CN102055246A - 带缓冲装置的蓄电池组储能系统 - Google Patents
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Abstract
一种带缓冲装置的蓄电池组储能系统，包括电池组、电容器组和控制电路，电池组和电容器组一同极连接，电池组的另一极极通过控制电路连接电容器组另一极，电容器组一侧为输入输出端；控制电路包括充电控制元件、放电控制元件和各自的触发电路；触发电路包括晶体管和连接在其基极上的稳压二极管和电阻，触发电路跨接在电池组和电容器组之间；充电控制元件和放电控制元件均为单向导电元件，反向并联，分别控制电池组的充电和放电。本蓄电池组储能系统，利用电容器组的端电压不跳变和可以快速充放电的特性，保证蓄电池组储能系统在充放电过程中输入输出电压平稳、不跳变，电流连续不间断。同时避免蓄电池组承受大电流冲击，结构简单，寿命长、安全。
Description
技术领域
本发明涉及电动车、备用电源和UPS技术领域，特别涉及一种带缓冲装置的蓄电池组储能系统。
背景技术
近年来由于能源危机和环境污染问题使得电动车的研制和应用成为热点，而电动车用蓄电池组储能系统始终是电动车发展的瓶颈。由于汽车在运行过程中工况变化较大，如起步、加速、爬坡、刹车和下坡等情况经常出现，使得电动车电池组输入输出功率变化范围较大，对电池组寿命和安全性受到影响。另外，蓄电池组应用的另一大领域是备用电源和不间断电源(UPS)，在该系统中蓄电池组经常处于浮动充电状态，而需要其放电时要瞬间提供较大的功率，这都对蓄电池组的寿命和安全性产生影响。
蓄电池组是一种通过可逆的电化学反应实现能量贮存和转化的储能器。常用的蓄电池组包括锂离子电池组、镍氢电池组、镍镉电池组、铅酸电池组等。蓄电池组的充放电过程是一个可逆的电化学的反应过程。在这个过程中由于电极上的反应物粒子在电极双电层中扩散而形成浓差极化。电池组的浓差极化会在极短的时间内形成和消失，浓差极化使电池组内部产生能量消耗，表现为输出功率和能量降低，输入功率和能量增加，降低电池组使用性能。电池组的充放电过程采用脉冲方式进行，有利于降低蓄电池组浓差的影响，延长蓄电池组的使用寿命。
另外，用于UPS等蓄电池组储能系统在使用时，为了保障其随时处于满电状态以及输出电源不问断需要在蓄电池组正负极始终连接一个稳定电压的直流外电源，长期工作时会使蓄电池组正负极表面产生钝化现象，使蓄电池组的容量衰减加快，寿命降低，而且对于如锂离子电池组等易发生安全事故。而对于电容器组，由于其为物理储能元件，在其安全电压下其正负极两端长期加载一个恒定电压不会降低其性能，也不会发生安全事故。但由于电容器组的电容量有限，储存电量少，维持其功率特性的时间短，不适和单独用于UPS等系统储能应用。
因此，在电动车和UPS等领域单独使用蓄电池组工作时，常因连续大功率工作以及浮充电等运行模式使得蓄电池组的寿命和安全性降低，影响产业的发展。
发明内容
针对上述不足之处，本发明目提供一种带缓冲装置的蓄电池组储能系统。
本发明带缓冲装置的蓄电池组储能系统，包括电池组、电容器组和控制电路，其中所述电池组和电容器组一同极连接，电池组的另一极极通过控制电路连接电容器组另一极，电容器组一侧为输入输出端。
所述控制电路包括充电控制元件、放电控制元件和各自的触发电路。
所述触发电路包括晶体管和连接在其基极上的稳压二极管和电阻，触发电路跨接在电池组和电容器组之间。
所述充电控制元件和放电控制元件均为单向导电元件，反向并联，分别控制电池组的充电和放电。
