用于发电电池的电子管理系统、发电系统和用于电子地管理能量流的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及例如光伏(photovoltaic)发电机的发电电池领域，并更具体地，涉及用于发电电池的电子管理系统、发电系统和用于电子地管理能量流的方法。
【背景技术】
[0002]标准光伏设施一般包含中央转换器，其典型仅具有一个能够执行个体最大功率点跟踪(MPPT)的输入信道。
[0003]光伏模块由几串电池(例如面板上的3串)组成。一串电池是几个光伏电池的串联(例如一个面板上每串32个电池)。这些电池串在光伏接线盒(junct1n-box)中串联。
[0004]可使这些电池串中的每一串在光伏接线盒中与旁路二极管关联。这些旁路二极管的目的在于防止当发生局部遮蔽时(热点)光伏电池的损坏。光伏模块然后串联，以提升电压并与中央转换器的额定电压匹配。
[0005]最后能够将几串模块并联以与中央转换器的额定电压匹配。
[0006]在该配置中，被烟囱、树、电线遮蔽，被灰尘、垃圾和鸟屎污染(还有由于制造公差、老化等导致的面板不匹配)，都会在遮蔽及未遮蔽模块中导致显著的功率损耗。
[0007]更甚者，据常见的报道，平均而言，住宅和商业设施比它们可能的情况小25%，因为它们是围绕遮蔽问题和不规则的屋顶形状来设计的。
[0008]对于所述问题的解决方案可以是使用分布式光伏系统架构。随着能够在光伏模块级别(或甚至是一串光伏模块级别)执行MPPT的微转换器或微逆变器的部署，分布式光伏系统的概念已成为可能。
[0009]然而，这种多个微转换器或微逆变器的关联，仅能解决与光伏模块的局部遮蔽和不同倾斜或定位角相关的问题的一部分。
[0010]另外，增加数量的微转换器导致这种光伏面板的成本增加。
[0011]US6350944涉及具有可重配置瓦片的太阳能模块。
[0012]该文档描述了可重配置太阳能电池面板，它具有具备模块阵列方案中的监测控制和重配置电路的集成太阳能发电电池系统。多个太阳能电池封装在印刷电路板上，以形成太阳能模块，也已知为太阳能模块阵列可重配置瓦片(SMART)模块。太阳能面板由电连接到一起的多个模块组成。印刷电路板是用于太阳能电池阵列的物理支持结构，并提供包含太阳能电池模块的太阳能电池之间的电连接路径。模块上的每个太阳能电池是太阳能电池矩阵的一部分。将多个模块装配到太阳能面板中。
[0013]然而，由于路由以及切换在衬底上的太阳能电池之间进行，所以该文档中的解决方案繁复且昂贵。另外，不仅用于能量流的路由线路，而且用于控制晶体管的控制线路都必须预见到，这将使得太阳能面板更加昂贵。该文档未提及太阳能面板与转换器的连接。
[0014]W02008076301公开了利用柔性电路用于重配置的光伏模块。
[0015]即使该文档公开了光伏电池可在环境条件中串联、并联或隔离，但仅使用一个转换器。因而，重配置以及因此的转换器容量没有按照优化的方式使用。
[0016]W02009060273涉及操作的方法和用于控制包含光伏模块和逆变器的能源设施的设备，其中，选择和控制单元选择光伏模块的连接组合，并控制切换单元以建立所选择的组入口 ο
[0017]尽管该文档公开了实现串/并联连接以便在其工作范围内供应转换器电流的输入，但是该文档中的解决方案不允许有效地考虑从PV电池到转换器的输出的整个链条。
【发明内容】
[0018]本发明的目的在于至少部分减轻上述缺陷，特别用于增强功率转换。
[0019]为此目的，本发明提出用于发电电池的电子管理系统，所述系统包含:
[0020]-要连接到η个关联的发电电池的电池连接端，η是正整数，
[0021]-要连接到m个关联的静态转换器的输出仰是正整数且至少m= 2，
[0022]-能量路由模块，适于从所述电池连接端到所述输出之间路由能量流；和
[0023]-电子控制单元，适于动态控制该能量路由模块。
[0024]由于到转换器的动态能量路由，所以能优化功率转换。电子管理系统是通用的，适用于多种不同情况。电子管理系统不干预发电电池的构建，且能按照简单的方式集成到发电系统中。
[0025]在具体实施例中，该电子控制单元包含:
[0026]-电池连接端处的包含电压和/或电流传感器的组中的第一传感器，
[0027]-静态转换器的输出处的包含电压和/或电流传感器的第二传感器，
