一種用于釩電池充放電的雙路供電電路結(jié)構(gòu)的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型屬于儲能系統(tǒng)領(lǐng)域的一種用于釩電池充放電的雙路供電電路結(jié)構(gòu)。該釩電池充放電的雙路供電電路結(jié)構(gòu)是其中釩電池主要包括釩電池電堆、正負(fù)極電解液儲液罐和泵，釩電池電堆由正負(fù)電極、離子交換膜組成，正負(fù)極電解液儲液罐各自連接一個泵，并分別接在釩電池電堆的正負(fù)電極端；兩個泵分別與控制器連接，控制器由48V穩(wěn)壓電源供電。本實(shí)用新型通過采用相互獨(dú)立的電路結(jié)構(gòu)，為釩電池電堆和控制器提供電源，解決了兩者共用同一充電機(jī)接口相互影響，以及電堆主閘閉合時(shí)產(chǎn)生沖擊電流的問題。
【專利說明】-種用于釩電池充放電的雙路供電電路結(jié)構(gòu)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型屬于儲能系統(tǒng)領(lǐng)域，尤其涉及一種用于釩電池充放電的雙路供電電路 結(jié)構(gòu)。

【背景技術(shù)】
[0002] 液流電池又稱為氧化還原液流電池，其正負(fù)極活性物質(zhì)電解液是獨(dú)立存放的，充 放電的時(shí)候，電解液通過泵流入電池內(nèi)部進(jìn)行電化學(xué)反應(yīng)。釩液流電池簡稱釩電池，具備功 率和容量可獨(dú)立設(shè)計(jì)、響應(yīng)快、壽命長、維護(hù)成本低等優(yōu)點(diǎn)，使其在風(fēng)電、光伏發(fā)電、電網(wǎng)調(diào) 峰等領(lǐng)域有著極其廣闊的應(yīng)用前景。由于釩電池儲能系統(tǒng)不僅需要控制電池電堆充放電， 還需要為控制器供電，系統(tǒng)供電，供電回路多。
[0003] 目前大部分釩電池儲能系統(tǒng)的電堆與控制器從同一端口并聯(lián)接入充電機(jī)，電池啟 動過程中，充電機(jī)首先采用恒壓充電方式為控制器供電，釩電池自檢完成后自動閉合主閘， 然后電池電堆并入充電機(jī)端口，通過充電機(jī)控制實(shí)現(xiàn)充放電。但這種供電方式使得控制器 供電易受電堆影響，當(dāng)電堆充放電回路出現(xiàn)故障時(shí)，控制電路也可能失電，造成電堆不受控 現(xiàn)象出現(xiàn)。同時(shí)，由于電池電堆初始電壓通常與控制器恒壓供電值不相等，在主閘閉合時(shí)會 對電池產(chǎn)生較大的沖擊電流。
[0004] 因此，期望通過改進(jìn)釩電池系統(tǒng)的供電電路結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)釩電池電堆的充放電回路 與控制電回路獨(dú)立受控，提高并網(wǎng)充放電過程中的系統(tǒng)效率。 實(shí)用新型內(nèi)容
[0005] 本實(shí)用新型的目的是針對【背景技術(shù)】所述的釩電池電堆與控制器通過同一端口并 入充電機(jī)，使得兩供電回路容易相互影響，主閘閉合時(shí)產(chǎn)生沖擊電流等問題，提出一種用 于釩電池充放電的雙路供電電路結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述釩電池充放電的雙路供電電路結(jié) 構(gòu)是其中釩電池主要包括釩電池電堆、正負(fù)極電解液儲液罐和泵，釩電池電堆由正負(fù)電極、 離子交換膜組成，正負(fù)極電解液儲液罐各自連接一個泵，并分別接在釩電池電堆的正負(fù)電 極端；兩個泵分別與控制器連接，控制器由48V穩(wěn)壓電源供電；充電機(jī)正極通過主閘接在釩 電池電堆的正極上，充電機(jī)負(fù)極通過主閘接在釩電池電堆的負(fù)極上；所述充電機(jī)為高頻變 壓器并網(wǎng)的電路結(jié)構(gòu)，由交錯并聯(lián)BuckBoost電路、高頻隔離全橋DC/DC電路和三相全橋 DC/AC電路構(gòu)成電堆充放電主電路。
[0006] 所述交錯并聯(lián)BuckBoost電路包含C1電容和C2電容、L1電感和L2電感、開關(guān)管 S1至S4、二極管D1至D4 ;高頻隔離全橋DC/DC電路為在高頻變壓器T1的初級端連接接成 橋式結(jié)構(gòu)的自帶反并二極管的開關(guān)管Sal至Sa4,次級端連接接成橋式結(jié)構(gòu)的自帶反并二 極管的開關(guān)管Sbl至Sb4 ;三相全橋DC/AC電路包含自帶反并二極管的開關(guān)管Scl至Sc6。
