CN203760568U - 一种用于抑制钒电池储能系统冲击电流的电路结构 - Google Patents

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Abstract

本实用新型公开了属于钒电池储能系统控制技术领域的一种用于抑制钒电池储能系统冲击电流的电路结构。所述钒电池为由钒电池电堆正负电极、离子交换膜组成；在钒电池电堆正负极分别连接充电机，电堆的正负两端分别连接正负极电解液储液罐和电解液循环泵；电堆的正极端连接主闸、控制器开关和充电机正极，控制器再与电堆的正负极连接，本实用新型在钒电池电堆至充电机的负电极连接线上串接直流电感，直流电感两端并联辅助继电器；充电机与电网并联。具有抗饱和能力强，在冲击电流产生过程中使电感串在充放电回路中，当冲击电流平抑后短路电感，使电感不再接入充放电主回路，并通过辅助继电器完成电感电流续流。

Description

一种用于抑制钒电池储能系统冲击电流的电路结构
技术领域
本实用新型属于钒电池储能系统控制技术领域，特别涉及一种用于抑制钒电池储能系统冲击电流的电路结构。
背景技术
液流电池又称为氧化还原液流电池，其正负极活性物质电解液是独立存放的，充放电的时候，电解液通过泵流入电池内部进行电化学反应。钒液流电池简称钒电池，具备功率和容量可独立设计、响应快、寿命长、维护成本低等优点，使其在风电、光伏发电、电网调峰等领域有着极其广阔的应用前景。由于钒电池储能系统不仅需要控制电池电堆充放电，还需要为控制器供电，保证钒电池启动后泵能正常带动电解液循环，并且在充电机失电后，钒电池系统能够依靠自身电堆电量带动泵继续运行，为负载供电。
针对上述问题，现有以下电路结构实现钒电池的冲击电流抑制。
目前大部分钒电池储能系统的电堆与控制器从同一端口并联接入充电机，电池启动过程中，充电机首先采用恒压充电方式为控制器供电，钒电池自检完成后自动闭合主闸，然后电池电堆并入充电机端口，通过充电机控制实现充放电。由于电池电堆初始电压通常与控制器恒压供电值不相等，在主闸闭合时会对电池产生较大的冲击电流，同时由于钒电池控制器输入端口初始电压为零，当充电机以稳压空载运行时突然接入控制器，同样会对充电机端口产生一定的冲击电流。
因此，期望通过改进钒电池系统的电路结构，不仅实现钒电池电堆与控制器从同一端口并联接入充电机,而且能有效抑制控制器突然接入充电机，以及电堆主闸自动闭合时产生的冲击电流。
实用新型内容
本实用新型的目的针对背景技术中描述的钒电池电堆与控制器通过同一端口并入充电机，使得控制器突然接入，以及主闸闭合时产生冲击电流等问题，提出一种用于抑制钒电池储能系统冲击电流的电路结构，所述钒电池为由钒电池电堆正负电极、离子交换膜组成；其特征在于，在钒电池电堆正负极分别连接充电机，电堆的正负两端分别连接正负极电解液储液罐和电解液循环泵；电堆的正极端连接主闸、控制器开关和充电机正极，控制器输入一端与控制器开关连接，另一端与电堆的负极、充电机的负电极、直流电感和与直流电感两端并联的辅助继电器连接；控制器两端输出分别连接电堆的正负极电解液循环泵；充电机泵与电网并联。
所述的充电机为输入220V交流市电，输出为直流，且电压、电流可控的电路结构。
所述的控制器结构主要包括：输入为40V至60V、输出为24V的DC/DC开关电源，DC/DC开关电源分别连接电解液及管道压力监测模块及输出采样及电机驱动模块。输出采样及电机驱动模块还跨接在DC/DC开关电源输出电容两端。
所述直流电感容量根据钒电池容量选定。该直流电感有气隙，且饱和电流值的设计应大于冲击电流峰值。
本实用新型的有益效果根据钒电池容量选定直流电感容量；该直流电感有气隙，且饱和电流值的设计应大于冲击电流峰值。同时，直流电感两端并联的辅助继电器受充电机电路控制，具有抗饱和能力强，在冲击电流产生过程中使电感串在充放电回路中，当冲击电流平抑后短路电感，使电感不再接入充放电主回路，并通过辅助继电器完成电感电流续流。
附图说明
图1具备冲击电流抑制能力的钒电池储能系统结构框图
图2控制器结构示意图
具体实施方式
本实用新型提出一种用于抑制钒电池储能系统冲击电流的电路结构，下面根据附图叙述本发明的具体实施方式及工作原理：
如图1所示为钒电池储能系统结构框图，其中钒电池为由钒电池电堆正负电极、离子交换膜组成。在钒电池电堆正负极分别连接充电机，电堆的正负两端分别连接正负极电解液储液罐和电解液循环泵；电堆的正极端连接主闸、控制器开关和充电机正极，控制器输入一端与控制器开关连接，另一端与电堆的负极、充电机的负电极、直流电感和与直流电感两端并联的辅助继电器连接；控制器两端输出分别连接电堆的正负极电解液循环泵；充电机泵与电网并联。
所述的充电机为输入220V交流市电，输出为直流，且电压、电流可控的电路结构。
所述的控制器结构主要包括：输入为40V至60V、输出为24V的DC/DC开关电源，DC/DC开关电源分别连接电解液及管道压力监测模块及输出采样及电机驱动模块。输出采样及电机驱动模块还跨接在DC/DC开关电源输出电容两端。
所述直流电感容量根据钒电池容量选定。该直流电感有气隙，且饱和电流值的设计应大于冲击电流峰值。
电解液循环泵从储液罐中将电解液送入电堆内，在控制器的控制下完成氧化和还原反应，反应完成后电解液又被送回储液罐，如此活性物质不断循环流动，完成充放电。充电机将钒电池与电网连接，控制钒电池充放电状态。同时钒电池的控制器仍从充电机与电堆的并联端口取电，控制电解液循环泵带动电解液循环。本实用新型通过在钒电池电堆至充电机的负电极连接线上串接直流电感，直流电感两端并联辅助继电器，有效抑制控制器突然接入充电机，以及电堆主闸自动闭合时产生的冲击电流。
由于钒电池电堆的容量远大于控制器端口电容的容量，导致主闸闭合时的冲击电流也远大于控制器突然接入产生的冲击电流。如果仅通过充电机的软件限流控制，由于响应时间较慢，系统会因过流保护而停止工作，不能起到电流抑制作用；如果仅通过硬件直流电感限流，对电感容量和饱和电流值的要求太高。所以需要综合利用软件算法和硬件资源，针对5kW的钒电池储能系统，选取容量为1.7kVar的带气隙直流电感，与限流控制算法结合，实现冲击电流的抑制。
具体实施方式如下：钒电池启动前，充电机工作在空载稳压状态，钒电池启动时，充电机首先给控制器输入端口电容，充电，由于此时控制器电容电压为零，会在充电机输出回路上产生一个冲击电流，由于该冲击电流较小，此时仅通过直流电感即能抑制电流冲击。控制器正常启动后，带动电解液循环泵旋转，使得储液罐中的电解液逐渐流入电堆内，当控制器对电池完成自检后自动闭合主闸，将电堆的正负极接入充电机，由于电池电堆初始电压通常与控制器恒压供电值不相等，且由于电堆容量较大，在主闸闭合时会对电池产生较大的冲击电流，需要通过串接在充电机回路中的直流电感与充电机限流控制程序相结合，实现该冲击电流的抑制。当冲击电流峰值过后，通过辅助继电器切除电感，保证正常充放电状态下，直流电感不占用系统的伏安容量。

