CN109167111A - 抑制环流产生的磷酸铁锂备用蓄电池组充电方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种抑制环流产生的磷酸铁锂备用蓄电池组充电方法，解决了若干个单体电池电芯串联单元并联后接在直流母线上间歇式充电时容易产生环流的问题。本发明采用间歇式充电方式，避免长期浮充电对蓄电池意外损坏，电池使用寿命长，在间歇充电时采用轮充的方法，避免了两并联支路之间出现环流；多组电池并联冗余，互为备用，可靠性高；整组电池由单电芯结构的电池单体串联构成，消除单体电池电芯间不均衡导致的过流问题；多组电池并联扩容方便，改造工作量小。本发明多组并联的磷酸铁锂蓄电池大组，是采用单组轮流充电、多组同时放电的运行方式，避免了两组或多组蓄电池同时充电而出现环流的现象。
Description
技术领域
本发明涉及一种变电站（发电厂）的直流电源***的备用蓄电池组的充电方法，特别涉及一种变电站（发电厂）的直流电源***的磷酸铁锂蓄电池组备用电源的充电方法。
背景技术
变电站（发电厂）的保护设备、通信设备、断路器分合闸操作及事故照明等设备，均是由直流电源***提供不间断电源的，不间断直流电源是保证变电站（发电厂)各类设备安全、稳定运行的重要设施；电力***运行的稳定性和继电保护的可靠性，在很大程度上，取决于直流电源***的稳定与可靠。现有的变电站的直流电源***大多是采用铅酸蓄电池组，但铅酸蓄电池对运行环境的要求较高、安全性能较差、使用寿命较短、运维工作量大、状态监测困难，不利于电力***的稳定运行和精益化控制管理。磷酸铁锂蓄电池的安全性能较高、高温性能好、能量密度高、循环寿命长、无毒、无污染、价格便宜、易于维护，是替代铅酸蓄电池的较佳选择。目前，在变电站(发电厂)中，直流电源***少有采用磷酸铁锂蓄电池组的，少数采用的具体技术方案为：将若干个磷酸铁锂单体电池电芯串联组成单体电池电芯串联单元，然后，再将若干个单体电池电芯串联单元并联后，组成单元电池小组，最后，再将若干个单元电池小组串联，构成整个蓄电池大组，将该蓄电池大组直接挂接于直流母线上，该蓄电池大组的运行方式为连续在线浮充方式，即，蓄电池大组中的每个磷酸铁锂单体电池是一直处于补充充电状态的，这种连接结构和运行方式存在以下缺点：1、连续在线的浮充方式，会造成单体电池正极中的锂离子沉积在负极表面上，使其失去活性，锂离子持续沉积会导致电池容量的下降，从而缩短磷酸铁锂电池的使用寿命；2、若蓄电池大组中的某一个单元电池小组发生故障，则蓄电池大组与直流母线的电连接就会被断开，使直流母线丢失备用电源；3、当变电站(发电厂)扩建改造，现有蓄电池大组不能满足容量时，只能采用并联另一蓄电池大组的方式进行扩容，而这种并联方式，会导致两蓄电池大组之间产生环流，这是不允许的，按照现有规程要求，只能将现有蓄电池大组整体更换成容量更大的蓄电池大组，造成投资增大和资源浪费。
在现有通讯技术领域，有采用以下技术方案的：将若干个磷酸铁锂单体电池电芯串联，组成单体电池电芯串联单元，再将若干个单体电池电芯串联单元并联后接在直流母线上，并联的若干个单体电池电芯串联单元组成了整个蓄电池大组；在每一个单体电池电芯串联单元上，均串联接入有一个间歇控制的充电装置，该充电装置是由逆止二极管与一个充电开关并联后构成的。当直流母线处于正常工作状态时，整个蓄电池大组是处于备用状态，此时，逆止二极管和开路的充电开关，将单体电池电芯串联单元与直流母线阻断，整个蓄电池大组是处于静置状态的；由于蓄电池具有自放电效果，在静置状态下，整个蓄电池大组的电压会不断地下降，当电压降低一定幅度后，控制***会控制充电机进入到为备用电源充电的模式；现有技术是通过同时闭合每个单体电池电芯串联单元上所串联接入的间歇控制充电装置中的充电开关，来实现对整个蓄电池大组充电的；以上这种充电方式一般被称为间歇式充电方式；但这种间歇式充电方式有以下弊端：在充电模式下，整个蓄电池大组与直流母线之间的阻断被解除了，各单体电池电芯串联单元同时被接入到直流母线上，当各单体电池容量不同或一致性较差时，在充电过程中容易产生蓄电池过充或欠充的情况，长期使用将导致蓄电池加速老化，寿命大大降低。因此，这种方式对单体电池电芯串联单元的一致性要求较高，不适用于容量不同、投运年限不同、蓄电池状态不同的串联单元同时并联使用，当需要更换老旧电池或扩建时，往往需要将整个蓄电池大组进行整体更换，经济性不佳，易造成资源浪费。
