CN107465229A - 一种电池充放电*** - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电池充放电***，包括交流电网、被充电池和储能电池、AC‑DC转换电路和至少一个DC‑DC转换电路；DC‑DC转换电路的第一端接AC‑DC转换电路的直流端，交流电网接AC‑DC转换电路的交流端，被充电池接DC‑DC转换电路的第二端；储能电池接在AC‑DC转换电路的直流端。本发明的电池充放电***引入储能环节，转换次数少，提升了转换效率和***的稳定性。

Description

一种电池充放电***
[技术领域]
本发明涉及电力电子技术，尤其涉及一种电池充放电***。
[背景技术]
太阳能光伏电池、风能发电等可再生能源的广泛应用，有效缓解了能源危机，减少了二氧化碳排放，延缓了温室效应，保护了环境；另一方面电动汽车的推广应用，减少了石化能源的消耗。这样引出另一个问题：如何更有效的利用新能源为电动汽车充电。目前光伏的应用多采用逆变器直接并入电网，风能的应用多采用风能变流器并入电网，而电动汽车则由电网经过整流模块充电。
如图1所示，光伏、风能等能源给电动汽车充电经历了四次DC-DC或AC-DC转换，每一次转换都带来效率损失。为了降低转换次数，需要将新能源直接为电动汽车充电。
如图2所示，该***光伏、风能等新能源给电动汽车充电经历了两次DC-DC或AC-DC转换，降低了两次转换次数，提高了转换效率，但光伏、风能等新能源具有固有的多变随意性特性，需要确保电动汽车在固有的时间段充电，极大的影响到电动汽车应用的灵活性、便利性；该***充电功率不能保障，也极大影响到电动汽车电池的寿命。
为了解决图2所示***的两个弊端，图3所示的电池化成***引入了DC-AC转换双向转换***，在光伏、风能功率不稳定的时候，由电网进行补充调剂，这其实是上述两个***的折中，在多数情况下，新能源为电动汽车充电依然是经历了四次转换，转换效率不高。
新能源固有的多变随意性特性，影响到电网可靠性，导致电网存在不稳定隐患。为了电网更好的吸纳可再生能源，越来越的微网、智能电网推进建设，推动了电池产业的发展；电动汽车的不断普及，同样推进了电池产业的发展；智能移动电子设备的发展同样推进电池产业的发展。在电池制成中，需要对电池进行充放电化成过程，过去普遍的做法有是由电网对电池充电，电池放电则通过老化负载消耗，电能消耗严重，如图3所示。
舅图4所示，采用能源回馈***替代老化负载，需经过DC-DC-AC两次转换***，同样存在效率低的问题。
[发明内容]
本发明要解决的技术问题是提供一种转换效率高、***稳定性好的电池充放电***。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是，一种电池充放电***，包括交流电网、被充电池和储能电池、AC-DC转换电路和至少一个DC-DC转换电路；DC-DC转换电路的第一端接AC-DC转换电路的直流端，交流电网接AC-DC转换电路的交流端，被充电池接DC-DC转换电路的第二端；储能电池接在AC-DC转换电路的直流端。
以上所述的电池充放电***，包括再生能源供电电路，所述的AC-DC转换电路为双向AC-DC转换电路；再生能源供电电路的输出端接双向AC-DC转换电路的直流端。
以上所述的电池充放电***，再生能源供电电路包括光伏电源和DC-DC转换电路。
以上所述的电池充放电***，再生能源供电电路包括风能电源和AC-DC转换电路。
以上所述的电池充放电***，再生能源供电电路的DC-DC转换电路是Boost电路，所述的AC-DC转换电路是整流、逆变双向电路，所述的DC-DC转换电路是Buck-Boost电路，所述的被充电池是电动汽车电池；当光伏电源的电压达到Boost电路的启动值时，Boost电路通过Buck-Boost电路向电动汽车电池充电；当电动汽车电池充满或移除时，Boost电路向储能电池充电；当储能电池能量饱和时，Boost电路通过整流、逆变双向电路将能量传输到交流电网；当光伏电源的能量不足时，储能电池通过Buck-Boost电路向电动汽车电池充电，如果储能电池能量不足，则启动整流、逆变双向电路利用电网的能量向储能电池和/或电动汽车电池充电。
以上所述的电池充放电***，所述的DC-DC转换电路是Buck-Boost双向电路，电动汽车电池通过Buck-Boost双向电路向储能电池传输电能。
以上所述的电池充放电***，所述的被充电池包括复数组化成电池，所述的AC-DC转换电路是双向AC-DC转换电路，所述的DC-DC转换电路是双向DC-DC转换电路；DC-DC转换电路的数量与化成电池组的数量相同，化成电池组接在对应的DC-DC转换电路的第二端。
