CN104319798B - 一种双向dcdc变换器及光储系统 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种双向DCDC变换器及光储系统，当低电压输入输出端口连接储能设备时，储能设备可以通过第二开关管和第二电容从高电压输入输出端口获取高电压，或通过第三开关管及第三电容从较低高电压输入输出端口获取较低的高电压，再通过第一开关管、第一电容及第一电感降压后进行充电，此时系统可以使储能设备通过降压比较低的较低高电压输入输出端口获取电能实现充电，减少充电过程中的电能损耗；同理储能设备也可以选择升压比较高的高电压输入输出端口进行放电，减少放电过程中的电能损耗；且所述双向DCDC变换器比传统的两套充放电DCDC变换器的电路成本低，能够实现整个分布式供电系统的高电能利用率。

Description

一种双向DCDC变换器及光储系统

技术领域

本发明涉及电能转换技术领域，特别是涉及一种双向DCDC变换器及光储系统。

背景技术

当前多种新能源并网发电的情况为大电网的稳定带来了一定的负担，为了降低新能源并网的比重并提高其自发自用率，现有技术中的供电系统多采用储能设备与多种新能源并网发电相组合的分布式供电系统，由于其中的储能设备需要进行人工更换，其配置电压较低，一般为48V，所以其充放电需要高升压比的DCDC变换器。

传统使用的两套充放电DCDC变换器或双向DCDC变换器，都能使储能设备实现较高的利用率，但是只能从某一处取电对所述储能设备进行充放电的双向DCDC变换器必然会存在充电或者放电过程的电能损耗，而两套充放电DCDC变换器的电路成本较高，所以两者均无法实现整个分布式供电系统的高电能利用率。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供一种双向DCDC变换器及光储系统，以实现整个分布式供电系统的高电能利用率。

为了实现上述目的，本发明实施例提供的技术方案如下：

一种双向DCDC变换器，包括：

一端相互连接的第一电容及第一电感；所述第一电容的两端分别作为所述双向DCDC变换器的低电压输入输出端口；

输入端与所述第一电感的另一端相连的第一开关管；所述第一开关管的输出端与所述第一电容的另一端相连；

输出端与所述第一开关管的输入端相连的第二开关管；

连接于所述第一开关管的输出端及所述第二开关管的输入端之间的第二电容；所述第二电容的两端分别作为所述双向DCDC变换器的高电压输入输出端口；

至少一个并联于所述第一开关管两端的较低高电压传输模块；所述较低高电压传输模块包括：

输出端与所述第一开关管的输入端相连的第三开关管；

连接于所述第一开关管的输出端及所述第三开关管的输入端之间的第三电容；所述第三电容的两端分别作为所述双向DCDC变换器的较低高电压输入输出端口。

优选的，所述第一开关管、所述第二开关管及所述第三开关管均为NMOS晶体管。

优选的，所述第一开关管、所述第二开关管及所述第三开关管均为绝缘栅双极型晶体管。

优选的，所述第一开关管、所述第二开关管及所述第三开关管内均还包括体二极管；

所述较低高电压传输模块还包括：一端与所述第三开关管输入端及所述第三电容的连接点相连的第一开关，所述第一开关的另一端与所述第三电容的另一端作为所述较低高电压输入输出端口。

优选的，所述第一开关为继电器。

优选的，还包括：

输入端与所述第一电容及第一电感的连接点相连的第四开关管；

输入端与所述第四开关管的输出端相连的第五开关管；

一端与所述第四开关管的输出端相连的第二电感；

一端与所述第二电感的另一端相连的第四电容；所述第四电容的另一端与所述第五开关管的输出端相连；所述第四电容的两端分别作为所述双向DCDC变换器的低电压输入输出端口。