Claims (4)

1.一种用于抑制钒电池储能系统冲击电流的电路结构，所述钒电池为由钒电池电堆正负电极、离子交换膜组成；其特征在于，在钒电池电堆正负极分别连接充电机，电堆的正负两端分别连接正负极电解液储液罐和电解液循环泵；电堆的正极端连接主闸、控制器开关和充电机正极，控制器输入一端与控制器开关连接，另一端与电堆的负极、充电机的负电极、直流电感和与直流电感两端并联的辅助继电器连接；控制器两端输出分别连接电堆的正负极电解液循环泵；充电机泵与电网并联。
2.根据权利要求1所述一种用于抑制钒电池储能系统冲击电流的电路结构，其特征在于，所述的充电机为输入220V交流市电，输出为直流，且电压、电流可控的电路结构。
3.根据权利要求1所述一种用于抑制钒电池储能系统冲击电流的电路结构，其特征在于，所述的控制器结构主要包括：输入为40V至60V、输出为24V的DC/DC开关电源，DC/DC开关电源分别连接电解液及管道压力监测模块及输出采样及电机驱动模块，输出采样及电机驱动模块还跨接在DC/DC开关电源输出电容两端。
4.根据权利要求1所述一种用于抑制钒电池储能系统冲击电流的电路结构，其特征在于，所述直流电感容量根据钒电池容量选定，该直流电感有气隙，且饱和电流值的设计应大于冲击电流峰值。
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