以上所述的电池充放电***，所述的双向DC-DC转换电路是Buck/Boost电路，化成电池组充电时，Buck/Boost电路实现Buck功能，储能电池向化成电池组充电，储能电池释放能量；化成电池组放电时，Buck/Boost电路实现Boost功能，化成电池组向储能电池的放电，为储能电池储存能量。
以上所述的电池充放电***，当化成电池组充电导致储能电池电量不足时，交流电网经AC-DC转换电路和Buck/Boost电路为化成电池组充电；当化成电池组放电电量导致储能电池饱和时，通过储能电池经过DC-AC转换回馈电网。
本发明的电池充放电***引入储能环节，转换次数少，提升了转换效率和***的稳定性。
[附图说明]
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1是现有技术新能源并网及电动汽车充电***的原理框图。
图2是现有技术新能源直接充电电动汽车***的原理框图。
图3是现有技术一种电池化成***的原理框图。
图4是现有技术另一种电池化成***的原理框图。
图5是本发明实施例1具有储能环节的充电***的原理框图。
图6是本发明实施例2具有储能环节的能源回馈***的原理框图。
图7是本发明实施例3具有储能环节的光伏充电***的原理图。
图8是本发明实施例4具有储能环节的能量回馈***的原理图。
[具体实施方式]
本发明实施例1具有储能环节的充电***，如图5所示，具有储能环节。光伏电池通过DC-DC，风能发电机通过AC-DC转换为储能设备进行充电，如果储能充电完成，多余的新能源电量则经储能设备再通过DC-AC转换并入电网。电动汽车电池充电则由储能设备经过DC-DC转换完成。整个充电过程，光伏、风能新能源到电动汽车电池只需经过2次转换，保障了转换效率；储能设备相当于能量蓄水池，光伏、风能等新能源具有的固有的多变随意性特性不会影响到电动汽车充电功率，也无需要求电动汽车在特定的时间段进行充电。在光伏、风能等新能源累计能源不足的情况下，该***也可由电网经储能设备为电动汽车充电，多方位保障了电动汽车正常应用。
本发明实施例2具有储能环节的能源回馈***的原理如图6所示，通过储能设备构建直流母线，化成的电池充放电直接和直流母线进行转换，多数情况无需与电网进行能量转换，不仅回收了电量，而且减少了回馈转换次数，提升了回收比例，增加收益。当化成电池充电电量导致储能设备过亏时，则可以通过电网经储能设备为化成电池充电；当化成电池放电电量导致储能设备饱和时，则可以通过储能设备经过DC-AC转换回馈到电网；保障了***应用灵活性，最大可能回馈电量，增强***收益。
本发明实施例3具有储能环节的光伏充电***如图7所示，以光伏电池、单相电网和电动汽车作为范例进行说明。电感L1、开关管Q1、二极管D1组成Boost电路实现光伏MPPT最大功率追踪；电容C1是母线滤波电容；开关管Q2、开关管Q3、开关管Q4、开关管Q5、电感L2和电感L3组成整流、逆变双向电路，实现储能电池BAT与电网Grid之间的能量双向转换；电池BAT0、电池BAT2和电池BAT3组成储能电池BAT；开关管Q7、开关管Q6、电感L4、开关管Q8、开关管Q9、电容C3组成Buck-Boost双向电路，实现升降压电压调整充电，同时也可实现电动汽车电池能量向储能电池BAT传输电能，起到后备电源的作用。当光伏PV电压达到Boost电路启动值时，Boost电路开始动作向储能电池BAT充电，储能电池BAT积蓄光伏PV的能量。当接有电动汽车，则通过Buck-Boost电路进行充电，当没有电动汽车时，则Buck-Boost电路停止工作，光伏PV能量完全存储在储能电池BAT里面。当储能电池BAT能量饱和时，若光伏PV还有多余的能量，则启动整流、逆变双向电路逆变功能，将能量传输到电网并网，确保光伏PV能量完全利用。当储能电池BAT的能量不足于电动汽车充电能量时，则启动整流、逆变双向电路整流功能，将利用电网、储能电池BAT同时为电动汽车充电，保障电动汽车应用的灵活性。该应用例光伏向电动汽车充电只经过了Boost、Buck-Boost两次转换，保障了转换效率；利用储能电池BAT优先利用、电网二级补充，保障了电动汽车应用灵活性及充电功率稳定性。
本发明实施例4具有储能环节的能量回馈***的原理如图8所示，选用单相电网、多组化成电池作为范例进行说明。电感L6、电感L7、开关管Q11、开关管Q12、开关管Q13和开关管Q14组成整流电路，实现电网向储能电池BAT补充能量；其中，电容C2是母线滤波电容；电池BAT3、电池BAT4和电池BAT5组成储能电池BAT，构建直流母线***；开关管Q01、开关管Q开关管Q01、电感L01、电容C01组成一组Buck/Boost电路，实现化成电池1的向储能电池BAT的充放电功能；开关管Q02、开关管Q开关管Q02、电感L02、电容C02组成第二组Buck/Boost电路，实现化成电池2的向储能电池BAT的充放电功能；以此类推，开关管Q0X、开关管Q开关管Q0X、电感L0X、电容C0X组成第X组Buck/Boost电路，实现化成电池X的向储能电池BAT的充放电功能。