一種用于釩電池充放電的雙路供電電路結構的制作方法
【專利摘要】本實用新型屬于儲能系統領域的一種用于釩電池充放電的雙路供電電路結構。該釩電池充放電的雙路供電電路結構是其中釩電池主要包括釩電池電堆、正負極電解液儲液罐和泵，釩電池電堆由正負電極、離子交換膜組成，正負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電極端；兩個泵分別與控制器連接，控制器由48V穩壓電源供電。本實用新型通過采用相互獨立的電路結構，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接口相互影響，以及電堆主閘閉合時產生沖擊電流的問題。
【專利說明】-種用于釩電池充放電的雙路供電電路結構
【技術領域】
[0001] 本實用新型屬于儲能系統領域，尤其涉及一種用于釩電池充放電的雙路供電電路 結構。
【背景技術】
[0002] 液流電池又稱為氧化還原液流電池，其正負極活性物質電解液是獨立存放的，充 放電的時候，電解液通過泵流入電池內部進行電化學反應。釩液流電池簡稱釩電池，具備功 率和容量可獨立設計、響應快、壽命長、維護成本低等優點，使其在風電、光伏發電、電網調 峰等領域有著極其廣闊的應用前景。由于釩電池儲能系統不僅需要控制電池電堆充放電， 還需要為控制器供電，系統供電，供電回路多。
[0003] 目前大部分釩電池儲能系統的電堆與控制器從同一端口并聯接入充電機，電池啟 動過程中，充電機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端口，通過充電機控制實現充放電。但這種供電方式使得控制器 供電易受電堆影響，當電堆充放電回路出現故障時，控制電路也可能失電，造成電堆不受控 現象出現。同時，由于電池電堆初始電壓通常與控制器恒壓供電值不相等，在主閘閉合時會 對電池產生較大的沖擊電流。
[0004] 因此，期望通過改進釩電池系統的供電電路結構，實現釩電池電堆的充放電回路 與控制電回路獨立受控，提高并網充放電過程中的系統效率。 實用新型內容
[0005] 本實用新型的目的是針對【背景技術】所述的釩電池電堆與控制器通過同一端口并 入充電機，使得兩供電回路容易相互影響，主閘閉合時產生沖擊電流等問題，提出一種用 于釩電池充放電的雙路供電電路結構，其特征在于，所述釩電池充放電的雙路供電電路結 構是其中釩電池主要包括釩電池電堆、正負極電解液儲液罐和泵，釩電池電堆由正負電極、 離子交換膜組成，正負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電 極端；兩個泵分別與控制器連接，控制器由48V穩壓電源供電；充電機正極通過主閘接在釩 電池電堆的正極上，充電機負極通過主閘接在釩電池電堆的負極上；所述充電機為高頻變 壓器并網的電路結構，由交錯并聯BuckBoost電路、高頻隔離全橋DC/DC電路和三相全橋 DC/AC電路構成電堆充放電主電路。
[0006] 所述交錯并聯BuckBoost電路包含C1電容和C2電容、L1電感和L2電感、開關管 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 橋式結構的自帶反并二極管的開關管Sal至Sa4,次級端連接接成橋式結構的自帶反并二 極管的開關管Sbl至Sb4 ;三相全橋DC/AC電路包含自帶反并二極管的開關管Scl至Sc6。
[0007] 所述交錯并聯BuckBoost電路組成為Cl電容的一端與L1電感和L2電感的公共 節點和釩電池正極連接；L1電感連接S4開關管的源極和S2開關管的漏極，L2電感連接S3 開關管的源極和S1開關管的漏極，C2電容的一端連接S4開關管的漏極和S3開關管的漏 極，C2電容的另一端與Cl電容的另一端、S1開關管的源極、S2開關管的源極、Sa2開關管 的源極和Sa4開關管的源極連接在一起；Sal開關管的源極和Sa2開關管的漏極連接，并和 T1初級一端連接；Sa3開關管的源極和Sa4開關管的漏極連接，并和T1初級的另一端連接； Sal開關管的漏極和Sa2開關管的漏極與C2電容的一端連接；其中S1開關管、S2開關管、 S3開關管和S4開關管分別與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開關管、Sc2開關管和Sc3開 關管的漏極；C3電容的另一端連接Sc4開關管、Sc5開關管和Sc6開關管的源極；Scl開關 管、Sc2開關管和Sc3開關管的源極分別和Sc4開關管、Sc5開關管和Sc6開關管的漏極連 接；所述Scl開關管、Sc2開關管和Sc3開關管的源極分別和Sc4開關管、Sc5開關管和Sc6 開關管的漏極連接的三個節點分別連接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開關管的源極和Sb3開關管的漏極；三相LC濾波器通過開關連接交 流電源的A、B、C相線上。
