明实施例的电源系统的组成示意图一；
图2为本发明实施例的电源系统的组成示意图二；
图3为本发明实施例中储能单元11的组成及其与其他组件关系的示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一
本发明实施例一提供一种电源系统，如图1所示，该系统主要包括：太阳能光伏系统20、能源管理及控制中心10和金属空气电池系统30，能源管理及控制中心10主要包括储能单元11和电解液控制系统12；
其中，太阳能光伏系统20，用于将太阳能转化为电能，电能存储在能源管理及控制中心10的存储能单元11中；
参见图2所示，储能单元11由至少两个能独立接受充电及做电能输出的储能模块组成，且储能单元11能够为电解液控制系统12提供工作电能；
电解液控制系统12，用于在需要启动金属空气电池系统30工作并为储能单元11充电时，将电解液注入金属空气电池系统30的电池堆中；以及，在需要停止金属空气电池系统30工作时，将金属空气电池系统30的电池堆中的电解液排空。
能源管理及控制中心还包括：电压控制系统13，用于控制太阳能光伏系统20以及金属空气电池系统30为储能单元11充电时的电压恒定，还用于监测储能单元11中各个储能模块的电压。
能源管理及控制中心用于根据电压控制系统13对储能单元11中各个储能模块的电压监测，控制对电量不足的储能模块进行充电，并控制同一储能模块不同时进行充电和电能输出操作。
能源管理及控制中心10还用于在判断储能单元11的剩余电量小于等于预设的第一电量阈值时，触发电解液控制系统12将电解液注入金属空气电池系统30的电池堆(如图3所示，以铝空气电池系统为例，包括铝空气电池堆31和氢燃料电池堆32)中，由金属空气电池系统30为储能单元11充电；其中，为电解液控制系统20提供工作电能的储能模块，与金属空气电池系统30充电的储能模块，为不同的储能模块。
能源管理及控制中心10还包括：冷却系统14，用于监测储能单元11的温度，并基于监测结果在温度达到预设阈值时，对储能单元11实施冷却处理；
还用于监测金属空气电池系统30的温度，并基于监测结果在温度达到预设阈值时，对金属空气电池系统30实施冷却处理。
金属空气电池系统30还具有氢气提取装置33，氢气提取装置33用于回收空气电池系统30在工作过程中产生的氢气。
实施例二
由本发明实施例一的电源系统实现的控制方法，主要包括：
能源管理与控制中心10控制太阳能光伏系统20将由太阳能转化为的电能存储到存储能单元11中；
能源管理与控制中心10在判断储能单元11的剩余电量小于等于预设的第一电量阈值时，触发电解液控制系统12将电解液注入金属空气电池系统30的电池堆中，由金属空气电池系统30为储能单元11充电；在判断储能单元11的剩余电量大于等于预设的第二电量阈值时，触发电解液控制系统12将金属空气电池系统30的电池堆中的电解液排空。
其中，能源管理及控制中心10还根据电压控制系统13对储能单元11中各个储能模块的电压监测，控制对电量不足的储能模块进行充电，并控制同一储能模块不同时进行充电和电能输出操作。
能源管理及控制中心10的冷却系统14还监测储能单元11的温度，并基于监测结果在温度达到预设阈值时，对储能单元11实施冷却处理；冷却系统14还监测金属空气电池系统30的温度，并基于监测结果在温度达到预设阈值时，对金属空气电池系统30实施冷却处理。
金属空气电池系统30的氢气提取装置33还回收空气电池系统在工作过程中产生的氢气。
实施例三
下面再结合附图2对本发明实施例的电源系统的基本工作过程进行详细阐述。
在阳光充足的情况下，太阳能光伏系统20将太阳能转换成电能，由能源管理与控制中心10通过电压控制系统13保证输入储能单元11的电压恒定，对储能单元11中的储能模块逐一进行充电作业。上一储能模块充电完成，能源管理与控制中心10自行将充电输入端切换至下一储能模块，待所有储能模块充电完成后结束。需要进行电能输出时，能源管理与控制中心10也可以按照充电完成的先后顺序(当然也可以不按照充电完成的先后顺序，而按照其他的规则顺序)，调控已充满的储能模块进行电能输出。并且，能源管理与控制中心10通过冷却系统14实时监测储能模块的温度变化，及时进行散热作业。在这种情况下，太阳能光伏系统20的电能转换充足，足够正常使用，不需要启动铝空气电池系统30工作。另外，能源管理与控制中心10需控制实施充电和电能输出的储能模块不为同一模块，因为同一储能模块在充电同时还实施向外的电能输出，是为了有效保护储能模块不被损坏。
