一种用于电梯的混合储能装置及其控制方法制造方法及图纸

一种用于电梯的混合储能装置，包括超级电容器组［１０］，蓄电池组［２０］，超级电容器充放电电路［３０］，蓄电池充放电电路［４０］，超级电容器充放电控制电路［５０］，蓄电池充放电控制电路［６０］。超级电容器组［１０］通过超级电容器充放电电路［３０］与直流母线连接，并通过蓄电池充放电电路［４０］与蓄电池组［２０］连接。本发明专利技术通过控制超级电容器充放电控制电路［５０］和蓄电池充放电控制电路［６０］，可实现不间断供电和功率缓冲，提高了储能装置的性能；并可使超级电容器组［１０］和蓄电池组［２０］的安装容量最小化，节约了成本；还可使蓄电池组［２０］处于优化的充放电工作状态，减少充放电循环次数，或减小放电深度，延长使用寿命。

【技术实现步骤摘要】
一种用于电梯的混合储能装置及其控制方法
本专利技术涉及一种混合储能装置及其控制方法，特别涉及用于电梯的混合储能装置及其控制方法。
技术介绍
在电梯的驱动系统中，一般采用变频器驱动方式。将电网进行直接整流，并汇流到直流母线，形成一个直流供电系统，控制变频器以变压变频方式工作输出三相交流电驱动电梯电机。在这个直流供电系统中，由于电梯电机负荷的较强非阻性，在启动或加速时会从直流母线中吸收较大的功率，导致母线电压降低；而在停机或减速时又会因为电机处于发电状态而向直流母线馈电，导致母线电压升高。直流母线电压波动过大，会影响系统中变频器及电梯辅助设备的工作性能。在电机驱动系统中一般要在直流母线间配置能量泄放回路，但会造成一定的能量损失，降低了系统的经济性。此外，当电网停电或者发生瞬时电压中断或跌落时，如果没有备用能量支撑，直流供电系统会停电，导致电机及其它电梯辅助设备无法运行，给人员、货物和装置带来不便甚至危险。配置储能装置，如，可充电蓄电池、超级电容器、飞轮储能装置等，在电网停电、或电压中断或跌落时，可以为直流母线提供一定时间的能量支撑，以保证人员和货物到达安全的位置并打开电梯门。此外，储能装置还可以起到功率缓冲器的作用。当负载功率需求增大时，储能装置输出电能，与电网一起提供所需的功率，可以减小对电网的功率需求；在负载产生功率回馈时，储能装置吸收一部分功率，避免直流母线电压过高，可以节省泄放回路或者减小其安装容量。可充电蓄电池是一种应用非常普遍的储能装置，如铅酸蓄电池、镉镍蓄电池、镍氢蓄电池等。将其应用于电梯的供电系统，直接与直流母线连接，或者通过充放电装置与直流母线相连，作为系统的应急电源，或者功率缓冲器。美国专利US6457565B2公开了一种电梯用应急电源。电网经过整流滤波后汇接到直流母线，直流母线驱动电机的变频器，采用可充电蓄电池作为储能装置，并通过可充电/放电的双向功率变换器与直流母线连接。当负荷较轻时，直流母线通过功率变换器给蓄电池充电。当由于电机产生能量回馈而导致母线电压升高时，直流母线通过功率变换器给蓄电池充电，并在负荷较重时释放出来以起到功率缓冲的作用。当电网停电，或者发生电压短时中断或跌落时，蓄电池通过功率变换器释放能量以维持直流-->母线电压在正常的范围内，以保证系统的正常工作。将可充电蓄电池应用于电梯的供电系统，存在一定的不足之处。首先，蓄电池在工作过程中电极活性物质会发生化学变化，引起电极结构的膨胀和收缩，导致蓄电池性能的衰减。在电梯的供电系统中，由于蓄电池要不断地吸收能量和释放能量，在电网供电不可靠的地区为保证不间断供电还要经常进行深度充放电，导致蓄电池使用寿命的缩短，需要经常更换，增加了系统的成本。其次，蓄电池放电后的容量恢复时间较长，电网停电恢复后，由于蓄电池的放电深度较大，一般需要经过很长的时间才能使容量恢复到一定的水平，导致电梯在停电后要经过很长的恢复时间才能再次安全运行。第三，蓄电池的功率密度较小，而电梯的功率较大，为了使母线电压维持在一定的范围内，蓄电池需要具有很大的功率能力。因此，在实际设计中，要配置容量很大的蓄电池组，提高了系统的成本，降低了经济性。此外，蓄电池的充放电效率较低，需要经常维护，而且使用后的金属材料不易处理，会造成环境污染。超级电容器是近年来出现的一种新型储能器件，目前一般认为超级电容器包括双电层电容器(Electric Double Layer Capacitor)和电化学电容器(Electrochemical Capacitor)两大类。其中，双电层电容器采用高比表面积活性炭，并基于碳电极与电解液界面上的电荷分离而产生双电层电容而工作的。电化学电容器采用RuO2等贵金属氧化物作电极，在氧化物电极表面及体相发生氧化还原反应而产生吸附电容，又称为法拉第准电容，根据电极材料的不同可分为金属氧化物和导电性高分子聚合物两类电化学电容器。由于法拉第准电容的产生机理与电池相似，在相同电极面积的情况下，它的电容量是双电层电容的几倍；但双电层电容器瞬间大电流放电的功率特性比法拉第电容器好。