RU2388131C1 - Charging controller - Google Patents
Charging controller Download PDFInfo
- Publication number
- RU2388131C1 RU2388131C1 RU2008139421/09A RU2008139421A RU2388131C1 RU 2388131 C1 RU2388131 C1 RU 2388131C1 RU 2008139421/09 A RU2008139421/09 A RU 2008139421/09A RU 2008139421 A RU2008139421 A RU 2008139421A RU 2388131 C1 RU2388131 C1 RU 2388131C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- battery
- current
- model
- temperature
- module
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
Landscapes
- Secondary Cells (AREA)
Abstract
Description
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕFIELD OF THE INVENTION
Настоящее изобретение относится к компенсации энергии высоковольтных линий передачи. Под линией передачи необходимо понимать проводник для линии передачи или распределения электрической энергии в диапазоне 3 кВ и выше, предпочтительно в диапазоне 10 кВ и выше. В частности, изобретение касается устройства для предоставления обмена электрической энергией в высоковольтной линии передачи. Устройство содержит конвертор источника напряжения (voltage source converter, сокращенно VSC) и устройство хранения энергии. В частности, изобретение касается управления средством батареи компенсатора энергии.The present invention relates to energy compensation of high voltage transmission lines. By transmission line it is necessary to understand a conductor for a transmission line or distribution of electrical energy in the range of 3 kV and above, preferably in the range of 10 kV and above. In particular, the invention relates to a device for providing the exchange of electrical energy in a high voltage transmission line. The device comprises a voltage source converter (abbreviated as VSC) and an energy storage device. In particular, the invention relates to controlling means of an energy compensator battery.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИBACKGROUND
Известно множество устройств и способов для компенсации реактивной мощности в линиях передачи. Наиболее типичное устройство содержит ёмкостное средство или средство катушки индуктивности, которые возможно управляемо подключить к линии передачи. Средства подключения могут предпочтительно включать переключатель, содержащий полупроводниковые элементы. Полупроводниковые элементы, используемые в известных приложениях, обычно включают в себя непрерывный элемент, такой как тиристор. Эти виды компенсаторов реактивной мощности известны как «гибкие» системы передачи переменного тока (FACTS).There are many devices and methods for compensating reactive power in transmission lines. The most typical device contains capacitive means or means of an inductor, which can be controlled to be connected to the transmission line. The connection means may preferably include a switch containing semiconductor elements. The semiconductor elements used in known applications typically include a continuous element, such as a thyristor. These types of reactive power compensators are known as flexible AC transmission systems (FACTS).
Известным устройством FACTS является статический компенсатор (STATCOM). STATCOM содержит конвертер (VSC) источника напряжения со стороной переменного тока, подключенной к линии передачи, а стороной постоянного тока, подключенной к средству хранения временной электрической мощности, такому как средство емкости. В STATCOM величина напряжения на выходе контролируется, что позволяет компенсатору поставлять или поглощать реактивную мощность из линии передачи. Конвертер источника напряжения содержит, по меньшей мере, шесть самокоммутируемых полупроводниковых переключателей, каждый из которых шунтирован обратно смещенным диодом, подключенным параллельно.A well-known FACTS device is a static compensator (STATCOM). STATCOM contains a voltage source converter (VSC) with an AC side connected to the transmission line and a DC side connected to a temporary electric power storage means, such as a capacitance means. At STATCOM, the output voltage is monitored, which allows the compensator to supply or absorb reactive power from the transmission line. The voltage source converter contains at least six self-switching semiconductor switches, each of which is shunted back by a biased diode connected in parallel.
Из US 6747370 известна система компенсации энергии, использующая высокотемпературную вторичную батарею. Задачей системы компенсации является обеспечение хранения энергии, основанное на экономичной вторичной батарее, которое имеет функцию ограничения максимума нагрузки, функцию выравнивания нагрузки и функцию стабилизации качества. Известные системы содержат систему поставки электрической энергии, систему хранения электрической нагрузки и электрической энергии, включающую высокотемпературную вторичную батарею и систему преобразования энергии. Батареи представляют собой серно-натриевые батареи.From US 6,747,370, an energy compensation system using a high temperature secondary battery is known. The purpose of the compensation system is to provide energy storage based on an economical secondary battery that has a function to limit the maximum load, a load balancing function and a quality stabilization function. Known systems include a system for supplying electric energy, a storage system for electric load and electric energy, including a high-temperature secondary battery and an energy conversion system. The batteries are sodium sulfur batteries.
Система организована на конце линии электроэнергии. Нагрузка представляет собой завод, который при нормальных условиях работы обеспечен электроэнергией из линии электропередачи. В случае неисправности источника питания высокоскоростной переключатель разъединяет линию электропередачи, при этом электропитание обеспечивается от вторичной батареи. В то же время запускается резервный генератор. Известные системы с серно-натриевыми батареями показывают, что системы компенсации энергии предоставляют малую мощность в течение длительного срока.The system is organized at the end of the electricity line. A load is a plant that, under normal operating conditions, is provided with electricity from a power line. In the event of a power supply malfunction, a high-speed switch disconnects the power line, while the power is supplied from the secondary battery. At the same time, the backup generator starts up. Well-known systems with sulfur-sodium batteries show that energy compensation systems provide low power for a long time.