一种光储系统，包括：

如上述权利要求任一所述的双向DCDC变换器；

与所述双向DCDC变换器的低电压输入输出端口相连的储能电池；所述储能电池的负极与所述第一开关管的输出端相连；

相互连接的DCAC变换器及Boost变换器；所述DCAC变换器及Boost变换器的连接点与所述双向DCDC变换器的高电压输入输出端口相连；

与所述Boost变换器另一端相连的光伏电池板；所述光伏电池板及Boost变换器的连接点与所述双向DCDC变换器的一个较低高电压输入输出端口相连。

优选的，所述第二电容为电解电容。

优选的，所述第二电容为薄膜电容。

本申请提供一种双向DCDC变换器及光储系统，当所述低电压输入输出端口连接储能设备时，所述储能设备可以通过第二开关管和第二电容从高电压输入输出端口获取高电压，或者通过第三开关管及第三电容从较低高电压输入输出端口获取另一较低的高电压，然后再通过第一开关管、第一电容及第一电感降压后进行充电，此时系统可以使所述储能设备通过降压比较低的较低高电压输入输出端口获取电能实现充电，以满足所述储能设备充电效率最大化，减少充电过程中的电能损耗；同理所述储能设备也可以选择升压比较高的高电压输入输出端口进行放电，以满足所述储能设备放电效率最大化，减少放电过程中的电能损耗；且所述双向DCDC变换器比传统的两套充放电DCDC变换器的电路成本低，能够实现整个分布式供电系统的高电能利用率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要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发明的实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的一种双向DCDC变换器电路图；

图2为本申请另一实施例提供的一种双向DCDC变换器电路图；

图3为本申请另一实施例提供的一种双向DCDC变换器电路图；

图4为本申请另一实施例提供的一种光储系统电路图；

图5为本申请另一实施例提供的一种光储系统电路图；

图6为本申请另一实施例提供的一种光储系统电路图；

图7为本申请另一实施例提供的一种光储系统电路图；

图8为本申请另一实施例提供的一种光储系统电路图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例提供了一种双向DCDC变换器，以实现整个分布式供电系统的高电能利用率。

具体的，如图1所示，所述双向DCDC变换器包括：

一端相互连接的第一电容C1及第一电感L1；第一电容C1的两端分别作为所述双向DCDC变换器的低电压输入输出端口；

输入端与第一电感L1的另一端相连的第一开关管Q1；第一开关管Q1的输出端与第一电容C1的另一端相连；

输出端与第一开关管Q1的输入端相连的第二开关管Q2；

连接于第一开关管Q1的输出端及第二开关管Q2的输入端之间的第二电容C2；第二电容C2的两端分别作为所述双向DCDC变换器的高电压输入输出端口；

至少一个并联于第一开关管Q1两端的较低高电压传输模块101；较低高电压传输模块101包括：

输出端与第一开关管Q1的输入端相连的第三开关管Q3；

连接于第一开关管Q1的输出端及第三开关管Q3的输入端之间的第三电容C3；第三电容C3的两端分别作为所述双向DCDC变换器的较低高电压输入输出端口。

具体的工作原理为：

当所述低电压输入输出端口连接储能设备时，所述储能设备可以通过第二开关管Q2和第二电容C2从高电压输入输出端口获取高电压，或者通过第三开关管Q3及第三电容C3从较低高电压输入输出端口获取另一较低的高电压，然后再通过第一开关管Q1、第一电容C1及第一电感L1降压后进行充电，此时系统可以使所述储能设备通过降压比较低的较低高电压输入输出端口获取电能实现充电，以满足所述储能设备充电效率最大化，减少充电过程中的电能损耗。当所述储能设备放电时，首先通过第一开关管Q1、第一电容C1及第一电感L1升压后，然后再选择升压比较高的高电压输入输出端口进行放电，以满足所述储能设备放电效率最大化，减少放电过程中的电能损耗。

本实施例所提供的双向DCDC变换器，不仅可以实现所述储能设备充放电效率最大化，且所述双向DCDC变换器比传统的两套充放电DCDC变换器的电路成本低，能够实现整个分布式供电系统的高电能利用率。

优选的，第一开关管Q1、第二开关管Q2及第三开关管Q3可以均为NMOS晶体管或者绝缘栅双极型晶体管。具体的元器件选用可以视其实际应用环境而定，此处不做限定。

优选的，如图2所示，第一开关管Q1、第二开关管Q2及第三开关管Q3内均还包括体二极管；

较低高电压传输模块101还包括：一端与第三开关管Q3输入端及第三电容C3的连接点相连的第一开关K1，第一开关K1的另一端与第三电容C3的另一端作为所述较低高电压输入输出端口。

优选的，第一开关K1为继电器。

在实际应用中，第一开关K1也可以为二极管或者其他开关管，本实施例中选择损耗较小、效率最高的继电器，在实际应用环境中也可以根据具体需求进行不同器件的选用，此处不做具体限定。

