一种并联电池模块及方法技术

本发明专利技术公开了一种并联电池模块，包括依次相连的滤波电路、整流电路、PFC功率因数校正电路、第一DC/DC变换器、储能元件和限流元件，将输入的交流电变换为直流输出；PFC功率因数校正电路的输出端通过第二DC/DC变换器连接蓄电池，在交流电源正常时给蓄电池充电；蓄电池通过第三DC/DC变换器，将蓄电池输入的直流电源升压变换为110V或220V直流电压，与第一DC/DC变换器的输出端并联，经储能元件和限流元件，输出到模块输出端。正常工作时作为第一DC/DC变换器的热备份，过负载时，可提供电流输出，与第一DC/DC变换器共同带负载。本发明专利技术有效的提高了并联电池模块过负载能力。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种并联电池模块及方法。
技术介绍
蓄电池作为变电站/电厂直流电源系统的核心部分，其可靠性直接决定了直流电源系统供电的可靠性。传统直流电源系统是由多节蓄电池串联起来组成蓄电池组来使用的。蓄电池串联使用，有如下缺点：1)单体蓄电池故障影响整组输出。蓄电池内部化学反应或离子迁移难以人为精确控制，串联数量越多，单体故障发生几率越大。2)蓄电池电参数须保持一致。不同品牌、不同类型、甚至同一厂家不同批次的蓄电池不能混合使用，蓄电池利用效率降低。3)蓄电池组扩容困难，一般需要更换整组蓄电池。4)蓄电池组只能整组冗余配置、冗余配置成本高。5)蓄电池组无法实现在线全容量核容、在线检修、更换。目前，通常利用并联电池模块解决上述问题，如图2所示，但是，现有的并联电池模块当交流输入失电时，电池通过第一直流变换电路和第二直流变换电路两级直流变换给负载供电，每一级直流变换都会损失一部分效率，整体效率较低；过负载能力较差；在负载短路时，直流变换电路提供的短路电流较小，不能可靠保证故障回路的断路器可靠断开，引起故障范围扩大。同时，现有的并联电池模块只针对单节12V铅酸蓄电池，适应范围窄。一般没有配置蓄电池监测单元，无法对蓄电池的温度、单节电池电压、单节电池内阻等参数进行监测。对并联电池模块的保护、监测、控制功能提及较少，功能不够完善且直流变换电路效率较低。
技术实现思路
本专利技术为了解决上述问题，提出了一种并联电池模块及方法，该专利技术电源输入端与直流输出端之间只有1级电源变换，提高了整体转换效率。正常工作时第一DC/DC变换器和第三DC/DC变换器同时连接负载，显著的提高了过负载能力。为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种并联电池模块，包括依次相连的滤波电路、整流电路、PFC功率因数校正电路、第一DC/DC变换器、储能元件和限流元件，将输入的交流电变换为直流输出；所述PFC功率因数校正电路的输出端通过第二DC/DC变换器连接蓄电池，在交流电源正常时给蓄电池充电；所述蓄电池通过第三DC/DC变换器，将蓄电池输入的直流电源升压变换为110V或220V直流电压，所述第三DC/DC变换器与第一DC/DC变换器的输出端并联，经储能元件和限流元件，输出到模块输出端，正常工作时作为第一DC/DC变换器的热备份，过负载时，提供电流输出，与第一DC/DC变换器共同带负载；所述PFC功率因数校正电路、第一DC/DC变换器、第二DC/DC变换器和第三DC/DC变换器均连接模块监控单元，接受模块监控单元的监测、保护、控制，并通过模块监控单元与上位机进行通信；可选的，所述电池组连接有电池监测单元，采集电池组的电压、温度、内阻和电流信息，提供电池监控与保护。优选的，所述蓄电池为电池组或电池，所述电池组包括多节串联的电池。所述电池组的电压范围为10-56V。优选的，所述第一DC/DC变换器、第二DC/DC变换器和第三DC/DC变换器均采用LLC谐振电压型拓扑。优选的，所述模块监控单元为PFC功率因数校正电路、第一DC/DC变换器、第二DC/DC变换器和第三DC/DC变换器提供输出过电压保护、输出欠电压保护、输出过电流保护、过温保护和输出端短路保护。优选的，所述模块监控单元监测PFC功率因数校正电路、第一DC/DC变换器、第二DC/DC变换器和第三DC/DC变换器的输入电压、输出电压和输出电流。优选的，所述电池监测单元监测电池组的单节电池电压、电池总电压、电池电流、电池剩余容量和/或电池工作状态。优选的，所述滤波电路为EMI滤波电路。当交流电源有电且负载正常的时候，直流母线主要由第一DC/DC变换器供电，第三DC/DC变换器只是作为热备份，不对外输出电流。基于上述模块的工作方法，在交流有电且负载正常时，交流输入经滤波电路、整流电路和PFC功率因数校正电路处理后变换为直流电压A，经第一DC/DC变换器变换为110V或220V直流电压输出到内部直流母线，经过储能元件和限流元件，输出到外部直流母线，提供负载使用，同时直流电压A经第二DC/DC变换器变换降压为10-56V的直流电源给电池组进行充电，电池电压经第三DC/DC变换器升压变换为110V或DC220V直流电压，输出到内部直流母线，作为第一DC/DC变换器的热备份。基于上述模块的工作方法，在交流失电状态时，第一DC/DC变换器和第二DC/DC变换器不工作，电池电压经第三DC/DC变换器变换升压为110V或220V直流电压，输出到内部直流母线，经过储能元件和限流元件，输出到外部直流母线，提供负载使用。基于上述模块的工作方法，在交流有电，但模块过负载运行时，第一DC/DC变换器和第三DC/DC变换器同时工作，同时输出电流到内部直流母线，经过储能元件和限流元件，输出到外部直流母线，提供负载使用。所述第二DC/DC变换器按照设定的充电曲线对电池组进行充电管理。所述电池组为铅酸蓄电池时，采用恒流充电、恒压限流充电和浮充电三段充电曲线进行充电；当电池组为锂电子电池时，采用多段恒流充电曲线进行充电。一种直流电源系统，包括多个上述所述的并联电池模块。本专利技术的有益效果为：(1)电源输入端与直流输出端之间只有1级电源变换模块，较现有设计方案，提高了整体转换效率；(2)本专利技术的第一DC/DC变换器和第三DC/DC变换器同时接到负载上，过负载能力显著提高，在负载短路时，2个直流变换电路都能够提供短路电流，电流输出能力是现有技术的2倍，能够更可靠的保证故障回路的断路器断开，避免故障范围扩大；(3)电池组的电池类型可以是铅酸电池、锂离子电池、铅炭电池等，适应范围更广，除完成基本的电能转换功能，还提供完善的保护、监测、控制功能；(4)配置有电池监测单元，对电池温度、单节电池电压、单节电池内阻等参数进行监测。有效的保证电源系统的可靠性，同时，为蓄电池充、放电管理的过程中，更精确的控制充放电参数提供依据。另外，为更精确的电池组容量估算提供数据支撑；(5)采用的三个DC-DC模块都使用LLC谐振电压型拓扑，采用DSP数字软开关算法控制。上述拓扑及算法开关损耗低，能量转换效率高，算法控制灵活。附图说明图1是并联电池系统框图；图2是现有技术并联电池模块框图；图3是本专利技术的改进后并联电池模块框图。具体实施方式：下面结合附图与实施例对本专利技术作进一步说明。1、如图3所示，一种并联电池模块采用3个直流变换电路的方案，该方案整体设计优点：1)电源输入端与直流输出端之间只有1级电源变换，较现有设计方案，提高了整体转换效率；2)有2个直流变换器(DC/DC1和DC/DC3)直接接到负载上，过负载能力显著提高；3)有2个直流变换器(DC/DC1和DC/DC3)直接接到负载上，在负载短路时，2个直流变换电路都能够提供短路电流，电流输出能力是现有技术的2倍，能够更可靠的保证故障回路的断路器断开，避免故障范围扩大。2、本专利技术所述并联电池模块，使用的电池，可使用10-56V电压范围的电池或电池组。可以是单节电池，也可以是多节电池串联的电池组。电池类型可以是铅酸电池、锂离子电池、铅炭电池等。适应范围更广。3、本专利技术所述并联电池模块，可选配电池监测单元，对电池温度、单节电池本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种并联电池模块，其特征是：包括依次相连的滤波电路、整流电路、PFC功率因数校正电路、第一DC/DC变换器、储能元件和限流元件，将输入的交流电变换为直流输出；所述PFC功率因数校正电路的输出端通过第二DC/DC变换器连接蓄电池，第二DC/DC变换器在交流电源正常时给蓄电池充电。所述蓄电池通过第三DC/DC变换器，将蓄电池输入的直流电源升压变换为110V或220V直流电压，第三DC/DC变换器与第一DC/DC变换器的输出端并联，经储能元件和限流元件，输出到并联电池模块的输出端；正常工作时，作为第一DC/DC变换器的热备份；过负载时，提供电流输出，与第一DC/DC变换器共同带负载。

