液流電池充、放電系統(tǒng)的運行參數(shù)采集電路的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種液流電池充、放電系統(tǒng)的運行參數(shù)采集電路，包括單片機U1、溫度傳感器U6、壓力傳感器U7、流量傳感器U8和通訊接口電路U3，單片機U1連接通訊接口電路U3，還包括信號隔離電路U13、信號隔離電路U14和差分電路U12，所述溫度傳感器U6封裝在液流電池管路U2內(nèi)，分別與信號隔離電路U13、信號隔離電路U14連接，所述信號隔離電路U13、信號隔離電路U14分別連接單片機U1，所述壓力傳感器U7封裝在液流電池管路U2內(nèi)，連接差分電路U12，所述差分電路U12連接單片機U1，流量傳感器U8安裝在液流電池管路U2內(nèi)。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型具有可靠性強、成本低等優(yōu)點。
【專利說明】液流電池充、放電系統(tǒng)的運行參數(shù)采集電路

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種采集電路，尤其是涉及一種液流電池充、放電系統(tǒng)的運行參數(shù)采集電路。

【背景技術(shù)】
[0002]利用風能、太陽能等可再生能源發(fā)電是人類將來利用新能源發(fā)電的最主要的方式。由于風能、太陽能發(fā)電過程受自然因素如天氣等影響，具有隨機性、不連續(xù)特點，難于保持穩(wěn)定的電能輸出，需要和一定規(guī)模的電能儲存裝置相配合，構(gòu)成完整的供電系統(tǒng)，保證持續(xù)穩(wěn)定的電能供應。因此，開發(fā)電能轉(zhuǎn)化效率高、儲存容量大、經(jīng)濟性能好的儲能系統(tǒng)成為利用新能源發(fā)電的技術(shù)關(guān)鍵。在與各種形式的儲能技術(shù)，例如蓄水儲能電站、高速飛輪機械儲能、超導儲能等相比較，電化學儲能具有能量轉(zhuǎn)化效率高，可移動性強等特點，在各類儲能技術(shù)中有獨特的優(yōu)勢。在各種電化學儲能技術(shù)中，液流電池系統(tǒng)具有大容量電能儲存與高效轉(zhuǎn)化功能，以及使用壽命長、環(huán)保、安全的特點，易于和風能、太陽能發(fā)電相匹配，可以大幅度降低設備造價，為新能源發(fā)電提供技術(shù)保證。用于電網(wǎng)系統(tǒng)儲能，適合于中等規(guī)模廠礦企業(yè)、賓館飯店、政府部門的不間斷電源使用，能夠有效改善電網(wǎng)供電質(zhì)量，完成電網(wǎng)的“移峰填谷”作用。
[0003]全I凡液流電池(Vanadium Redox Battery,VRB)是一種新型化學電源,通過不同價態(tài)的釩離子相互轉(zhuǎn)化實現(xiàn)電能的儲存與釋放，使用同種釩元素組成電池系統(tǒng)，從原理上避免了正負半電池間不同種類活性物質(zhì)相互滲透產(chǎn)生的交叉污染。液流電池系統(tǒng)的原理圖如圖3所示，使用溶解在電解液中不同價態(tài)釩離子作為電池正極和負極活性物質(zhì)，正極電解液和負極電解液分開儲存，從原理上避免電池儲存過程自放電現(xiàn)象，適合于大規(guī)模儲能過程應用，正極電解液儲槽B和負極電解液儲槽A通過磁力泵D為液流電池堆E提供電解液，為電源負載C供電。當風能、太陽能發(fā)電裝置的功率超過額定輸出功率時，通過對液流電池的充電，將電能轉(zhuǎn)化為化學能儲存在不同價態(tài)的離子對中；當發(fā)電裝置不能滿足額定輸出功率時，液流電池開始放電，把儲存的化學能轉(zhuǎn)化為電能，保證穩(wěn)定電功率輸出。由于液流電池對于風能、太陽能等可再生能源發(fā)電過程的重要意義，作為關(guān)鍵技術(shù)在國內(nèi)外得到普遍關(guān)注O
[0004]全釩液流電池充電/放電運行過程，電極上將發(fā)生以下氧化還原反應。
[0005]正極反應:
[0006]
V02++2H++e2=> V02++H20 E0=L00￥
[0007]負極反應:
[0008]
V2+<=> V3++e E0=-0,26Y
