CN105264671B - 用于发电电池的电子管理***、发电***和用于电子地管理能量流的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于发电电池(3)的电子管理***(5)，所述***包含：‑将要连接到n个关联的发电电池(3)的电池连接端，n是正整数；‑将要连接到m个关联的静态转换器(9)的输出；m是正整数且至少m＝2；‑适于从所述电池连接端到所述输出之间路由能量流的能量路由模块(13)；‑和适于动态控制能量路由模块(13)的电子控制单元(15)。
Description
技术领域
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***、发电***和用于电子地管理能量流的方法。
背景技术
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。
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(junction-box)中串联。
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。
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。
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。
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。
对于所述问题的解决方案可以是使用分布式光伏***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***的概念已成为可能。
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。
另外，增加数量的微转换器导致这种光伏面板的成本增加。
US6350944涉及具有可重配置瓦片的太阳能模块。
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***。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。
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。
WO2008076301公开了利用柔性电路用于重配置的光伏模块。
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。
WO2009060273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合。
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
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。
为此目的，本发明提出用于发电电池的电子管理***，所述***包含：
-要连接到n个关联的发电电池的电池连接端，n是正整数，
-要连接到m个关联的静态转换器的输出；m是正整数且至少m＝2，
-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
-电子控制单元，适于动态控制该能量路由模块。
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***是通用的，适用于多种不同情况。电子管理***不干预发电电池的构建，且能按照简单的方式集成到发电***中。
在具体实施例中，该电子控制单元包含：
-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，
-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，
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。
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。
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。
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。