[0007] 所述交錯并聯(lián)BuckBoost電路組成為Cl電容的一端與L1電感和L2電感的公共 節(jié)點(diǎn)和釩電池正極連接；L1電感連接S4開關(guān)管的源極和S2開關(guān)管的漏極，L2電感連接S3 開關(guān)管的源極和S1開關(guān)管的漏極，C2電容的一端連接S4開關(guān)管的漏極和S3開關(guān)管的漏 極，C2電容的另一端與Cl電容的另一端、S1開關(guān)管的源極、S2開關(guān)管的源極、Sa2開關(guān)管 的源極和Sa4開關(guān)管的源極連接在一起；Sal開關(guān)管的源極和Sa2開關(guān)管的漏極連接，并和 T1初級一端連接；Sa3開關(guān)管的源極和Sa4開關(guān)管的漏極連接，并和T1初級的另一端連接； Sal開關(guān)管的漏極和Sa2開關(guān)管的漏極與C2電容的一端連接；其中S1開關(guān)管、S2開關(guān)管、 S3開關(guān)管和S4開關(guān)管分別與D1二極管、D2二極管、D3二極管和D4二極管反并連.。
[0008] 所述三相全橋DC/AC電路為C3電容的一端連接Scl開關(guān)管、Sc2開關(guān)管和Sc3開 關(guān)管的漏極；C3電容的另一端連接Sc4開關(guān)管、Sc5開關(guān)管和Sc6開關(guān)管的源極；Scl開關(guān) 管、Sc2開關(guān)管和Sc3開關(guān)管的源極分別和Sc4開關(guān)管、Sc5開關(guān)管和Sc6開關(guān)管的漏極連 接；所述Scl開關(guān)管、Sc2開關(guān)管和Sc3開關(guān)管的源極分別和Sc4開關(guān)管、Sc5開關(guān)管和Sc6 開關(guān)管的漏極連接的三個節(jié)點(diǎn)分別連接LC濾波器，組成三相全橋DC/AC電路，其中，C3電 容的兩端分別連接Sb4開關(guān)管的源極和Sb3開關(guān)管的漏極；三相LC濾波器通過開關(guān)連接交 流電源的A、B、C相線上。
[0009] 所述的控制器結(jié)構(gòu)主要包括：輸入為40V至60V、輸出為24V的DC/DC開關(guān)電源， DC/DC開關(guān)電源分別連接電解液及管道壓力監(jiān)測模塊及輸出采樣及電機(jī)驅(qū)動模塊；輸出采 樣及電機(jī)驅(qū)動模塊還跨接在DC/DC開關(guān)電源輸出電容兩端。
[0010] 本實(shí)用新型的有益效果是通過采用相互獨(dú)立的電路結(jié)構(gòu)，為釩電池電堆和控制器 提供電源，解決了兩者共用同一充電機(jī)接口相互影響，以及電堆主閘閉合時(shí)產(chǎn)生沖擊電流 的問題。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0011] 圖1:釩電池儲能系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖。
[0012] 圖2:控制器結(jié)構(gòu)圖示意圖。
[0013] 圖3:充電機(jī)的電路示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0014] 本實(shí)用新型提出一種用于釩電池充放電的雙路供電電路結(jié)構(gòu)。下面結(jié)合附圖予以 說明。
[0015] 如圖1所示所述釩電池充放電的雙路供電電路結(jié)構(gòu)是其中釩電池主要包括釩電 池電堆、正負(fù)極電解液儲液罐和泵，釩電池電堆由正負(fù)電極、離子交換膜組成，正負(fù)極電解 液儲液罐各自連接一個泵，并分別接在釩電池電堆的正負(fù)電極端；兩個泵分別與控制器連 接，控制器由48V穩(wěn)壓電源供電；泵從儲液罐中將電解液送入電堆內(nèi)，在外部充放電系統(tǒng)的 控制下完成氧化和還原反應(yīng)，反應(yīng)完成后電解液又被送回儲液罐，如此活性物質(zhì)不斷循環(huán) 流動，完成充放電。充電機(jī)將釩電池與電網(wǎng)連接，控制釩電池充放電狀態(tài)。穩(wěn)壓電源為釩 電池控制器提供穩(wěn)定電源。充電機(jī)正極通過主閘接在釩電池電堆的正極上，充電機(jī)負(fù)極通 過主閘接在釩電池電堆的負(fù)極上；所述充電機(jī)為高頻變壓器并網(wǎng)的電路結(jié)構(gòu)，由交錯并聯(lián) BuckBoost電路、高頻隔離全橋DC/DC電路和三相全橋DC/AC電路構(gòu)成電堆充放電主電路。
