本公开涉及使用可再生能量的发电系统，并且更具体地，涉及用于补偿使用可再生能量的发电系统中的输出的液流电池的电池控制电路。
背景技术：
电池是将化学能转化为电能的装置。电池可以通过连接两个或更多个电池并允许电流沿相同方向流动而构成。
电池可以被分类为在放电时的不可再充电电池类型和放电后的可再充电电池类型。
近来，随着电池的大容量应用的发展，已经被开发用作能量存储系统(ess)以用于在使用可再生能量(诸如智能电网、风力发电、太阳能发电、潮汐发电、地热发电等)的发电系统中进行输出补偿的锌溴液流电池具有稳定性和价格竞争力。这里，锌溴液流电池是一种可以在放电后再充电的电池。
锌溴液流电池具有当充电和放电被重复约6～10次时应执行全放电(所谓的清除操作)的特性。这是为了所积累的锌的均衡分布。
在现有技术中，当相对于锌溴液流电池执行清除操作时，如果将锌溴液流电池的电压降低到预定水平，则仅通过转换器内的开关元件的切换操作(其控制锌溴液流电池的再充电和放电)的锌溴液流电池的清除操作失败。
因此，在现有技术的电池控制电路中，电阻器应被连接到电池以便执行清除操作。
然而，当与电阻器连接的电池放电时，电阻器中生成热量。在这种情况下，如果安装散热器以用于快速和有效地散热，则电池和电池控制电路的体积增加。
技术实现要素：
因此，本发明是为了解决现有技术问题，即本发明的一个方面是提供一种用于使用可再生能量的发电系统的电池控制电路，其能够防止液流电池的清除操作期间的发热、防止电池和电池控制电路的体积增加、并且稳定地执行相对于电池的清除操作。
为了实现这些和其它优点并且根据本公开的目的，如本文体现和广泛描述的，提供了一种用于使用可再生能量的发电系统的电池控制电路，该电路包括：液流电池，其利用直流(dc)电能来充电或对充电的dc电能放电；dc供电单元，其具有阳极和阴极，并且将所述dc电能供应给所述液流电池；第一dc-dc转换器，其被连接在所述dc供电单元和所述液流电池之间，并且所述第一dc-dc转换器具有在两个方向上提供电流流动路径的开关元件，所述两个方向包括将所述dc电能从所述dc供电单元供应到所述液流电池的第一方向，以及将在所述液流电池中充电的dc电能放电到地面的第二方向；第一电容器，其被串联连接到所述液流电池，所述第一电容器以如下方式对所述液流电池完全放电：当对所述液流电池完全放电时，跨所述第一电容器两端的电压与跨所述液流电池两端的电压之和变得高于所述第一dc-dc转换器的输出电压；第二dc-dc转换器，其被连接在所述dc供电单元和所述第一电容器之间，并且具有被切换到将所述dc电能从所述dc供电单元供应给所述第一电容器使得所述第一电容器被充电的位置的开关元件；以及控制器，其控制所述第一dc-dc转换器和所述第二dc-dc转换器，所述控制器控制所述第一dc-dc转换器的开关元件，以在当对所述液流电池充电和放电的次数达到预设次数时，在所述第二方向形成所述电流流动路径。
根据本发明的一个方面，当对所述液流电池完全放电时，所述第一电容器的充电电压高于所述第一dc-dc转换器的输出电压。
根据本发明的另一方面，所述电池控制电路还包括被并联连接到所述第一电容器的旁路开关，并且当对所述电池充电或放电时，所述旁路开关由所述控制器控制到闭合位置。
根据本发明的又一方面，所述电池控制电路还包括被并联连接到所述旁路开关的放电开关，并且当对在所述第一电容器中充电的电能放电时，所述放电开关由所述控制器控制到闭合位置。
根据本发明的又一方面，所述控制器被配置为当在所述液流电池被完全放电的时候所述液流电池的两端之间的电压变为预设值时，所述控制器被配置为将所述旁路开关控制到断开位置以对所述第一电容器充电。
根据本发明的又一方面，所述控制器被配置为控制所述第一dc-dc转换器的开关元件以在所述第二方向上形成所述电流流动路径，并且所述第二dc-dc转换器的开关元件被接通，使得所述液流电池的两端之间的电压与所述第一电容器的两端之间的电压之和被保持为高于所述第一dc-dc转换器的输出电压，以便对所述液流电池完全放电。
