CN107565677A - 一种多母线高压大功率电源控制器 - Google Patents

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张艺
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Abstract

本发明提出了一种多母线高压大功率电源控制器，包括N个PCU模块、N‑1个双向DC‑DC变换器。其中，所述PCU模块采用三端口变换器，第一端口连接太阳电池阵，第二端口连接电池，第三端口连接母线。每个PCU模块中的电池通过所述双向DC‑DC变换器与其相邻的PCU模块中的电池连接，每个PCU模块中的母线也通过所述双向DC‑DC变换器与其相邻的PCU模块中的母线连接。本发明通过各PCU模块互联实现比现有功率水平大5‑10倍的太阳能电源控制器系统。

Description

一种多母线高压大功率电源控制器
技术领域
本发明属于电源控制器技术领域，具体涉及一种高压大功率电源控制器。
背景技术
对于母线电压大于100V的大功率电源控制器PCU来讲，如果继续使用分流调节器SR结构对太阳电池阵的设计要求较高，并且分流时需要承担的瞬态电流更大，对功率管的导通电流和耐压等要求更高。尽管SR分流结构的效率较高，但采用这种体制的PCU功率密度低，模块数量多。
而发明人在专利文献1中(中国专利公开号：CN104518672A)提出了一种磁集成与电流纹波抵消的三端口变换器(简称“B3C拓扑”)，采用磁集成技术，减少了磁环的数量，也减少了驱动耦合变压器的个数，很大程度上减小了整机的体积、重量；利用电流纹波抵消支路，使得三端口流经的电流纹波很小，近似为零。该发明的三端口变换器减小了电磁干扰影响，同时节省了滤波成本，使得母线电流、电池电流更平缓。
发明内容
为解决现有技术中存在的问题，本发明提出了一种多母线高压大功率电源控制器，通过各PCU模块互联实现比现有功率水平大5-10倍的太阳能电源控制器系统。
本发明具体通过如下技术方案实现：
一种多母线高压大功率电源控制器，包括N个PCU模块、N-1个双向DC-DC变换器；其中，所述PCU模块采用三端口变换器，第一端口连接太阳电池阵，第二端口连接电池，第三端口连接母线；每个PCU模块中的电池通过所述双向DC-DC变换器与其相邻的PCU模块中的电池连接，每个PCU模块中的母线也通过所述双向DC-DC变换器与其相邻的PCU模块中的母线连接。
进一步地，所述双向DC-DC变换器为能够适应宽范围的输入和输出的双向DC-DC变换器。
进一步地，所述PCU模块的母线连接载荷，实现载荷的供电需求；当相应的PCU模块没有能量时则通过所述双向DC/DC变换器给电池补充能量或直接给载荷供电。
进一步地，所述高压大功率电源控制器，在光照期，某PCU模块中的电池接受来自相应三端口变换器的充电电流，同时还可能接受相邻PCU模块中的电池通过双向DC/DC变换器为其提供的充电电流或者通过双向DC/DC变换器为相邻PCU模块中的电池提供充电电流。
进一步地，所述高压大功率电源控制器，在阴影区，某PCU模块中电池通过相应三端口变换器放电给负载供电，同时还可能接受相邻PCU模块中的电池通过双向DC/DC为其提供的充电电流或者通过双向DC/DC变换器为相邻PCU模块中的电池提供充电电流。
附图说明
图1是本发明的多母线高压大功率电源控制器的拓扑结构图。
具体实施方式
下面结合附图说明及具体实施方式对本发明进一步说明。
发明人发现，对于解决背景技术中提到的问题，专利文献1中的B3C拓扑是非常适用的，在一个拓扑中包括三个端口，一端连接太阳电池阵，一端连接电池，另一端连接母线，也即一个模块实现SR架构下S3R+BCDR或S4R+BDR方案中的两种甚至三种模块的功能，可实现高功率密度。
