CN103986224A - 一种风光电互补型移动电源 - Google Patents
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Abstract
一种风光电互补型移动电源，属于新能源应用技术领域。其包括发电系统、能量优化管理或均衡管理控制器、储能系统、电源转换装置；所述的发电系统为风力发电系统和太阳能发电系统，风力发电系统安装在移动电源顶部或者移动电源的前端，太阳能发电系统安装在阳光能直射到的移动电源顶部或者移动电源箱体的两侧；所述的能量优化管理或均衡管理控制器采用能量优化管理或均衡控制策略，对不同来源的能量进行优化平衡同时延长电池使用寿命；所述的储能系统中的关键部件为蓄电池、超级电容和DC/DC变换器，超级电容与DC/DC串联，提高储能系统的性能；所述的电源转换装置逆变器能把直流电转换成交流电，供交流负载使用。
Description
技术领域：
本发明涉及一种风光电互补型移动电源，特别是一种基于蓄电池-超级电容的储能装置，并与风能发电、太阳能发电等新能源有机紧密结合，属于新型能源供电领域，适用于移动式工作站（如报刊厅、商铺等）、野外应急移动车以及船舶等海上交通工具，应用范围广。
背景技术：
目前，蓄电池为多数用电设施供电，蓄电池的含电量有限，充放电速度受限，尤其是在野外应急及海上运输时，如果电量不足或无蓄电池充电站时，会给工作需求带来很多的不便。
在储能方面，超级电容具有比功率高和充放电寿命长等优点，采用超级电容与蓄电池组合成的储能装置，保护蓄电池，同时延长蓄电池的使用寿命，降低成本。
在电能供给方面，太阳能、风能，作为可持续发展的绿色清洁能源，储存范围广泛，将太阳能与风能等新型能源进行综合互补利用，应用在移动电源上，解决了储能装置充电问题，同时避免单一绿色清洁能源造成的供电不连续性。
发明内容：
本发明旨在提出一种风光电互补型移动电源，目的是在野外应急等特殊的环境下，蓄电池-超级电容储能装置能够在风力发电与太阳能发电的综合互补下，为负载正常供电。
为实现上述目的，本发明的技术的方案是：一种风光电互补型移动电源，包括发电系统、能量优化管理或均衡管理控制器、储能系统、电源转换装置、DC/DC升压电路；所述发电系统包括风力发电系统和太阳能发电系统；所述储能系统包括蓄电池、超级电容和DC/DC变换器；所述电源转换装置为逆变器；所述的发电系统输出端、储能系统输入端均通过导线与能量优化或均衡管理控制器相连。
所述的风力发电系统的风力发电机，通过紧固机构安装在移动电源箱体的前部或通过垂直杆件安装在箱体顶部，不使用风力发电时，方便拆卸。
所述的太阳能发电系统的太阳能电池板根据安装位置外形制作成曲面或平面型，太阳能电池板的组件平铺在移动电源箱体的顶部，设计为折叠式。
所述的蓄电池—超级电容储能系统，旨在提高储能系统的性能；结构上超级电容与DC/DC串联，超级电容和DC/DC组成的电路再与蓄电池组并联，缓冲并稳定蓄电池组的端电压；充电存在先后顺序，优先向超级电容充电，多余部分的能量给蓄电池充电，超级电容也可对蓄电池进行充电；所述的储能系统输出端与DC/DC升压电路输入端相连。
所述的DC/DC升压电路输出端直接驱动直流负载，或者经逆变电路转换成交流电驱动交流负载。
所述的能量优化管理或均衡管理控制器，采用能量优化管理或均衡控制两种策略，能量优化管理对太阳能电池板、风力发电机转换成的电能优化分配给储能装置中的超级电容和蓄电池组；均衡控制策略对单体电池端电压不平衡进行均衡匹配，同时保证电池使用寿命。
本发明具有如下突出的优势：
1.太阳能和风能有很好的互补性，风光互补发电系统在资源上弥补了风电和光电独立系统在资源上的缺陷；本发明太阳能电池板和风力发电机安装布置格局多样化，应用广泛。
2.超级电容具有比功率高和充放电寿命长等优点，采用蓄电池—超级电容储能系统，旨在提高储能系统的性能。
3.通过能量优化管理或均衡管理，将不同来源的能量进行平衡，改善电池充放电能力，同时保证了电池使用寿命。
附图说明：
图1为一种风光电互补型移动电源的结构示意图。
图2为一种风光电互补型野外应急移动电源结构示意图。
图3为一种风光电互补型移动船舶结构示意图。
图4为均衡管理系统的结构示意图。
图5为电容均衡拓扑结构图。
具体实施方案：
下面结合附图，对本发明的优选实例方法作详细说明。
参见图1，该风光电互补型移动电源，包括风力发电机、太阳能电池板、能量优化管理或均衡管理控制器、蓄电池、超级电容、DC/DC、DC/DC升压电路、逆变电路、直流负载和交流负载。风力发电机、太阳能电池板、蓄电池、超级电容都与能量优化管理或均衡管理控制器通过导线相连；超级电容与DC/DC串联，再与蓄电池并联，两者均与DC/DC升压电路相连；DC/DC升压电路输出端可直接驱动直流负载，也可经逆变电路转换成交流电驱动交流负载。
