可用于储能装置的高电压增益的双向DC/DC变换器制造方法及图纸

可用于储能装置的高电压增益的双向DC/DC变换器，由一个传统boost变换器和一个传统的buck/boost变换器集合而成；其中传统boost变换器是由电感L1、功率开关Q3、Q4和电容CH构成，传统的buck/boost变换器由电感L2、功率开关Q1、Q2以及电容C1构成；首先将两者的低压侧并联，其次将buck/boost变换器的高压侧电容C1与功率开关Q3串联后再与boost变换器的高压侧并联，利用电容C1存储或释放电感中的能量，将两者构成了一个可用于储能装置的高电压增益的双向DC/DC变换器；该变换器能安全高效的将储能装置中的电能和直流微网中能量进行传输，并能适用不同电压等级储能装置。

High Voltage Gain Bidirectional DC/DC Converters for Energy Storage Devices

【技术实现步骤摘要】
可用于储能装置的高电压增益的双向DC/DC变换器
本专利技术属于电力电子功率变换
，尤其涉及可用于储能装置的高电压增益的双向DC/DC变换器，属于储能装置与直流母线功率双向交换的应用场合。
技术介绍
在当前环境、能源问题日渐严峻的情况下，新能源已成为当今社会的热门话题，为了更好的把风能、太阳能、潮汐能等能源更有效的利用，通常的做法是把这些能量存储于储能装置中。然后通过适配的DC/DC变换电路将储能装置中的电能释放于直流微网中，为了保证直流微网的稳定性，使储能装置的应用更加灵活，有必要将直流微网的电能送到储能装置中。目前DC/DC变换电路种类繁多，主要分为隔离式和非隔离式，隔离型拓扑结构复杂，控制困难、成本高昂，效率较低，但是它使得双向DC/DC系统更加安全、可靠。非隔离型拓扑虽然有诸如纹波大、开关管应力大等缺点，但具有结构简单、驱动简单、能量转换效率高、器件少、成本低的优点，并可以通过优化控制方式进一步提高效率。而且，不同储能装置的电压往往不同，相对于直流母线电压往往比较低，因此一种高电压增益的双向非隔离DC/DC拓扑具备应用开发的条件和投入市场的前景。
技术实现思路
为解决现有技术存在的技术难题，本专利技术可用于储能装置的高电压增益的双向DC/DC变换器，能安全高效的将储能装置中的电能和直流微网中能量进行传输，并能适用不同电压等级储能装置。可用于储能装置的高电压增益的双向DC/DC变换器，由一个传统boost变换器和一个传统的buck/boost变换器集合而成；其中传统boost变换器是由电感L1、功率开关Q3、Q4和电容CH构成，传统的buck/boost变换器由电感L2、功率开关Q1、Q2以及电容C1构成；首先将两者的低压侧并联，其次将buck/boost变换器的高压侧电容C1与功率开关Q3串联后再与boost变换器的高压侧并联，利用电容C1存储或释放电感中的能量，将两者构成了一个可用于储能装置的高电压增益的双向DC/DC变换器；该变换器所需功率器件少，既可以实现电压高增益，开关管数量又相对较少，且由于开关管成对关合，也利于控制，具体方案如下：所述双向DC/DC直流变换器的低压侧与储能装置相连，高压侧与直流母线相连；所述双向DC/DC直流变换器的增益M在升压和降压模式下分别为：其中，Dboost和Dbuck为升压模式和降压模式下功率开关的占空比，VH为高压侧电压，VL为低压侧电压；功率器件的电压应力为：其中，VQ1、VQ2、VQ3、VQ4分别为功率开关管的电压应力，VC1为电容的电压；可以发现，功率开关VQ1、VQ2关断时承受的电压应力均小于高压侧电压，功率开关VQ3、VQ4关断时承受的电压应力均大于高压侧电压，且电容电压也小于高压侧电压。可用于储能装置的高电压增益的双向DC/DC变换器，升压模式下通过在电感L1上建立较高的充放电电压，提高高压侧的电压。此外，该变换器所用器件少，功率开关成对关合易于控制，并且降低了一半功率开关和电容上的电压应力。因此，该变换器适用于储能装置和直流电压母线能量双向流动的场合。附图说明图1是传统boost变换器；图2是传统buck/boost变换器；图3是高电压增益的双向DC/DC变换器拓扑；图4是升压模式下Q1、Q3导通状态下等效回路图；图5是升压模式下Q1、Q3关断状态下等效回路图；图6是升压模式下拓扑稳定运行时的重要工作波形；图7是降压模式下Q2、Q4导通状态下等效回路图；图8是降压模式下Q2、Q4关断状态下等效回路图；图9是降压模式下拓扑稳定运行时的重要工作波形。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本专利技术实施方式作进一步地详细描述。