В одном режиме работы батарея обеспечивает заводу дополнительную энергию в течение дневного времени, в то время как в ночное время, она перезаряжается. Для того чтобы обеспечить завод бесперебойным питанием, организована система из десяти параллельно включенных модулей батарей по 1280 В, каждая из которых имеет преобразователь на 500 кВт. В дальнейших вариантах осуществления десять модулей батарей соединены параллельно в группы с преобразователем 5 МВт. В данном варианте осуществления группа запасных батарей организована для использования со схемой высокотемпературных батарей. В случае неисправности в модуле батарей неисправный модуль отключается, а запасная группа параллельно подключается к схеме.In one operating mode, the battery provides the plant with extra energy during the daytime, while at night, it recharges. In order to provide the plant with uninterrupted power, a system of ten parallel-connected battery modules of 1280 V was organized, each of which has a 500 kW converter. In further embodiments, ten battery modules are connected in parallel in groups with a 5 MW converter. In this embodiment, a spare battery group is organized for use with a high temperature battery circuit. In the event of a malfunction in the battery module, the faulty module is turned off, and the spare group is connected in parallel to the circuit.
Из US 6924623 известен способ и устройство для оценки состояния вторичной батареи. Задачей устройства и способа является более быстрое и подробное предоставление оценки, по сравнению с традиционными способами и устройствами. Известные способ содержит этапы по изменению тока зарядки и вычисления количества электричества. Раскрытый способ предпочтительно направлен на выяснение степени деградации.From US 6924623 a method and apparatus for assessing the status of a secondary battery is known. The objective of the device and method is a faster and more detailed assessment, in comparison with traditional methods and devices. The known method comprises the steps of changing the charging current and calculating the amount of electricity. The disclosed method is preferably directed to determining the degree of degradation.
РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯSUMMARY OF THE INVENTION
Примером задачи настоящего изобретения является поиск путей улучшения устройства управления батареями для компенсации мощности в линии передачи энергии.An example of an object of the present invention is to find ways to improve a battery management device for compensating power in an energy transmission line.
Данная задача решается в соответствии с изобретением посредством устройства управления, характеризуемого признаками в независимой пункте 1 формулы изобретения или посредством способа, характеризуемого этапами независимого пункта 9 формулы изобретения. Предпочтительные варианты осуществления описаны в зависимых пунктах формулы изобретения.This problem is solved in accordance with the invention by means of a control device characterized by the features in independent claim 1 or through a method characterized by the steps of
В соответствии с изобретением управление батареями компенсатора мощности зависят от контроллера заряда. Контроллер заряда содержит модель батареи, представляющую виртуальную батарею, множество сенсорных средств и средств вычисления, включающих компьютерное средство и средство памяти. Модель виртуальной батареи содержит модель физического поведения батареи, а также память, содержащую данные по истории, такие как внутреннее состояние батареи, распределение химических компонентов, температуры, тока и напряжения, и свойства состояния заряда (SOC).According to the invention, the battery management of the power compensator depends on the charge controller. The charge controller comprises a battery model representing a virtual battery, a plurality of sensory and computing means including computer means and a memory means. The virtual battery model contains a model of the physical behavior of the battery, as well as a memory containing historical data such as the internal state of the battery, distribution of chemical components, temperature, current and voltage, and charge state properties (SOC).
Значение SOC оценивается по значению тока, получаемого из множества вычислений, проводимых с помощью модели виртуальной батареи параллельных наблюдений. Первое значение кривой напряжений модуль батареи рассчитывает из измеренной кривой тока. Кривая напряжения рассчитывается с множеством параллельно выбранных кривых тока, каждая из которых отклоняется на небольшую величину от измеренной кривой тока. Каждая из таким образом рассчитанных кривых напряжения сравнивается с текущей измеренной кривой напряжения. При достижении близкого согласования между рассчитанной и измеренной кривой напряжения, входящая кривая тока для соответствующего расчета выбирается в качестве текущей.The SOC value is estimated by the value of the current obtained from the set of calculations carried out using the virtual battery model of parallel observations. The first value of the voltage curve is calculated by the battery module from the measured current curve. The voltage curve is calculated with many parallel selected current curves, each of which deviates by a small amount from the measured current curve. Each of the thus calculated voltage curves is compared with the current measured voltage curve. When close agreement is reached between the calculated and measured voltage curves, the incoming current curve for the corresponding calculation is selected as the current one.
В соответствии с одним вариантом осуществлением изобретения компенсатор мощности содержит систему для управления исполнения и работы компенсатора мощности. Система управления содержит контроллер заряда для поддержания зарядки и разрядки устройства хранения энергии соответственно. Так как поведение разрядки и зарядки хлорид натриевой/металлической батареи сложное, состояние заряда (SOC) батареи не может быть измерено с достаточной точностью. Контроллер заряда поэтому содержит SOC-модуль для оценки и предсказания уровня заряда батареи.In accordance with one embodiment of the invention, the power compensator comprises a system for controlling the performance and operation of the power compensator. The control system includes a charge controller for maintaining charging and discharging the energy storage device, respectively. Since the discharging and charging behavior of the sodium / metal chloride chloride is complex, the state of charge (SOC) of the battery cannot be measured with sufficient accuracy. The charge controller therefore contains an SOC module for estimating and predicting the battery level.
