專利名稱：操作電源系統的方法和包括蓄電池的電源系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及操作電源系統的方法和包括蓄電池(secondary battery)的電源系統。具體地說，本發明涉及能夠有效地運行功率產生裝置并減少累計運行時間的操作電源系統的方法。
背景技術：
在隔離島等中使用獨立運行的電源系統作為電功率輸送裝置。在獨立運行的電源系統中，功率產生裝置比如柴油發電機連接到在該島中的負載以根據需要輸送電功率。
在這種系統中，現有技術是通過例如組合多個功率產生裝置來輸送功率。更具體地說，只要可能，每個功率產生裝置以大于或等于它的額定容量的50％的輸出運行。此外，如果多個功率產生裝置在運行，則功率產生裝置運行以便它的相應的輸出相等。
但是，根據現有技術的運行方法，相應的功率產生裝置的輸出變化并且運行效率較低。一般地，對于燃燒型發電機比如柴油發電機，當它以額定容量運行時效率最大。
此外，還存在其它的問題，比如每個功率產生裝置的較高的保養頻率和較長的累計運行時間。

發明內容
因此，本發明的主要目的是提供一種操作電源系統的方法，通過這種方法功率產生裝置有效地運行并減少累計運行時間。
本發明的另一方面是提供一種包括蓄電池的電源系統，這種電源系統能夠實現有效的運行。
根據本發明，使用蓄電池作為功率存儲裝置，并且功率存儲裝置以恒定的輸出運行，由此實現上述的目的。
更具體地說，根據本發明的運行方法是一種操作電源系統的方法，在該電源系統中，蓄電池連接在功率產生裝置和負載之間，其中功率產生裝置以預定的恒定輸出運行，以及通過對蓄電池進行充電或放電調整所產生的電功率相對于對電功率的負載需求的過量或不足。
通過以如上文所描述的恒定的輸出連續地運行功率產生裝置，實現有效的運行。尤其是在功率產生裝置以它的額定容量連續地運行時實現最大的效率。此外，在功率產生裝置產生過剩的功率時對蓄電池進行充電，同時在由功率產生裝置的運行單獨輸送的功率不足時蓄電池放電，由此根據負載輸送功率。
特別可取的是使用氧化還原流電池(redox flow battery)作為蓄電池。這是因為即使在氧化還原流電池反復地充電和放電時它的老化仍然最小。此外，由于氧化還原流電池使用在電池單元(cell)之間的公共的電解溶液，即使在氧化還原流電池反復地充電和放電時在電池單元之間(或電池單元組(cellstack)之間)也不會發生充電狀態的不平衡。因此，不要求為調整充電狀態的不平衡而進行充電等，并且能夠更加有效地操作電源系統。
此外，與其它類型的蓄電池相比，氧化還原流電池允許更深的充電和放電。更具體地說，允許在氧化還原流電池的0％和100％的額定容量之間進行反復充電和放電。因此，氧化還原流電池的額定容量大于或等于功率產生裝置的額定容量的一半。通過組合功率產生裝置的運行和具有上述輸出的氧化還原流電池的充電和放電，系統在工作時能夠使電功率的輸送對應于電功率的需求。例如，通過限制使用它的額定容量的50％至100％的不同類型的蓄電池，由于該電池要求與功率產生裝置的額定容量具有相同的額定容量，因此它的成本效率較低。此外，有利的是，在電功率的需求較小時通過對氧化還原流電池放電可以簡單地輸送功率。這就減少了功率產生裝置的累計運行時間。
通過各種公知類型的發電機比如柴油發電機或燃氣輪發電機可以實現功率產生裝置。燃燒型發電機(比如通過燃燒燃油產生電功率的那些發電機)一般通過在額定容量上的恒定運行實現最大的效率。
此外，優選提供多個功率產生裝置以便根據電功率的需求選擇要運行的個數。例如，在對電功率的需求較小時僅運行一定數量的功率產生裝置，而在對電功率的需求較大時運行所有的功率產生裝置，由此實現了有效的運行。因此，減少了每個功率產生裝置的累計運行時間并延長了保養周期。
通過上述的方法運行根據本發明的電源系統。即，該系統包括功率產生裝置、負載和調節通過功率產生裝置輸送的功率相對于對電功率的負載需求過量或不足的蓄電池，該蓄電池連接在功率產生裝置和負載之間并且以恒定的輸出運行。


