一种分布式自冷却储电充电桩及其充电方法技术

一种分布式自冷却储电充电桩及其电充方法，包括液流电池堆、换流器及流经换流器的液流电池电解液循环管路等结构，通过液流电池中电解液的循环过程流经换流器内部在无需额外做功的情况下对换流器进行有效冷却，而换流器运行中产生的废热能够对电解液预热提高电池运行效率，在无需额外做功的前提下实现换流器及液流电池的协同互补运行。同时充电装置整体可以在通过电网在夜间或闲时充电起到电网调峰的作用，降低充电成本；还可以通过太阳能、风能等具有间歇性、波动性问题的可再生能源直接充电，降低可再生能源并网的难度；同时还能够直接更换充电后的电解液完成快速充电的过程，充电方式更加多元自由。

A distributed self cooling power storage charging pile and its charging method

A distributed self-cooling charging pile and its charging method consist of a liquid-flow battery stack, a converter and a liquid-flow battery electrolyte circulating pipeline flowing through the converter. The converter is effectively cooled and converted by the electrolyte circulating process in the liquid-flow battery flowing through the converter without additional work. The waste heat generated during the operation of the converter can preheat the electrolyte to improve the operation efficiency of the battery, and realize the coordinated and complementary operation of the converter and the liquid flow battery without additional work. At the same time, the charging device as a whole can play the role of peak shaving and reduce the charging cost by charging the grid at night or idle time; it can also directly charge the renewable energy with intermittent and volatile problems, such as solar energy and wind energy, to reduce the difficulty of connecting the renewable energy to the grid; at the same time, it can also directly replace the charged energy. The electrolyte completes the fast charging process, and the charging mode is more diversified and free.

