CN113125873A - 一种主动式储能系统超级电容寿命测试装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于智能电网测试技术领域，具体涉及一种主动式储能系统用超级电容寿命测试装置及方法。本发明在主动式混合储能系统DC/DC双向变换器的超级电容侧形成放电回路，通过开关器件控制放电回路通断，仅在储能系统超级电容侧不工作时进行超级电容的寿命检测。本发明提出的装置和方法简便易用，能检测到超级电容的容量变化，同时不会增加额外的损耗，技术人员可根据老化情况及时提供维修，增加了系统的可用性。
Description
技术领域
本发明属于智能电网测试领域，具体涉及一种主动式储能系统超级电容寿命测试装置及方法。
背景技术
随能源枯竭、环境污染日益严重，新能源发电技术在世界范围内稳步发展。由于储能系统能够吸收新能源发电波动，改善新能源发电出力随机性，从而有效的提高新能源发电消纳率，因此逐渐成为智能电网的研究趋势。然而，受充放电寿命及储能电池电气特征的影响，单独应用储能系统受到了极大限制，需要超级电容来改善储能系统的电气应力。为此，大量的混合储能系统如主动式、被动式结构都陆续出现。相对于被动式拓扑的直接并联，主动式混合储能系统可实现蓄电池和超级电容的协调控制和能量管理，因此是主流的储能系统应用模式。
超级电容一般由电极、电解液、隔膜、集流体等组成。当受到较高温度、过电压等外界影响或厂家工艺原因会出现电极劣化、电解液挥发分解等老化现象，使得超级电容的容值显著下降甚至失效，进而影响到主动式储能系统的可靠性，可能引发严重的故障。由于超级电容的寿命与设备所处的自然环境及设备自身工况有很大的关系，因此很难预知超级电容是否已经出现比较严重的老化，往往需要等到设备严重故障时才能发现，这就影响了混合储能系统的安全工作和系统维护。
发明内容
为了解决上述现有技术的不足之处，本发明的目的在于一种主动式储能系统超级电容寿命测试装置及方法，以克服现有技术中的缺陷。
为了实现上述目的，本发明提供了一种主动式储能系统超级电容寿命测试装置，所述测试装置包括DC-DC变流器Ⅰ、DC-DC变流器Ⅱ、开关器件、超级电容、放电电阻、计算单元和电源；所述DC-DC变流器Ⅰ的输入端Ⅰ与所述电源的正极电连接；所述DC-DC变流器Ⅰ的输入端Ⅱ与所述电源的负极电连接；所述DC-DC变流器Ⅰ的控制端Ⅲ和所述DC-DC变流器Ⅱ的控制端Ⅲ均与所述开关器件的输出端Ⅱ电连接；所述DC-DC变流器Ⅱ的输入端Ⅰ与所述超级电容的Ⅰ端、所述放电电阻的Ⅰ端均电连接；所述DC-DC变流器Ⅱ的输入端Ⅱ与所述超级电容的Ⅱ端、所述放电电阻的Ⅱ端均电连接；所述计算单元的两个输出端Ⅰ与所述开关器件的输出端Ⅰ电连接；所述计算单元的电压输入端Ⅱ与所述超级电容信号连接；所述计算单元的电流输入端Ⅲ与所述超级电容的Ⅱ端、所述放电电阻的Ⅱ端均电连接。
优选的，所述开关器件为IGBT。
优选的，所述计算单元的电流输入端Ⅲ设置有电流传感器。
本发明还提供了一种主动式储能系统超级电容寿命测试方法，所述方法包括如下步骤：
步骤一：当储能系统不参与到电网工作时，所述计算单元控制所述开关器件，所述DC-DC变流器Ⅰ和所述DC-DC变流器Ⅱ放电；
步骤二：所述计算单元通过电流传感器记录此过程导通回路的电流i(t)；通过电压传感器采集所述超级电容两端的电压U0；
步骤三：当所述计算单元检测到电流信号i(t1)<0.01i(t0)时，所述超级电容已完成放电，所述计算单元停止对电流信号进行积分运算，此时得到所述超级电容释放的总电量Q，
