基于李雅普諾夫開(kāi)關(guān)耦合極值搜索的光伏儲(chǔ)能發(fā)電模組的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于光伏裡電領(lǐng)域，尤其設(shè)及一種基于李雅普諾夫開(kāi)關(guān)禪合極值捜索的光 伏儲(chǔ)能發(fā)電模組。
【背景技術(shù)】
[0002] 太陽(yáng)能作為一種新型能源已經(jīng)引起人們的日益重視，作為其主要應(yīng)用之一的光伏 發(fā)電有著廣闊的市場(chǎng)前景。然而，太陽(yáng)能的主要缺點(diǎn)是能量不穩(wěn)定，其白天有晚上無(wú)，晴天 強(qiáng)陰天弱，通常需要配備儲(chǔ)能電池來(lái)平抑太陽(yáng)能不穩(wěn)定性的影響。因此，光伏儲(chǔ)能發(fā)電系統(tǒng) 應(yīng)運(yùn)而生，其包括用于將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換成電能的光伏電池及用于存儲(chǔ)光伏電池產(chǎn)生電能的儲(chǔ) 能電池?，F(xiàn)有的儲(chǔ)能電池主要包括鉛酸電池和裡離子電池等。
[0003] 由于鉛酸蓄電池具有性能穩(wěn)定、安全可靠、價(jià)格便宜等優(yōu)勢(shì)，目前占據(jù)了光伏系統(tǒng) 儲(chǔ)能95%w上的市場(chǎng)份額。但是，鉛酸電池有其固有的缺點(diǎn)，其一是能量密度很低（30~ 50Wh/kg)，使得系統(tǒng)非常龐大、笨重，其二是循環(huán)壽命很短（300~500次循環(huán)），導(dǎo)致使用 年限短（一般2~3年）。而裡電池具有非常高的能量密度，是鉛酸電池的3~4倍，循環(huán) 壽命長(zhǎng)，可W達(dá)到3000次W上，在光伏儲(chǔ)能發(fā)電領(lǐng)域中具有非常大的應(yīng)用潛力。目前制約 其發(fā)展和推廣的一個(gè)因素是價(jià)格高，W12V/100Ah電池組為例，免維護(hù)閥控鉛酸電池的市 場(chǎng)售價(jià)為1000~1500元，而磯酸鐵裡電池組市場(chǎng)價(jià)格為3000~4000元，是鉛酸電池價(jià)格 的3~4倍。但考慮磯酸鐵裡電池循環(huán)壽命是鉛酸電池的4~5倍，太陽(yáng)能儲(chǔ)能系統(tǒng)中采 用裡電池反而會(huì)比鉛酸電池更為經(jīng)濟(jì)。目前市場(chǎng)上已經(jīng)有太陽(yáng)能系統(tǒng)專用裡離子電池組出 售，國(guó)內(nèi)的電信運(yùn)行商也在積極調(diào)研裡電池在通信領(lǐng)域中的應(yīng)用前景。裡電池在儲(chǔ)能電源、 電動(dòng)車輛等多方面的應(yīng)用研究也在如火如茶的開(kāi)展之中。可W預(yù)見(jiàn)，隨著裡電池技術(shù)的逐 步成熟，裡電池將會(huì)逐步替代鉛酸電池而成為光伏發(fā)電系統(tǒng)儲(chǔ)能的主力軍。
[0004] 現(xiàn)有的裡離子電池儲(chǔ)能方式主要為：首先將多個(gè)裡離子電池串聯(lián)成組，再與光伏 電池電連接。然而，由于很難保證該多個(gè)裡離子電池在充放電過(guò)程中的性能均一，因此在進(jìn) 行充放電時(shí)容易出現(xiàn)裡離子電池間充放不均衡或單個(gè)裡離子電池過(guò)充、過(guò)放，使整個(gè)裡離 子電池組的循環(huán)使用壽命大大降低。此外，當(dāng)其中一個(gè)裡離子電池過(guò)充時(shí)，該裡離子電池內(nèi) 部會(huì)因不可逆的化學(xué)反應(yīng)而釋放熱量，進(jìn)而使該裡離子電池內(nèi)部溫度升高而引發(fā)起火、爆 炸；而當(dāng)其中一個(gè)裡離子電池過(guò)放時(shí)，該裡離子電池會(huì)發(fā)生短路，進(jìn)而使與其串聯(lián)的其他裡 離子電池的電壓過(guò)高，并引發(fā)起火、爆炸。因此，當(dāng)其中一個(gè)裡離子電池過(guò)充或過(guò)放時(shí)，不僅 會(huì)使整個(gè)裡離子電池組的循環(huán)使用壽命降低，也會(huì)存在諸多安全隱患。
[0005] 為了提高裡離子電池組使用壽命和光伏裡電儲(chǔ)能發(fā)電系統(tǒng)的安全性，目前已提出 基于裡離子電池?zé)o均衡管理的光伏裡電儲(chǔ)能系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)和功能為，其包括多個(gè)相互串聯(lián) 的光伏蓄電模塊，該每個(gè)光伏蓄電模塊包括一裡離子電池單元及一用于向所述裡離子電池 單元充電的光伏電池單元，并且進(jìn)一步包括一用于控制所述裡離子電池單元進(jìn)行充電和放 電、并分別與所述光伏電池單元和所述裡離子電池單元電連接的電池管理單元。
