CN105790326A - 液流电池初始充电电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种液流电池初始充电电路，包括：电网单元、变压器单元、不控整流单元、开关切换单元、逆变器功率单元和液流电池。本发明提供的液流电池初始充电电路，通过不控整流单元将液流电池的电压调整至第一预设电压，进一步通过开关切换单元可以实现对配电站一侧的变压器单元输出的低压交流电进一步降压，开关切换单元体积小，成本低，性能稳定，与现有技术相比，无需在用户侧设置降压变压器即可实现降压。

Description

液流电池初始充电电路

技术领域

本发明涉及电子领域，特别是涉及液流电池初始充电电路。

背景技术

随着分布式电源的大面积使用，导致电网的不稳定因素越来越多。目前大规模储能***有助于电网的稳定，同时实现电网的削峰填谷作用。液流电池储能***由于具有规模大、寿命长、响应快、维护费用低等优点，广泛的被应用于大规模的电力储能。

与传统电池相比，液流电池的初始电压接近0伏，必须先进行初始充电，达到变流器的启机电压阀值，变流器才能正常工作。这一要求极大地增加了变流器设计得复杂度。目前市面上，针对液流电池的充电主要都变流器变压器降压充电和AC/DC，DC/DC两级电路初始充电。但是该方法结构复杂，所采用的装置体积庞大，成本也比较昂贵。

发明内容

本发明的目的是提供一种液流电池初始充电电路，用以解决现有技术的充电电路采用降压变压器或AC/DC，DC/DC两级电路而导致的成本增加，电路的体积增大的问题。

本发明提供一种液流电池初始充电电路，包括：供电单元、不控整流单元、开关切换单元、逆变器功率单元和液流电池；所述供电单元包括电网单元和变压器单元；所述电网单元用于向所述变压器单元输送高压交流电；所述变压器单元分别与所述电网单元和所述开关切换单元连接，所述变压器单元用于将所述高压交流电变换为低压交流电，并将所述低压交流电输送至所述逆变器功率单元；所述不控整流单元分别与所述液流电池和所述开关切换单元和所述逆变器功率单元连接，所述不控整流单元用于建立所述液流电池的浮压，使得所述浮压达到第一预设电压，所述第一预设电压为所述逆变器功率单元输出端能够为所述液流电池充电的电压；所述变压器单元包括第一输出端、第二输出端、第三输出端以及中相输出端，所述逆变器功率单元的输入端包括第一输入端、第二输入端、第三输入端；所述开关切换单元用于控制所述第一输出端与所述第一输入端之间的接通和断开、所述第二输出端与所述第二输入端之间的接通和断开、所述第三输出端与所述第三输入端之间的接通和断开以及所述中相输入端与所述第一输入端、所述第二输入端、所述第三输入端中的一个的接通或断开。

如上所述的液流电池初始充电电路，优选地，所述不控整流单元包括不控整流桥和初始充电电阻，所述不控整流桥分别与所述开关切换单元和所述初始充电电阻连接，所述初始充电电阻分别与所述液相电池和所述逆变器连接，所述不控整流桥用于将所述变压器单元输出的交流电变换为直流电，所述初始充电电阻用于防止所述不控整流单元的输出电流超过预设电流。

如上所述的液流电池初始充电电路，优选地，还包括：核心控制单元，所述核心控制单元与所述开关切换单元连接，用于控制所述开关切换单元中开关的切换。

如上所述的液流电池初始充电电路，优选地，所述核心控制单元还与所述逆变器功率单元连接，用于检测所述逆变器功率单元的输入端电压是否达到所述第二预设电压、所述逆变器功率单元的输出端电压是否达到所述第一预设电压或所述输入端电压与所述输出端电压的比值是否满足预设条件。

