一种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储能系统及其控制方法，储能系统包括储能装置和充电系统；储能装置包括二次电池或/和电力驱动的机械能储存装置；充电系统包括励磁体、电动装置、磁矩轮、发电机和整流装置；电动装置与励磁体固连且和磁矩轮相邻设置，其电源控制端连接外部电源装置；磁矩轮环绕轮圈同N/S极向间隔排布至少4个转磁体，磁矩轮与发电机传动；励磁体与转磁体两者相对的磁极性相同；整流装置分别连接发电机和储能装置；当磁矩轮旋转时，电动装置根据转磁体旋转的相对位置控制励磁体分别位于最小间隙或远离磁矩轮，使磁矩轮通过同磁极相斥作用而驱动发电机旋转发电并通过整流装置对储能装置充电实现储能。

【技术实现步骤摘要】
一种储能系统及其控制方法
本专利技术涉及储能系统的应用设计领域，具体涉及一种基于永磁体之间同磁极相斥作用而设计的储能系统及其控制方法。
技术介绍
储能系统泛指用于储存电能的装置，通常指化学电源以及机械能储存装置；化学电源一般分为一次电池和二次电池，一次电池为一次性使用的电池，包括但不限于锌锰电池、铝空气膜电池；二次电池为可重复多次充放电使用的电池，包括但不限于铅酸电池、锂电池、镍氢电池、镍锌电池以及锌空气二次电池。储能装置的早期应用是基于对电网的削峰补谷，或配合风能、太阳能装置使用，近年则发展到家庭使用；在具体应用中，无论是变换为交流电还是直流电升压/降压，技术主流是采用AC-DC、DC-AC或DC-DC电路，隐含了高频开关电路，当功率较大时所伴随产生的高频电磁辐射难以忽视。由此在不少领域中，业界希望寻求一种无需担心高频电磁辐射的电能变换装置。一种回归性的思路是采用电动机驱动发电机替代高频开关电路，但是这种常规技术应用的电能转换效率较低，为此业界提出过多种辅助机械能装置的构想，例如在发电机的转轴加飞轮。本专利技术储能系统的设计思想，可以在中国古代普遍使用的水车获得启示，水车的工作原理并非在轴心设置旋转动力机，而是沿水车轮页外侧的切线方向在合适的时间给予一杯水(一份势能)，该杯水的下落势能转变成水车环绕轴心旋转的动力，该份能量尽管是”量子化”的，但通过水车的惯性消化可形成趋于均化的持续运转。这一古代水车做功的启发模型可以平移到充电系统领域设计，本储能系统的充电系统正是基于一种在磁矩轮的轮沿运用永磁体同磁极相斥作用使其做功的原理，发挥永磁体中隐藏的能量，并利用磁矩轮的旋转惯性持续获得转矩增量驱动发电机旋转发电，并通过整流装置对储能装置充电实现电能储存。
技术实现思路
本专利技术的目的，在于克服现有常规储能装置的充电系统局限于变压整流或高频开关电路的设计缺陷，提供一种运用周期性磁斥作用增加磁矩轮转矩、通过磁矩轮驱动发电机发电再整流的充电系统技术方案，从而达到避免高频电磁辐射、方便调整输出电压的储能系统的设计目的，结构简单，工艺容易实现。为实现上述的目标，本专利技术提供了一种储能系统，该储能系统包括储能装置和充电系统；所述的储能装置包括二次电池或/和电力驱动的机械能储存装置；所述充电系统包括励磁体、电动装置、磁矩轮、发电机和整流装置；磁矩轮环绕轮圈同N/S极向间隔排布至少4个转磁体，且磁矩轮的转轴与发电机的转轴同轴心固连或通过变速装置传动；电动装置与励磁体机械固连；励磁体面向磁矩轮的磁极性与转磁体面向磁矩轮外缘的磁极性相同；发电机为旋转式；整流装置的电源输入端连接发电机的电源输出端，其电源输出端连接储能装置的电源端；所述电动装置包括位置传感器和控制模块，其电源控制端与外部电源装置连接；位置传感器安装在靠近磁矩轮的固定部位，其信号输出端连接控制模块的工作逻辑信号输入端；电动装置和磁矩轮相邻设置；当磁矩轮旋转时，由所述位置传感器获取转磁体时序旋转的相对位置信号，控制模块根据该位置信号以及设定逻辑控制电动装置位移，使励磁体分别位于与磁矩轮的最小间隙或远离磁矩轮，通过励磁体和转磁体的周期性同磁极相斥作用使磁矩轮驱动发电机旋转发电，从而通过整流装置对储能装置充电实现电能储存。