一种液流储能新能源电池充电电路用触发驱动电路及触发驱动方法与流程

本发明专利申请涉及一种液流储能新能源电池充电电路用触发驱动电路及触发驱动方法，属于新能源电池储能控制领域。

背景技术：

1、可控硅是可控硅整流元件的简称，是一种具有三个pn结的四层结构的大功率半导体器件，亦称为晶闸管。具有体积小、结构相对简单、功能强等特点，是比较常用的半导体器件之一。可控硅多用作可控整流、逆变、变频、调压、无触点开关等用途，在电力设备、自动控制控制、工业电气及家电等方面都有广泛的应用，尤其是大功率可控硅在电解电镀、电力储能方面优势更为明显。

2、可控硅在液流储能系统的充电回路中是用作无触点开关使用的，目前，可控硅用作无触点开关的触发驱动电路大体可分为3种方案：电阻触发电路、阻容触发电路、隔离脉冲触发电路。

3、方案一：电阻触发电路，通过电阻分压向可控硅控制极输入触发电压，从而触发可控硅导通。方案一的缺点：1）可控硅scr导通后，可控硅控制极与阴极的电压相近，分压电阻承受了电池组的电压，电阻的阻值、绝缘、功率要求大幅提高；2）由于电池组的电压不是固定值，有可能会使得控制极与阴极产生负压差导致可控硅scr触发失败；3）由电阻组成的触发电路的电压高达dc600v，且可控硅scr是电流触发半导体器件，需要电阻的功率大，相对的触发回路的损耗比较大；4）可控硅导通后，控制极-阴极的电流较大，增加可控硅scr的功耗，长时间通过直流电流会损坏可控硅scr。

4、方案二：阻容触发电路，通过电阻和电容构成的充电回路升压后给可控硅控制极输入触发电压，从而触发可控硅导通。

5、方案二的缺点：1）最终电容的电压为充电电源电压，最高dc600v，对电容的耐压值要求较高；2）由电阻与电容组成rc充电回路本身存在触发延迟，约50ms，影响充电响应时间。

6、方案三：脉冲触发电路，通过使用单结晶体管(ujt)振荡器产生脉冲向可控硅控制极输入触发电压，从而触发可控硅导通。

7、方案三的缺点：1）需要专门的辅助电源为触发电路提供工作电源；2）脉冲变压器需要较复杂的脉冲发生控制回路，控制复杂且有干扰；3）长脉冲触发时脉冲变压器体积大，成本高，电路复杂；4）功耗较大，发热量大。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题是，提供一种结构合理，触发快速，无延迟，驱动可靠，稳定性强，对元器件耐压要求低，内耗小，无需额外电源辅助工作，体积小，成本低的一种液流储能新能源电池充电电路用触发驱动电路及触发驱动方法。

2、为解决上述技术问题，本专利申请液流储能新能源电池充电电路用触发驱动电路，包括电池簇和向电池簇充电的可控硅充电电路，可控硅充电电路包括电连接在充电母线和电池簇之间的可控硅scr，其特征是：还包括触发电路和在触发电路控制下触发可控硅工作的驱动电路；所述驱动电路包括并联在正极的母线和电池簇负极之间的驱动支路，驱动支路从正极到负极依次串联有主电阻r12、主电容c01；主电阻r12和主电容c01的连接点m和可控硅的控制极g之间电连接有主控支路，主控支路上串接有由触发电路控制导通的主控元件u1；可控硅的阴极k和主电容的负极端n之间电连接有副控支路，副控支路上串接有由触发电路控制导通的副控元件u2。

3、作为改进，所述主控支路上还串接有主限流电阻r02。

4、作为进一步改进，驱动支路上，主电容的负极端n和电池簇的负极之间串接有副电容c02和副限流电阻r13。

5、作为改进，所述副控支路上串接有副控电容c03，副控电容两端并联有放电电阻r14。

6、作为进一步改进，所述驱动支路上串接有控向二极管d02，控向二级管的正极与正极的母线电连接。

7、作为改进，可控硅的控制极g和阴极k之间并联有充电电阻r01，可控硅的控制极g和控向二极管的阴极之间电连接有指向二极管d01，指向二极管的阴极和控向二级管的阴极电连接。

