一种热电储能系统及其控制方法技术方案

本发明专利技术公开了一种热电储能系统及其控制方法，包括温差发电单元，超级电容储能单元、ADC采集单元、MPPT计算控制单元、DC

【技术实现步骤摘要】
一种热电储能系统及其控制方法


[0001]本专利技术属于热电储能领域，具体涉及一种热电储能系统及其控制方法。

技术介绍

[0002]随着全球人口不断增长和经济不断发展，全球的能源消耗也逐年增加，而且大部分能源来自于化石燃料，导致环境污染和气候变化等问题。未来寻找新的清洁、可持续的能源替代方案具有重要的战略意义。太阳能、风能等可再生能源由于其取之不尽、用之不竭的特点，被视为未来最有潜力的能源替代方案之一，研究如何有效储存和转换这些能源以满足社会对能源的需求成为一个重要的课题。
[0003]热电储能技术已成为可再生能源领域中重要的技术之一，它能够利用太阳能和风能等可再生能源的热效应将热能转化为电能，并进行存储。热电储能系统的实质是将太阳能和风能这样的不稳定能源通过热伴随电的方式进行转换和储存，确保能量的可控和可利用性。
[0004]目前，已经存在一些热电储能系统，这些系统通常使用温差电池、热回收系统和热流体等技术来实现热电转化。然而，这些系统基本上是使用恒定的电压和电流工作的，而不是使用最大功率跟踪(Maximum Power Point Tracking，简称MPPT)控制技术，因此无法获得最高的能量转换效率。
[0005]MPPT控制技术已经成为太阳能电池板和其他可再生能源领域的标准技术，以获得最高的发电效率。MPPT控制技术可以实时跟踪太阳能和风能等可再生能源的最大功率点，确保发电系统始终在最佳性能下运行，进而提高能量转换效率。
[0006]近年来，人们开始研究将MPPT控制技术应用于热电储能系统中，以提高其能量转换效率。然而，目前还没有一种充分考虑MPPT控制技术的热电储能系统已经被商业化并得到广泛应用，因此需要开发一种新的基于MPPT控制的热电储能系统来满足日益增长的市场需求。

