【技術(shù)領(lǐng)域】
本發(fā)明屬于一種能源存儲(chǔ)管理集成控制系統(tǒng)，尤其涉及應(yīng)用于蓄電池與超級(jí)電容成的能源存儲(chǔ)管理控制系統(tǒng)，主要用于汽車領(lǐng)域，也可以應(yīng)用于日用電器、電梯、發(fā)電、輪船和飛機(jī)等領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)對(duì)能源的集成控制和管理。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)的蓄電池與電容電池組成的能源存儲(chǔ)系統(tǒng)普遍使用電容電池組與蓄電池簡(jiǎn)單并聯(lián)提供電源輸出，而且蓄電池與電容電池組之間的能源存儲(chǔ)管理控制系統(tǒng)往往采用能源平衡伺服系統(tǒng)。比如，電動(dòng)汽車的能源存儲(chǔ)管理控制系統(tǒng)往往采用在行駛過(guò)程中主要由蓄電池提供電能作為電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)動(dòng)力，在車輛啟動(dòng)等需要瞬間大電流時(shí)由電容電池組瞬間供電，而在電容電池組瞬間放電后，蓄電池給電容電池組充電以備下次瞬間放電時(shí)使用。該系統(tǒng)的缺點(diǎn)在于，電池系統(tǒng)中的電容電池組僅僅用于提供車輛啟動(dòng)等需要瞬間大電流的情形，而電容電池組沒(méi)有作為大容量?jī)?chǔ)能單元儲(chǔ)備行駛過(guò)程中需要的驅(qū)動(dòng)能源。
因此，利用超級(jí)電容和電池組儲(chǔ)存電能的節(jié)能技術(shù)，將電機(jī)機(jī)械運(yùn)動(dòng)過(guò)程中處于再生發(fā)電狀態(tài)產(chǎn)生的電能儲(chǔ)存起來(lái),也是世界各國(guó)眾多研究者的研究熱點(diǎn)和開(kāi)發(fā)重點(diǎn)，而如何實(shí)現(xiàn)蓄電池與超級(jí)電容組之間的能源存儲(chǔ)管理控制是該系統(tǒng)能否成功應(yīng)用的關(guān)鍵。此外，由于現(xiàn)有電容電池組往往不作為主要的儲(chǔ)能單元，而蓄電池容量一般較小，電容電池組與蓄電池組成的動(dòng)力電池系統(tǒng)往往不能實(shí)現(xiàn)快速充電，從而限制了電容電池組與蓄電池組動(dòng)力電池組的推廣應(yīng)用。
本發(fā)明的目的在于，提出一種使用超級(jí)電容和蓄電池組成的能源存儲(chǔ)管理集成控制系統(tǒng)，其中超級(jí)電容采用石墨烯電池結(jié)構(gòu)，同時(shí)本發(fā)明提出采用能源存儲(chǔ)管理控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)能源的高效存儲(chǔ)和管理利用，主要用于汽車領(lǐng)域，也可以應(yīng)用于日用電器、電梯、發(fā)電、輪船和飛機(jī)等領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)對(duì)能源的集成控制。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
針對(duì)以上的技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提出了一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、低成本高效率、能夠?qū)崿F(xiàn)超快速充電的能源存儲(chǔ)管理集成控制系統(tǒng)。
本發(fā)明為解決其技術(shù)問(wèn)題所提出的技術(shù)方案是：
一種能源存儲(chǔ)管理集成控制系統(tǒng)，包括超級(jí)電容、蓄電池組、負(fù)載、充電控制模塊、放電控制模塊、蓄電池組控制模塊、超級(jí)電容控制模塊、外部電源接口、dc/dc變換模塊、顯示模塊，所述超級(jí)電容和蓄電池組分別通過(guò)所述dc/dc變換模塊與所述外部電源接口連接，所述充電控制模塊和放電控制模塊均與蓄電池組控制模塊、超級(jí)電容控制模塊相連接，其特征在于，所述超級(jí)電容為石墨烯電池，其特征還在于，當(dāng)負(fù)載開(kāi)始啟動(dòng)時(shí)至啟動(dòng)后時(shí)段a內(nèi)，所述放電控制模塊控制所述超級(jí)電容向所述負(fù)載定向放電，同時(shí)所述放電控制模塊控制所述蓄電池組向超級(jí)電容定向放電，當(dāng)負(fù)載啟動(dòng)時(shí)段a后，所述充電模塊控制所述蓄電池組控制模塊從外部電源接口取電并向所述負(fù)載定向放電，所述充電模塊控制所述超級(jí)電容控制模塊從所述負(fù)載回收能源，其特征還在于，所述時(shí)段a為所述超級(jí)電容釋放75%-95%電量容量的時(shí)間。