8、作为一种实现方式，所述主控元件u1和副控元件u2为光电耦合器。

9、作为一种实现方式，所述触发电路包括与两个光电耦合器输入端串接在一起的光耦支路，光耦支路上串接有光耦电阻r03，光耦支路两端并联有嵌压电阻r05，光耦支路的负极与弱电电源负极gnd电连接，光耦支路的正极电连接有切换开关s1，切换开关将与光耦支路的正极电连接的对象在弱电电源正极vcc和液流储能系统bms的控制端sx之间切换。

10、一种液流储能新能源电池充电电路用触发驱动电路的触发驱动方法，其特点是：包括由弱电电源供电的触发电路先触发由强电的母线供电的驱动电路工作，然后由驱动电路驱动可控硅充电电路工作；其中，触发电路的触发方法包括先给切换开关s1输入触发信号，切换开关开始给光耦支路供电，两个光电耦合器开始工作并输出导通信号；驱动电路的驱动方法包括待机过程、触发过程和复位过程，其中，待机过程包括母线通过驱动支路给主电容c01和副电容c02充电，同时电池簇通过充电电阻r01、指向二极管d01、主电阻r12和副限流电阻r13向主电容c01和副电容c02充电；触发过程包括两个光电耦合器导通瞬间主控支路和副控支路被接通，同时形成了以主电容c01为电源、主控支路、副控支路为流经线路、驱动可控硅scr的控制极和负极导通的可控硅触发驱动回路；可控硅scr被触发导通后，母线开始通过可控硅充电电路向电池簇充电；同时还形成了以电池簇为电源、副电容c02为被充电对象、副限流电阻r13为充电限流电阻的副电容充电回路；然后形成以主电容c01和副控电容c03的电压差为电源、主控支路、副控支路为流经线路、驱动可控硅scr的控制极和负极持续导通的可控硅续流驱动回路，以维持母线通过可控硅充电电路持续向电池簇充电；此时还形成了以电池簇为电源、副电容c02、副控电容c03为被充电对象、副限流电阻r13为充电限流电阻的双电容充电回路；随着主电容放电过程结束，副电容c02、副控电容c03充电完成，使副控支路被切断，驱动电路也被断开，触发过程结束；复位过程包括电池簇充电完毕，切换开关关闭触发电路，两个光电耦合器停止工作，副控电容c03通过放电电阻r14放电完毕，母线通过驱动支路对主电容c01和副电容c02充电完毕，等待切换开关s1的触发信号。

11、作为改进，切换开关s1的触发信号有两种供给方式，一种是切换到弱电电源正极vcc，属于手动控制模式，另一种是切换到液流储能系统bms的控制端sx，由液流储能系统bms发出触发信号，属于自动控制模式。

12、综上所述，采用这种结构的液流储能新能源电池充电电路用触发驱动电路结构合理，其触发驱动方法操控方便，触发快速，无延迟，驱动可靠，稳定性强，对元器件耐压要求低，内耗小，无需额外电源辅助工作，体积小，成本低。

技术特征：

1.一种液流储能新能源电池充电电路用触发驱动电路，包括电池簇（1）和向电池簇充电的可控硅充电电路（2），可控硅充电电路包括电连接在充电母线和电池簇之间的可控硅scr，其特征是：还包括触发电路（3）和在触发电路控制下触发可控硅工作的驱动电路（4）；所述驱动电路包括并联在正极的母线和电池簇负极之间的驱动支路（5），驱动支路从正极到负极依次串联有主电阻r12、主电容c01；主电阻r12和主电容c01的连接点m和可控硅的控制极g之间电连接有主控支路（6），主控支路上串接有由触发电路（3）控制导通的主控元件u1；可控硅的阴极k和主电容的负极端n之间电连接有副控支路（7），副控支路上串接有由触发电路（3）控制导通的副控元件u2。

2.如权利要求1所述的液流储能新能源电池充电电路用触发驱动电路，其特征是：所述主控支路上还串接有主限流电阻r02。

3.如权利要求1或2所述的液流储能新能源电池充电电路用触发驱动电路，其特征是：驱动支路上，主电容的负极端n和电池簇的负极之间串接有副电容c02和副限流电阻r13。