优选的，如图3所示，所述双向DCDC变换器还包括：

输入端与第一电容C1及第一电感L1的连接点相连的第四开关管Q4；

输入端与第四开关管Q4的输出端相连的第五开关管Q5；

一端与第四开关管Q4的输出端相连的第二电感L2；

一端与第二电感L2的另一端相连的第四电容C4；第四电容C4的另一端与第五开关管Q5的输出端相连；第四电容C4的两端分别作为所述双向DCDC变换器的低电压输入输出端口。

在具体的实际应用中，所述低电压输入输出端口接收的低电压值往往远小于所述高电压输入输出端口及所述较低高电压输入输出端口接收的两个高电压值，所以需多级电路进行升压或者降压；且在实际应用中也可能需要使用更多级的电路来进行升压或者降压，均可以根据具体情况进行选用，此处不做具体限定。

本发明另一实施例还提供了一种光储系统，具体的，如图4所示，包括：

一端相互连接的第一电容C1及第一电感L1；

输入端与第一电感L1的另一端相连的第一开关管Q1；第一开关管Q1的输出端与第一电容C1的另一端相连；

输出端与第一开关管Q1的输入端相连的第二开关管Q2；

连接于第一开关管Q1的输出端及第二开关管Q2的输入端之间的第二电容C2；第二电容C2的两端分别作为所述双向DCDC变换器的高电压输入输出端口；

并联于第一开关管Q1两端的较低高电压传输模块101；较低高电压传输模块101包括：

输出端与第一开关管Q1的输入端相连的第三开关管Q3；

连接于第一开关管Q1的输出端及第三开关管Q3的输入端之间的第三电容C3；

第一开关管Q1、第二开关管Q2及第三开关管Q3内均还包括体二极管；

较低高电压传输模块101还包括：一端与第三开关管Q3输入端及第三电容C3的连接点相连的第一开关K1，第一开关K1的另一端与第三电容C3的另一端作为所述较低高电压输入输出端口；

输入端与第一电容C1及第一电感L1的连接点相连的第四开关管Q4；

输入端与第四开关管Q4的输出端相连的第五开关管Q5；

一端与第四开关管Q4的输出端相连的第二电感L2；

一端与第二电感L2的另一端相连的第四电容C4；第四电容C4的另一端与第五开关管Q5的输出端相连；第四电容C4的两端分别作为所述双向DCDC变换器的低电压输入输出端口；

与所述双向DCDC变换器的低电压输入输出端口相连的储能电池Bat；储能电池Bat的负极与第一开关管Q1的输出端相连；

相互连接的DCAC变换器102及Boost变换器103；DCAC变换器102及Boost变换器103的连接点与所述双向DCDC变换器的高电压输入输出端口相连；

与Boost变换器103另一端相连的光伏电池板PV；光伏电池板PV及Boost变换器103的连接点与所述双向DCDC变换器的一个较低高电压输入输出端口相连。

由于储能电池Bat的电压远小于光伏电池板PV的输出电压Cpv及母线BUS电压Cbus，所以图4选用了多级电路进行升压。

具体的工作原理为：

当光伏电池板PV有能量时，光伏电池板PV的输出电压Cpv可以给负载供电或并网，此时伏电池板PV的输出电压Cpv通过Boost变换器103进行升压，对母线BUS进行充电，效率最优，然后通过DCAC变换器102供给负载供电，多余功率可并入电网，即实现如图5所示的工作模式，图中实线部分表示在此模态下正常工作的线路，虚线部分表示不工作的线路，箭头表示电流方向，此时光伏电池板PV的输出电压Cpv还可以给储能电池Bat充电。

当光伏电池板PV能量不足或者缺乏时，且储能电池Bat能量充足，此时可以通过储能电池Bat放电给负载供电或者并网(在光伏系统中，考虑自发自用等因素，电池能量很少用来并网，此模态可根据需求来定)，即如图6所示的电池放电模式。此时需所述光储系统断开第一开关K1，使储能电池Bat通过双向DCDC变换器升压到母线BUS电压Cbus，然后通过DCAC变换器102供给负载，多余功率并入电网；其中，断开第一开关K1，储能电池Bat的输出电压直接通过两级DCDC升压到母线BUS电压Cbus，从而实现高升压比的放电功能，减少放电过程中的电能损耗。

当光伏电池板PV能量充足时，可将部分能量储存在储能电池Bat中；或者储能电池Bat能量缺乏时，光伏电池板PV可考虑优先给储能电池Bat充电，也即图7所示的工作模式，储能电池Bat通过降压比较低的较低高电压输入输出端口获取电能实现充电，以满足储能电池Bat充电效率最大化，减少充电过程中的电能损耗。