步骤四：根据电容电压通用公式
得到所述超级电容的实际容值Ct；
步骤五：根据器件出厂测试报告或储能系统的数据表，可获取将所述超级电容的初始容值C0，将其与所述超级电容的现在容值进行比较，通过两者的偏差值判断所述超级电容的寿命。
在DC/DC双向变换器的超级电容侧形成放电回路，通过开关器件控制放电回路通断且仅在储能系统超级电容侧不工作时进行。放电回路上设置放电电阻，具备自然散热能力。
同现有技术相比，本发明的有益效果体现在：
1)相对于被动式混合储能系统，由于储能电池的存在，超级电容无法自由的进行放电，因此无法检测寿命；
2)可以在停止工作后，利用原本需损耗的能量来进行超级电容的容量检测，不会额外的产生损耗；
3)检测到超级电容的容量变化后，可根据老化情况及时提供维修，增加了系统的可用性。
附图说明
图1为本发明的一种主动式储能系统超级电容寿命测试装置的电路结构图；
图2为本发明的一种主动式储能系统超级电容寿命测试方法的方法流程图；
图3为本发明的所述放电电阻的电流采样法。
图4为本发明的所述超级电容的电压采样法。
具体实施方式
为了能够进一步了解本发明的结构、特征及其他目的，现结合所附较佳实施例附以附图详细说明如下，本附图所说明的实施例仅用于说明本发明的技术方案，并非限定本发明。
首先，如图1所示，图1为本发明的一种主动式储能系统超级电容寿命测试装置的电路结构图；所述测试装置包括DC-DC变流器Ⅰ1、DC-DC变流器Ⅱ2、开关器件3、超级电容4、放电电阻5、计算单元6和电源7；所述DC-DC变流器Ⅰ1的输入端Ⅰ与所述电源7的正极电连接；所述DC-DC变流器Ⅰ1的输入端Ⅱ与所述电源7的负极电连接；所述DC-DC变流器Ⅰ1的控制端Ⅲ和所述DC-DC变流器Ⅱ2的控制端Ⅲ均与所述开关器件3的输出端Ⅱ电连接；所述DC-DC变流器Ⅱ2的输入端Ⅰ与所述超级电容4的Ⅰ端、所述放电电阻5的Ⅰ端均电连接；所述DC-DC变流器Ⅱ2的输入端Ⅱ与所述超级电容4的Ⅱ端、所述放电电阻5的Ⅱ端均电连接；所述计算单元6的两个输出端Ⅰ与所述开关器件3的输出端Ⅰ电连接；所述计算单元6的电压输入端Ⅱ与所述超级电容4信号连接；所述计算单元6的电流输入端Ⅲ与所述超级电容4的Ⅱ端、所述放电电阻5的Ⅱ端均电连接。
工作原理：所述DC-DC变流器Ⅰ1、DC-DC变流器Ⅱ2、开关器件3、超级电容4、放电电阻5和电源7形成放电回路，通过所述开关器件3控制放电回路通断，仅在所述超级电容4不工作时进行；在此放电回路中设置所述放电电阻5，具备自然散热能力；放电回路采用电流传感器或精密小电阻电压采样法，获得所述超级电容4的放电电流，所述计算单元6的电流输入端Ⅲ设置有电流传感器，所述电流传感器直接连接或电阻采样电压经过运放滤波后连接至所述计算单元6；同时，所述超级电容4两端通过电压传感器或高阻分压法采集电压，电压传感器直接连接或电阻分压采样电压经过运放滤波后连接至所述计算单元6。
进一步的，如图2所示，图2一种主动式储能系统超级电容寿命测试方法的方法流程图；所述测试方法的步骤如下：
步骤一：当储能系统不参与到电网工作时，所述计算单元6控制所述开关器件3，所述DC-DC变流器Ⅰ1和所述DC-DC变流器Ⅱ2放电；
步骤二：所述计算单元6通过电流传感器记录此过程导通回路的电流i(t)；通过电压传感器采集所述超级电容4两端的电压U0；
步骤三：当所述计算单元6检测到电流信号i(t1)<0.01i(t0)时，所述超级电容4已完成放电，所述计算单元6停止对电流信号进行积分运算，此时得到所述超级电容4释放的总电量Q，