Ячейка хлорид натриевой/металлической батареи содержит электролит, заключенный в тонком барьере керамического материала. Вне барьера ячейка батарей содержит натрий, являющийся первым электродом. Второй электрод содержит пару никелированных медных электродов, к которым присоединена металлическая структура, протянутая в электролит. Когда батарея заряжена или разряжена, фронт реакции распространяется внутрь от керамического барьера. Таким образом, оба процесса разрядки и зарядки распространяются в том же направлении и начинаются от керамического барьера. Из-за множества циклов зарядки и разрядки внутри ячейки батареи может оставаться множество областей, определяющих области мощности и области немощности. Таким образом, SOC-модуль способен суммировать только области, которые представляют области мощности. Таким образом, величина SOC является интегральной по току.The sodium / metal chloride chloride cell contains an electrolyte enclosed in a thin barrier of ceramic material. Outside the barrier, the battery cell contains sodium, which is the first electrode. The second electrode contains a pair of nickel-plated copper electrodes, to which is attached a metal structure stretched into the electrolyte. When the battery is charged or discharged, the reaction front propagates inward from the ceramic barrier. Thus, both discharging and charging processes propagate in the same direction and begin from the ceramic barrier. Due to the many charging and discharging cycles, a plurality of areas may remain inside the cell of the battery, defining the areas of power and areas of weakness. Thus, the SOC module is only able to summarize areas that represent power areas. Thus, the SOC value is current integrated.
Модуль SOC содержит модель виртуальной батареи. Виртуальная модель батареи состоит из множества частей батареи, представляющих особенные отношения параметров и входящих величин. Таким образом, модель виртуальной батареи содержит модель измерительной части, содержащий отношение между напряжением, током, температурой и другими параметрами. Также, модель виртуальной батареи содержит часть модели для оценки текущей величины SOC, содержащей устройство памяти для данных истории. Модель виртуальной батареи также содержит частичную модель для предсказания будущих величин SOC, содержащих расчетную модель. Другая часть модели относится к данным истории, к таким как события зарядки, события разрядки, текущая история, данные восстановления и подобным.The SOC module contains a virtual battery model. A virtual battery model consists of many battery parts representing special relationships of parameters and input quantities. Thus, the virtual battery model contains a model of the measuring part, containing the relationship between voltage, current, temperature and other parameters. Also, the virtual battery model contains part of a model for estimating the current SOC value containing a memory device for history data. The virtual battery model also contains a partial model for predicting future SOC values containing the calculation model. Another part of the model relates to historical data, such as charging events, discharge events, current history, recovery data, and the like.
Основной задачей модели виртуальной батареи является генерация величины SOC, которая представляет оставшуюся емкость батареи. Величина SOC может быть представлена в виде процента от полной емкости батареи. Другая задача поддержания батареи заключается в зарядке и разрядке батареи таким образом, чтобы перезарядки или недозарядки никогда не происходили, и чтобы температура батареи всегда сохранялась в допустимом диапазоне.The main objective of the virtual battery model is to generate the SOC value, which represents the remaining battery capacity. The SOC value can be represented as a percentage of the total battery capacity. Another task of maintaining the battery is to charge and discharge the battery so that overcharging or undercharging never occurs, and that the battery temperature is always kept within an acceptable range.
Посредством использования модели виртуальной батареи SOC-модуль предсказывает также величину SOC в более поздний момент времени, в зависимости от выбранного профиля распределения энергии и продолжительности. В процессе использования емкости батареи в ситуации компенсации мощности предсказанная величина SOC и состояние батареи покажет, доступно ли достаточное количество энергии для предварительно определенных целей. Если, например, в линии передачи недостаток энергии, предсказанная величина SOC и состояние батареи покажут достаточно ли емкости батареи для предоставления энергии в течение заданного периода времени. Это может произойти после неисправности в линии электропередачи и перед тем, как энергия будет снова предоставлена другими источниками, так как, например, в процессе запуска генератора. Если в линии электропередачи превышен объем сгенерированной энергии, например, из-за неисправности, предсказанная величина SOC и состояние батареи незамедлительно покажут, способна ли батарея принять энергию из линии передачи. Отсюда компенсатор мощности, в соответствии с изобретением, способен предоставлять энергию и принимать энергию из линии передачи в кратчайший срок, за миллисекунды, а также за более долгое время, за минуты.By using the virtual battery model, the SOC module also predicts the SOC value at a later point in time, depending on the selected energy distribution profile and duration. In the process of using the battery capacity in a power compensation situation, the predicted SOC value and the battery status will show if enough energy is available for predetermined purposes. If, for example, there is a lack of energy in the transmission line, the predicted SOC value and battery status will show if the battery capacity is sufficient to provide energy for a given period of time. This can happen after a malfunction in the power line and before the energy is again provided by other sources, since, for example, during the start-up of the generator. If the amount of generated energy in the power line is exceeded, for example, due to a malfunction, the predicted SOC value and battery status will immediately show whether the battery is capable of receiving energy from the transmission line. Hence the power compensator, in accordance with the invention, is able to provide energy and receive energy from the transmission line in the shortest possible time, in milliseconds, and also in a longer time, in minutes.
В варианте осуществления изобретения система управления содержит множество сенсоров для определения напряжения, тока, температуры и других параметров. Для источника электроэнергии для этих сенсоров система содержит модуль источника питания на каждом модуле батареи. Модуль источника питания гальванически изолирован от земли и содержит такой же потенциал, что и модуль батареи. Источник питания может содержать топливный элемент, фоточувствительный элемент, термоэлектрический элемент, такой как элемент Пельтье и другие. В варианте осуществления модуль источника питания содержит средство батареи. Для отправки информации системе управления каждый сенсор может взаимодействовать посредством беспроводной системы или оптоволокна. Каждая батарея может также содержать центральное устройство коммуникации для передачи информации.In an embodiment of the invention, the control system comprises a plurality of sensors for detecting voltage, current, temperature, and other parameters. For the power source for these sensors, the system contains a power supply module on each battery module. The power supply module is galvanically isolated from earth and contains the same potential as the battery module. The power source may include a fuel cell, a photosensitive cell, a thermoelectric cell, such as a Peltier cell, and others. In an embodiment, the power supply module comprises battery means. To send information to the control system, each sensor can communicate via a wireless system or optical fiber. Each battery may also comprise a central communication device for transmitting information.
