控制不同能量存储装置之间的能量流动的方法和设备制造方法及图纸

本发明专利技术提供并公开了一种能量存储系统，其使用多种成分的电池并且提供不同类型的电池之间的改进的负载分配。该能量存储系统包括至少两个电池，其中每个电池具有用于存储能量的不同化学成分。一个电池被配置用于快速充电/放电，且另一个电池被配置用于较慢的充电/放电。每个电池经由能量调节器连接到公共连接。调节器最初被配置为使得连接在公共连接与被配置用于快速充电/放电的电池之间的能量调节器最初响应于公共连接处的电力需求的变化。如果电力需求继续，则第一调节器减少在第一电池与公共连接之间传递的能量的量，而第二调节器开始在第二电池与公共连接之间传递能量。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】控制不同能量存储装置之间的能量流动的方法和设备专利技术背景1.
本专利技术涉及控制一个或多个发电源与多个能量存储装置之间的能量流动的方法和设备。特别地，本专利技术基于短期和长期能量起伏(fluctuation，波动)两者来管理能量存储系统中使用的至少两个不同能量存储装置之间的能量传递，以有效地传递能量。2.
技术介绍
近年来，对能量的需求增加以及对化石燃料供应及其相应污染的担忧增加已经导致对可再生能量源的兴趣增加。最常见和发展最好的两种可再生能量源是光伏能和风能。其他可再生能量源可以包括燃料电池、水电能源、潮汐能以及生物燃料或生物质发电机。然而，使用可再生能量源来生成电能存在一些挑战。将可再生能量源连接到现有AC电网(无论是公用电网还是离网型系统)的最大挑战之一是可再生能量源通常提供可变的能量供应。例如，供应可能随风量、云层或一天中的时间的不同而变化。此外，不同的能源提供不同类型的电能。例如，风力涡轮机更适合于提供交流(AC)能量，而光伏电池更适合于提供直流(DC)能量。结果，将多种可再生能量源与其他发电系统诸如公用电网、独立微型涡轮机和发电机或燃料电池组合成具有AC和/或DC输出的单个系统需要将这些不同的能源进行整合。由一些可再生源供应的能量的可变性质也可能使得期望将能量存储装置整合在电力系统中。能量存储装置可以在可再生-源或者替代地公用电网或其他发电源的峰值产量时段期间进行充电。当可再生源所产生的能量比系统中的负载所需的能量更少时，能量存储装置然后可以传送所存储的能量以补充可再生源。大多数电能存储装置是电池，当对电池充电时电池经由第一化学反应将电能转化为势能，并且当从电池汲取电力时电池执行第二化学反应以将势能转化回电能。这两种化学反应旨在是互补的并且是可逆的，使得能量可以被反复地储存和从电池汲取。此外，不同类型的电池在其相应的反应中使用不同的化学物质。某些化学反应更适合用于快速充电和放电，而其他化学反应更适合用于慢的充电和放电。通常使用电力(power，功率)转换器来调节流到能量存储装置和来自能量存储装置的能量。在许多应用中，可以使用单个能量存储装置并且提供单个电力转换器来调节流到该存储装置的能量。在其他应用中，可能期望更高的能量存储量并且可能需要多个能量存储装置。已知多个能量存储装置可以成组地连接到单个电力转换器或者单独地连接到多个电力转换器。然而，根据历史的观点，当期望更高水平的能量存储时，选择单一类型的电池和/或电力转换器，使得装置可以以统一的方式进行充电和放电。如果选择具有不同化学成分的电池，则一种成分的电池可能以比另一种成分的电池更快的速率进行充电/放电。结果，一种成分的电池可能由于过度循环而容易失效。其他成分的电池可能由于部分的充电/放电循环而容易过早失效。因而，将期望提供使用多种成分的电池并且提供不同类型的电池之间的改进的负载分配的能量存储系统。
技术实现思路
