一种应用于储能系统的DC-DC变换器技术方案

本发明专利技术为一种应用于储能系统的DC

【技术实现步骤摘要】
一种应用于储能系统的DC
‑
DC变换器


[0001]本专利技术提出的电路拓扑可用于实现储能系统的充电均衡、放电均衡和静置均衡，并可实现任一储能单元的旁路。本专利技术涉及储能领域，尤其涉及实现储能系统充电均衡、放电均衡、静置均衡以及旁路的DC
‑
DC变换器。

技术介绍

[0002]电池储能单元广泛应用于小型便携式设备、电动汽车和储能电站等系统中。为了满足负载对电压和功率等级的要求，通常将电压等级较低的储能单体串联组成一个模块以提高电压等级，并通过多个小模块串并联的形式以满足电压等级和功率等级的需求。
[0003]由于在容量、内阻、自放电率等方面存在差异，储能单元反复充电或放电会造成串联储能单体之间逐渐不平衡。随着储能单体的增多，储能单体之间的温度差异难以避免，这会使得储能单体不平衡的情况更加严重。
[0004]为了充分利用储能系统的容量，确保每个储能单体在最佳性能状态下工作，通常需要采用电压均衡技术。电压均衡技术本质上是通过电力电子器件对串联储能系统的能量进行耗散、转移，以达到整个串联系统的平衡本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种应用于储能系统的DC
‑
DC变换器，其特征在于，包含两个电路模块1和2、两个开关器件K
A
和K
B
、一个多输出均衡电路；所述电路模块1具有5个端子，分别是2a、2b、1c、1d、e，端子2a和2b用来连接电源或负载，端子2a连接电源的正极1a，端子2b连接电源的负极1b；当电路模块1与电源连接时，端子2a和2b是电路模块1的输入侧，端子1c和e是电路模块1的一路输出，端子1d和e是电路模块1的另一路输出；当电路模块1与负载连接时，端子2a和2b是电路模块1的输出侧，端子1c和e是电路模块1的一路输入，端子1d和e是电路模块1的另一路输入；端子1c和1d用来连接电路模块2，端子1c连接电路模块2的端子2c，端子1d连接电路模块2的端子2d；端子e用来连接开关器件K
B
和多输出均衡电路；端子e连接多输出均衡电路的端子y和开关器件K
B
的正极，端子2b和e是等电位；所述电路模块2具有5个端子，分别是2c、2d、1f、1g、x，端子2c和2d用来连接电路模块1，端子2c连接电路模块1的端子1c，端子2d连接电路模块1的端子1d；当电路模块1与电源连接时，端子2c和2d是电路模块2的输入侧，端子1f和1g是电路模块2的输出侧；当电路模块1与负载连接时，端子2c和2d是电路模块2的输出侧，端子1f和1g是电路模块2的输入侧；端子1f和1g用来连接多输出均衡电路，端子1f连接多输出均衡电路的端子2f，端子1g连接多输出均衡电路的端子2g，端子x同时连接开关器件K
A
的正极和开关器件K
B
的负极；多输出均衡电路有4个端子，分别是2f、2g、y、z，端子2f和2g用来连接电路模块2，端子2f连接电路模块2的端子1f，端子2g连接电路模块2的端子1g；当电路模块1与电源连接时，端子2f和2g是多输出均衡电路的输入侧，当电路模块1与负载连接时，端子2f和2g是多输出均衡电路的输出侧；端子y连接开关器件K
B
的正极和电路模块1的端子e，端子y和电路模块1的端子e是等电位，端子z连接开关器件K
A
的负极；外部电源或负载的端子1a与电路模块1的端子2a相连；外部电源或负载的端子1b与电路模块1的端子2b相连；电路模块1的端子1c与电路模块2的端子2c相连，电路模块1的端子1d与电路模块2的端子2d相连；电路模块1的端子e与开关器件K
B
的正极相连；电路模块1的端子e与多输出均衡电路的端子y相连；电路模块2的端子1f与多输出均衡电路的端子2f相连，电路模块2的端子1g与多输出均衡电路的端子2g相连；电路模块2的端子x与开关器件K
A
的正极相连；电路模块2的端子x与开关器件K
B
的负极相连；开关器件K
A
的负极与多输出均衡电路的端子z相连；开关器件K
B
的正极与多输出均衡电路的端子y相连；开关器件K
A
的正极与开关器件K
B
的负极相连；所述的开关器件K
A
和K
B
是MOSFET或IGBT中的一种；开关器件K
A
和K
B
为MOSFET时，MOSFET的源极为器件K
A
和K
B
的正极，MOSFET的漏极为器件K
A
和K
B
的负极；开关器件K
A
和K
B
为IGBT时，IGBT的发射极为器件K
A
和K
B
的正极，IGBT的集电极为器件K
A
和K
B
的负极。2.根据权利要求1所述的一种应用于储能系统的DC
‑