超级电容器具有很好的功率特性，可以大电流、高效率、快速地充放电。由于充放电过程始终是物理过程，不发生电化学反应和电极结构的变化，因此其循环使用寿命长。此外，超级电容器还具有高低温性能良好、能量判断简单准确、无需维护和环境友好等诸多优点，正日益发展成为一种高效、实用的能量储存器件。美国专利US6938733B2公开了一种电梯应急电源装置，超级电容器组通过一种功率调节设备与直流母线连接，直流母线与变频器的输入端连接。当电网停电、电压跌落或中断时，超级电容器组通过功率调节设备向直流母线供电，以维持电机及电梯辅助设备的正常工作直至到达下一个楼层。超级电容器组通过功率调节设备，还可以不断地吸收或者释放能量，起到功率缓冲器的作用，以保证直流母线电压稳定并处于正常的范围内。尽管超级电容器具有很多优点，但其缺点也较明显。其能量密度与可充电蓄电池相比较-->低，目前双电层超级电容器的能量密度大约是阀控式铅酸蓄电池的20％，还不适宜于大容量的电力储能。由于电梯的功率较大，持续时间较长，如果采用超级电容器作为应急电源，需要配置很大容量的超级电容器组，才能提供所需的能量，这样会使设备过于庞大笨重。而且，目前超级电容器的价格较高，如此大容量的配置大幅度提高了系统的成本，降低了经济性。如果将超级电容器与可充电蓄电池混合使用，使蓄电池能量密度大与超级电容器功率密度大、循环寿命长等特点相结合，无疑会给电力储能装置的性能带来很大的提高。混合储能装置具有较好的储能能力和功率能力，能够缩小储能装置的体积，改善可靠性。蓄电池通过一定的方式与超级电容器并联工作，可以优化蓄电池的充放电过程，减少充放电循环次数，降低内部损耗，增加放电时间，延长使用寿命。采用超级电容器蓄电池储能装置，可以大幅度地提高系统的技术性能和经济性能，是解决目前电力储能问题的一个很好的选择。在美国专利US6938733B2公开的电梯应急电源装置中，为了延长应急电源的放电时间，该专利提出了采用可充电蓄电池和超级电容器组合的设计方法，但没有给出两种储能装置的具体组合方案和能量管理方法。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种电梯用混合储能装置和控制方法，为电梯提供在电网停电或者电压跌落、中断时的应急电源；并可以为因电机工况改变而导致的直流母线电压波动提供功率缓冲，维持母线电压稳定，以节省泄放回路或者减小其安装容量。本专利技术混合储能装置由超级电容器组、蓄电池组、超级电容器充放电电路、蓄电池充放电电路、超级电容器充放电控制电路，以及蓄电池充放电控制电路组成。超级电容器组通过超级电容器充放电电路与直流母线连接，并通过蓄电池充放电电路与蓄电池组连接，超级电容器充放电控制电路控制超级电容器充放电电路的工作过程，蓄电池充放电控制电路控制蓄电池充放电电路的工作过程。超级电容器可以采用双电层电容器，也可以采用电化学电容器。单体超级电容器先串联组成串联支路，再将两个或者两个以上的串联支路并联，组合成超级电容器组，具体的串并联组合方案视系统的实际情况而定。为了提高超级电容器组的容量利用率，并将单体电压限定在最高工作电压以下，超级电容器组可以采用串联均压器进行均压处理，还可本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于电梯的混合储能装置，其特征在于：包括超级电容器组［１０］、蓄电池组［２０］、超级电容器充放电电路［３０］、蓄电池充放电电路［４０］、超级电容器充放电控制电路［５０］、蓄电池充放电控制电路［６０］；超级电容器组［１０］通过超级电容器充放电电路［３０］与直流母线［１１］连接，并通过蓄电池充放电电路［４０］与蓄电池组［２０］连接；超级电容器充放电电路［３０］和蓄电池充放电电路［４０］采用非隔离型双向ＤＣ／ＤＣ功率变换器；超级电容器充放电控制电路［５０］包括信号采样单元［５１］、Ａ／Ｄ转换单元［５２］、用户指令单元［５３］、计算控制单元［５４］、以及隔离驱动单元［５５］；蓄电池充放电控制电路［６０］包括信号采样单元［６１］、Ａ／Ｄ转换单元［６２］、用户指令单元［６３］、计算控制单元［６４］以及隔离驱动单元［６５］；在超级电容器充放电控制电路［５０］中，信号采样单元［５１］采集系统的状态参数，输出电压信号给Ａ／Ｄ转换单元［５２］，Ａ／Ｄ转换单元［５２］将转换的数字信号送给计算控制单元［５４］，用户指令单元［５３］将用户指令送给计算控制单元［５４］，计算控制单元［５４］输出控制信号送给隔离驱动单元［５５］；在蓄电池充放电控制电路［６０］中，信号采样单元［６１］采集系统的状态参数，输出电压信号送给Ａ／Ｄ转换单元［６２］，Ａ／Ｄ转换单元［６２］将转换的数字信号送给计算控制单元［６４］，用户指令单元［６３］将用户指令送给计算控制单元［６４］，计算控制单元［６４］输出控制信号送给隔离驱动单元［６５］。...