所述蓄能系统，处于放电状态时，电容器组先开始放电，电容器组的电压开始下降，此时电池组处于隔离状态，当电容器组的电压下降到与蓄电池组电压差值达到一个设定的电压值时，放电控制元件的触发电路启动，放电控制元件导通，蓄电池组经由放电控制元件与负载连接，对负载放电的同时给电容器组充电，电容器组的电压升高；当蓄电池组电压与电容器组电压一致时，触发电路停止触发，放电控制元件自动关断，电池组重处于间歇隔离状态；当电容器组端电压再次下降并与电池组间的电压差值大于设定的限压值时，放电控制元件重新导通，蓄电池组进入下一个放电周期。
所述蓄能系统，处在充电状态时，电容器组先开始充电，电容器组的电压开始升高，此时电池组处于静止状态，当电容器组的电压升高到与蓄电池组电压差值达到一个设定的电压值时，充电控制元件的触发电路触发，充电控制元件导通，蓄电池组经由可控硅与充电电路连接，电容器组对蓄电池组充电的同时，外充电电路同时对电容器组充电，蓄电池组电压升高，电容器组的电压下降；当蓄电池组电压与电容器组电压一致时，充电控制元件关断，电池组处于间歇静止状态；当电容器组端电压再次升高并与电池组间的电压差值大于设定的阀值时，充电控制元件重新导通，蓄电池组进入下一个充电周期。
所述充电控制元件和放电控制元件都采用可控硅或IGBT大功率场效应管。
所述触发电路设定0-30秒的关断延迟时间。
所述电容器组和蓄电池组的电压差值的设定的电压值为蓄电池组总电压的0-15％。
所述电池组由至少一块电池组成。
所述电容器组由至少一个电容器和超级电容器组成。
本发明带缓冲装置的蓄电池组储能系统，实现电池组的的脉冲充电，可以避免电池组储能系统瞬间大功率充电时(如电动车刹车馈能和UPS浪泳脉冲)对电池组的冲击。利用电容器组的端电压不跳变和可以快速充放电的特性，保证蓄电池组储能系统在充放电过程中输入输出电压平稳、不跳变，电流连续不间断。同时避免了蓄电池组承受大电流的冲击，系统结构简单，使用寿命长、安全。
附图说明
图1是本发明带缓冲装置的蓄电池组储能系统的原理图；
图2是本发明带缓冲装置的蓄电池组储能系统可控硅直接耦和结构的电路图；
图3是本发明带缓冲装置的蓄电池组储能系统IGBT直接耦和结构的电路图。
具体实施方式
下面结和实施例对本发明带缓冲装置的蓄电池组储能系统作更详尽的说明。
图1是本发明带缓冲装置的蓄电池组储能系统可控硅直接耦和结构的电路图。
电容器组与蓄电池组的正极直连，通过控制负极的馈能回路来控制电池组与电容器组之间的能量流动，使充、放电回路都具有间歇、脉动性能。
电池组和电容器组之间采用可控硅耦和(见图2)，放电可控硅T1是放电回路的馈能回路，充电可控硅T2是充电回路的馈能回路。
1、放电回路：图2中放电可控硅T1为放电回路，其中限流电阻R11与继电器K2常闭触点并联后与放电可控硅T1串联构成放电电路的馈能主回路。A1是电流传感器，用于检测主回路电流。当A1电流大于最高限压时，K2断开，系统进入R11限流工作状态。Q1是驱动管，用于驱动放电可控硅T1；R2是限流电阻，用于保障放电可控硅的控制极不被击穿；W1是稳压管与限流电阻R1构成限压控制触发电路(阀值控制1)，当两端压差大于规定阀值时，驱动管Q1导通，同步驱动放电可控硅T1导通。在放电可控硅T1导通状态下，放电可控硅两端的电压下降接进零伏，通路电流维持放电可控硅保持导通状态；当电池组的端电压与电容器组的端电压一致时，放电可控硅T1自动断开；
当电容器组的电压再次下降、并超过限压值时，放电可控硅T1再次导通，系统进入下一个放电周期。
2、充电回路：图2中充电可控硅T2为充电田路，电阻R5、R6、R7、R8、R9和继电器K0的常闭触点并联后与充电可控硅T2串联构成充电主回路。A2是电流传感器，用于测量充电主回路电流。电阻R10与继电器K0辅助触点K0-1(常闭)关联与驱动管Q2串接在与电阻R3串接构成充电可控硅T2驱动回路；稳压管W2和限流电阻R4构成限压触发回路(阀值控制2)，当两端的电压差大于规定的限压值时驱动管Q2导通，同时驱动充电可控硅T2导通。在充电可控硅T2导通状态下，充电可控硅T2两端的电压下降接进零伏，通路电流维持充电可控硅保持导通状态；当电容器组的端电压与电池组的端电压一致时，充电可控硅T2自动断开；当电容器组的电压再次提升、并超过限压值时，充电可控硅T2再次导通，系统进入下一个充电周期。在电容器组的端电压与电池组的端电压相差过大时，系统首先断开K0和KO-1的触点后闭和K1触点，系统进入限流充电模式。
