一种储能装置及其循环充电方法

本发明涉及超级电容储能设备，具体涉及一种储能装置及其循环充电方法。

背景技术：

1、随着超级电容国产化的实现，超级电容储能装置应用越来越广泛，尤其在轨道交通、风电等场合应用较多。超级电容储能有着功率密度大，充放电速度快、价格较为便宜等优点。

2、在超级电容储能装置正式上线运行前，一般要以实际工况为参考，对其进行循环充放电试验。一方面，为了验证设备在长时间运行工况下的稳定性和安全性；另一方面，测试设备中各关键器件的温升情况。

3、现在的循环充放电通常采用大型双向电源设备，对超级电容储能单元进行循环充放电测试。但由于超级电容设备的功率均较大，这样的方式需要巨大的成本投入。另外，双向电源回馈的电能存在电能质量等问题，且不会对电费进行节省，极大的增加了电费消耗。

技术实现思路

1、因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的对超级电容设备进行循环充放电成本大的缺陷，从而提供一种储能装置及其循环充电方法。

2、为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、第一方面，本发明实施例提供一种储能装置，包括：第一储能模块、第二储能模块、整流模块、制动模块及控制模块；第一储能模块，其输出端与高压直流母线连接；第二储能模块，其输出端与高压直流母线连接；整流模块，其输入端与交流母线连接，其输出端与高压直流母线连接，其用于为第一储能模块、第二储能模块进行补电；制动模块，其输出端与高压直流母线连接；控制模块，其用于控制第一储能模块、第二储能模块二者之间循环互相充电。

4、在一实施例中，第一储能模块及第二储能模块均包括：超级电容及双向dc-dc电路；双向dc-dc电路，其第一端与高压直流母线连接，其第二端与超级电容连接。

5、在一实施例中，双向dc-dc电路包括：正母线接触器、高压侧预充电接触器、负母线接触器、第一预充电电阻、第一电感、支撑电容、变流器、熔断器、第二电感、超级电容柜接触器；正母线接触器，其第一端与正极高压直流母线连接，其第二端通过第一电感与变流器的直流侧正极连接；高压侧预充电接触器，其与第一预充电电阻串联连接后，与正母线接触器并联连接；负母线接触器，其第一端与负极高压直流母线连接，其第二端与变流器的直流侧负极连接；支撑电容，其与变流器的直流侧并联连接；变流器，其三相交流侧均依次通过熔断器、第二电感交于一点后，与超级电容柜接触器的第一端连接；超级电容柜接触器，其第二端与超级电容的第一端连接；超级电容，其第二端与变流器的直流侧负极连接。

6、在一实施例中，双向dc-dc电路还包括：低压侧主接触器、低压侧预充电接触器及第二预充电电阻；变流器的三相交流侧均依次通过熔断器、第二电感交于一点后，通过低压侧主接触器与超级电容柜接触器的第一端连接；低压侧预充电接触器与第二预充电电阻串联连接后，与低压侧主接触器并联连接。

7、第二方面，本发明提供一种储能装置的循环充电方法，基于第一方面的储能装置，方法包括：控制模块开启整流模块；控制模块控制第一储能模块、第二储能模块的双向dc-dc电路的运行状态，使得第一储能模块、第二储能模块的支撑电容预充电；控制模块通过控制第一储能模块及第二储能模块的变流器的电压指令，控制第一储能模块、第二储能模块二者之间循环互相充电，并且在循环充电过程中，整流模块为第一储能模块、第二储能模块进行补电。

8、在一实施例中，支撑电容预充电的过程包括：控制模块闭合负母线接触器、高压侧预充电接触器、低压侧预充电接触器及超级电容柜接触器，断开正母线接触器、低压侧主接触器。

9、在一实施例中，循环充电的过程，包括：控制模块启动第一储能模块、第二储能模块的变流器，将第一储能模块、第二储能模块的超级电容分别充电至第一电压阈值及第二电压阈值，第一电压阈值大于第二电压阈值；控制模块将第一储能模块、第二储能模块的变流器的双闭环控制环节的电压指令交替设置为第一电压指令及第二电压指令，第一电压指令大于第二电压指令；当第一储能模块、第二储能模块温度达到预设温度时，控制模块封闭第一储能模块、第二储能模块的变流器的触发脉冲，断开第一储能模块、第二储能模块与高压直流母线的连接。