发明内容
本发明提供了一种抑制环流产生的磷酸铁锂备用蓄电池组充电方法，解决了若干个单体电池电芯串联单元并联后接在直流母线上间歇式充电时容易产生环流的技术问题。
本发明是通过以下技术方案解决以上技术问题的：
一种抑制环流产生的磷酸铁锂备用蓄电池组充电方法，包括直流母线、交流母线和直流电源集中管理***，交流母线通过整流及充电装置与直流母线连接在一起，在直流母线上连接有直流母线电压表，直流电源集中管理***分别与整流及充电装置和直流母线电压表电连接在一起；其特征在于以下步骤：
第一步、将若干个磷酸铁锂单体电池电芯串联，组成第一单体电池电芯串联单元，将逆止二极管与一个充电开关并联后构成第一间歇控制充电装置，配备第一单体电池电芯串联单元管理***；第一单体电池电芯串联单元通过第一间歇控制充电装置与直流母线连接在一起，在第一单体电池电芯串联单元的两端连接第一蓄电池串联单元电压表，在直流母线与第一间歇控制充电装置的连接线上串联第一蓄电池串联单元电流表，将第一单体电池电芯串联单元管理***分别与第一单体电池电芯串联单元、第一蓄电池串联单元电压表、第一间歇控制充电装置和第一蓄电池串联单元电流表电连接在一起，将第一单体电池电芯串联单元管理***与直流电源集中管理***电连接在一起；
第二步、将若干个磷酸铁锂单体电池电芯串联，组成第二单体电池电芯串联单元，将另外一个逆止二极管与另外一个充电开关并联后构成第二间歇控制充电装置，配备第二单体电池电芯串联单元管理***；第二单体电池电芯串联单元通过第二间歇控制充电装置与直流母线连接在一起，在第二单体电池电芯串联单元的两端连接第二蓄电池串联单元电压表，在直流母线与第二间歇控制充电装置的连接线上串联第二蓄电池串联单元电流表，将第二单体电池电芯串联单元管理***分别与第二单体电池电芯串联单元、第二蓄电池串联单元电压表、第二间歇控制充电装置和第二蓄电池串联单元电流表电连接在一起，将第二单体电池电芯串联单元管理***与直流电源集中管理***电连接在一起；重复以上步骤，构筑并连接其他单体电池电芯串联单元；
第三步、当蓄电池大组的电压降低一定幅度后，直流电源集中管理***控制整流及充电装置进入到为备用电源充电的间歇式充电模式；
第四步、直流电源集中管理***首先控制第一间歇控制充电装置中的开路的充电开关闭合，同时控制其他间歇控制充电装置中的开路的充电开关仍处于开路状态，这时，直流电源集中管理***控制整流及充电装置通过直流母线对第一单体电池电芯串联单元进行充电；
第五步、当第一单体电池电芯串联单元充电完成后，直流电源集中管理***控制第一间歇控制充电装置中的开路的充电开关打开，同时，直流电源集中管理***控制第二间歇控制充电装置中的开路的充电开关闭合，直流电源集中管理***控制整流及充电装置通过直流母线对第二单体电池电芯串联单元进行充电；
第六步、当第二单体电池电芯串联单元充电完成后，直流电源集中管理***控制第二间歇控制充电装置中的开路的充电开关打开，同时，控制下一个间歇控制充电装置中的开路的充电开关闭合；如此依次完成在直流母线上并联的其他单体电池电芯串联单元的轮流充电。
本发明采用间歇式充电方式，避免长期浮充电对蓄电池意外损坏，电池使用寿命长，在间歇充电时采用轮充的方法，避免了多组不同容量、不同投运年限、不同蓄电池状态的并联支路同时充电产生的蓄电池过充或欠充问题，便于单个并联支路电池更换或扩容；多组电池并联冗余，互为备用，可靠性高；整组电池由单电芯结构的电池单体串联构成，消除单体电池电芯间不均衡导致的过流问题；多组电池并联扩容方便，改造工作量小。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明的单体电池电芯串联单元的充放电曲线。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行详细说明：
一种抑制环流产生的磷酸铁锂备用蓄电池组充电方法，包括直流母线1、交流母线2和直流电源集中管理***5，交流母线2通过整流及充电装置6与直流母线1连接在一起，在直流母线1上连接有直流母线电压表8，直流电源集中管理***5分别与整流及充电装置6和直流母线电压表8电连接在一起；其特征在于以下步骤：
