一种级联多电平电池储能系统子模块电容预充电电路及其控制方法技术方案

本发明专利技术提供一种级联多电平电池储能系统子模块电容预充电电路及其控制方法，包括电源、电容支路、电力变换模块以及控制器电路模块，所述电源的正极与所述电容支路、电力变换模块以及控制器电路模块的正极端连接，所述电源的负极与所述电容支路、电力变换模块以及控制器电路模块的负极端连接；所述电容支路包括电容C、与所述电容C并联的采样模块以及半导体器件T，所述电容C的一端与电源的正极连接，另一端与半导体器件T的一端连接，所述半导体器件T的另一端与电源的负极连接。本发明专利技术只用一个半导体器件对电容进行充电，实现电容预充电及电容放电回路切除功能的同时，简化了电容预充电及电容切除电路拓扑结构，降低了系统硬件成本，提高了系统工作效率。

【技术实现步骤摘要】
一种级联多电平电池储能系统子模块电容预充电电路及其控制方法
本专利技术涉及电气领域，具体涉及一种级联多电平电池储能系统子模块电容预充电电路及其控制方法。
技术介绍
在级联多电平电池储能系统中，子模块具体包括子模块电池包、并联电容、电力变换单元，其中并联电容主要的作用是吸收电池充电过程和放电过程时的纹波电流，使流入或流出电池的电流为直流，减小纹波电流对电池的损害。然而，若电容电压和电池电压相差较大，开关闭合时，会产生较大的瞬时冲击电流，容易对电容、开关以及电池造成不可逆的损害，所以系统在工作前需要对电容进行预充电，使电容电压和电池包电压接近，避免开关闭合瞬间电池对电容的瞬时冲击电流造成的损害。同时，在系统停止工作时，电容和电池形成放电回路，电池包会通过电容不断放电，严重影响系统效率，所以需要在电池包和电容之间添加开关，以便系统在停止工作时将电容放电回路切除，以便提高系统效率。现有技术下，子模块电容预充电电路结构复杂、开关器件选型要求高、驱动需要隔离、电路器件较多等问题，成本高且难以控制、充电效率低。
技术实现思路
为了解决现有技术下，子模块电容预充电电路结构复杂、开关器件选型要求高、驱动需要隔离、电路器件较多等问题，需要提供一种适用于级联多电平电池储能系统子模块的电容预充电路，简化电路结构和控制方法，提高预充电效率。为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种级联多电平电池储能系统子模块电容预充电电路，包括电源、电容支路、电力变换模块以及控制器电路模块，所述电源的正极与所述电容支路、电力变换模块以及控制器电路模块的输入端连接，所述电源的负极与所述电容支路、电力变换模块以及控制器电路模块的输出端连接；所述电容支路包括电容C、与所述电容C并联的采样模块以及半导体器件T，所述电容C的一端与电源的正极连接，另一端与半导体器件T的一端连接，所述半导体器件T的另一端与电源的负极连接。进一步地，所述电力变换模块包括电力变换单元，所述电力变换单元的一端与所述电容C的一端连接，另一端与所述半导体器件T的另一端连接。进一步地，所述控制器电路模块包括Buck模块以及与所述Buck模块连接的控制模块，所述Buck模块的输入端与所述电源的正极连接，另一端与所述电源的负极连接所述控制模块用于电容电压采样并向所述半导体器件T传递驱动信号。一种级联多电平电池储能系统子模块电容预充电电路的控制方法，包括以下步骤：预设电容电压与电源电压的差值ΔU；控制模块通过采样模块采集电容电压并与电源电压进行比较；若电容电压与电源电压的差值大于ΔU；通过控制模块向半导体器件T发送高频驱动信号，对电容进行预充电；若电容电压与电源电压的差值小于ΔU或电容预充电完成后，保持半导体器件闭合，系统即可正常工作；系统停止工作后，通过控制模块向半导体器件T发送断开驱动信号，断开半导体器件，切除电容放电回路。进一步地，所述电容预充电包括以下步骤：设置电容预充电的电压，并实时对电容电压进行采样；通过控制模块向半导体器件发出脉冲式高频驱动电平信号；通过设置半导体T高频驱动的频率和导通占空比以及杂散电抗控制充电电流的大小；连续斩波半导体器件若干个开关周期，当电容电压采样值达到预设的电压值，则停止发送高频驱动电平信号。进一步地，所述电容预充电还可以通过以下步骤实现：设置电容预充电的电压，并实时对电容电压进行采样；通过控制模块向半导体器件发出常闭信号；通过设计半导体器件T驱动电压大小使T处于非完全导通来限制充电电流大小；当电容电压采样值达到预设的电压值时完成充电。本专利技术只用一个半导体器件对电容进行充电，实现电容预充电及电容放电回路切除功能的同时，简化了电容预充电及电容切除电路拓扑结构，降低了系统硬件成本，提高了系统工作效率。附图说明图1为本专利技术电路连接示意图；图2为本本专利技术电容预充电及电容放电支路切除的原理流程示意图；图3为本专利技术系统正常工作的波形示意图；图中：1、电容支路；11、电压采样模块；2、电力变换模块；21、电力变换单元；3、控制器电路模块；31、Buck模块；32、控制模块。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的一种优选实施方式做详细的说明。如图1所示的级联多电平电池储能系统子模块电容预充电电路，包括电源、电容支路1、电力变换模2以及控制器电路模块3，所述电源的正极与所述电容支路、电力变换模块以及控制器电路模块的输入端连接，所述电源的负极与所述电容支路、电力变换模块以及控制器电路模块的输出端连接；所述电容支路包括电容C、与所述电容C并联的采样模块11以及半导体器件T，所述电容C的一端与电源的正极连接，另一端与半导体器件T的一端连接，所述半导体器件T的另一端与电源的负极连接。本优选实施例只需将一个功率半导体器件串联在电容充电电路上，如MOSFET、IGBT等，无需额外器件、外围电路或隔离设置，简化电路结构，大大降低了储能系统的成本、体积、损耗，有效提高了系统的工作效率。系统工作后，电流支路主要有三个，包括电源功率电流i1、电容支路电流i2以及电力变换模块电流i3，i3为i1和i2电流之和，且电流i1、i3远大于i2，所以本专利技术将所述半导体器件T设置在电容支路上，能够避免系统正常工作时，电池系统充放电工程中大电流直接流过半导体器件T，i2为纹波电流，相对较小，产生的损耗较小，系统效率相对较高，同时半导体器件T在选型的时候可以降低要求，对降低成本亦有好处。本优选实施例所述的电力变换模块2包括电力变换单元21，所述电力变换单元的一端与所述电容C的一端连接，另一端与所述半导体器件T的另一端连接；所述的控制器电路模块包括Buck模块31以及与所述Buck模块连接的控制模块32，所述Buck模块的输入端与所述电源的正极连接，另一端与所述电源的负极连接，所述控制模块用于电容电压采样并向所述半导体器件T传递驱动信号，所述控制模块的供电从子模块的电池包经过Buck电路降压后获得，此处的Buck电路可以不作隔离，控制模块的电源地和电池负极等电势；另外在具体的使用中，半导体器件T的输出端和电源负极相连，这样由控制模块传递的驱动电平信号便可以和电源共地，就不需要进行隔离处理，从而有效降低了系统硬件的成本和体积。本优选实施例所述的Buck模块31是一种输出电压小于输入电压的不隔离直流变换器，可靠性好、工作效率高。如图2和3所示，所述级联多电平电池储能系统子模块电容预充电电路的控制方法，具体包括以下步骤：预设电容电压与电源电压的差值ΔU；控制模块通过采样模块采集电容电压并与电源电压进行比较；若电容电压与电源电压的差值大于ΔU，通过控制模块向半导体器件T发送高频驱动信号，对电容进行预充电；若电容电压与电源电压的差值小于ΔU或电容预充电完成后，保持半导体器件闭合，系统即可正常工作；系统停止本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种级联多电平电池储能系统子模块电容预充电电路，其特征在于，包括电源、电容支路(1)、电力变换模块(2)以及控制器电路模块(3)，所述电源的正极与所述电容支路、电力变换模块以及控制器电路模块的输入端连接，所述电源的负极与所述电容支路、电力变换模块以及控制器电路模块的输出端连接；所述电容支路包括电容C、与所述电容C并联的采样模块(11)以及半导体器件T，所述电容C的一端与电源的正极连接，另一端与半导体器件T的一端连接，所述半导体器件T的另一端与电源的负极连接。/n