根据本发明的又一方面，当所述电池被完全放电时，所述控制器被配置为控制所述旁路开关被关断并且所述放电开关被接通，以便对所述第一电容器放电。
根据本发明的又一方面，当所述第一电容器被放电时，所述控制器被配置为控制所述旁路开关被接通、所述放电开关被关断、并且所述第二dc-dc转换器的开关元件被关断，以便再次对所述电池充电和放电。
根据本发明的又一方面，所述第一dc-dc转换器包括：第一开关元件，其被连接到所述dc供电单元的阳极侧并提供所述电池的充电路径；第二开关元件，其被串联连接到所述第一开关元件并提供所述电池的放电路径；以及电感器，其一端被连接到其中所述第一开关元件和所述第二开关元件彼此连接的连接点，以及另一端被连接到所述液流电池，所述电感器允许dc分量的流动并阻止ac分量的流动。
根据本发明的又一方面，所述第一dc-dc转换器被配置为通过所述第一开关元件和所述第二开关元件的切换操作来对所述液流电池充电或放电，其中所述控制器被配置为当对所述电池充电时，控制所述第一开关元件被接通并且所述第二开关元件被关断，并且其中所述控制器被配置为当对所述电池放电时，控制所述第二开关元件被接通并且所述第一开关元件被关断。
根据本发明的又一方面，所述dc供电单元包括：电压源，其供应dc电压；以及第二电容器，其被并联连接到所述电压源以将来自所述电压源的dc电压平滑到恒定电压并供应所述恒定电压。
附图说明
被包括以提供对本发明的进一步理解并被并入并构成本公开的一部分的附图示出了示例性实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。
在图中：
图1是示出了根据本发明的一个优选实施例的用于使用可再生能量的发电系统的电池控制电路的配置的框图；
图2是示出了根据本发明的一个优选实施例的不包括控制器的电池控制电路的详细电路结构的电路图；
图3是示出了根据本发明的一个优选实施例的第一dc-dc转换器的详细配置的电池控制电路的详细视图；并且
图4是示出了根据本发明的一个优选实施例的在电池控制电路中控制由控制器执行的电池控制电路的清除操作的操作的流程图。
具体实施方式
现在将参考附图更详细地描述本文公开的实施例。
参考将在下文中详细描述的实施例以及附图，本发明的优点和特征以及实现那些的方法将是显而易见的。贯穿本公开，相同/相似的附图标记表示相同/相似的组件。
在下文中，将参考附图详细描述根据本发明的优选实施例的用于使用可再生能量的发电系统的电池控制电路。
图1是示出了根据本发明的一个实施例的使用可再生能量的发电系统的电池控制电路的配置的框图。
参考图1，电池控制电路1可以包括控制电路部分100和控制器80。
控制电路部分100包括直流(dc)供电单元10、第一dc-dc转换器20、第二dc-dc转换器30、液流电池(在下文中被称为电池)40、第一电容器50、旁路开关60和放电开关70。
控制器80可以控制控制电路部分100的整体操作，并且可以配置有可以根据预先存储的处理程序进行操作的诸如微处理器或微计算机的计算机装置。
具体地，控制器80可以控制第一dc-dc转换器20的切换操作、第二dc-dc转换器30的切换操作、旁路开关60的切换操作以及放电开关70的切换操作。
此外，控制器80可以感测被包括在控制电路部分100中的组件的操作状态，并且反映相关控制操作中的操作状态。
dc供电单元10可以向控制电路部分100供应dc电力。
第一dc-dc转换器20包括开关元件，并且通过开关元件的切换操作来转换从dc供电单元10输入的dc电能。优选地，第一dc-dc转换器20可以从dc供电单元10接收dc电能，相对于接收到的dc电能执行dc-dc转换，并将转换的dc电能供应给电池40。
此外，根据优选实施例，第一dc-dc转换器20可以配置有升降压(buck-boost)转换器，并且升降压转换器可以提升或降低从dc供电单元10输入的dc电能的电压。