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。***的瞬时功率输出将再增加，且整体功率输出被优化。
根据独立或组合的其他特征：
根据一方面，m是小于n的正整数。
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***相比较而言。
根据另一方面，所述***包含至少2n个电池连接端和至少2m个输出。
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。
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。
根据一方面，开关在导电状态下具有低的欧姆电阻。
所述开关可以是电磁开关、MOSFET晶体管或IGBT开关。
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。
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。
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。
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。
该电子控制单元可被配置为使所述输出的运行周期交替。
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≥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。
所述环形连接的至少一个可包含静态转换器。
本发明还涉及一种发电***，包含：
-至少n个发电电池，n是正整数，
-至少m个静态转换器，m是正整数，且至少m＝2，和
-如上所述的电子管理***，所述电子管理***包含：
-连接到n个关联发电电池的电池连接端，
-连接到m个关联静态转换器的输出；
-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
-电子控制单元，适于动态控制能量路由模块。
在具体实施例中，该电子控制单元包含：
-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，
-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，
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。
在一些实施例中，m可小于n。
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。
根据一方面，所述转换器包含MPPT控制单元。
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。
本发明还涉及用于电子地管理至少n(n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，包含从连接到发电电池的电池连接端到所述输出之间动态路由能量流的步骤。
在具体实施例中，本方法还包含步骤：
-检测包含电池连接端的电压和/或电流值的电池值，
-检测包含静态转换器的输出的电压和/或电流值的转换器值，
-从连接到发电电池的电池连接端到所述输出之间动态路由能量流，至少一些输出根据电池值和转换器值的函数连接到所述至少m个静态转换器。
根据一方面，m可小于n。
根据一方面，本方法包含下列步骤：
-检测在工作转换器和由于故障而未工作的转换器之间的转换器的运行状态；
-从连接到发电电池的2n个电池连接端到所述工作转换器之间动态路由能量流。
在实施例中，对转换器运行状态的检测基于对包含静态转换器的输出的电压和/或电流值的转换器值的检测。
根据另一方面，其中所述发电电池是光伏电池，本方法可包含下列步骤：
-在具体为遮蔽PV电池和未遮蔽PV电池的至少两类辐射状态之间检测PV电池的辐射状态；
-在仅将同类辐射状态的PV电池串联到转换器的情况下，从连接到发电电池的电池连接端到所述转换器之间动态路由能量流。
根据另一方面，所述输出的运行周期以轮流的方式交替，以使每个转换器所处理的运行时间和/或能量均衡。
附图说明
在阅读下图的描述时，其他优点和特征将显现，附图中：
-图1示出具有根据本发明的具有电子管理***的发电***的示例，
-图2示出图1的电子管理***的电子控制单元的示例，
-图3示出具有含三个PV电池和两个转换器的电子管理***的发电***的示例，
-图4A到4L示出图3的电子管理***的配置示例，
