CN116896137A - 一种用于液流电池的可复用电源系统及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于液流电池技术领域,公开一种用于液流电池的可复用电源系统及其控制方法,其中系统包括电源模块,电源模块包括AC/DC转换器、第一DC/DC变换器、第二DC/DC变换器、第三DC/DC变换器和控制单元;AC/DC转换器的直流侧与第一DC/DC变换器、第二DC/DC变换器和第三DC/DC变换器连接;第一DC/DC变换器向控制单元供电,第二DC/DC变换器的输出端和第三DC/DC变换器的输出端并联后作为电源模块的输出端与液流电池的直流侧连接。本发明的电源系统可充分保证液流电池初始化和再平衡工况的顺利进行,大幅降低了设备成本与系统复杂度。
Description
技术领域
本发明属于液流电池技术领域,特别涉及一种用于液流电池的可复用电源系统及其控制方法。
背景技术
液流电池是一种新型的储能技术,它可以将电能以化学方式存储在液体电解质中,通过电解液的循环来产生电能。相较于传统的固态电池,液流电池具有更高的安全性、可逆性和可维护性等特点,而且可以根据需要进行容量和功率的任意调节。因此,液流电池被认为是未来储能技术的重要形式之一。
通常,由于液流电池在出厂时其电压处于0V状态,不能适配PCS(储能变流器,Power Conversion System)设备的电压范围,此时需要利用直流电源对其充电,将液流电池电压提升到PCS设备的电压范围内,以保证液流电池与PCS设备所组成电气系统的正常工作,该过程被称作液流电池的初始化。另外,电池在使用过程中,由于正负极材料反应不均衡导致电池性能下降时,需要通过调整电解液中正负离子浓度之间的差异,来重新平衡电池,该过程称为液流电池的再平衡。
液流电池的初始化和再平衡对于延长电池寿命、优化电池性能和提高电池效率等方面具有重要意义。由于初始化和再平衡过程对电源的输出有不同的需求,因此为了完成这两种工况,往往需要电源具有较高的输出精度和宽泛的输出范围。
目前液流电池的初始化和再平衡过程,通常分别采用专门的初始化电源和再平衡电源,此方式存在成本高、复杂度高的缺陷。
发明内容
针对上述问题,本发明提供一种用于液流电池的可复用电源系统及其控制方法,采用以下技术方案:
一种用于液流电池的可复用电源系统,包括电源模块,其中,电源模块包括AC/DC转换器、第一DC/DC变换器、第二DC/DC变换器、第三DC/DC变换器和控制单元;所述AC/DC转换器的直流侧与所述第一DC/DC变换器的输入端、所述第二DC/DC变换器的输入端和所述第三DC/DC变换器的输入端连接;所述第一DC/DC变换器的输出端向所述控制单元供电,所述第二DC/DC变换器的输出端和所述第三DC/DC变换器的输出端并联后作为所述电源模块的输出端与液流电池的直流侧连接;所述控制单元与所述AC/DC转换器、所述第二DC/DC变换器和所述第三DC/DC变换器通信连接。
进一步的,所述电源模块还包括防雷单元,所述防雷单元的一端与外部三相交流电连接,所述防雷单元的另一端与所述AC/DC转换器的交流侧连接。
进一步的,所述控制单元还与储能系统的EMS通信连接。
进一步的,所述控制单元包括DSP芯片控制电路、第一驱动电路、第二驱动电路和第三驱动电路;
其中,所述DSP芯片控制电路通过所述第一驱动电路与所述AC/DC转换器连接,所述DSP芯片控制电路通过所述第二驱动电路与所述第二DC/DC变换器连接;所述DSP芯片控制电路通过所述第三驱动电路与所述第三DC/DC变换器连接。
进一步的,所述控制单元还包括采样电路,所述控制单元通过所述采样电路采集电源模块输出端的实际电压值和实际电流值。
进一步的,所述控制单元还包括人机交互装置,所述DSP芯片控制电路通过所述人机交互装置获取电源模块输出的目标电压、目标电流和充电时间。
