CN116742057A - 一种电堆控制器及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了液流电池技术领域的一种电堆控制器及方法，控制器包括一主控板、若干个流路控制模块、若干个电压温度采集板、一电源模块、一旁路继电器以及一预充模块；所述主控板、流路控制模块、电压温度采集板以及电源模块通过电源及通信总线连接；所述主控板分别与旁路继电器以及预充模块连接。本发明的优点在于：极大的提升了电堆使用安全性以及运维便捷性。
Description
技术领域
本发明涉及液流电池技术领域，特别指一种电堆控制器及方法。
背景技术
液流电池是一种电化学储能技术，也是一种新的蓄电池，它由电堆单元、电解液、电解液存储供给单元以及管理控制单元等部分构成。液流电池利用正负极电解液分开、各自循环的特点，具有容量高、使用领域（环境）广、循环使用寿命长的优点。
由于单个液流电池的电压一般只有1-1.5V，所以在储能系统中会将若干个液流电池串联成一个电堆，例如将40-80串的液流电池联成一个成电堆，使得电压达到400V-1500V左右，再将若干个电堆并联后连接到同一个中央控制器进行控制，共用一套控制系统，但存在如下问题：
电堆并联后连接到同一个中央控制器，当电堆之间的电解液的流速不一致时，极易导致电堆内部产生产生旁路电流，进而产生安全隐患；且电堆与中央控制器的耦合性过高，不仅安装连线成本高，而且维护难度高。
因此，如何提供一种电堆控制器及方法，实现提升电堆使用安全性以及运维便捷性，成为一个亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题，在于提供一种电堆控制器及方法，实现提升电堆使用安全性以及运维便捷性。
第一方面，本发明提供了一种电堆控制器，包括一主控板、若干个流路控制模块、若干个电压温度采集板、一电源模块、一旁路继电器以及一预充模块；
所述主控板、流路控制模块、电压温度采集板以及电源模块通过电源及通信总线连接；所述主控板分别与旁路继电器以及预充模块连接。
进一步的，所述流路控制模块包括一流路控制板、一驱动器、一磁力泵、一开关阀、一泄压阀、一调节阀、一泵前压力传感器、一进压传感器、一出压传感器、一进温传感器以及一出温传感器；
所述流路控制板的一端通过电源及通信总线与主控板、电压温度采集板以及电源模块连接，另一端分别与驱动器、开关阀、泄压阀、调节阀、泵前压力传感器、进压传感器、出压传感器、进温传感器以及出温传感器连接；所述驱动器与磁力泵连接。
第二方面，本发明提供了一种电堆控制方法，包括如下步骤：
步骤S10、电堆控制器基于接收的激活指令，对连接的电堆进行激活操作；
步骤S20、电堆控制器基于接收的旁路指令，对连接的电堆进行旁路操作；
步骤S30、电堆控制器基于接收的流路控制指令，调节对应电堆的电解液的流速；
步骤S40、电堆控制器基于流路控制模块对电堆进行安全监控；
步骤S50、电堆控制器通过流路控制模块以及电压温度采集板获取电堆的运行数据，基于所述运行数据计算SOC、SOH、SOP、最大电芯电压以及最小电芯电压；
步骤S60、电堆控制器基于所述SOC、SOH、SOP、最大电芯电压以及最小电芯电压生成电堆运行报告，将所述电堆运行报告上传给EMS。
进一步的，所述步骤S10具体包括：
步骤S11、电堆控制器的主控板接收到激活指令后，通过各泵前压力传感器采集泵前压力值，基于预设的第一压力范围对所述泵前压力值进行校验；
步骤S12、主控板打开各开关阀，对各开关阀的打开状态进行校验；
步骤S13、主控板打开磁力泵，对磁力泵的打开状态进行校验；
步骤S14、主控板打开各调节阀，对各调节阀的打开状态进行校验；
步骤S15、主控板通过进压传感器和出压传感器分别采集进口压力值以及出口压力值，利用预设的第二压力范围对所述进口压力值以及出口压力值进行校验；
步骤S16、主控板通过预充模块对电堆进行预设时长的充电，通过电压温度采集板采集电堆的充电电压，基于预设的标准电压对所述充电电压进行校验后，完成电堆的激活操作。
进一步的，所述步骤S20具体包括：
步骤S21、电堆控制器的主控板接收到旁路指令后，关闭磁力泵，对磁力泵的关闭状态进行校验；
