集成電堆維護和直流緩沖保護功能的電堆變流器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種電堆電壓升壓降壓雙向直流變流器，具體地說是一種用于鋅溴液流電池模塊電堆端的電壓升降壓雙向直流變流器，主要用于儲能領(lǐng)域中鋅溴液流電池模塊上，是保障電池電堆可靠、穩(wěn)定充、放電的關(guān)鍵設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0002]電池儲能裝置是一種進行電能與化學(xué)能相互轉(zhuǎn)換的裝置系統(tǒng)，其能夠有效的緩沖區(qū)域能量分布，調(diào)節(jié)能源分配比率。在電池儲能裝置的輸出端，需要使用電力電子變流器對電池的能量等級及電壓等級進行調(diào)理，使電池儲能裝置能夠順利的接入電網(wǎng)系統(tǒng)。
[0003]傳統(tǒng)直流變流器使用Buck-Boost電路作為變流器的主電路，使用輔助直流緩沖電路解決直流端的接入問題，使用特殊的電堆脫鋅電路解決電堆本體的深度維護問題。該方案使得直流變流器電路復(fù)雜，器件較多，成本較高。
【實用新型內(nèi)容】
[0004]針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本實用新型提供一種集成電堆維護和直流緩沖保護功能的電堆變流器。
[0005]本實用新型為實現(xiàn)上述目的所采用的技術(shù)方案是:
[0006]集成電堆維護和直流緩沖保護功能的電堆變流器，包括依次連接的測量電路、隔離電路、微處理器、驅(qū)動電路、主電路，以及與微處理器連接的通信電路；所述主電路用于連接電源和電池組。
[0007]所述主電路包括順序連接的開關(guān)電路、電感和兩個M0S管；所述開關(guān)電路輸入端與電池組正極連接，輸出端經(jīng)電感與第一 M0S管的S極、第二 M0S管的D極連接，第一 M0S管的D極和第二 M0S管的S極分別與電源的正極、負極連接；兩個M0S管的G極均通過驅(qū)動電路與微處理器連接。
[0008]所述開關(guān)電路為兩個并聯(lián)的直流接觸器；其中一個直流接觸器串聯(lián)有電阻。
[0009]所述電阻上的電流通過第二 M0S管控制。
[0010]所述M0S管的D極和S極之間連有DS尖峰吸收電路。
[0011]所述DS尖峰吸收電路具體為二極管與電阻并聯(lián)后再串聯(lián)電容。
[0012]本實用新型具有以下有益效果及優(yōu)點:
[0013]1.本實用新型能夠?qū)崿F(xiàn)現(xiàn)有的電堆脫鋅維護電路和直流緩沖電路功能合二為一，減少了控制器件的數(shù)量，降低了變流器的硬件成本。
[0014]2.用可控器件對電堆維護過程進行電流控制，優(yōu)化了維護過程和維護時間。
[0015]3.使用可控器件對電堆維護過程進行電流控制，大大降低了維護功率電阻的功率要求，減低了改功率電阻的成本和體積。
[0016]4.該新型電堆變流器可能夠同時實現(xiàn)針對鋅溴電池電堆的直流緩沖、直流保護以及電堆本體的深度維護，不需要外加任何輔助電路。
【附圖說明】
[0017]圖1是本實用新型的電路框圖；
[0018]其中，1主電路，2測量電路，3隔離電路，4輔助電源，5通信電路，6微處理器，7驅(qū)動電路；
[0019]圖2是本實用新型的主電路的電路圖；
[0020]圖3是本實用新型的工作流程圖；
[0021]圖4是本實用新型的緩啟階段的流程圖；
[0022]圖5是本實用新型的維護階段的流程圖。
【具體實施方式】
[0023]下面結(jié)合附圖及實施例對本實用新型做進一步的詳細說明。
[0024]本實用新型是一種用于鋅溴電池電堆充、放電電流雙向控制的電力電子變換器。該裝置通過對電堆參數(shù)的采樣，采用主電路(buck/boost變換)電路，實現(xiàn)開關(guān)器件的軟開關(guān)，可實現(xiàn)對電池側(cè)充電電流、放電電流的控$1」。該裝置可同時實現(xiàn)針對鋅溴電池電堆的直流緩沖、直流保護以及電堆本體的深度維護。