进一步的,所述电源模块设置多个,多个所述电源模块的输出端并联后与液流电池直流侧连接,多个所述电源模块的控制单元相互通信连接。
本发明还提供一种所述用于液流电池的可复用电源系统的控制方法,包括以下步骤:
在液流电池初始化或再平衡工况下,控制单元根据液流电池的类型、容量和功率,确定可复用电源系统中电源模块的数量,并确定每个电源模块输出的目标电压、目标电流和充电时间;
控制单元根据输出的目标电压和目标电流,通过控制AC/DC转换器将三相交流电整流为直流电压输出,通过控制第二DC/DC和第三DC/DC变换器将直流电压转换为目标电压和目标电流向外输出。
进一步的,每个电源模块的控制单元获取对应电源模块的输出端的实际电压和电流,并根据输出端的实际电压和电流,通过控制第二DC/DC变换器和第三DC/DC变换器调整输出的电压和电流向目标电压和目标电流靠近。
进一步的,每个电源模块的控制单元通过储能系统的EMS获取液流电池充电过程中的电压信息、电流信息和充电时间信息,当完成充电后,控制单元控制第二DC/DC变换器和第三DC/DC变换器停止输出。
本发明的有益效果:
1、本发明的电源系统可同时适用于液流电池的初始化和再平衡两种工况,具有高兼容性、高稳定性和可编程的特点,充分保证液流电池初始化和再平衡工况的顺利进行,大幅降低了设备成本与系统复杂度。
2、本发明的电源系统采用DSP控制,以实现对电源输出的电流、电压、时间等参数进行高精度的控制和调节,从而保证了充电过程的稳定性和安全性,并能够快速响应负载变化,从而提高充电效率。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述,并且,部分地从说明书中变得显而易见,或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书以及附图中所指出的结构来实现和获得。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1示出了根据本发明实施例的一种用于液流电池的可复用电源系统的电源模块结构示意图;
图2示出了根据本发明实施例的可复用电源系统与液流电池连接示意图;
图3示出了根据本发明实施例的一种用于液流电池的可复用电源系统的控制方法流程示意图。
图中:1、电源模块;2、防雷单元;3、AC/DC转换器;4、第一DC/DC变换器;5、第二DC/DC变换器;6、第三DC/DC变换器;7、控制单元。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地说明,显然,所描述的实施例是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
需要说明的是,本申请中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象,而不必用于描述特定的顺序或先后次序。
本发明提供一种用于液流电池的可复用电源系统及其控制方法,可在只改动部分接线的前提下,同时用于液流电池的初始化和再平衡两种工况,具有高兼容性、高稳定性和可编程的特点,充分保证液流电池初始化和再平衡工况的顺利进行,大幅降低了设备成本与系统复杂度。
如图1所示,一种用于液流电池的可复用电源系统,包括若干电源模块1,其中,电源模块1包括防雷单元2、AC/DC转换器3、第一DC/DC变换器4、第二DC/DC变换器5、第三DC/DC变换器6和控制单元7。
每个电源模块1中,防雷单元2的一端与外部三相交流电连接,防雷单元2的另一端与AC/DC转换器3的交流侧连接,AC/DC转换器3的直流侧与第一DC/DC变换器4的输入端、第二DC/DC变换器5的输入端和第三DC/DC变换器6的输入端连接。
