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储能系统及方法

储能系统及方法

在一种包括蓄电池和超级电容器的储能系统中,电容器的荷电状态(SOC)是动态设定点的主体。该动态设定点控制是存储系统接触的载荷机制的函数,例如混合动力汽车或电动汽车。该控制可以部分基于负载电流的实时快速傅里叶变换分析,允许对控制系数进行实时调整。这样,当期望电容器能够吸收大电流,例如从再生制动,可以最大限度地减少电容器被充满电的发生。同样地,当期望使升压功率可用时,可以最大限度地减少电容器几乎不放电的发生。因此,即便是相对较小的超级电容器(可能是蓄电池储容量的二百分之一)也可以允许大大减少在蓄电池中散发出的废热,并可以减少电流流入或流出蓄电池的不必要循环。这样可以延长蓄电池的使用寿命并提高蓄电池的性能。

暂时提前转向图13,我们看到的是从后视镜调节系统201以及从座椅调节系统202接收输入的控制器55。

图3示出了根据现有技术的具有超级电容器和蓄电池的储能系统;

对于控制器的其他输入包括线路44上超级电容器中的温度测量值以及线路52上蓄电池中的温度测量值,以及线路161上的环境温度测量值。在不背离本发明的情况下,例如可以通过RTD或热电偶或其他方式进行这些温度测量。根据所使用的传感器(图12中为了清楚起见而被省略)的类型将每一个这样的信号传递给合适的模拟处理电路,再传递给多路复用器164、模数转换器166,进而传递给处理器167。

针对附图对本发明进行说明,其中: 图I示出了根据现有技术的具有内燃机和储能系统的现有技术混合动力汽车;

根据本发明,用于储能系统34的控制器可以使图9的电流与图7以及图8所示的电流叠加。正如更详细描述的一样,正当有助于电容器能够提高传输给电机24的功率时,这允许将超级电容器28的几乎快耗尽的不满意结果降到最低(或甚至消除)。类似地,正当有助于电容器能够存储发电机24所传输的一部分功率时,这允许将超级电容器28的达到充满电的不满意结果降到最低(或甚至消除)。

图I示出了混合动力汽车21的简化框图。内燃机和交流发电机23为电动发电机24提供功率,该电动发电机转而机械地耦合至传动系和轮子25。重要地是,该汽车使用再生制动,其中,通过将经过传动系25至电动发电机24的动能转化为储能系统26中存储的电能来使汽车减速。将储能系统26理想化为位于端子30,31的两端器件。在现有的许多混合动力汽车中,储能系统26的主要组成部分(或许只有这个组成部分)是电化学蓄电池22。通过再生制动产生的并存储在存储系统26中的能量可以稍后用来代替发动机交流发电机23的能量为电动发电机24供电,或作为除了发动机交流发电机23的能量以外的能量为电动发电机24提供动力。

图4示出了针对具有超级电容器和蓄电池的储能系统的第一拓扑结构的功能框图;

当电容器接近耗尽,例如,然后就期望将大功率传输给电机的这方面来说,这样的传输不能来自电容器,而能够由蓄电池传输的这种功率会受传输此功率的蓄电池的能力的限制。例如,如果我们将蓄电池建模为具有一定的内电阻,那么预计从蓄电池引出高电平功率的努力将使蓄电池发热。这种发热会浪费能量并存在缩短蓄电池寿命的风险。

要理解,与(例如)锂离子蓄电池组储能容量以及为系统设计的功率容量相比,这些比率取决于相对的超级电容器储能容量。

如上所述,简化了图I。例如,图I示出了通过变速箱和两个差速器与四个轮子连接的单个电动发电机24。然而,应理解,另一种方法是采用四个电动发电机,每个电动发电机与各自的轮子机械耦合。

在许多大功率系统中,超级电容器与蓄电池相结合的效果好于单独的蓄电池。但现有的系统,即便是那些采用超级电容器和蓄电池的系统,也留有许多改进的余地。该系统的性能在实际载荷和服务使用的全范围中远没有那么好。且蓄电池持续的时间并没有人们所希望的那样长。正如下文详细阐述的,本发明提出了具有更好的性能以及所期望的更长的蓄电池使用寿命。但是,首先要提供一些背景,其可以创建一些术语并且可以帮助了解直到现在也尚未满足的极大需求。