[发明专利]非均衡管理光伏锂电储能模组控制器

说明书

技术领域

本发明涉及一种非均衡光伏锂电储能模组控制器。

背景技术

太阳能作为一种新型能源已经引起人们的日益重视，作为其主要应用之一的光伏发电有着广阔的市场前景。然而，太阳能的主要缺点是能量不稳定，其白天有晚上无，晴天强阴天弱，通常需要配备储能电池来平抑太阳能不稳定性的影响。因此，光伏储能发电系统应运而生，其包括用于将太阳能转换成电能的光伏电池及用于存储光伏电池产生电能的储能电池。现有的储能电池主要包括铅酸电池和锂离子电池等。

由于铅酸蓄电池具有性能稳定、安全可靠、价格便宜等优势，目前占据了光伏系统储能95%以上的市场份额。但是，铅酸电池有其固有的缺点，其一是能量密度很低(30～50Wh/kg)，使得系统非常庞大、笨重，其二是循环寿命很短（300～500次循环），导致使用年限短（一般2～3年）。而锂电池具有非常高的能量密度，是铅酸电池的3～4倍，循环寿命长，可以达到3000次以上，在光伏储能发电领域中具有非常大的应用潜力。目前制约其发展和推广的一个因素是价格高，以12V/100Ah电池组为例，免维护阀控铅酸电池的市场售价为1000～1500元，而磷酸铁锂电池组市场价格为3000～4000元，是铅酸电池价格的3～4倍。但考虑磷酸铁锂电池循环寿命是铅酸电池的4～5倍，太阳能储能系统中采用锂电池反而会比铅酸电池更为经济。目前市场上已经有太阳能系统专用锂离子电池组出售，国内的电信运行商也在积极调研锂电池在通信领域中的应用前景。锂电池在储能电源、电动车辆等多方面的应用研究也在如火如荼的开展之中。可以预见，随着锂电池技术的逐步成熟，锂电池将会逐步替代铅酸电池而成为光伏发电系统储能的主力军。

现有的锂离子电池储能方式主要为：首先将多个锂离子电池串联成组，再与光伏电池电连接。然而，由于很难保证该多个锂离子电池在充放电过程中的性能均一，因此在进行充放电时容易出现锂离子电池间充放不均衡或单个锂离子电池过充、过放，使整个锂离子电池组的循环使用寿命大大降低。此外，当其中一个锂离子电池过充时，该锂离子电池内部会因不可逆的化学反应而释放热量，进而使该锂离子电池内部温度升高而引发起火、爆炸；而当其中一个锂离子电池过放时，该锂离子电池会发生短路，进而使与其串联的其他锂离子电池的电压过高，并引发起火、爆炸。因此，当其中一个锂离子电池过充或过放时，不仅会使整个锂离子电池组的循环使用寿命降低，也会存在诸多安全隐患。

为了提高锂离子电池组使用寿命和光伏锂电储能发电系统的安全性，目前已提出基于锂离子电池非均衡管理的光伏锂电储能系统，其结构和功能为，其包括多个相互串联的光伏蓄电模块，该每个光伏蓄电模块包括一锂离子电池单元及一用于向所述锂离子电池单元充电的光伏电池单元，并且进一步包括一用于控制所述锂离子电池单元进行充电和放电、并分别与所述光伏电池单元和所述锂离子电池单元电连接的电池管理单元。所述电池管理单元通过简单的电压比较和切换控制实现所述光伏电池单元对所述锂离子电池单元的充电、所述锂离子电池单元的放电及模块的对外供电，通过模块的独立控制，降低了锂离子电池单体容量差异对于系统影响，实现了串联锂离子电池组的非均衡管理，提高了系统的循环使用寿命和安全性。