[发明专利]一种梯次互补电-热平衡储电充电系统及方法

说明书

一种梯次互补电‑热平衡储电充电系统及方法，包括可再生能源入口侧、液流电池堆、电网入口侧、电流转换装置、电力出口侧、蓄电池堆、液流电池储液罐等单元。系统在工作过程中电力梯次互补稳定持续输出、热量内外平衡节能高效。系统通过液流电池与蓄电池的协同运行，在蓄电池衰减失活导致荷电状态不佳甚至停机时液流电池作为可控的补充储电单元对系统放电进行梯次补充，维持供电侧电力的持续稳定供给。同时系统以液流电池电解液循环管路作为热平衡管路，通过电解液在蓄电池堆、电流转换装置、液流电池堆、储液罐间的流动实现系统内部热量的平衡，通过储液罐保温罐、冷却罐两部分电解液之间的调配实现系统内部温差及外界环境温差的热调整。

技术领域

本发明涉及一种充电系统及方法，具体涉及一种梯次互补电-热平衡储电充电系统及方法。

背景技术

随着新能源利用技术的不断发展，新能源汽车在世界范围内尤其是中国迎来了大发展。在技术和政策的双重支持下，我国新能源汽车尤其是纯电动汽车每年以近30 万辆的增速持续增长。大量纯电动汽车的出现意味着我国对充电桩及充换电站的需求 越来越大，目前国内充电设施与新能源汽车保有量的比例维持在1:4左右，与标准化 的1:1相差甚远。

目前市场上充换电站主要通过充电桩作为主要电流转换装置，其结构相对简单，主要由输入、输出和控制三个部分组成，按照充电方式可分为直流充电桩、交流充电 桩和交直流一体充电桩三种。这三种充电设备都需要依赖于电网提供即时的电力，这 在对电网带来很大的用电压力的同时，也会因电网“限电”“停电”等问题影响其稳定运 行。同时，充换电站在运行过程中其内部换流器尤其是变压装置在运行过程中会产生 大量的热量，废热的产生在造成能源浪费的同时也在很大程度上影响着充电桩的工作 效率和使用寿命，外界环境温度的变化也对系统的稳定运行带来了很大困难。另外， 由于充换电站依托于固定的电力网络，其使用范围局限于某一固定区域，针对一些电 网未能达到的区域诸如边疆、荒岛等，充换电站也都得不到稳定便捷的使用。

随着电网调峰需求及太阳能、风能等具有间歇性、不稳定性的可再生能源技术的发展，储能技术也逐渐应用于充换电系统中。储能技术能够对传统闲时电网的储能能 够很好的起到调峰的作用，同时对可再生能源的储能能够保证电力持续均匀的输出。 当前电池储能技术中，充放电系统一般应用铅酸蓄电池、镍氢电池、锂离子电池等， 这类技术在运行过程中往往产生大量的废热造成电力浪费的同时严重影响其工作效 率，同时其运行过程中荷电状态的变化、停电断电等突发情况和电池寿命的衰减都不 能够得到及时有效的补充解决，这也严重影响了储电充电系统的发展和大规模应用。

近几年，我国先后出台了《节能与新能源汽车产业发展规划(2012-2020)》《关 于加快新能源汽车推广应用的指导意见》《电动汽车动力蓄电池回收利用技术政策 (2015年版)》《新能源汽车废旧动力蓄电池综合利用行业规范条件》《新能源汽 车废旧动力蓄电池综合利用行业规范公告管理暂行办法》等多项政策文件，要求加强 动力锂电池梯级利用和回收管理、研究制定动力锂电池回收利用政策、建立健全废旧 动力锂电池循环利用体系、加强行业管理与回收监管等，但由于利用过程中废热多、 效率低、寿命短等问题，动力锂电池等电池回收利用问题尚未真正有效落实。

液流电池技术是一种新型储能技术，其通过溶解在循环的电解液中活性物质电子的得失(价态变化)进行“电能-化学能-电能”的转化，进而实现电能的储存与释放。 相对于其他储能技术，液流电池具有输出功率与容量相互独立、系统设计灵活、响应 速度快、自放电速率低、充放电过程相互独立及使用寿命长等优点，在储能领域得到 了越来越多的应用。但是，液流电池循环过程中能量效率相对较低，温度的适当升高 能够有效提升电池的工作效率，升温过程带来的额外功耗也影响着液流电池的工作成 本。