本發(fā)明涉及一種混合儲(chǔ)能電源的控制系統(tǒng)，更具體地說(shuō)，涉及一種混合儲(chǔ)能電源瞬時(shí)電流控制系統(tǒng)，適用于沖擊性負(fù)載的應(yīng)用場(chǎng)合。

背景技術(shù)：

直流儲(chǔ)能是新能源汽車、移動(dòng)式儲(chǔ)能電站等應(yīng)用領(lǐng)域中的重要技術(shù)，單一蓄電池儲(chǔ)能具有能量密度高的特點(diǎn)，但是也存在大電流充放電難的問(wèn)題；超級(jí)電容具有比功率高，可大電流充放電，且充放電反應(yīng)時(shí)間迅速，循環(huán)壽命長(zhǎng)的優(yōu)點(diǎn)，其缺點(diǎn)是比能量較低，續(xù)航里程較短。而采用蓄電池組和超級(jí)電容組結(jié)合而成的混合儲(chǔ)能電源兼具高能量密度和高功率密度的優(yōu)點(diǎn)，能夠解決沖擊性負(fù)載的瞬時(shí)大電流需求問(wèn)題，在工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域具有良好的應(yīng)用前景。如中國(guó)專利號(hào)zl201420099721.8，授權(quán)公告日為2014年7月30日，發(fā)明創(chuàng)造名稱為：自適應(yīng)濾波器功率分流控制的混合動(dòng)力車復(fù)合電源，該申請(qǐng)案涉及一種自適應(yīng)濾波器功率分流控制的混合動(dòng)力車復(fù)合電源。該復(fù)合電源包括蓄電池、超級(jí)電容器和雙向dc/dc變換器。蓄電池直接與功率總線相連，作為主要電源；超級(jí)電容器通過(guò)雙向dc/dc變換器與功率總線連接，與雙向dc-dc變換器串聯(lián)構(gòu)成輔助電源。雙向dc-dc變換器采用非隔離半橋結(jié)構(gòu)。該申請(qǐng)案中的復(fù)合電源中超級(jí)電容器對(duì)蓄電池進(jìn)行功率補(bǔ)償，復(fù)合電源的整體效率顯著提高；超級(jí)電容器可以迅速高效地大電流充放電，最大限度地回收了再生制動(dòng)能量。

盡管由蓄電池、超級(jí)電容器組成的混合儲(chǔ)能電源具有上述優(yōu)勢(shì)，但是，對(duì)于混合儲(chǔ)能電源來(lái)說(shuō)，如何充分發(fā)揮蓄電池和超級(jí)電容器的優(yōu)勢(shì)以達(dá)到更好的調(diào)控效果是本領(lǐng)域技術(shù)人員正在面對(duì)的技術(shù)難題。為了保證混合儲(chǔ)能電源能夠輸出穩(wěn)態(tài)電流，滿足沖擊性負(fù)載的瞬時(shí)電流需求，亟需針對(duì)上述的混合儲(chǔ)能電源設(shè)計(jì)一款瞬時(shí)電流控制系統(tǒng)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

1.發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題

本發(fā)明的目的在于提供一種混合儲(chǔ)能電源瞬時(shí)電流控制系統(tǒng)，采用本發(fā)明的技術(shù)方案，通過(guò)混合儲(chǔ)能電源的蓄電池組輸出穩(wěn)態(tài)電流，通過(guò)混合儲(chǔ)能電源的超級(jí)電容組輸出峰值電流實(shí)現(xiàn)沖擊性負(fù)載的瞬時(shí)電流需求，并充分考慮蓄電池組和超級(jí)電容組的端口電壓運(yùn)行范圍，限制了蓄電池組的輸出電流，避免了蓄電池組過(guò)電流放電，保證了蓄電池組放電電流在其安全運(yùn)行范圍內(nèi)，系統(tǒng)效率高、可控性強(qiáng)、儲(chǔ)能電源壽命高，尤其適用于沖擊性負(fù)載的應(yīng)用場(chǎng)合。

