用于钒电池充放电的电路拓扑结构制造技术

本实用新型专利技术公开了属于储能装置领域的一种用于钒电池充放电的电路拓扑结构。钒电池电堆的正负电极与交错并联BuckBoost电路的低压侧相连；交错并联BuckBoost电路的高压侧与高频隔离全桥DC/DC的低压侧相连；高频隔离全桥DC/DC的高压侧与双向三相全桥DC/AC的直流侧相连；双向三相全桥DC/AC的交流输出经电感、电容滤波后接入三相电网。本实用新型专利技术不仅实现钒电池与电网电气隔离的要求，还提升了系统工作效率，减小了系统功率体积和重量，并且为优化钒电池充放电时的电压、电流纹波提供了可靠的电路拓扑基础。

【技术实现步骤摘要】
用于钒电池充放电的电路拓扑结构
本技术属于储能装置领域，特别涉及一种用于钒电池充放电的电路拓扑结 构。
技术介绍
液流电池又称为氧化还原液流电池，其正负极活性物质电解液是独立存放的，充 放电的时候，电解液通过泵流入电池内部进行电化学反应。钒液流电池简称钒电池，具备功 率和容量可独立设计、响应快、寿命长、维护成本低等优点，使其在风电、光伏发电、电网调 峰等领域有着极其广阔的应用前景。由于钒电池的低压直流系统需要与高压交流电网电气 隔离，保证钒电池的使用安全，同时对钒电池工作电压、电流纹波也有一定的要求，所以钒 电池充电机的电路拓扑结构对其隔离并网的工作效率，以及电压、电流纹波的控制方法具 有决定性的作用。 目前通过工频变压器并网的钒电池系统，可以实现钒电池低压直流系统与电网交 流系统电气隔离，保证交流侧故障不会通过电气连接线直接传导至电池，保障钒电池的使 用安全。但工频变压器单位功率的体积和重量都较大，损耗也较大，不易于提高钒电池系统 的充放电效率。因此，期望通过改进钒电池系统的电路拓扑结构，提高并网充放电过程中的 系统效率，有效减小系统单位功率体积和重量，并且为钒电池工作电压、电流的优化控制提 供可靠的电路拓扑基础。
技术实现思路
本技术的目的是针对现有技术的不足提出一种用于钒电池充放电的电路拓 扑结构，其特征在于，所述钒电池充放电的电路拓扑结构为用于钒电池储能系统的高频变 压器并网的电路拓扑结构，其充放电的电路由交错并联BuckBoost电路、高频隔离全桥DC/ DC电路和三相全桥DC/AC电路构成；即钒电池与交错并联BuckBoost电路、高频隔离全桥 DC/DC电路、三相全桥DC/AC电路和电网串联连接；其中，交错并联BuckBoost电路包含C1 电容和C2电容、L1电感和L2电感、开关管S1开关管至S4开关管、D1二极管至D4二极管； 高频隔离全桥DC/DC电路为在高频变压器T1的初级端连接接成桥式结构的自带反并二极 管的Sal开关管至Sa4开关管，次级端连接接成桥式结构的自带反并二极管的Sbl开关管 至Sb4开关管；三相全桥DC/AC电路包含自带反并二极管的Scl开关管至Sc6开关管。 所述交错并联BuckBoost电路组成为C1电容的一端与L1电感和L2电感的公共 节点和钒电池正极连接；L1电感连接S4开关管的源极和S2开关管的漏极，L2电感连接S3 开关管的源极和S1开关管的漏极，C2电容的一端连接S4开关管的漏极和S3开关管的漏 极，C2电容的另一端与C1电容的另一端、S1开关管的源极、S2开关管的源极、Sa2开关管 的源极和Sa4开关管的源极连接在一起，Sal开关管的源极和Sa2开关管的漏极连接，并和 T1初级一端连接；Sa3开关管的源极和Sa4开关管的漏极连接，并和T1初级的另一端连接； Sal开关管的漏极和Sa2开关管的漏极与C2电容的一端连接。 所述S1开关管、S2开关管、S3开关管和S4开关管分别与D1二极管、D2二极管、 D3二极管和D4二极管反并连。 所述三相全桥DC/AC电路为C3电容的一端连接Scl开关管、Sc2开关管和Sc3开 关管的漏极，C3电容的另一端连接Sc4开关管、Sc5开关管和Sc6开关管的源极；Scl开关 管、Sc2开关管和Sc3开关管的源极分别和Sc4开关管、Sc5开关管和Sc6开关管的漏极连 接，所述Scl开关管、Sc2开关管和Sc3开关管的源极分别和Sc4开关管、Sc5开关管和Sc6 开关管的漏极连接的三个节点分别连接LC滤波器，组成三相全桥DC/AC电路，其中，C3电 容的两端分别连接Sb4开关管的源极和Sb3开关管的漏极；三相LC滤波器通过开关连接交 流电源的A、B、C相线上。 本技术的有益效果是通过采用高频隔离变压器电路拓扑结构，不仅实现钒电 池与电网电气隔离的要求，还提升了系统工作效率，减小了系统功率体积和重量，并且为优 化钒电池充放电时的电压、电流纹波提供了可靠的电路拓扑基础。 【附图说明】 图1钒电池储能系统结构框图 图2钒电池充电机的电路拓扑结构图 【具体实施方式】 本技术提出一种用于钒电池充放电的电路拓扑结构，下面结合附图对本专利技术 的【具体实施方式】及工作原理予以说明。 如图1所示为本专利技术提出的钒电池储能系统结构框图，其中钒电池主要包括钒电 池电堆、正负极电解液储液罐、泵等部分。钒电池电堆主要由正负电极、离子交换膜组成，充 电机接在钒电池电堆的正负极上，预置在钒电池内泵从储液罐中将电解液送入电堆内；在 外部充放电系统的控制下完成氧化和还原反应，反应完成后电解液又被送回储液罐，如此 活性物质不断循环流动，完成充放电。将钒电池与电网连接，控制钒电池充放电状态。 如图2所示为本专利技术提出的钒电池充电机的电路拓扑结构图，所述钒电池充放电 的电路拓扑结构为用于钒电池储能系统的高频变压器并网的电路拓扑结构，其充放电的电 路由交错并联BuckBoost电路、高频隔离全桥DC/DC电路和三相全桥DC/AC电路构成；即钒 电池与交错并联BuckBoost电路、高频隔离全桥DC/DC电路、三相全桥DC/AC电路和电网串 联连接；其中，交错并联BuckBoost电路包含C1电容和C2电容、L1电感和L2电感、S1开 关管至S4开关管、D1二极管至D4二极管；高频隔离全桥DC/DC电路为在高频变压器T1的 初级端连接接成桥式结构的自带反并二极管的Sal开关管至Sa4开关管，次级端连接接成 桥式结构的自带反并二极管的Sbl开关管至Sb4开关管；三相全桥DC/AC电路包含自带反 并二极管的Scl开关管至Sc6开关管。 【具体实施方式】如下：针对大功率低电压直流系统，交错并联BuckBoost电路不仅 降低了对每路开关管额定电流值的要求，同时增加了控制自由度，为实现稳态及动态优化 控制提供拓扑基础。为了保证交流高压侧故障不通过电气连接线直接传导至低压直流钒电 池侧，钒电池系统需要隔离并网，该功能通过高频隔离全桥DC/DC电路实现；具体是钒电池 电堆的正负电极与交错并联BuckBoost电路的低压侧相连；交错并联BuckBoost电路的高 压侧与高频隔离全桥DC/DC的低压侧相连；高频隔离全桥DC/DC的高压侧与双向三相全桥 DC/AC的直流侧相连；双向三相全桥DC/AC的交流输出经电感、电容滤波后接入三相电网。 高频变压器由于采用非晶材料，且工作频率远高于工频变压器，从而可减小系统 单位功率的体积和重量，提高系统工作效率。三相全桥DC/AC电路是常用的交直流变换电 路，与上述的高频全桥DC/DC以及交错并联BuckBoost串联运行，使得钒电池侧的低电压大 电流直流系统与三相电网侧的交流系统合理连接，不仅保证了钒电池与电网间的能量转换 效率，同时为充电机控制钒电池充放电提供了可靠的电路拓扑结构。 以上对本专利技术的具体描述旨在说明具体实施方案的实现方式，不能理解为是对本 专利技术的限制。本领域普通技术人员在本专利技术的教导下，可以在详述的实施方案的基础上做 出各种变体，这些变体均应包含在本专利技术的构思之内。本专利技术所要求保护的范围仅由所述 的权利要求书进行本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于钒电池充放电的电路拓扑结构，其特征在于，所述钒电池充放电的电路拓扑结构为用于钒电池储能系统的高频变压器并网的电路拓扑结构，其充放电的电路由交错并联BuckBoost电路、高频隔离全桥DC/DC电路和三相全桥DC/AC电路构成；即钒电池与交错并联BuckBoost电路、高频隔离全桥DC/DC电路、三相全桥DC/AC电路和电网串联连接；其中，交错并联BuckBoost电路包含C1电容和C2电容、L1电感和L2电感、S1开关管至S4开关管、D1二极管至D4二极管；高频隔离全桥DC/DC电路为在高频变压器T1的初级端连接接成桥式结构的自带反并二极管的Sa1开关管至Sa4开关管，次级端连接接成桥式结构的自带反并二极管的Sb1开关管至Sb4开关管；三相全桥DC/AC电路包含自带反并二极管的Sc1开关管至Sc6开关管。