[0016] 如圖2所示，所述的控制器結(jié)構(gòu)主要包括：輸入為40V至60V、輸出為24V的DC/DC 開關(guān)電源，DC/DC開關(guān)電源分別連接電解液及管道壓力監(jiān)測模塊及輸出采樣及電機(jī)驅(qū)動模 塊。輸出采樣及電機(jī)驅(qū)動模塊還跨接在DC/DC開關(guān)電源輸出電容兩端。
[0017] 如圖3所示，所述交錯并聯(lián)BuckBoost電路包含Cl電容和C2電容、L1電感和L2 電感、開關(guān)管S1開關(guān)管至S4開關(guān)管、D1二極管至D4二極管；高頻隔離全橋DC/DC電路為 在高頻變壓器T1的初級端連接接成橋式結(jié)構(gòu)的自帶反并二極管的Sal開關(guān)管至Sa4開關(guān) 管，次級端連接接成橋式結(jié)構(gòu)的自帶反并二極管的Sbl開關(guān)管至Sb4開關(guān)管；三相全橋DC/ AC電路包含自帶反并二極管的Scl開關(guān)管至Sc6開關(guān)管。
[0018] 所述交錯并聯(lián)BuckBoost電路組成為C1電容的一端與L1電感和L2電感的公共 節(jié)點(diǎn)和釩電池正極連接；L1電感連接S4開關(guān)管的源極和S2開關(guān)管的漏極，L2電感連接S3 開關(guān)管的源極和S1開關(guān)管的漏極，C2電容的一端連接S4開關(guān)管的漏極和S3開關(guān)管的漏 極，C2電容的另一端與C1電容的另一端、S1開關(guān)管的源極、S2開關(guān)管的源極、Sa2開關(guān)管 的源極和Sa4開關(guān)管的源極連接在一起，Sal開關(guān)管的源極和Sa2開關(guān)管的漏極連接，并和 T1初級一端連接；Sa3開關(guān)管的源極和Sa4開關(guān)管的漏極連接，并和T1初級的另一端連接； Sal開關(guān)管的漏極和Sa2開關(guān)管的漏極與C2電容的一端連接；其中S1開關(guān)管、S2開關(guān)管、 S3開關(guān)管和S4開關(guān)管分別與D1二極管、D2二極管、D3二極管和D4二極管反并連；
[0019] 所述三相全橋DC/AC電路為C3電容的一端連接Scl開關(guān)管、Sc2開關(guān)管和Sc3開 關(guān)管的漏極，C3電容的另一端連接Sc4開關(guān)管、Sc5開關(guān)管和Sc6開關(guān)管的源極，Scl開關(guān) 管、Sc2開關(guān)管和Sc3開關(guān)管的源極分別和Sc4開關(guān)管、Sc5開關(guān)管和Sc6開關(guān)管的漏極連 接，所述Scl開關(guān)管、Sc2開關(guān)管和Sc3開關(guān)管的源極分別和Sc4開關(guān)管、Sc5開關(guān)管和Sc6 開關(guān)管的漏極連接的三個節(jié)點(diǎn)分別連接LC濾波器，組成三相全橋DC/AC電路，其中，C3電 容的兩端分別連接Sb4開關(guān)管的源極和Sb3開關(guān)管的漏極；三相LC濾波器通過開關(guān)連接交 流電源的A、B、C相線上。
[0020] 具體工作原理如下：釩電池啟動時(shí)，首先通過控制器帶動泵旋轉(zhuǎn)，使得儲液罐中的 電解液逐漸流入電堆內(nèi)，當(dāng)控制器對電池完成自檢后自動閉合主閘，將電堆的正負(fù)極接入 充電機(jī)；當(dāng)電堆接入充電機(jī)后，電池可按當(dāng)前需求實(shí)現(xiàn)充放電功能。
[0021] 與控制器、電堆共用同一個充電機(jī)端口的供電方式相比，本發(fā)明提出的雙電源供 電方式，避免了電堆的故障狀態(tài)對控制系統(tǒng)的影響，尤其解決了主閘閉合時(shí)，由于控制器工 作電壓與電堆初始電壓不等產(chǎn)生的電流沖擊問題。該雙電源供電方式，在大功率充電機(jī)主 電路發(fā)生故障時(shí)，確保小功率控制電的穩(wěn)定性；同時(shí)，實(shí)現(xiàn)了啟動過程中的電池電流的平滑 變化。
【權(quán)利要求】