第一步、将若干个磷酸铁锂单体电池电芯串联，组成第一单体电池电芯串联单元3，将逆止二极管与一个充电开关并联后构成第一间歇控制充电装置7，配备第一单体电池电芯串联单元管理***4；第一单体电池电芯串联单元3通过第一间歇控制充电装置7与直流母线1连接在一起，在第一单体电池电芯串联单元3的两端连接第一蓄电池串联单元电压表9，在直流母线1与第一间歇控制充电装置7的连接线上串联第一蓄电池串联单元电流表10，将第一单体电池电芯串联单元管理***4分别与第一单体电池电芯串联单元3、第一蓄电池串联单元电压表9、第一间歇控制充电装置7和第一蓄电池串联单元电流表10电连接在一起，将第一单体电池电芯串联单元管理***4与直流电源集中管理***5电连接在一起；
第二步、将若干个磷酸铁锂单体电池电芯串联，组成第二单体电池电芯串联单元，将另外一个逆止二极管与另外一个充电开关并联后构成第二间歇控制充电装置，配备第二单体电池电芯串联单元管理***；第二单体电池电芯串联单元通过第二间歇控制充电装置与直流母线1连接在一起，在第二单体电池电芯串联单元的两端连接第二蓄电池串联单元电压表，在直流母线1与第二间歇控制充电装置的连接线上串联第二蓄电池串联单元电流表，将第二单体电池电芯串联单元管理***分别与第二单体电池电芯串联单元、第二蓄电池串联单元电压表、第二间歇控制充电装置和第二蓄电池串联单元电流表电连接在一起，将第二单体电池电芯串联单元管理***与直流电源集中管理***5电连接在一起；重复以上步骤，构筑并连接其他单体电池电芯串联单元；
第三步、当蓄电池大组的电压降低一定幅度后，直流电源集中管理***5控制整流及充电装置6进入到为备用电源充电的间歇式充电模式；
第四步、直流电源集中管理***5首先控制第一间歇控制充电装置7中的开路的充电开关闭合，同时控制其他间歇控制充电装置中的开路的充电开关仍处于开路状态，这时，直流电源集中管理***5控制整流及充电装置6通过直流母线1对第一单体电池电芯串联单元3进行充电；
第五步、当第一单体电池电芯串联单元3充电完成后，直流电源集中管理***5控制第一间歇控制充电装置7中的开路的充电开关打开，同时，直流电源集中管理***5控制第二间歇控制充电装置中的开路的充电开关闭合，直流电源集中管理***5控制整流及充电装置6通过直流母线1对第二单体电池电芯串联单元进行充电；
第六步、当第二单体电池电芯串联单元充电完成后，直流电源集中管理***5控制第二间歇控制充电装置7中的开路的充电开关打开，同时，控制下一个间歇控制充电装置中的开路的充电开关闭合；如此依次完成在直流母线1上并联的其他单体电池电芯串联单元的轮流充电。
本发明多组并联的磷酸铁锂蓄电池大组，是采用单组轮流充电、多组同时放电的运行方式，避免了多组不同容量、不同投运年限、不同蓄电池状态的并联支路同时充电产生的蓄电池过充或欠充问题。直流电源集中管理***5根据蓄电池端电压大小决定蓄电池是否需要充电，当一组蓄电池需要充电时，由该组的单体电池电芯串联单元管理***向直流电源集中管理***5发送请求充电信号，直流电源集中管理***5向相应的间歇控制充电装置下达充电通路打开信号，并向充电装置下达电压电流调节指令，间歇控制充电装置根据指令打开充电通路，充电装置根据电压指令改变输出电压和电流，实现对蓄电池充电。当多个单体电池电芯串联单元同时向直流电源集中管理***5发出请求充电信号时，直流电源集中管理***5根据请求信号先后顺序，决定单体电池电芯串联单元的充电顺序，后发信号的单体电池电芯串联单元应当排队等待充电。
蓄电池的充放电过程主要包括以下几个阶段：
a）恒流-限压充电阶段（T1）：此阶段中充电装置充电电流保持恒定，电压逐步升高，当直流电源集中管理***5检测到单体电池电芯串联单元最高电压或单体电池电芯串联单元的端电压大于或等于规定的电压值后，向直流电源集中管理***5发送进入下一充电阶段信号，此阶段充电结束；
b）恒压-限流充电阶段（T2）：此阶段中直流电源集中管理***5向充电装置下发电压电流调节信号，保持充电装置输出电压恒定，充电电流自动减小，最大充电电流限制在允许充电电流之内，当直流电源集中管理***5检测到电池最高电压大于设置值、充电电流下降到规定值后或恒压时间到规定值后，向直流电源集中管理***5发送进入下一阶段信号，此阶段充电结束；