2.技術(shù)方案

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供的技術(shù)方案為：

本發(fā)明的一種混合儲(chǔ)能電源瞬時(shí)電流控制系統(tǒng)，包括混合儲(chǔ)能電源、dc/ac逆變器、電流檢測(cè)模塊、數(shù)字控制模塊和電壓檢測(cè)模塊，所述的電流檢測(cè)模塊檢測(cè)負(fù)載的電流并傳送給數(shù)字控制模塊，所述的電壓檢測(cè)模塊檢測(cè)混合儲(chǔ)能電源中蓄電池組和超級(jí)電容組的端口電壓并傳送給數(shù)字控制模塊，所述的數(shù)字控制模塊根據(jù)蓄電池組和超級(jí)電容組的端口電壓、負(fù)載所需的瞬時(shí)電流驅(qū)動(dòng)dc/ac逆變器，所述的混合儲(chǔ)能電源通過(guò)dc/ac逆變器向負(fù)載提供瞬時(shí)電流。

更進(jìn)一步地，所述的數(shù)字控制模塊對(duì)dc/ac逆變器的驅(qū)動(dòng)規(guī)則為：

(a)當(dāng)蓄電池組的端口電壓ubat(t)＜ubatmin時(shí)，蓄電池組的輸出電流ibat(t)＝0；

(b)當(dāng)超級(jí)電容組的端口電壓usu(t)＜usumin時(shí)，超級(jí)電容組的輸出電流isu(t)＝0；

(c)當(dāng)蓄電池組的端口電壓ubatmin＜ubat(t)＜ubatmax，超級(jí)電容組的端口電壓usumin＜usu(t)＜usumax時(shí)，且當(dāng)負(fù)載所需的瞬時(shí)電流i(t)≤ibatmax時(shí)，則ibat(t)＝i(t)；

(d)當(dāng)蓄電池組的端口電壓ubatmin＜ubat(t)＜ubatmax，超級(jí)電容組的端口電壓usumin＜usu(t)＜usumax時(shí)，且當(dāng)負(fù)載所需的瞬時(shí)電流i(t)＞ibatmax時(shí)，ibat(t)＝ibatmax；isu(t)＝i(t)-ibatmax；

(e)當(dāng)超級(jí)電容組的端口電壓usu(t)＜usumin時(shí)，則蓄電池組向超級(jí)電容組充電；

式中，ubatmax為蓄電池組最大電壓，ubatmin為蓄電池組最小電壓，usumax為超級(jí)電容組最大電壓，usumin為超級(jí)電容組最小電壓，ibatmax為蓄電池組能夠釋放的最大電流，isu(t)為超級(jí)電容組輸出的電流，ibat(t)為蓄電池組輸出的電流；其中，ubatmin、ubatmax和ibatmax根據(jù)蓄電池組的電化學(xué)性能和蓄電池組剩余容量確定；usumin和usumax根據(jù)超級(jí)電容組的性能確定。

更進(jìn)一步地，所述的混合儲(chǔ)能電源由蓄電池組、超級(jí)電容組和雙向dc/dc逆變器組成，所述的超級(jí)電容組與雙向dc/dc逆變器串聯(lián)后與蓄電池組分別連接至dc/ac逆變器。

更進(jìn)一步地，所述的蓄電池組由n個(gè)蓄電池單元串聯(lián)而成；所述的超級(jí)電容組由m個(gè)超級(jí)電容單元串聯(lián)而成。

更進(jìn)一步地，所述的蓄電池組采用電化學(xué)儲(chǔ)能電池組，所述的dc/ac逆變器和負(fù)載為單相或三相。

更進(jìn)一步地，所述的電化學(xué)儲(chǔ)能電池組為鉛酸蓄電池組、鎳氫電池組或鋰離子電池組。

3.有益效果

采用本發(fā)明提供的技術(shù)方案，與已有的公知技術(shù)相比，具有如下顯著效果：

(1)本發(fā)明的一種混合儲(chǔ)能電源瞬時(shí)電流控制系統(tǒng)，其通過(guò)混合儲(chǔ)能電源的蓄電池組輸出穩(wěn)態(tài)電流，通過(guò)混合儲(chǔ)能電源的超級(jí)電容組輸出峰值電流實(shí)現(xiàn)沖擊性負(fù)載的瞬時(shí)電流需求，并充分考慮蓄電池組和超級(jí)電容組的端口電壓運(yùn)行范圍，限制了蓄電池組的輸出電流，避免了蓄電池組過(guò)電流放電，保證了蓄電池組放電電流在其安全運(yùn)行范圍內(nèi)，系統(tǒng)效率高、可控性強(qiáng)、儲(chǔ)能電源壽命高，尤其適用于沖擊性負(fù)載的應(yīng)用場(chǎng)合；