当储能电池BAT能量不足时，则启动整流电路，由电网向储能电池BAT补充能量，补充到一定值后，则停止整流电路工作。一个***内的多组化成电池按照控制时序进行充放电过程，以化成电池1为例进行说明。当化成电池1处于充电过程，则Buck/Boost电路的Buck功能，实现储能电池BAT向化成电池1的充电，储能电池BAT释放能量；当化成电池1处于放电过程，则Buck/Boost电路的Boost功能，实现化成电池1向储能电池BAT的放电，为储能电池BAT储存能量。不同组的化成电池是按照控制时序进行充放电，通过计算调配，可以得到以充电功率与放电功率实时最小为目标的控制时序，达到不同化成电池的能量转换，提升转换效率，降低***处理功率的大小，提高***可靠性。
本发明以上实施例引入储能环节，在新能源为电动汽车充电搭建桥梁，减少了转换环节，提升转换效率；解决了功率不稳定的问题，提升了电动汽车电池寿命；同时解除新能源导致电网不稳定隐患，提升电网可靠性。在电池化成过程中，通过储能环节，搭建公共母线，减少能源回馈转换次数，提升转换效率；减短能源回馈转换路径，提升***稳定性。
本发明以上实施例减少了转换环节，提升转换效率；解决了功率不稳定的问题，提升了电动汽车电池寿命；同时解除新能源导致电网不稳定隐患，提升电网可靠性。在电池化成过程中，通过储能环节，搭建公共直流母线，减少能源回馈转换次数，提升转换效率；减短能源回馈转换路径，提升***稳定性。
本发明以上实施例所标示的AC-DC、DC-DC转换电路不限于单向转换电路，也涵盖双向转换电路，其中双向转换电路不限于集成双向转换电路，也涵盖由两个及以上单向转换电路组合构成的双向转换电路；不限于非隔离转换电路，也涵盖隔离转换电路；不限于一级转换电路，也涵盖多级转换电路。本发明应用例仅以单相电网为示例，但不限于单相，也涵盖两相、三相电网。

Claims (9)

1.一种电池充放电***，包括交流电网和被充电池，其特征在于，包括储能电池、AC-DC转换电路和至少一个DC-DC转换电路；DC-DC转换电路的第一端接AC-DC转换电路的直流端，交流电网接AC-DC转换电路的交流端，被充电池接DC-DC转换电路的第二端；储能电池接在AC-DC转换电路的直流端。
2.根据权利要求1所述的电池充放电***，其特征在于，包括再生能源供电电路，所述的AC-DC转换电路为双向AC-DC转换电路；再生能源供电电路的输出端接双向AC-DC转换电路的直流端。
3.根据权利要求2所述的电池充放电***，其特征在于，再生能源供电电路包括光伏电源和DC-DC转换电路。
4.根据权利要求2所述的电池充放电***，其特征在于，再生能源供电电路包括风能电源和AC-DC转换电路。
5.根据权利要求3所述的电池充放电***，其特征在于，再生能源供电电路的DC-DC转换电路是Boost电路，所述的AC-DC转换电路是整流、逆变双向电路，所述的DC-DC转换电路是Buck-Boost电路，所述的被充电池是电动汽车电池；当光伏电源的电压达到Boost电路的启动值时，Boost电路通过Buck-Boost电路向电动汽车电池充电；当电动汽车电池充满或移除时，Boost电路向储能电池充电；当储能电池能量饱和时，Boost电路通过整流、逆变双向电路将能量传输到交流电网；当光伏电源的能量不足时，储能电池通过Buck-Boost电路向电动汽车电池充电，如果储能电池能量不足，则启动整流、逆变双向电路利用电网的能量向储能电池和/或电动汽车电池充电。
6.根据权利要求5所述的电池充放电***，其特征在于，所述的DC-DC转换电路是Buck-Boost双向电路，电动汽车电池通过Buck-Boost双向电路向储能电池传输电能。
7.根据权利要求1所述的电池充放电***，其特征在于，所述的被充电池包括复数组化成电池，所述的AC-DC转换电路是双向AC-DC转换电路，所述的DC-DC转换电路是双向DC-DC转换电路；DC-DC转换电路的数量与化成电池组的数量相同，化成电池组接在对应的DC-DC转换电路的第二端。
8.根据权利要求7所述的电池充放电***，其特征在于，所述的双向DC-DC转换电路是Buck/Boost电路，化成电池组充电时，Buck/Boost电路实现Buck功能，储能电池向化成电池组充电，储能电池释放能量；化成电池组放电时，Buck/Boost电路实现Boost功能，化成电池组向储能电池的放电，为储能电池储存能量。
9.根据权利要求8所述的电池充放电***，其特征在于，当化成电池组充电导致储能电池电量不足时，交流电网经AC-DC转换电路和Buck/Boost电路为化成电池组充电；当化成电池组放电电量导致储能电池饱和时，通过储能电池经过DC-AC转换回馈电网。
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