CN209016935U - 基于锂电池储能***的双向全桥dc/dc变换器拓扑 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种基于锂电池储能***的双向全桥DC/DC变换器拓扑，包括第一EMI滤波模块、双向全桥DC/DC变换器、第二EMI滤波模块、电压检测模块、电流检测模块和主控制模块，所述双向全桥DC/DC变换器包括第一整流模块、变压器和第二整流模块，本实用新型基于锂电储能***的双向全桥DC/DC变换器中锂电池模组的作用是在功率双向流动过程中完成充放电，以实现电能的存储和释放；双向全桥DC/DC变换器主要实现储能单元端口电压的宽范围的精确调节；双向全桥DC/DC变换器实现整个功率变换器在双向全桥DC/DC变换器的电压调节下能够工作在效率最优状态，同时中央处理单元还将通过实时检测的电压电流信号实现对双向全桥DC/DC变换器进行实时控制。

Description

基于锂电池储能***的双向全桥DC/DC变换器拓扑

技术领域

本实用新型属于储能技术和电力电子技术领域，尤其涉及一种基于锂电池储能***的双向全桥DC/DC变换器拓扑。

背景技术

锂电池储能***(Lithium battery energy storage system)作为一种实现能量快速储存、释放及功率双向流动的储能***，相对于其他储能***，具有较为突出的优点：储能效率高、功率密度高、响应速度快、循环使用寿命长。该储能***广泛应用于现代工业、国防军工、航空航天等领域，对平滑、缓冲不稳定的电能需求，改善电能质量，实现能量储存具有十分重要的作用。

锂电池储能***在能量存储、释放过程中锂电池储能单元的端电压变化范围较宽，为了满足负载需求和提高锂电池储存能量的利用率，锂电池储能单元通常配置功率变换器。锂电池储能***在工作过程中存在能量存储和释放两个过程，因此***配置的功率变换器需采用能够实现功率双向流动的双向全桥DC/DC变换器。双向全桥DC/DC变换器主要实现锂电池充放电控制、功率调节和控制等功能，以功率双向流动的形式来满足负载需求和提高储能利用率。

双向全桥DC/DC变换器是锂电池储能***中功率转换的核心部分。双向全桥DC/DC变换器拓扑结构的不同将直接影响锂电池储能***能量转换效率，功率变换器合理的拓扑结构和良好的电路性能，有利于储能***提高储能转换效率，减小***体积、重量，降低***成本，从而更好地实现能源的高效综合利用，能源结构的优化和能源安全供应的保障。

实用新型内容

本实用新型针对现有技术中的缺点，提供了一种基于锂电池储能***的双向全桥DC/DC变换器拓扑。

为了解决上述技术问题，本实用新型通过下述技术方案得以解决：

一种基于锂电池储能***的双向全桥DC/DC变换器拓扑，包括第一EMI滤波模块、双向全桥DC/DC变换器、第二EMI滤波模块、电压检测模块、电流检测模块和主控制模块，所述双向全桥DC/DC变换器包括第一整流模块、变压器和第二整流模块；

所述第一EMI滤波模块的输入端连接储能变流器的输出端，所述第一EMI滤波模块的输出端连接第一整流模块的输入端，所述第一整流模块的输出端连接变压器的一端，所述变压器的另一端连接第二整流模块的输入端，所述第二整流模块的输出端连接第二EMI滤波模块的输入端，所述第二EMI滤波模块的输出端连接电流检测模块，所述第二EMI滤波模块连接外接电流检测板，所述外接电流检测板连接BAT侧直流母线端口；

所述第一整流模块、变压器和第二整流模块分别连接电压检测模块，所述第一整流模块、变压器、第二整流模块和外接电流检测板分别连接电流检测模块，所述电压检测模块和所述电流检测模块分别连接主控制模块，所述主控制模块分别连接第一整流模块、变压器和第二整流模块，所述电流检测模块将检测到的电流信号反馈至所述主控制模块中，所述电压检测模块将检测到的电压信号反馈至所述主控制模块中。

作为一种可实施方式，所述主控制模块连接功率变换器，所述主控制模块控制双向DC/DC中开关管的PWM。

作为一种可实施方式，所述第二EMI滤波模块为BAT侧EMI电路。

作为一种可实施方式，所述主控制模块为中央处理单元。

本实用新型由于采用了以上技术方案，具有显著的技术效果：

本实用新型基于锂电储能***的双向全桥DC/DC变换器中锂电池模组的作用是在功率双向流动过程中完成充放电，以实现电能的存储和释放；双向全桥DC/DC变换器主要实现储能单元端口电压的宽范围的精确调节；双向全桥DC/DC变换器实现整个功率变换器在双向全桥DC/DC变换器的电压调节下能够工作在效率最优状态。同时中央处理单元还将通过实时检测的电压电流信号实现对双向全桥DC/DC变换器进行实时控制。

