[發明專利]一種基于單體電池電能變換的拓撲電路及系統

有效

• 申請號: 201410200474.0
• 申請日: 2014-05-13
• 公開（公告）號: CN103972963A
• 公開（公告）日: 2014-08-06
• 發明（設計）人: 刁偉萍;韋紹遠;姜久春
• 申請（專利權）人: 北京交通大學
• 主分類號: H02J7/00
• 分類號: H02J7/00;H02M7/72
• 代理公司: 北京正理專利代理有限公司 11257
• 代理人: 張雪梅

技術領域

本發明涉及一種電能變換系統，特別是涉及一種基于單體電池電能變換的拓撲電路及系統。

背景技術

在目前多種多樣的電能變換電路中，儲能部分或者直流側通常使用蓄電池組。然而蓄電池組的使用存在很多問題，其充放電方式通都是以成組形式進行的。同一電池組中的蓄電池在充放電過程中，由于制造工藝、檢驗手段和裝卸運輸等因素的影響，每塊電池的端電壓、內阻及自放電電流均存在一定的差異，在長期的運行中會出現不均衡、不一致狀況，這顯然增加了電池管理模塊的工作難度，而且成組工作對于每一個單體電池來說都不是一個最佳的應用模式，并且電池組最大的問題就是其短板效應導致單體電池間互相制約，一旦某個單體電池發生故障，將會導致整個電池組無法工作，嚴重影響到整個系統的工作效率。另外針對目前大功率級聯變換拓撲電路管子開關頻率很高、管子數量較多、開關損耗較大、輸出波形質量不高等問題。

因此，需要提供一種以單體電池為基礎，能夠用更低的開關頻率、更小的開關損耗就可以實現電能變換要求，輸出高質量的波形，實現電能變換要求。

發明內容

本發明要解決的技術問題是提供一種基于單體電池電能變換的拓撲電路及系統，以解決現有技術中單體電池相互制約，針對大功率級聯電路開關頻率高，管數使用量較多，開關損耗過大，輸出波形質量低的問題，在實現了電能變換的同時也實現了單體電池的電量狀態(SOC)的均衡使用。

為解決上述技術問題，本發明采用下述技術方案

一種基于單體電池電能變換的拓撲電路，該電路包括多個雙管半橋模塊和電壓輸出端，

多個雙管半橋模塊級聯連接形成所述拓撲電路；

所述雙管半橋模塊包括兩個開關器件和兩個單體電池接口。

優選的，所述開關器件為碳化硅功率管、晶閘管、場效應管或絕緣柵雙極性晶體管。

優選的，所述拓撲電路進一步包括連接在級聯雙管半橋模塊和電壓輸出端之間的濾波模塊。

一種用于調制上述拓撲電路的調制方法，該方法包括

S1、判斷電路中所有單體電池電量狀態是否一致，如所有單體電池的電量狀態一致，則執行步驟S2和S3，如至少有一個單體電池的電量狀態不一致，則執行步驟S4和S5；

S2、利用循環脈沖激勵的方式調整載波幅值，從而控制每個開關器件閉合時間，經n次循環后，每個單體電池達到電量狀態均衡使用，n為雙管半橋模塊的數量；

S3、對調制波和載波進行比較，當調制波大于載波時，輸出信號1，開關Sn2導通，當調制波小于載波時，輸出信號0，開關Sn1導通；

S4、通過查表確定當前工作狀態下單體電池的電量狀態；

S5、根據電能變換拓撲電路輸出的電平量，計算可充電的單體電池個數，同時選取相應個數的電量狀態最低的單體電池作為充電對象，其余工作狀態下的單體電池既給負載供電，同時也給待充電的單體電池充電；

S6、重復步驟S1至S5。

優選的，所述步驟S2中循環脈沖激勵為將載波Sn幅值大小在經過一個周期后改變為載波S1的幅值，S1的變為S2的，S2的變為S3的，以此類推進行載波幅值傳遞；所述一個周期為雙管半橋模塊的數量n乘以交流電的周期。

一種電能變換系統，該系統包括

用于將單體電池電能變換為交流電的電能變換拓撲電路，

所述拓撲電路包括多個雙管半橋模塊和電壓輸出端，

多個雙管半橋模塊級聯形成所述拓撲電路，

所述雙管半橋電路包括兩個電力電子開關器件和兩個單體電池接口；

用于實時監控單體電池狀態的電池管理模塊；和

用于監控電能變換系統運行狀態的控制單元。

優選的，所述控制單元包括

用于根據上述調制方法產生驅動信號的驅動信號發生模塊；

用于對驅動信號發生模塊發出的每個開關驅動信號進行功率放大和隔離的驅動信號隔離模塊；

用于根據所述電能變換拓撲電路輸出的電壓波形，產生調制信號，從而對輸出電壓進行調制的波形調制模塊；

用于根據外部負載需求控制系統啟用狀態的狀態開關模塊；

用于根據電池管理模塊獲取的電池故障信息，對電池故障進行相應處理的電池故障處理模塊。

優選的，該系統還包括用于給單體電池充電的充電模塊。

優選的，該系統還包括連接在備用電池和工作電池之間的切換模塊，根據來自控制單元的指令，將備用電池接入系統。