[0028]并且该电子控制单元被安排以根据所述第一和第二传感器的输出的函数，来动态重配置所述能量路由模块的开关。
[0029]因此，通过一方面考虑了在电池连接端处的传感器测量并且另一方面考虑静态转换器的输出，能考虑整个链条(电池、能量路由模块、转换器)。本发明因而允许优化(i)转换器输出处的瞬时功率或(ii)转换器的老化的组中的至少一个参数。
[0030]如果所述参数是转换器的瞬时输出功率，则优化将意味着使转换器的瞬时功率输出最大化。
[0031]如果所述参数是转换器的老化，优化将意味着在减小老化效应的运行状态中操作转换器，例如在引入较小压力的较低温度下运行。
[0032]作为另一示例，如果在电池级别的输出功率已为例如一个所选转换器进入进行了优化以算进(figure in)它的运行范围，则有可能在运行期间，转换器的温度升高并且转换效率降低。在这种情况下，控制单元将通过转换器输出处的检测器来观察功率的降低，而电池连接端处的功率仍保持不变。然后对控制单元进行编程以推断在这种情况下，能量路由模块的开关将被动态重配置，以将与第一转换器并联的第二转换器或另一转换器设置为运行。系统的瞬时功率输出将再增加，且整体功率输出被优化。
[0033]根据独立或组合的其他特征:
[0034]根据一方面，m是小于η的正整数。
[0035]这有助于使得使用的转换器的数量最小化，并降低整体的电力成本，特别是与全分布式功率转换系统相比较而言。
[0036]根据另一方面，所述系统包含至少2η个电池连接端和至少2m个输出。
[0037]根据一方面，能量路由模块包含所述电池连接端和所述输出之间的电连接图、以及置于电连接图中的开关，其用于从所述电池连接端的至少一个到所述输出的至少一个之间路由能量。
[0038]电连接图和开关可被配置为在所述输出处提供所述电池连接端的几个串联和/或并联连接。
[0039]根据一方面，开关在导电状态下具有低的欧姆电阻。
[0040]所述开关可以是电磁开关、M0SFET晶体管或IGBT开关。
[0041 ] 该电子控制单元可被安排以根据控制参数的变化来动态地重配置所述能量路由模块的开关，控制参数可以是参数组中的至少一个参数，包含:环境温度、至少一个光伏电池的辐射、至少一个转换器的转换占空比、故障标志、所产生的功率电平。
[0042]根据另一示例，该电子控制单元被安排以周期性为基础来动态重配置所述能量路由模块的开关。
[0043]根据再一示例，该电子控制单元可被安排以根据基于过去的能量路由配置的估计最佳功率输出，来动态重配置所述能量路由模块的开关。
[0044]此外，该电子控制单元可被安排以根据功率成本函数的优化来动态重配置所述能量路由模块的开关。
[0045]该电子控制单元可被配置为使所述输出的运行周期交替。
[0046]根据另一实施例，该能量路由模块还包含至少p(p是正整数且p多1)个补充输出，其连接到所述能量路由模块的对应P个补充输入端，行程所述P个输出和所述P个输入端之间的环形连接。
[0047]所述环形连接的至少一个可包含静态转换器。
[0048]本发明还涉及一种发电系统，包含:
[0049]-至少η个发电电池，η是正整数，
[0050]-至少m个静态转换器，m是正整数，且至少m= 2，和
[0051]-如上所述的电子管理系统，所述电子管理系统包含:
[0052]-连接到η个关联发电电池的电池连接端，
[0053]-连接到m个关联静态转换器的输出；
[0054]-能量路由模块，适于从所述电池连接端到所述输出之间路由能量流，和
[0055]-电子控制单元，适于动态控制能量路由模块。
[0056]在具体实施例中，该电子控制单元包含:
[0057]-电池连接端处的包含电压和/或电流传感器的组中的第一传感器，
[0058]-静态转换器的输出处的包含电压和/或电流传感器的第二传感器，
[0059]并且该电子控制单元被安排以根据所述第一和第二传感器的输出的函数，来动态重配置所述能量路由模块的开关。
[0060]在一些实施例中，m可小于η。
[0061]发电电池可以是光伏电池、包含几个光伏电池的光伏串、或者电化电池或燃料电池。
[0062]根据一方面，所述转换器包含ΜΡΡΤ控制单元。
[0063]所述m个静态转换器可被分为至少两组展示不同功率范围和/或转换技术的转换器。
[0064]本发明还涉及用于电子地管理至少η (η是正整数)个发电电池和至少m(m是正整数，且至少m = 2)个静态转换器之间的能量流的方法