本实用新型的特点是：在锂电池储能***中借鉴开关电源技术的最新成果以及双向全桥DC/DC变换器现在的拓扑结构，来满足输出电压的精确调节以及锂电模组充放电后端电压宽范围变化的要求，同时追求***的高效率和高功率密度。这种方案实施的优点在于：该变换器的隔离级选择了双向全桥全桥DC/DC变换器。该***功率变换器在全负载范围内实现软开关，大大降低电路开关损耗，提高变换器的工作效率和功率密度，并且变换器拓扑结构简单，便于控制实施。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型所述的基于锂电池模组储能***的双向全桥DC/DC变换器拓扑结构图；

图2为本实用新型所述的双向全桥DC/DC变换器正向充电时电路拓扑结构图；

图3为本实用新型所述的双向全桥DC/DC变换器反向放电时电路拓扑结构图。

附图中的标号说明：1、高压直流母线端口；2、第一EMI滤波模块；3、第一整流模块；4、变压器；5、第二整流模块；6、第二EMI滤波模块；7、外接电流采样板；8、BAT侧直流母线端口、9、电压检测模块；10、电流检测模块；11、主控制模块。

具体实施方式

下面结合实施例对本实用新型做进一步的详细说明，以下实施例是对本实用新型的解释而本实用新型并不局限于以下实施例。

示例性结构：一种基于锂电池储能***的双向全桥DC/DC变换器拓扑，包括第一EMI滤波模块2、双向全桥DC/DC变换器、第二EMI滤波模块6、电压检测模块9、电流检测模块10和主控制模块11，所述双向全桥DC/DC变换器包括第一整流模块3、变压器4和第二整流模块5；所述第一EMI滤波模块2的输入端连接高压直流母线端口1，所述第一EMI滤波模块2的输出端连接第一整流模块3的输入端，所述第一整流模块3的输出端连接变压器4的一端，所述变压器4的另一端连接第二整流模块5的输入端，所述第二整流模块5的输出端连接第二EMI滤波模块6的输入端，所述第二EMI滤波模块6的输出端连接电流检测模块10，所述第二EMI滤波模块6连接外接电流采样板7再连接BAT侧直流母线端口8；所述第一整流模块3、变压器4和第二整流模块5分别连接电压检测模块9，所述第一整流模块3、变压器4和第二整流模块5分别连接电流检测模块10，外接电流采样板7连接所述电流检测模块9，所述电压检测模块9和所述电流检测模块10分别连接主控制模块11，所述主控制模块11分别连接第一整流模块3、变压器4和第二整流模块5，所述电流检测模块10将检测到的电流信号反馈至所述主控制模块11中，所述电压检测模块9将检测到的电压信号反馈至所述主控制模块11中。

所述主控制模块11连接功率变换器，所述主控制模块11控制功率变化器中开关管的PWM。所述第二EMI滤波模块6为BAT侧EMI电路，所述的主控制模块11为中央处理单元。

实施例1：

如图1所示，本实用新型的硬件电路具体实施方式如下：

本实用新型的一种基于锂电池储能***的双向全桥DC/DC变换器拓扑，较佳实施方案包括第一EMI滤波模块2、双向全桥DC/DC变换器、第二EMI滤波模块6、BAT侧直流母线端口8、电压检测模块9、电流检测模块10和主控制模块11，所述双向全桥DC/DC变换器包括第一整流模块3、变压器4和第二整流模块5；其中，HV PCS的输出端口HVDC与双向全桥DC/DC变换器输入端第一EMI滤波模块2相连，第一EMI滤波模块2的输出端连接第一整流模块3的输入端，第一整流模块3的输出端连接变压器4的输入端，变压器4的输出端连接第二整流模块5的输入端，第二整流模块5的输出端连接BAT侧EMI板，BAT侧EMI板右侧连接电流检测模块10，直流母线电压端口外接锂电池储能单元；对双向全桥DC/DC变换器和由第一整流模块3、变压器4和第二整流模块5组成的双向全桥DC/DC变换器分别进行电压检测、电流检测，获得的电压信号、电流信号反馈送至中央处理单元，提供的信号均用于实时控制。具体来说，电压检测、电流检测分别连接双向全桥DC/DC变换器，对电压、电流进行实时监测，并反馈至中央处理单元，实现对控制双向全桥DC/DC变换器中的各个功率开关管的PWM控制。