作為本發(fā)明技術(shù)方案的進(jìn)一步優(yōu)選方案，所述時(shí)段a為所述超級(jí)電容釋放80%-90%電量容量的時(shí)間，更優(yōu)選的，所述時(shí)段a為所述超級(jí)電容釋放85%電量容量的時(shí)間。經(jīng)理論計(jì)算和實(shí)驗(yàn)測(cè)試，功率在25kw內(nèi)的負(fù)載啟動(dòng)功率一般能在容量1500f超級(jí)電容釋放70%-95%電量容量的時(shí)間內(nèi)完成瞬時(shí)啟動(dòng)和平穩(wěn)運(yùn)行階段的平滑切換。
所述放電控制模塊包括母線電壓電流采集模塊、s0c估算模塊、安全保護(hù)模塊、能源分配模塊、放電控制模塊控制單元，所述超級(jí)電容和蓄電池組通過(guò)能源分配模塊與所述負(fù)載連接。
所述充電控制模塊包括負(fù)載電壓電流采集模塊、s0c估算模塊、安全保護(hù)模塊、能源分配模塊、充電控制模塊控制單元，所述超級(jí)電容和蓄電池組通過(guò)能源分配模塊與所述負(fù)載連接。
所述安全保護(hù)模塊是一種集成電容的安全模塊，當(dāng)充電控制模塊的或放電控制模塊檢測(cè)到充放電的電流或者電壓超過(guò)集成電容內(nèi)置的預(yù)設(shè)值時(shí)，保護(hù)電路啟動(dòng)直接熔斷充放電回路，從而保護(hù)系統(tǒng)中其他各個(gè)模塊。
所述蓄電池組控制模塊，包括電壓信號(hào)采集模塊、溫度信號(hào)采集模塊、風(fēng)扇驅(qū)動(dòng)模塊、均衡控制模塊、安全保護(hù)模塊、蓄電池控制模塊控制單元，其中電壓信號(hào)采集模塊、溫度信號(hào)采集模塊、風(fēng)扇驅(qū)動(dòng)模塊、均衡控制模塊、安全保護(hù)模塊均與蓄電池控制模塊控制單元實(shí)現(xiàn)電連接。所述電壓信號(hào)采集模塊實(shí)時(shí)檢測(cè)負(fù)載啟動(dòng)狀態(tài)，并實(shí)時(shí)回饋給所述蓄電池控制模塊控制單元。
所述超級(jí)電容控制模塊，包括電壓信號(hào)采集模塊、溫度信號(hào)采集模塊、風(fēng)扇驅(qū)動(dòng)模塊、超級(jí)電容控制模塊控制單元，其中電壓信號(hào)采集模塊、溫度信號(hào)采集模塊、內(nèi)部總線接口模塊、風(fēng)扇驅(qū)動(dòng)模塊均與超級(jí)電容控制模塊連接。所述電壓信號(hào)采集模塊實(shí)時(shí)檢測(cè)超級(jí)電容存儲(chǔ)或釋放電容電量，并實(shí)時(shí)回饋給超級(jí)電容控制模塊控制單元。
所述蓄電池組控制模塊和超級(jí)電容控制模塊均采用功能模塊化設(shè)計(jì)，包括多個(gè)傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)所述蓄電池組或超級(jí)電容的充放電電流的電流值和電壓值、所述蓄電池組或超級(jí)電容的工作溫度，并可以根據(jù)蓄電池組或超級(jí)電容的充放電電流電壓以及溫度信號(hào)調(diào)節(jié)風(fēng)扇驅(qū)動(dòng)以實(shí)現(xiàn)有效散熱的有益技術(shù)效果。上述控制方式可以采用本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的包括但不限于正向或反向反饋回路進(jìn)行控制。
優(yōu)選的，所述蓄電池組由多個(gè)蓄電池串聯(lián)連接而成，所述蓄電池組的工作電壓為24-310v，所述蓄電池由標(biāo)稱電壓300v、標(biāo)稱電流為65ah的蓄電池組成。所述蓄電池組的單次充電存儲(chǔ)電能不低于20kwh，優(yōu)選的，單次充電后，所述蓄電池組儲(chǔ)存電能量40kwh。進(jìn)一步的，所述蓄電池組可以實(shí)現(xiàn)充電時(shí)間為10分鐘-8小時(shí)的不同充電方式，優(yōu)選的，充電時(shí)間為40分鐘，更優(yōu)選的，充電時(shí)間為10分鐘。