В соответствии с осуществлением изобретения модуль передачи организован на каждом гальванически изолированном модуле батарей. Модуль содержит средство радиопередачи, источник питания и множество преобразователей с датчиками. Также модуль взаимодействия гальванически изолирован, тем самым на нем достигается тот же потенциал, что и на модуле батарей. Модуль может взаимодействовать внутри беспроводной локальной сети, в такой как сети WLAN или Bluetooth. Измеренные значения, такие как напряжение, ток и температура, предпочтительно передаются в цифровой форме. Для экономии потребляемой мощности организовано взаимодействие в короткий промежуток времени. Таким образом, устройство взаимодействия нужно только зарядить электричеством в течение небольшого процента времени. Взаимодействие может предпочтительно происходить внутри частотного диапазона 2 ГГц. Источник питания содержит в одном варианте осуществления резервную батарею и средство снабжения электрической энергией. Такое средство снабжения энергией может содержать любой тип конфигурации генератора, а также фоточувствительный элемент, элемент Пельтье, тепловой элемент или другие устройства.In accordance with an embodiment of the invention, a transmission module is arranged on each galvanically isolated battery module. The module contains a radio transmission means, a power source and many transducers with sensors. Also, the interaction module is galvanically isolated, thereby achieving the same potential on it as on the battery module. The module can communicate within a wireless local area network, such as a WLAN or Bluetooth network. Measured values, such as voltage, current, and temperature, are preferably transmitted digitally. To save power consumption, interaction is organized in a short period of time. Thus, the interaction device only needs to be charged with electricity for a small percentage of the time. The interaction may preferably occur within the 2 GHz frequency range. The power source comprises, in one embodiment, a backup battery and electric power supply means. Such an energy supply means may comprise any type of generator configuration, as well as a photosensitive element, a Peltier element, a thermal element, or other devices.
Компенсатор мощности в соответствии с изобретением содержит преобразователь источника напряжения и аккумулятор с режимом отказа, обусловленного коротким замыканием. Под режимом отказа, обусловленным коротким замыканием, необходимо понимать, что в случае внутренней ошибки аккумулятора электрическая цепь останется замкнутой. Режим отказа, вызванного коротким замыканием, может быть вызван внутренней работой элемента батареи. Он также может быть тем, что вызван управляемым ключом, формирующим параллельный контур с элементом батареи.The power compensator in accordance with the invention comprises a voltage source converter and a battery with a short circuit failure mode. Under the failure mode due to a short circuit, it is necessary to understand that in the event of an internal battery error, the electric circuit will remain closed. The failure mode caused by a short circuit may be caused by the internal operation of the battery cell. It may also be caused by a controlled key forming a parallel circuit with the battery element.
Так как аккумулятор должен быть способен обмениваться энергией в любое время, необходимо организовать их в целях резервирования на случай неисправности батареи. Поэтому батареи, в которых есть режим отказа, вызванного обрывом цепи, должны быть соединены параллельно. Батареи, в которых есть режим отказа, вызванного коротким замыканием, могут быть соединены последовательно, тем самым достигая на много более высокого уровня напряжения. В варианте осуществления изобретения аккумулятор содержит высоковольтную батарею, включающую в себя множество элементов батареи, у каждого из которых есть режим работы в отказе, вызванном коротким замыканием. Множество таких батарей, соединенные последовательно, будут всегда обеспечивать замкнутый контур и, таким образом, будут способны предоставлять электроэнергию, даже с неисправным элементом батареи. Множество батарей, соединенных последовательно, будут также способны обеспечить высоковольтной энергией в диапазоне от 6 кВ и выше.Since the battery must be able to exchange energy at any time, it is necessary to organize them in order to backup in case of battery failure. Therefore, batteries in which there is a failure mode caused by an open circuit must be connected in parallel. Batteries in which there is a failure mode caused by a short circuit can be connected in series, thereby achieving a much higher voltage level. In an embodiment of the invention, the battery comprises a high voltage battery including a plurality of battery cells, each of which has a failure mode caused by a short circuit. Many of these batteries, connected in series, will always provide a closed loop and, thus, will be able to provide electricity, even with a faulty battery cell. Many batteries connected in series will also be able to provide high voltage energy in the range of 6 kV and above.
Модуль батареи содержит теплоизолированную коробку, включающую в себя множество последовательно соединенных элементов батареи. Модуль батареи имеет два терминала, содержащие электрические цепи в диапазоне 1,5 кВ. Посредством последовательного соединения таких модулей батарей достигается уровень напряжения 6 кВ. Модуль батарей содержит локальную обводную трубку, содержащую среду переноса тепла в текучей форме. Текучая среда может быть жидкостью, а также газовой средой.The battery module comprises a thermally insulated box including a plurality of series-connected battery cells. The battery module has two terminals containing electrical circuits in the range of 1.5 kV. By connecting these battery modules in series, a voltage level of 6 kV is achieved. The battery module comprises a local bypass tube containing a heat transfer medium in fluid form. The fluid may be a liquid as well as a gaseous medium.