步骤S22、主控板关闭各开关阀以及调节阀，对各开关阀以及调节阀的关闭状态进行校验；
步骤S23、主控板打开各泄压阀，对各泄压阀的打开状态进行校验；
步骤S24、主控板通过电压温度采集板监控电堆的电压，直至电压小于设定的电压阈值，再吸合旁路继电器，并对旁路继电器的吸合状态进行校验，以完成电堆的旁路操作。
进一步的，所述步骤S30具体为：
电堆控制器基于接收的流路控制指令，通过泵前压力传感器、进压传感器以及出压传感器监测的压力值，动态对调节阀的开度进行调节，进而调节对应电堆的电解液的流速。
进一步的，所述步骤S40具体为：
电堆控制器基于流路控制模块采集的泵前压力值、进口压力值、出口压力值、进口温度值、出口温度值以及磁力泵、开关阀、泄压阀、调节阀的开关状态，对电堆进行安全监控。
进一步的，所述步骤S50中，所述运行数据至少包括电堆的充放电电压、充放电温度、管道压力以及管道温度。
本发明的优点在于：
1、通过设置若干个用于独立控制电堆的电堆控制器，各电堆控制器的一端分别与一电堆连接，另一端与直流高压配电箱连接，电堆控制器里设有主控板、流路控制模块、电压温度采集板、电源模块、旁路继电器以及预充模块；即各电堆分别通过一电堆控制器进行控制，通过电堆控制器对相应数据进行分析处理，减轻直流高压配电箱的负荷，降低耦合性，且各电堆分别由一电堆控制器独立控制，可灵活进行充放电或者旁路，不影响其余电堆的工作，各电堆还可通过流路控制模块灵活调节电解液的流速，避免流速不一致，最终极大的提升了电堆使用安全性以及运维便捷性。
2、通过在电堆控制器中设置电压温度采集板采集电堆的电压和温度以进行监控，设置旁路继电器对电堆进行旁路，设置泵前压力传感器、进压传感器、出压传感器、进温传感器、出温传感器对电堆的电解液通道的压力以及温度进行安全监控，结合磁力泵、开关阀、泄压阀以及调节阀灵活调节电堆的工作状态，进一步保障了电堆使用安全性。
附图说明
下面参照附图结合实施例对本发明作进一步的说明。
图1是本发明电堆控制器的电路原理框图。
图2是本发明一种电堆控制方法的流程图。
具体实施方式
本申请实施例中的技术方案，总体思路如下：各电堆分别通过一电堆控制器进行控制以减轻直流高压配电箱的负荷，降低耦合性，且各电堆可灵活进行充放电或者旁路，不影响其余电堆的工作，各电堆还可通过流路控制模块灵活调节电解液的流速，避免流速不一致，以提升电堆使用安全性以及运维便捷性。
请参照图1至图2所示，本发明提供的一种电堆控制系统的较佳实施例，包括一主控板、若干个流路控制模块、若干个电压温度采集板、一电源模块、一旁路继电器以及一预充模块；所述电压温度采集板用于采集电堆中各串液流电池的电压和温度，具有N串电压、M串温度采集功能，通过电源及通信总线上传给所述主控板；所述旁路继电器用于对电堆进行旁路，以隔离异常的电堆，不影响正常电堆的工作；所述预充模块用于对电堆进行短时间小电流的充电，以激活电堆内部化学反应，相当于一个电源模块；所述主控板通过LAN引脚与光纤交换机连接；
所述主控板、流路控制模块、电压温度采集板以及电源模块通过电源及通信总线连接；所述主控板分别与旁路继电器以及预充模块连接。
所述流路控制模块包括一流路控制板、一驱动器、一磁力泵、一开关阀、一泄压阀、一调节阀、至少一泵前压力传感器、一进压传感器、一出压传感器、一进温传感器以及一出温传感器；所述流路控制板用于控制流路控制模块的工作；所述主控板、流路控制板以及电压温度采集板中的LAN引脚和485引脚为通信接口，DO引脚为IO信号输出接口，AI引脚为模拟量采集接口，用于采集电压、电流以及温度，DI引脚为输出IO信号检测；
所述泵前压力传感器设于磁力泵的前后管路上；所述进压传感器、出压传感器、进温传感器以及出温传感器设于电堆的电解液通道内；
所述流路控制板的一端通过电源及通信总线与主控板、电压温度采集板以及电源模块连接，另一端分别与驱动器、开关阀、泄压阀、调节阀、泵前压力传感器、进压传感器、出压传感器、进温传感器以及出温传感器连接；所述驱动器与磁力泵连接。
本发明提供的一种电堆控制方法的较佳实施例，包括如下步骤：
步骤S10、电堆控制器基于接收的激活指令，对连接的电堆进行激活操作；
步骤S20、电堆控制器基于接收的旁路指令，对连接的电堆进行旁路操作；