以上所述的励磁体和转磁体的材料为磁钢、钕铁硼等一类本领域技术人员公知的永磁体，冠以不同称谓仅是为清晰表述其设置部位及运动特征；所述二次电池包括但不限于铅酸电池、锂电池、镍氢电池、镍锌电池、锌空气二次电池，以及若干单体二次电池串联/并联而成的电池组；所述电力驱动的机械能储存装置，包括应用电力机械使装置内部结构发生可逆变形以及压缩空气形式储存机械能的装置。上述储能系统的技术方案中，所述励磁体位于与磁矩轮的最小间隙为励磁体和转磁体二者之间的间距不超过40mm。所述该最小间隙又称气隙，其大小选择与储能系统的设计功率有关，也与励磁体和转磁体的材料磁通强度相关。上述技术方案中，所述的磁矩轮、电动装置、励磁体在所述充电系统中各设置至少1个。设置多个磁矩轮有利于增强发电机的惯性转矩，但对发电机的机械强度要求高；设置多对励磁体/电动装置有利于增强磁矩轮的转矩。上述技术方案中，包括所述的磁矩轮由2层以上环形的不同材料构成。上述技术方案中，包括所述的励磁体和电动装置一体化设计。上述储能系统的技术方案中，所述的外部电源装置包括：市网电源装置或/和一次电池装置，以及将热动力机械能变换为电能的装置。所述市网电源装置包括220V、380V或其他电压的电源装置，以及未来可能出现的直流供电装置；所述的一次电池包括但不限于锌锰电池、铝空气膜电池，以及若干一次单体电池串联/并联而成的电池组；所述的热动力的来源包括但不限于煤、燃油、燃气。作为上述外部电源装置的一种技术改进，所述的外部电源装置还包括：充电装置；充电装置包括第一电源输入端、第一电源输出端和逻辑控制装置，第一电源输入端连接发电机的电源输出端，第一电源输出端连接储能装置的电源端或/和电动装置的电源控制端，逻辑控制装置的信号输入端连接发电机的电源输出端、整流装置的电源输出端或/和连接储能装置的电源端。上述储能系统的储能装置中，还包括：电能补充装置；电能补充装置的电源输入端连接储能装置的电源端；电能补充装置包括将风能、太阳能变换为电能的装置，以及市网电源装置。电能补充装置的作用是为储能装置补充电能。以上述的储能系统为基础，本专利技术还公开了一种所述储能系统的控制方法，该方法包括：所述励磁体位于与磁矩轮的最小间隙，控制在转磁体在时序旋转中越过基准法线至远离励磁体的时间段内；所述励磁体远离磁矩轮，控制在转磁体远离励磁体至实时法线与基准法线重合的时间段内；其中，所述的基准法线，根据励磁体位于所述最小间隙时的磁源位置与磁矩轮的转轴而确定；所述的实时法线，根据转磁体在时序旋转中与转轴的相对位置而确定；所述的时序旋转根据磁矩轮的旋转方向而定义；所述的转磁体为磁矩轮的轮圈上设置的任一个转磁体。上述储能系统的控制方法中，所述转磁体在时序旋转中远离励磁体，位于θ为90度角的状态时刻，所述的θ为励磁体与转磁体相邻发生磁斥力的方向与法向分力方向形成的动态夹角。所述转磁体在时序旋转中远离励磁体，是转磁体在时序旋转中不再受到励磁体的磁斥作用影响的一种相对运动状态描述。以上所述储能系统的应用需要机械支撑架件，机械支撑架件在有效实现机械支撑的前提下，所选用的材料和结构可以任意。本专利技术储能系统与常规技术的本质区别，在于充电系统不采用高频开关电路，也非传统的变压器加整流，电动装置驱动的励磁体并不与磁矩轮发生机械能传动关系，而是通过励磁体与所述转磁体的同磁极性相斥作用而变换为磁矩轮的转矩，从而驱动发电机旋转发电并通过整流装置对储能装置充电实现电能储存。本专利技术的优点在于：所述的储能系统具有永磁体能量传递带来的转矩增量，可有效提升储能系统的电能转换效率，无高频电磁辐射，调整输出电压/功率方便，以此方案设计的储能系统的结构简单、组合多样化、工艺容易实现、有效适应高端储能系统应用领域的设计要求。