每个电源模块1中,第一DC/DC变换器4的输出端向控制单元7供电,AC/DC转换器3的直流侧输出中的1路通过第一DC/DC变换器4处理后作为控制单元7的电源,控制单元7与储能系统的EMS(Energy Management System,能量管理系统)之间实现双向通讯,控制单元7用于通过储能系统的EMS获取液流电池充电过程中的电压信息、电流信息和充电时间信息,以确保对液流电池的充电过程进行准确的监测和控制。
控制单元7与AC/DC转换器3、第二DC/DC变换器5和第三DC/DC变换器6通信连接,控制单元7通过对AC/DC转换器3、第二DC/DC变换器5和第三DC/DC变换器6进行控制,调整电源模块1输出的电压和电流。
每个电源模块1中,第二DC/DC变换器5的输出端和第三DC/DC变换器6的输出端并联后作为电源模块1的输出端与液流电池的直流侧连接。
例如,每个电源模块1采样外部三相电进行输入,通过防雷单元2处理后进行AC/DC整流,然后通过3路DC/DC变换,其中1路用于作为控制单元7的电源,另外2路则作为动力输出线路,并联连接到液流电池的直流侧,两路输出均为450V/70A,单台总共输出为450V/140A。
每个电源模块1中,控制单元7还用于通过信号线采集电源模块1的输出端输出的电压和电流。
针对不同液流电池,在初始化和再平衡这两种工况下的数值和接线方式,均依不同液流电池的需求,由于可能超出单个电源模块1的电流输出上限,因此可在液流电池直流侧并联多个电源模块1以提高电流输出,多个电源模块1的输出端并联后与液流电池直流侧连接,多个电源模块1的控制单元7相互通信连接。
例如,如图2所示,在液流电池的初始化工况下,需要2个电源模块1,第一电源模块1的输出端和第二电源模块1的输出端并联后与液流电池的直流侧连接,即第一电源模块1的输出端正极与第二电源模块1的输出端正极、液流电池的直流侧正极连接,第一电源模块1的输出端负极与第二电源模块1的输出端负极、液流电池的直流侧负极连接。第一电源模块1的控制单元7与第二电源模块1的控制单元7通过通讯线连接。
例如,控制单元7包括DSP芯片控制电路、第一驱动电路、第二驱动电路、第三驱动电路、采样电路和人机交互装置,DSP芯片控制电路通过第一驱动电路与AC/DC转换器3连接;DSP芯片控制电路通过第二驱动电路与第二DC/DC变换器5连接;DSP芯片控制电路通过第三驱动电路与第三DC/DC变换器6连接;DSP芯片控制电路通过采样电路与电源模块1的输出端连接,人机交互装置与DSP芯片控制电路连接,DSP芯片控制电路还与储能系统的EMS连接。
其中,在液流电池初始化或再平衡工况下,DSP芯片控制电路用于从储能系统的EMS获取液流电池的类型、容量和功率,根据液流电池的类型、容量和功率,确定可复用电源系统输出的电压、电流和充电时间,根据可复用电源系统输出的电流,确定可复用电源系统中电源模块1的数量,并确定每个电源模块1输出的目标电压、目标电流和充电时间。
将每个电源模块1输出的目标电压、目标电流和充电时间人工输入人机交互装置后,DSP芯片控制电路用于根据从人机交互装置获取输出的目标电压和目标电流,通过第一驱动电路控制AC/DC转换器3将三相交流电整流为直流电压输出,通过第二驱动电路控制第二DC/DC变换器5将直流电压转换为输出的目标电压和目标电流,通过第三驱动电路控制第三DC/DC变换器6将直流电压转换为输出的目标电压和目标电流。
DSP芯片控制电路用于通过采样电路获取电源模块1的输出端的实际电压和电流,并根据电源模块1的输出端的实际电压和电流,通过第二驱动电路调整第二DC/DC变换器5输出的电压和电流向目标电压和目标电流靠近,通过第三驱动电路调整第三DC/DC变换器6输出的电压和电流向目标电压和目标电流靠近。
