CN102340040A - 大功率模块化铅酸蓄电池化成充放电系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种大功率模块化蓄电池化成充放电系统，属于蓄电池化成充放电领域，包括可逆直流电源模块、直流母线、变流充放电模块、中央控制单元。所述可逆直流电源模块采用自动主从均流技术，可根据系统容量自动配置模块数量，模块之间自动均流，并能将多余电能逆变馈回电网，从而实现主从冗余的可逆直流电源模块设计；所述直流母线在系统中起到电能传输的作用；所述变流充放电模块直接与直流母线连接，采用自动主从均流技术，各模块可单独组回路运行生产，也可多模块自由并联组成回路运行生产；所述中央控制单元通过总线与可逆直流电源模块、变流充放电模块相连，可以实现运行数据采集，系统资源调配，协调模块轮换、系统降容保护等功能。

Description

大功率模块化铅酸蓄电池化成充放电系统

技术领域

本发明涉及到对蓄电池进行化成的充放电系统，尤其是一种高度系统化、模块化的大功率蓄电池化成充放电系统。

背景技术

在蓄电池的生产工艺中，通过一定的充放电方式将蓄电池内部正负极物质激活，改善电池的充放电性能及自放电、储存等综合性能的过程称为化成。由于电池型号品种多种多样，目前国内广泛使用的蓄电池化成充放电机，型号种类繁多，大、中、小密电池使用的充放电机不能通用，导致蓄电池厂家需要购置大量设备，而且各设备相对独立，化成现场需铺设大量电缆，既增加了投入，又增大了线损。蓄电池放电过程放出的大量电能，得不到有效利用，大多数作为热量直接卸荷，导致电能的浪费，设备效率普遍不高，同时也增加了蓄电池的制造成本；部分较为先进的设备也仅是简单逆变就回馈电网，逆变效率很低，谐波分量大，导致设备发热量增大，造成电能浪费，缩短设备寿命。

发明内容

本发明技术任务是针对上述技术中不足，提供一套大功率模块化铅酸蓄电池化成充放电系统。

本发明解决技术问题所采用技术方案是：大功率模块化蓄电池化成充放电系统，包括可逆直流电源模块、直流母线、变流充放电模块、中央控制单元。

所述可逆直流电源模块将之前蓄电池化成充放电机相对独立的电源模块整合成大功率的集中式可逆直流电源模块，使蓄电池化成工艺系统化，系统效率大幅提高。所述可逆直流电源模块采用自动主从均流技术，可根据系统容量自动配置模块数量，模块之间自动均流，实现自动主从冗余的可模块化设计，模块之间自动均流，系统可扩展性大大增强；模块之间相互冗余，模块的实际使用寿命、系统的可靠性大幅提高。所述可逆直流电源模块采用双向变流设计，即可将电网上的三相交流电整流成直流，输出到直流母线上，供给蓄电池充电，又可将直流母线上富余的电能集中逆变，馈给电网。所述可逆直流电源模块具备自动休眠功能，能在当模块的平均负载电流小于监控设定的关闭模块的电流值时，逐一自动关闭除主控模块外的模块；当模块的平均负载电流增大到监控设定的开启模块的电流值时，逐一自动开启被关闭的模块，从而实现自动控制可逆直流电源模块投入运行数量，实现模块自动休眠，提高系统效率的目的。

所述直流母线在系统中起到电能传输的作用，将可逆直流电源模块整流后的直流电输送给变流充放电模块，将蓄电池放电过程放出的电量通过变流充放电模块变流升压输送给其他回路蓄电池充电，当直流母线上的电能有富余时，亦可将多余电能输送给可逆直流电源模块集中逆变，馈给电网。

所述变流充放电模块直接与直流母线连接，采用自动主从均流结构设计，各模块即可根据生产需要单独组回路运行生产，也可多模块并联增大功率组成回路运行生产，系统效率明显提高，不同规格蓄电池都可以采用本系统进行化成，生产柔性得到增强。所述变流充放电模块具备自动休眠功能，能在当模块的平均负载电流小于监控设定的关闭模块的电流值时，逐一自动关闭各回路除主控模块外的模块；当模块的平均负载电流增大到监控设定的开启模块的电流值时，逐一自动开启被关闭的模块，从而实现自动控制变流充放电模块投入运行数量，实现模块自动休眠，提高系统效率的目的。