[0009]由于正極電解液和負極電解液分別處于氧化性價態(tài)和還原性價態(tài)，無論是在電堆內(nèi)部的充電/放電運行過程，還是電解液輸送過程，需要保持正極電解液和負極電解液不發(fā)生混合，否則不同價態(tài)的釩離子間彼此交換電子產(chǎn)生自放電現(xiàn)象，嚴重影響電池效率。
[0010]在液流電池充、放電系統(tǒng)中，由于液流電池充、放系統(tǒng)的運行性能穩(wěn)定性與溫度，壓力，流量控制有關(guān)，液流電池的溫度，壓力，流量運行參數(shù)的采集是一個非常重要的環(huán)節(jié)，現(xiàn)有液流電池的溫度采集用熱電阻或熱敏電阻溫度傳感器，采集信號是一個隨著溫度變化的電阻值，通過變送器后信號變成4?20mA的電流或O到5V的電壓信號，再傳給CPU處理。這種方式電路硬件成本高，信號傳遞過程中容易受外圍強電設備的干擾，影響測量數(shù)據(jù)不穩(wěn)定?，F(xiàn)有的壓力，流量采集輸出的是模擬信號，信號直接給CPU，當有外部強電設備干擾時，就會對CPU產(chǎn)生干擾，嚴重的會導致CPU死機。
實用新型內(nèi)容
[0011]本實用新型的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種成本低、可靠性強的液流電池充、放電系統(tǒng)的運行參數(shù)采集電路。
[0012]本實用新型的目的可以通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn):
[0013]一種液流電池充、放電系統(tǒng)的運行參數(shù)采集電路，包括單片機U1、溫度傳感器U6、壓力傳感器U7、流量傳感器U8和通訊接口電路U3，所述的單片機Ul連接通訊接口電路U3，還包括信號隔離電路U13、信號隔離電路U14和差分電路U12，所述的溫度傳感器U6封裝在液流電池管路U2內(nèi)，分別與信號隔離電路U13、信號隔離電路U14連接，所述的信號隔離電路U13、信號隔離電路U14分別連接單片機U1，所述的壓力傳感器U7封裝在液流電池管路U2內(nèi)，連接差分電路U12，所述的差分電路U12連接單片機Ul，所述的流量傳感器U8安裝在液流電池管路U2內(nèi)，連接差分電路U12。
[0014]所述的單片機Ul采用飛力浦LPC2194。
[0015]所述的溫度傳感器U6采用DS18B20。
[0016]所述的壓力傳感器U7采用FQV47FMT00001B4A0000。
[0017]所述的流量傳感器U8采用LWGY-32。
[0018]所述的信號隔離電路U13、信號隔離電路U14采用光耦隔離器。
[0019]所述的溫度傳感器U6與信號隔離電路U13、信號隔離電路U14的連接線采用屏蔽電纜線。
[0020]所述的壓力傳感器U7、流量傳感器U8與差分電路U12的連接線采用屏蔽電纜線。[0021 ] 所述的通訊接口電路U3采用CAN總線通訊接口電路。
[0022]該采集電路還包括CAN轉(zhuǎn)485通訊接口 U11、變頻器U9和電機U10，所述的CAN轉(zhuǎn)485通訊接口分別連接通訊接口電路U3和變頻器U9，所述的變頻器U9連接電機U10，所述的電機UlO安裝在液流電池管路U2上。
[0023]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型具有以下優(yōu)點:
[0024]I)本實用新型采用半導體溫度傳感器，單片機與溫度傳感器之間采用數(shù)字通訊連接，并用光偶將信號完全隔離，現(xiàn)場溫度直接以數(shù)字方式傳輸，提高了系統(tǒng)的抗干擾性，測量可靠性高。半導體溫度傳感器內(nèi)部有溫度補償電路，無須額外的溫度補償電路，簡化了測溫電路，降低了硬件電路成本。單片機根據(jù)半導體溫度傳感器提供的接口協(xié)議連接，直接讀取溫度傳感器的溫度數(shù)值，溫度測量精度由廠家生產(chǎn)保證，無須現(xiàn)場校正。
[0025]2)本實用新型將壓力傳感器和流量傳感器與單片機之間的連接用差分電路隔開，保證了單片機的可靠性。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0026]圖1為本實用新型液流電池充、放電系統(tǒng)的運行參數(shù)采集電路方框圖；
[0027]圖2為本實用新型實例中一種液流電池充、放電系統(tǒng)的運行參數(shù)采集電路圖；
