一种用于钒电池充放电的双路供电电路结构的制作方法
【专利摘要】本实用新型属于储能系统领域的一种用于钒电池充放电的双路供电电路结构。该钒电池充放电的双路供电电路结构是其中钒电池主要包括钒电池电堆、正负极电解液储液罐和泵，钒电池电堆由正负电极、离子交换膜组成，正负极电解液储液罐各自连接一个泵，并分别接在钒电池电堆的正负电极端；两个泵分别与控制器连接，控制器由48V稳压电源供电。本实用新型通过采用相互独立的电路结构，为钒电池电堆和控制器提供电源，解决了两者共用同一充电机接口相互影响，以及电堆主闸闭合时产生冲击电流的问题。
【专利说明】-种用于钒电池充放电的双路供电电路结构
【技术领域】
[0001] 本实用新型属于储能系统领域，尤其涉及一种用于钒电池充放电的双路供电电路 结构。
【背景技术】
[0002] 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，系统供电，供电回路多。
[0003] 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。但这种供电方式使得控制器 供电易受电堆影响，当电堆充放电回路出现故障时，控制电路也可能失电，造成电堆不受控 现象出现。同时，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。
[0004] 因此，期望通过改进钒电池系统的供电电路结构，实现钒电池电堆的充放电回路 与控制电回路独立受控，提高并网充放电过程中的系统效率。 实用新型内容
[0005] 本实用新型的目的是针对【背景技术】所述的钒电池电堆与控制器通过同一端口并 入充电机，使得两供电回路容易相互影响，主闸闭合时产生冲击电流等问题，提出一种用 于钒电池充放电的双路供电电路结构，其特征在于，所述钒电池充放电的双路供电电路结 构是其中钒电池主要包括钒电池电堆、正负极电解液储液罐和泵，钒电池电堆由正负电极、 离子交换膜组成，正负极电解液储液罐各自连接一个泵，并分别接在钒电池电堆的正负电 极端；两个泵分别与控制器连接，控制器由48V稳压电源供电；充电机正极通过主闸接在钒 电池电堆的正极上，充电机负极通过主闸接在钒电池电堆的负极上；所述充电机为高频变 压器并网的电路结构，由交错并联BuckBoost电路、高频隔离全桥DC/DC电路和三相全桥 DC/AC电路构成电堆充放电主电路。
[0006] 所述交错并联BuckBoost电路包含C1电容和C2电容、L1电感和L2电感、开关管 S1至S4、二极管D1至D4 ;高频隔离全桥DC/DC电路为在高频变压器T1的初级端连接接成 桥式结构的自带反并二极管的开关管Sal至Sa4,次级端连接接成桥式结构的自带反并二 极管的开关管Sbl至Sb4 ;三相全桥DC/AC电路包含自带反并二极管的开关管Scl至Sc6。
[0007] 所述交错并联BuckBoost电路组成为Cl电容的一端与L1电感和L2电感的公共 节点和钒电池正极连接；L1电感连接S4开关管的源极和S2开关管的漏极，L2电感连接S3 开关管的源极和S1开关管的漏极，C2电容的一端连接S4开关管的漏极和S3开关管的漏 极，C2电容的另一端与Cl电容的另一端、S1开关管的源极、S2开关管的源极、Sa2开关管 的源极和Sa4开关管的源极连接在一起；Sal开关管的源极和Sa2开关管的漏极连接，并和 T1初级一端连接；Sa3开关管的源极和Sa4开关管的漏极连接，并和T1初级的另一端连接； Sal开关管的漏极和Sa2开关管的漏极与C2电容的一端连接；其中S1开关管、S2开关管、 S3开关管和S4开关管分别与D1二极管、D2二极管、D3二极管和D4二极管反并连.。
