一种串联结构的电池低频纹波抑制装置及系统制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种串联结构的电池低频纹波抑制装置，包括：相互串联输出的第一级联多电平子模块和第二级联多电平子模块，皆包括电池组和连接于所述电池组两端的H桥开关管，将电池组输出的直流电转换为交流电输出；第一级联多电平子模块的H桥开关管的两端之间连接第一电容，第二级联多电平子模块的H桥开关管的两端之间连接第二电容；其中，第一电容和第二电容提供的瞬时功率与第一级联多电平子模块和第二级联多电平子模块的脉动功率相等。其可以解决现有的电池储能系统通过插入滤波器或者增加变换电路的方式抑制脉动电流，导致系统成本、体积、电路复杂度及控制难度都大大增加的问题。的问题。的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种串联结构的电池低频纹波抑制装置及系统


[0001]本专利技术涉及电池
，更具体地，涉及一种串联结构的电池低频纹波抑制装置以及一种串联结构的电池低频纹波抑制系统。

技术介绍

[0002]级联多电平(cascade multilevel converter，CMC)结构具有模块化程度高、谐波特性好、单体功率等级低等优点，非常适合作为大容量电池储能系统的功率变换装置。然而CMC子模块为单相H桥变换器，进行功率变换时H桥直流侧会出现两倍输出频率的脉动电流，该低频脉动电流远超出电池承受能力，若直接流入电池，将会损害电池的寿命。
[0003]为抑制CMC子模块中流入电池的二次脉动电流，目前常用的方法是在H桥直流母线处插入LC滤波器，然而滤波器截止频率低，且CMC子模块数量较多，系统体积和重量难以优化。另一种方式是将子模块改进为两级式的变换电路，即在原有子模块直流侧与电池之间再加入一级DC/DC变换电路，在每个子模块直流端并联一个双向升降压电路，其功能相当于DC APF。上述方法均能有效降低流入电池的纹波，但控制与电路复杂度、成本和体积等都将大大增加。