4.如权利要求3所述的液流储能新能源电池充电电路用触发驱动电路，其特征是：所述副控支路上串接有副控电容c03，副控电容两端并联有放电电阻r14。

5.如权利要求4所述的液流储能新能源电池充电电路用触发驱动电路，其特征是：所述驱动支路上串接有控向二极管d02，控向二级管的正极与正极的母线电连接。

6.如权利要求5所述的液流储能新能源电池充电电路用触发驱动电路，其特征是：可控硅的控制极g和阴极k之间并联有充电电阻r01，可控硅的控制极g和控向二极管的阴极之间电连接有指向二极管d01，指向二极管的阴极和控向二级管的阴极电连接。

7.如权利要求6所述的液流储能新能源电池充电电路用触发驱动电路，其特征是：所述主控元件u1和副控元件u2为光电耦合器。

8.如权利要求7所述的液流储能新能源电池充电电路用触发驱动电路，其特征是：所述触发电路包括与两个光电耦合器输入端串接在一起的光耦支路（8），光耦支路上串接有光耦电阻r03，光耦支路两端并联有嵌压电阻r05，光耦支路的负极与弱电电源负极gnd电连接，光耦支路的正极电连接有切换开关s1，切换开关将与光耦支路的正极电连接的对象在弱电电源正极vcc和液流储能系统bms的控制端sx之间切换。

9.一种液流储能新能源电池充电电路用触发驱动电路的触发驱动方法，其特征是：包括由弱电电源供电的触发电路先触发由强电的母线供电的驱动电路工作，然后由驱动电路驱动可控硅充电电路工作；其中，触发电路的触发方法包括先给切换开关s1输入触发信号，切换开关开始给光耦支路供电，两个光电耦合器开始工作并输出导通信号；驱动电路的驱动方法包括待机过程、触发过程和复位过程，其中，待机过程包括母线通过驱动支路（5）给主电容c01和副电容c02充电，同时电池簇通过充电电阻r01、指向二极管d01、主电阻r12和副限流电阻r13向主电容c01和副电容c02充电；触发过程包括两个光电耦合器导通瞬间主控支路（6）和副控支路（7）被接通，同时形成了以主电容c01为电源、主控支路（6）、副控支路（7）为流经线路、驱动可控硅scr的控制极和负极导通的可控硅触发驱动回路；可控硅scr被触发导通后，母线开始通过可控硅充电电路向电池簇充电；同时还形成了以电池簇为电源、副电容c02为被充电对象、副限流电阻r13为充电限流电阻的副电容充电回路；然后形成以主电容c01和副控电容c03的电压差为电源、主控支路（6）、副控支路（7）为流经线路、驱动可控硅scr的控制极和负极持续导通的可控硅续流驱动回路，以维持母线通过可控硅充电电路持续向电池簇充电；此时还形成了以电池簇为电源、副电容c02、副控电容c03为被充电对象、副限流电阻r13为充电限流电阻的双电容充电回路；随着主电容放电过程结束，副电容c02、副控电容c03充电完成，使副控支路（7）被切断，驱动电路（4）也被断开，触发过程结束；复位过程包括电池簇充电完毕，切换开关关闭触发电路（3），两个光电耦合器停止工作，副控电容c03通过放电电阻r14放电完毕，母线通过驱动支路（5）对主电容c01和副电容c02充电完毕，等待切换开关s1的触发信号。

10.如权利要求9所述的液流储能新能源电池充电电路用触发驱动电路的触发驱动方法，其特征是：切换开关s1的触发信号有两种供给方式，一种是切换到弱电电源正极vcc，属于手动控制模式，另一种是切换到液流储能系统bms的控制端sx，由液流储能系统bms发出触发信号，属于自动控制模式。

技术总结
本发明专利公开了一种液流储能新能源电池充电电路用触发驱动电路及触发驱动方法，包括触发电路和驱动电路；驱动电路包括并联在母线和电池簇之间的驱动支路，驱动支路上依次串联有主电阻、主电容；主电阻和主电容的连接点和可控硅的控制极之间电连接有主控支路，主控支路上串接有由触发电路控制导通的主控元件；可控硅的阴极和主电容的负极端之间电连接有副控支路，副控支路上串接有由触发电路控制导通的副控元件。优点效果是电路结构合理，触发驱动方法操控方便，触发快速，无延迟，驱动可靠，稳定性强，对元器件耐压要求低，内耗小，无需额外电源辅助工作，体积小，成本低。

技术研发人员：王国新,孙杨东,施文龙,王秉煜,王明轩,邱亮亮,臧运军,段爱华,毛林才
受保护的技术使用者：液流储能科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/2/19