如上所述的液流电池初始充电电路，优选地，所述开关控制单元包括第一开关、第二开关和第三开关，所述第一开关连接于所述逆变器功率单元和所述变压器单元之间，用于控制所述第一输出端与所述第一输入端之间的接通和断开、所述第二输出端与所述第二输入端之间的接通和断开、所述第三输出端与所述第三输入端之间的接通和断开，所述第二开关连接于所述变压器单元和所述逆变器功率单元之间，用于控制所述中相输出端与所述第一输入端、所述第二输入端、所述第三输入端中的一个的接通或断开，所述第三开关连接于所述变压器单元和所述不控整流单元之间，用于控制所述变压器单元与所述不控整流单元之间的接通或断开。

如上所述的液流电池初始充电电路，优选地，还包括电容，所述电容分别与所述逆变器功率单元和所述液流电池连接，用于稳定所述液流电池的输入电流。

如上所述的液流电池初始充电电路，优选地，所述逆变器功率单元包括6个具有反并联二极管的全控主开关构成的三相桥臂。

如上所述的液流电池初始充电电路，优选地，还包括滤波器单元，所述滤波器单元分别与所述开关切换单元及所述逆变器功率单元连接。

如上所述的液流电池初始充电电路，优选地，所述滤波器单元包括三相滤波电抗器和三相滤波电容，其中所述三相滤波电抗器与所述逆变器功率单元连接，所述三相滤波电容与所述开关切换单元连接。

本发明提供的液流电池初始充电电路，无需在用户侧设置降压变压器实现降压，通过不控整流单元将液流电池的电压调整至第一预设电压，进一步通过开关切换单元可以实现对配电站一侧的变压器单元输出的低压交流电进一步降压，开关切换单元体积小，成本低，性能稳定。

附图说明

图1为本发明实施例的液流电池初始充电电路结构示意图；

图2为本发明实施例的液流电池初始充电电路中变压器单元输出端示意图；

图3为本发明另一实施例的液流电池初始充电电路结构示意图；

图4为本发明另一实施例的滤波器单元的结构示意图。

具体实施方式

图1为本发明实施例的液流电池初始充电电路结构示意图。如图1所示，本实施例提供的液流电池初始充电电路包括：供电单元11、不控整流单元3、开关切换单元4、逆变器功率单元5和液流电池6。

其中，液流电池6可以包括全钒液流电池、硫钠电池等，供电单元11包括电网单元1和变压器单元2，电网单元1和变压器单元2均位于配电站，电网单元1用于向变压器单元2输送高压交流电，变压器单元2分别与电网单元1和开关切换单元4连接，变压器单元2用于将高压交流电变换为低压交流电，并将该低压交流电输送至逆变器功率单元5。具体地，电网单元1将35kV高压交流电输入至变压器单元2，变压器单元2将35KV高压交流电变换为315V低压交流电后，由配电站输出，将该交流低压电输入至逆变器功率单元5。

不控整流单元3分别与液流电池6、开关切换单元4、逆变器功率单元5连接，不控整流单元3用于建立液流电池6的浮压，使得该浮压达到第一预设电压，该第一预设电压为满足逆变器功率单元5能正常工作的直流电压阀值，其中，该浮压为短时浮压，即一旦不控整流单元3与液流电池6断开连接，则该浮压无法持续保持。

对液流电池6进行充电分为初始充电模式和正常充电模式，其中，初始充电模式包括：不控整流阶段及功率转换阶段。

具体的，配电站在输出低压交流电为液流电池6进行初始充电时，为了使逆变器功率单元5正常工作，首先要利用不控整流单元3将液流电池6的电压调整至第一预设电压。具体地，开关切换单元4切换至不控整流单元3接通，逆变器功率单元5断开，当不控整流单元3将液流电池6的电压调整至第一预设电压后，不控整流阶段结束。