附圖1所示為使用根據本發明的方法的電源系統的示意圖。
附圖2所示為氧化還原流電池的示意圖。
附圖3所示為根據本發明在引入氧化還原流電池之后通過發電機所產生的電功率和氧化還原流電池的充電和放電的狀態的曲線圖。
附圖4所示為在引入氧化還原流電池之后根據本發明的方法發電機的運行模式和對氧化還原流電池充電和放電的狀態的模型的曲線圖。
附圖5所示為在引入氧化還原流電池之后根據本發明的方法在夏天中的功率消耗和通過每個發電機所產生的電功率的模式和對氧化還原流電池充電和放電的模式的曲線圖。
附圖6所示在引入氧化還原流電池之后根據本發明的方法在春秋的功率消耗和由每個發電機所產生的電功率的模式和氧化還原流電池的充電和放電的模式的曲線圖。
附圖7所示在引入氧化還原流電池之后根據本發明的方法在冬天的功率消耗和由每個發電機所產生的電功率的模式和氧化還原流電池的充電和放電的模式的曲線圖。
附圖8所示為在引入氧化還原流電池之前根據現有技術的方法由發電機產生的電功率的曲線圖。
附圖9所示為在引入氧化還原流電池之前根據現有技術的方法發電機的運行模式的模型的曲線圖。
附圖10所示為根據現有技術的方法在夏天中的功率消耗和通過每個發電機所產生的電功率的模式和對氧化還原流電池充電和放電的模式的曲線圖。
附圖11所示根據現有技術的方法在春秋的功率消耗和由每個發電機所產生的電功率的模式和氧化還原流電池的充電和放電的模式的曲線圖。
附圖12所示根據現有技術的方法在冬天的功率消耗和由每個發電機所產生的電功率的模式和氧化還原流電池的充電和放電的模式的曲線圖。
具體實施例方式
下文描述本發明的實施例。在附圖中以相同的參考標號表示相同的部件，在此省去對它們的多余的描述。在附圖中的比例不必等于在描述中的比例。
附圖1所示為使用根據本發明的運行方法的電源系統。
在這些系統中，三個功率產生裝置10連接到島上的負載20，氧化還原流(RF)電池30連接在功率產生裝置10和負載20之間。RF電池30包括功率轉換系統(轉換器)31和主電池單元32。
在本實施例中，柴油發電機(DG)用作功率產生裝置10。
參考附圖2描述RF電池30的原理。電池包括電池單元100，電池單元100通過分離部件103分為陰極單元100A和陽極單元100B。分離部件103允許離子通過。陰極單元100A和陽極單元100B分別包括陰極104和陽極105。陰極單元100A通過管106和107連接到輸送和排放陰極電解溶液的陰極槽101。類似地，陽極單元100B通過管109和110連接到輸送和排放陽極電解溶液的陽極槽102。化合價變化的離子(比如釩離子)水溶液用作電解溶液。電解溶液通過管108和111進行循環，并根據在陰極104和陽極105上的離子的原子價改變反應進行充電和放電。在使用包含釩離子的電解溶液時，在充電和放電的過程中在電池單元中產生的反應如下陰極V4+→V5++e-(充電)V4+←V5++e-(放電)陽極V3++e-→V2+(充電)V3++e-←V2+(放電)通常，使用被稱為“電池單元組”的結構，其中多個電池單元疊置在一起。
在上述的系統中，在對電功率的需求較小時在對氧化還原流電池進行充電的同時，每個功率產生裝置以恒定的輸出連續地運行，在對電功率的需求較大時同時運行多個功率產生裝置或對氧化還原流電池放電。此外，根據對電功率的需求選擇在功率產生裝置中的運行的數量。
(評估實例)模擬根據本發明的運行方法和現有技術的運行方法的電源系統的運行以計算和比較柴油發電機的累計運行時間、燃料消耗和累計電功率產生(三臺的總和)。在模擬中假設如下的條件(柴油發電機)
額定容量120kW臺數3在額定容量下的燃油消耗率(A)0.26L/kWh在50％的額定容量下的燃油消耗率(B)0.286L/kWh(假定比在額定容量下運行減少10％)在(A)和(B)之間的燃油消耗率線性近似燃油的單位價格50日元/升保養每2,000小時的運行時間(氧化還原流電池)額定容量60kW個數1(負載曲線)夏天 最大功率消耗344kW/h最小功率消耗63kW/h春秋 最大功率消耗317kW/h最小功率消耗63kW/h冬天 最大功率消耗229kW/h最小功率消耗63kW/h在附圖5至7的最上的曲線示出了具體的模式。
應用這些假設，通過在附圖3和4中所示的實施例(在引入RF之后)的運行模式的電功率產生的輸出和在附圖8和9中所示的比較實例(在引入RF之前)的運行模式的電功率產生的輸出是模擬春、夏、秋和冬的結果。
根據這些實例的發電機的運行模式是使每個柴油發電機運行在它的額定容量下。通過對氧化還原流電池進行充電和放電調節供需平衡以使發電機的總的輸出盡可能地接近120kW/h、240kW/h或360kW/h。
在比較實例中的發電機的運行模式是只要可能就使發電機在大于或等于它的額定容量的輸出下運行，以及如果多個發電機在運行，則使相應的發動機的輸出相等。
如附圖5至7的實例和附圖10至12的比較實例示出了模擬結果。此外，夏天的模擬結果概述在表I中、春秋的結果在表II中、冬天的結果在表III中以及全年的結果在表IV中。在表IV中的“DG的平均運行率”是指“DG的累計運行時間”除以“72小時×365天”。
表I

