專利名稱：帶緩沖裝置的蓄電池組儲能系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及電動車、備用電源和UPS技術領域，特別涉及一種帶緩沖裝置的蓄電 池組儲能系統(tǒng)。
背景技術：
近年來由于能源危機和環(huán)境污染問題使得電動車的研制和應用成為熱點，而電動 車用蓄電池組儲能系統(tǒng)始終是電動車發(fā)展的瓶頸。由于汽車在運行過程中工況變化較大， 如起步、加速、爬坡、剎車和下坡等情況經常出現，使得電動車電池組輸入輸出功率變化范 圍較大，對電池組壽命和安全性受到影響。另外，蓄電池組應用的另一大領域是備用電源和 不間斷電源(UPS)，在該系統(tǒng)中蓄電池組經常處于浮動充電狀態(tài)，而需要其放電時要瞬間提 供較大的功率，這都對蓄電池組的壽命和安全性產生影響。蓄電池組是一種通過可逆的電化學反應實現能量貯存和轉化的儲能器。常用的蓄 電池組包括鋰離子電池組、鎳氫電池組、鎳鎘電池組、鉛酸電池組等。蓄電池組的充放電過 程是一個可逆的電化學的反應過程。在這個過程中由于電極上的反應物粒子在電極雙電層 中擴散而形成濃差極化。電池組的濃差極化會在極短的時間內形成和消失，濃差極化使電 池組內部產生能量消耗，表現為輸出功率和能量降低，輸入功率和能量增加，降低電池組使 用性能。電池組的充放電過程采用脈沖方式進行，有利于降低蓄電池組濃差的影響，延長蓄 電池組的使用壽命。另外，用于UPS等蓄電池組儲能系統(tǒng)在使用時，為了保障其隨時處于滿電狀態(tài)以 及輸出電源不問斷需要在蓄電池組正負極始終連接一個穩(wěn)定電壓的直流外電源，長期工作 時會使蓄電池組正負極表面產生鈍化現象，使蓄電池組的容量衰減加快，壽命降低，而且對 于如鋰離子電池組等易發(fā)生安全事故。而對于電容器組，由于其為物理儲能元件，在其安全 電壓下其正負極兩端長期加載一個恒定電壓不會降低其性能，也不會發(fā)生安全事故。但由 于電容器組的電容量有限，儲存電量少，維持其功率特性的時間短，不適和單獨用于UPS等 系統(tǒng)儲能應用。因此，在電動車和UPS等領域單獨使用蓄電池組工作時，常因連續(xù)大功率工作以 及浮充電等運行模式使得蓄電池組的壽命和安全性降低，影響產業(yè)的發(fā)展。
發(fā)明內容
針對上述不足之處，本發(fā)明目提供一種帶緩沖裝置的蓄電池組儲能系統(tǒng)。本發(fā)明帶緩沖裝置的蓄電池組儲能系統(tǒng)，包括電池組、電容器組和控制電路，其中 所述電池組和電容器組一同極連接，電池組的另一極極通過控制電路連接電容器組另一 極，電容器組一側為輸入輸出端。所述控制電路包括充電控制元件、放電控制元件和各自的觸發(fā)電路。所述觸發(fā)電路包括晶體管和連接在其基極上的穩(wěn)壓二極管和電阻，觸發(fā)電路跨接 在電池組和電容器組之間。
所述充電控制元件和放電控制元件均為單向導電元件，反向并聯(lián)，分別控制電池 組的充電和放電。所述蓄能系統(tǒng)，處于放電狀態(tài)時，電容器組先開始放電，電容器組的電壓開始下 降，此時電池組處于隔離狀態(tài)，當電容器組的電壓下降到與蓄電池組電壓差值達到一個設 定的電壓值時，放電控制元件的觸發(fā)電路啟動，放電控制元件導通，蓄電池組經由放電控制 元件與負載連接，對負載放電的同時給電容器組充電，電容器組的電壓升高；當蓄電池組電 壓與電容器組電壓一致時，觸發(fā)電路停止觸發(fā)，放電控制元件自動關斷，電池組重處于間歇 隔離狀態(tài)；當電容器組端電壓再次下降并與電池組間的電壓差值大于設定的限壓值時，放 電控制元件重新導通，蓄電池組進入下一個放電周期。所述蓄能系統(tǒng)，處在充電狀態(tài)時，電容器組先開始充電，電容器組的電壓開始升 高，此時電池組處于靜止狀態(tài)，當電容器組的電壓升高到與蓄電池組電壓差值達到一個設 定的電壓值時，充電控制元件的觸發(fā)電路觸發(fā)，充電控制元件導通，蓄電池組經由可控硅與 充電電路連接，電容器組對蓄電池組充電的同時，外充電電路同時對電容器組充電，蓄電池 組電壓升高，電容器組的電壓下降；當蓄電池組電壓與電容器組電壓一致時，充電控制元件 關斷，電池組處于間歇靜止狀態(tài)；當電容器組端電壓再次升高并與電池組間的電壓差值大 于設定的閥值時，充電控制元件重新導通，蓄電池組進入下一個充電周期。