【技术特征摘要】
1.一种级联多电平电池储能系统子模块电容预充电电路，其特征在于，包括电源、电容支路(1)、电力变换模块(2)以及控制器电路模块(3)，所述电源的正极与所述电容支路、电力变换模块以及控制器电路模块的输入端连接，所述电源的负极与所述电容支路、电力变换模块以及控制器电路模块的输出端连接；所述电容支路包括电容C、与所述电容C并联的采样模块(11)以及半导体器件T，所述电容C的一端与电源的正极连接，另一端与半导体器件T的一端连接，所述半导体器件T的另一端与电源的负极连接。


2.根据权利要求1所述的一种级联多电平电池储能系统子模块电容预充电电路，其特征在于，所述电力变换模块(2)包括电力变换单元(21)，所述电力变换单元的一端与所述电容C的一端连接，另一端与所述半导体器件T的另一端连接。


3.根据权利要求1所述的一种级联多电平电池储能系统子模块电容预充电电路，其特征在于，所述控制器电路模块(3)包括Buck模块(31)以及与所述Buck模块连接的控制模块(32)，所述Buck模块的输入端与所述电源的正极连接，另一端与所述电源的负极连接，所述控制模块用于电容电压采样并向所述半导体器件T传递驱动信号。


4.一种基于上述权利要求1-3任一所述级联多电平电池储能系统子模块电容预充电电路的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
预设电容电压与电源...

【专利技术属性】
技术研发人员：文鹏，史兴领，孙路，
申请(专利权)人：安徽贵博新能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：安徽;34