遇上阳光不足的情况时(如连续的阴雨天气)，阳光的强度不足以维持太阳能的电能转换要求，能源管理与控制中心10通过电压控制系统13实时监测储能单元11各储能模块的电压，按顺序进行电能输出。特别的，储能单元11电能输出会预留一定的电量储备阈值，足够为电解液控制系统12提供动力，即保证有足够的电能储备来促使电解液控制系统12能够开启并正常工作，目的是为确保储能单元11在储能不足时还有剩余电能能够保证电解液控制系统12正常工作来促使铝空气电池系统30为储能单元11充电。能源管理与控制中心10通过冷却系统14实时监测储能模块的温度变化，及时进行散热作业。
在阳光不足的情况(如连续的阴雨天气)，阳光的强度不足以维持太阳能的电能转换要求，储能单元11的残余电量小于等于预设的第一电量阈值，这就需要额外的电能来源给储能单元11进行供电，以弥补光照强度不足时太阳能转换电能不足、电能不够使用的问题。能源管理与控制中心10利用储能单元11的剩余电量为电解液控制系统12提供动力，电解液控制系统12开始控制往铝空气电池堆31注入电解液，铝空气电池堆31进入工作状态。铝空气电池堆31将电能通过能源管理与控制中心10储备在储能单元11中，对储能模块进行逐一充电。需要进行电能输出时，依旧由能源管理与控制中心10可以按照充电完成的先后顺序，调控已充满的储能模块进行电能输出。能源管理与控制中心10通过冷却系统14实时监测储能模块以及铝空气电池堆31的温度变化，及时进行散热作业。
需要说明的是，铝空气电池堆31在工作状态下会产生氢气，本发明的铝空气电池系统30包含有氢气提取装置33回收铝空气电池堆31在工作状态下产生的氢气，并利用氢燃料电池堆32将能源回收利用，经由能源管理与控制中心10储存在储能单元11中。
另外，当铝空气电池堆31对储能单元11充电完成，能源管理与控制中心10通过电解液控制系统12排空铝空气电池堆31的电解液，铝空气电池堆31工作停止。此时，储能单元11可以为清洗作业提供动力，对铝空气电池堆31进行清洗。
综上所述，本发明实施例将太阳能光伏系统20、储能单元11和金属空气电池系统30协同工作，一般情况下由太阳能光伏系统20利用太阳能转换的电能为储能单元11进行充电，储能单元11向用电设备供电；在太阳能转换的电能不够用时，当监测到储能单元11的剩余电量小于等于预设的第一电量阈值，此时储能单元11利用剩余电量为电解液控制系统12供电，使电解液控制系统12能够触发金属空气电池系统30正常启动并工作，从而可以为储能单元11继续充电；当然，在金属空气电池系统30为储能单元11充电的过程中，太阳能光伏系统20仍然也可以为储能单元11充电，两者不冲突。在为储能单元11充电达到一定程度后，可以适时关闭金属空气电池系统30。
金属空气电池系统30作为备用电源，可对储能单元11进行电能补给，也可独立进行电能输出。储能单元11具有两个及以上独立的储能模块，可以独立或者协同进行能量输出，储能单元11可以为金属空气电池系统30的电解液控制系统12提供动力，亦可在金属空气电池系统30停止工作时的清洗作业提供动力。该电源系统可以不受市电网络的地域限制，完全独立地进行电能输出。
本发明实施例至少还具备以下技术效果：
1、本发明实施例所涉及的太阳能光伏系统20不直接对用电设备进行供电，而是先进行电能储备，继而通过储能单元11对用电设备进行供电，可以有效保护用电设备不被损坏，保证用电安全。因为，太阳辐照度是间断的，极不稳定，太阳能输出电压忽大忽小，这样的波动电压会影响用电设备的寿命，甚至直接毁坏用电设备。
2、本发明实施例多组独立的储能模块协同工作，充电中的储能模块不进行电能输出，利用充电完成的储能模块进行电能输出。在光照不足的情况下，充满电的储能模块进行电能输出，此时光伏系统转化的电能可以储备入电能不足的储能模块中，最大化利用能源。
