[发明专利]一种兼具高功率密度和高能量密度的混合储能系统及其电力调节方法

权利要求书

1.一种兼具高功率密度和高能量密度的混合储能系统，其特征在于：包括功率型储能元件、能量型储能元件、功率控制器A和功率控制器B；所述功率型储能元件采用超级电容器；所述能量型储能元件采用蓄电池；所述蓄电池接于功率控制器A的低压侧；功率控制器A的高压侧接入超级电容器后与功率控制器B连接；

所述功率控制器A用于实时监测其高压侧接入的超级电容器的端电压，从而判定其荷电状态，进而控制蓄电池进行相应的功率吞吐，以维持超级电容器在合理的荷电状态；

所述功率控制器B作为本混合储能系统的对外接口，其与外部系统连接，用于控制本混合储能系统与外部系统之间的功率交换，对本混合储能系统整体吞吐功率进行精确调节。

2.根据权利要求1所述的兼具高功率密度和高能量密度的混合储能系统，其特征在于：本混合储能系统为直流储能系统，当外部系统为交流系统时，功率控制器B采用三相半桥VSR拓扑结构控制直流储能系统与外部交流系统之间的双向功率交换；当外部系统为直流系统时，功率控制器B采用双向斩波器结构，控制直流储能系统与外部直流系统之间的功率交换。

3.根据权利要求2所述的兼具高功率密度和高能量密度的混合储能系统，其特征在于：所述功率控制器A也是采用双向斩波器结构。

4.根据权利要求3所述的兼具高功率密度和高能量密度的混合储能系统，其特征在于：所述双向斩波器结构选用BUCK-BOOST型双向斩波器拓扑结构，

该BUCK-BOOST型双向斩波器拓扑结构包括储能电感L1，功率开关管G1、G2，续流二极管D1、D2及输出滤波电容C1；双向斩波器低压侧电源正端经过储能电感L1接到功率开关管G1的漏极，并同时接到功率开关管G2的源极，功率开关管G1的源极接入双向斩波器的负端，功率开关管G2的漏极接入双向斩波器高压侧电源的正端，滤波电容C1并联到高压侧两端，续流二极管D1、D2分别反并联到功率开关管G1、G2的漏极与源极之间。

5.根据权利要求2所述的兼具高功率密度和高能量密度的混合储能系统，其特征在于：所述三相半桥VSR拓扑结构包括：功率开关管G3、G4、G5、G6、G7、G8，续流二极管D3、D4、D5、D6、D7、D8，直流侧电容C2以及交流侧滤波电感L2、L3、L4；

功率开关管G3、G4、G5的漏极一起接到直流侧电容C2的正极，功率开关管G3、G4、G5的源极分别与功率开关管G6、G7、G8的漏极相连接，功率开关管G6、G7、G8的源极一起接到直流侧电容C2的负极；续流二极管D3、D4、D5、D6、D7、D8依次分别反并联在功率开关管G3、G4、G5、G6、G7、G8的漏极与源极之间；

交流侧滤波电感L4的输入端接入到功率开关管G3的源极与功率开关管G6的漏极之间的连接线路上；交流侧滤波电感L3的输入端接入到功率开关管G4的源极与功率开关管G7的漏极之间的连接线路上；交流侧滤波电感L2的输入端接入到功率开关管G5的源极与功率开关管G8的漏极之间的连接线路上；交流侧滤波电感L2、L3、L4滤波输出后接入外部交流系统中。

6.一种如权利要求1-5任一项权利要求所述的兼具高功率密度和高能量密度的混合储能系统的电力调节方法，其特征在于：

设定：本混合储能系统的能量管理规则为：在储能系统进行能量/功率吞吐的过程中，超级电容器要始终遵循优先充放电的原则；蓄电池作为后备能源，用于对超级电容器的荷电状态进行实时调节；

电力调节方法：当超级电容器的端电压偏高时，通过功率控制器A控制蓄电池以额定功率充电，以吸收超级电容器中过多的能量；当超级电容器的端电压偏低时，通过功率控制器A控制蓄电池以额定功率放电，以补充超级电容器的能量。

7.根据权利要求6所述的兼具高功率密度和高能量密度的混合储能系统的电力调节方法，其特征在于：功率控制器A采用BUCK-BOOST型双向斩波器拓扑结构对蓄电池充放电功率进行调节的方法为：通过对功率开关管G1、G2的通断控制，实现能量由低压侧到高压侧或由高压侧到低压侧的双向流动；当一个周期内电感中由低压侧流向高压侧的能量大于由高压侧流向低压侧的能量时，变换器运行于升压斩波状态；反之，变换器运行于降压斩波状态；电感在每个周期内沿正反两个方向存储能量的大小取决于功率开关管G1、G2的通断时间，以及低压侧电源与高压侧电源电压的大小；在高压侧、低压侧电源电压确定的情况下，通过调节功率开关管G1、G2的导通时间，可精确控制电感能量电流的方向和大小，从而实现对蓄电池充放电功率的精确调节。