步骤四：根据电容电压通用公式
得到所述超级电容4的实际容值Ct；
步骤五：根据器件出厂测试报告或储能系统的数据表，可获取将所述超级电容4的初始容值C0，将其与所述超级电容4的现在容值进行比较，通过两者的偏差值判断所述超级电容4的寿命。
最后，本发明的一种主动式储能系统超级电容寿命测试装置及方法，其具体的技术特点如下：
1)相对于被动式混合储能系统，由于储能电池的存在，超级电容无法自由的进行放电，因此无法检测寿命；
2)可以在停止工作后，利用原本需损耗的能量来进行超级电容的容量检测，不会额外的产生损耗；
3)检测到超级电容的容量变化后，可根据老化情况及时提供维修，增加了系统的可用性。
需要声明的是，上述发明内容及具体实施方式意在证明本发明所提供技术方案的实际应用，不应解释为对本发明保护范围的限定。本领域技术人员在本发明的精神和原理内，当可作各种修改、等同替换或改进。本发明的保护范围以所附权利要求书为准。
Claims (4)
1.本发明提出的一种主动式储能系统超级电容寿命测试装置，其特征在于，所述测试装置包括DC-DC变流器Ⅰ(1)、DC-DC变流器Ⅱ(2)、开关器件(3)、超级电容(4)、放电电阻(5)、计算单元(6)和电源(7)；其中，所述DC-DC变流器Ⅰ(1)的输入端Ⅰ与所述电源(7)的正极电连接；所述DC-DC变流器Ⅰ(1)的输入端Ⅱ与所述电源(7)的负极电连接；所述DC-DC变流器Ⅰ(1)的控制端Ⅲ和所述DC-DC变流器Ⅱ(2)的控制端Ⅲ均与所述开关器件(3)的输出端Ⅱ电连接；所述DC-DC变流器Ⅱ(2)的输入端Ⅰ与所述超级电容(4)的Ⅰ端、所述放电电阻(5)的Ⅰ端均电连接；所述DC-DC变流器Ⅱ(2)的输入端Ⅱ与所述超级电容(4)的Ⅱ端、所述放电电阻(5)的Ⅱ端均电连接；所述计算单元(6)的两个输出端Ⅰ与所述开关器件(3)的输出端Ⅰ电连接；所述计算单元(6)的电压输入端Ⅱ与所述超级电容(4)信号连接；所述计算单元(6)的电流输入端Ⅲ与所述超级电容(4)的Ⅱ端、所述放电电阻(5)的Ⅱ端均电连接。
2.根据权利要求1所述的主动式储能系统超级电容寿命测试装置，其特征在于，所述开关器件(3)为IGBT。
3.根据权利要求1所述的主动式储能系统超级电容寿命测试装置，其特征在于，所述计算单元(6)的电流输入端Ⅲ设置有电流传感器。
4.一种根据权利要求1所述的主动式储能系统超级电容寿命测试装置的测试方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
步骤一：当储能系统不参与到电网工作时，所述计算单元(6)控制所述开关器件(3)，所述DC-DC变流器Ⅰ(1)和所述DC-DC变流器Ⅱ(2)放电；
步骤二：所述计算单元(6)通过电流传感器记录此过程导通回路的电流i(t)；通过电压传感器采集所述超级电容(4)两端的电压U0；
步骤三：当所述计算单元(6)检测到电流信号i(t1)<0.01i(t0)时，所述超级电容(4)已完成放电，所述计算单元(6)停止对电流信号进行积分运算，此时得到所述超级电容(4)释放的总电量Q，
步骤四：根据电容电压通用公式
得到所述超级电容(4)的实际容值Ct；
步骤五：根据器件出厂测试报告或储能系统的数据表，可获取将所述超级电容(4)的初始容值C0，将其与所述超级电容(4)的现在容值进行比较，通过两者的偏差值判断所述超级电容(4)的寿命。
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