(2)本發(fā)明的一種混合儲(chǔ)能電源瞬時(shí)電流控制系統(tǒng)，其數(shù)字控制模塊對(duì)dc/ac逆變器的驅(qū)動(dòng)規(guī)則兼顧了蓄電池組和超級(jí)電容組的端口電壓，有效保護(hù)了蓄電池組和超級(jí)電容組，在滿足負(fù)載瞬時(shí)電流需要的情況下，有效延長(zhǎng)了蓄電池組的使用壽命；

(3)本發(fā)明的一種混合儲(chǔ)能電源瞬時(shí)電流控制系統(tǒng)，其混合儲(chǔ)能電源由蓄電池組、超級(jí)電容組和雙向dc/dc逆變器組成，超級(jí)電容組與雙向dc/dc逆變器串聯(lián)后與蓄電池組分別連接至dc/ac逆變器；該混合儲(chǔ)能電源能夠減少蓄電池組大電流充放電次數(shù)，提高蓄電池組的使用壽命；并且，蓄電池組由n個(gè)蓄電池單元串聯(lián)而成，超級(jí)電容組由m個(gè)超級(jí)電容單元串聯(lián)而成，結(jié)構(gòu)集成度高，結(jié)構(gòu)緊湊，與并聯(lián)結(jié)構(gòu)相比，更能發(fā)揮兩種儲(chǔ)能元件的優(yōu)點(diǎn)。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明的一種混合儲(chǔ)能電源瞬時(shí)電流控制系統(tǒng)的原理框圖；

圖2為本發(fā)明中的混合儲(chǔ)能電源的原理示意圖；

圖3為本發(fā)明中混合儲(chǔ)能電源中的蓄電池組的串聯(lián)結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為本發(fā)明中混合儲(chǔ)能電源中的超級(jí)電容組的串聯(lián)結(jié)構(gòu)示意圖。

示意圖中的標(biāo)號(hào)說(shuō)明：

1、混合儲(chǔ)能電源；2、dc/ac逆變器；3、負(fù)載；4、電流檢測(cè)模塊；5、數(shù)字控制模塊；6、電壓檢測(cè)模塊；1-1、蓄電池組；1-2、超級(jí)電容組；1-3、雙向dc/dc逆變器。

具體實(shí)施方式

為進(jìn)一步了解本發(fā)明的內(nèi)容，結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作詳細(xì)描述。

如圖1和圖2所示，本發(fā)明的一種混合儲(chǔ)能電源瞬時(shí)電流控制系統(tǒng)，通過(guò)混合儲(chǔ)能電源1的蓄電池組1-1輸出穩(wěn)態(tài)電流，通過(guò)混合儲(chǔ)能電源1的超級(jí)電容組1-2輸出峰值電流實(shí)現(xiàn)沖擊性負(fù)載3的瞬時(shí)電流需求，并充分考慮蓄電池組1-1和超級(jí)電容組1-2的端口電壓運(yùn)行范圍，限制了蓄電池組1-1的輸出電流，避免了蓄電池組1-1過(guò)電流放電，保證了蓄電池組1-1放電電流在其安全運(yùn)行范圍內(nèi)，系統(tǒng)效率高、可控性強(qiáng)、儲(chǔ)能電源壽命高，尤其適用于沖擊性負(fù)載的應(yīng)用場(chǎng)合。

具體方案為：包括混合儲(chǔ)能電源1、dc/ac逆變器2、電流檢測(cè)模塊4、數(shù)字控制模塊5和電壓檢測(cè)模塊6，電流檢測(cè)模塊4檢測(cè)負(fù)載3的電流并傳送給數(shù)字控制模塊5，電壓檢測(cè)模塊6檢測(cè)混合儲(chǔ)能電源1中蓄電池組1-1和超級(jí)電容組1-2的端口電壓并傳送給數(shù)字控制模塊5，數(shù)字控制模塊5根據(jù)蓄電池組1-1和超級(jí)電容組1-2的端口電壓、負(fù)載3所需的瞬時(shí)電流驅(qū)動(dòng)dc/ac逆變器2，混合儲(chǔ)能電源1通過(guò)dc/ac逆變器2向負(fù)載3提供瞬時(shí)電流。如圖2所示，上述的混合儲(chǔ)能電源1由蓄電池組1-1、超級(jí)電容組1-2和雙向dc/dc逆變器1-3組成，超級(jí)電容組1-2與雙向dc/dc逆變器1-3串聯(lián)后與蓄電池組1-1分別連接至dc/ac逆變器2。如圖3和圖4所示，蓄電池組1-1由n個(gè)蓄電池單元串聯(lián)而成；超級(jí)電容組1-2由m個(gè)超級(jí)電容單元串聯(lián)而成。