優(yōu)選的，所述超級(jí)電容的工作電壓為24-310v，所述超級(jí)電容的電容容量不低于1500f，所述超級(jí)電容可以由1-30個(gè)低容量的超級(jí)電容合而成，所述低容量的超級(jí)電容由一系列石墨烯微片復(fù)合組成。作為優(yōu)選方案，所述超級(jí)電容由15個(gè)電壓為310v、電容容量為100f的超級(jí)電容電池并聯(lián)組成。
優(yōu)選的，所述顯示模塊可以根據(jù)需要實(shí)時(shí)顯示如下信息：超級(jí)電容存儲(chǔ)的電量、蓄電池存儲(chǔ)的電量、流經(jīng)蓄電池組或超級(jí)電容的電壓電流及其實(shí)時(shí)工作溫度。
本發(fā)明與現(xiàn)有電源管理系統(tǒng)相比，取得的有益效果如下:
由于而且超級(jí)電容直接在負(fù)載啟動(dòng)時(shí)提供瞬時(shí)電流，因此不僅可以滿足高電壓輸出，而且在系統(tǒng)需要大功率輸出時(shí)超級(jí)電容發(fā)揮作用，保護(hù)蓄電池，防止其過(guò)充過(guò)放，提高系統(tǒng)安全性。
所述蓄電池組由多個(gè)蓄電池串聯(lián)連接，然后通過(guò)所述dc/dc電源變換模塊連到外部電源母線上，由于系統(tǒng)只需要連接單個(gè)dc/dc電源變換模塊實(shí)現(xiàn)負(fù)載和外部電源雙向電流控制，在減少功率損耗的同時(shí)也節(jié)約了成本。
同時(shí)，系統(tǒng)采用具有10萬(wàn)次高頻耐受充放電能力的大容量超級(jí)電容，可以實(shí)現(xiàn)低成本、高效率的超級(jí)電容和蓄電池組的有效電源管理。
需要說(shuō)明的是，對(duì)于本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干簡(jiǎn)單推演或替換。基于本發(fā)明提供的信息，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有作出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，以相同或相似手段達(dá)到相同技術(shù)效果所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
【附圖說(shuō)明】
為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一種實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
圖1為本發(fā)明提供的能源存儲(chǔ)管理集成控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
下面將結(jié)合本發(fā)明中的附圖1，對(duì)本發(fā)明中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的僅僅是本發(fā)明其中一個(gè)較佳實(shí)施例，但本發(fā)明包括但不限于下述實(shí)施例。
附圖1公開(kāi)了一種能源存儲(chǔ)管理集成控制系統(tǒng)，主要用于汽車領(lǐng)域，也可以應(yīng)用于日用電器、電梯、發(fā)電、輪船和飛機(jī)等領(lǐng)域。該能源存儲(chǔ)管理集成控制系統(tǒng)包括超級(jí)電容10、蓄電池組20、負(fù)載40、充電控制模塊50、放電控制模塊60、蓄電池組控制模塊21、超級(jí)電容控制模塊11、外部電源接口30、dc/dc變換模塊70。超級(jí)電容10和蓄電池組20并聯(lián)后分別接入dc/dc變換模塊70與外部電源接口30連接，超級(jí)電容10和蓄電池組20與負(fù)載40連接，所述充電控制模塊50和放電控制模塊60均與蓄電池組控制模塊21、超級(jí)電容控制模塊11相連接。
放電控制模塊60包括外部電源接口電壓電流采集模塊、s0c估算模塊、安全保護(hù)模塊、放電控制模塊控制單元。充電控制模塊50包括負(fù)載電壓電流采集模塊、s0c估算模塊、安全保護(hù)模塊、充電控制模塊控制單元。蓄電池組控制模塊21包括電壓信號(hào)采集模塊、溫度信號(hào)采集模塊、風(fēng)扇驅(qū)動(dòng)模塊、均衡控制模塊、安全保護(hù)模塊、蓄電池從控子模塊控制單元，其中電壓信號(hào)采集模塊、溫度信號(hào)采集模塊、風(fēng)扇驅(qū)動(dòng)模塊、均衡控制模塊、安全保護(hù)模塊均與蓄電池從控子模塊控制單元實(shí)現(xiàn)電連接，電壓信號(hào)采集模塊實(shí)時(shí)檢測(cè)負(fù)載啟動(dòng)狀態(tài)，并實(shí)時(shí)回饋給所述蓄電池從控子模塊控制單元。