[0009] 所述的控制器結構主要包括：輸入為40V至60V、輸出為24V的DC/DC開關電源， DC/DC開關電源分別連接電解液及管道壓力監測模塊及輸出采樣及電機驅動模塊；輸出采 樣及電機驅動模塊還跨接在DC/DC開關電源輸出電容兩端。
[0010] 本實用新型的有益效果是通過采用相互獨立的電路結構，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接口相互影響，以及電堆主閘閉合時產生沖擊電流 的問題。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0011] 圖1:釩電池儲能系統結構框圖。
[0012] 圖2:控制器結構圖示意圖。
[0013] 圖3:充電機的電路示意圖。
【具體實施方式】
[0014] 本實用新型提出一種用于釩電池充放電的雙路供電電路結構。下面結合附圖予以 說明。
[0015] 如圖1所示所述釩電池充放電的雙路供電電路結構是其中釩電池主要包括釩電 池電堆、正負極電解液儲液罐和泵，釩電池電堆由正負電極、離子交換膜組成，正負極電解 液儲液罐各自連接一個泵，并分別接在釩電池電堆的正負電極端；兩個泵分別與控制器連 接，控制器由48V穩壓電源供電；泵從儲液罐中將電解液送入電堆內，在外部充放電系統的 控制下完成氧化和還原反應，反應完成后電解液又被送回儲液罐，如此活性物質不斷循環 流動，完成充放電。充電機將釩電池與電網連接，控制釩電池充放電狀態。穩壓電源為釩 電池控制器提供穩定電源。充電機正極通過主閘接在釩電池電堆的正極上，充電機負極通 過主閘接在釩電池電堆的負極上；所述充電機為高頻變壓器并網的電路結構，由交錯并聯 BuckBoost電路、高頻隔離全橋DC/DC電路和三相全橋DC/AC電路構成電堆充放電主電路。
[0016] 如圖2所示，所述的控制器結構主要包括：輸入為40V至60V、輸出為24V的DC/DC 開關電源，DC/DC開關電源分別連接電解液及管道壓力監測模塊及輸出采樣及電機驅動模 塊。輸出采樣及電機驅動模塊還跨接在DC/DC開關電源輸出電容兩端。
[0017] 如圖3所示，所述交錯并聯BuckBoost電路包含Cl電容和C2電容、L1電感和L2 電感、開關管S1開關管至S4開關管、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構的自帶反并二極管的Sal開關管至Sa4開關 管，次級端連接接成橋式結構的自帶反并二極管的Sbl開關管至Sb4開關管；三相全橋DC/ AC電路包含自帶反并二極管的Scl開關管至Sc6開關管。
[0018] 所述交錯并聯BuckBoost電路組成為C1電容的一端與L1電感和L2電感的公共 節點和釩電池正極連接；L1電感連接S4開關管的源極和S2開關管的漏極，L2電感連接S3 開關管的源極和S1開關管的漏極，C2電容的一端連接S4開關管的漏極和S3開關管的漏 極，C2電容的另一端與C1電容的另一端、S1開關管的源極、S2開關管的源極、Sa2開關管 的源極和Sa4開關管的源極連接在一起，Sal開關管的源極和Sa2開關管的漏極連接，并和 T1初級一端連接；Sa3開關管的源極和Sa4開關管的漏極連接，并和T1初級的另一端連接； Sal開關管的漏極和Sa2開關管的漏極與C2電容的一端連接；其中S1開關管、S2開關管、 S3開關管和S4開關管分別與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開關管、Sc2開關管和Sc3開 關管的漏極，C3電容的另一端連接Sc4開關管、Sc5開關管和Sc6開關管的源極，Scl開關 管、Sc2開關管和Sc3開關管的源極分別和Sc4開關管、Sc5開關管和Sc6開關管的漏極連 接，所述Scl開關管、Sc2開關管和Sc3開關管的源極分別和Sc4開關管、Sc5開關管和Sc6 開關管的漏極連接的三個節點分別連接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開關管的源極和Sb3開關管的漏極；三相LC濾波器通過開關連接交 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，首先通過控制器帶動泵旋轉，使得儲液罐中的 電解液逐漸流入電堆內，當控制器對電池完成自檢后自動閉合主閘，將電堆的正負極接入 充電機；當電堆接入充電機后，電池可按當前需求實現充放電功能。
