一种液流电池激活装置及方法与流程

本发明涉及液流电池，特别指一种液流电池激活装置及方法。

背景技术：

1、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、安全性高、容量功率分离等优点，非常适合用于长时储能系统。

2、为降低液流电池的待机功耗，一般液流电池在不充不放时，会进入待机状态，将电解液回流至储液罐后，停止电解液泵的运行，此时实际的电池soc>0，电解液中仍有足以反应的离子浓度，电堆中的残留电解液反应完成后，电压降至0v。但在这种情况下(以下称为初始状态)，当液流电池需要再次放电时，除了需要采用电解液泵将电解液从储液罐送至电堆，还需要充电激活后才能达到电堆正常充放电的电压范围，在激活之前，即使电堆离子溶液中有足够的离子浓度，但是电堆正负极没有电压，即无法正常启动液流电池。液流电池一般采用储能变流器进行充放电，但储能变流器的工作电压是激活后的正常工作电压，而不支持0v启动，无法直接对初始状态下的电堆进行充电激活。

3、为实现储能变流器对液流电池的激活，传统上(如专利cn110120678a储能变流器)通过增加交流侧和直流侧之间的分压电阻及开关等电路，通过电阻分压和限流，使储能变流器先进入整流预充模式，向电堆进行预充电直至电堆电压达到预设值，在电堆激活后才将电解液中的能量向交流侧进行放电。但传统通过分压电阻限流预充的方法，储能变流器需要先工作在预充电状态，完成后开机，再工作在放电状态，一般在正常工作后充放电转换需要10~20ms，导致储能变流器功率响应因为预充而延迟。按照正常流程，由于需要先预充，此时主接触器工作在断开状态,储能变流器处于关机状态，因此储能变流器需要从关机状态、启机预充、电压建立后才能开机，需要时间长达分钟级。

4、由于液流电池用于长时储能系统时，需要考虑支持调峰调频等功能；当电网需要液流电池放电时，对响应时间有考核，响应时间越快，调峰调频效果越好。因此，如何提供一种液流电池激活装置及方法，实现提升液流电池激活的速度，成为一个亟待解决的技术问题。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题，在于提供一种液流电池激活装置及方法，实现提升液流电池激活的速度。

2、第一方面，本发明提供了一种液流电池激活装置，包括一交流源以及一液流电池，其特征在于：还包括一整流模块、一限流模块、一交流侧开关模块、一直流侧开关模块以及一储能变流器；

3、所述整流模块的输入端与交流侧开关模块的一端连接，输出端正极与限流模块的一端连接，输出端负极与储能变流器的输出端负极以及液流电池的负极连接；所述储能变流器的输入端与交流侧开关模块的另一端以及交流源连接，输出端正极与直流侧开关模块的一端以及液流电池的正极连接；所述限流模块的另一端与直流侧开关模块的另一端连接。

4、进一步的，所述整流模块包括一整流二极管d1、一整流二极管d2、一整流二极管d3、一整流二极管d4、一整流二极管d5、一整流二极管d6以及一熔断器fuse5；

5、所述熔断器fuse5的一端与整流二极管d2的输入端、整流二极管d4的输入端以及整流二极管d6的输入端连接，另一端与液流电池的负极连接；所述整流二极管d1的输入端与交流侧开关模块、整流二极管d2的输出端连接，输出端与整流二极管d3的输出端、整流二极管d5的输出端以及限流模块连接；所述整流二极管d3的输入端与交流侧开关模块以及整流二极管d4的输出端连接；所述整流二极管d5的输入端与交流侧开关模块以及整流二极管d6的输出端连接；

6、所述整流模块或者包括一可控硅s1、一可控硅s2、一可控硅s3、一可控硅s4、一可控硅s5、一可控硅s6以及一熔断器fuse5；

7、所述熔断器fuse5的一端与可控硅s2的输入端、可控硅s4的输入端以及可控硅s6的输入端连接，另一端与液流电池的负极连接；所述可控硅s1的输入端与交流侧开关模块、可控硅s2的输出端连接，输出端与可控硅s3的输出端、可控硅s5的输出端以及限流模块连接；所述可控硅s3的输入端与交流侧开关模块以及可控硅s4的输出端连接；所述可控硅s5的输入端与交流侧开关模块以及可控硅s6的输出端连接。