c）单体电池电芯串联单元开路静置阶段（T3）：单体电池电芯串联单元完成整个T1和T2充电过程后，直流电源集中管理***5向间歇控制充电装置发送关闭充电通路信号，间歇控制充电装置根据指令关闭充电通路，单体电池电芯串联单元进入开路静置状态；
d）间歇式补充电阶段（T4）：单体电池电芯串联单元的充电回路处于开路静置状态，当直流电源集中管理***5检测到蓄电池容量减少到电池组充电限制电压阶段容量的95％SOC、单只电池开路电压低于设置值或静置时间达到设置天数时，由直流电源集中管理***5重新发起充电请求，单体电池电芯串联单元重新进入恒流-限压充电阶段；
e）电池组放电过程（T5）：直流电源集中管理***5可随时监测直流母线电压，若交流电停电，直流电源集中管理***5可根据负载情况提供能量通过直流电源集中管理***5控制蓄电池大组无延时进入放电状态。
Claims (1)
1.一种抑制环流产生的磷酸铁锂备用蓄电池组充电方法，包括直流母线（1）、交流母线（2）和直流电源集中管理***（5），交流母线（2）通过整流及充电装置（6）与直流母线（1）连接在一起，在直流母线（1）上连接有直流母线电压表（8），直流电源集中管理***（5）分别与整流及充电装置（6）和直流母线电压表（8）电连接在一起；其特征在于以下步骤：
第一步、将若干个磷酸铁锂单体电池电芯串联，组成第一单体电池电芯串联单元（3），将逆止二极管与一个充电开关并联后构成第一间歇控制充电装置（7），配备第一单体电池电芯串联单元管理***（4）；第一单体电池电芯串联单元（3）通过第一间歇控制充电装置（7）与直流母线（1）连接在一起，在第一单体电池电芯串联单元（3）的两端连接第一蓄电池串联单元电压表（9），在直流母线（1）与第一间歇控制充电装置（7）的连接线上串联第一蓄电池串联单元电流表（10），将第一单体电池电芯串联单元管理***（4）分别与第一单体电池电芯串联单元（3）、第一蓄电池串联单元电压表（9）、第一间歇控制充电装置（7）和第一蓄电池串联单元电流表（10）电连接在一起，将第一单体电池电芯串联单元管理***（4）与直流电源集中管理***（5）电连接在一起；
第二步、将若干个磷酸铁锂单体电池电芯串联，组成第二单体电池电芯串联单元，将另外一个逆止二极管与另外一个充电开关并联后构成第二间歇控制充电装置，配备第二单体电池电芯串联单元管理***；第二单体电池电芯串联单元通过第二间歇控制充电装置与直流母线（1）连接在一起，在第二单体电池电芯串联单元的两端连接第二蓄电池串联单元电压表，在直流母线（1）与第二间歇控制充电装置的连接线上串联第二蓄电池串联单元电流表，将第二单体电池电芯串联单元管理***分别与第二单体电池电芯串联单元、第二蓄电池串联单元电压表、第二间歇控制充电装置和第二蓄电池串联单元电流表电连接在一起，将第二单体电池电芯串联单元管理***与直流电源集中管理***（5）电连接在一起；重复以上步骤，构筑并连接其他单体电池电芯串联单元；
第三步、当蓄电池大组的电压降低一定幅度后，直流电源集中管理***（5）控制整流及充电装置（6）进入到为备用电源充电的间歇式充电模式；
第四步、直流电源集中管理***（5）首先控制第一间歇控制充电装置（7）中的开路的充电开关闭合，同时控制其他间歇控制充电装置中的开路的充电开关仍处于开路状态，这时，直流电源集中管理***（5）控制整流及充电装置（6）通过直流母线（1）对第一单体电池电芯串联单元（3）进行充电；
第五步、当第一单体电池电芯串联单元（3）充电完成后，直流电源集中管理***（5）控制第一间歇控制充电装置（7）中的开路的充电开关打开，同时，直流电源集中管理***（5）控制第二间歇控制充电装置中的开路的充电开关闭合，直流电源集中管理***（5）控制整流及充电装置（6）通过直流母线（1）对第二单体电池电芯串联单元进行充电；
第六步、当第二单体电池电芯串联单元充电完成后，直流电源集中管理***（5）控制第二间歇控制充电装置（7）中的开路的充电开关打开，同时，控制下一个间歇控制充电装置中的开路的充电开关闭合；如此依次完成在直流母线（1）上并联的其他单体电池电芯串联单元的轮流充电。
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