[0008] 所述三相全桥DC/AC电路为C3电容的一端连接Scl开关管、Sc2开关管和Sc3开 关管的漏极；C3电容的另一端连接Sc4开关管、Sc5开关管和Sc6开关管的源极；Scl开关 管、Sc2开关管和Sc3开关管的源极分别和Sc4开关管、Sc5开关管和Sc6开关管的漏极连 接；所述Scl开关管、Sc2开关管和Sc3开关管的源极分别和Sc4开关管、Sc5开关管和Sc6 开关管的漏极连接的三个节点分别连接LC滤波器，组成三相全桥DC/AC电路，其中，C3电 容的两端分别连接Sb4开关管的源极和Sb3开关管的漏极；三相LC滤波器通过开关连接交 流电源的A、B、C相线上。
[0009] 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。
[0010] 本实用新型的有益效果是通过采用相互独立的电路结构，为钒电池电堆和控制器 提供电源，解决了两者共用同一充电机接口相互影响，以及电堆主闸闭合时产生冲击电流 的问题。
【专利附图】
【附图说明】
[0011] 图1:钒电池储能系统结构框图。
[0012] 图2:控制器结构图示意图。
[0013] 图3:充电机的电路示意图。
【具体实施方式】
[0014] 本实用新型提出一种用于钒电池充放电的双路供电电路结构。下面结合附图予以 说明。
[0015] 如图1所示所述钒电池充放电的双路供电电路结构是其中钒电池主要包括钒电 池电堆、正负极电解液储液罐和泵，钒电池电堆由正负电极、离子交换膜组成，正负极电解 液储液罐各自连接一个泵，并分别接在钒电池电堆的正负电极端；两个泵分别与控制器连 接，控制器由48V稳压电源供电；泵从储液罐中将电解液送入电堆内，在外部充放电系统的 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。稳压电源为钒 电池控制器提供稳定电源。充电机正极通过主闸接在钒电池电堆的正极上，充电机负极通 过主闸接在钒电池电堆的负极上；所述充电机为高频变压器并网的电路结构，由交错并联 BuckBoost电路、高频隔离全桥DC/DC电路和三相全桥DC/AC电路构成电堆充放电主电路。
[0016] 如图2所示，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。
[0017] 如图3所示，所述交错并联BuckBoost电路包含Cl电容和C2电容、L1电感和L2 电感、开关管S1开关管至S4开关管、D1二极管至D4二极管；高频隔离全桥DC/DC电路为 在高频变压器T1的初级端连接接成桥式结构的自带反并二极管的Sal开关管至Sa4开关 管，次级端连接接成桥式结构的自带反并二极管的Sbl开关管至Sb4开关管；三相全桥DC/ AC电路包含自带反并二极管的Scl开关管至Sc6开关管。
[0018] 所述交错并联BuckBoost电路组成为C1电容的一端与L1电感和L2电感的公共 节点和钒电池正极连接；L1电感连接S4开关管的源极和S2开关管的漏极，L2电感连接S3 开关管的源极和S1开关管的漏极，C2电容的一端连接S4开关管的漏极和S3开关管的漏 极，C2电容的另一端与C1电容的另一端、S1开关管的源极、S2开关管的源极、Sa2开关管 的源极和Sa4开关管的源极连接在一起，Sal开关管的源极和Sa2开关管的漏极连接，并和 T1初级一端连接；Sa3开关管的源极和Sa4开关管的漏极连接，并和T1初级的另一端连接； Sal开关管的漏极和Sa2开关管的漏极与C2电容的一端连接；其中S1开关管、S2开关管、 S3开关管和S4开关管分别与D1二极管、D2二极管、D3二极管和D4二极管反并连；
[0019] 所述三相全桥DC/AC电路为C3电容的一端连接Scl开关管、Sc2开关管和Sc3开 关管的漏极，C3电容的另一端连接Sc4开关管、Sc5开关管和Sc6开关管的源极，Scl开关 管、Sc2开关管和Sc3开关管的源极分别和Sc4开关管、Sc5开关管和Sc6开关管的漏极连 接，所述Scl开关管、Sc2开关管和Sc3开关管的源极分别和Sc4开关管、Sc5开关管和Sc6 开关管的漏极连接的三个节点分别连接LC滤波器，组成三相全桥DC/AC电路，其中，C3电 容的两端分别连接Sb4开关管的源极和Sb3开关管的漏极；三相LC滤波器通过开关连接交 流电源的A、B、C相线上。