3、本发明实施例进行了金属空气电池系统和储能模块的协同设计。在储能模块进行放电时，会预留一定的电压阈值，采用储能模块独立为金属空气电池系统的电解液注入提供电力。另外，金属空气电池系统的清洗作业也有了储能模块的电力保证，操作及维护较方便。利用此协同，可以使混合能源系统独立供电，不受使用地域限制。
4、本发明实施例对金属空气电池系统工作过程中释放的氢气进行回收处理，并采用氢燃料电池堆进行放电，回收能量，避免氢气的残留，并有效利用。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种电源系统，其特征在于，所述系统包括：太阳能光伏系统、能源管理及控制中心和金属空气电池系统，所述能源管理及控制中心包括储能单元和电解液控制系统；
所述太阳能光伏系统，用于将太阳能转化为电能，所述电能存储在所述能源管理及控制中心的储能单元中；
所述储能单元由至少两个能独立接受充电及做电能输出的储能模块组成，且所述储能单元能够为所述电解液控制系统提供工作电能；
所述电解液控制系统，用于在需要启动金属空气电池系统工作并为所述储能单元充电时，将电解液注入所述金属空气电池系统的电池堆中，对储能模块进行逐一充电；以及，在需要停止金属空气电池系统工作时，将所述金属空气电池系统的电池堆中的电解液排空；
其中，为所述电解液控制系统提供工作电能的储能模块，与所述金属空气电池系统充电的储能模块，为不同的储能模块；
所述能源管理及控制中心还包括：电压控制系统，用于控制所述太阳能光伏系统以及金属空气电池系统为所述储能单元充电时的电压恒定，还用于监测所述储能单元中各个储能模块的电压；
所述能源管理及控制中心还用于在判断所述储能单元的剩余电量小于等于预设的第一电量阈值时，触发所述电解液控制系统将电解液注入所述金属空气电池系统的电池堆中，由所述金属空气电池系统为所述储能单元充电；在判断所述储能单元的剩余电量大于等于预设的第二电量阈值时，触发所述电解液控制系统将所述金属空气电池系统的电池堆中的电解液排空。
2.根据权利要求1所述的电源系统，其特征在于，所述能源管理及控制中心用于根据所述电压控制系统对所述储能单元中各个储能模块的电压监测，控制对电量不足的储能模块进行充电，并控制同一所述储能模块不同时进行充电和电能输出操作。
3.根据权利要求1或2所述的电源系统，其特征在于，所述能源管理及控制中心还包括：冷却系统，用于监测所述储能单元的温度，并基于监测结果在温度达到预设阈值时，对所述储能单元实施冷却处理；
还用于监测所述金属空气电池系统的温度，并基于监测结果在温度达到预设阈值时，对所述金属空气电池系统实施冷却处理。
4.根据权利要求1或2所述的电源系统，其特征在于，所述金属空气电池系统具有氢气提取装置，所述氢气提取装置用于回收所述金属空气电池系统在工作过程中产生的氢气。
5.一种权利要求1-4任一项所述电源系统的控制方法，其特征在于，所述方法包括：
能源管理与控制中心控制所述太阳能光伏系统将由太阳能转化为的电能存储到储能单元中；
所述能源管理与控制中心在判断所述储能单元的剩余电量小于等于预设的第一电量阈值时，触发所述电解液控制系统将电解液注入所述金属空气电池系统的电池堆中，由所述金属空气电池系统为所述储能单元充电；在判断所述储能单元的剩余电量大于等于预设的第二电量阈值时，触发所述电解液控制系统将所述金属空气电池系统的电池堆中的电解液排空。
6.根据权利要求5所述电源系统的控制方法，其特征在于，所述方法还包括：所述能源管理及控制中心根据电压控制系统对所述储能单元中各个储能模块的电压监测，控制对电量不足的储能模块进行充电，并控制同一所述储能模块不同时进行充电和电能输出操作。
7.根据权利要求6所述电源系统的控制方法，其特征在于，所述方法还包括：所述能源管理及控制中心的冷却系统监测所述储能单元的温度，并基于监测结果在温度达到预设阈值时，对所述储能单元实施冷却处理；所述冷却系统还监测所述金属空气电池系统的温度，并基于监测结果在温度达到预设阈值时，对所述金属空气电池系统实施冷却处理。
8.根据权利要求5或6所述电源系统的控制方法，其特征在于，所述方法还包括：所述金属空气电池系统的氢气提取装置回收所述金属空气电池系统在工作过程中产生的氢气。
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