电池组和电容器组之间采用IGBT耦和(见图3)，放电IGBT1是放电回路的馈能回路，充电IGBT2是充电回路的馈能回路。
放电IGBT1与电流传感器A1构成放电回路，通过电压传感器V1、V2检测电池组与电容器组的压差，根据压差确定放电IGBT的驱动量。利用斩波控制技术实现放电馈能回路的间歇、脉动性能。充电IGBT2和电流传感器A2构成充电馈能回路，充电回路的控制方式与放电回路相同，电流方向相反、相互遮蔽。充电馈能回路导通阀值设定应大于电池组的电压变动范围，如果电池组的最高充电压是U1、额定电压是uo、最低放电电压是U2，与之配组的电容器组的最高充电电压可大于U1，可按负载设备的最高耐压值设定充电回导通阀值电压。
Claims (10)
1.本发明带缓冲装置的蓄电池组储能系统，包括电池组、电容器组和控制电路，其特征在于：所述电池组和电容器组一同极连接，电池组的另一极极通过控制电路连接电容器组另一极，电容器组一侧为输入输出端。
2.根据权利要求1所述的蓄电池组储能系统，其特征在于：所述控制电路包括充电控制元件、放电控制元件和各自的触发电路。
3.根据权利要求2所述的蓄电池组储能系统，其特征在于：所述触发电路包括晶体管和连接在其基极上的稳压二极管和电阻，触发电路跨接在电池组和电容器组之间。
4.根据权利要求3所述的蓄电池组储能系统，其特征在于：所述充电控制元件和放电控制元件均为单向导电元件，反向并联，分别控制电池组的充电和放电。
5.根据权利要求4所述的蓄电池组储能系统，其特征在于：所述蓄能系统，处于放电状态时，电容器组先开始放电，电容器组的电压开始下降，此时电池组处于隔离状态，当电容器组的电压下降到与蓄电池组电压差值达到一个设定的电压值时，放电控制元件的触发电路启动，放电控制元件导通，蓄电池组经由放电控制元件与负载连接，对负载放电的同时给电容器组充电，电容器组的电压升高；当蓄电池组电压与电容器组电压一致时，触发电路停止触发，放电控制元件自动关断，电池组重处于间歇隔离状态；当电容器组端电压再次下降并与电池组间的电压差值大于设定的限压值时，放电控制元件重新导通，蓄电池组进入下一个放电周期；处在充电状态时，电容器组先开始充电，电容器组的电压开始升高，此时电池组处于静止状态，当电容器组的电压升高到与蓄电池组电压差值达到一个设定的电压值时，充电控制元件的触发电路触发，充电控制元件导通，蓄电池组经由可控硅与充电电路连接，电容器组对蓄电池组充电的同时，外充电电路同时对电容器组充电，蓄电池组电压升高，电容器组的电压下降；当蓄电池组电压与电容器组电压一致时，充电控制元件关断，电池组处于间歇静止状态；当电容器组端电压再次升高并与电池组间的电压差值大于设定的阀值时，充电控制元件重新导通，蓄电池组进入下一个充电周期。
6.根据权利要求5所述的蓄电池组储能系统，其特征在于：所述充电控制元件和放电控制元件都采用可控硅或IGBT大功率场效应管。
7.根据权利要求6所述的蓄电池组储能系统，其特征在于：所述触发电路设定0-30秒的关断延迟时间。
8.根据权利要求7所述的蓄电池组储能系统，其特征在于：所述电容器组和蓄电池组的电压差值的设定的电压值为蓄电池组总电压的0-15％。
9.根据权利要求8所述的蓄电池组储能系统，其特征在于：所述电池组由至少一块电池组成。
10.根据权利要求9所述的蓄电池组储能系统，其特征在于：所述电容器组由至少一个电容器和超级电容器组成。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20110511 |