[0021] 與控制器、電堆共用同一個充電機端口的供電方式相比，本發明提出的雙電源供 電方式，避免了電堆的故障狀態對控制系統的影響，尤其解決了主閘閉合時，由于控制器工 作電壓與電堆初始電壓不等產生的電流沖擊問題。該雙電源供電方式，在大功率充電機主 電路發生故障時，確保小功率控制電的穩定性；同時，實現了啟動過程中的電池電流的平滑 變化。
【權利要求】
1. 一種用于釩電池充放電的雙路供電電路結構，其特征在于，所述釩電池充放電的雙 路供電電路結構是其中釩電池主要包括釩電池電堆、正負極電解液儲液罐和泵，釩電池電 堆由正負電極、離子交換膜組成，正負極電解液儲液罐各自連接一個泵，并分別接在釩電池 電堆的正負電極端；兩個泵分別與控制器連接，控制器由48V穩壓電源供電；充電機正極通 過主閘接在釩電池電堆的正極上，充電機負極通過主閘接在釩電池電堆的負極上；所述充 電機為高頻變壓器并網的電路結構，由交錯并聯BuckBoost電路、高頻隔離全橋DC/DC電路 和三相全橋DC/AC電路構成電堆充放電主電路。
2. 根據權利要求1所述用于釩電池充放電的雙路供電電路結構，其特征在于，所述交 錯并聯BuckBoost電路包含C1電容和C2電容、L1電感和L2電感、開關管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構的自帶 反并二極管的開關管Sal至Sa4,次級端連接接成橋式結構的自帶反并二極管的開關管Sbl 至Sb4 ;三相全橋DC/AC電路包含自帶反并二極管的開關管Scl至Sc6。
3. 根據權利要求1所述用于釩電池充放電的雙路供電電路結構，其特征在于，所述交 錯并聯BuckBoost電路組成為C1電容的一端與L1電感和L2電感的公共節點和釩電池正 極連接；L1電感連接S4開關管的源極和S2開關管的漏極，L2電感連接S3開關管的源極和 S1開關管的漏極，C2電容的一端連接S4開關管的漏極和S3開關管的漏極，C2電容的另一 端與C1電容的另一端、S1開關管的源極、S2開關管的源極、Sa2開關管的源極和Sa4開關 管的源極連接在一起；Sal開關管的源極和Sa2開關管的漏極連接，并和T1初級一端連接； Sa3開關管的源極和Sa4開關管的漏極連接，并和T1初級的另一端連接；Sal開關管的漏極 和Sa2開關管的漏極與C2電容的一端連接；其中S1開關管、S2開關管、S3開關管和S4開 關管分別與D1二極管、D2二極管、D3二極管和D4二極管反并連。
4. 根據權利要求1所述用于釩電池充放電的雙路供電電路結構，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開關管、Sc2開關管和Sc3開關管的漏極；C3 電容的另一端連接Sc4開關管、Sc5開關管和Sc6開關管的源極；Scl開關管、Sc2開關管和 Sc3開關管的源極分別和Sc4開關管、Sc5開關管和Sc6開關管的漏極連接；所述Scl開關 管、Sc2開關管和Sc3開關管的源極分別和Sc4開關管、Sc5開關管和Sc6開關管的漏極連 接的三個節點分別連接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開關管的源極和Sb3開關管的漏極；三相LC濾波器通過開關連接交流電源的A、B、 C相線上。
5. 根據權利要求1所述用于釩電池充放電的雙路供電電路結構，其特征在于，所述的 控制器結構主要包括：輸入為40V至60V、輸出為24V的DC/DC開關電源，DC/DC開關電源分 別連接電解液及管道壓力監測模塊及輸出采樣及電機驅動模塊；輸出采樣及電機驅動模塊 還跨接在DC/DC開關電源輸出電容兩端。
【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 優先權日:2014年2月7日
【發明者】趙楊陽 申請人:清華大學