图8所示为储能电池Bat充电的第二种模式，此时若需要给储能电池Bat充电，需断开第一开关K1，然后开通第二开关管Q2，母线BUS电压Cbus通过两级DC/DC降压给储能电池Bat充电，对比上一种低降压比的充电模式，储能电池Bat的充电能量来源于母线BUS电压Cbus，而不是直接来源于于光伏电池板PV，为一种备选方案。

本实施例所提供的光储系统，不仅可以实现储能电池Bat充放电效率最大化，且所述光储系统中采用的双向DCDC变换器比传统的两套充放电DCDC变换器的电路成本低，能够实现整个分布式供电系统的高电能利用率。

优选的，第二电容C2为电解电容或者薄膜电容。

第二电容C2为解耦电容，在实际应用中，选择电解电容或者薄膜电容均可，视其具体的应用环境而定。

在具体的实际应用中，所述双向DCDC变换器内的其他各个元器件的具体选用可以根据实际情况进行选择，此处不做具体限定。

值得说明的是，所述双向DCDC变换器不仅适用于所述光储系统，还可以适用于采用其他能源发电的供电系统，根据其具体的应用环境可以采用不同的连接方式与其他系统进行连接以进行应用，均在此申请的保护范围内，此处不再一一例举。

本发明中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

以上仅是本发明的优选实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (9)

1.一种双向DCDC变换器，其特征在于，包括：

一端相互连接的第一电容及第一电感；所述第一电容的两端分别作为所述双向DCDC变换器的低电压输入输出端口；

输入端与所述第一电感的另一端相连的第一开关管；所述第一开关管的输出端与所述第一电容的另一端相连；

输出端与所述第一开关管的输入端相连的第二开关管；

连接于所述第一开关管的输出端及所述第二开关管的输入端之间的第二电容；所述第二电容的两端分别作为所述双向DCDC变换器的高电压输入输出端口；

至少一个并联于所述第一开关管两端的较低高电压传输模块；所述较低高电压传输模块包括：

输出端与所述第一开关管的输入端相连的第三开关管；

连接于所述第一开关管的输出端及所述第三开关管的输入端之间的第三电容；所述第三电容的两端分别作为所述双向DCDC变换器的较低高电压输入输出端口。

2.根据权利要求1所述的双向DCDC变换器，其特征在于，所述第一开关管、所述第二开关管及所述第三开关管均为NMOS晶体管。

3.根据权利要求1所述的双向DCDC变换器，其特征在于，所述第一开关管、所述第二开关管及所述第三开关管均为绝缘栅双极型晶体管。

4.根据权利要求1所述的双向DCDC变换器，其特征在于，所述第一开关管、所述第二开关管及所述第三开关管内均还包括体二极管；

所述较低高电压传输模块还包括：一端与所述第三开关管输入端及所述第三电容的连接点相连的第一开关，所述第一开关的另一端与所述第三电容的另一端作为所述较低高电压输入输出端口。

5.根据权利要求4所述的双向DCDC变换器，其特征在于，所述第一开关为继电器。

6.根据权利要求1所述的双向DCDC变换器，其特征在于，还包括：

输入端与所述第一电容及第一电感的连接点相连的第四开关管；

输入端与所述第四开关管的输出端相连的第五开关管；

一端与所述第四开关管的输出端相连的第二电感；

一端与所述第二电感的另一端相连的第四电容；所述第四电容的另一端与所述第五开关管的输出端相连；所述第四电容的两端分别作为所述双向DCDC变换器的低电压输入输出端口。

7.一种光储系统，其特征在于，包括：

如权利要求1至6任一所述的双向DCDC变换器；

与所述双向DCDC变换器的低电压输入输出端口相连的储能电池；所述储能电池的负极与所述第一开关管的输出端相连；

相互连接的DCAC变换器及Boost变换器；所述DCAC变换器及Boost变换器的连接点与所述双向DCDC变换器的高电压输入输出端口相连；

与所述Boost变换器另一端相连的光伏电池板；所述光伏电池板及Boost变换器的连接点与所述双向DCDC变换器的一个较低高电压输入输出端口相连。

8.根据权利要求7所述的光储系统，其特征在于，所述第二电容为电解电容。

9.根据权利要求7所述的光储系统，其特征在于，所述第二电容为薄膜电容。