与前述内容相一致并且根据如本文所体现和广泛描述的本专利技术，公开了一种使用多种成分的电池并且提供不同类型的电池之间的改进的负载分配的能量存储系统。该能量存储系统至少包括第一能量存储装置和第二能量存储装置，其中每个能量存储装置使用不同的化学成分来存储能量。第一能量存储装置可以具有适合于以快的速率从能量存储装置供应能量或者将能量存储在能量储存装置中的化学成分，并且第二能量存储装置可以具有适合于以较慢的速率从能量存储装置供应能量或者将能量存储在能量存储装置中的化学成分。预期每个能量存储装置可以包括串联、并联或其组合连接的多个电池。一个或多个调节器操作地连接到每个能量存储装置，以在能量存储装置与能量存储系统的公共连接点之间传递能量。能量产生源可以连接到公共连接点以供应用于对能量存储装置充电的能量，并且电负载可以连接到公共连接点以从能量存储装置汲取能量。每个调节器都被配置为独立于能量存储系统中的其他调节器进行操作。根据本专利技术的一个实施方式，每个调节器包括电压设定点，将该电压设定点与存在于公共连接点处的电压电势进行比较，并且使用该电压设定点来确定能量调节器是否需要将电力传递到能量存储装置或从能量存储装置传递电力。设定点最初(initial，初始)被配置为使得连接在公共连接点与适合于快速充电/放电的能量存储装置之间的能量调节器在连接在公共连接点与适合于较慢的充电/放电的能量存储装置之间的能量调节器之前响应公共连接点处的电压变化。如果在公共连接点处需求电力超过最初持续时间，则将第一调节器中的设定点调节到超过第二调节器中的设定点的水平，使得第一调节器减少由第一能量存储装置供应或存储在第一能量存储装置中的能量的量，并且第二调节器开始从第二能量存储装置供应能量或者将能量存储在第二能量存储装置中。如果公共连接点处的电力需求延续超过第二持续时间，则第一调节器不再在第一能量存储装置与公共连接点之间传递能量，而是第二调节器通过在公共连接点与第二能量存储装置之间传递能量来管理电力需求。如果需求发生后续变化，第一能量调节器继续响应最初的需求变化，且第二能量调节器响应长期的需求变化。根据本专利技术的另一个实施方式，公开了控制能量存储系统的方法。能量存储系统包括第一能量存储装置和第二能量存储装置，并且第二能量存储装置具有与第一能量存储装置不同的用于存储能量的化学成分。从能量存储系统用第一调节器识别电力需求的变化，其中第一调节器操作地连接在第一能量存储装置与能量存储系统的公共连接点之间。还从能量存储系统用第二调节器来识别电力需求的变化，其中第二调节器操作地连接在第二能量存储装置与能量存储系统的公共连接点之间。响应于最初识别到电力需求的变化，能量经由第一调节器在能量存储系统的公共连接点与第一能量存储装置之间传递，同时阻止能量经由第二调节器在能量存储系统的公共连接点与第二能量存储装置之间传递。当电力需求的变化延续达第一持续时间时，在第二持续时间内，经由第一调节器在能量存储系统的公共连接点与第一能量存储装置之间传递的能量减少，并且经由第二调节器在能量存储系统的公共连接点与第二能量存储装置之间传递的能量增加。当电力需求的变化延续超过第二持续时间时，经由第一调节器在能量存储系统的公共连接点与第一能量存储装置之间传递能量被阻止，并且能量经由第二调节器在能量存储系统的公共连接点与第二能量存储装置之间传递。根据本专利技术的另一方面，公共连接点可以是操作地连接到第一调节器和第二调节器中的每一个的公共DC母线(bus，总线)。可以在第一调节器中设定第一低电压设定点和第一高电压设定点，并且可以在第二调节器中设定第二低电压设定点和第二高电压设定点。存在于公共DC母线上的DC电压可以用第一调节器和第二调节器中的每一个来监测。可以从能量存储系统使用第一调节器通过将存在于公共DC母线上的DC电压与第一低电压设定点和第一高电压设定点进行比较来监测电力需求的变化，并且可以从能量存储系统使用第二调节器通过将存在于公共DC母线上的DC电压与第二低电压设定点和第二高电压设定点进行比较来监测电力需求的变化。第一低电压设定点可以大于第二低电压设定点并且第一高电压设定点可以小于第二高电压设定点。