下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的描述。

實(shí)施例

參見圖1和圖2所示，本實(shí)施例一種混合儲(chǔ)能電源瞬時(shí)電流控制系統(tǒng)，包括混合儲(chǔ)能電源1、dc/ac逆變器2、電流檢測(cè)模塊4、數(shù)字控制模塊5和電壓檢測(cè)模塊6，其中混合儲(chǔ)能電源1由蓄電池組1-1、超級(jí)電容組1-2和雙向dc/dc逆變器1-3組成，超級(jí)電容組1-2與雙向dc/dc逆變器1-3串聯(lián)后與蓄電池組1-1分別連接至dc/ac逆變器2，在該混合儲(chǔ)能電源1中，蓄電池組1-1作為主要電源，超級(jí)電容組1-2和雙向dc/dc逆變器1-3串聯(lián)構(gòu)成輔助電源，該混合儲(chǔ)能電源1能夠減少蓄電池組1-1大電流充放電次數(shù)，提高蓄電池組1-1的使用壽命。電流檢測(cè)模塊4檢測(cè)負(fù)載3所需的電流并傳送給數(shù)字控制模塊5，電壓檢測(cè)模塊6檢測(cè)混合儲(chǔ)能電源1中蓄電池組1-1和超級(jí)電容組1-2的端口電壓并傳送給數(shù)字控制模塊5，數(shù)字控制模塊5根據(jù)蓄電池組1-1和超級(jí)電容組1-2的端口電壓、負(fù)載3所需的瞬時(shí)電流驅(qū)動(dòng)dc/ac逆變器2，混合儲(chǔ)能電源1通過(guò)dc/ac逆變器2向負(fù)載3提供瞬時(shí)電流。

在本實(shí)施例中，數(shù)字控制模塊5對(duì)dc/ac逆變器2的驅(qū)動(dòng)規(guī)則為：

(a)當(dāng)蓄電池組1-1的端口電壓ubat(t)＜ubatmin時(shí)，蓄電池組1-1的輸出電流ibat(t)＝0；

(b)當(dāng)超級(jí)電容組1-2的端口電壓usu(t)＜usumin時(shí)，超級(jí)電容組1-2的輸出電流isu(t)＝0；

(c)當(dāng)蓄電池組1-1的端口電壓ubatmin＜ubat(t)＜ubatmax，超級(jí)電容組1-2的端口電壓usumin＜usu(t)＜usumax時(shí)，且當(dāng)負(fù)載3所需的瞬時(shí)電流i(t)≤ibatmax時(shí)，則ibat(t)＝i(t)；

(d)當(dāng)蓄電池組1-1的端口電壓ubatmin＜ubat(t)＜ubatmax，超級(jí)電容組1-2的端口電壓usumin＜usu(t)＜usumax時(shí)，且當(dāng)負(fù)載3所需的瞬時(shí)電流i(t)＞ibatmax時(shí)，ibat(t)＝ibatmax；isu(t)＝i(t)-ibatmax；

(e)當(dāng)超級(jí)電容組1-2的端口電壓usu(t)＜usumin時(shí)，則蓄電池組1-1向超級(jí)電容組1-2充電；

式中，ubatmax為蓄電池組1-1最大電壓，ubatmin為蓄電池組1-1最小電壓，usumax為超級(jí)電容組1-2最大電壓，usumin為超級(jí)電容組1-2最小電壓，ibatmax為蓄電池組1-1能夠釋放的最大電流，isu(t)為超級(jí)電容組1-2輸出的電流，ibat(t)為蓄電池組1-1輸出的電流；其中，ubatmin、ubatmax和ibatmax根據(jù)蓄電池組1-1的電化學(xué)性能和蓄電池組1-1剩余容量確定；usumin和usumax根據(jù)超級(jí)電容組1-2的性能確定。