进一步的，由于不控整流单元3无法长时间为液流电池6充电，此时开关切换单元4进行切换，将逆变器功率单元5接通，功率转换阶段开始。再将不控整流单元3断开。

逆变器功率单元5与变压器单元2接通，变压器单元2包括第一输出端211、第二输出端212、第三输出端213以及中相输出端214。如图2所示，逆变器功率单元5的输入端包括第一输入端511、第二输入端512、第三输入端513，具体地，变压器单元2的第一输出端211、第二输出端212以及第三输出端213之间输出三个频率相同、振幅相等、相位依次互差120度的交流电压，其中，逆变器功率单元5包括6个具有反并联二极管的全控主开关构成的三相桥臂。

开关切换单元4用于控制第一输出端211与第一输入端511之间的接通和断开、第二输出端212与第二输入端512之间的接通和断开、第三输出端213与第三输入端513之间的接通和断开以及中相输出端214与第一输入端511、第二输入端512、第三输入端513中的一个的接通或断开。其中，开关切换单元4可以包括至少一个的隔离开关、断路器或接触器。

在液流电池初始充电过程的功率转换阶段，要进一步对变压器单元2输出的低压交流电进行降压，可以通过开关切换单元4进行切换，来降低变压器单元2输出的低压交流电，以符合逆变器功率单元5在初始充电阶段的输入端的电压要求。

具体地，开关切换单元4控制第三输出端213与第三输入端513之间的接通以及中相输入端214与第一输入端511、第二输入端512、第三输入端513中的一个的接通，本实施例中以第三输出端213与第三输入端513接通，中相输出端214与第二输入端512接通为例进行说明，当然，在实际应用时，只要变压器单元2的中相输出端214及变压器单元2的其他输入端中的任意一端分别与逆变器功率单元5的输入端中的任意两端进行接通即可，即可保证输入到逆变器功率单元5的电压得以降低，具体地，该降低后输入到逆变器功率单元5的电压为单相交流电。

在得到上述电压值降低的单相交流电后，逆变器功率单元5开始进行初始充电的功率转换，将该单相交流电变换为直流电，进行功率转换，为液流电池6进行初始充电，当液流电池6的电压达到某一阈值之后，初始充电阶段结束。在液流电池以后的使用过程中，由于液流电池6中的电压大于逆变器功率单元5可以正常工作的直流电压，因此无需对变压器单元2输出的低压交流电的电压进一步降压，此后，液流电池6的充电进入正常充电模式，即利用开关切换单元4进行切换，控制不控整流单元3断开，中相输入端214与第二输入端512断开，第一输出端211与第一输入端511、第二输出端212与第二输入端512、第三输出端213与第三输出端513接通，只要逆变器功率单元5的输入端电压与逆变器功率单元5的输出端电压的比值满足预设条件，即逆变器功率单元5的工作条件，进行正常充放电即可。需要说明的是，只要液流电池6在实际使用中，电池电压大于第一预设电压，均利用正常充电模式进行充电。

本发明提供的液流电池初始充电电路，与现有技术相比，无需在用户侧设置降压变压器实现降压，通过不控整流单元3将液流电池6的电压调整至第一预设电压，进一步通过开关切换单元4可以实现对配电站一侧的变压器单元2输出的低压交流电进一步降压，开关切换单元4体积小，成本低，性能稳定。

在上述实施例的基础上，为了防止大电流会损坏液流电池6，可以在不控整流单元3中设置电阻。

具体的，如图3所示，不控整流单元3包括不控整流桥31和初始充电电阻32，不控整流桥31分别与开关切换单元4和初始充电电阻32连接，初始充电电阻32分别与液流电池6和逆变器功率单元5连接，不控整流桥31用于将变压器单元2输出的交流电变换为直流电，初始充电电阻31用于防止不控整流单元3的输出电流超过预设电流，初始充电电阻31的阻值可以根据需求进行设置，只要保证电池电压达到第一预设电压，能起到限流作用即可，进一步的还可以设置熔断电阻(图中未示出)，当电路故障等原因，不控整流桥31输出的电流大于某一预设电流时，熔断电阻熔断，从而防止大电流对于液流电池的冲击，损坏液流电池。