-图5示出用于DC分布式PV***的电子管理***的可能实施例，
-图6示出用于AC分布式PV***的电子管理***的可能实施例，
-图7示出具有多串转换器的电子管理***的实施例，
-图8示出具有根据本发明的电子管理***和在转换器和输出转换器之间连接的重配置模块的发电***的实施例，
-图9示出类似于图3示例的发电***的演进，
-图10示出类似于图3示例的发电***的另一演进，和
-图11示出类似于图6示例的发电***的再一演进。
具体实施方式
在所有图中，相同标记指的是相同的元件。
图1示意地说明包含发电电池3(31、32、33、……3n；n是正整数)的发电***1。
这个发电电池3可以是光伏电池(PV电池)、包含几个PV电池的光伏串、电化电池、燃料电池或模块发电机的任何部分。
下面的描述更具体地集中于PV电池和PV串，但并不排除可再生电能或电存储设备的其他源。
在无机材料的情况中，光伏电池基本包括由半导体材料所制成的二极管(pin或pn结)。这种材料具有吸收光能的特性，所述光能的相当大部分可被转移至电荷载流子(电子和空穴)。利用二极管(pin或pn结)的结构——分别掺杂N型和P型两个区域——由未掺杂区(被称作“本征”区，并由pin结中的“i”指定)有选择地分开——有可能分开电荷载流子以便然后经由光伏电池所包括的电极来收集它们。光伏电池可提供的电势差(开路电压Voc)和最大电流(短路电流Isc)取决于电池组件的构成材料以及该电池周围的条件(包括贯穿谱强度的照度、温度……)。
在有机材料的情况中，模型本质上是不同的——进一步参照施主和受主材料的概念(notion)，其中创建了被称作激子的电子-空穴对。最终的目的保持是一样的：分开用于收集和生成电流的电荷载流子。
如图1所示，发电电池3连接到电子管理***5。电子管理***5直接连接到负载7，或者经由静态转换器9间接连接。
负载7可以是直接用户、存储***或电气网路/网络。
在本例中，静态转换器9是DC-DC转换器，而取决于负载7，也可代替使用DC/AC转换器。
每个转换器与MPPT控制单元11相关联，用于跟踪最大功率点(或MPPT，即最大功率点***)来收集PV电池3所产生的电能以将其传递给负载7。
依据负载7的需要，可使得转换器9增加或降低输出电压和/或使输出电压波动(rippling)。
MPPT控制单元11被设计为控制转换器9以便获得对应于最佳电压值Vopt(即对应于功率特征的最大点)的输入电压。
最大功率点取决于几个随时间可变的参数，尤其取决于当前的阳光、PV电池的温度、或处于运行状态的PV电池的数量，这将稍后讨论。
以这种方式，某些电池的故障或遮蔽不会过多影响PV电池的产出(yield)。
例如，最大功率点***MPPT控制器可应用算法，其标识电压变化对由PV电池3通过电子管理***5在其输入处所传递的功率的影响，并引起电压在标识为增加功率的方向上移动。
因此，这样的算法由以下步骤组成：测量转换器9针对第一电压所传递的功率，并且在某一时间之后施加大于所述第一电压的第二电压，并然后测量或估计对应的功率。
在对应于第二电压的功率大于对应于第一电压的功率的情况中，所述算法随后的步骤是施加更高的第三电压。在相反的情况中，第三应用的电压小于第一电压。这样，逐渐地，***可不断(permanently)调整加到转换器9的输入端的电压以便尽可能近地接近最大功率点。可以理解，其他算法可应用于MPPT控制。
更具体地，电子管理***5包含能量路由模块13和控制所述能量路由模块13的电子控制单元15。
如图1中所能看到的，每个PV电池3有两个端子，其连接到能量路由模块13的两个对应电池连接端。
在未示出的替换中，有可能两个PV电池共享能量路由模块13的公共电池连接端。
这样，在本实施例中，能量路由模块13的2n个电池连接端连接到n个关联的发电电池3上。
能量路由模块13具有连接到相关联的静态转换器9或直接连接到负载7的输出。在当前情况中，路由模块有2m个输出，m是正整数。
然而，可能具有例如减少数目的输出。这在使用多电平转换器时能够是令人关注的。
在当前情况中，m小于n，且至少m＝2，这允许更少数量的静态转换器。但是在其他实施例中，人们可考虑m等于或高于n，而不失去本发明的益处。
能量路由模块13适于从它的电池连接端到它的输出之间路由能量流。
能量路由模块13由适于动态控制能量路由模块13的电子控制单元15控制。
“动态”意味着控制单元15将时不时地考虑能量路由模块13的状态，并可应用将改变能量路由模块13的状态的控制命令。这样，作为不间断的过程，电子控制单元持续地控制能量路由模块13用于优化从发电电池到静态转换器的能量流。