8、进一步的，所述限流模块包括若干个限流单元，各所述限流单元相互并联后，一端与整流模块连接，另一端与直流侧开关模块连接；

9、所述限流单元包括相互串联的一开关k3以及一电阻r1；

10、所述限流单元或者包括相互串联的一mos管k4以及一电阻r2；

11、所述限流单元或者包括相互串联的一igbt管k5以及一电阻r3；

12、所述限流单元或者包括相互串联的一电感l1以及一电阻r4。

13、进一步的，所述交流侧开关模块包括一单刀三掷开关k1、一熔断器fuse1、一熔断器fuse2以及一熔断器fuse3；

14、所述单刀三掷开关k1的输入端分别与熔断器fuse1、熔断器fuse2以及熔断器fuse3连接，输出端与整流模块连接；所述熔断器fuse1、熔断器fuse2以及熔断器fuse3均与交流源连接。

15、进一步的，所述直流侧开关模块包括一熔断器fuse4以及一开关k2；

16、所述熔断器fuse4的一端与限流模块连接，另一端与开关k2的一端连接；所述开关k2的另一端与液流电池的正极连接。

17、第二方面，本发明提供了一种液流电池激活方法，包括如下步骤：

18、步骤s1、基于功率响应指令携带的快速响应标识设置储能变流器的工作状态；

19、步骤s2、闭合交流侧开关模块以及直流侧开关模块；

20、步骤s3、实时测量限流模块的输出侧电压，基于限流模块两端的压差实时计算激活电流；

21、步骤s4、动态增大所述激活电流，当所述输出侧电压达到预设的电压阈值时，断开交流侧开关模块以及直流侧开关模块，完成液流电池的激活。

22、进一步的，所述步骤s1中，所述快速响应标识为是或者否；所述快速响应标识为是时，所述工作状态为待机状态；所述快速响应标识为否时，所述工作状态为关机状态。

23、进一步的，所述步骤s3中，激活电流=限流模块两端的压差/限流模块的阻值。

24、进一步的，所述步骤s3中，当限流单元包括相互串联的一开关k3以及一电阻r1时，动态增大所述激活电流具体为：逐步闭合各开关k3，以逐步并联各电阻r1，进而动态增大所述激活电流；

25、当限流单元或者包括相互串联的一mos管k4以及一电阻r2时，动态增大所述激活电流具体为：逐步加大各mos管k4的占空比，以动态增大所述激活电流；

26、当限流单元或者包括相互串联的一igbt管k5以及一电阻r3时，动态增大所述激活电流具体为：逐步加大各igbt管k5的占空比，以动态增大所述激活电流；

27、当整流模块包括一可控硅s1、一可控硅s2、一可控硅s3、一可控硅s4、一可控硅s5、一可控硅s6以及一熔断器fuse5时，动态增大所述激活电流具体为：逐步加大可控硅s1、可控硅s2、可控硅s3、可控硅s4、可控硅s5以及可控硅s6的导通角，以动态增大所述激活电流。

28、进一步的，所述步骤s4还包括：

29、液流电池的电堆电压满足储能变流器的工作电压，储能变流器正常充放电。

30、本发明的优点在于：

31、1、通过设置整流模块、限流模块、交流侧开关模块、直流侧开关模块以及储能变流器；整流模块的输入端与交流侧开关模块的一端连接，输出端正极与限流模块的一端连接，输出端负极与储能变流器的输出端负极以及液流电池的负极连接；储能变流器的输入端与交流侧开关模块的另一端以及交流源连接，输出端正极与直流侧开关模块的一端以及液流电池的正极连接；限流模块的另一端与直流侧开关模块的另一端连接；即储能变流器与由整流模块、限流模块、交流侧开关模块、直流侧开关模块组成的电路为并联关系，通过整流模块、限流模块、交流侧开关模块以及直流侧开关模块可单独提供电流给液流电池进行充电激活，当需要快速响应时，储能变流器由辅助供电维持在待机状态，由整流模块、限流模块、交流侧开关模块以及直流侧开关模块对液流电池进行充电激活，激活完成后储能变流器直接进行放电，在此过程中储能变流器不需要由预充再切换至放电状态，也不需要执行开机过程，大大缩短了功率响应的时间，极大的提升了液流电池激活的速度。

32、2、通过整流模块、限流模块、交流侧开关模块、直流侧开关模块配合储能变流器，实现液流电池0v启动功能，且安装布署灵活，整流模块、限流模块、交流侧开关模块以及直流侧开关模块可以置于储能变流器内部，也可独立于储能变流器，无需对现有储能变流器成品进行改造。

33、3、通过整流模块或者限流模块可动态增大激活电流（精细调节激活电流），减小电流冲激，减小过电流导致液流电池的电解液析氢、析氧，并减少激活所需要的时间。