DSP芯片控制电路用于通过储能系统的EMS获取液流电池充电过程中的电压信息、电流信息和充电时间信息,当完成充电后,DSP芯片控制电路通过第二驱动电路控制第二DC/DC变换器5停止输出,通过第三驱动电路控制第三DC/DC变换器6停止输出。
本发明多个电源模块1并联使用时,控制单元7通过采样电路采集电源模块1输出端的实际电压值和实际电流值,控制输出电流精度,避免多台并机不均流、精度差的现象。
需要说明的是,初始化和再平衡这两种工况只对不同电压、电流和时间作出要求,液流电池与可复用电源系统的总体接线方式不变,电源数量根据输出要求确定后,从而调整可复用电源系统中电源模块1的数量,只需调整多个电源模块1之间的接线,并通过控制单元7调整电源模块1输出的电压和电流,同时适用于液流电池的初始化和再平衡两种工况,具有高兼容性、高稳定性和可编程的特点,充分保证液流电池初始化和再平衡工况的顺利进行,大幅降低了设备成本与系统复杂度。
基于上述用于液流电池的可复用电源系统,如图3所示,本发明还提供一种用于液流电池的可复用电源系统的控制方法,包括以下步骤:
S1、在液流电池初始化或再平衡工况下,控制单元7从储能系统的EMS获取液流电池的类型、容量和功率,根据液流电池的类型、容量和功率,确定可复用电源系统中电源模块1的数量,并确定每个电源模块1输出的目标电压、目标电流和充电时间。
S2、将每个电源模块1输出的目标电压、目标电流和充电时间人工输入对应的控制单元7,控制单元7根据输出的目标电压和目标电流,通过控制AC/DC转换器3将三相交流电整流为直流电压输出,通过控制第二DC/DC和第三DC/DC变换器6将直流电压转换为目标电压和目标电流向外输出,具体如下:
将每个电源模块1输出的目标电压、目标电流和充电时间人工输入人机交互装置后,DSP芯片控制电路根据从人机交互装置获取输出的目标电压和目标电流,通过第一驱动电路控制AC/DC转换器3将三相交流电整流为直流电压输出,通过第二驱动电路控制第二DC/DC变换器5将直流电压转换为输出的目标电压和目标电流,通过第三驱动电路控制第三DC/DC变换器6将直流电压转换为输出的目标电压和目标电流。
S3、每个电源模块1的控制单元7获取对应电源模块1的输出端的实际电压和电流,并根据输出端的实际电压和电流,通过控制第二DC/DC变换器5和第三DC/DC变换器6调整输出的电压和电流向目标电压和目标电流靠近,具体如下:
DSP芯片控制电路通过采样电路获取电源模块1的输出端的实际电压和电流,并根据电源模块1的输出端的实际电压和电流,通过第二驱动电路调整第二DC/DC变换器5输出的电压和电流向目标电压和目标电流靠近,通过第三驱动电路调整第三DC/DC变换器6输出的电压和电流向目标电压和目标电流靠近。
S4、每个电源模块1的控制单元7通过储能系统的EMS获取液流电池充电过程中的电压信息、电流信息和充电时间信息,当完成充电后,控制单元7控制第二DC/DC变换器5和第三DC/DC变换器6停止输出,具体如下:
DSP芯片控制电路通过储能系统的EMS获取液流电池充电过程中的电压信息、电流信息和充电时间信息,当完成充电后,DSP芯片控制电路通过第二驱动电路控制第二DC/DC变换器5停止输出,通过第三驱动电路控制第三DC/DC变换器6停止输出。
本发明在初始化电源中,控制单元7采用DSP控制,以实现对电源输出的电流、电压、时间等参数进行高精度的控制和调节,从而保证了充电过程的稳定性和安全性,由于DSP控制技术可以实时捕获反馈信息并进行精密计算,因此能够快速响应负载变化,从而提升充电效率。
本发明的控制单元7能够根据液流电池的实际需求进行控制,从而使对液流电池的初始化和再平衡过程更加快速、精确、可靠。
本发明的可复用电源系统已经成功地运用于不同类型、容量和功率的液流电池初始化和再平衡工况,在充电过程中,能够有效降低液流电池的内阻和电压衰减,保证了电池的长期稳定工作。可复用电源系统还可以实现动态调节输出功率及电流,并且能够对电池进行反馈和保护,进一步增强了电源的安全性和可靠性,不仅为液流电池的成本降低、效率提高和使用寿命延长提供了可能性,同时也极大地推动了液流电池技术在能源领域的应用与发展。
尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.一种用于液流电池的可复用电源系统,其特征在于,包括电源模块,其中,电源模块包括AC/DC转换器、第一DC/DC变换器、第二DC/DC变换器、第三DC/DC变换器和控制单元;
所述AC/DC转换器的直流侧与所述第一DC/DC变换器的输入端、所述第二DC/DC变换器的输入端和所述第三DC/DC变换器的输入端连接;所述第一DC/DC变换器的输出端向所述控制单元供电,所述第二DC/DC变换器的输出端和所述第三DC/DC变换器的输出端并联后作为所述电源模块的输出端与液流电池的直流侧连接;所述控制单元与所述AC/DC转换器、所述第二DC/DC变换器和所述第三DC/DC变换器通信连接。
2.根据权利要求1所述的用于液流电池的可复用电源系统,其特征在于,所述电源模块还包括防雷单元,所述防雷单元的一端与外部三相交流电连接,所述防雷单元的另一端与所述AC/DC转换器的交流侧连接。
3.根据权利要求1所述的用于液流电池的可复用电源系统,其特征在于,所述控制单元还与储能系统的EMS通信连接。
4.根据权利要求3所述的用于液流电池的可复用电源系统,其特征在于,所述控制单元包括DSP芯片控制电路、第一驱动电路、第二驱动电路和第三驱动电路;
其中,所述DSP芯片控制电路通过所述第一驱动电路与所述AC/DC转换器连接,所述DSP芯片控制电路通过所述第二驱动电路与所述第二DC/DC变换器连接;所述DSP芯片控制电路通过所述第三驱动电路与所述第三DC/DC变换器连接。
5.根据权利要求4所述的用于液流电池的可复用电源系统,其特征在于,所述控制单元还包括采样电路,所述控制单元通过所述采样电路采集电源模块输出端的实际电压值和实际电流值。
6.根据权利要求4所述的用于液流电池的可复用电源系统,其特征在于,所述控制单元还包括人机交互装置,所述DSP芯片控制电路通过所述人机交互装置获取电源模块输出的目标电压、目标电流和充电时间。
7.根据权利要求1-6任一所述的用于液流电池的可复用电源系统,其特征在于,所述电源模块设置多个,多个所述电源模块的输出端并联后与液流电池直流侧连接,多个所述电源模块的控制单元相互通信连接。
8.一种权利要求1-7任一所述用于液流电池的可复用电源系统的控制方法,其特征在于,包括以下步骤:
在液流电池初始化或再平衡工况下,控制单元根据液流电池的类型、容量和功率,确定可复用电源系统中电源模块的数量,并确定每个电源模块输出的目标电压、目标电流和充电时间;
控制单元根据输出的目标电压和目标电流,通过控制AC/DC转换器将三相交流电整流为直流电压输出,通过控制第二DC/DC和第三DC/DC变换器将直流电压转换为目标电压和目标电流向外输出。
9.根据权利要求8所述的用于液流电池的可复用电源系统的控制方法,其特征在于,每个电源模块的控制单元获取对应电源模块的输出端的实际电压和电流,并根据输出端的实际电压和电流,通过控制第二DC/DC变换器和第三DC/DC变换器调整输出的电压和电流向目标电压和目标电流靠近。
10.根据权利要求8所述的用于液流电池的可复用电源系统的控制方法,其特征在于,每个电源模块的控制单元通过储能系统的EMS获取液流电池充电过程中的电压信息、电流信息和充电时间信息,当完成充电后,控制单元控制第二DC/DC变换器和第三DC/DC变换器停止输出。
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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