升降压转换器可以是双向转换器。也就是说，第一dc-dc转换器20可以包括在两个方向上提供电流流动路径的开关元件，即将来自dc供电单元10的dc电能供应给电池40的第一方向以及将在电池40中充电的dc电能放电到地面的第二方向。
第一dc-dc转换器20可以通过开关元件的切换操作来提升或降低在第一dc-dc转换器20的输出端处从dc供电单元10供应的电压。
例如，在电池40的电压为50v、从dc供电单元10供应的电压为50v、并且电池40要被充电的情况下，当第一dc-dc转换器20的输出电压通过切换第一dc-dc转换器20被控制为52v时，可以在电池40中充电2v的电能。
相反，当电池40要放电时，控制器80可以切换第一dc-dc转换器20，使得第一dc-dc转换器20的输出电压变为47v。因此，可以从电池40放电3v的电能。
电池40被包括在使用可再生能量的发电系统中，并用作能量存储系统(ess)以用于发电机的输出补偿。
电池40在控制器80的控制下对从dc供电单元10输入的电压进行充电或放电。
根据优选实施例，电池40可以配置有锌溴液流电池。
第二dc-dc转换器30可以包括开关元件，并且通过开关元件的切换操作来转换从dc供电单元10输入的dc电能。优选地，第二dc-dc转换器30可以接收来自dc供电单元10的dc电能，相对于接收到的dc电能执行dc-dc转换，并将转换的dc电能供应给第一电容器50。
因此，可以通过第二dc-dc转换器30的开关元件的切换控制来控制第一电容器50的充电电压(在其中充电的电压)。
此外，第二dc-dc转换器30可以提升或降低从输入dc供电单元10输入的dc电能的电压。
根据一个优选实施例，第二dc-dc转换器30可以配置有在第一电容器50的充电方向上供应dc电能的单向转换器。
第二dc-dc转换器30可以通过开关元件的切换操作来提升或降低在第二dc-dc转换器30的输出端处从dc供电单元10供应的电压。
被包括在第一dc-dc转换器20和第二dc-dc转换器30中的开关元件可以是可以由来自控制器80的控制信号接通或关断的半导体开关和电源装置。例如，那些开关元件可以是晶体管、晶闸管或绝缘栅双极晶体管(igbt)。
第一电容器50被串联连接到电池40，并且用于以跨电池40两端的电压与跨第一电容器50两端的电压之和变得高于dc-dc转换器20的输出电压的方式对电池40完全放电。
在现有技术中，已经使用了电阻器来进行电池40的清除操作，但是在本发明中，第一电容器50被用于电池40的清除操作。
在不使用电阻器以进行电池40的清除操作的情况下，可以获得没有发热问题的操作效果。
控制器80还可以通过第一dc-dc转换器20来控制电池40的充电和放电，并且通过第二dc-dc转换器30来控制第一电容器50的充电电压。因此，控制器80可以控制电池40中充电的电压以及在第一电容器50中充电的电压的总电压，从而促进电池40的清除操作。
旁路开关60可以根据控制器80的控制而被接通或关断。
旁路开关60可以被配置为用于对第一电容器50充电的开关。
此外，可以根据旁路开关60的切换来确定电池40的清除操作时间点。
放电开关70可以根据控制器80的控制而接通或关断。
放电开关70可以配置为用于对第一电容器50进行放电的开关。
图2是示出了根据本发明的一个优选实施例的不包括控制器的电池控制电路的详细电路结构的电路图。
在下文中，将参考图2描述根据本发明的优选实施例的不包括控制器的电池控制电路的详细电路结构。
如图2中示出的，控制电路部分100(其是根据本发明的不包括控制器的电池控制电路)具有dc供电单元10、第一dc-dc转换器20、第二dc-dc转换器30、电池40、第一电容器50、旁路开关60和放电开关70。
如示出的，dc供电单元10包括dc电压源12和第二电容器14。
dc电压源12可以配置有从再生能量发生器(未示出)供应的dc电源。
第二电容器14可以通过充电和放电将从dc电压源12供应的dc电压作为恒定dc电压供应给第一dc-dc转换器20和第二dc-dc转换器30。