本发明中，所述的储能装置装载在密封的电池柜体中，根据应用场合，可设计成移动式；同时具备良好的通风、散热、换气功能，能及时排出蓄电池使用过程中所产生的气体与热量；电池柜体分多层分布，每层可平行放置多组蓄电池与超级电容模块，储能装置中安装有固定支架，避免储能装置在搬运过程中的移动。
图2为风光电互补型移动电源在野外应急移动车上的一个实施例。
本实施例考虑到野外特殊作业的情况，将风光电互补型移动电源设计为移动电源车。储能控制等装置设计成整体式结构，安装在移动电源车的底盘上；太阳能电池板设计为可折叠式，安装在车顶部，移动电源车的车顶尺寸确定太阳能电池板的尺寸；风力发电机设计成便于拆装结构，可通过紧固机构安装在移动电源车箱体的前部或通过垂直杆件安装在箱体顶部，不使用风力发电时，可方便拆卸。
图3为风光电互补型移动电源在船舶海上交通的一个实施例。
本实施例与上述实施例基本相同，特别之处是：风光电互补型移动电源的储能等装置设计成底部带滚轮的便携式箱体结构，放置在船舱内，提高运输使用过程的便携性。风力发电机与太阳能电池板的布置可根据船的空间与格局确定，考虑到从风能与太阳能中获取尽可能多的能量，太阳能电池板的位置可布置在船顶部或甲板上，太阳能电池板的形状可根据安装位置制作成曲面或平面型；风力发电机可通过强度足够的纵向杆件安装在甲板上，可选小体积的风轮微风发电或涡轮风力发电。风力发电机与太阳能电池板的位置确定后，再与便携式储能装置连接。
图4为均衡系统结构图，是本发明中均衡管理的一个实施例。
储能装置由单体电池串联或并联组成，单体电池个体差异、温度差异等因素造成电池端电压不平衡；均衡管理策略可避免不平衡趋势的恶化，并且能够提高电池组的循环使用寿命。
参见图4，均衡管理系统主要由控制器、均衡器、蓄电池组、电压采集及信号处理装置组成，其中蓄电池组由多个单体电池串联组成，均衡器并联在蓄电池组的两端。系统的具体工作过程如下：风力发电机、太阳能电池板分别把风能和太阳能转化成电能，根据不同蓄电池充电要求，经控制器，输出给定的充电电流；控制器对单体电池电流、电压及温度等状态信息进行实时监测，将监测结果与预先设定的状态信号进行差值比较，输出相应驱动信号，控制均衡电路的通断；通过均衡优化控制策略，提高电池组的性能与循环寿命。
图5为电容均衡拓扑结构图，以2块单体电池为例，说明均衡管理的优势。
假设蓄电池B1电压VB1高于B2电压VB2，两个单刀双掷开关都位于a处，蓄电池B1对电容充电；经一定充电时间，两个单刀双掷开关切换到b处，电容对蓄电池B2进行充电；在不断重复切换后，B1电压VB1等于B2电压VB2。电容均衡拓扑结构中，能量通过电容器进行交换，均衡电路没有能量损失；均衡管理改善电池充放电能力，同时保证了电池使用寿命。
Claims (5)
1.一种风光电互补型移动电源，其特征在于，包括发电系统、能量优化管理或均衡管理控制器、储能系统、电源转换装置、DC/DC升压电路；所述发电系统包括风力发电系统和太阳能发电系统；所述储能系统包括蓄电池、超级电容和DC/DC变换器；所述电源转换装置为逆变器；所述的发电系统输出端、储能系统输入端均通过导线与能量优化管理或均衡管理控制器相连。
2.根据权利要求1所述的风光电互补型移动电源，其特征在于，所述的风力发电系统的风力发电机，通过紧固机构安装在移动电源的箱体的前部或通过垂直杆件安装在箱体顶部，不使用风力发电时，方便拆卸。
3.根据权利要求1所述的风光电互补型移动电源，其特征在于，所述的太阳能发电系统的太阳能电池板根据安装位置外形制作成曲面或平面型，太阳能电池板的组件平铺在移动电源顶部，为折叠式。
4.根据权利要求1所述的风光电互补型移动电源，其特征在于，所述的储能系统主要包括蓄电池、超级电容和DC/DC变换器，所述的超级电容与DC/DC串联，超级电容和DC/DC组成的电路再与蓄电池组并联，缓冲并稳定蓄电池组的端电压；所述的储能系统输出端与DC/DC升压电路输入端相连。
5.根据权利要求4所述的风光电互补型移动电源，其特征在于，DC/DC升压电路输出端直接驱动直流负载，或者经电源转换装置转换成交流电驱动交流负载。
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| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20140813 |