表II

表III

表IV

從在表IV中的結果中可非常清楚地看出，在引入RF之后極大地減少了“DG的累計運行時間”、“保養頻率”和“燃油消耗”。在另一方面，DG產生的累計電功率增加到足夠允許氧化還原流電池充電的程度。這表示可以非常有效地使用能量。此外，可以預計的是，由于燃油消耗的減少降低了CO2的排放，并且由于燃燒效率的改善減少了SOx和NOx。
工業實用性如上文所描述，根據本發明的運行方法，可以以它的額定容量運行功率產生裝置以改善發電機的能量效率。
此外，以一定的方式根據負載可以實現功率輸送以使在功率產生裝置產生過量功率時對氧化還原流電池進行充電，而在僅由功率產生裝置的運行單獨輸送的功率不足時使氧化還原流電池放電。因此，可以減少功率產生裝置的累計運行時間，允許通過減少燃油消耗和降低保養頻率而降低成本并延長裝置的壽命。
權利要求
1.一種操作電源系統的方法，在該電源系統中，蓄電池連接在功率產生裝置和負載之間，其中，功率產生裝置以預定的恒定輸出運行，以及通過對蓄電池進行充電或放電調整所產生的電功率相對于對電功率的負載需求的過量或不足。
2.根據權利要求1所述的操作電源系統的方法，其中，根據對電功率的需求從多個功率產生裝置中選擇要運行的個數，所選擇的功率產生裝置以預定的恒定輸出運行。
3.根據權利要求1所述的操作電源系統的方法，其中，功率產生裝置的恒定輸出是功率產生裝置的額定容量。
4.根據權利要求1所述的操作電源系統的方法，其中，蓄電池是氧化還原流電池。
5.根據權利要求2所述的操作電源系統的方法，其中，蓄電池是氧化還原流電池。
6.根據權利要求3所述的操作電源系統的方法，其中，蓄電池是氧化還原流電池。
7.根據權利要求4所述的操作電源系統的方法，其中，氧化還原流電池的額定容量大于或等于功率產生裝置的額定容量的一半。
8.根據權利要求5所述的操作電源系統的方法，其中，氧化還原流電池的額定容量大于或等于功率產生裝置的額定容量的一半。
9.根據權利要求6所述的操作電源系統的方法，其中，氧化還原流電池的額定容量大于或等于功率產生裝置的額定容量的一半。
10.一種電源系統，包括連接在功率產生裝置和負載之間的蓄電池，其中，功率產生裝置以預定的恒定的輸出運行，以及通過對蓄電池進行充電或放電調整所產生的電功率相對于對電功率的負載需求的過量或不足。
11.根據權利要求10述的電源系統，其中，功率產生裝置的恒定輸出是功率產生裝置的額定容量。
12.根據權利要求10所述的電源系統，其中，蓄電池是氧化還原流電池。
13.根據權利要求11所述的電源系統，其中，蓄電池是氧化還原流電池。
14.根據權利要求12所述的電源系統，其中，氧化還原流電池的額定容量大于或等于功率產生裝置的額定容量的一半。
15.根據權利要求13所述的電源系統，其中，氧化還原流電池的額定容量大于或等于功率產生裝置的額定容量的一半。
全文摘要
本發明提供了一種能夠實現功率產生裝置的有效運行并減少運行時間的操作電源系統的方法和電源系統。在操作電源系統的方法中，在該電源系統中蓄電池連接在功率產生裝置和負載之間，功率產生裝置以恒定的輸出運行。功率產生裝置例如通過柴油發電機來工作。特別是通過功率產生裝置在其額定功率下連續運行可以改善運行的效率。此外，在通過功率產生裝置的運行產生過剩的功率時對蓄電池進行充電，而在功率不足時氧化還原流電池放電，由此根據需求輸送功率。
文檔編號H01M8/00GK1491473SQ02804569
公開日2004年4月21日 申請日期2002年7月19日 優先權日2001年8月3日
發明者江村勝治 申請人:住友電氣工業株式會社