Критерием функционирования батареи, например способность хранить и освобождать электроэнергию, является то, что температура внутри элемента батареи поддерживается в диапазоне от 270 до 340°С. В рабочем режиме, когда батарея заряжается или разражается, внутри батареи генерируется тепловая энергия. В режиме ожидания, однако, тепло внутри батареи не генерируется. Таким образом, в режиме ожидания тепло должно поставляться извне батареи. В рабочем режиме и небольших токах также обеспечивается дополнительный нагрев извне батареи.A criterion for the functioning of the battery, for example, the ability to store and release electricity, is that the temperature inside the battery cell is maintained in the range from 270 to 340 ° C. In operating mode, when the battery is charging or running out of heat, thermal energy is generated inside the battery. In standby mode, however, no heat is generated inside the battery. Thus, in standby mode, heat must be supplied from outside the battery. In operating mode and low currents, additional heating is also provided from outside the battery.
В варианте осуществления изобретения компенсатор мощности содержит температурный контроллер для поддержания рабочей температуры модуля батареи. Таким образом, температурный контроллер обеспечивает нагрев в режиме ожидания. Температурный контроллер содержит трубопровод для подачи потока среды для передачи тепла через модуль батареи. Трубопровод содержит основную петлю трубопровода и, по меньшей мере, одно средство движения текучей среды, такой как вентилятор или насос. Трубопровод содержит локальную петлю трубопровода для каждой батареи и обеспечивает коридор для среды передачи тепла. Тепло, заключенное в среде передачи тепла, передается элементам батареи посредством конвекции.In an embodiment of the invention, the power compensator comprises a temperature controller for maintaining the operating temperature of the battery module. In this way, the temperature controller provides standby heating. The temperature controller includes a conduit for supplying a medium flow for transferring heat through the battery module. The pipeline contains the main loop of the pipeline and at least one means of fluid movement, such as a fan or pump. The piping contains a local piping loop for each battery and provides a corridor for the heat transfer medium. The heat enclosed in the heat transfer medium is transferred to the battery cells by convection.
В соответствии с вариантом осуществления изобретения локальная петля трубопровода содержит первый конец для приема потока газовой среды и второй конец для вывода отработанной газовой среды. В варианте осуществления газовая среда содержит преимущественно воздух. Кроме того, основная петля трубопровода содержит сторону восходящего потока для поставки горячего воздуха и сторону нисходящего потока для приема отработанного воздуха. Каждый первый конец каждой локальной петли трубопровода соединен со стороной восходящего основной петли трубопровода. Каждый второй конец каждой локальной петли трубопровода соединен со стороной нисходящего потока основной петли трубопровода. Все соединения между основной петлей трубопровода и каждой локальной петлей трубопровода составляют соединительный трубопровод. Основная петля содержит, по меньшей мере, один вентилятор и устройства поставки тепла. В варианте осуществления изобретения основная петля трубопровода заземлена и таким образом демонстрирует нулевой потенциал. Каждая локальная петля трубопровода демонстрирует такой же потенциал как модуль батареи, в которой содержится локальная петля трубопровода. В дальнейших вариантах осуществления каждый соединительный трубопровод содержит трубку из теплостойкого и электроизолирующего материала, такого как керамика.According to an embodiment of the invention, the local loop of the pipeline comprises a first end for receiving a flow of a gas medium and a second end for discharging an exhaust gas medium. In an embodiment, the gaseous medium contains predominantly air. In addition, the main loop of the pipeline contains an upstream side for supplying hot air and a downstream side for receiving exhaust air. Each first end of each local loop of the pipeline is connected to the side of the ascending main loop of the pipeline. Each second end of each local loop of the pipeline is connected to the downstream side of the main loop of the pipeline. All connections between the main pipe loop and each local pipe loop make up the connecting pipe. The main loop contains at least one fan and heat supply devices. In an embodiment of the invention, the main loop of the conduit is grounded and thus exhibits zero potential. Each local loop of the pipeline shows the same potential as the battery module, which contains the local loop of the pipeline. In further embodiments, each connecting conduit comprises a tube of heat-resistant and electrically insulating material, such as ceramic.
В соответствии с осуществлением изобретения множество последовательно соединенных средств батарей формируют последовательность батарей. Каждый модуль батареи содержит большое число элементов батареи, напряжение каждой из которых в диапазоне от 1,7 до 3,1 В. Элементы соединены в последовательности, которые формируют модуль батареи, который в одном примере осуществления могут иметь напряжение около 1,5 кВ. В одном варианте осуществления последовательно соединены четыре таких модуля батареи, с общим напряжением 6 кВ. Однако в других вариантах осуществления множество батарей соединены последовательно, задавая напряжение в диапазоне 30-100 кВ. Основная петля трубопровода поэтому гальванически разделена от последовательности батарей. Соединительные трубопроводы должны, таким образом, быть сделаны из электрически изолирующего, теплоустойчивого материала. В варианте осуществления соединительный трубопровод выполнен в виде керамической трубки.According to an embodiment of the invention, a plurality of series-connected battery means form a series of batteries. Each battery module contains a large number of battery cells, each of which has a voltage in the range of 1.7 to 3.1 V. The cells are connected in sequence to form a battery module, which in one embodiment can have a voltage of about 1.5 kV. In one embodiment, four such battery modules are connected in series with a total voltage of 6 kV. However, in other embodiments, a plurality of batteries are connected in series, setting a voltage in the range of 30-100 kV. The main pipe loop is therefore galvanically separated from the battery string. Connecting pipelines must therefore be made of an electrically insulating, heat-resistant material. In an embodiment, the connecting pipe is made in the form of a ceramic tube.
В дальнейших вариантах осуществления изобретения температурный контроллер также в режиме работы модуля батареи обеспечивает охлажденный воздух для освобождения тепла, сформированного элементами батареи.In further embodiments of the invention, the temperature controller also in the operating mode of the battery module provides cooled air to release heat generated by the battery cells.