[0028]圖3為液流電池系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。

【具體實施方式】
[0029]下面結(jié)合附圖和具體實施例對本實用新型進行詳細說明。本實施例以本實用新型技術(shù)方案為前提進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本實用新型的保護范圍不限于下述的實施例。
[0030]如圖1、圖2所述，以一個5KW液流電池系統(tǒng)中的溫度、壓力、流量的采集為實施例，液流電池由電池堆U4、液流電池管路U2和電解液U5，電池堆U4與電解液U5之間通過液流電池管路U2構(gòu)成循環(huán)回路，液流電池充、放電系統(tǒng)的運行參數(shù)采集電路包括單片機U1、溫度傳感器U6、壓力傳感器U7、流量傳感器U8和通訊接口電路U3，單片機Ul連接通訊接口電路U3，還包括信號隔離電路U13、信號隔離電路U14和差分電路U12，單片機Ul采用的單片機芯片是飛利浦LPC2194，半導體溫度傳感器采用DS18B20產(chǎn)品，溫度測量范圍可以滿足目前液流電池工作溫度范圍-5?50°C的要求，壓力傳感器U7采用FQV47FMT00001B4A0000，流量傳感器U8采用LWGY-32，信號隔離電路U13、信號隔離電路U14采用光耦隔離器，通訊接口電路U3采用CAN總線通訊接口電路。
[0031]溫度傳感器U6封裝在液流電池管路U2內(nèi)，電源輸入端連接5V電壓，接地端分別連接信號隔離電路U13的GND端、信號隔離電路U14的端，信號輸出端分別連接信號隔離電路U13的“ + ”端、信號隔離電路U14的In端、電阻R6 —端，電阻R6另一端連接5V電壓；信號隔離電路U13的VCC端連接3.3V電壓，GND端連接單片機的GND端In端分別連接單片機的開關(guān)量輸入接口 102、電阻R7 —端，電阻R7的另一端連接3.3V電壓；信號隔離電路U14的VCC端連接5V電壓，端連接單片機的GND端，“ + ”端分別連接單片機的開關(guān)量輸入接口 101、電阻R5的一端；電阻R5的另一端連接3.3V電壓；
[0032]壓力傳感器U7封裝在液流電池管路U2內(nèi)，電源輸入端連接24V電壓，信號輸出端分別連接差分電路U12的“Ini+”端、電容C2 —端、電阻R2 —端，電容C2的另一端、電阻R2的另一端均連接大地；
[0033]流量傳感器U8安裝在液流電池管路U2內(nèi)，電源輸入端連接24V電壓，信號輸出端分別連接差分電路U12的“In2+”端、電容C3 —端、電阻R3 —端，電容C3的另一端、電阻R3的另一端均連接大地；差分電路U12的“In1-”端、“In2_”端均連接大地，GND端連接單片機的GND端，“Vol+”端連接單片機的模擬量輸入接口 AINl，“Vo2+”端連接單片機的模擬量輸入接口 AIN2 ；
[0034]其中，溫度傳感器U6與信號隔離電路U13、信號隔離電路U14的連接線采用屏蔽電纜線；壓力傳感器U7、流量傳感器U8與差分電路U12的連接線采用屏蔽電纜線；
[0035]還包括CAN轉(zhuǎn)485通訊接口 Ul 1、變頻器U9和電機UlO，CAN轉(zhuǎn)485通訊接口連接通訊接口電路U3，其GND端連接變頻器U9的GND端，其“485R+”端連接變頻器U9的“485R+”端，其“485R-”端連接變頻器U9的“485R-”端，變頻器U9輸入端連接220VAC，其控制信號的輸出U、V、W端分別連接電機U10，電機UlO安裝在液流電池管路U2上。
[0036]溫度傳感器U6為半導體溫度傳感器，安裝在液流電池管路U2中，當電解液U5流過液流電池管路U2時，電解液U5的溫度被溫度傳感器U6所測量，溫度信號經(jīng)信號隔離電路U13、信號隔離電路U14發(fā)送給單片機U1，且單片機Ul軟件嚴格按DS18B20的時序要求讀取溫度傳感器U6數(shù)值；壓力傳感器U7為模擬量壓力傳感器，安裝在液流電池管路U2中，當電解液U5流過管路時，電解液的壓力被壓力傳感器U7所感知，壓力信號經(jīng)差分電路U12發(fā)送給單片機Ul ;流量傳感器U8為模擬量流量傳感器，安裝在液流電池管路U2中，當電解液U5流過流量傳感器U8時，電解液U5的流量被流量傳感器U8采集，流量信號經(jīng)差分電路U12發(fā)送給單片機U1，實現(xiàn)液流電池溫度、壓力、流量的采集功能，單片機Ul基于采集到的溫度、壓力、流量值向通訊接口電路U3輸出CAN總線信號，通訊接口電路U3輸出CAN總線信號經(jīng)CAN轉(zhuǎn)485通訊接口 Ull進行轉(zhuǎn)換后，輸入變頻器U9，變頻器U9控制電機UlO轉(zhuǎn)速，電機UlO驅(qū)動電解液U5在循環(huán)回路中的流動，實現(xiàn)電池的排水、排熱，保證液流電池正常工作。