所述中央控制单元通过总线与可逆直流电源模块、变流充放电模块相连，通过监控到的直流母线电压、电流，每路充放电电压、电流，实现运行数据采集，系统资源调配，协调模块轮换、系统降容保护等功能。所述中央控制单元可根据可逆直流电源模块、各变流充放电模块的运行情况统筹资源管理，协调可逆直流电源模块、同回路并联运行的充放电模块轮换（指定主控模块），提高系统整体寿命。所述中央控制单元具备系统降容保护功能，能在负载所需功率大于可逆直流电源模块提供的总功率时，自动降低处于根据化成工艺预设的处于能够允许调整充电阶段的蓄电池组的充电电流，并适当延长充电时间，以使总充电量不变，保证蓄电池化成过程不受干扰，提高系统安全性及设备负荷率。

本发明所能带来的有益效果是：

（1）系统化：将之前的每一台独立的蓄电池化成充放电机通过模块化设计整合成一个密不可分的系统，减少线路损耗，有效提高系统整体效率；不同于以往的充放电机的相互独立，本发明的充放电系统系统化，中央控制单元可以方便的调配可逆直流电源模块的工作状态及对系统的整体运行进行可靠监视，必要时可进行有效控制，保证系统的平稳运行，系统的灵活性、便捷性、实用性、适用性、使用性大大提高；

（2）模块化:将整流电路，充放电电路通过先进的自动主从均流技术实现模块化设计，可逆直流电源模块可自由并联，系统扩容十分方面，变流充放电模块可根据化成需要，并联使用，减少系列化型号数量，确保模块的通用性；

（3）可逆化：变流充放电模块即可从直流母线取电为蓄电池充电，又可将蓄电池放出的电能升压馈回直流母线，供给其他变流充放电模块为蓄电池充电，而非直接馈给电网；系统即可通过可逆直流电源模块将三相交流电整流成直流电为蓄电池充电提供电能，又可将直流母线上富裕的电能，即：直流母线的电压有上升趋势时，富余的直流电经可逆直流电源模块逆变成准正弦波的交流电馈给电网，功率因数接近等于1，对电网的谐波污染大大减小，并可大大节约电能。

（4）大功率：将之前蓄电池化成充放电机相对独立的电源模块整合成大功率的集中式可逆直流电源模块，模块整流效率明显提高，同时，这种设计也实现了集中逆变，逆变效率显著提高。

（5）高负荷：由于系统采取了大功率的可逆直流电源模块作为供电电源集中向直流母线供电，充放电模块从直流母排取电，处于放电阶段的蓄电池放出的电能经过变流充放电模块变流升压可直接供给其他回路蓄电池充电，需要可逆直流电源提供的电能大幅减少，系统实际使用过程中，负载容量可大于供电容量，系统设备负荷率显著提高。

（6）最优化：本发明所发明的蓄电池化成充放电系统，由于采用了系统化设计、模块化设计、自动主从均流、双向可逆变流等多项先进技术，从而最大限度的提升的系统的通用性，实用性，系统可以非常方面的进行扩容，系统维护性大大增强，真正实现了成本、性能、节能等诸多方面的最优化。

附图说明

图1为本发明的系统原理结构框图；

图中：1为可逆直流电源模块，2为直流母线，3为变流充放电模块，4蓄电池组，5为中央控制单元

图2为一般主动均流架构框图；

图3为自动主从汇流总线框图；

图4为自动主从汇流总线电路原理图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明做以下详细说明：

如图1所示，本发明所述的模块化蓄电池化成充放电系统，包括可逆直流电源模块、直流母线、变流充放电模块、中央控制单元。

本发明中，可逆直流电源模块1，变流充放电模块3可根据实际需要多模块并联，而不局限于上述实施例中的结构。

中央控制单元通过总线与可逆直流电源模块、变流充放电模块相连，通过监控到的直流母线电压、电流，每路充放电电压、电流，自动控制可逆直流电源模块投入数量，协调模块轮换。中央控制单元可根据可逆直流电源模块、各变流充放电模块的运行情况统筹资源管理，协调可逆直流电源模块、同回路并联运行的充放电模块轮换（指定主控模块），提高系统整体寿命。中央控制单元具备系统降容保护功能，能在负载所需功率大于可逆直流电源模块提供的总功率时，自动降低处于根据化成工艺预设的处于能够允许调整充电阶段的蓄电池组的充电电流，并适当延长充电时间，以使总充电量不变，保证蓄电池化成过程不受干扰，提高系统安全性及设备负荷率。

