CN103259059B - 一种液流电池初始充电方法及电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种液流电池初始充电方法及电路，所述电路包括输入端连接三相交流电的第一断路器；分别与第一断路器输出端相连接的第二断路器、第三断路器和接触器；与第二断路器串联连接的降压变压器；与第三断路器串联连接的充电电阻；分别连接降压变压器次级端、接触器和充电电阻的电抗器；输入端连接电抗器的功率转换模块；输入端连接功率转换模块输出端的第四断路器；分别连接接触器、第二断路器、第三断路器和功率转换模的控制器。本发明通过充分利用储能逆变器自身结构实现液流电池的初始充电，节约硬件成本，能够完全自动切换不同的充电路径，实现了对液流电池有效便捷智能的初始充电。

Description

一种液流电池初始充电方法及电路

技术领域

本发明涉及一种液流电池初始充电方法及电路。

背景技术

近年来，液流电池由于具有蓄电容量高、使用寿命长、可充电性优良、能量转换效率高、性价比高等优点而不仅成为应用于太阳能、风能发电过程配套的储能装置，且随着分布式电源的大面积应用，导致电网的不稳定因素越来越多，采用储能电池对分布式电源进行削峰填谷，对电能进行存储或按照系统指令进行变电和送电是当前国内外主要采用的方法，液流电池由于其自身优势很适合作为大容量储能电站的储能电池，使得液流电池成为用于电网调峰、提高电网稳定性和保障电网安全的新兴能源产品；但液流电池在技术上存在需要初始充电的缺陷，即当液流电池处于出厂、长时间不使用或电池故障等状态时，其基本没有电压和电能，现有技术中对液流电池完成初始充电的方式存在成本高、容量小、充电时间长、没有充分结合液流电池的特点、自动化程度低、往往需要借助人工操作的缺点，另外，储能逆变器是一种实现交流电网电能与储能电池电能之间能量双向传递的双向变流器，既可以将液流电池产生的直流电压转换为交流电压，同时也能够将电网电压转换成直流电压，储能逆变器核心结构是功率转换模块，另外还包括接触器、电抗器等组成部分，能够充分利用储能逆变器自身结构和组成部分对液流电池进行有效便捷智能的初始充电是提高液流电池充电和使用效率、保证液流电池使用寿命、充分发挥液流电池自身优势的重要手段，同时也能够节约硬件成本、推动液流电池广泛应用、对利用液流电池作为储能电池的储能逆变器的发展起到极大的推动作用。

发明内容

本发明针对以上问题的提出，而研制一种智能便捷的液流电池初始充电方法及电路。

本发明的技术手段如下：

一种液流电池初始充电方法，包括如下步骤：

步骤一：建立液流电池初始电压阶段；

液流电池开始充电时闭合第一断路器和第四断路器，控制器控制第三断路器闭合，交流电经由接入的充电电阻和连接充电电阻的电抗器传输至功率转换模块，控制器通过控制功率转换模块所包括的不控整流单元进行整流实现对液流电池充电，当液流电池电压上升至电压阈值Ⅰ时控制器控制第三断路器断开；

步骤二：大电流快速充电阶段；

控制器控制第二断路器和第五断路器闭合，交流电经由接入的降压变压器和连接降压变压器的电抗器传输至功率转换模块，控制器通过调节功率转换模块所包括的可控整流单元的输出电流或输出电压实现对液流电池恒流充电或恒压充电，当液流电池电压上升至电压阈值Ⅱ时控制器控制第二断路器和第五断路器断开；

步骤三：全功率充电阶段：

控制器控制接触器吸合，交流电直接经由电抗器传输至功率转换模块，控制器通过控制功率转换模块所包括的可控整流单元实现对液流电池充电，当液流电池电压上升至充满电压时控制器控制接触器断开，断开第一断路器和第四断路器；

