專利名稱：一種新能源發(fā)電系統(tǒng)的蓄電池組充放電系統(tǒng)及其控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及能源與電子技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及的是一種用于不穩(wěn)定新能源發(fā)電系統(tǒng)的蓄電池組充放電系統(tǒng)及其控制方法，適用于由風(fēng)能、波浪能等不穩(wěn)定新能源與柴油機(jī)組成的混合新能源供電系統(tǒng)的儲能。
背景技術(shù)：
世界性的環(huán)境污染和能源短缺已經(jīng)迫使人們加速了對新能源的開發(fā)和研究。在尋找和開發(fā)新能源的過程中，人們把目光投向了包括太陽能、風(fēng)能、海洋能和生物質(zhì)能等可再生能源。在海島上，風(fēng)能、波浪能等能源充足，利用這些新能源發(fā)電能夠節(jié)約大量化石類燃料資源。但是目前直接利用風(fēng)能和海洋能等間歇式不穩(wěn)定能源在新能源發(fā)電上存在一些問題。 風(fēng)力發(fā)電站比別的發(fā)電站省錢，天氣越惡劣風(fēng)越大，發(fā)電性能越好。但是風(fēng)能是一種間歇性資源，時有時無不穩(wěn)定，對于需要提供穩(wěn)定供電能力的電網(wǎng)來說，需要其他互補(bǔ)能源對風(fēng)能的此缺點進(jìn)行補(bǔ)充。而波浪能是海洋表面波浪所具有的動能和勢能，是海洋能源中一種能量最不穩(wěn)定且變化無規(guī)律的可再生能源。由于風(fēng)能和波浪能的不穩(wěn)定性，因此必須增加蓄電池，起到穩(wěn)定電網(wǎng)電壓、儲存能量和移峰填谷的重要作用。但是目前很多大規(guī)模儲電系統(tǒng)中，電池只是串聯(lián)成組使用，缺乏對蓄電池科學(xué)的管理和維護(hù)，充放電控制不合理，導(dǎo)致單體蓄電池過充或過放，容量和性能快速下降?，F(xiàn)在海島上常用的獨立式混合能源發(fā)電系統(tǒng)，如圖I所示，由作為能量來源的風(fēng)力發(fā)電機(jī)101和波浪能裝置102、一個蓄電池組103、電池管理系統(tǒng)104和柴油機(jī)105組成。其基本工作狀態(tài)是在有風(fēng)天氣和海水波浪較大時對蓄電池進(jìn)行充電并給用戶供電，在無風(fēng)或無波浪情況下蓄電池給用戶供電，蓄電池的充放電由集中控制器完成。但在實際應(yīng)用中，采用這種系統(tǒng)存在以下問題I)在不穩(wěn)定新能源組成的儲電系統(tǒng)中，蓄電池只在有能量供應(yīng)時存儲能量，這勢必造成蓄電池長期處于充不滿的欠佳狀態(tài)，長期欠充電的蓄電池會出現(xiàn)負(fù)極板不可逆轉(zhuǎn)的硫酸鹽化現(xiàn)象，之后即使在有持續(xù)能量的情況下，也難以再次充滿。并且蓄電池的充放電循環(huán)次數(shù)是有限的，設(shè)計壽命為20-25年的密封式蓄電池的實際工作壽命只有5-6年，這樣蓄電池的使用壽命大大縮短。2) 一般而言，在給電池充電時，如果新能源沒有能量供應(yīng)或者新能源斷續(xù)供能，就必須打開柴油機(jī)。一般給電池充電需要5 7個小時，柴油機(jī)一次需要開啟7個小時，耗油量大，與新能源開發(fā)初衷相背。3)在一個蓄電池組組成的系統(tǒng)中，當(dāng)單體蓄電池出現(xiàn)故障時，在線更換電池也是一個亟待解決的問題。其實這些問題在太陽能光伏系統(tǒng)等新能源混合微網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)中都存在。針對蓄電池使用壽命問題，在專利CN 101651239A(《對多組蓄電池充電方法和其控制系統(tǒng)》)中，提出了一種用于太陽能和風(fēng)能混合系統(tǒng)的蓄電池充電控制方法。每個充電周期對多組蓄電池重新進(jìn)行排序，多組蓄電池在不同的充電周期輪流排序作為第一蓄電池。