图2、图3、图4所示为本发明中所述的运用自动主从均流技术的汇流总线构架框图、汇流总线图、电路原理图。模块化设计的可逆直流电源模块、变流充放电模块都采用这种技术。这种汇流总线是将所有模块的输出电流信号由一个二极管连联接至汇流总线上，而汇流总线上的电流命令由所有并联模块间输出电流最大的模块决定。使用此结构的并联系统，在系统刚启动时，均流回路尚未动作的期间，电流分配的多寡是由各个模块本身初始的设定决定，输出电压较高的模块将会输出较多的电流，当均流回路动作后，输出电流较高的模块会使均流误差放大电路上的二极管导通，将本身的输出电流的信息作为均流总线上的电流命令，自动成为主模块；而其他的模块则会跟随汇流总线上的电流命令，调整输出电流与主模块相同，自动成为从模块。因为均流回流母线上的电流参考命令是由输出电流最高的模块来决定的，主模块可以随时更换，因此不会因主模块故障而使系统失去均流能力。各模块间互为补充、互为冗余，从而实现主从冗余的模块化设计。其优点是：1.较佳的故障容忍度；2.易扩展及实现模块化；3.各模块互为冗余，系统冗余度增强；4.在系统负载较低的情况下，各模块可以轮换工作，效率及寿命明显延长。

综上所述，本发明以自动主从技术作为系统模块化设计的基础，革命性的将系统化，模块化的设计理念运用到蓄电池化成充放电机设计中，系统综合效率大大提高，系统冗余度大大增强，系统可扩展性明显改善。本发明的功率因数接近等于1，对电网的谐波污染大大减小，并可大大节约电能。

Claims (5)

1.大功率模块化铅酸蓄电池化成充放电系统，其特征在于：包括可逆直流电源模块、直流母线、变流充放电模块、中央控制单元；所述可逆直流电源模块可根据系统容量自动配置模块数量，模块之间自动均流，相互冗余；双向变流，即可将电网上的三相交流电整流成直流，输出到直流母线上，供给蓄电池充电，又可将直流母线上富余的电能集中逆变，馈给电网；具备可逆直流电源模块自动休眠功能，当可逆直流电源模块的平均负载电流小于监控设定的关闭模块的电流值时，逐一自动关闭除主控模块外的模块，当可逆直流电源模块的平均负载电流增大到监控设定的开启模块的电流值时，逐一自动开启被关闭的模块。

2.根据权利要求1所述的大功率模块化铅酸蓄电池化成充放电系统，其特征在于：所述变流充放电模块采用自动主从均流结构，各模块既可根据生产需要单独组回路运行生产，也可多模块并联增大功率组成回路运行生产。

3.根据权利要求1所述的大功率模块化铅酸蓄电池化成充放电系统，其特征在于：所述中央控制单元可根据各可逆直流电源模块的运行情况统筹资源管理，协调可逆直流电源模块轮换。

4.根据权利要求1所述的大功率模块化铅酸蓄电池化成充放电系统，其特征在:具备变流充放电模块自动休眠功能，能在当模块的平均负载电流小于监控设定的关闭模块的电流值时，逐一自动关闭各回路除主控模块外的模块；当模块的平均负载电流增大到监控设定的开启模块的电流值时，逐一自动开启被关闭的模块。

5.根据权利要求1所述的大功率模块化铅酸蓄电池化成充放电系统，其特征在于：所述中央控制单元具备系统降容保护功能，能在负载所需功率大于可逆直流电源模块提供的总功率时，自动降低处于根据化成工艺预设的处于能够允许调整充电阶段的蓄电池组的充电电流，并适当延长充电时间。

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