实施例1：一、拓扑结构如图3所示高电压增益的双向DC/DC变换器，该DC/DC变换器低压侧与储能装置相连，高压侧与直流母线相连；变换器主体部分由一个传统boost变换器和一个传统的buck/boost变换器集合而成。其中传统boost变换器如图1所示，电感L1、功率开关Q3、Q4和电容CH构成。传统的buck/boost变换器如图2所示，由电感L2、功率开关Q1、Q2以及电容C1构成。首先将两者的低压侧并联，其次将buck/boost变换器的高压侧电容C1与功率开关Q3串联后再与boost变换器的高压侧并联，利用电容C1存储或释放电感中的能量，将两者构成了一个可用于储能装置的高电压增益的双向DC/DC变换器。二、宽电压增益本专利技术分升压模式和降压模式，升压模式即储能装置为直流母线提供能量，能量流动从低压侧到高压侧；降压模式即直流母线为储能装置传递能量，能量流动从高压侧到低压侧。以下分两种模式进行阐述。同时分析基于以下假设：忽略所有二极管的正向导通压降和开关管的导通内阻，及其他器件的寄生参数，且拓扑中的电容的容值和电感的感值足够大（即电路达到稳态时，电容两端的电压和电感流过的电流近似为恒定）。升压模式该模式下，Q1、Q3作为主开关管，Q2、Q4作为从开关管（电流通过其反并联的二极管，不通过功率开关管本身），此外，功率开关Q1和Q3的门信号S1和S3是相同的，其占空比为Dboost。拓扑等效回路图和拓扑工作的主要波形如图4、图5和图6所示。当S1S3=11时，功率开关管Q1、Q3导通，Q2、Q4反并联二极管反向截止，电感L1、L2储存能量,电容C释放能量。在S1S3=11的状态有三个电压闭合回路：VL-L1-Q3-C-VL、VL-Q1-L2-VL和CH-VH-CH。当S1S2=00时，功率开关管Q1、Q3关断，Q2、Q4反并联二极管正向导通，电容C储存能量，电感L1、L2释放能量。在S1S3=00的状态有三个电压闭合回路：VL-L1-Q4-CH-VL、VL-L1-Q4-VH-VL和L2-C-L2。当S1S3=11时：当S1S3=00时：根据伏秒平衡，电感在一个开关周期内储存和释放电量是相等的，对电感L1、L2列写方程：简化公式（3）得在升压模式下电压增益Mboost为降压模式该模式下，Q2、Q4作为主开关管，Q1、Q3作为从开关管（电流通过其反并联的二极管，不通过功率开关管本身），此外，功率开关Q2和Q4的门信号S2和S4是相同的，其占空比为Dbuck。拓扑等效回路图和拓扑工作的主要波形如图7、图8和图9所示。当S2S4=11时，功率开关管Q2、Q4导通，Q1、Q3反并联二极管反向截止，电感L1、L2储存能量,电容C释放能量。在S2S4=11的状态有三个电压闭合回路：VH-Q4-L1-VL-VH、VH-Q4-L1-CL-VH和L2-C-L2。当S2S4=00时，功率开关管Q2、Q4关断，Q1、Q3反并联二极管正向导通，电容C储存能量，电感L1、L2释放能量。在S2S4=00的状态有三个电压闭合回路：C-Q3-L1-VL-C、L2-VL-L2和L2-CL-L2。当S2S4=11时：当S2S4=00时：根据伏秒平衡，电感在一个开关周期内储存和释放电量是相等的，分别对电感L1、L2列写方程：简化公式(8)得在升压模式下电压增益Mbuckt为三、低电压应力升压模式根据拓扑等效回路图图4图5可得升压模式下拓扑中功率开关管和电容的电压应力为：降压模式根据拓扑等效回路图图7图8可得降压模式下拓扑中功率开关管和电容的电压本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.可用于储能装置的高电压增益的双向DC/DC变换器，其特征在于：由一个传统boost变换器和一个传统的buck/boost变换器集合而成；其中传统boost变换器是由电感

【技术特征摘要】
1.可用于储能装置的高电压增益的双向DC/DC变换器，其特征在于：由一个传统boost变换器和一个传统的buck/boost变换器集合而成；其中传统boost变换器是由电感L1、功率开关Q3、Q4和电容CH构成，传统的buck/boost变换器由电感L2、功率开关Q1、Q2以及电容C1构成；首先将两者的低压侧并联，其次将buck/boost变换器的高压侧电容C1与功率开关Q3串联后再与boost变换器的高压侧并联，利用电容C1存储或释放电感中的能量，将两者构成了一个可用于储能装置的高电压增益的双向DC/DC变换器；该变换器所需功率器件少，既可以实现电压高增益，开关...

【专利技术属性】
技术研发人员：王萍，杨瑞福，毕华坤，王智爽，谢思宇，
申请(专利权)人：天津大学青岛海洋技术研究院，
类型：发明
国别省市：山东,37