步骤S30、电堆控制器基于接收的流路控制指令，调节对应电堆的电解液的流速；
步骤S40、电堆控制器基于流路控制模块对电堆进行安全监控；
步骤S50、电堆控制器通过流路控制模块以及电压温度采集板获取电堆的运行数据，基于所述运行数据计算SOC（电量）、SOH（健康度）、SOP最大允许的恒定充放电功率，包括（充电SOP和放电SOP）、最大电芯电压以及最小电芯电压；
步骤S60、电堆控制器基于所述SOC、SOH、SOP、最大电芯电压以及最小电芯电压生成电堆运行报告，将所述电堆运行报告实时上传给EMS（能量管理器）。
所述步骤S10具体包括：
步骤S11、电堆控制器的主控板接收到激活指令后，通过各泵前压力传感器采集泵前压力值，基于预设的第一压力范围对所述泵前压力值进行校验；若所述泵前压力值异常则提前结束激活操作，并发送异常结束告警；
步骤S12、主控板打开各开关阀，对各开关阀的打开状态进行校验；若所述开关阀打开异常则提前结束激活操作，并发送异常结束告警；
步骤S13、主控板打开磁力泵，对磁力泵的打开状态进行校验；若所述磁力泵打开异常则提前结束激活操作，并发送异常结束告警；
步骤S14、主控板打开各调节阀，对各调节阀的打开状态进行校验；若所述调节阀打开异常则提前结束激活操作，并发送异常结束告警；
步骤S15、主控板通过进压传感器和出压传感器分别采集进口压力值以及出口压力值，利用预设的第二压力范围对所述进口压力值以及出口压力值进行校验；若所述进口压力值以及出口压力值异常则提前结束激活操作，并发送异常结束告警；
步骤S16、主控板通过预充模块对电堆进行预设时长的充电，通过电压温度采集板采集电堆的充电电压，基于预设的标准电压对所述充电电压进行校验后，即判断所述充电电压是否达到标准电压，完成电堆的激活操作。
所述步骤S20具体包括：
步骤S21、电堆控制器的主控板接收到旁路指令后，关闭磁力泵，对磁力泵的关闭状态进行校验；若所述磁力泵关闭异常则提前结束旁路操作，并发送异常结束告警；
步骤S22、主控板关闭各开关阀以及调节阀，对各开关阀以及调节阀的关闭状态进行校验；若所述开关阀以及调节阀关闭异常则提前结束旁路操作，并发送异常结束告警；
步骤S23、主控板打开各泄压阀，对各泄压阀的打开状态进行校验；若所述泄压阀关闭异常则提前结束旁路操作，并发送异常结束告警；
步骤S24、主控板通过电压温度采集板监控电堆的电压，直至电压小于设定的电压阈值，再吸合旁路继电器，并对旁路继电器的吸合状态进行校验，以完成电堆的旁路操作。若旁路继电器吸合异常，则断开旁路继电器，提前结束旁路操作，并发送异常结束告警。
所述步骤S30具体为：
电堆控制器基于接收的流路控制指令，通过泵前压力传感器、进压传感器以及出压传感器监测的压力值，动态对调节阀的开度进行调节，进而调节对应电堆的电解液的流速。
所述步骤S40具体为：
电堆控制器基于流路控制模块采集的泵前压力值、进口压力值、出口压力值、进口温度值、出口温度值以及磁力泵、开关阀、泄压阀、调节阀的开关状态，对电堆进行安全监控，即泵前压力值、进口压力值、出口压力值、进口温度值以及出口温度值超过预设的阈值则进行告警，磁力泵、开关阀、泄压阀、调节阀的开关状态异常则进行告警。
所述步骤S50中，所述运行数据至少包括电堆的充放电电压、充放电温度、管道压力以及管道温度。
综上所述，本发明的优点在于：
1、通过设置若干个用于独立控制电堆的电堆控制器，各电堆控制器的一端分别与一电堆连接，另一端与直流高压配电箱连接，电堆控制器里设有主控板、流路控制模块、电压温度采集板、电源模块、旁路继电器以及预充模块；即各电堆分别通过一电堆控制器进行控制，通过电堆控制器对相应数据进行分析处理，减轻直流高压配电箱的负荷，降低耦合性，且各电堆分别由一电堆控制器独立控制，可灵活进行充放电或者旁路，不影响其余电堆的工作，各电堆还可通过流路控制模块灵活调节电解液的流速，避免流速不一致，最终极大的提升了电堆使用安全性以及运维便捷性。
2、通过在电堆控制器中设置电压温度采集板采集电堆的电压和温度以进行监控，设置旁路继电器对电堆进行旁路，设置泵前压力传感器、进压传感器、出压传感器、进温传感器、出温传感器对电堆的电解液通道的压力以及温度进行安全监控，结合磁力泵、开关阀、泄压阀以及调节阀灵活调节电堆的工作状态，进一步保障了电堆使用安全性。
虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是熟悉本技术领域的技术人员应当理解，我们所描述的具体的实施例只是说明性的，而不是用于对本发明的范围的限定，熟悉本领域的技术人员在依照本发明的精神所作的等效的修饰以及变化，都应当涵盖在本发明的权利要求所保护的范围内。
Claims (8)
1.一种电堆控制器，其特征在于：包括一主控板、若干个流路控制模块、若干个电压温度采集板、一电源模块、一旁路继电器以及一预充模块；
所述主控板、流路控制模块、电压温度采集板以及电源模块通过电源及通信总线连接；所述主控板分别与旁路继电器以及预充模块连接。
2.如权利要求1所述的一种电堆控制器，其特征在于：所述流路控制模块包括一流路控制板、一驱动器、一磁力泵、一开关阀、一泄压阀、一调节阀、一泵前压力传感器、一进压传感器、一出压传感器、一进温传感器以及一出温传感器；
所述流路控制板的一端通过电源及通信总线与主控板、电压温度采集板以及电源模块连接，另一端分别与驱动器、开关阀、泄压阀、调节阀、泵前压力传感器、进压传感器、出压传感器、进温传感器以及出温传感器连接；所述驱动器与磁力泵连接。
3.一种电堆控制方法，其特征在于：所述方法需使用如权利要求1至2任一项所述的控制器，包括如下步骤：
步骤S10、电堆控制器基于接收的激活指令，对连接的电堆进行激活操作；
步骤S20、电堆控制器基于接收的旁路指令，对连接的电堆进行旁路操作；
步骤S30、电堆控制器基于接收的流路控制指令，调节对应电堆的电解液的流速；
步骤S40、电堆控制器基于流路控制模块对电堆进行安全监控；
步骤S50、电堆控制器通过流路控制模块以及电压温度采集板获取电堆的运行数据，基于所述运行数据计算SOC、SOH、SOP、最大电芯电压以及最小电芯电压；
步骤S60、电堆控制器基于所述SOC、SOH、SOP、最大电芯电压以及最小电芯电压生成电堆运行报告，将所述电堆运行报告上传给EMS。
4.如权利要求3所述的一种电堆控制方法，其特征在于：所述步骤S10具体包括：
步骤S11、电堆控制器的主控板接收到激活指令后，通过各泵前压力传感器采集泵前压力值，基于预设的第一压力范围对所述泵前压力值进行校验；
步骤S12、主控板打开各开关阀，对各开关阀的打开状态进行校验；
步骤S13、主控板打开磁力泵，对磁力泵的打开状态进行校验；
步骤S14、主控板打开各调节阀，对各调节阀的打开状态进行校验；
步骤S15、主控板通过进压传感器和出压传感器分别采集进口压力值以及出口压力值，利用预设的第二压力范围对所述进口压力值以及出口压力值进行校验；
步骤S16、步骤S16、主控板通过预充模块对电堆进行预设时长的充电，通过电压温度采集板采集电堆的充电电压，基于预设的标准电压对所述充电电压进行校验后，完成电堆的激活操作。
5.如权利要求3所述的一种电堆控制方法，其特征在于：所述步骤S20具体包括：
步骤S21、电堆控制器的主控板接收到旁路指令后，关闭磁力泵，对磁力泵的关闭状态进行校验；
步骤S22、主控板关闭各开关阀以及调节阀，对各开关阀以及调节阀的关闭状态进行校验；
步骤S23、主控板打开各泄压阀，对各泄压阀的打开状态进行校验；
步骤S24、主控板通过电压温度采集板监控电堆的电压，直至电压小于设定的电压阈值，再吸合旁路继电器，并对旁路继电器的吸合状态进行校验，以完成电堆的旁路操作。
6.如权利要求3所述的一种电堆控制方法，其特征在于：所述步骤S30具体为：
电堆控制器基于接收的流路控制指令，通过泵前压力传感器、进压传感器以及出压传感器监测的压力值，动态对调节阀的开度进行调节，进而调节对应电堆的电解液的流速。
7.如权利要求3所述的一种电堆控制方法，其特征在于：所述步骤S40具体为：
电堆控制器基于流路控制模块采集的泵前压力值、进口压力值、出口压力值、进口温度值、出口温度值以及磁力泵、开关阀、泄压阀、调节阀的开关状态，对电堆进行安全监控。
8.如权利要求3所述的一种电堆控制方法，其特征在于：所述步骤S50中，所述运行数据至少包括电堆的充放电电压、充放电温度、管道压力以及管道温度。
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