由于太陽能相比于風(fēng)能和波浪能是更穩(wěn)定能源，對于蓄電池的充電和放電控制相對簡單，所以這一充電控制方法只適用于太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)。另外，此專利只針對多組蓄電池充電方式展開研究，沒有提及蓄電池放電控制，而蓄電池的放電方式同樣影響電池使用壽命O針對充放電控制方法，專利CN 101917014A(《一種平滑風(fēng)電場功率波動的蓄電池充放電控制方法》)中，提出了比較有功功率和電網(wǎng)允許上下限，決定蓄電池的充放電，如果有功功率在電網(wǎng)允許上下限之間，蓄電池就會退出運(yùn)行。在專利CN 1697281A(《電動自行車、電動摩托車鉛酸蓄電池組的放電控制聯(lián)接方法》)中，提到將控制系統(tǒng)與鉛酸蓄電池組兩端聯(lián)接為直接聯(lián)接每一只蓄電池的正負(fù)極，放電時隨時檢測、控制蓄電池組中每一只蓄電池的電壓、電流，以延長電池組循環(huán)壽命。這兩種充放電控制方法只適用于單組蓄電池作為儲能單元的運(yùn)用場合
發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種新能源發(fā)電系統(tǒng)的蓄電池組充放電系統(tǒng)及其控制方法，旨在解決現(xiàn)有的不穩(wěn)定新能源組成的大容量混合儲能系統(tǒng)的蓄電池壽命問題。為了實現(xiàn)這樣的目的，在本發(fā)明技術(shù)方案如下一種新能源發(fā)電系統(tǒng)的蓄電池組充放電系統(tǒng)，其中，包括直流總線、充電模塊、多個蓄電池組、集中控制器、多個撥動開關(guān)和多個電池管理系統(tǒng)，所述蓄電池組的容量和端電壓相同，所述每個蓄電池組通過一個撥動開關(guān)連接充電模塊或直流總線，所述充電模塊連接在直流總線上，在每個蓄電池組上還連接有一電池管理系統(tǒng)，所述集中控制器連接充電模塊和撥動開關(guān)，所述電池管理系統(tǒng)用于判斷電池容量，當(dāng)需要充電或放電時，通過集中控制器控制撥動開關(guān)，完成充放電動作。所述的新能源發(fā)電系統(tǒng)的蓄電池組充放電系統(tǒng)，其中，多個同批次同型號的蓄電池并聯(lián)作為一個小組，多個小組串聯(lián)組成一個蓄電池組。所述的新能源發(fā)電系統(tǒng)的蓄電池組充放電系統(tǒng)，其中，所述蓄電池組的個數(shù)為兩組或兩組以上。所述的新能源發(fā)電系統(tǒng)的蓄電池組充放電系統(tǒng)，其中，所述電池管理系統(tǒng)包括信號采集模塊、充放電均衡控制模塊和報警保護(hù)控制模塊，用于實時檢測各并聯(lián)小組電池的電壓、電流、溫度和內(nèi)阻信號，計算電池容量，對各并聯(lián)小組蓄電池的充放電進(jìn)行均衡。一種新能源發(fā)電系統(tǒng)的蓄電池組充放電系統(tǒng)的控制方法，其中，包括以下步驟首先判斷所有的蓄電池組的電池容量，如果所有的蓄電池組的已放出容量都高于設(shè)定的放電深度，則判斷新能源發(fā)電系統(tǒng)有沒有能量供應(yīng)，如果新能源發(fā)電系統(tǒng)沒有能量供應(yīng)，則開啟柴油機(jī)，由柴油機(jī)給用戶供電，并給蓄電池組充電；如果新能源發(fā)電系統(tǒng)有能量供應(yīng)，則由新能源發(fā)電系統(tǒng)給用戶供電，同時給蓄電池組充電；如果所有的蓄電池組的已放出容量都低于設(shè)定的放電深度，判斷新能源發(fā)電系統(tǒng)有沒有能量供應(yīng)，如果沒有能量供應(yīng)，則由蓄電池組給用戶供電；如果新能源發(fā)電系統(tǒng)有能量供應(yīng)，則由新能源發(fā)電系統(tǒng)給用戶供電；如果有的蓄電池組的已放出容量高于設(shè)定的放電深度，有的低于設(shè)定的放電深度，則判斷新能源發(fā)電系統(tǒng)有無能量供應(yīng)，如果新能源發(fā)電系統(tǒng)有能量供應(yīng)，則由新能源發(fā)電系統(tǒng)給用戶供電，同時給電池容量低的蓄電池組充電；如果新能源發(fā)電系統(tǒng)沒有能量供應(yīng)，則打開容量高的蓄電池組的放電開關(guān)給用戶供電。