В первом аспекте изобретения задача изобретения решается посредством контроллера заряда устройства высокотемпературной батареи для компенсатора мощности из линии передачи электроэнергии, содержащего сенсорное средство и компьютерное средство, включающие средство памяти, причем контроллер заряда содержит модель виртуальной батареи средства батареи для оценки состояния заряда батареи. В дальнейших вариантах осуществления изобретения средство батареи содержит высокоэнергетичную, высокотемпературную хлорид натриевую/металлическую батарею. В других вариантах осуществления модель виртуальной батареи содержит модель физического поведения устройства батареи. В других вариантах осуществления модель виртуальной батареи содержит модуль оценки для выполнения множества расчетов кривой напряжения, выходящей из измеренного значения кривой и множества измеренных кривых тока, настроенных с отклонением. В других вариантах осуществления контроллер заряда также содержит модуль измерений и модуль предсказаний.In a first aspect of the invention, the object of the invention is achieved by means of a charge controller of a high temperature battery device for power compensation from an electric power transmission line comprising sensor means and computer means including memory means, the charge controller comprising a virtual battery model of the battery means for evaluating the state of the battery charge. In further embodiments of the invention, the battery means comprises a high energy, high temperature sodium chloride / metal battery. In other embodiments, a virtual battery model comprises a physical model of a battery device. In other embodiments, the implementation of the virtual battery model includes an evaluation module for performing a plurality of voltage curve calculations, which is derived from the measured value of the curve and the set of measured current curves configured with a deviation. In other embodiments, the charge controller also comprises a measurement module and a prediction module.
Во втором аспекте изобретения задача изобретения решается посредством способа выбора кривой входящего тока для оценки состояния заряда высокотемпературного устройства батареи для компенсатора мощности линии электропередачи, причем способ содержит: обеспечение модели виртуальной батареи для расчета первой кривой напряжения из первой кривой тока, расчет второй кривой напряжения из второй кривой тока, сравнение первой и второй кривых напряжения с измеренной кривой напряжения, выбор в качестве кривой входного тока, кривой тока, результаты расчета которой наиболее соответствуют сравнению кривых напряжений. В дальнейших вариантах осуществления способа первая кривая тока представляет собой измеренную кривую тока. В других вариантах осуществления изобретения вторая кривая тока представлена в виде измеренной кривой тока с учетом отклонения.In a second aspect of the invention, the object of the invention is solved by a method of selecting an incoming current curve for assessing the state of charge of a high temperature battery device for power line compensator, the method comprising: providing a virtual battery model for calculating a first voltage curve from a first current curve, calculating a second voltage curve from a second current curve, comparison of the first and second voltage curves with the measured voltage curve, selection as the input current curve, current curve, the result The calculation dates of which are most consistent with comparing stress curves. In further embodiments of the method, the first current curve is a measured current curve. In other embodiments, the second current curve is represented as a measured current curve taking into account the deviation.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
Другие особенности и преимущества настоящего изобретения станут более очевидными для специалистов в данной области техники, из следующего подробного описания с учетом приложенных чертежей, на которых представлено:Other features and advantages of the present invention will become more apparent to those skilled in the art from the following detailed description, given the accompanying drawings, in which:
фиг.1 - принципиальная схема компенсатора мощности в соответствии с изобретением;figure 1 is a schematic diagram of a power compensator in accordance with the invention;
фиг.2 - вид сбоку части аккумулятора, включающего множество модулей батарей в соответствии с изобретением;FIG. 2 is a side view of a portion of a battery including a plurality of battery modules in accordance with the invention; FIG.
фиг.3 - принципиальная схема компенсатора мощности, содержащая температурный контроллер и контроллер заряда;figure 3 - schematic diagram of a power compensator containing a temperature controller and a charge controller;
фиг.4 - основное содержание модуля SOC;figure 4 - the main content of the SOC module;
фиг.5 - параллельный расчет уровня напряжения;5 is a parallel calculation of the voltage level;
фиг.6 - вид сбоку аккумулятора и температурного контроллера, и6 is a side view of the battery and temperature controller, and
фиг.7 - дополнительный вариант осуществления температурного контроллера.7 is a further embodiment of a temperature controller.