图3中示出能量路由模块13的具体但非限制性示例，它展示了发电***1的示例，所述发电***1具有包含3个PV电池3(31、32、33)和两个静态转换器9(91、92)的电子管理***5。
在本示例中，能量路由模块13具有6个电池连接端(Ik，k是正整数；1≤k≤6)和4个输出(Ol，l是正整数；1≤l≤4)。
如所能看到的，能量路由模块13包含所述电池连接端和所述输出之间的电连接图17，允许每个电池连接端Ik可通过电连接来连接到每个输出Ol，还允许电池连接端Ik可连接到另一电池连接端Ij，j是整数，且j≠k。
因此，如果能量/电流从PV电池3流入能量路由模块，能量路由模块13的电池连接端可被看作输入，并且如果能量/电流从能量路由模块流入PV电池3，能量路由模块13的电池连接端可被看作输出。后者将是例如两个PV电池被串联连接的情况。
可以理解，在其他示例中，可设想较少的组合，所以导致以下事实，电池连接端可不连接到能量路由模块13的所有其他电池连接端或输出。
此外，能量路由模块包含置于电连接图17中的开关S(15个开关Sp，p是正整数；1≤p≤15)，以从所述电池连接端Ik的至少一个到所述输出Ol的至少一个之间路由能量。
例如，如果开关S15闭合，则输入I1连接到输出O1。
然而，当开关S15闭合、S13和S14断开、S8闭合、S7和S9断开并且S3闭合时，PV电池31和32在输出O1和O2处与静态转换器91串联连接。
因此，电连接图17和所述开关S被配置为在所述输出处提供能量路由模块13的所述电池连接端的几个串联和/或并联连接。
开关S在导电状态具有低的欧姆电阻，例如小于10mΩ。
开关S可以是机电开关、MOSFET晶体管或IGBT开关。
现在转到图2，它更具体地示出电子控制单元15的示例。电子控制单元15至少包含在所述能量路由模块13的电池连接端处的如同电压和/或电流传感器的第一传感器21，用于检测例如意味着电池连接端的电压和/或电流值的电池值。
不用说，可存在测量如以上示例所提及的不同参数的几个传感器21。
电子控制单元15还可包含第二传感器22，包含在静态转换器9的输出处的电压和/或电流传感器，用于检测例如意味着静态转换器的输出的电压和/或电流值的转换器值。
在本实施例中，电子控制单元15被安排以根据电池值和转换器值的函数动态重配置所述能量路由模块13的开关S，例如以使瞬时功率输出最大化。
由于第一21和第二22传感器，所生成的能量可被优化地路由至静态转换器9，并可在发电***1的输出处获得最大功率输出。
例如，在比较电池处所生成的功率和转换器处输出的功率时，能考虑转换器的老化及其特征的改变。
如果温度升高，另一可能的方面也可能是在静态转换器级别9的能量转换效率的损失。在这种情况下，控制单元15例如检测在电池级别的稳定功率输出，而同时功率输出在静态转换器输出处降低。然后控制单元15被配置为将另一静态转换器9设为运行，例如与第一转换器并行或替代之。
开关S的配置或重配置意味着控制所述能量路由模块13的开关S的切换状态或位置(导通状态/截止状态)。
电子控制单元15还包含处理单元23，例如包含存储器和安装于其上的软件程序的微处理器，并包含驱动单元25，用于根据从微处理器接收的指令来驱动所述开关S。
电子控制单元15被安排以根据控制参数的改变来动态重配置所述能量路由模块13的开关S的位置。这典型地通过软件和适合的优化算法来实现。
在其他示例中，可触发切换位置的重配置的参数可以是环境温度、至少一个光伏电池的辐射、至少一个转换器的转换占空比、任何故障标记、所产生功率的总体电平。这允许考虑例如在至少一个电池3上的遮蔽效应。
根据替换，具有其处理单元23的电子控制单元15被安排以周期性地(例如每5分钟)动态重配置所述能量路由模块的开关S。
这样做的目的是定期更新切换配置，以便优化功率输出。
根据另一替换，电子控制单元15被安排以根据基于过去的能量路由配置的估计最优能量输出，来动态重配置所述能量路由模块13的开关。在该情况中，电子控制单元15保护过去的切换配置，所述配置例如涉及在内部存储器或数据库或演进模型中的至少一个传感器21的测量值和/或环境条件和/或所传递的输出功率，以预测对于未来状况的最佳切换配置。
根据再一替换，功率成本函数软件在处理单元23中实现，并且电子控制单元15被安排以根据这个功率成本函数例程来重配置所述能量路由模块的开关。
根据再一替换，例如以轮流处理的方式，电子控制单元15被配置为交替所述输出的运行周期，因而使静态转换器9的运行时间交替。这样做的目的是使静态转换器9的运行时间平缓且均衡，特别是增加这种转换器的使用寿命。
因而容易理解，本解决方案允许动态重配置发电电池之间的切换，因而允许至多使能量路由模块13的输出处的电流和/或电压适合于转换器9的输入，从而允许获得对于转换器9的最佳运行条件。