优选地，液流电池初始充电电路还包括：核心控制单元7。该核心控制单元7与开关切换单元4连接，用于控制开关切换单元4中开关的切换。具体的，开关控制单元4包括第一开关41、第二开关42和第三开关43，第一开关41连接于逆变器功率单元5和变压器单元2之间，用于控制第一输出端211与第一输入端511之间的接通和断开、第二输出端212与第二输入端512之间的接通和断开、第三输出端213与第三输入端513之间的接通和断开，第二开关42连接于变压器单元2和逆变器功率单元5之间，用于控制中相输入端214与第一输入端211、第二输入端212、第三输入端213中的一个的接通或断开，第三开关41连接于变压器单元2和不控整流单元3之间，用于控制变压器单元2与不控整流单元3之间的接通或断开。

核心控制单元7还与逆变器功率单元5连接，用于检测逆变器功率单元5的输入端电压是否达到第二预设电压、逆变器功率单元5的输出端电压是否达到第一预设电压或输入端电压与输出端电压的比值是否满足预设条件。

具体的，在初始充电的不控整流阶段，核心控制单元7控制第三开关43接通，第一开关41和第二开关42均断开，不控整流单元3将交流电变换为直流电，核心控制单元7还与液流电池6连接，用于检测不控整流单元3在功率转换阶段是否将液流电池6的电压调整至第一预设电压，当液流电池6的电压调整至第一预设电压后，逆变器功率单元5的输入端需调整至第二预设电压，即对变压器单元2输出的电压进一步降压，则核心控制单元7控制第一开关41及第三开关43断开，第二开关42接通，此时功率转换阶段开始。当初始充电完成后，液流电池6进入正常充电模式，则核心控制单元7控制第二开关42、第三开关43断开，第一开关41接通，用于检测逆变器功率单元5的输入端电压与输出端电压的比值是否满足预设条件，即满足逆变器功率单元5的工作条件。

进一步的，液流电池初始充电电路还包括电容C1，电容C1分别与逆变器功率单元5和液流电池6连接，用于稳定所述液流电池的输入电流,滤除供电过程中的杂波分量。

液流电池初始充电电路还包括滤波器单元8，滤波器单元8分别与开关切换单元4及逆变器功率单元5连接。滤波器单元8用于对逆变器功率单元5的输出电流进行滤波处理。其中，滤波器单元8包括三相滤波电抗器和三相滤波电容，三相滤波电抗器连接三相滤波电容，其中三相滤波电抗器与逆变器功率单元5连接，三相滤波电容与开关切换单元4连接。具体的，图4为本发明另一实施例的滤波器单元的结构示意图，如图4所示，三相滤波电抗器包括第一滤波电抗器811、第二滤波电抗器812、第三滤波电抗器813，第一滤波电抗器811的一端与第一输入端511连接，第二滤波电抗器812的一端与第二输入端512连接，第三滤波电抗器813的一端与第三输入端513连接，第一滤波电抗器811、第二滤波电抗器812、第三滤波电抗器813的另外一端与开关切换单元4连接。三相滤波电容包括：第一滤波电容821、第二滤波电容822、第三滤波电容823，第一滤波电容821的一端连接在第一滤波电抗器811与开关切换单元4之间，第二滤波电容812的一端连接在第二滤波电抗器812与开关切换单元4之间，第三滤波电容813的一端连接在第三滤波电抗器813与开关切换单元4之间，第一滤波电容821、第二滤波电容822、第三滤波电容823的另一端通过导线相互连接。

本发明提供的液流电池初始充电电路，通过核心控制器7对开关切换单元4进行控制，通过第二开关42实现了对配电站一侧的变压器单元2输出的低压交流电的进一步降压，使逆变器功率单元5的输入端电压满足第二预设电压，无需设置体积及成本大的降压变压器，节约了成本，并且性能稳定，便于维护。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；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 (9)