超級(jí)電容控制模塊11包括電壓信號(hào)采集模塊、溫度信號(hào)采集模塊、風(fēng)扇驅(qū)動(dòng)模塊、超級(jí)電容從控子模塊控制單元，其中電壓信號(hào)采集模塊、溫度信號(hào)采集模塊、內(nèi)部總線接口模塊、風(fēng)扇驅(qū)動(dòng)模塊均與超級(jí)電容從控子模塊控制單元電連接，電壓信號(hào)采集模塊實(shí)時(shí)檢測(cè)超級(jí)電容存儲(chǔ)或釋放電容電量，并實(shí)時(shí)回饋給超級(jí)電容控制模塊控制單元。
附圖1公開(kāi)的能源存儲(chǔ)管理集成控制系統(tǒng)的蓄電池組20由5個(gè)標(biāo)稱電壓300v、標(biāo)稱電流為65ah的蓄電池串聯(lián)連接而成，所述蓄電池組的工作電壓為24-310v，該蓄電池組的單次充電存儲(chǔ)電能為50kwh。所述蓄電池組20可以實(shí)現(xiàn)充電時(shí)間為10分鐘-8小時(shí)的不同充電方式，最為優(yōu)選的充電時(shí)間為40分鐘。超級(jí)電容10由工作電壓為24-310v、電容容量為100f的15個(gè)超級(jí)電容電池并聯(lián)組成，上述低容量的超級(jí)電容由100-1000組石墨烯微片復(fù)合組成。附圖1中的控制系統(tǒng)還可以包括一個(gè)顯示模塊（未標(biāo)示），該顯示模塊可以根據(jù)需要實(shí)時(shí)顯示如下信息：超級(jí)電容存儲(chǔ)的電量、蓄電池存儲(chǔ)的電量、流經(jīng)蓄電池組或超級(jí)電容的電壓電流及其實(shí)時(shí)工作溫度。該能源存儲(chǔ)管理集成控制系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程如下：當(dāng)負(fù)載40開(kāi)始啟動(dòng)后，超級(jí)電容10瞬時(shí)釋放電量，由放電控制模塊60控制超級(jí)電容10向負(fù)載40定向放電，同時(shí)放電控制模塊60控制蓄電池組20向超級(jí)電容10定向放電，當(dāng)超級(jí)電容10瞬時(shí)釋放電量達(dá)到80%后不再釋放電量，此時(shí)充電控制模塊50控制蓄電池組控制模塊21從外部電源接口取電并向負(fù)載40定向放電，同時(shí)所述充電控制模塊21控制超級(jí)電容控制模塊11從所述負(fù)載40回收能源。
經(jīng)理論計(jì)算和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，功率在25kw內(nèi)的負(fù)載啟動(dòng)功率在容量1500f超級(jí)電容釋放70%電量容量后完成了瞬時(shí)啟動(dòng)和平穩(wěn)運(yùn)行階段的平滑切換。由于超級(jí)電容直接在負(fù)載啟動(dòng)時(shí)提供瞬時(shí)電流，而且通過(guò)蓄電池繼續(xù)向超級(jí)電容供電，因此不僅可以滿足高電壓輸出，而且在系統(tǒng)需要大功率輸出時(shí)超級(jí)電容發(fā)揮作用，保護(hù)了蓄電池，防止其過(guò)充過(guò)放，系統(tǒng)安全性達(dá)到了99%。由于系統(tǒng)只需要連接單個(gè)dc/dc電源變換模塊實(shí)現(xiàn)負(fù)載和外部電源雙向電流控制，在減少功率損耗的同時(shí)也節(jié)約了成本。由于系統(tǒng)采用了大容量的超級(jí)電容，所采用的超級(jí)電容具有10萬(wàn)次高頻耐受的充放電能力，從而實(shí)現(xiàn)了低成本、高效率的超級(jí)電容和蓄電池組的有效電源管理，可以用于汽車領(lǐng)域，也可以應(yīng)用于電梯、發(fā)電、輪船和飛機(jī)等領(lǐng)域的能源存儲(chǔ)和利用管理。
以上內(nèi)容是結(jié)合具體的優(yōu)選實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明所作的進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，不能認(rèn)定本發(fā)明的具體實(shí)施只局限于這些說(shuō)明。對(duì)于本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干簡(jiǎn)單推演或替換。