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Принципиальная схема компенсатора 1 мощности, подключенного к линии электропередачи посредством трансформатора 2, представлена на фиг.1. Компенсатор мощности содержит преобразователь 4 источника напряжения, конденсатор 6 и аккумулятор 5. Преобразователь источника питания содержит двенадцать самокоммутируемых полупроводниковых переключателя, каждый из которых шунтирован параллельно подключенным обратно смещенным диодом. Сторона переменного тока преобразователя источника напряжения подключена к трансформатору, а сторона постоянного тока подключена к конденсатору и аккумулятору.A schematic diagram of a power compensator 1 connected to a power line by means of a
Аккумулятор содержит множество последовательно соединенных модулей 7 батарей. В варианте осуществления, показанном на фиг.2, который является частью аккумулятора, четыре модуля батарей 7а-7d упорядочены в стойке 8. У каждого модуля батареи есть положительный терминал 9 и отрицательный терминал 10. В варианте осуществления показано, что каждый модуль батареи характеризуется напряжением 1500 В, таким образом, аккумулятор, содержащий четыре батареи, включенные последовательно, имеет уровень напряжения 6 кВ. Однако также может быть и большее число батарей, соединенных последовательно, что приводит к более высокому уровню напряжения.The battery contains many series-connected
Аккумулятор содержит высокотемпературные, высокомощные батареи, содержащие хлорид натриевые/металлические элементы с рабочей температурой в диапазоне 270-340°С. Каждый модуль батареи содержит термически изолированный корпус, содержащий множество последовательно соединенных элементов батареи. В процессе работы, таком как зарядка или разрядка, батареи производят тепло. В режиме ожидания необходимо обеспечить теплоту снаружи батареи для поддержания условий рабочей температуры. Поэтому модуль температуры содержит локальную петлю трубопровода, одно из отверстий 11 которого предназначено для приема потока газовой среды, а второе отверстие 12 - для вывода отработанной газовой среды.The battery contains high-temperature, high-power batteries containing sodium / metal chloride elements with an operating temperature in the range of 270-340 ° C. Each battery module contains a thermally insulated housing containing a plurality of series-connected battery cells. During operation, such as charging or discharging, batteries produce heat. In standby mode, it is necessary to provide heat outside the battery to maintain the operating temperature conditions. Therefore, the temperature module contains a local loop of the pipeline, one of the
Хлорид натриевые/металлические элементы батареи представляют собой электролит, заключенный внутри тонкого барьера из керамического материала. Когда батарея заряжается или разряжается, фронт реакции распространяется внутрь от керамического барьера. Таким образом, оба процесса, зарядка и разрядка, распространяются в одном и том же направлении и начинаются от керамического барьера. Вследствие множества циклов зарядки и разрядки внутри элемента батареи может остаться множество областей, определяющих области допустимой емкости и недопустимой емкости.Sodium chloride / metal battery cells are an electrolyte enclosed within a thin ceramic material barrier. When the battery is charging or discharging, the reaction front propagates inward from the ceramic barrier. Thus, both processes, charging and discharging, propagate in the same direction and start from the ceramic barrier. Due to the many charging and discharging cycles, a plurality of areas may remain inside the battery cell, defining the areas of allowable capacity and unacceptable capacity.
В дополнительных вариантах осуществления изобретения, представленных на фиг.3, компенсатор 1 мощности содержит не только преобразователь 4 источника напряжения и аккумулятор 5, а также температурный контроллер 13 и систему 14 управления, содержащую множество чувствительных элементов 40, средство 41 расчета и контроллер 15 заряда. Контроллер заряда содержит модуль 16 для оценки состояния заряда батареи. Температурный контроллер 13 содержит трубопровод для среды передачи тепла. Трубопровод содержит основную петлю 17 трубопровода, локальную петлю 18, расположенную в каждом модуле батареи, и множество соединительных трубопроводов 19, соединенных с основной петлей и локальными петлями. Температурный контроллер содержит, по меньшей мере, одно средство обеспечения нагрева и модуль движения текучей среды для циркуляции среды передачи тепла в трубопроводе. Отсюда, путем циркуляции среды передачи тепла, через каждую батарею, посредством конвекции к батареям поставляется тепло. В представленном варианте осуществления теплопередающая среда содержит воздух, а модуль движения текучей среды содержит вентилятор.In additional embodiments of the invention shown in FIG. 3, the power compensator 1 comprises not only a
Модуль 16 SOC, который является частью контроллера 15 заряда, также содержит множество частей, как показано на фиг.4. Модуль SOC содержит модель 42 виртуальной батареи хлорид натриевой/металлической батареи, на основе которой производится расчет величины SOC. Модуль SOC также содержит измерительный модуль 43, модуль 44 оценки, модуль 45 предсказания и модуль 46 оценки температуры. Посредством модуля оценки температуры производится расчет дальнейшей температуры батареи, в зависимости от дальнейшего состояния зарядки/разрядки. Эта информация может быть отправлена на температурный контроллер для предварительного нагрева или охлаждения модуля батареи.The
Один способ оценки текущего тока батареи в соответствии с изобретением показан на фиг.5. Исходя из начального значения, которое может быть измеренным значением тока, на основе модели виртуальной батареи рассчитывается соответствующее значение напряжения. Так как измеренное значение тока содержит неопределенности, параллельно выполняется расчет с моделью виртуальной батареи для множества значений тока, отклоняющихся на небольшое значение от измеренного. Под параллельным расчетом должен пониматься расчет параллельных событий. Таким образом, текущие расчеты могут быть оценены последовательно, но, тем не менее, представлять параллельный расчет. Определено небольшое отклонение Δ = f(t) и рассчитывается напряжение, где I, i+ Δ1f(t), i+ Δ2f(t),..., i+ Δnf(t). В результате расчета получаются n кривых напряжения u1(t) - un(t), которые сравниваются с текущим измеренным значением напряжения um(t). В качестве кривой входного тока ii(t) выбирается кривая тока, приводящая к наиболее близкой оценке текущего напряжения. Не смотря на то, что в примере, представленном на фиг.5 показано 5 параллельных расчетов, можно провести любое количество расчетов. Способ, описанный выше в примере, приводит к настройке погрешности смещения измерения тока батареи. Посредством использования такой технологии настройки также может быть определена суммарная погрешность измерения тока.One method for estimating the current battery current in accordance with the invention is shown in FIG. Based on the initial value, which can be a measured current value, the corresponding voltage value is calculated based on the virtual battery model. Since the measured current value contains uncertainties, a parallel calculation is performed with the virtual battery model for a plurality of current values deviating by a small value from the measured one. By parallel calculation should be understood the calculation of parallel events. Thus, current calculations can be evaluated sequentially, but, nevertheless, represent a parallel calculation. A small deviation Δ = f (t) is determined and the voltage is calculated, where I, i + Δ 1 f (t), i + Δ 2 f (t), ..., i + Δ n f (t). As a result of the calculation, n voltage curves u 1 (t) - u n (t) are obtained, which are compared with the current measured voltage value u m (t). As the input current curve i i (t), a current curve is selected that leads to the closest estimate of the current voltage. Despite the fact that in the example presented in figure 5