【技术实现步骤摘要】
一种分布式自冷却储电充电桩及其充电方法
本专利技术涉及一种充电装置及充电方法，具体涉及一种分布式自冷却储电充电桩及其充电方法。
技术介绍
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。根据规划，预计到2020年，集中式充换电站将增长到1.2万座，分布式充电桩数量将增长100倍达到450万个。2015年9月23日，相关会议部署加快电动汽车充电基础设施和城市停车场的建设，研究通过了《加快电动汽车充电基础设施建设的指导意见》。该指导性文件提出了充电设施要“适度超前”的指导要求，充电桩等配套设施和产业链迎来了大的发展机遇。目前市场上充电桩主要作为电力转换装置出现，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。这三种充电桩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，充电桩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。另外，由于充电桩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，充电桩也都得不到稳定便捷的使用。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，实验证明温度的适当提升能够提升电池的工作效率，同时充电桩的散热技术一直影响着充电装置的高效稳定长久的运行。因此，一种更加节能环保高效稳定的充电装置亟待出现。
技术实现思路
针对上述现有技术存在的问题，本专利技术的目的在于提供一种运行过程自冷却、充放电过程相独立、高效节能、持续稳定、环境友好的分布式自冷却储电充电桩及充电方法，其通过液流电池中电解液的循环过程流经换流器内部对换流器进行有效冷却，而换流器运行中产生的废热能够对电解液预热提高电池运行效率。装置整体可以在通过电网在夜间或闲时充电起到电网调峰的作用，降低充电成本；还可以通过太阳能、风能等具有间歇性、波动性问题的可再生能源直接充电，降低可再生能源并网的难度；同时还能够直接更换充电后的电解液完成快速充电的过程。为达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案予以实现：一种分布式自冷却储电充电桩，包括充电装置本体以及设置在充电装置本体上的正极储液罐、负极储液罐、正极储液罐电解液进口、负极储液罐电解液进口、液流电池堆、正极电解液循环泵、负极电解液循环泵、液流电池控制单元、正极电解液循环管路、负极电解液循环管路、换流器、市电输入单元、新能源发电输入单元、交流供电输出单元、直流供电输出单元、壳体；其中壳体包覆在充电装置外部，正极电解液进口位于正极储液罐外侧，正极储液罐通过正极电解液循环管路经过换流器与液流电池堆相连，正极电解液循环泵与正极电解液循环管路相连，负极电解液进口位于负极储液罐外侧，负极储液罐通过负极电解液循环管路经过换流器与液流电池堆相连，负极电解液循环泵与负极电解液循环管路相连，液流电池堆、液流电池控制单元、换流器、市电输入单元、新能源发电输入单元、交流供电输出单元、直流供电输出单元通过电路相连；在充电装置本体上安装有液流电池堆，其包括集流板、正极、交换膜、负极，其中集流板位于正极和负极两侧，正极和负极通过交换膜相连；在充电装置本体上安装有换流器，包括逻辑电路模块、驱动电路模块、高压滤波器模块、转换电路模块、整流电路模块、低压滤波器模块、变压器模块、印刷电路板，其中逻辑电路模块、驱动电路模块、高压滤波器模块、转换电路模块、整流电路模块、低压滤波器模块、变压器模块通过印刷电路板相连；在换流器上安装有印刷电路板，包括电路板正极电解液流道、电路板负极电解液流道、电路板正极电解液进口、电路板正极电解液出口、电路板负极电解液进口、电路板负极电解液出口，其中电路板正极电解液进口和电路板正极电解液出口通过电路板正极电解液流道相连，电路板负极电解液进口和电路板负极电解液出口通过电路板负极电解液流道相连。所述的电解液包括具有氧化还原特性的电解液，具体来说应包括含有氧化还原电对V4+/V5+、V2+/V3+、Cr2+/Cr3+、Fe2+/Fe3+、Mn2+/Mn3+的无机电解液、基于咯嗪、硝酰自由基或醌类的有机电解液、含有硫化锂、钛酸锂、锂镍锰氧化物或高分子聚合物的纳米流体电解液。所述的正极储液罐为具有较高散热面积的压力容器，其制备材料应为金属材料或碳材料的导热材料。所述的负极储液罐应为具有较高散热面积的压力容器，其制备材料应为金属材料或碳材料的导热材料。所述的液流电池堆包括集流板、正极、交换膜、负极等结构，其中所述的集流板应为金属材料或碳材料的导电材料，所述的正极应为具有多孔结构的金属材料或碳材料的导电材料，所述的交换膜包括阳离子交换膜、阴离子交换膜或中性交换膜，所述的负极应为具有多孔结构的金属材料或碳材料的导电材料。所述的正极电解液循环泵应为离心泵或蠕动泵，具有循环功能的液体输送装置。所述的负极电解液循环泵应为离心泵或蠕动泵，具有循环功能的液体输送装置。所述的换流器应为换流器、逆变器、直流-直流变换器，具有电流转换功能的装置。所述的印刷电路板外侧应具有允许电解液流通的槽道，所述的印刷电路板为单面板、双面板或多层板，具有电子元器件电气连接功能的电路板。本专利技术的分布式自冷却储电充电桩的充电方法，包括以下步骤：步骤S100：电堆充电预热和换流器冷却：电堆充电包括三种方式：通过电网直接充电、通过太阳能、风能等可再生能源直接充电、直接更换充电后的电解液；直接更换充电后的电解液这种方式可以将充电后的电解液通过正极储液罐电解液进口和负极储液罐电解液进口分别进入正极储液罐和负极储液罐中完成充电过程；通过电网直接充电和通过可再生能源直接充电都需要外部电力分别通过市电输入单元和新能源发电输入单元进入液流电池堆进行充电，正极储液罐内的正极电解液通过正极电解液循环管路在循环泵的作用下流入换流器内部结构，进一步正极电解液通过电路板正极电解液进口进入电路板正极电解液流道与换流器进行换热，降低换流器温度升高正极电解液温度，进一步吸收热量后的正极电解液在电路板正极电解液出口流出经过正极电解液循环管路流入液流电池堆正极失去电子进行氧化反应；同时负极储液罐内的负极电解液通过负极电解液循环管路在循环泵的作用下流入换流器内部结构，进一步负极电解液通过电路板负极电解液进口进入电路板负极电解液流道与换流器进行换热，降低换流器温度升高负极电解液温度，进一步吸收热量后的负极电解液在电路板负极电解液出口流出经过负极电解液循本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种分布式自冷却储电充电桩，其特征在于，包括充电装置本体以及设置在充电装置本体上的正极储液罐（1）、负极储液罐（2）、正极储液罐电解液进口（3）、负极储液罐电解液进口（4）、液流电池堆（5）、正极电解液循环泵（6）、负极电解液循环泵（7）、液流电池控制单元（8）、正极电解液循环管路（9）、负极电解液循环管路（10）、换流器（11）、市电输入单元（12）、新能源发电输入单元（13）、交流供电输出单元（14）、直流供电输出单元（15）、壳体（16）；其中壳体（16）包覆在充电装置外部，正极储液罐电解液进口（3）位于正极储液罐（1）外侧，正极储液罐（1）通过正极电解液循环管路（9）经过换流器（11）与液流电池堆（5）相连，正极电解液循环泵（6）与正极电解液循环管路（9）相连，负极储液罐电解液进口（4）位于负极储液罐（2）外侧，负极储液罐（2）通过负极电解液循环管路（10）经过换流器（11）与液流电池堆（5）相连，负极电解液循环泵（7）与负极电解液循环管路（10）相连，液流电池堆（5）、液流电池控制单元（8）、换流器（11）、市电输入单元（12）、新能源发电输入单元（13）、交流供电输出单元（14）、直流供电输出单元（15）通过电路相连。...

