[發(fā)明專利]一種儲能系統(tǒng)

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110450644.0
• 申請日: 2020-05-07
• 公開（公告）號: CN113141039A
• 公開（公告）日: 2021-07-20
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 桑曉茹;楊峰;任維佳
• 申請（專利權(quán)）人: 長沙天儀空間科技研究院有限公司
• 主分類號: H02J7/00
• 分類號: H02J7/00;H02J7/34
• 代理公司: 北京海虹嘉誠知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11129
• 代理人: 何志欣

本發(fā)明涉及一種儲能系統(tǒng)，包含能源管理模塊，能源管理模塊至少包括通過直流母線以直流的形式傳遞信號且為所有超級電容組共用的電壓閉環(huán)、至少一個電流閉環(huán)以及與電流閉環(huán)和直流母線連接的均衡器，其中，均衡器將超級電容組的最大的荷電狀態(tài)值(SOC)以直流信號的形式通過直流母線傳遞至電流閉環(huán)內(nèi)，從而在直流母線中直接向所有超級電容組傳遞荷電狀態(tài)值的最大值，使得各個超級電容組的電流閉環(huán)自動獲取第二均衡系數(shù)中的第二差值。本發(fā)明通過將儲能系統(tǒng)中的能源產(chǎn)生、能源存儲、能源管理的模塊化使其能夠通過多電容組對衛(wèi)星均衡化供電。

本發(fā)明是申請?zhí)枮镃N202010375070.0，申請日為2020年05月07日，申請類型為發(fā)明，申請名稱為集成能源產(chǎn)生、能源存儲、能源管理的衛(wèi)星電源系統(tǒng)的分案申請。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及衛(wèi)星在軌供電技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種儲能系統(tǒng)。

背景技術(shù)

超級電容(Electrical Double Layer Capacitor，EDLC)是指介于傳統(tǒng)電容器和充電電池之間的一種新型儲能裝置，它既具有電容器快速充放的特性，同時又具有電池的儲能特性。超級電容具有高功率的輸出特性，能夠滿足高脈沖功率系統(tǒng)的要求，例如可以用于衛(wèi)星通信系統(tǒng)、無線電系統(tǒng)、電磁炮發(fā)射、無人機電磁發(fā)射等需要大功率脈沖電源的系統(tǒng)。但是，現(xiàn)有超級電容的能量密度仍然不能滿足部分衛(wèi)星設(shè)備的要求，因此現(xiàn)有技術(shù)，例如公開號為CN103414235A的中國專利文獻公開了一種低成本、超長壽命以太陽能為一次能源的人造衛(wèi)星蓄電系統(tǒng)，該蓄電系統(tǒng)采用小容量用于頻繁充放電的緩沖蓄電單元與大容量用于較長時間間隔充放電的主蓄電單元構(gòu)成雙蓄電模塊，并依據(jù)一定原則對緩沖蓄電單元和主蓄電單元的容量進行設(shè)定，且主蓄電單元采用階梯緩沖漸變式設(shè)計。該發(fā)明將無記憶性、高循環(huán)壽命(指充放電循環(huán)次數(shù)為3-10萬次)的超級電容作為小容量的緩沖蓄電單元。將有記憶效應(yīng)、低循環(huán)壽命的鋰離子(充放電循環(huán)次數(shù)為1-2千次)或鎳氫或鎳鎘(鎳氫或鎳鎘電池的循環(huán)次數(shù)為500-700次)蓄電池組作為大容量主蓄電單元。該發(fā)明利用鋰離子或鎳氫蓄電池組的高能量密度的特性彌補超級電容能量密度低下的問題，從而構(gòu)建同時具有高能量密度和高功率密度的衛(wèi)星蓄電系統(tǒng)。然而，使用鋰電池組和超級電容混合的衛(wèi)星電源系統(tǒng)，因為二種器件的特性不同，系統(tǒng)設(shè)計和使用時需要同時考慮，導(dǎo)致方案非常復(fù)雜，而系統(tǒng)復(fù)雜程度的提高不僅會導(dǎo)致產(chǎn)品成本提高，而且會導(dǎo)致失效概率會上升，從而降低衛(wèi)星電源系統(tǒng)的可靠性。

中國科學(xué)院長春應(yīng)用化學(xué)研究所開發(fā)了新型膠體超級電容，在動力學(xué)允許的條件下實現(xiàn)了活性陽離子的100％利用，2013年以來開發(fā)了多種系列膠體超級電容電池。中科院長春應(yīng)用化學(xué)研究所薛冬峰研究員團隊在2018年開發(fā)的Ni-Fe膠體離子超級電容電池的能量密度可以達到350Wh/kg、功率密度為2kW/kg，以及能量密度可以達到100Wh/kg、功率密度為10kW/kg。性能優(yōu)于目前的超級電容電池，例如美國MaxWell超級電容產(chǎn)品的能量密度6Wh/kg、功率密度12kW/kg，美國CORNING公司超級電容產(chǎn)品的能量密度為9Wh/kg、功率密度7kW/kg，韓國NESSCA公司超級電容產(chǎn)品的能量密度為10Wh/kg、功率密度10kW/kg。中科院長春應(yīng)用化學(xué)研究開發(fā)的超級電容基本可以達到媲美鋰電池150Wh/kg的能量密度，而且該膠體超級電容的工作溫度范圍為-60℃至80℃，符合衛(wèi)星在軌工作的溫度要求，并且真空環(huán)境對超級電容基本沒有影響，震動測試結(jié)果滿足要求，經(jīng)過封裝處理后可以應(yīng)用于衛(wèi)星的電源系統(tǒng)，不需要混合鋰電池組就能夠?qū)崿F(xiàn)高功率密和高能量密度的衛(wèi)星電源系統(tǒng)。然而，盡管現(xiàn)有技術(shù)中已經(jīng)具備高能量密度和高功率密度的超級電容，但是單體超級電容的耐壓較低，衛(wèi)星供電需要多個超級電容串并聯(lián)以提高電壓和儲能容量，但由于其制造工藝差異、不同的充電速率以及工作環(huán)境溫度的差異使得每個超級電容的內(nèi)阻、電容量、漏電流等參數(shù)不同，因此隨著衛(wèi)星平臺長期運行，使得在多個超級電容串聯(lián)充放電的過程中，超級電容的電壓不一致，可能導(dǎo)致電壓較低的超級電容被過充，或者電壓較低的超級電容在放電的過程中被過放，嚴重損害超級電容的使用壽命，并且影響衛(wèi)星的安全運行。因此現(xiàn)有技術(shù)通常在衛(wèi)星電源系統(tǒng)中配備能量管理系統(tǒng)來均衡超級電容組。超級電容儲能系統(tǒng)的均衡控制通常可以劃分為單體能量均衡控制和模組能量均衡控制，二者除電壓等級以及電容容值外無實質(zhì)性差異。