技术实现思路

[0007]本专利技术所要解决的技术问题是：提供一种热电储能系统及其控制方法，解决了现有技术中缺乏最大功率跟踪控制的储能系统的问题。
[0008]本专利技术为解决上述技术问题采用以下技术方案：
[0009]基于MPPT控制的热电储能系统，包括温差发电单元，超级电容储能单元、ADC采集单元、MPPT计算控制单元、DC
‑
DC充电单元；所述温差发电单元包括若干个串联连接的半导体温差发电片，且热端粘接至热源端外壳表面，冷端连接至散热装置；所述ADC采集单元的输入端分别与温差发电单元的输出端、超级电容储能单元的输入端连接，输出端与MPPT计算控制单元连接，用于获取采样信号处理后，发送至MPPT计算控制单元；MPPT计算控制单元对接收到的信号进行控制计算，再将计算结果传输至DC
‑
DC充电单元对超级电容储能单元进行充电控制。
[0010]所述超级电容储能单元包括若干超级电容串联形成的超级电容模组，以及与每个超级电容并联的均压电路。
[0011]所述ADC采集单元包括电流采样电路和电压采样电路。
[0012]所述电流采样电路由两颗并联的采样电阻进行电流检测，电压采样电路由串联的电阻进行分压检测。
[0013]所述DC
‑
DC充电单元包括8个NMOS组成的H桥控制电路、电容电感组成的LC谐振电路、控制PWM输出的驱动控制芯片以及电容滤波电路。
[0014]一种热电储能系统的控制方法，包括如下步骤：
[0015]步骤1、获取温差发电单元的输出端最大功率点对应的输出电压，并存储；
[0016]步骤2、采集温差发电单元的输出端的实时电压、电流数据，以及超级电容模组电压和DC
‑
DC的实时输出电压数据；
[0017]步骤3、根据超级电容模组的电压和DC
‑
DC充电单元的输出电压，分时分段对超级电容模组进行充电；
[0018]步骤4、对比温差发电单元输出端的实时电压和最大功率点对应电压；当实时电压小于最大功率点对应电压时，降低DC
‑
DC的开关频率；当实时电压大于最大功率点对应电压时，增大DC
‑
DC的开关频率；
[0019]步骤5、重复步骤3、步骤4，调节温差发电单元在最大功率点对应的输出电压工作，直至超级电容模组充电完成。
[0020]所述分时分段充电方法如下：
[0021]首先，设定超级电容模组的一个充电电压阈值，然后，判断超级电容模组的实时电压与该阈值的关系，当超级电容模组的实时电压小于该电压阈值时，DC
‑
DC充电单元对超级电容模组进行限流充电；当超级电容模组的实时电压超过该阈值时，DC
‑
DC充电单元对超级电容模组进行限压充电。
[0022]所述充电电压阈值为超级电容模组额定电压的98％；超级电容模组的一个充电周期内，其电压变化呈现先直线增加，后曲线增长的规律。
[0023]根据温差发电单元在最大功率点时的电流，计算最佳充电电流，并按照最佳充电电流进行限流充电。
[0024]所述DC
‑
DC充电单元的输出电压根据如下公式计算：
[0025][0026]其中，R
fb1
，R
fb2
，R
fb3
为DC
‑
DC单元FB反馈引脚处连接的电阻，v
DAC
为MPPT计算控制单元反馈给DC
‑
DC单元的电压信号。
[0027]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
[0028]1、本专利技术的热电储能系统及其控制方法，通过MPPT技术调节半导体温差发电片输出电压及超级电容模组的充电电压和电流，大大提高了能量转换效率。
[0029]2、本专利技术的热电储能系统及其控制方法，能够实时高精度监控温差发电端的输入以及超级电容储能组的容量状态，实现最佳的热电储能控制。
[0030]3、本专利技术的热电储能系统及其控制方法，抗干扰能力强，热电转化储能效果好，适用性强，适用范围广。
附图说明
[0031]附图用来提供对本专利技术的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本专利技术的实施例一起用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的限制。在附图中：
[0032]图1为本专利技术的热电储能系统框架示意图。
[0033]图2为本专利技术DC
‑
DC电路示意图，分为a、b两部分显示。
具体实施方式
[0034]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0035]本专利技术的目的在于提供一种热电储能系统，该系统能够大幅提高热电转化中电能的输出功率，提高余热发电的转换率，促进余热回收利用的发展。
[0036]一种热电储能系统，包括温差发电单元，超级电容储本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种热电储能系统，其特征在于：包括温差发电单元，超级电容储能单元、ADC采集单元、MPPT计算控制单元、DC
‑
DC充电单元；所述温差发电单元包括若干个串联连接的半导体温差发电片，且热端粘接至热源端外壳表面，冷端连接至散热装置；所述ADC采集单元的输入端分别与温差发电单元的输出端、超级电容储能单元的输入端连接，输出端与MPPT计算控制单元连接，用于获取采样信号处理后，发送至MPPT计算控制单元；MPPT计算控制单元对接收到的信号进行控制计算，再将计算结果传输至DC
‑
DC充电单元对超级电容储能单元进行充电控制。2.根据权利要求1所述的热电储能系统，其特征在于：所述超级电容储能单元包括若干超级电容串联形成的超级电容模组，以及与每个超级电容并联的均压电路。3.根据权利要求1所述的热电储能系统，其特征在于：所述ADC采集单元包括电流采样电路和电压采样电路。4.根据权利要求3所述的热电储能系统，其特征在于：所述电流采样电路由两颗并联的采样电阻进行电流检测，电压采样电路由串联的电阻进行分压检测。5.根据权利要求1所述的热电储能系统，其特征在于：所述DC
‑
DC充电单元包括8个NMOS组成的H桥控制电路、电容电感组成的LC谐振电路、控制PWM输出的驱动控制芯片以及电容滤波电路。6.基于权利要求1至5中任一项所述系统的控制方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤1、获取温差发电单元的输出端最大功率点对应的输出电压，并存储；步骤2、采集温差发电单元的输出端的实时电压、电流数据，以及超级电容模组电压和DC
‑
DC的实时输出电压数据；步骤3、根据超级电容模组的电压和DC
‑
DC充电单元的输出电压...

【专利技术属性】
技术研发人员：张平，宋海龙，罗政，马伟，盛江，
申请(专利权)人：桂林电子科技大学，
类型：发明
国别省市：