一种实现液流电池初始充电方法的电路，应用储能逆变器所包括的功率转换模块，包括：

输入端连接三相交流电，用于液流电池开始充电时闭合充满后断开的第一断路器；

分别与第一断路器输出端相连接，用于根据控制器传输过来的控制信号闭合或断开的第二断路器、第三断路器和接触器；

与第二断路器串联连接，用于对交流电进行降压的降压变压器；所述降压变压器初级端连接第二断路器；所述降压变压器次级端还连接有第五断路器；

与第三断路器串联连接的充电电阻；

分别连接降压变压器次级端、接触器和充电电阻的电抗器；

输入端连接电抗器，用于对输入交流电进行整流的功率转换模块；所述功率转换器包括不控整流单元和可控整流单元；

输入端连接功率转换模块输出端，用于液流电池开始充电时闭合充满后断开的第四断路器；所述第四断路器输出端连接液流电池；

分别连接接触器、第二断路器、第三断路器、第五断路器和功率转换模块，用于液流电池开始充电时控制第三断路器闭合，当液流电池电压等于电压阈值Ⅰ时控制第三断路器断开以及第二断路器、第五断路器闭合，当液流电池电压等于电压阈值Ⅱ时控制第二断路器、第五断路器断开以及接触器闭合，当液流电池电压等于充满电压时控制接触器断开，根据接触器、第二断路器和第三断路器的工作状态控制功率转换模块的不控整流单元或可控整流单元进行整流，在第二断路器、第五断路器闭合后设定恒流充电或恒压充电，并通过调节可控整流单元的输出电流或输出电压实现恒流充电或恒压充电的控制器；

另外，还包括用于串联接在功率转换模块输出正端与液流电池正极之间，用于检测液流电池充电电流的电流传感器；

另外，还包括并联接在液流电池正负极之间，用于实时检测液流电池当前电压的电压传感器；

进一步地，所述功率转换模块、充电电阻、电抗器、接触器、第二断路器、第三断路器采用储能逆变器自身结构。

由于采用了上述技术方案，本发明提供的一种液流电池初始充电方法及电路，通过充分利用现有储能逆变器的结构和组成部分，在储能逆变器所包括的功率转换模块、充电电阻、电抗器和接触器的基础上添加了降压变压器和部分控制和切换回路的断路器，实现了利用储能逆变器自身结构和组成部分如功率转换模块对液流电池完成初始充电，节约硬件成本，对利用液流电池作为储能电池的储能逆变器的发展起到极大的推动作用；控制器通过控制接触器、第二断路器和第三断路器的闭合或断开，充分结合液流电池不同的电压状态形成不同的充电路径并进行切换，液流电池开始充电时一般为液流电池电压为零或过低的状态，这时将充电电阻接入，且控制功率转换模块的不控整流单元进行整流，实现了对液流电池完成小电流初始充电，完成了建立液流电池初始电压阶段这个步骤，保证液流电池的使用寿命、充电安全可靠、充电质量高；当液流电池电压等于电压阈值Ⅰ时，一般为液流电池已经具有一定的初始电压，这时通过降压变压器对交流电进行降压后输出至功率转换模块，控制器通过控制功率转换模块的可控整流单元进行整流实现对液流电池恒流或恒压充电，充电功率可以通过降压变压器进行调整，实现了比建立初始电池电压阶段更大的电流和更快的充电时间，完成了大电流快速充电阶段这个步骤，缩短充电时间、便于调节充电参数、充电效率高；当液流电池电压等于电压阈值Ⅱ时，这时直接利用功率转换模块的可控整流单元对交流电整流后给液流电池充电，容量大、充电速度快，完成了全功率充电阶段这个步骤；本发明通过充分利用储能逆变器自身结构如功率转换模块等实现液流电池的初始充电，节约硬件成本，对利用液流电池作为储能电池的储能逆变器的发展起到极大的推动作用；本发明将三种充电路径和三个充电阶段的步骤充分集成，能够完全自动切换不同的充电路径，自动化程度高、实现了对液流电池有效便捷智能的初始充电，进而保证了液流电池使用寿命、充分发挥液流电池自身优势、推动液流电池广泛应用。

附图说明

图1是本发明所述电路的结构框图。

具体实施方式

一种液流电池初始充电方法，包括如下步骤：

步骤一：建立液流电池初始电压阶段；

液流电池开始充电时闭合第一断路器和第四断路器，控制器控制第三断路器闭合，交流电经由接入的充电电阻和连接充电电阻的电抗器传输至功率转换模块，控制器通过控制功率转换模块所包括的不控整流单元进行整流实现对液流电池充电，当液流电池电压上升至电压阈值Ⅰ时控制器控制第三断路器断开；

步骤二：大电流快速充电阶段；

控制器控制第二断路器和第五断路器闭合，交流电经由接入的降压变压器和连接降压变压器的电抗器传输至功率转换模块，控制器通过调节功率转换模块所包括的可控整流单元的输出电流或输出电压实现对液流电池恒流充电或恒压充电，当液流电池电压上升至电压阈值Ⅱ时控制器控制第二断路器和第五断路器断开；