【技术特征摘要】
1、一种用于电梯的混合储能装置，其特征在于：包括超级电容器组[10]、蓄电池组[20]、超级电容器充放电电路[30]、蓄电池充放电电路[40]、超级电容器充放电控制电路[50]、蓄电池充放电控制电路[60]；超级电容器组[10]通过超级电容器充放电电路[30]与直流母线[11]连接，并通过蓄电池充放电电路[40]与蓄电池组[20]连接；超级电容器充放电电路[30]和蓄电池充放电电路[40]采用非隔离型双向DC/DC功率变换器；超级电容器充放电控制电路[50]包括信号采样单元[51]、A/D转换单元[52]、用户指令单元[53]、计算控制单元[54]、以及隔离驱动单元[55]；蓄电池充放电控制电路[60]包括信号采样单元[61]、A/D转换单元[62]、用户指令单元[63]、计算控制单元[64]以及隔离驱动单元[65]；在超级电容器充放电控制电路[50]中，信号采样单元[51]采集系统的状态参数，输出电压信号给A/D转换单元[52]，A/D转换单元[52]将转换的数字信号送给计算控制单元[54]，用户指令单元[53]将用户指令送给计算控制单元[54]，计算控制单元[54]输出控制信号送给隔离驱动单元[55]；在蓄电池充放电控制电路[60]中，信号采样单元[61]采集系统的状态参数，输出电压信号送给A/D转换单元[62]，A/D转换单元[62]将转换的数字信号送给计算控制单元[64]，用户指令单元[63]将用户指令送给计算控制单元[64]，计算控制单元[64]输出控制信号送给隔离驱动单元[65]。2、如权利要求1所述的用于电梯的混合储能装置，其特征在于：超级电容器充放电电路[30]的双向DC/DC功率变换器由可控功率开关管[32和34]、功率二极管[33和35]、电感[31]、滤波电容[36和37]、输入输出端[38和39]组成；电感[31]的31a端与端口[38]的正端38a连接；电感[31]的31b端与功率开关管[32]的32a端和功率二极管[33]的阴极33a端连接，功率开关管[32]的32b端与二极管[33]的阳极33b连接，并与端口[38]的负端38b及端口[39]的负端39b连接；电感[31]的31b端与功率开关管[34]的34a端和功率二极管[35]的阳极35a端连接，功率开关管[34]的34b端与二极管[35]的阳极35b连接，并与端口[39]的正端39a连接；滤波电容器[36]与端口[38]并联连接，滤波电容器[37]与端口[39]并联连接。3、如权利要求1所述的用于电梯混合储能装置，其特征在于：蓄电池充放电电路[40]的双向DC/DC功率变换器由可控功率开关管[42和44]、功率二极管[43和45]、电感[41]、滤波电容[46和47]、输入输出端[48和49]组成；电感[41]的41a端与端口[48]的正端48a连接；电感[41]的41b端与功率开关管[42]的42a端和功率二极管[43]的阴极43a端连接，功率开关管[42]的42b端与二极管[43]的阳极43b连接，并与端口[48]的负端48b及端口[49]的负端49b连接；电感[41]的41b端与功率开关管[44]的44a端及功率二极管[45]的阳极45a端连接，功率开关管[44]的44b端与二极管[45]的阴极45b连接，并与端口[49]的正端49a连接；滤波电容器[46]与端口[48]并联连接，滤波电容器[47]与端口[49]并联连接。4、如权利要求1所述的用于电梯的混合储能装置，其特征在于：所述混合储能装置应用于多电梯的供电系统，各个电梯电机[902]通过变频器[901]与公共直流母线[1...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐西胜，齐智平，冯之钺，韦统振，王司博，
申请(专利权)人：中国科学院电工研究所，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]