技术实现思路

[0004]针对现有技术的至少一个缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种串联结构的电池低频纹波抑制系统、方法及其应用，旨在解决现有的电池储能系统通过插入滤波器或者增加变换电路的方式抑制脉动电流，导致系统成本、体积、电路复杂度及控制难度都大大增加的问题。
[0005]为实现上述目的，按照本专利技术的第一个方面，提供了一种串联结构的电池低频纹波抑制装置，包括：相互串联输出的第一级联多电平子模块和第二级联多电平子模块；所述第一级联多电平子模块和所述第二级联多电平子模块皆包括电池组和连接于所述电池组两端的H桥开关管，所述H桥开关管将所述电池组输出的直流电转换为交流电输出；其中，所述第一级联多电平子模块的所述H桥开关管的第一端与所述第二级联多电平子模块的所述H桥开关管的第二端串联连接，并且所述第一级联多电平子模块的所述H桥开关管的第二端与所述第二级联多电平子模块的所述H桥开关管的第一端作为交流输出侧接入输电母线；所述第一级联多电平子模块的所述H桥开关管的第一端与所述第一级联多电平子模块的所述H桥开关管的第二端之间连接第一电容，所述第二级联多电平子模块的所述H桥开关管的第一端与所述第二级联多电平子模块的所述H桥开关管的第二端之间连接第二电容；其中，所述第一电容和所述第二电容提供的瞬时功率与所述交流输出侧的脉动功率相等。
[0006]在本专利技术的一个实施例中，所述串联结构的电池低频纹波抑制装置还包括：控制模块，用于采集通过所述第一电容和所述第二电容的输出电压，根据预设电压值进行比例积分控制，并通过正弦脉冲宽度调制后驱动所述H桥开关管进行开关。
[0007]在本专利技术的一个实施例中，所述控制模块对所述第一电容的输出电压与所述第二
电容的输出电压分别施加大小相等且方向相反的偏置电压。
[0008]在本专利技术的一个实施例中，所述控制模块通过控制所述偏置电压的大小使得所述第一电容和所述第二电容提供的瞬时功率与所述第一级联多电平子模块和所述第二级联多电平子模块的所述交流输出侧的脉动功率相等。
[0009]按照本专利技术的第二个方面，还提供了一种串联结构的电池低频纹波抑制系统，包括：若干个级联多电平模块组，分别串联接入输电母线，其中每个所述级联多电平模块组皆包括第一级联多电平子模块和第二级联多电平子模块；所述第一级联多电平子模块和所述第二级联多电平子模块皆包括电池组和连接于所述电池组两端的H桥开关管，所述H桥开关管将所述电池组输出的直流电转换为交流电输出；其中，所述第一级联多电平子模块的所述H桥开关管的第一端与所述第二级联多电平子模块的所述H桥开关管的第二端串联连接，并且所述第一级联多电平子模块的所述H桥开关管的第二端与所述第二级联多电平子模块的所述H桥开关管的第一端作为交流输出侧接入输电母线；所述第一级联多电平子模块的所述H桥开关管的第一端与所述第一级联多电平子模块的所述H桥开关管的第二端之间连接第一电容，所述第二级联多电平子模块的所述H桥开关管的第一端与所述第二级联多电平子模块的所述H桥开关管的第二端之间连接第二电容；其中，所述第一电容和所述第二电容提供的瞬时功率与所述交流输出侧的脉动功率相等。
[0010]在本专利技术的一个实施例中，所述串联结构的电池低频纹波抑制系统还包括：控制模块，用于采集通过所述第一电容和所述第二电容的输出电压，根据预设电压值进行比例积分控制，并通过正弦脉冲宽度调制后驱动所述H桥开关管进行开关。
[0011]在本专利技术的一个实施例中，所述控制模块对所述第一电容的输出电压与所述第二电容的输出电压分别施加大小相等且方向相反的偏置电压。
[0012]在本专利技术的一个实施例中，所述控制模块通过控制所述偏置电压的大小使得所述第一电容和所述第二电容提供的瞬时功率与所述第一级联多电平子模块和所述第二级联多电平子模块的所述交流输出侧的脉动功率相等。
[0013]总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，至少能够取得下列有益效果：
[0014]通过将两个串联输出的级联多电平子模块作为一组，每个级联多电平子模块的交流输出侧皆连接电容，控制同一组级联多电平子模块的两个电容提供的瞬时功率与该两个级联多电平子模块的脉动功率相等，即由电容提供低频交流脉动功率，能够使得低频纹波电流仅流经级联多电平子模块中的H桥逆变器而不再流经电池组，能够有效降低电池受低频纹波影响导致寿命下降的问题；并且该系统结构简单，无需通过插入滤波器或者增加变换电路来抑制脉动电流，能够有效降低系统成本、体积、电路复杂度及控制难度。
附图说明
[0015]为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0016]图1为本专利技术实施例提供的一种串联结构的电池低频纹波抑制装置的结构示意图；
＝Vc1＝Vmax sin(wt)+Asin(wt+θ)；输出电流为：sin(wt)+Asin(wt+θ)；输出电流为：C1瞬时功率为：p
C 1
＝Vc1ic1。
[0034]CMC模块组中子模块2输出电压为带有偏置F(t)的交流正弦电压：V2＝Vc2＝Vmax sin(wt)
‑
Asin(wt+θ)；输出电流为：Asin(wt+θ)；输出电流为：C2瞬时功率为：p C2
＝Vc1ic1。
[0035]CMC模块组1输出电压为：v
组1
＝V1+V2＝Vc1+Vc2＝2Vmax sin(wt)，低频纹波抑制不改变模块组的输出电压。
[0036]CMC模块组1中C1和C2提供的交流瞬时功率为：p
C 1
+p C2
＝wCV2maxsin(2wt)+wCA2本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种串联结构的电池低频纹波抑制装置，其特征在于，包括：相互串联输出的第一级联多电平子模块和第二级联多电平子模块；所述第一级联多电平子模块和所述第二级联多电平子模块皆包括电池组和连接于所述电池组两端的H桥开关管，所述H桥开关管将所述电池组输出的直流电转换为交流电输出；其中，所述第一级联多电平子模块的所述H桥开关管的第一端与所述第二级联多电平子模块的所述H桥开关管的第二端串联连接，并且所述第一级联多电平子模块的所述H桥开关管的第二端与所述第二级联多电平子模块的所述H桥开关管的第一端作为交流输出侧接入输电母线；所述第一级联多电平子模块的所述H桥开关管的第一端与所述第一级联多电平子模块的所述H桥开关管的第二端之间连接第一电容，所述第二级联多电平子模块的所述H桥开关管的第一端与所述第二级联多电平子模块的所述H桥开关管的第二端之间连接第二电容；其中，所述第一电容和所述第二电容提供的瞬时功率与所述交流输出侧的脉动功率相等。2.根据权利要求1所述的串联结构的电池低频纹波抑制装置，其特征在于，还包括：控制模块，用于采集通过所述第一电容和所述第二电容的输出电压，根据预设电压值进行比例积分控制，并通过正弦脉冲宽度调制后驱动所述H桥开关管进行开关。3.根据权利要求2所述的串联结构的电池低频纹波抑制装置，其特征在于，所述控制模块对所述第一电容的输出电压与所述第二电容的输出电压分别施加大小相等且方向相反的偏置电压。4.根据权利要求3所述的串联结构的电池低频纹波抑制装置，其特征在于，所述控制模块通过控制所述偏置电压的大小使得所述第一电容和所述第二电容提供的瞬时功率与所述第一级联多电平子模块和所述第二级联多电平子模块的所述交流输出侧的脉动功率相等。5.一种串联结构的电池低频纹波抑制系统，其特征在于，...

【专利技术属性】
技术研发人员：马思源，罗成，何少佳，程磊，赵锦波，魏之溥，夏弋，
申请(专利权)人：武汉船舶通信研究所中国船舶重工集团公司第七二二研究所，
类型：发明
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