步骤三：全功率充电阶段：

控制器控制接触器吸合，交流电直接经由电抗器传输至功率转换模块，控制器通过控制功率转换模块所包括的可控整流单元实现对液流电池充电，当液流电池电压上升至充满电压时控制器控制接触器断开，断开第一断路器和第四断路器；

如图1所示的一种实现液流电池初始充电方法的电路，应用储能逆变器所包括的功率转换模块，包括：输入端连接三相交流电，用于液流电池开始充电时闭合充满后断开的第一断路器；分别与第一断路器输出端相连接，用于根据控制器传输过来的控制信号闭合或断开的第二断路器、第三断路器和接触器；与第二断路器串联连接，用于对交流电进行降压的降压变压器；所述降压变压器初级端连接第二断路器；所述降压变压器次级端还连接有第五断路器；与第三断路器串联连接的充电电阻；分别连接降压变压器次级端、接触器和充电电阻的电抗器；输入端连接电抗器，用于对输入交流电进行整流的功率转换模块；所述功率转换器包括不控整流单元和可控整流单元；输入端连接功率转换模块输出端，用于液流电池开始充电时闭合充满后断开的第四断路器；所述第四断路器输出端连接液流电池；分别连接接触器、第二断路器、第三断路器、第五断路器和功率转换模块，用于液流电池开始充电时控制第三断路器闭合，当液流电池电压等于电压阈值Ⅰ时控制第三断路器断开以及第二断路器、第五断路器闭合，当液流电池电压等于电压阈值Ⅱ时控制第二断路器、第五断路器断开以及接触器闭合，当液流电池电压等于充满电压时控制接触器断开，根据接触器、第二断路器和第三断路器的工作状态控制功率转换模块的不控整流单元或可控整流单元进行整流，在第二断路器、第五断路器闭合后设定恒流充电或恒压充电，并通过调节可控整流单元的输出电流或输出电压实现恒流充电或恒压充电的控制器；另外，还包括用于串联接在功率转换模块输出正端与液流电池正极之间，用于检测液流电池充电电流的电流传感器；另外，还包括并联接在液流电池正负极之间，用于实时检测液流电池当前电压的电压传感器；进一步地，所述功率转换模块、充电电阻、电抗器、接触器、第二断路器、第三断路器采用储能逆变器自身结构。

通常储能逆变器所具有的功率转换模块采用如图1所示的功率转换模块框图内的结构，由六个二极管和六个IGBT构成，则控制器分别连接六个IGBT的栅极，当第三断路器闭合之后，控制器通过控制IGBT不导通，则每个IGBT的集电极和发射极之间并联接有的二极管构成三相不控整流桥，当第二断路器和第五断路器或接触器闭合后，控制器控制IGBT导通，且能够根据功率转换模块输出电流或电压调节IGBT的导通时间进而实现闭环控制，从而实现恒流或恒压充电。

本发明提供的一种液流电池初始充电方法及电路，通过充分利用现有储能逆变器的结构和组成部分，在储能逆变器所包括的功率转换模块、充电电阻、电抗器和接触器的基础上添加了降压变压器和部分控制和切换回路的断路器，实现了利用储能逆变器自身结构和组成部分如功率转换模块对液流电池完成初始充电，节约硬件成本，对利用液流电池作为储能电池的储能逆变器的发展起到极大的推动作用；控制器通过控制接触器、第二断路器和第三断路器的闭合或断开，充分结合液流电池不同的电压状态形成不同的充电路径并进行切换，液流电池开始充电时一般为液流电池电压为零或过低的状态，这时将充电电阻接入，且控制功率转换模块的不控整流单元进行整流，实现了对液流电池完成小电流初始充电，完成了建立液流电池初始电压阶段这个步骤，保证液流电池的使用寿命、充电安全可靠、充电质量高；当液流电池电压等于电压阈值Ⅰ时，其中电压阈值Ⅰ通常取值为电网电压的峰值，一般为液流电池已经具有一定的初始电压，这时通过降压变压器对交流电进行降压后输出至功率转换模块，控制器通过控制功率转换模块的可控整流单元进行整流实现对液流电池恒流或恒压充电，充电功率可以通过降压变压器进行调整，实现了比建立初始电池电压阶段更大的电流和更快的充电时间，完成了大电流快速充电阶段这个步骤，缩短充电时间、便于调节充电参数、充电效率高；当液流电池电压等于电压阈值Ⅱ时，其中电压阈值Ⅱ一般取值为液流电池的额定电压，这时直接利用功率转换模块的可控整流单元对交流电整流后给液流电池充电直至液流电池电压达到液流电池最大电压，容量大、充电速度快，完成了全功率充电阶段这个步骤；本发明通过充分利用储能逆变器自身结构如功率转换模块等实现液流电池的初始充电，节约硬件成本，对利用液流电池作为储能电池的储能逆变器的发展起到极大的推动作用；本发明将三种充电路径和三个充电阶段的步骤充分集成，能够完全自动切换不同的充电路径，自动化程度高、实现了对液流电池有效便捷智能的初始充电，进而保证了液流电池使用寿命、充分发挥液流电池自身优势、推动液流电池广泛应用。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种液流电池初始充电方法，其特征在于包括如下步骤：