实例二：

如图2所示，本实用新型在功率正向流动条件下的具体实施方式如下：

本实用新型的较佳实施方式中，实用新型的双向全桥DC/DC变换器中锂电池储能单元中作用是锂电池放电，为双向全桥DC/DC变换器提供功率为12.8KW，电压变化范围为57～73V的不稳定直流电源，之后，直流电压源流入开关网络/整流网络，由变压器4匝比决定升降构成的压比例，经过双向全桥DC/DC变换器电压调节后，获得功率为12.8KW，范围为(700～800V)的直流电源流出，为直流母线电压端口提供恒定直流电压；

结合图1、图2对具体实施方式进行说明：

如图1所示，锂电池储能单元放电，提供功率额定的不稳定直流电压源V1输入到双向全桥DC/DC变换器图中，双向全桥DC/DC变换器工作再通过开关整流网络以及变压器4升压，得到功率额定的稳定输出电压源V2；最后电压源V2经由直流母线电压端口外接应用***；双向全桥DC/DC变换器的具体功率流向分别如图2所示。双向全桥DC/DC变换器在电压调节过程中完成电源的电压转换。电压、电流检测的作用是双向全桥DC/DC变换器中各个模块的电压、电流进行实时检测，为中央处理单元提供实时信号；通过中央处理单元产生PWM波来控制双向全桥DC/DC变换器中的各个功率开关管，以达到调节双向全桥DC/DC变换器功率的目的。

实施例3：

如图3所示，本实用新型在功率反向流动条件下的具体实施方式如下：

本实用新型的较佳实施方式中，本实用新型的高压直流母线端口从外接获得功率为12.8KW，电压为750～850V的直流电压源，流入由第一整流模块3、变压器4和第二整流模块5构成的双向全桥DC/DC变换器，经过电压调节后获得功率为12.8KW，此电压为锂电池储能单元中的锂电池充电电压的直流电压源，之后该电压源对锂电池储能单元中锂电池充电，直到锂电池储能单元端电压达到额定值73V为止，充电完成。

结合图1、图3对具体实施方式进行说明：

如图1所示，高压直流母线端口接入直流电压源，经双向全桥DC/DC变换器后实现电压调节，获得额定功率的直流稳压源Vdc，最后通过BAT侧直流母线端口接入锂电池储能单元，给锂电池储能单元中的锂电池充电，直到锂电池储能单元的电压达到额定值为止，则充电完成，双向全桥DC/DC变换器的具体功率流向分别如图3所示。双向全桥DC/DC变换器在电压调节过程中完成电源的电压的转换。此时整个双向全桥DC/DC变换器在具体实施的过程中电压、电流的控制和上述实例二中电压、电流的控制工作原理相同。

此外，需要说明的是，本说明书中所描述的具体实施例，其零、部件的形状、所取名称等可以不同。凡依本实用新型专利构思所述的构造、特征及原理所做的等效或简单变化，均包括于本实用新型专利的保护范围内。本实用新型所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离本实用新型的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本实用新型的保护范围。

Claims (4)

1.一种基于锂电池储能***的双向全桥DC/DC变换器拓扑，其特征在于，包括第一EMI滤波模块、双向全桥DC/DC变换器、第二EMI滤波模块、电压检测模块、电流检测模块和主控制模块，所述双向全桥DC/DC变换器包括第一整流模块、变压器和第二整流模块；

所述第一EMI滤波模块的输入端连接储能变流器的输出端，所述第一EMI滤波模块的输出端连接第一整流模块的输入端，所述第一整流模块的输出端连接变压器的一端，所述变压器的另一端连接第二整流模块的输入端，所述第二整流模块的输出端连接第二EMI滤波模块的输入端，所述第二EMI滤波模块的输出端连接电流检测模块，所述第二EMI滤波模块连接外接电流检测板，所述外接电流检测板连接BAT侧直流母线端口；

所述第一整流模块、变压器和第二整流模块分别连接电压检测模块，所述第一整流模块、变压器、第二整流模块和外接电流检测板分别连接电流检测模块，所述电压检测模块和所述电流检测模块分别连接主控制模块，所述主控制模块分别连接第一整流模块、变压器和第二整流模块，所述电流检测模块将检测到的电流信号反馈至所述主控制模块中，所述电压检测模块将检测到的电压信号反馈至所述主控制模块中。

2.根据权利要求1所述的基于锂电池储能***的双向全桥DC/DC变换器拓扑，其特征在于，所述主控制模块连接功率变换器，所述主控制模块控制双向全桥DC/DC变换器中各个功率开关管的PWM。

3.根据权利要求1所述的基于锂电池储能***的双向全桥DC/DC变换器拓扑，其特征在于，所述第二EMI滤波模块为BAT侧EMI电路。

4.根据权利要求1所述的基于锂电池储能***的双向全桥DC/DC变换器拓扑，其特征在于，所述主控制模块为中央处理单元。