[0025]如圖1所示，包括依次連接的測量電路2、隔離電路3、微處理器6、驅(qū)動電路7、主電路1，以及與微處理器6連接的通信電路5 ;所述主電路1與微處理器6連接，還用于連接電源和電池組。
[0026]如圖2所示，主電路的拓撲為Buck/Boost雙向變換器(縮寫為B/B)，進行非隔離的雙向升壓降壓。Vo+、Vo-側(cè)接直流電源，Bi+、B1-側(cè)接電池。
[0027]Q1、Q2是M0SFET、IGBT等可控器件，1端為G級、2端為D級、3端為S級；S1、S2是電氣控制的直流接觸器。Q1和Q2的1端，S1和S2的電氣控制端接受電氣控制信號，完成電氣動作，實現(xiàn)維護與啟動保護功能；
[0028]其中，微處理器采用單片機或者DSP，其接收測量信號，同時將控制信號傳輸給驅(qū)動電路，微處理器通過驅(qū)動電路控制主電路。
[0029]該主電路閉合S2、斷開S1，使電池電堆側(cè)與電感相連接，通過調(diào)節(jié)Ql、Q2上的開通占空比時間，實現(xiàn)電壓的雙向變換，同時根據(jù)測量電路對電池組電流的采集，使用電流閉環(huán)控制技術(shù)，可實現(xiàn)對電池側(cè)充電電流、放電電流的精確控制。同時，當(dāng)電堆需要維護時，閉合S1，斷開S1、Q1，使得電感與電阻相連接，通過調(diào)節(jié)Q2的開通占空比時間對電阻R上電流精確控制。該電路實現(xiàn)了電堆脫鋅維護電路和直流緩沖電路功能的合二為一，同時簡化了控制控制器件的數(shù)量，節(jié)約了電路的硬件成本和維護成本。
[0030]測量電路，采用電流變送器和電壓變送器，用于測量主電路電池側(cè)的電流和電壓。通過電流變送器與電池組正極的連接測量Bi端的電流信號，通過電壓變送器與電池組正負極的連接測量Bi端的電壓信號。
[0031]隔離電路，使用線性光耦隔離電路將電流變送器、電壓變送器測量的電信號轉(zhuǎn)換為單片機的輸入信號。
[0032]輔助電源電路，由多個DC-DC模塊電源組成，為裝置各模塊提供電源。
[0033]通信電路，使用通信芯片與外界設(shè)備進行通信。
[0034]驅(qū)動電路，將微處理器的控制信號轉(zhuǎn)化成主電路中Sl、S2、Ql、Q2的控制信號。
[0035]電堆變流器按照預(yù)先設(shè)定好的智能邏輯，根據(jù)電池電堆當(dāng)前的狀態(tài)信息以及外界給予的控制信息，按照圖3中的緩啟、待機、充電、放電、維護四個邏輯狀態(tài)自動運行。
[0036]當(dāng)程序啟動后，接受上位機指令，裝置進入緩啟狀態(tài)，按照圖4的邏輯進行直流緩啟操作；當(dāng)直流緩啟完成后，裝置自動進入待機狀態(tài)，當(dāng)接受到上位機的功率指令Pset后，根據(jù)功率指令Pset的值的情況，如果功率指令Pset>0裝置進入充電工作狀態(tài)，如果功率指令Pset〈0裝置進入放電工作狀態(tài)。當(dāng)電堆的荷電量S0C〈10 %或者電堆端電壓Vs〈10V時，裝置進入維護狀態(tài)，執(zhí)行如圖5所示的電堆維護流程。
[0037]緩啟階段的流程圖如圖4所示。
[0038]1)當(dāng)裝置的Vo側(cè)與直流電源連接，Bi側(cè)與鋅溴電堆或者蓄電池對接。裝置需要啟動時，使用單片機檢測Bi側(cè)的端電壓；
[0039]2)當(dāng)端電壓大于等于12V時，先閉合S1，斷開S2，進行電流緩沖，同時判斷電流，當(dāng)電流小于0.5A時，閉合S2，斷開S1，使鋅溴電堆與主電路相連接，裝置退出“緩啟階段”，進入“待機階段”。
[0040]3)當(dāng)端電壓小于12V時，同時閉合S1、S2，判斷電流，當(dāng)電流小于0.5A時，閉合S2，斷開S1，使鋅溴電堆與主電路相連接，裝置退出“緩啟階段”，進入“待機階段”。