【權(quán)利要求】
1.一種液流電池充、放電系統(tǒng)的運行參數(shù)采集電路，包括單片機U1、溫度傳感器U6、壓力傳感器U7、流量傳感器U8和通訊接口電路U3，所述的單片機Ul連接通訊接口電路U3，其特征在于，還包括信號隔離電路U13、信號隔離電路U14和差分電路U12，所述的溫度傳感器U6封裝在液流電池管路U2內(nèi)，分別與信號隔離電路U13、信號隔離電路U14連接，所述的信號隔離電路U13、信號隔離電路U14分別連接單片機U1，所述的壓力傳感器U7封裝在液流電池管路U2內(nèi)，連接差分電路U12，所述的差分電路U12連接單片機Ul，所述的流量傳感器U8安裝在液流電池管路U2內(nèi)，連接差分電路U12。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種液流電池充、放電系統(tǒng)的運行參數(shù)采集電路，其特征在于，所述的單片機Ul采用飛力浦LPC2194。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種液流電池充、放電系統(tǒng)的運行參數(shù)采集電路，其特征在于，所述的溫度傳感器U6采用DS18B20。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種液流電池充、放電系統(tǒng)的運行參數(shù)采集電路，其特征在于，所述的壓力傳感器U7采用FQV47FMT00001B4A0000。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種液流電池充、放電系統(tǒng)的運行參數(shù)采集電路，其特征在于，所述的流量傳感器U8采用LWGY-32。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種液流電池充、放電系統(tǒng)的運行參數(shù)采集電路，其特征在于，所述的信號隔離電路U13、信號隔離電路U14采用光耦隔離器。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種液流電池充、放電系統(tǒng)的運行參數(shù)采集電路，其特征在于，所述的溫度傳感器U6與信號隔離電路U13、信號隔離電路U14的連接線采用屏蔽電纜線。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種液流電池充、放電系統(tǒng)的運行參數(shù)采集電路，其特征在于，所述的壓力傳感器U7、流量傳感器U8與差分電路U12的連接線采用屏蔽電纜線。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種液流電池充、放電系統(tǒng)的運行參數(shù)采集電路，其特征在于，所述的通訊接口電路U3采用CAN總線通訊接口電路。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種液流電池充、放電系統(tǒng)的運行參數(shù)采集電路，其特征在于，還包括CAN轉(zhuǎn)485通訊接口 Ul1、變頻器U9和電機UlO，所述的CAN轉(zhuǎn)485通訊接口分別連接通訊接口電路U3和變頻器U9，所述的變頻器U9連接電機U10，所述的電機UlO安裝在液流電池管路U2上。
【文檔編號】H01M8/04GK204007711SQ201420430742
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2014年7月31日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月31日
【發(fā)明者】劉舒, 高旭峰, 雷珽, 王立明, 時珊珊, 譚明生, 袁加妍, 方陳, 柳勁松, 張宇 申請人:國網(wǎng)上海市電力公司, 華東電力試驗研究院有限公司, 上海神力科技有限公司