[0006] 電池管理單元通過(guò)簡(jiǎn)單的電壓比較和切換控制實(shí)現(xiàn)所述光伏電池單元對(duì)所述裡 離子電池單元的充電、所述裡離子電池單元的放電及模塊的對(duì)外供電，通過(guò)模塊的獨(dú)立控 審IJ，降低了裡離子電池單體容量差異對(duì)于系統(tǒng)影響，實(shí)現(xiàn)了串聯(lián)裡離子電池組的無(wú)均衡管 理，提高了系統(tǒng)的循環(huán)使用壽命和安全性。
[0007] 但現(xiàn)有光伏裡電儲(chǔ)能系統(tǒng)中所設(shè)及的光伏電池單元能量利用率，光伏電池單元對(duì) 裡離子電池單元的充電效率等方面均有較大的改進(jìn)空間。由于現(xiàn)有光伏裡電儲(chǔ)能系統(tǒng)的 光伏電池單元串接有防反接保護(hù)的二極管，W二極管直連的方式實(shí)現(xiàn)光伏電池單元對(duì)裡離 子電池單元的充電，其正向壓降的存在導(dǎo)致光伏電池單元對(duì)裡離子電池單元的充電效率偏 低，降低了所述光伏電池單元的能量利用率，無(wú)法充分的利用所述光伏電池單元的供電潛 力。同時(shí)，雖然有無(wú)均衡管理光伏裡電儲(chǔ)能系統(tǒng)，但是未能有效改善光伏電池陰影效應(yīng)的影 響，從而降低了光伏電池單元的能量利用率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[000引為了解決現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明提供一種基于李雅普諾夫（Lyapunov)開(kāi)關(guān)極 值捜索的光伏儲(chǔ)能發(fā)電模組，W提高所述光伏電池單元的能量利用率和光伏電池單元對(duì)裡 離子電池單元的充電效率，更加合理的在模組對(duì)外供電中實(shí)現(xiàn)光伏電池單元和裡離子電池 單元的能量管理，W延長(zhǎng)模組的循環(huán)使用壽命。
[0009] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用W下技術(shù)方案：
[0010] 一種基于李雅普諾夫開(kāi)關(guān)禪合極值捜索的光伏儲(chǔ)能發(fā)電模組，包括：
[0011] 一光伏電池單元接口，所述光伏電池單元接口用于連接至少包括一光伏電池的光 伏電池單元；
[0012] 一光伏電池電壓均衡單元，所述光伏電池電壓均衡單元控制光伏電池單元的電壓 均衡；
[0013] 一SEPIC饋電升降壓變換單元，所述SEPIC饋電升降壓變換單元與光伏電池電壓 均衡單元串聯(lián)連接；
[0014] 一裡離子電池單元接口，所述裡離子電池單元接口用于連接包括一裡離子電池或 相互并聯(lián)的多個(gè)裡離子電池的裡離子電池單元；
[0015] 一投切單元，其與SEPIC饋電升降壓變換單元和裡離子電池單元分別相連，用于 控制所述光伏儲(chǔ)能發(fā)電模組的向外輸出和輸出切斷；
[0016] 一主控單元，其與投切單元和2-Lyapunov極值捜索MPPT控制器單元分別相連，所 述2-Lyapunov極值捜索MPPT控制器單元，包括前級(jí)光伏電壓均衡Lyapunov極值捜索MPPT 控制子單元和后級(jí)SEPIC饋電升降壓Lyapunov極值捜索MPPT控制子單元，兩者交替進(jìn)行 極值捜索；所述前級(jí)光伏電壓均衡Lyapunov極值捜索MPPT控制子單元對(duì)光伏電池電壓均 衡單元進(jìn)行極值捜索，所述后級(jí)SEPIC饋電升降壓Lyapunov極值捜索MPPT控制子單元對(duì) SEPIC饋電升降壓變換單元進(jìn)行極值捜索。
[0017] 所述光伏電池單元包括至少一光伏電池，當(dāng)光伏電池單元包括多個(gè)光伏電池時(shí)， 多個(gè)光伏電池相互并聯(lián)或串聯(lián)。
[001引考慮工作溫度的影響，當(dāng)所述裡離子電池單元充電時(shí)，所述裡離子電池單元有一 浮充充電荷電狀態(tài)，對(duì)應(yīng)不同溫度下的相應(yīng)浮充充電電壓；當(dāng)所述裡離子電池單元放電時(shí)， 所述裡離子電池單元有一放電截止荷電狀態(tài)，對(duì)應(yīng)不同溫度下的相應(yīng)放電截止電壓。
[0019] 所述光伏電池電壓均衡單元由兩級(jí)或多級(jí)斬波電路串聯(lián)構(gòu)成。
[0020] 所述光伏電池電壓均衡單元的兩級(jí)或多級(jí)斬波電路的穩(wěn)態(tài)控制占空比關(guān)系為：
[0021] K 二。：
[00巧其中，Vi，V2,…，V。分別為所述光伏電池的輸出電壓；句，烏，…，A分別為