所述充電控制元件和放電控制元件都采用可控硅或IGBT大功率場效應管。所述觸發(fā)電路設定0-30秒的關斷延遲時間。所述電容器組和蓄電池組的電壓差值的設定的電壓值為蓄電池組總電壓的 0-15%。所述電池組由至少一塊電池組成。所述電容器組由至少一個電容器和超級電容器組成。本發(fā)明帶緩沖裝置的蓄電池組儲能系統(tǒng)，實現電池組的的脈沖充電，可以避免電 池組儲能系統(tǒng)瞬間大功率充電時(如電動車剎車饋能和UPS浪泳脈沖)對電池組的沖擊。 利用電容器組的端電壓不跳變和可以快速充放電的特性，保證蓄電池組儲能系統(tǒng)在充放電 過程中輸入輸出電壓平穩(wěn)、不跳變，電流連續(xù)不間斷。同時避免了蓄電池組承受大電流的沖 擊，系統(tǒng)結構簡單，使用壽命長、安全。
圖1是本發(fā)明帶緩沖裝置的蓄電池組儲能系統(tǒng)的原理圖；圖2是本發(fā)明帶緩沖裝置的蓄電池組儲能系統(tǒng)可控硅直接耦和結構的電路圖；圖3是本發(fā)明帶緩沖裝置的蓄電池組儲能系統(tǒng)IGBT直接耦和結構的電路圖。
具體實施例方式下面結和實施例對本發(fā)明帶緩沖裝置的蓄電池組儲能系統(tǒng)作更詳盡的說明。圖1是本發(fā)明帶緩沖裝置的蓄電池組儲能系統(tǒng)可控硅直接耦和結構的電路圖。電容器組與蓄電池組的正極直連，通過控制負極的饋能回路來控制電池組與電容 器組之間的能量流動，使充、放電回路都具有間歇、脈動性能。電池組和電容器組之間采用可控硅耦和(見圖幻，放電可控硅Tl是放電回路的饋能回路，充電可控硅T2是充電回路的饋能回路。1、放電回路圖2中放電可控硅Tl為放電回路，其中限流電阻Rll與繼電器K2常 閉觸點并聯(lián)后與放電可控硅Tl串聯(lián)構成放電電路的饋能主回路。Al是電流傳感器，用于 檢測主回路電流。當Al電流大于最高限壓時，K2斷開，系統(tǒng)進入Rll限流工作狀態(tài)。Ql是 驅動管，用于驅動放電可控硅Tl ；R2是限流電阻，用于保障放電可控硅的控制極不被擊穿； Wl是穩(wěn)壓管與限流電阻Rl構成限壓控制觸發(fā)電路(閥值控制1)，當兩端壓差大于規(guī)定閥 值時，驅動管Ql導通，同步驅動放電可控硅Tl導通。在放電可控硅Tl導通狀態(tài)下，放電可 控硅兩端的電壓下降接進零伏，通路電流維持放電可控硅保持導通狀態(tài)；當電池組的端電 壓與電容器組的端電壓一致時，放電可控硅Tl自動斷開；當電容器組的電壓再次下降、并超過限壓值時，放電可控硅Tl再次導通，系統(tǒng)進 入下一個放電周期。2、充電回路圖2中充電可控硅T2為充電田路，電阻R5、R6、R7、R8、R9和繼電器 KO的常閉觸點并聯(lián)后與充電可控硅T2串聯(lián)構成充電主回路。A2是電流傳感器，用于測量充 電主回路電流。電阻RlO與繼電器KO輔助觸點KO-I (常閉)關聯(lián)與驅動管Q2串接在與電 阻R3串接構成充電可控硅T2驅動回路；穩(wěn)壓管W2和限流電阻R4構成限壓觸發(fā)回路(閥 值控制幻，當兩端的電壓差大于規(guī)定的限壓值時驅動管Q2導通，同時驅動充電可控硅T2導 通。在充電可控硅T2導通狀態(tài)下，充電可控硅T2兩端的電壓下降接進零伏，通路電流維持 充電可控硅保持導通狀態(tài)；當電容器組的端電壓與電池組的端電壓一致時，充電可控硅T2 自動斷開；當電容器組的電壓再次提升、并超過限壓值時，充電可控硅T2再次導通，系統(tǒng)進 入下一個充電周期。在電容器組的端電壓與電池組的端電壓相差過大時，系統(tǒng)首先斷開KO 和KO-I的觸點后閉和Kl觸點，系統(tǒng)進入限流充電模式。電池組和電容器組之間采用IGBT耦和(見圖3)，放電IGBTl是放電回路的饋能回 路，充電IGBT2是充電回路的饋能回路。放電IGBTl與電流傳感器Al構成放電回路，通過電壓傳感器V1、V2檢測電池組與 電容器組的壓差，根據壓差確定放電IGBT的驅動量。利用斬波控制技術實現放電饋能回路 的間歇、脈動性能。充電IGBT2和電流傳感器A2構成充電饋能回路，充電回路的控制方式 與放電回路相同，電流方向相反、相互遮蔽。充電饋能回路導通閥值設定應大于電池組的電 壓變動范圍，如果電池組的最高充電壓是U1、額定電壓是uo、最低放電電壓是U2，與之配組 的電容器組的最高充電電壓可大于U1，可按負載設備的最高耐壓值設定充電回導通閥值電 壓。
