[发明专利]基于太阳能光伏系统中超级电容混合储能系统

说明书

技术领域

本发明属于新能源技术领域，涉及一种基于太阳能光伏系统中超级电容混合储能系统。

背景技术

随着能源短缺问题日益突出，太阳能、风能等新型无污染的替代能源应用日益受到重视。独立的太阳能照明系统因其结构简单、无需铺设电缆， 且搭建、携带较为方便等特点在照明领域有着广泛应用前景。

但目前急需解决的有铅酸蓄电池使用寿命较短及系统在弱光条件下充电能力不足这两大问题。系统储能元件铅酸蓄电池设计寿命约三年，但由于充电方式、存储方式以及人为等诸多因素的影响导致其使用寿命过短，需要经常更换， 不仅加大了使用成本也影响了系统的稳定性。另外大部分已使用的系统在弱光条件下充电能力不足，导致系统太阳能板利用率不高； 传统提高弱光充电能力的方法是采用组态优化控制来实现， 即根据外界光照强弱采用继电器控制太阳能板组件按照串联或并联等不同的组合方式给蓄电池充电， 确保太阳能板组件输出电压始终达到设定充电电压。专利CN201010125915.7提出了这样的充电方式，这种方法虽然可以实现弱光充电，但在组态变化的瞬间，电路输出电压波动较大，影响系统稳定性。此外，专利200620013904.9采用继电器控制，继电器的机械开关触点在工作较长时间后容易磨损失灵甚至引起误操作。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提出了一种考虑到蓄电池的充电特性，采用超级电容器和电池组合成混合储能系统。同时混合储能采用智能控制芯片实现蓄电池分段充放电控制管理。

本发明解决技术问题所采取的技术方案为：

本发明包括光伏阵列、电压电流采样模块、模数转换器、单片机、开关电路、超级电容组、DC/DC模块、智能芯片、储能电源和温度采用模块。光伏阵列依次经过电压电流采样模块和模数转换器将数字信号反馈至单片机，单片机根据光伏阵列的工作状况，输出PWM信号使开关电路工作，开关电路控制光伏阵列与超级电容组之间的导通与关断，超级电容组经DC/DC模块后与储能电源并联，在储能电源外部设置有温度采用模块，温度采用模块的输出端与智能芯片输入端信号连接，智能芯片控制DC/DC模块。

本发明采用储能电源与超级电容器组混合储能， 结合超级电容功率密度高及铅酸蓄电池能量密度高的特点，提高储能系统性能。采用超级电容器组及升降压电路（DC/DC模块）来实现弱光条件下有效充电，并采用智能电池管理系统，实现对蓄电池智能化充电管理， 延长蓄电池使用寿命。同时超级电容器和储能电源并联，可以有效提高系统弱光充电能力。该发明经过实际测量，精度很高，且电路简单、成本低、容易实现。

附图说明

图1是本发明的电路结构示意图；

图2是本发明的充电原理图；

图3是温度补偿电路图；

图4是智能芯片输出脉冲与DC/DC模块输出波形图。

具体实施方式

下面结合实施例对发明作进一步说明。

如图1所示，本实施例包括光伏阵列、电压电流采样模块、模数转换器ADC、单片机、开关电路(由PMOS 管实现)、超级电容组、DC/DC、智能芯片、储能电源和温度采用模块。光伏阵列依次经过电压电流采样模块和模数转换器ADC将数字信号反馈至单片机，单片机根据光伏阵列的工作状况，输出PWM信号使PMOS 管工作，实现对光伏阵列的最大功率跟踪。超级电容组经DC/DC后与储能电源并联，在储能电源外部设置有温度采用模块，温度采用模块的输出端与智能芯片输入端信号连接，智能芯片控制DC/DC。本实施例中的储能电源选用12V，100Ah胶体密封铅酸蓄电池，也可以是锂离子电池，但是不局限于二者，其他储能电源也可以使用。

如图2所示，本实施例中的智能芯片选定UC3909芯片，此时可以根据混合储能系统中蓄电池的状态实现涓流充电、恒流充电、恒压充电和浮充充电四个阶段合理充电。就四种状态说明如下：

状态1：涓流充电。

当蓄电池电压低于充电使能电压U_T，充电器提供很小的涓流I_T进行充电， I_T一般约为0. 01C（C为蓄电池容量）。

状态2：恒流充电。

当蓄电池的电压达到充电使能电压U_T时， 充电器提供一个大电流I_BULK对蓄电池进行恒流充电， 这一阶段是充电的主要阶段， 蓄电池端电压上升很快， 直至电压上升到过压充电电压U_OC时进入恒压充电阶段。

状态3：恒压充电。