10、在一实施例中，控制模块将第一储能模块、第二储能模块的变流器的双闭环控制环节的电压指令交替设置为第一电压指令及第二电压指令的过程，包括：控制模块将第一储能模块、第二储能模块的变流器的双闭环控制环节的电压指令分别设置为第一电压指令及第二电压指令；当第二储能模块充电至上限电压时，控制模块关闭第一储能模块、第二储能模块的变流器的脉冲，预设时间后，控制模块将第一储能模块、第二储能模块的变流器的双闭环控制环节的电压指令分别设置为第二电压指令及第一电压指令，循环上述过程，直至第一储能模块、第二储能模块温度达到平衡为止。

11、在一实施例中，断开第一储能模块、第二储能模块与高压直流母线的连接的过程，包括：控制模块断开第一储能模块、第二储能模块的负母线接触器及超级电容柜接触器；当高于直流母线电压下降至欠压点时，控制模块断开第一储能模块、第二储能模块的正母线接触器、低压侧主接触器。

12、在一实施例中，储能装置的循环充电方法还包括：控制模块检测第一储能模块、第二储能模块的双向dc-dc电路及超级电容的温度是否超过预设温度阈值；当第一储能模块、第二储能模块的双向dc-dc电路及超级电容的温度超过预设温度阈值时，控制模块封闭第一储能模块、第二储能模块的变流器的触发脉冲，控制模块断开第一储能模块、第二储能模块的负母线接触器及超级电容柜接触器；当高于直流母线电压下降至欠压点时，控制模块断开第一储能模块、第二储能模块的正母线接触器、低压侧主接触器。

13、本发明技术方案，具有如下优点：

14、本发明提供的储能装置及其循环充电方法，控制模块通过控制第一储能模块及第二储能模块的变流器的电压指令，控制第一储能模块、第二储能模块二者之间循环互相充电，并且在循环充电过程中，整流模块为第一储能模块、第二储能模块进行补电。本发明只需增加小功率的不控整流器装置即可实现储能装置自补电，该方法控制简单，且成本低廉，非常适用于产品性能验证。

技术特征：

1.一种储能装置，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的储能装置，其特征在于，所述第一储能模块及所述第二储能模块均包括：

3.根据权利要求2所述的储能装置，其特征在于，所述双向dc-dc电路包括：

4.根据权利要求3所述的储能装置，其特征在于，所述双向dc-dc电路还包括：

5.一种储能装置的循环充电方法，其特征在于，基于权利要求4所述的储能装置，所述方法包括：

6.根据权利要求5所述的储能装置的循环充电方法，其特征在于，支撑电容预充电的过程包括：

7.根据权利要求6所述的循环充电方法，其特征在于，循环充电的过程，包括：

8.根据权利要求7所述的循环充电方法，其特征在于，控制模块将第一储能模块、第二储能模块的变流器的双闭环控制环节的电压指令交替设置为第一电压指令及第二电压指令的过程，包括：

9.根据权利要求6所述的储能装置的循环充电方法，其特征在于，断开第一储能模块、第二储能模块与高压直流母线的连接的过程，包括：

10.根据权利要求5所述的储能装置的循环充电方法，其特征在于，还包括：

技术总结
本发明公开了一种储能装置及其循环充电方法，控制模块通过控制第一储能模块及第二储能模块的变流器的电压指令，控制第一储能模块、第二储能模块二者之间循环互相充电，并且在循环充电过程中，整流模块为第一储能模块、第二储能模块进行补电。本发明只需增加小功率的不控整流器装置即可实现储能装置自补电，该装置控制简单，且成本低廉，非常适用于产品性能验证。

技术研发人员：钟志宏,杨中平,林飞,孙湖,方晓春
受保护的技术使用者：北京交通大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13