1. 一種用于釩電池充放電的雙路供電電路結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述釩電池充放電的雙 路供電電路結(jié)構(gòu)是其中釩電池主要包括釩電池電堆、正負(fù)極電解液儲液罐和泵，釩電池電 堆由正負(fù)電極、離子交換膜組成，正負(fù)極電解液儲液罐各自連接一個泵，并分別接在釩電池 電堆的正負(fù)電極端；兩個泵分別與控制器連接，控制器由48V穩(wěn)壓電源供電；充電機(jī)正極通 過主閘接在釩電池電堆的正極上，充電機(jī)負(fù)極通過主閘接在釩電池電堆的負(fù)極上；所述充 電機(jī)為高頻變壓器并網(wǎng)的電路結(jié)構(gòu)，由交錯并聯(lián)BuckBoost電路、高頻隔離全橋DC/DC電路 和三相全橋DC/AC電路構(gòu)成電堆充放電主電路。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述用于釩電池充放電的雙路供電電路結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述交 錯并聯(lián)BuckBoost電路包含C1電容和C2電容、L1電感和L2電感、開關(guān)管S1至S4、二極管 D1至D4 ;高頻隔離全橋DC/DC電路為在高頻變壓器T1的初級端連接接成橋式結(jié)構(gòu)的自帶 反并二極管的開關(guān)管Sal至Sa4,次級端連接接成橋式結(jié)構(gòu)的自帶反并二極管的開關(guān)管Sbl 至Sb4 ;三相全橋DC/AC電路包含自帶反并二極管的開關(guān)管Scl至Sc6。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述用于釩電池充放電的雙路供電電路結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述交 錯并聯(lián)BuckBoost電路組成為C1電容的一端與L1電感和L2電感的公共節(jié)點(diǎn)和釩電池正 極連接；L1電感連接S4開關(guān)管的源極和S2開關(guān)管的漏極，L2電感連接S3開關(guān)管的源極和 S1開關(guān)管的漏極，C2電容的一端連接S4開關(guān)管的漏極和S3開關(guān)管的漏極，C2電容的另一 端與C1電容的另一端、S1開關(guān)管的源極、S2開關(guān)管的源極、Sa2開關(guān)管的源極和Sa4開關(guān) 管的源極連接在一起；Sal開關(guān)管的源極和Sa2開關(guān)管的漏極連接，并和T1初級一端連接； Sa3開關(guān)管的源極和Sa4開關(guān)管的漏極連接，并和T1初級的另一端連接；Sal開關(guān)管的漏極 和Sa2開關(guān)管的漏極與C2電容的一端連接；其中S1開關(guān)管、S2開關(guān)管、S3開關(guān)管和S4開 關(guān)管分別與D1二極管、D2二極管、D3二極管和D4二極管反并連。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述用于釩電池充放電的雙路供電電路結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述三 相全橋DC/AC電路為C3電容的一端連接Scl開關(guān)管、Sc2開關(guān)管和Sc3開關(guān)管的漏極；C3 電容的另一端連接Sc4開關(guān)管、Sc5開關(guān)管和Sc6開關(guān)管的源極；Scl開關(guān)管、Sc2開關(guān)管和 Sc3開關(guān)管的源極分別和Sc4開關(guān)管、Sc5開關(guān)管和Sc6開關(guān)管的漏極連接；所述Scl開關(guān) 管、Sc2開關(guān)管和Sc3開關(guān)管的源極分別和Sc4開關(guān)管、Sc5開關(guān)管和Sc6開關(guān)管的漏極連 接的三個節(jié)點(diǎn)分別連接LC濾波器，組成三相全橋DC/AC電路，其中，C3電容的兩端分別連 接Sb4開關(guān)管的源極和Sb3開關(guān)管的漏極；三相LC濾波器通過開關(guān)連接交流電源的A、B、 C相線上。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述用于釩電池充放電的雙路供電電路結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述的 控制器結(jié)構(gòu)主要包括：輸入為40V至60V、輸出為24V的DC/DC開關(guān)電源，DC/DC開關(guān)電源分 別連接電解液及管道壓力監(jiān)測模塊及輸出采樣及電機(jī)驅(qū)動模塊；輸出采樣及電機(jī)驅(qū)動模塊 還跨接在DC/DC開關(guān)電源輸出電容兩端。
【文檔編號】H02J7/02GK203850856SQ201420058859
【公開日】2014年9月24日 申請日期:2014年2月7日 優(yōu)先權(quán)日:2014年2月7日
【發(fā)明者】趙楊陽 申請人:清華大學(xué)