模块化可串并联双Buck级联电池充电机主电路拓扑制造技术

本发明专利技术公开了一种模块化可串并联双Buck级联电池充电机主电路拓扑，该主电路拓扑由两级Buck斩波电路级联而成；电路中由全桥整流模块D1和滤波电容C1构成AC/DC工频整流模块，其输入为220V交流电，输出电压为310V直流；第一级Buck降压斩波变换器由开关管S1、二极管D2、储能电感L1以及滤波电容C2构成，其输入为310V直流电压，输出为经初级降压的直流电压；第二级Buck降压斩波变换器由开关管S2、二极管D3、储能电感L2以及滤波电容C3构成。本发明专利技术适用于不同容量规模电池组，可串并联使用，使得该充电机输出电压精准度更高，输出电流驱动能力更大，且对整体产品组合器件性能要求更低。

【技术实现步骤摘要】
模块化可串并联双Buck级联电池充电机主电路拓扑
本专利技术涉及电池储能
，具体涉及一种模块化可串并联双Buck级联电池充电机主电路拓扑。
技术介绍
伴随2017年10月我国发展与改革委员会发布关于促进储能技术与产业发展的指导意见发布，我国电池储能技术的应用即将进入一个全新的发展时代。储能电池的广泛应用使其对充电设备的要求不断提升，可适用于不同容量规模储能电池组的充电机将迎来新的挑战。由于不同型号、不同规模电池组的充电需求不同，所以对于充电机的性能要求也有较大差异。储能电池使用不当，必将大大缩减其使用寿命。影响其寿命长短的因素有很多，其中一个重要因素便是充放电使用不当。电池的充电过程是否合理对电池本身的影响是最大的，因此采用合理的充电方式，可以大大延长电池的使用寿命。目前较为常见的传统线性电源充电器以及可控硅充电器的充电效率低、输出纹波大、体积笨重，很难满足不同规模类型储能电池大功率、高效率充电需求。现有全桥高频逆变后经变压器变压为多通道降压输出的充电电路，此类电路适用于高电压大功率能量传递，输出输入之间带隔离，但其体积较大，不适用于低电压小容量电池或小型仪器供用电场合。而使用拓扑结构为DC/DC降压斩波通过Flyback变换器隔离升降压变换滤波输出的充电电路，使用了前后级的隔离，输出电压电流的纹波小、输出电压等级固定、传输功率较低，适用于对功率要求较低的小电流低电压供电情况或者较为精密仪器部件供用电场合。两者在大小功率场合无法达到兼顾，即使有一些产品达到兼顾的效果，但不免存在大材小用或小才强用的境况。
技术实现思路
为解决上述问题，本专利技术提供了模块化可串并联双Buck级联电池充电机主电路拓扑，输出电压精准度更高，输出电流驱动能力更大，其可串并联使用的功能拓展了其推广应用性。为实现上述目的，本专利技术采取的技术方案为：模块化可串并联双Buck级联电池充电机主电路拓扑，该主电路拓扑由两级Buck斩波电路级联而成；电路中由全桥整流模块D1和滤波电容C1构成AC/DC工频整流模块，其输入为220V交流电，输出电压为310V直流；第一级Buck降压斩波变换器由开关管S1、二极管D2、储能电感L1以及滤波电容C2构成，其输入为310V直流电压，输出为经初级降压的直流电压；第二级Buck降压斩波变换器由开关管S2、二极管D3、储能电感L2以及滤波电容C3构成。其中，该该主电路拓扑的初级Buck电路输出电压u2如下式所示：式中，α1为初级开关管S1栅极驱动PWM占空比，t1on和t1off分别为开关管S1开通与关断时间；次级Buck电路输出电压u3如下式所示：式中，α2为次级开关管S2栅极驱动PWM占空比，t2on和t2off分别为开关管S2开通与关断时间；由以上可得输出电压u3与u0的关系如下式所示：由式(3)可得通过调节α1和α2的大小即可调节输出电压大小。其中，并联使用的双级变换器输出电压电流关系如下式所示：串联使用的双级变换器输出电压电流关系如下式所示：本专利技术可适用于不同容量规模电池组、可串并联使用，使得该充电机输出电压精准度更高，输出电流驱动能力更大，且对整体产品组合器件性能要求更低，使设备造价相对下降。附图说明图1为本专利技术实施例模块化可串并联双Buck级联电池充电机主电路拓扑图图2为本专利技术实施例中所使用的等效电路图3本专利技术实施例电路拓扑串联使用等效电路图4为本专利技术实施例中单级Buck斩波电路输出电压波形图5为本专利技术实施例的电路输出电压波形。具体实施方式为了使本专利技术的目的及优点更加清楚明白，以下结合实施例对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。本专利技术实施例提供了一种模块化可串并联双Buck级联电池充电机主电路拓扑，由两级Buck斩波电路级联而成；该专利技术原理结构主电路图如图1所示。电路中由全桥整流模块D1和滤波电容C1构成AC/DC工频整流模块，其输入为220V交流电，输出电压为310V直流；第一级Buck降压斩波变换器由开关管S1、二极管D2、储能电感L1以及滤波电容C2构成，其输入为310V直流电压，输出为经初级降压的直流电压；第二级Buck降压斩波变换器由开关管S2、二极管D3、储能电感L2以及滤波电容C3构成。初级Buck电路输出电压u2如下式所示：式中，α1为初级开关管S1栅极驱动PWM占空比，t1on和t1off分别为开关管S1开通与关断时间。次级Buck电路输出电压u3如下式所示：式中，α2为次级开关管S2栅极驱动PWM占空比，t2on和t2off分别为开关管S2开通与关断时间。由以上可得输出电压u3与u0的关系如下式所示：由式(3)可得通过调节α1和α2的大小即可调节输出电压大小。该专利技术提出的模块化可串并联双Buck级联电池充电机主电路拓扑另一大特点便是该充电机可以串并联使用。模块化双Buck级联充电机并联使用等效电路如图2所示。模块化双Buck级联电路拓扑并联使用对于负载所接受的电压大小不变，其目的是为增加输出电流大小，从而增强电路的驱动能力，使变换器实现对负载的大电流供电。并联使用的双级变换器输出电压电流关系如下式所示：模块化双Buck级联充电机串联使用等效电路如图3所示。模块化双Buck级联电路拓扑串联使用对于输出电流大小并无太大干预，其目的是为加强输出电压精度及输出电压稳定性，使电路具有更高的环境适应性。串联使用的双级变换器输出电压电流关系如下式所示：当要求输入电压为220V交流(310V直流)，输出电压为2.35V(单节电池均充电压)直流时，单级Buck斩波电路输出电压波形如图4所示。上图可以得出，输出电压纹波Δu≈1.7V，输出电压纹波率大小如下式所示：本专利技术设计电路输出电压波形如图5所示，输出电压纹波Δu≈0.018V，输出电压纹波率r＝0.0076由以上电压纹波及输出电压纹波率大小可得本专利技术设计电路输出精度更高，稳定性更好。本设计中输出电压由开关管S1和S2的驱动占空比α1和α2共同决定，占空比α1和α2与单级驱动占空比α0的关系如下式所示：α1×α2＝α0(7)由于0＜α1＜1且0＜α2＜1，那么α0＜α1且α0＜α2。当输入电压ui与输出电压uo差值较大时，若仅使用单极Buck斩波拓扑来实现降压功能，其输出电压uo稳定性及精度将大大降低，而且对输入端电压的稳定性也有较高的要求。而对于双级拓扑，其输出电压经过两级电压变换，其输出电压的精度及电压稳定性增强，使输入端电压对输出端的干扰性降低，其综合性能指标大大提高。本具体实施设计的双Buck级联拓扑电路对供电电源稳定性要求低，充电机输出电压纹波率小，输出精度高，对电池冲击小，间接增加了储能电池的使用寿命；双级开关驱动PWM占空比相对加大，对设计器件性能要求底，硬件上更易实现，制造成本相对降低；该拓扑可串并联使用，适用于大电流或高精度电压输出场合。以上所述仅是本专利技术的优选实施方式，应当指出，对于本
的普通技术人员来说，在不脱离本专利技术原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本专利技术的保护范围。本文档来自技高网...