根据本专利技术的又一方面，第二能量存储装置包括多个电池，并且多个电池中的每一个包括操作地连接在相应电池与公共DC母线之间的第二调节器。第本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种控制能量存储系统的方法，其中，所述能量存储系统包括第一能量存储装置和第二能量存储装置，并且其中所述第二能量存储装置具有与所述第一能量存储装置不同的用于存储能量的化学成分，所述方法包括：从所述能量存储系统用第一调节器识别电力需求的变化，其中所述第一调节器操作地连接在所述第一能量存储装置与所述能量存储系统的公共连接点之间；从所述能量存储系统用第二调节器识别所述电力需求的变化，其中所述第二调节器操作地连接在所述第二能量存储装置与所述能量存储系统的所述公共连接点之间；响应于最初识别到所述电力需求的变化，经由所述第一调节器在所述能量存储系统的所述公共连接点与所述第一能量存储装置之间传递能量；响应于最初识别到所述电力需求的变化，阻止经由所述第二调节器在所述能量存储系统的所述公共连接点与所述第二能量存储装置之间传递能量；当所述电力需求的变化延续达第一持续时间时，在第二持续时间内减少经由所述第一调节器在所述能量存储系统的所述公共连接点与所述第一能量存储装置之间传递的能量；当所述电力需求的变化延续达所述第一持续时间时，在所述第二持续时间内增加经由所述第二调节器在所述能量存储系统的所述公共连接点与所述第二能量存储装置之间传递的能量；当所述电力需求的变化延续超过所述第二持续时间时，阻止经由所述第一调节器在所述能量存储系统的所述公共连接点与所述第一能量存储装置之间传递能量；以及当所述电力需求的变化延续超过所述第二持续时间时，经由所述第二调节器在所述能量存储系统的所述公共连接点与所述第二能量存储装置之间传递能量。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.09.03 US 14/844,7421.一种控制能量存储系统的方法，其中，所述能量存储系统包括第一能量存储装置和第二能量存储装置，并且其中所述第二能量存储装置具有与所述第一能量存储装置不同的用于存储能量的化学成分，所述方法包括：从所述能量存储系统用第一调节器识别电力需求的变化，其中所述第一调节器操作地连接在所述第一能量存储装置与所述能量存储系统的公共连接点之间；从所述能量存储系统用第二调节器识别所述电力需求的变化，其中所述第二调节器操作地连接在所述第二能量存储装置与所述能量存储系统的所述公共连接点之间；响应于最初识别到所述电力需求的变化，经由所述第一调节器在所述能量存储系统的所述公共连接点与所述第一能量存储装置之间传递能量；响应于最初识别到所述电力需求的变化，阻止经由所述第二调节器在所述能量存储系统的所述公共连接点与所述第二能量存储装置之间传递能量；当所述电力需求的变化延续达第一持续时间时，在第二持续时间内减少经由所述第一调节器在所述能量存储系统的所述公共连接点与所述第一能量存储装置之间传递的能量；当所述电力需求的变化延续达所述第一持续时间时，在所述第二持续时间内增加经由所述第二调节器在所述能量存储系统的所述公共连接点与所述第二能量存储装置之间传递的能量；当所述电力需求的变化延续超过所述第二持续时间时，阻止经由所述第一调节器在所述能量存储系统的所述公共连接点与所述第一能量存储装置之间传递能量；以及当所述电力需求的变化延续超过所述第二持续时间时，经由所述第二调节器在所述能量存储系统的所述公共连接点与所述第二能量存储装置之间传递能量。2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述公共连接点是操作地连接到所述第一调节器和所述第二调节器中的每一个的公共DC母线。3.