權利要求
1.本發(fā)明帶緩沖裝置的蓄電池組儲能系統(tǒng)，包括電池組、電容器組和控制電路，其特征 在于所述電池組和電容器組一同極連接，電池組的另一極極通過控制電路連接電容器組 另一極，電容器組一側為輸入輸出端。
2.根據權利要求1所述的蓄電池組儲能系統(tǒng)，其特征在于所述控制電路包括充電控 制元件、放電控制元件和各自的觸發(fā)電路。
3.根據權利要求2所述的蓄電池組儲能系統(tǒng)，其特征在于所述觸發(fā)電路包括晶體管 和連接在其基極上的穩(wěn)壓二極管和電阻，觸發(fā)電路跨接在電池組和電容器組之間。
4.根據權利要求3所述的蓄電池組儲能系統(tǒng)，其特征在于所述充電控制元件和放電 控制元件均為單向導電元件，反向并聯(lián)，分別控制電池組的充電和放電。
5.根據權利要求4所述的蓄電池組儲能系統(tǒng)，其特征在于所述蓄能系統(tǒng)，處于放電 狀態(tài)時，電容器組先開始放電，電容器組的電壓開始下降，此時電池組處于隔離狀態(tài)，當電 容器組的電壓下降到與蓄電池組電壓差值達到一個設定的電壓值時，放電控制元件的觸發(fā) 電路啟動，放電控制元件導通，蓄電池組經由放電控制元件與負載連接，對負載放電的同時 給電容器組充電，電容器組的電壓升高；當蓄電池組電壓與電容器組電壓一致時，觸發(fā)電路 停止觸發(fā)，放電控制元件自動關斷，電池組重處于間歇隔離狀態(tài)；當電容器組端電壓再次下 降并與電池組間的電壓差值大于設定的限壓值時，放電控制元件重新導通，蓄電池組進入 下一個放電周期；處在充電狀態(tài)時，電容器組先開始充電，電容器組的電壓開始升高，此時 電池組處于靜止狀態(tài)，當電容器組的電壓升高到與蓄電池組電壓差值達到一個設定的電壓 值時，充電控制元件的觸發(fā)電路觸發(fā)，充電控制元件導通，蓄電池組經由可控硅與充電電路 連接，電容器組對蓄電池組充電的同時，外充電電路同時對電容器組充電，蓄電池組電壓升 高，電容器組的電壓下降；當蓄電池組電壓與電容器組電壓一致時，充電控制元件關斷，電 池組處于間歇靜止狀態(tài)；當電容器組端電壓再次升高并與電池組間的電壓差值大于設定的 閥值時，充電控制元件重新導通，蓄電池組進入下一個充電周期。
6.根據權利要求5所述的蓄電池組儲能系統(tǒng)，其特征在于所述充電控制元件和放電 控制元件都采用可控硅或IGBT大功率場效應管。
7.根據權利要求6所述的蓄電池組儲能系統(tǒng)，其特征在于所述觸發(fā)電路設定0-30秒 的關斷延遲時間。
8.根據權利要求7所述的蓄電池組儲能系統(tǒng)，其特征在于所述電容器組和蓄電池組 的電壓差值的設定的電壓值為蓄電池組總電壓的0-15%。
9.根據權利要求8所述的蓄電池組儲能系統(tǒng)，其特征在于所述電池組由至少一塊電 池組成。
10.根據權利要求9所述的蓄電池組儲能系統(tǒng)，其特征在于所述電容器組由至少一個 電容器和超級電容器組成。
全文摘要
一種帶緩沖裝置的蓄電池組儲能系統(tǒng)，包括電池組、電容器組和控制電路，電池組和電容器組一同極連接，電池組的另一極極通過控制電路連接電容器組另一極，電容器組一側為輸入輸出端；控制電路包括充電控制元件、放電控制元件和各自的觸發(fā)電路；觸發(fā)電路包括晶體管和連接在其基極上的穩(wěn)壓二極管和電阻，觸發(fā)電路跨接在電池組和電容器組之間；充電控制元件和放電控制元件均為單向導電元件，反向并聯(lián)，分別控制電池組的充電和放電。本蓄電池組儲能系統(tǒng)，利用電容器組的端電壓不跳變和可以快速充放電的特性，保證蓄電池組儲能系統(tǒng)在充放電過程中輸入輸出電壓平穩(wěn)、不跳變，電流連續(xù)不間斷。同時避免蓄電池組承受大電流沖擊，結構簡單，壽命長、安全。
文檔編號H02J7/00GK102055246SQ20101023642
公開日2011年5月11日 申請日期2010年7月22日 優(yōu)先權日2010年7月22日
發(fā)明者徐華, 毛永志, 王雅和, 羅紅旭, 蔡春華 申請人:中信國安盟固利動力科技有限公司