第一dc-dc转换器20可以接收来自dc供电单元10的dc电能，相对于接收到的dc电能执行dc-dc转换，并将转换的dc电能供应给电池40以对电池40充电。
此外，第一dc-dc转换器20可以将在电池40中充电的dc能量放电到地面。
如上面描述的，第二dc-dc转换器30可以从dc供电单元10接收dc电能，相对于接收到的dc电能执行dc-dc转换，并将转换的dc电能供应给第一电容器50。
如图2中示出的，第二dc-dc转换器30可以被配置为包括开关元件31、二极管32和电感器34。
开关元件31可以配置有单向半导体开关，诸如具有被连接到dc供电单元10的阳极侧的发射极的晶体管、被连接到控制器80的基极以及与二极管32反向连接并连接到电感器34的集电极、或具有被连接到dc供电单元10的阳极侧的阳极的晶闸管、被连接到控制器80的栅极以及与二极管32反向连接并连接到电感器34的阴极。
开关元件31可以配置有并联连接的续流二极管(所谓的回扫二极管)，以在电感器34对充电的能量进行放电时消耗充电的能量。
二极管32是当开关元件31处于on状态时用于允许来自dc供电单元10的dc电流流向电感器34并阻止dc电流流向地面的阻塞二极管。
电感器34允许dc分量的流动并阻止交流(ac)分量的流动，并且当开关元件31处于on状态时，将dc能量从dc供电单元10供应给第一电容器50。
如上描述的，在控制器80的控制下，电池40可以对来自dc供电单元10的dc电能进行充电，或者对充电的电能进行放电。
如上描述的，根据优选实施例，电池40可以被配置作为锌溴液流电池。
在图2中，附图标记42表示限流电阻器。
第一电容器50被串联连接到电池40，并且用于以跨电池40两端的电压与跨第一电容器50两端的电压之和高于第一dc-dc转换器20的输出电压的方式对电池40完全放电。
旁路开关60被并联连接到第一电容器50。更具体地，旁路开关60的一端被连接到第一电容器50的阳极侧，并且另一端被连接到地面。
在除了第一电容器50的充电时段之外的时段期间，旁路开关60可以由控制器80控制到闭合位置，以将通过电感器34供应的dc电流旁路到地面。
放电开关70被并联连接到旁路开关60。当在第一电容器50中充电的电能被放电时，由控制器80将放电开关70控制到闭合位置，以将在第一电容器50中充电的电能放电到地面。此时，旁路开关60由控制器80控制以被切换到断开位置。
在图2中，在靠近旁路开关60的位置处被串联连接到放电开关70的电阻器72是限流电阻器，用于限制从第一电容器50放电的电流。
在下文中，将参考图2描述根据本发明的优选实施例的使用可再生能量的发电系统的电池控制电路的操作。
控制器80控制第一dc-dc转换器20，使得当对电池40充电和放电的次数达到预设次数时，电池40执行清除操作。
当电池40的充电和放电被重复执行时，预设次数可以是根据用户设置开始电池40的清除操作的次数。
根据优选实施例，电池40的一次充电和一次放电可以被设置为一个周期，并且预设次数可以优选被设置为6到10个周期之一。也就是说，根据优选实施例，当电池40的充电/放电达到6个周期时，控制器80可以控制第一dc-dc转换器20执行放电操作。
当对电池40充电时，被包括在第一dc-dc转换器20中的开关元件在控制器80的控制下操作以在第一方向上提供电流流动路径，使得dc能量从dc供电单元10被供应以在电池40中充电。
当对电池40放电时，被包括在第一dc-dc转换器20中的开关元件在控制器80的控制下操作以在第二方向上提供电流流动路径，使得dc能量从电池40被放电到地面。
根据本发明的一个优选方面，由于第一电容器50被串联连接到电池40，当电池40被完全放电时(即当电池40被清除时)，在跨电池40两端的电压(充电电压)与跨第一电容器50两端的电压(充电电压)之和高于第一dc-dc转换器20的输出电压的时候电池40继续对能量放电。