例如通过在软件中实施用于电子地管理至少n个发电电池3和至少m(至少m＝2)个静态转换器9之间的能量流的方法，来实现这样的动态重配置，该方法包含从连接到发电电池的电池连接端到所述输出之间动态路由能量流的步骤。
因此，在发电***1中，能减少并优化转换器的数量以允许响应遮蔽效应，并避免如同全分布式架构中那样将一个转换器与一个发电电池3关联。
由于上述电子管理***5，甚至可能并设想，m个静态转换器9被分成至少两组转换器9，例如展示不同的功率范围(使用或不使用相同的功率转换技术)。这样，一组转换器不同于另一组转换器，并因而专用于特定/专门的用途。
这意味着例如在图3中，转换器9之一例如可具有其他转换器9的额定功率的一半，还允许一些补充的成本降低和性能增加。
另一示例可以是共用(pooling)几个专门转换器。例如利用DC/DC转换器池，一些仅可降压(buck)(专门降低电压)，另一些仅可升压(专门升高电压)，而另一些可降压/升压(能够升高或降低电压)，又可导致一些补充的成本降低和性能增加。
此外，上述电子管理***5使得发电***1更加鲁棒，因为如果转换器9之一出现故障，从电池3到工作转换器9的能量的重路由能保持功率输出，甚至没有任何损失。
实际上，在处理单元23中所实施的优化算法可包含这样的方法，其中，在工作转换器和因为故障或功能失常而未工作的转换器之间检测转换器9的运行状态，并响应该故障检测。
然后，优化算法动态地驱动能量路由模块13的开关S，以从连接到发电电池13的2n个电池连接端到工作运行状态中的转换器9之间路由能量流。这样，电池3所生成的功率不会有损失。
图4A-4L是图3的简化视图，并示出能量路由模块13的可能切换配置的示例，这允许更好地理解本发明。在这些图中，一个PV电池3上的云意味着这个电池被遮蔽效应所影响。
在图4A和4B中，所有PV电池3串联连接，但仅有一个静态转换器9在两种配置的任一种中使用。
在图4C中，所有PV电池3串联连接，且两个转换器9并行使用。
在图4D、4E和4F中，遮蔽影响这三个PV电池3中的一个(图4D中的33；图4E中的32；图4F中的31)。被遮蔽影响的PV电池3被隔离，并连接到一个转换器9，而其他未受影响的PV电池3串联连接到其他转换器9，因而确保最佳功率回收(harvesting)。
在图4G、4H和4I中，遮蔽影响这三个PV电池3中的两个。未被遮蔽影响的PV电池3被隔离，且连接到一个转换器9，而其他受影响的PV电池3串联连接到其他转换器9。这样的配置在这种辐射状况中也更加有效。
更一般而言，在处理单元23中所实施的优化算法可包含这样的方法，其中，具体在遮蔽和未遮蔽电池或其他类别辐射状态之间检测PV电池3的辐射状态。
然后，通过仅将相同辐射状态或属于同类辐射状态的PV电池3串联连接到转换器9，优化算法动态地驱动能量路由模块13的开关S，以从连接到发电电池3的2n个电池连接端到转换器9之间路由能量流。
在图4J、4K和4L中，遮蔽影响了所有三个PV电池3。
在图4J和4K中，所有PV电池3串联连接，但在两种配置的任一种中仅使用一个静态转换器9。
在图4L中，所有PV电池3都串联连接，并且并行使用两个转换器9。
在工作期间，当在图4A和4B中所示的配置之间按照周期性的基础(例如每5分钟)太阳能还不是最大时，控制单元15例如在早上驱动。当太阳升起时，控制单元15通过传感器21检测到辐射的升高，并驱动能量路由模块13至图4C所示的配置。
假设，云将依次遮蔽PV电池31、32、33之一，这将被控制单元15和它的传感器21检测到。在这种情况下，控制单元15依次驱动能量路由模块13至图4F、4E、4D……等中所示的配置。
人们由此容易理解能量管理***5的益处，其允许根据发电电池3的真实发电条件的函数，为转换器9的输入供应最佳电压/电流范围。
图5-10示出发电***1的具体示例。
图5涉及DC分布式PV***，它具有n个PV电池、m个DC/DC转换器9，每个转换器具有关联的MPPT控制单元11。DC/DC转换器9的输出连接到汇流箱(combiner box)30，它的输出连接到DC/AC转换器32。能在汇流箱30中考虑转换器9的固定串联或并联连接。DC/AC转换器32的输出连接到负载7。
图6涉及AC分布式PV***，它具有n个PV电池、m个DC/AC转换器9，每个转换器具有关联的MPPT控制单元11。DC/AC转换器9的输出通过共用输出线连接到负载7。
图7涉及具有n个PV电池的PV***，其中，能量路由模块13的m个输出连接到DC/AC多串转换器9的对应输入，所述转换器的输出连接到负载7。