附图说明图1是本专利技术所述储能系统的一种工作逻辑结构示意图；图2是储能系统内部磁力作用以及动态夹角的局部简析示意图；图3是所述转磁体与和基准法线重合的状态示意图；图4是一种在轮圈上设置4个转磁体的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种储能系统，其特征在于，包括储能装置和充电系统；所述的储能装置包括二次电池或/和电力驱动的机械能储存装置；所述充电系统包括励磁体(1)、电动装置(2)、磁矩轮(3)、发电机(4)和整流装置；磁矩轮(3)环绕轮圈(3b)同N/S极向间隔排布至少4个转磁体(3c)，且磁矩轮的转轴(3a)与发电机的转轴(4a)同轴心固连或通过变速装置传动；电动装置(2)与励磁体(1)机械固连；励磁体(1)面向磁矩轮(3)的磁极性与转磁体(3c)面向磁矩轮(3)外缘的磁极性相同；发电机(4)为旋转式；整流装置的电源输入端连接发电机(4)的电源输出端，其电源输出端连接储能装置的电源端；所述电动装置(2)包括位置传感器和控制模块，其电源控制端与外部电源装置连接；位置传感器安装在靠近磁矩轮(3)的固定部位，其信号输出端连接控制模块的工作逻辑信号输入端；电动装置(2)和磁矩轮(3)相邻设置；当磁矩轮(3)旋转时，由所述位置传感器获取转磁体(3c)时序旋转的相对位置信号，控制模块根据该位置信号以及设定逻辑控制电动装置(2)位移，使励磁体(1)分别位于与磁矩轮(3)的最小间隙(5)或远离磁矩轮(3)，通过励磁体(1)和转磁体(3c)的周期性同磁极相斥作用使磁矩轮(3)驱动发电机(4)旋转发电，从而通过整流装置对储能装置充电实现电能储存。...

【技术特征摘要】
1.一种储能系统，其特征在于，包括储能装置和充电系统；所述的储能装置包括二次电池或/和电力驱动的机械能储存装置；所述充电系统包括励磁体(1)、电动装置(2)、磁矩轮(3)、发电机(4)和整流装置；磁矩轮(3)环绕轮圈(3b)同N/S极向间隔排布至少4个转磁体(3c)，且磁矩轮的转轴(3a)与发电机的转轴(4a)同轴心固连或通过变速装置传动；电动装置(2)与励磁体(1)机械固连；励磁体(1)面向磁矩轮(3)的磁极性与转磁体(3c)面向磁矩轮(3)外缘的磁极性相同；发电机(4)为旋转式；整流装置的电源输入端连接发电机(4)的电源输出端，其电源输出端连接储能装置的电源端；所述电动装置(2)包括位置传感器和控制模块，其电源控制端与外部电源装置连接；位置传感器安装在靠近磁矩轮(3)的固定部位，其信号输出端连接控制模块的工作逻辑信号输入端；电动装置(2)和磁矩轮(3)相邻设置；当磁矩轮(3)旋转时，由所述位置传感器获取转磁体(3c)时序旋转的相对位置信号，控制模块根据该位置信号以及设定逻辑控制电动装置(2)位移，使励磁体(1)分别位于与磁矩轮(3)的最小间隙(5)或远离磁矩轮(3)，通过励磁体(1)和转磁体(3c)的周期性同磁极相斥作用使磁矩轮(3)驱动发电机(4)旋转发电，从而通过整流装置对储能装置充电实现电能储存。2.根据权利要求1所述的储能系统，其特征在于，所述励磁体(1)位于与磁矩轮(3)的最小间隙(5)为励磁体(1)和转磁体(3c)二者之间的间距不超过40mm。3.根据权利要求1所述的储能系统，其特征在于，所述的磁矩轮(3)、电动装置(2)、励磁体(1)在所述充电系统中各设置至少1个。4.根据权利要求1所述的储能系统，其特征在于，所述的磁矩轮(3)由2层以上环形的不同材料构成。5.根据权利要求1所述的储能系统，其特征在于，所述的励磁体(1)和电...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘粤荣，刘曦，
申请(专利权)人：刘粤荣，
类型：发明
国别省市：广东,44