[0020] 具体工作原理如下：钒电池启动时，首先通过控制器带动泵旋转，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；当电堆接入充电机后，电池可按当前需求实现充放电功能。
[0021] 与控制器、电堆共用同一个充电机端口的供电方式相比，本发明提出的双电源供 电方式，避免了电堆的故障状态对控制系统的影响，尤其解决了主闸闭合时，由于控制器工 作电压与电堆初始电压不等产生的电流冲击问题。该双电源供电方式，在大功率充电机主 电路发生故障时，确保小功率控制电的稳定性；同时，实现了启动过程中的电池电流的平滑 变化。
【权利要求】
1. 一种用于钒电池充放电的双路供电电路结构，其特征在于，所述钒电池充放电的双 路供电电路结构是其中钒电池主要包括钒电池电堆、正负极电解液储液罐和泵，钒电池电 堆由正负电极、离子交换膜组成，正负极电解液储液罐各自连接一个泵，并分别接在钒电池 电堆的正负电极端；两个泵分别与控制器连接，控制器由48V稳压电源供电；充电机正极通 过主闸接在钒电池电堆的正极上，充电机负极通过主闸接在钒电池电堆的负极上；所述充 电机为高频变压器并网的电路结构，由交错并联BuckBoost电路、高频隔离全桥DC/DC电路 和三相全桥DC/AC电路构成电堆充放电主电路。
2. 根据权利要求1所述用于钒电池充放电的双路供电电路结构，其特征在于，所述交 错并联BuckBoost电路包含C1电容和C2电容、L1电感和L2电感、开关管S1至S4、二极管 D1至D4 ;高频隔离全桥DC/DC电路为在高频变压器T1的初级端连接接成桥式结构的自带 反并二极管的开关管Sal至Sa4,次级端连接接成桥式结构的自带反并二极管的开关管Sbl 至Sb4 ;三相全桥DC/AC电路包含自带反并二极管的开关管Scl至Sc6。
3. 根据权利要求1所述用于钒电池充放电的双路供电电路结构，其特征在于，所述交 错并联BuckBoost电路组成为C1电容的一端与L1电感和L2电感的公共节点和钒电池正 极连接；L1电感连接S4开关管的源极和S2开关管的漏极，L2电感连接S3开关管的源极和 S1开关管的漏极，C2电容的一端连接S4开关管的漏极和S3开关管的漏极，C2电容的另一 端与C1电容的另一端、S1开关管的源极、S2开关管的源极、Sa2开关管的源极和Sa4开关 管的源极连接在一起；Sal开关管的源极和Sa2开关管的漏极连接，并和T1初级一端连接； Sa3开关管的源极和Sa4开关管的漏极连接，并和T1初级的另一端连接；Sal开关管的漏极 和Sa2开关管的漏极与C2电容的一端连接；其中S1开关管、S2开关管、S3开关管和S4开 关管分别与D1二极管、D2二极管、D3二极管和D4二极管反并连。
4. 根据权利要求1所述用于钒电池充放电的双路供电电路结构，其特征在于，所述三 相全桥DC/AC电路为C3电容的一端连接Scl开关管、Sc2开关管和Sc3开关管的漏极；C3 电容的另一端连接Sc4开关管、Sc5开关管和Sc6开关管的源极；Scl开关管、Sc2开关管和 Sc3开关管的源极分别和Sc4开关管、Sc5开关管和Sc6开关管的漏极连接；所述Scl开关 管、Sc2开关管和Sc3开关管的源极分别和Sc4开关管、Sc5开关管和Sc6开关管的漏极连 接的三个节点分别连接LC滤波器，组成三相全桥DC/AC电路，其中，C3电容的两端分别连 接Sb4开关管的源极和Sb3开关管的漏极；三相LC滤波器通过开关连接交流电源的A、B、 C相线上。
5. 根据权利要求1所述用于钒电池充放电的双路供电电路结构，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。
【文档编号】H02J7/02GK203850856SQ201420058859
【公开日】2014年9月24日 申请日期:2014年2月7日 优先权日:2014年2月7日
【发明者】赵杨阳 申请人:清华大学