此外，为了对电池40完全放电，控制器80可以控制第一dc-dc转换器20的开关元件，以在第二方向上形成电流流动路径，并且控制第二dc-dc转换器30的开关元件被接通，使得跨电池40两端的电压与跨第一电容器50两端的电压之和高于第一dc-dc转换器20的输出电压。
由于跨电池40两端的电压(充电电压)与跨第一电容器50两端的电压(充电电压)之和应保持高于第一dc-dc转换器20的输出电压以便对电池40完全放电，需要将跨第一电容器50两端的电压(充电电压)保持为超过预定电压。因此，控制器80控制旁路开关60被关断，并且第二dc-dc转换器30的开关元件31被接通，以便对第一电容器50充电。
因此，当电池40继续执行放电操作时，可以通过第二dc-dc转换器30的开关元件31和电感器34将来自dc供电单元10的dc电流供应给第一电容器50，并且电能可以在第一电容器50中被充电。
由于一般电池的特性，当电池的电能下降至在电池的完全充电状态下的电能的20％时，跨电池两端的电压(充电电压)变低，并且这使得难以对电池完全放电。
然而，在根据本发明的电池控制电路中，可以控制第一电容器50的电压(充电电压)，使得跨电池40两端的电压(充电电压)与跨第一电容器50两端的电压(充电电压)之和高于第一电容器50的输出电压。因此，根据本发明的电池控制电路可以甚至对电池40中剩余的电能的20％(％)进行完全放电。
在电池40被完全放电时，当旁路开关60被切换到on位置时，大电流可能损坏旁路开关60。因此，控制器80对第一电容器50进行放电。此时，当控制器80将旁路开关60控制到关断位置并且将放电开关70控制到接通位置时，在第一电容器50中充电的电能被放电，并且由限流电阻器72来限制放电电流，从而防止对放电开关70的损坏。
为了再次对电池40进行充电和放电，控制器80将旁路开关60控制到接通位置(所谓的闭合位置)，并且将放电开关70控制到关断位置(所谓的断开位置)并且将第二dc-dc转换器30的开关元件31控制到关断位置。
在下文中，参考图3给出描述，其示出了根据本发明的一个优选实施例的第一转换器的详细配置。
图3中示出的根据本发明的电池控制电路不同于图2中示出的根据本发明的电池控制电路，仅在于根据一个实施例的第一dc-dc转换器的详细结构被示出。
因此，为了避免冗余描述，将仅给出第一dc-dc转换器的详细配置和操作的描述，并且将省略对其他组件和操作的描述。
在图3中，第一dc-dc转换器20包括第一开关元件22、第二开关元件24和电感器26。
第一开关元件22被连接到dc供电单元10，特别地被连接到电压源12的阳极侧。
第二开关元件24被串联连接到第一开关元件22。
电感器26的一端被连接到第一开关元件22和第二开关元件24彼此连接所处的连接点，并且另一端被连接到电池40。电感器26可以允许dc分量的流动，并且阻止ac分量的流动。因此，可以通过电感器26将dc电流从dc供电单元10供应给电池40。
在下文中，将描述第一dc-dc转换器20的操作。
当对电池40充电时，被包括在第一dc-dc转换器20中的第一开关元件22在控制器80的控制下操作以提供第一方向上的电流流动路径，使得dc能量从dc供电单元10被供应至电池40中。
当对电池40放电包括对电池40完全放电的情况时，在被包括在第一dc-dc转换器20中的控制器80的控制下，第一开关元件22被切换到断开位置(或关断位置)，并且第二开关元件24被控制到闭合位置(或接通位置)。因此，提供第二方向上的电流流动路径，并且从而将dc能量从电池40放电到地面。
同时，图4是示出了根据本发明的优选实施例的由电池控制电路执行的控制电池的清除操作的操作的流程图。在下文中，将参考图4以及图1至图3给出描述。
当电池的充电和放电次数达到预设次数时，控制器80控制第一dc-dc转换器20的开关元件在第二方向上形成电流流动路径，使得电池40的清除操作(完全放电)开始(s1)。
当在电池40的放电操作期间跨电池40两端的电压等于预设电压(例如，完全充电电压的20％)时，控制器80控制旁路开关60被关断并且第二dc-dc转换器30的开关元件31被接通，以便对第一电容器50充电(s2)。