步骤一：建立液流电池初始电压阶段；

液流电池开始充电时闭合第一断路器和第四断路器，控制器控制第三断路器闭合，交流电经由接入的充电电阻和连接充电电阻的电抗器传输至功率转换模块，控制器通过控制功率转换模块所包括的不控整流单元进行整流实现对液流电池充电，当液流电池电压上升至电压阈值Ⅰ时控制器控制第三断路器断开；

步骤二：大电流快速充电阶段；

控制器控制第二断路器和第五断路器闭合，交流电经由接入的降压变压器和连接降压变压器的电抗器传输至功率转换模块，控制器通过调节功率转换模块所包括的可控整流单元的输出电流或输出电压实现对液流电池恒流充电或恒压充电，当液流电池电压上升至电压阈值Ⅱ时控制器控制第二断路器和第五断路器断开；

步骤三：全功率充电阶段：

控制器控制接触器吸合，交流电直接经由电抗器传输至功率转换模块，控制器通过控制功率转换模块所包括的可控整流单元实现对液流电池充电，当液流电池电压上升至充满电压时控制器控制接触器断开，断开第一断路器和第四断路器。

2.一种实现液流电池初始充电方法的电路，应用储能逆变器所包括的功率转换模块，其特征在于包括：

输入端连接三相交流电，用于液流电池开始充电时闭合充满后断开的第一断路器；

分别与第一断路器输出端相连接，用于根据控制器传输过来的控制信号闭合或断开的第二断路器、第三断路器和接触器；

与第二断路器串联连接，用于对交流电进行降压的降压变压器；所述降压变压器初级端连接第二断路器；所述降压变压器次级端还连接有第五断路器；

与第三断路器串联连接的充电电阻；

分别连接接触器和充电电阻、以及经由第五断路器连接降压变压器次级端的电抗器；

输入端连接电抗器，用于对输入交流电进行整流的功率转换模块；所述功率转换器包括不控整流单元和可控整流单元；

输入端连接功率转换模块输出端，用于液流电池开始充电时闭合充满后断开的第四断路器；所述第四断路器输出端连接液流电池；

分别连接接触器、第二断路器、第三断路器、第五断路器和功率转换模块，用于液流电池开始充电时控制第三断路器闭合，当液流电池电压等于电压阈值Ⅰ时控制第三断路器断开以及第二断路器、第五断路器闭合，当液流电池电压等于电压阈值Ⅱ时控制第二断路器、第五断路器断开以及接触器闭合，当液流电池电压等于充满电压时控制接触器断开，根据接触器、第二断路器和第三断路器的工作状态控制功率转换模块的不控整流单元或可控整流单元进行整流，在第二断路器、第五断路器闭合后设定恒流充电或恒压充电，并通过调节可控整流单元的输出电流或输出电压实现恒流充电或恒压充电的控制器。

3.根据权利要求2所述的一种实现液流电池初始充电方法的电路，其特征在于还包括用于串联接在功率转换模块输出正端与液流电池正极之间，用于检测液流电池充电电流的电流传感器。

4.根据权利要求2所述的一种实现液流电池初始充电方法的电路，其特征在于还包括并联接在液流电池正负极之间，用于实时检测液流电池当前电压的电压传感器。

5.根据权利要求2所述的一种实现液流电池初始充电方法的电路，其特征在于所述功率转换模块、充电电阻、电抗器、接触器、第二断路器、第三断路器采用储能逆变器自身结构。