DC变换器，其特征在于，电路模块2包含三个绕组和一个磁芯构成的集成磁件，该集成磁件有六个端子m1‑
m6，绕组1的两个端子为m1与m2，绕组2的两个端子为m3与m4，绕组3的两个端子为m5与m6；集成磁件的端子m1与端子2c相连，端子m2与端子x相连，端子m3与端子1g相连，端子m4与端子1f相连，端子m5与端子2d相连，端子m6与端子x相连；绕组1和绕组3用于连接电路模块1和两个开关器件K
A
、开关器件K
B
；绕组2用于连接多输出均衡电路；
绕组的缠绕方式为：绕组1绕在磁芯的侧柱，绕组2绕在磁芯的中柱，绕组3绕在另一个侧柱；或者绕组的缠绕方式为：绕组1绕在磁芯的两个侧柱，绕组2和绕组3绕在中柱。3.根据权利要求1所述的一种应用于储能系统的DC
‑
DC变换器，其特征在于，电路模块2包含两个绕组、一个磁芯和一个单独的电感器构成的集成磁件，两个绕组和一个磁芯集成在一起，电感器L的两个端子分别记为m1与m2，绕组1的两个端子为m3与m4，绕组2的两个端子为m5与m6；绕组1的端子m4与绕组2的端子m6互为同名端；电感器L和绕组2用于连接电路模块1和两个开关器件K
A
、开关器件K
B
；绕组1用于连接多输出均衡电路；绕组1的端子m4与绕组2的端子m6互为同名端；电感器L的端子m1与端子2c相连，端子m2与端子x相连；绕组1的端子m3与端子1g相连，端子m4与端子1f相连，端子m5与端子2d相连，端子m6与端子x相连。4.根据权利要求3所述的一种应用于储能系统的DC
‑
DC变换器，其特征在于，所述绕组1和绕组2的匝比为1：3；电感器L和绕组2所对应的激磁电感的电感值相同。5.根据权利要求1所述的一种应用于储能系统的DC
‑
DC变换器，其特征在于，电路模块1包含四个开关器件K
j
，j＝1,2,3,4；一个电容C
B
；开关器件K1的负极与端子a相连，开关器件K1的正极与开关器件K2的负极相连，并且开关器件K1的正极与电容C
B
的一端相连，电容C
B
的另一端与开关器件K3的负极相连，开关器件K3的负极与端子1d相连，开关器件K3的正极与端子b相连，并且开关器件K3的正极与开关器件K4的正极相连，开关器件K4的正极与端子e相连，开关器件K4的负极与开关器件K2的正极相连，开关器件K2的正极与端子1c相连；开关器件K
j
的选择包含以下配置：(1)当K1和K2选择二极管时，K3和K4选择MOSFET或者IGBT；(2)当K1和K2选择MOSFET或者IGBT时，K3和K4选择MOSFET、IGBT或二极管；开关器件K
j
为MOSFET时，MOSFET的源极为器件K
j
的正极，MOSFET的漏极为器件K
j
的负极；开关器件K
j
为IGBT时，IGBT的发射极为器件K
j
的正极，IGBT的集电极为器件K
j
的负极；开关器件K
j
为二极管时，二极管的阳极为器件K
j
的正极，二极管的阴极为器件K
j
的负极；所述储能系统有两种均衡工作模式；(1)开关器件K1和K2为MOSFET或IGBT时，储能系统有充电均衡和静置均衡两种工作模式；(2)开关器件K1和K2为二极管，开关器件K3和K4为MOSFET或IGBT时，储能系统有放电均衡和静置均衡两种工作模式。6.根据权利要求1所述的一种应用于储能系统的DC
‑
DC变换器，其特征在于，电路模块1包含四个开关器件K
j
，j＝1,2,3,4；开关器件K1的负极与端子a相连，开关器件K1的负极与开关器件K2的负极相连，开关器件K1的正极与开关器件K3的负极相连，开关器件K3的负极与端子1d相连，开关器件K3的正极与端子b相连，并且开关器件K3的正极与开关器件K4的正极相连，开关器件K4的正极与端子e相连，开关器件K4的负极与开关器件K2的正极相连，开关器件K2的正极与端子1c相连；K2的负极与端子a相连；开关器件K
j
的选择包含以下配置：(1)当K1和K2选择二极管时，K3和K4选择MOSFET或者IGBT；(2)当K1和K2选择MOSFET或者IGBT时，K3和K4选择MOSFET、IGBT或二极管；开关器件K
j
为MOSFET时，MOSFET的源极为器件K
j
的正极，MOSFET的漏极为器件K
j
的负极；开关器件K
j
为IGBT时，IGBT的发射极为器件K
j
的正极，IGBT的集电极为器件K
j
的负极；开关器件K
j
为二极管时，二极管的阳极为器件K
j
的正极，二极管的阴极为器件K
j
的负极；所述储能系统至少有两种均衡工作模式：(1)所述开关器件K1和K2为MOSFET或IGBT，开

【专利技术属性】
技术研发人员：杨晓光，苏昱魁，赵小兵，聂宝鑫，
申请(专利权)人：河北工业大学，
类型：发明
国别省市：