因此，跨被串联连接到第一电容器50的电池40两端的电压与跨第一电容器50两端的电压之和保持高于第一dc-dc转换器20的输出电压，在电池40中充电的电能可以通过第一dc-dc转换器20的第二开关元件24被完全放电到地面。
控制器80可以确定电池40是否完全放电。这可以在控制器80接收由被连接到电池40两端的电压检测传感器(分流电阻器、电位变压器等)(未示出)检测到的电压的情况下被执行。
当电池40完全放电时，控制器80控制旁路开关60被关断，并且放电开关70被接通，以便对第一电容器50放电(s3)。
当放电开关70被接通时，在来自第一电容器50的放电电流被限流电阻72限制的同时充电的电能可以被放电到地面。
当第一电容器50被放电时，控制器80可以控制第二dc-dc转换器30的开关元件31被关断、旁路开关60被接通、并且放电开关70被关断，以便重启对电池40的充电和放电(s4)。
可以由被预先存储在存储器中的处理程序来执行上面描述的控制器的控制操作。
如上面描述的，根据本发明的用于使用可再生能量的发电系统的电池控制电路可以将第一电容器50串联连接到电池40，并且保持跨电池40两端的电压与跨第一电容器50两端的电压之和高于第一dc-dc转换器20的输出电压，这可以导致促进电池40的完全放电、即清除操作。
在根据本发明的用于使用可再生能量的发电系统的电池控制电路中，当电池完全放电时，可以将第一电容器的充电电压控制为保持高于第一dc-dc转换器的输出电压，从而促进电池的完全放电。
根据本发明的用于使用可再生能量的发电系统的电池控制电路还可以包括旁路开关，其被并联连接到第一电容器，并且在当对电池充电或放电时由控制器控制到闭合位置。因此，可以快速执行电池的充电或放电操作。
根据本发明的用于使用可再生能量的发电系统的电池控制电路还可以包括放电开关。因此，控制器可以将放电开关控制到闭合位置，以对在第一电容器中充电的电能进行放电。
在根据本发明的用于使用可再生能量的发电系统的电池控制电路中，当跨电池两端的电压达到预定值时，控制器可以将旁路开关控制到断开位置。因此，可以在没有旁路开关侧的损失的情况下获得dc电流可以从dc供电单元供应给第一电容器的效果。
在根据本发明的用于使用可再生能量的发电系统的电池控制电路中，在电池放电期间，控制器可以以控制第一dc-dc转换器的开关元件在第二方向(放电方向)上形成电流流动路径并且控制第二dc-dc转换器的开关元件被接通的方式来控制要被充电的第一电容器。因此，可以将跨电池两端的电压与跨第一电容器两端的电压之和保持高于第一dc-dc转换器的输出电压，这可以导致对在电池中充电的电能完全放电。
在根据本发明的用于使用可再生能量的发电系统的电池控制电路中，当电池完全放电时，控制器可以控制旁路开关被关断并且放电开关被接通。因此，可以防止旁路开关由于在电容器放电时流向旁路开关的大电流而引起损坏。
在根据本发明的用于使用可再生能量的发电系统的电池控制电路中，当第一电容器被放电时，控制器可以控制旁路开关被接通、放电开关被关断、并且第二dc-dc转换器的开关元件被关断。这可以提供再次准备对电池的充电和放电的效果。
在根据本发明的用于使用可再生能量的发电系统的电池控制电路中，第一dc-dc转换器包括：第一开关元件，其被连接到dc供电单元的阳极侧，并且提供电池的充电路径；第二开关元件，其被串联连接第一开关元件并提供电池的放电路径；以及电感器，其一端被连接到第一开关元件和第二开关元件彼此连接所在的连接点，并且另一端被连接到电池，以便允许dc分量的流动并阻止ac分量的流动。因此，电池可以通过第一开关元件被充电并通过第二开关元件被放电，并且还可以向电池提供通过电感器从其中去除了ac分量的纯dc分量。
在根据本发明的用于使用可再生能量的发电系统的电池控制电路中，dc供电单元可以包括用于供应dc电压的电压源和第二电容器，使得来自电压源的dc电压可以被平滑化并作为恒定电压被供应。