所述的新能源發(fā)電系統(tǒng)的蓄電池組充放電系統(tǒng)的控制方法，其中所述設(shè)定的放電深度為蓄電池額定容量的30%。本發(fā)明的有益效果本發(fā)明通過對蓄電池連接方式及其充放電控制方式的研究，可以最大程度的延長蓄電池使用壽命，并實現(xiàn)在線更換電池，為不穩(wěn)定能源發(fā)電系統(tǒng)的儲能技術(shù)提供有力的支撐。


圖I是現(xiàn)有的常用的一種獨立式風(fēng)能波浪能混合能源發(fā)電系統(tǒng)。圖2是本發(fā)明提供的蓄電池充放電控制框圖。圖3是本發(fā)明提供的兩組蓄電池充放電時序?qū)Ρ葓D。圖4是本發(fā)明提供的單組蓄電池連接圖。圖5是本發(fā)明提供的兩組蓄電池充放電控制流程圖。
具體實施例方式為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚、明確，以下通過附圖及具體的實施方式對本發(fā)明的技術(shù)方法進(jìn)一步描述。參見表I為不穩(wěn)定能源、柴油機(jī)和不進(jìn)行集中控制的兩組蓄電池，在不同組合方式下系統(tǒng)的狀態(tài)表。如表所示，以兩組蓄電池為例，兩組蓄電池分別充放電，但是不對他們進(jìn)行集中控制，系統(tǒng)會出現(xiàn)以下幾種狀態(tài)(放電深度按照電池額定容量的30%設(shè)計)狀態(tài)I、新能源持續(xù)供電且母線電壓穩(wěn)定，柴油機(jī)關(guān)閉，兩組蓄電池都能及時充放電，系統(tǒng)穩(wěn)定。狀態(tài)2、新能源斷續(xù)供電或不供電，柴油機(jī)開啟，兩組蓄電池也都能及時充放電，系
統(tǒng)穩(wěn)定。狀態(tài)3、新能源斷續(xù)供電或不供電，柴油機(jī)關(guān)閉，兩組蓄電池都放電，系統(tǒng)穩(wěn)定。但是當(dāng)其中一組電池容量降低到低于70%，總線電壓低于設(shè)定值，不能及時給蓄電池充電時，系統(tǒng)不穩(wěn)定。狀態(tài)4、新能源斷續(xù)供電或不供電，柴油機(jī)關(guān)閉，兩組蓄電池一組充電，一組放電，系統(tǒng)穩(wěn)定。但是當(dāng)放電蓄電池容量降低到低于70%，總線電壓低于設(shè)定值，不能及時給蓄電池充電時，系統(tǒng)不穩(wěn)定。狀態(tài)5、新能源斷續(xù)供電或不供電，柴油機(jī)關(guān)閉，兩組蓄電池都充電，系統(tǒng)不穩(wěn)定。
序號新能 I蓄電池2蓄電池柴油機(jī)系統(tǒng)或蓄電池狀態(tài)不穩(wěn)定
源狀態(tài)組狀態(tài)組狀態(tài)狀態(tài)狀態(tài)是否穩(wěn)定原因
~I~ 供能_ 充電充電 _開機(jī)—穩(wěn)定
權(quán)利要求
1.一種新能源發(fā)電系統(tǒng)的蓄電池組充放電系統(tǒng)，其特征在于，包括直流總線、充電模塊、多個蓄電池組、集中控制器、多個撥動開關(guān)和多個電池管理系統(tǒng)，所述蓄電池組的容量和端電壓相同，所述每個蓄電池組通過一個撥動開關(guān)連接充電模塊或直流總線，所述充電模塊連接在直流總線上，在每個蓄電池組上還連接有一電池管理系統(tǒng)，所述集中控制器連接充電模塊和撥動開關(guān)，所述電池管理系統(tǒng)用于判斷電池容量，對電池進(jìn)行充放電均衡管理和告警控制，當(dāng)需要充電或放電時，通過集中控制器控制撥動開關(guān)，完成充放電動作。