На фиг.6 температурный контроллер 13 схематично разделен на основную петлю 13 трубопровода и общую локальную петлю 18 трубопровода. В данном варианте осуществления локальная петля трубопровода обнаруживает высокий потенциал, в то время как основная петля обнаруживает нулевой потенциал. Соединительные трубки, которые соединяют основную петлю трубопровода с локальной, должны не только быть электрически изолированными, но и способными выдержать текучую среду температурой приблизительно 300°С. Основная петля трубопровода в данном варианте осуществления содержит отдельный вентилятор 20 и часть 21 трубопровода для каждого модуля батареи. Каждая часть трубопровода содержит элемент 22 обеспечения нагрева для поставки тепла к модулю батареи. Модуль поставки тепла может включать в себя резистивный элемент для соединения с низковольтным источником электропитания.6, the
Дальнейшее развитие температурного контроллера показано на фиг.7. В данном варианте осуществления основная петля температурного контроллера также содержит общую систему нагрева 23, содержащую нагреватель 22 и общий вентилятор 20. В соответствии с данным вариантом осуществления также предоставлено для охлаждения модулей батареи. Таким образом, там упорядочены петля охлаждения 25 с кулером и общим охлаждающий вентилятором 27. Обеспечение охлаждения или нагрева может выбираться с помощью клапана-переключателя 28. Также в варианте осуществления показано, что система нагрева содержит дополнительную петлю, проходящую через устройство 31 аккумулирования тепла. Также система содержит вторую петлю 29, проходящую через теплообменное устройство 32 для обмена теплом со второй гидравлической системой 33, которая может включать в себя охлаждающую жидкость из клапана преобразователя источника напряжения. Система нагрева также содержит дополнительную петлю, проходящую через второе теплообменное устройство 35 для обмена теплом со второй системой нагрева 34, которая может быть системой отопления помещения.Further development of the temperature controller is shown in Fig.7. In this embodiment, the main loop of the temperature controller also comprises a
Несмотря на то, что объем притязаний настоящего изобретения не должен быть ограничен представленными вариантами осуществления, но также может включать варианты осуществления, очевидные для специалистов в данной области техники. Например, модуль SOC может включать дополнительные измерительные модули и средства расчета.Although the scope of the claims of the present invention should not be limited by the presented options for implementation, but may also include options for implementation that are obvious to experts in the given field of technology. For example, the SOC module may include additional measurement modules and calculation tools.
Claims (10)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2008139421/09A RU2388131C1 (en) | 2006-03-06 | 2006-03-06 | Charging controller |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2008139421/09A RU2388131C1 (en) | 2006-03-06 | 2006-03-06 | Charging controller |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2388131C1 true RU2388131C1 (en) | 2010-04-27 |
Family
ID=42672807
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2008139421/09A RU2388131C1 (en) | 2006-03-06 | 2006-03-06 | Charging controller |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2388131C1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2660207C1 (en) * | 2014-10-21 | 2018-07-05 | Кабусики Кайся Тосиба | Device for energy storage |
-
2006
- 2006-03-06 RU RU2008139421/09A patent/RU2388131C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2660207C1 (en) * | 2014-10-21 | 2018-07-05 | Кабусики Кайся Тосиба | Device for energy storage |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US20090234598A1 (en) | Temperature Controller | |
US8310095B2 (en) | Power compensator and method for providing a black start with that compensator | |
JP6797948B2 (en) | Methods and Devices for Creating Dynamically Reconfigurable Energy Storage Devices | |
TWI780280B (en) | Economic estimating device and economic estimating method of battery | |
EP1396065B1 (en) | Back-up power system | |
US9231407B2 (en) | Battery system, method of controlling the same, and energy storage system including the battery system | |
US20160336623A1 (en) | Battery management systems for energy storage devices | |
JP6564647B2 (en) | Battery degradation state estimation device and degradation state estimation method thereof | |
US20080278115A1 (en) | Battery Management System | |
JP2016184573A (en) | System and method for battery management | |
CN103036243A (en) | Energy storage system and controlling method of the same | |
JP2007165211A (en) | Secondary battery management device | |
WO2007102758A1 (en) | Power compensator | |
JPWO2012169062A1 (en) | Battery control device, battery system | |
Zhu et al. | Quasi-maximum efficiency point tracking for direct methanol fuel cell in DMFC/supercapacitor hybrid energy system | |
JP2011137682A (en) | Battery abnormality detection circuit, battery power supply apparatus, and battery power supply system | |
Huang et al. | A review of management architectures and balancing strategies in smart batteries | |
Li et al. | A new perspective on battery cell balancing: Thermal balancing and relative temperature control | |
GB2561209A (en) | Cooling system and method | |
JP2013172534A (en) | Power management system | |
Kumar et al. | Switched‐Resistor Passive Balancing of Li‐Ion Battery Pack and Estimation of Power Limits for Battery Management System | |
RU2402133C1 (en) | Power compensator and method for providing reduction start-up with this compensator | |
Van | Optimal control of active cell balancing for lithium-ion battery pack with constraints on cells’ current and temperature | |
RU2388131C1 (en) | Charging controller | |
Manas et al. | Designing a battery Management system for electric vehicles: A congregated approach |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20120307 |