图8涉及具有n个PV电池的***，m个DC/DC转换器9的每一个具有关联的MPPT控制单元11。DC/DC转换器9的输出连接到在具有该申请人的姓名的WO2010/070621中所述的重配置模块35，重配置模块的输出连接到与负载7连接的输出DC/AC转换器37。
利用重配置模块35考虑转换器9输出的动态可重配置的串联和/或并联连接，导致在DC/DC转换器9故障的情况下的增加的可靠性。例如，考虑无需维护的***应用(嵌入式***、远程或难以到达的***……)，可通过在转换阶段的冗余性来实现增加的可靠性和更长的寿命。人们因而可利用本发明的用途，在发电电池3和通过重配置模块35连接到输出DC/AC转换器的静态转换器9之间引入电子路由模块13，例如减少转换器或微转换器的基础(base)数量，使用更少的转换器来实现相同级别的可靠性。此外，在该情况中，如上所述，通过将能量流重路由到处于工作运行状态的转换器9，连接到缺省转换器9的功能性发电电池3所产生的电力得以恢复。
图9不同于图1中所示的实施例，因为能量路由模块13还包含至少2p个输出，p是正整数，且p≥1(在本例中p＝1)，它们连接到能量路由模块13的对应2p个输入端，在所述2p个输出和所述2p个输入端之间形成环形连接40。
在内部，路由模块13将与图3中的路由模块的示例类似，并具有开关置于其中的电连接图17，这不仅允许从电池连接端到所述输出之间的所生成能量的多个路由，还允许从输出到所述输入端以及从那里到其他输出端的重路由，同时例如与来自其他电池连接端的所生成能量组合。
这允许增加组合发电电池3的概率。具体地，这允许对多组发电电池3分组。
图10的实施例不同于图1的实施例，因为静态转换器9的输出不是连接到负载7，而是连接到能量路由模块13的对应输入端。换句话说，对于图10的实施例，能量路由模块13包含两个环形连接40，每个包含带有其MPPT控制单元11的静态转换器9。
由于这种配置，可实现与关于图8的实施例所描述的功能相同的功能。另外，能为优化的功率转换实现动态主-从配置。
图11的实施例不同于图6的实施例，因为静态转换器9的一个99是多级转换器。因此，对于转换器99，能量路由模块13的三个输出连接到多级转换器99的相应入口。
ScienceDirect Solar Energy 84(2010)的1175-1186页的“Direct powercontrol of gird connected PV systems with three level NPC inverter”中特别针对图3(b)公开了多级转换器的示例。这种配置对于直接连接到网路可以是有利的。
本发明允许通过发电电池3的输出处的能量/功率的自适应动态路由来优化来自发电电池3的功率回收，同时通过减少必需的转换器9的数量来降低***成本，并增加发电***1的可靠性。
在图6-11中，为了简化的目的已主动省略了第二传感器22，但无论这些第二传感器22存在与否，这些图都是可以理解的。
Claims (24)
1.一种用于发电电池(3)的电子管理***(5)，所述***包含：
-要连接到n个关联的发电电池(3)的电池连接端，n是正整数，
-要连接到m个关联的静态转换器(9)的输出，m是正整数且m≥2，
-能量路由模块(13)，适用于在所述电池连接端和所述输出之间路由能量流，所述能量路由模块(13)还包含至少p个补充输出，p是正整数且p≥1，所述输出连接到所述能量路由模块(13)的对应p个补充输入端，形成所述p个补充输出和所述p个补充输入端之间的环形连接(40)，和
-电子控制单元(15)，适用于动态控制该能量路由模块(13)。
2.如权利要求1所述的***，其中，所述电子控制单元(15)包含：
-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(21)，
-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(22)，
其中，其中该电子控制单元(15)被安排以根据所述第一和第二传感器(21、22)的输出的函数，动态重配置所述能量路由模块(13)的开关(S)。
3.如权利要求1或2所述的***，其中，该电子控制单元(15)被安排以动态重配置所述能量路由模块(13)的开关(S)，以便优化(i)转换器的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。
4.如权利要求1所述的***，其中，m是小于n的正整数。
5.如权利要求4所述的***，其中，所述***包含至少2n个电池连接端和至少2m个输出。
6.如权利要求1所述的***，其中，该能量路由模块(13)包含所述电池连接端和所述输出之间的电连接图(17)、置于所述电连接图中的开关(S)，用于在所述电池连接端的至少一个和所述输出的至少一个之间路由能量。