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的新能源發(fā)電系統(tǒng)的蓄電池組充放電系統(tǒng)，其特征在于，多個同批次同型號的蓄電池并聯(lián)作為一個小組，多個小組串聯(lián)組成一個蓄電池組。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的新能源發(fā)電系統(tǒng)的蓄電池組充放電系統(tǒng)，其特征在于，所述蓄電池組的個數(shù)為兩個。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的新能源發(fā)電系統(tǒng)的蓄電池組充放電系統(tǒng)，其特征在于，所述電池管理系統(tǒng)包括信號采集模塊、充放電均衡控制模塊和報警保護(hù)控制模塊，用于實時檢測單體電池的電壓、電流、溫度和內(nèi)阻信號，計算電池容量，對單體蓄電池的充放電進(jìn)行均衡。
5.一種新能源發(fā)電系統(tǒng)的蓄電池組充放電系統(tǒng)的控制方法，其特征在于，包括以下步驟 首先判斷所有的蓄電池組的電池容量，如果所有的蓄電池組的已放出能量都高于設(shè)定的放電深度，則判斷新能源發(fā)電系統(tǒng)有沒有能量供應(yīng)，如果新能源發(fā)電系統(tǒng)沒有能量供應(yīng)，則開啟柴油機(jī)，由柴油機(jī)給用戶供電，并給蓄電池組充電；如果新能源發(fā)電系統(tǒng)有能量供應(yīng)，則由新能源發(fā)電系統(tǒng)給用戶供電，同時給蓄電池組充電； 如果所有的蓄電池組的已放出能量都低于設(shè)定的放電深度，判斷新能源發(fā)電系統(tǒng)有沒有能量供應(yīng)，如果沒有能量供應(yīng)，則由蓄電池組給用戶供電；如果新能源發(fā)電系統(tǒng)有能量供應(yīng)，則由新能源發(fā)電系統(tǒng)給用戶供電； 如果有的蓄電池組的已放出能量高于設(shè)定的放電深度，有的低于設(shè)定的放電深度，則判斷新能源發(fā)電系統(tǒng)有無能量供應(yīng)，如果新能源發(fā)電系統(tǒng)有能量供應(yīng)，則由新能源發(fā)電系統(tǒng)給用戶供電，同時給電池容量低的蓄電池組充電；如果新能源發(fā)電系統(tǒng)沒有能量供應(yīng)，則打開容量高的蓄電池組的放電開關(guān)給用戶供電。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的新能源發(fā)電系統(tǒng)的蓄電池組充放電系統(tǒng)的控制方法，其特征在于所述設(shè)定的放電深度為蓄電池組額定容量的30%。
全文摘要
本發(fā)明公開一種新能源發(fā)電系統(tǒng)的蓄電池組充放電系統(tǒng)及其控制方法，其每個蓄電池組包括多個并聯(lián)的單體電池；每個蓄電池組由多了并聯(lián)小組串聯(lián)組成；每個蓄電池組連接一套電池管理系統(tǒng)；所述電池管理系統(tǒng)監(jiān)測單體電池電壓、電流、電阻、容量狀態(tài)，并起到充放電均衡作用；所述蓄電池組通過控制開關(guān)并行連接到充電器上和總線上；所述蓄電池組充放電控制方法用于控制各蓄電池組的充電和放電開關(guān)，控制柴油機(jī)開關(guān)。采用本發(fā)明可最大限度延長電池壽命，結(jié)合新能源和柴油機(jī)特性，充分發(fā)揮蓄電池儲能作用和穩(wěn)壓作用，提高新能源和柴油機(jī)的利用效率，降低成本，同時實現(xiàn)在線更換電池，為不穩(wěn)定新能源發(fā)電系統(tǒng)的儲能技術(shù)提供有力的支撐。
文檔編號H02J7/00GK102790410SQ20111013269
公開日2012年11月21日 申請日期2011年5月20日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月20日
發(fā)明者馮自平, 呂杰, 宋文吉, 張千玉, 陳永珍 申請人:中國科學(xué)院廣州能源研究所