【技术特征摘要】
1.一种分布式自冷却储电充电桩，其特征在于，包括充电装置本体以及设置在充电装置本体上的正极储液罐（1）、负极储液罐（2）、正极储液罐电解液进口（3）、负极储液罐电解液进口（4）、液流电池堆（5）、正极电解液循环泵（6）、负极电解液循环泵（7）、液流电池控制单元（8）、正极电解液循环管路（9）、负极电解液循环管路（10）、换流器（11）、市电输入单元（12）、新能源发电输入单元（13）、交流供电输出单元（14）、直流供电输出单元（15）、壳体（16）；其中壳体（16）包覆在充电装置外部，正极储液罐电解液进口（3）位于正极储液罐（1）外侧，正极储液罐（1）通过正极电解液循环管路（9）经过换流器（11）与液流电池堆（5）相连，正极电解液循环泵（6）与正极电解液循环管路（9）相连，负极储液罐电解液进口（4）位于负极储液罐（2）外侧，负极储液罐（2）通过负极电解液循环管路（10）经过换流器（11）与液流电池堆（5）相连，负极电解液循环泵（7）与负极电解液循环管路（10）相连，液流电池堆（5）、液流电池控制单元（8）、换流器（11）、市电输入单元（12）、新能源发电输入单元（13）、交流供电输出单元（14）、直流供电输出单元（15）通过电路相连。2.根据权利要求1所述的一种分布式自冷却储电充电桩，其特征在于，所述的换流器（11）包括逻辑电路模块（21）、驱动电路模块（22）、高压滤波器模块（23）、转换电路模块（24）、整流电路模块（25）、低压滤波器模块（26）、变压器模块（27）、印刷电路板（28），其中逻辑电路模块（21）、驱动电路模块（22）、高压滤波器模块（23）、转换电路模块（24）、整流电路模块（25）、低压滤波器模块（26）、变压器模块（27）通过印刷电路板（28）相连。3.根据权利要求2所述的一种分布式自冷却储电充电桩，其特征在于，所述的印刷电路板（28）包括电路板正极电解液流道（29）、电路板负极电解液流道（30）、电路板正极电解液进口（31）、电路板正极电解液出口（32）、电路板负极电解液进口（33）、电路板负极电解液出口（34），其中电路板正极电解液进口（32）和电路板正极电解液出口（33）通过电路板正极电解液流道（29）相连，电路板负极电解液进口（33）和电路板负极电解液出口（34）通过电路板负极电解液流道（30）相连。4.根据权利要求1所述的一种分布式自冷却储电充电桩，其特征在于，所述的正极储液罐（1）为具有较高散热面积的压力容器，其制备材料应为金属材料或碳材料的导热材料；所述的负极储液罐（2）为具有较高散热面积的压力容器，其制备材料应为金属材料或碳材料的导热材料。5.根据权利要求1所述的一种分布式自冷却储电充电桩，其特征在于，所述的液流电池堆（5）包括集流板（17）、正极（18）、交换膜（19）、负极（20），所述的集流板（17）位于正极（18）和负极（20）两侧，正极（18）和负极（20）通过交换膜（19）相连，其中所述的集流板（17）为金属材料或碳材料的导电材料，所述的正极（18）为具有多孔结构的金属材料或碳材料的导电材料，所述的交换膜（19）包括阳离子交换膜、阴离子交换膜或中性交换膜，所述的负极（20）为具有多孔结构的金属材料或碳材料的导电材料。6.根据权利要求1所述的一种分布式自冷却储电充电桩，其特征在于，所述的正极电解液循环泵（6）为离心泵或蠕动泵，具有循环功能的液体输送装置；所述的负极电解液循环泵（7）为离心泵或蠕动泵，具有循环功能的液体输送装置。7.根据权利要求1所述的一种分布式自冷却储电充电桩，其特征在于，所述的换流器（11）为换流器、逆变器或直流-直流变换器，具有电流转换功能的装置。8.根据权利要求2所述的一种分布式自冷却储电充电桩，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴隆辉，李印实，
申请(专利权)人：江苏汉瓦特电力科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32