【技术特征摘要】
1. 一种用于钒电池充放电的电路拓扑结构，其特征在于，所述钒电池充放电的电路拓 扑结构为用于钒电池储能系统的高频变压器并网的电路拓扑结构，其充放电的电路由交错 并联BuckBoost电路、高频隔离全桥DC/DC电路和三相全桥DC/AC电路构成；即钒电池与交 错并联BuckBoost电路、高频隔离全桥DC/DC电路、三相全桥DC/AC电路和电网串联连接； 其中，交错并联BuckBoost电路包含C1电容和C2电容、L1电感和L2电感、S1开关管至S4 开关管、D1二极管至D4二极管；高频隔离全桥DC/DC电路为在高频变压器T1的初级端连 接接成桥式结构的自带反并二极管的Sal开关管至Sa4开关管，次级端连接接成桥式结构 的自带反并二极管的Sbl开关管至Sb4开关管；三相全桥DC/AC电路包含自带反并二极管 的Scl开关管至Sc6开关管。2. 根据权利要求1所述用于钒电池充放电的电路拓扑结构，其特征在于，所述交错并 联BuckBoost电路组成为C1电容的一端与L1电感和L2电感的公共节点和钒电池正极连 接；L1电感连接S4开关管的源极和S2开关管的漏极，L2电感连接S3开关管的源极和S1 开关管的漏极，C2电容的一端连接S4开关管的漏极和S3开关管的漏极，C2电容的另一端 与C1电容的另一端...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵杨阳，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：新型
国别省市：北京;11