也就是說(shuō)，在本實(shí)施例中，當(dāng)蓄電池組1-1的端口電壓小于其最小電壓時(shí)，蓄電池組1-1的輸出電流為零；當(dāng)超級(jí)電容組1-2的端口電壓小于其最小電壓時(shí)，超級(jí)電容組1-2的輸出電流為零；當(dāng)蓄電池組1-1的端口電壓在合適端口電壓范圍內(nèi)，超級(jí)電容組1-2的端口在合適端口電壓范圍內(nèi)時(shí)，且當(dāng)負(fù)載3所需的瞬時(shí)電流小于蓄電池組1-1能夠輸出的最大電流時(shí)，負(fù)載3所需的電流由蓄電池組1-1提供；當(dāng)蓄電池組1-1的端口電壓在合適端口電壓范圍內(nèi)，超級(jí)電容組1-2的端口電壓在合適端口電壓范圍內(nèi)時(shí)，且當(dāng)負(fù)載3所需的瞬時(shí)電流大于蓄電池組1-1能夠輸出的最大電流時(shí)，蓄電池組1-1的輸出電流等于其能夠輸出的最大電流，超級(jí)電容組1-2的輸出電流等于負(fù)載3所需的瞬時(shí)電流減去蓄電池組1-1所輸出的電流；當(dāng)超級(jí)電容組1-2的端口電壓小于其最小電壓時(shí)，蓄電池組1-1向超級(jí)電容組1-2充電。上述的數(shù)字控制模塊5對(duì)dc/ac逆變器2的驅(qū)動(dòng)規(guī)則兼顧了蓄電池組1-1和超級(jí)電容組1-2的端口電壓，有效保護(hù)了蓄電池組1-1和超級(jí)電容組1-2，在滿足負(fù)載3瞬時(shí)電流需要的情況下，有效延長(zhǎng)了蓄電池組1-1的使用壽命。

如圖3和圖4所示，在本實(shí)施例中，蓄電池組1-1由n個(gè)蓄電池單元串聯(lián)而成；超級(jí)電容組1-2由m個(gè)超級(jí)電容單元串聯(lián)而成，采用串聯(lián)結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)集成度高，結(jié)構(gòu)緊湊，與并聯(lián)結(jié)構(gòu)相比，更能發(fā)揮兩種儲(chǔ)能元件的優(yōu)點(diǎn)。并且，蓄電池組1-1采用電化學(xué)儲(chǔ)能電池組，dc/ac逆變器2和負(fù)載3為單相或三相；上述的電化學(xué)儲(chǔ)能電池組為鉛酸蓄電池組、鎳氫電池組或鋰離子電池組。

本實(shí)施例的一種混合儲(chǔ)能電源瞬時(shí)電流控制系統(tǒng)，其通過(guò)混合儲(chǔ)能電源1的蓄電池組1-1輸出穩(wěn)態(tài)電流，通過(guò)混合儲(chǔ)能電源1的超級(jí)電容組1-2輸出峰值電流實(shí)現(xiàn)沖擊性負(fù)載3的瞬時(shí)電流需求，從而控制蓄電池組1-1的電流輸出，減小蓄電池組1-1受到的電流沖擊，同時(shí)能夠解決蓄電池組1-1老化后儲(chǔ)能電源瞬時(shí)電流供應(yīng)不足的問(wèn)題；并充分考慮蓄電池組1-1和超級(jí)電容組1-2的端口電壓運(yùn)行范圍，限制了蓄電池組1-1的輸出電流，避免了蓄電池組1-1過(guò)電流放電，保證了蓄電池組1-1放電電流在其安全運(yùn)行范圍內(nèi)，系統(tǒng)效率高、可控性強(qiáng)、儲(chǔ)能電源壽命高，尤其適用于沖擊性負(fù)載的應(yīng)用場(chǎng)合，在新能源汽車、移動(dòng)式儲(chǔ)能電站和電網(wǎng)儲(chǔ)能系統(tǒng)等直流電源儲(chǔ)能領(lǐng)域有良好的應(yīng)用前景。

以上示意性地對(duì)本發(fā)明及其實(shí)施方式進(jìn)行了描述，該描述沒(méi)有限制性，附圖中所示的也只是本發(fā)明的實(shí)施方式之一，實(shí)際的結(jié)構(gòu)并不局限于此。所以，如果本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員受其啟示，在不脫離本發(fā)明創(chuàng)造宗旨的情況下，不經(jīng)創(chuàng)造性地設(shè)計(jì)出與該技術(shù)方案相似的結(jié)構(gòu)方式及實(shí)施例，均應(yīng)屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。