[0041]按照圖3所示的裝置運行主要流程，其中維護階段的流程圖如圖5所示。
[0042]1)當(dāng)系統(tǒng)進行深度維護時，單片機檢測Bi側(cè)的電壓；
[0043]2)當(dāng)檢測電壓Vs數(shù)值小于10V時，分別閉合S1、斷開S2，Q1常閉、Q2常開；檢測Bi側(cè)的端電壓，當(dāng)端電壓小于等于0.5V時，斷開Q2，裝置退出“維護模式”；
[0044]當(dāng)檢測電壓數(shù)值大于等于10V時，分別閉合S1、斷開S2，Q1常閉，通過調(diào)整Q2的開關(guān)狀態(tài)調(diào)節(jié)電阻R上通過的電流Is，使得電阻R上的電流小于10A。檢測Bi側(cè)的端電壓，當(dāng)端電壓小于等于0.5V時，斷開Q2，裝置退出“維護模式”。
[0045]該裝置采用了 MODBUS RTU、M0DBUS TCP/IP等多種規(guī)約通訊規(guī)約，來進行數(shù)據(jù)的采集和數(shù)據(jù)的上送。采集到的數(shù)據(jù)提供給一些高級應(yīng)用，便于變流器在本地對鋅溴電堆的運行狀態(tài)進行分析，同時也可以轉(zhuǎn)發(fā)給監(jiān)控一體化平臺。
【主權(quán)項】
1.集成電堆維護和直流緩沖保護功能的電堆變流器，其特征在于:包括依次連接的測量電路(2)、隔離電路(3)、微處理器(6)、驅(qū)動電路(7)、主電路(1)，以及與微處理器(6)連接的通信電路(5);所述主電路⑴用于連接電源和電池組。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的集成電堆維護和直流緩沖保護功能的電堆變流器，其特征在于所述主電路(1)包括順序連接的開關(guān)電路、電感和兩個MOS管；所述開關(guān)電路輸入端與電池組正極連接，輸出端經(jīng)電感與第一 MOS管的S極、第二 MOS管的D極連接，第一 MOS管的D極和第二 MOS管的S極分別與電源的正極、負極連接；兩個MOS管的G極均通過驅(qū)動電路(7)與微處理器(6)連接。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的集成電堆維護和直流緩沖保護功能的電堆變流器，其特征在于所述開關(guān)電路為兩個并聯(lián)的直流接觸器；其中一個直流接觸器串聯(lián)有電阻。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的集成電堆維護和直流緩沖保護功能的電堆變流器，其特征在于所述電阻上的電流通過第二 MOS管控制。5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的集成電堆維護和直流緩沖保護功能的電堆變流器，其特征在于所述MOS管的D極和S極之間連有DS尖峰吸收電路。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的集成電堆維護和直流緩沖保護功能的電堆變流器，其特征在于所述DS尖峰吸收電路具體為二極管與電阻并聯(lián)后再串聯(lián)電容。
【專利摘要】本實用新型涉及集成電堆維護和直流緩沖保護功能的電堆變流器，包括依次連接的測量電路、隔離電路、微處理器、驅(qū)動電路、主電路，以及與微處理器連接的通信電路；所述主電路與用于連接電源和電池組。本實用新型使用可控器件對電堆維護過程進行電流控制，大大降低了維護功率電阻的功率要求，減低了改功率電阻的成本和體積。能夠同時實現(xiàn)針對鋅溴電池電堆的直流緩沖、直流保護以及電堆本體的深度維護，不需要外加任何輔助電路。
【IPC分類】H02M3/155, H02M1/34
【公開號】CN205039701
【申請?zhí)枴緾N201520771883
【發(fā)明人】洪杰, 陳旻, 譚星祥, 莫振敏
【申請人】特變電工沈陽變壓器集團有限公司
【公開日】2016年2月17日
【申請日】2015年9月30日