1.一种液流电池初始充电电路，其特征在于，包括：供电单元、不控整流单元、开关切换单元、逆变器功率单元和液流电池；

所述供电单元包括电网单元和变压器单元；

所述电网单元用于向所述变压器单元输送高压交流电；

所述变压器单元分别与所述电网单元和所述开关切换单元连接，所述变压器单元用于将所述高压交流电变换为低压交流电，并将所述低压交流电输送至所述逆变器功率单元；

所述不控整流单元分别与所述液流电池和所述开关切换单元和所述逆变器功率单元连接，所述不控整流单元用于建立所述液流电池的浮压，使得所述浮压达到第一预设电压，所述第一预设电压为所述逆变器功率单元输出端能够为所述液流电池充电的电压；

所述变压器单元包括第一输出端、第二输出端、第三输出端以及中相输出端，所述逆变器功率单元的输入端包括第一输入端、第二输入端、第三输入端；

所述开关切换单元用于控制所述第一输出端与所述第一输入端之间的接通和断开、所述第二输出端与所述第二输入端之间的接通和断开、所述第三输出端与所述第三输入端之间的接通和断开以及所述中相输入端与所述第一输入端、所述第二输入端、所述第三输入端中的一个的接通或断开。

2.根据权利要求1所述液流电池初始充电电路，其特征在于，所述不控整流单元包括不控整流桥和初始充电电阻，所述不控整流桥分别与所述开关切换单元和所述初始充电电阻连接，所述初始充电电阻分别与所述液相电池和所述逆变器连接，所述不控整流桥用于将所述变压器单元输出的交流电变换为直流电，所述初始充电电阻用于防止所述不控整流单元的输出电流超过预设电流。

3.根据权利要求1所述液流电池初始充电电路，其特征在于，还包括：核心控制单元，所述核心控制单元与所述开关切换单元连接，用于控制所述开关切换单元中开关的切换。

4.根据权利要求1所述液流电池初始充电电路，其特征在于，所述核心控制单元还与所述逆变器功率单元连接，用于检测所述逆变器功率单元的输入端电压是否达到所述第二预设电压、所述逆变器功率单元的输出端电压是否达到所述第一预设电压或所述输入端电压与所述输出端电压的比值是否满足预设条件。

5.根据权利要求1所述液流电池初始充电电路，其特征在于，所述开关控制单元包括第一开关、第二开关和第三开关，所述第一开关连接于所述逆变器功率单元和所述变压器单元之间，用于控制所述第一输出端与所述第一输入端之间的接通和断开、所述第二输出端与所述第二输入端之间的接通和断开、所述第三输出端与所述第三输入端之间的接通和断开，所述第二开关连接于所述变压器单元和所述逆变器功率单元之间，用于控制所述中相输出端与所述第一输入端、所述第二输入端、所述第三输入端中的一个的接通或断开，所述第三开关连接于所述变压器单元和所述不控整流单元之间，用于控制所述变压器单元与所述不控整流单元之间的接通或断开。

6.根据权利要求1所述液流电池初始充电电路，其特征在于，还包括电容，所述电容分别与所述逆变器功率单元和所述液流电池连接，用于稳定所述液流电池的输入电流。

7.根据权利要求1所述液流电池初始充电电路，其特征在于，所述逆变器功率单元包括6个具有反并联二极管的全控主开关构成的三相桥臂。

8.根据权利要求1所述液流电池初始充电电路，其特征在于，还包括滤波器单元，所述滤波器单元分别与所述开关切换单元及所述逆变器功率单元连接。

9.根据权利要求8所述液流电池初始充电电路，其特征在于，所述滤波器单元包括三相滤波电抗器和三相滤波电容，所述三相滤波电抗器连接所述三相滤波电容，其中所述三相滤波电抗器与所述逆变器功率单元连接，所述三相滤波电容与所述开关切换单元连接。