【技术特征摘要】
1.一种并联电池模块，其特征是：包括依次相连的滤波电路、整流电路、PFC功率因数校正电路、第一DC/DC变换器、储能元件和限流元件，将输入的交流电变换为直流输出；所述PFC功率因数校正电路的输出端通过第二DC/DC变换器连接蓄电池，第二DC/DC变换器在交流电源正常时给蓄电池充电。所述蓄电池通过第三DC/DC变换器，将蓄电池输入的直流电源升压变换为110V或220V直流电压，第三DC/DC变换器与第一DC/DC变换器的输出端并联，经储能元件和限流元件，输出到并联电池模块的输出端；正常工作时，作为第一DC/DC变换器的热备份；过负载时，提供电流输出，与第一DC/DC变换器共同带负载。2.如权利要求1所述的一种并联电池模块，其特征是：所述第一DC/DC变换器、第二DC/DC变换器和第三DC/DC变换器均采用LLC谐振电压型拓扑。3.如权利要求1所述的一种并联电池模块，其特征是：所述模块监控单元为PFC功率因数校正电路、第一DC/DC变换器、第二DC/DC变换器和第三DC/DC变换器提供输出过电压保护、输出欠电压保护、输出过电流保护、过温保护和输出端短路保护。4.如权利要求1所述的一种并联电池模块，其特征是：所述模块监控单元监测PFC功率因数校正电路、第一DC/DC变换器、第二DC/DC变换器和第三DC/DC变换器的输入电压、输出电压和输出电流。5.如权利要求1所述的一种并联电池模块，其特征是：当交流电源有电且负载正常的时候，直流母线主要由第一DC/DC变换器供电，第三DC/DC变换器只是作为热备份，不对外输出...

【专利技术属性】
技术研发人员：孟祥军，傅孟潮，王秉钧，巩方波，张晓花，慕世友，张海龙，
申请(专利权)人：山东鲁能智能技术有限公司，
类型：发明
国别省市：山东;37