根据权利要求2所述的方法，还包括以下步骤：在所述第一调节器中设定第一低电压设定点和第一高电压设定点；在所述第二调节器中设定第二低电压设定点和第二高电压设定点；以及用所述第一调节器和所述第二调节器中的每一个监测所述公共DC母线上存在的DC电压，其中：从所述能量存储系统用所述第一调节器识别电力需求的变化的步骤包括：将存在于所述公共DC母线上的所述DC电压与所述第一低电压设定点和所述第一高电压设定点进行比较，并且从所述能量存储系统用所述第二调节器识别所述电力需求的变化的步骤包括：将存在于所述公共DC母线上的所述DC电压与所述第二低电压设定点和所述第二高电压设定点进行比较。4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述第一低电压设定点大于所述第二低电压设定点，并且所述第一高电压设定点小于所述第二高电压设定点。5.根据权利要求3所述的方法，其中：所述第二能量存储装置包括多个电池；所述多个电池中的每一个包括操作地连接在相应电池与所述公共DC母线之间的第二调节器；所述第二调节器中的每一个包括第二低电压设定点和第二高电压设定点；所述第二低电压设定点中的至少一个不同于其他第二低电压设定点；所述第二高电压设定点中的至少一个不同于其他第二高电压设定点；并且所述第一低电压设定点大于所述第二低电压设定点中的每一个，并且所述第一高电压设定点小于所述第二高电压设定点中的每一个。6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一调节器包括存储阈值的存储器和可操作以实现计数的处理器，并且其中当所述第一调节器在所述第一能量存储装置与所述公共连接点之间传递能量时，所述方法还包括以下步骤：用所述处理器使计数值递增；将所述计数值与所述阈值进行比较；和当所述计数值超过所述阈值时，确定所述电力需求的变化已经延续达所述第一持续时间。7.根据权利要求1所述的方法，其中，所述能量存储系统还包括与所述第一调节器和所述第二调节器通信的中央控制器，还包括以下步骤：用所述中央控制器识别所述公共连接点处的电力需求的变化，其中用所述第一调节器和所述第二调节器识别所述电力需求的变化的步骤包括从所述中央控制器接收与所述电力需求的变化对应的信号；以及用所述中央控制器监测所述第一调节器在所述公共连接点与所述第一能量存储装置之间传递能量的持续时间和所述第二调节器在所述公共连接点与所述第二能量存储装置之间传递能量的持续时间，其中所述中央控制器向所述第一调节器和所述第二调节器中的每一个生成控制信号以控制所述第一调节器和所述第二调节器的操作。8.一种用于大容量能量存储应用的能量存储系统，所述能量存储系统包括：具有第一化学成分的第一能量存储装置，其中所述第一化学成分限定所述第一能量存储装置的至少一种能量存储特性；具有第二化学成分的第二能量存储装置，其中所述第二化学成分限定所述第二能量存储装置的至少一种能量存储特性，并且其中所述第二化学成分不同于所述第一化学成分；第一调节器，操作地连接在所述第一能量存储装置与公共连接点之间，其中所述公共连接点提供用于向所述能量存储系统传递能量和从所述能量存储系统传递能量的电连接；和第二调节器，操作地连接在所述第二能量存储装置与所述公共连接点之间，其中：所述第一调节器和所述第二调节器各自监测所述公共连接点处的电力需求，所述第一调节器响应于所述电力需求的变化而最初在所述第一能量存储装置与所述公共连接点之间传递能量，当所述电力需求的变化延续达第一持续时间时，所述能量传递在第二持续时间内从所述第一调节器向所述第二调节器过渡，并且当所述电力需求的变化延续超过第二持续时间时，所述第二调节器在所述第二能量存储装置与所述公共连接点之间传递能量。9.根据权利要求8所述的能量存储系统，还包括公共DC母线，其中，所述公共连接点建立了所述能量存储系统的所述公共DC母线与外部DC母线之间的电连...

【专利技术属性】
技术研发人员：托马斯·A·劳本斯坦，南森·科德，
申请(专利权)人：安辛可公司，
类型：发明
国别省市：美国,US