【技术保护点】
模块化可串并联双Buck级联电池充电机主电路拓扑，其特征在于，该主电路拓扑由两级Buck斩波电路级联而成；电路中由全桥整流模块D1和滤波电容C1构成AC/DC工频整流模块，其输入为220V交流电，输出电压为310V直流；第一级Buck降压斩波变换器由开关管S1、二极管D2、储能电感L1以及滤波电容C2构成，其输入为310V直流电压，输出为经初级降压的直流电压；第二级Buck降压斩波变换器由开关管S2、二极管D3、储能电感L2以及滤波电容C3构成。

【技术特征摘要】
1.模块化可串并联双Buck级联电池充电机主电路拓扑，其特征在于，该主电路拓扑由两级Buck斩波电路级联而成；电路中由全桥整流模块D1和滤波电容C1构成AC/DC工频整流模块，其输入为220V交流电，输出电压为310V直流；第一级Buck降压斩波变换器由开关管S1、二极管D2、储能电感L1以及滤波电容C2构成，其输入为310V直流电压，输出为经初级降压的直流电压；第二级Buck降压斩波变换器由开关管S2、二极管D3、储能电感L2以及滤波电容C3构成。2.如权利要求1所述的模块化可串并联双Buck级联电池充电机主电路拓扑，其特征在于，初级Buck电路输出电压u2如下式所示：式中，α1为初级开关管S1栅极驱动PWM占空比，t1on和t1off分别为开关管S1开通与关断时间；次级Buck电路输出电压u3如下式所示：

【专利技术属性】
技术研发人员：严干贵，李洪波，段双明，刘彦宇，朱微，
申请(专利权)人：东北电力大学，
类型：发明
国别省市：吉林,22