7.如权利要求6所述的***，其中，所述电连接图(17)和所述开关(S)被配置为在所述输出处提供所述电池连接端的串行和/或并行连接。
8.如权利要求1所述的***，其中，所述电子控制单元(15)被安排以根据控制参数的变化来动态重配置所述能量路由模块(13)的开关(S)。
9.如权利要求1所述的***，其中，所述电子控制单元(15)被安排以周期性地动态重配置所述能量路由模块(13)的开关(S)。
10.如权利要求1所述的***，其中，所述电子控制单元(15)被安排以根据基于过去的能量路由配置输出的估计最优功率，来动态重配置所述能量路由模块(13)的开关(S)。
11.如权利要求1所述的***，其中，所述电子控制单元(15)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(13)的开关(S)。
12.如权利要求1所述的***，其中，所述电子控制单元(15)被配置以交替所述输出的运行周期。
13.如权利要求1所述的***，其中，至少一个所述环形连接(40)包含静态转换器(9)。
14.一种发电***(1)包含：
-至少n个发电电池(3)，n是正整数，
-至少m个静态转换器(9)，m是正整数，且m≥2，和
-如前面任一权利要求所述的电子管理***(5)，所述电子管理***(5)包含：
-连接到n个关联发电电池(3)的电池连接端，
-连接到m个关联静态转换器(9)的输出；
-能量路由模块(13)，适用于在所述电池连接端和所述输出之间路由能量流，所述能量路由模块(13)还包含至少p个补充输出，p是正整数且p≥1，所述输出连接到所述能量路由模块(13)的对应p个补充输入端，形成所述p个补充输出和所述p个补充输入端之间的环形连接(40)，和
-电子控制(15)单元，适用于动态控制该能量路由模块。
15.如权利要求14所述的***，其中，所述电子控制单元(15)包含：
-电池连接端处的包括电压和/或电流传感器的组中的第一传感器(21)，
-静态转换器的输出处的包括电压和/或电流传感器的第二传感器(22)，
并且其中，该电子控制单元(15)被安排以根据所述第一和第二传感器(21、22)的输出的函数，动态重配置所述能量路由模块(13)的开关(S)。
16.如权利要求14或15所述的***，其中，m是小于n的正整数。
17.如权利要求14或15所述的***，其中，所述m个静态转换器(9)被分成至少两组转换器，展示不同的功率范围和/或转换技术。
18.一种用于电子地管理至少n个发电电池(3)和至少m个静态转换器(9)之间的能量流的方法，在包括电子管理***(5)的***中包括能量路由模块(13)，所述能量路由模块(13)包含至少p个补充输出，p是正整数且p≥1，所述p个补充输出连接到所述能量路由模块(13)的对应p个补充输入端，形成所述p个补充输出和所述p个补充输入端之间的环形连接(40)，所述方法包含在连接到发电电池(3)的电池连接端和所述输出之间动态路由能量流的步骤，至少一个或多个输出连接到所述至少m个静态转换器，或通过所述环形连接将能量流从输出端重新路由到输入端或从所述输出端重新路由到其他输出端的步骤，其中n是正整数，m是正整数，且m≥2。
19.如权利要求18所述的方法，还包含步骤：
-检测包含电池连接端的电压和/或电流值的电池值，
-检测包含静态转换器的输出的电压和/或电流值的转换器值，
-在连接到发电电池(3)的电池连接端和所述输出之间动态路由能量流，至少一个或多个输出根据电池值和转换器值的函数连接到所述至少m个静态转换器。
20.如权利要求18或19所述的方法，其中，m小于n。
21.如权利要求18所述的方法，包含下列步骤：
-检测在工作转换器和由于故障而未工作的转换器之间的转换器(9)的运行状态；
-在连接到发电电池(3)的电池连接端和所述工作转换器之间动态路由能量流。
22.如权利要求21所述的方法，其中，对转换器的运行状态的检测基于对包含静态转换器的输出的电压和/或电流值的转换器值的检测。
23.如权利要求18所述的方法，其中，所述发电电池(3)是光伏电池，包含下列步骤：
-在具体为遮蔽PV电池(3)和未遮蔽PV电池(3)的至少两类辐射状态之间检测PV电池(3)的辐射状态；
-在仅将同类辐射状态的PV电池(3)串联到转换器的情况下，在连接到发电电池(3)的电池连接端和所述转换器之间动态路由能量流。
24.如权利要求18所述的方法，其中，所述输出的运行周期以轮流的方式来交替，以使由每个转换器所处理的运行时间和/或能量均衡。
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