B3C拓扑下最大功率目前可实现21kW，那么可以考虑N个小功率等级(比如10kW或20kW)的PCU通过互联实现比现有功率水平大5-10倍的太阳能电源控制器系统，如图1所示。
每个PCU模块为其配备一定功率的载荷配额，实现载荷的供电需求，当相应的PCU模块没有能量时可通过双向DC/DC变换器给电池补充能量或直接给载荷供电，分别对应图1中实线部分和虚线部分。
在该系统中，每个PCU模块配置单独稳定母线，可独立完成太阳能转换、电池充放电、载荷供电。目前的B3C拓扑可支持100V母线电压，可直接扩展至300V，而不需要增加新的电路或者变换拓扑方案，只需要使用高电压等级的功率器件。
图1中，对应实线部分是各PCU模块的电池相连。每个PCU模块配备的电池都是一个电池串，不考虑均衡，单节失效则直接旁路。当各个PCU模块的电池互联时，双向DC/DC变换器负责向电量低的电池充电，可能升压也可能降压，电池电压差异可能较大也可能较小，那么要求双向DC/DC变换器能够适应宽范围的输入和输出。对于被充电的电池而言，一方面接受来自双向DC/DC变换器的充电电能，另一方面通过B3C拓扑放电给负载，或同时也可能接受来自B3C拓扑的充电电流，或通过双向DC/DC变换器向其临近电池放电。
而当每个PCU模块的母线互联时，由于需求模块类型尽可能少，则不会出现多电压母线系统，也就是各个PCU模块的输出电压等级一致，不过会由于器件参数之间差异造成各PCU模块母线电压存在一定的差异，因而双向DC/DC变换器可能两端的电压差异较小，同时还要满足某一PCU模块供电需求不满足时进行大功率的功率变换来进行能量调度。
对于电池互联和母线互联这两种方式而言，都有其优缺点。对于电池互联的情况，在光照期，某PCU模块中的电池接受来自相应B3C的充电电流，同时还可能接受相邻PCU模块中的电池通过双向DC/DC变换器为其提供的充电电流或者通过双向DC/DC变换器为相邻PCU模块中的电池提供充电电流；在阴影区，某PCU模块中电池通过B3C放电给负载供电，同时还可能接受相邻PCU模块中的电池通过双向DC/DC为其提供的充电电流或者通过双向DC/DC变换器为相邻PCU模块中的电池提供充电电流。从效率角度考虑，如果一个PCU模块的电池不足以为载荷供电的情况下，相邻PCU模块的电能必须先给本模块中的电池充电，再通过B3C放电给载荷供电，效率低。而对于母线互联而讲，当某个PCU模块的能量不足时，相邻PCU模块可直接通过一级变换给载荷供电，效率高，但双向DC/DC变换器故障可能直接导致两个PCU模块载荷供电的丧失。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种多母线高压大功率电源控制器，其特征在于：所述电源控制器包括N个PCU模块、N-1个双向DC-DC变换器；其中，所述PCU模块采用三端口变换器，第一端口连接太阳电池阵，第二端口连接电池，第三端口连接母线；每个PCU模块中的电池通过所述双向DC-DC变换器与其相邻的PCU模块中的电池连接，每个PCU模块中的母线也通过所述双向DC-DC变换器与其相邻的PCU模块中的母线连接。
2.根据权利要求1所述的电源控制器，其特征在于：所述双向DC-DC变换器为能够适应宽范围的输入和输出的双向DC-DC变换器。
3.根据权利要求1或2所述的电源控制器，其特征在于：所述PCU模块的母线连接载荷，实现载荷的供电需求；当相应的PCU模块没有能量时则通过所述双向DC/DC变换器给电池补充能量或直接给载荷供电。
4.根据权利要求3所述的电源控制器，其特征在于：所述电源控制器在光照期，某PCU模块中的电池接受来自相应三端口变换器的充电电流，同时还可能接受相邻PCU模块中的电池通过双向DC/DC变换器为其提供的充电电流或者通过双向DC/DC变换器为相邻PCU模块中的电池提供充电电流。
5.根据权利要求3所述的电源控制器，其特征在于：所述电源控制器在阴影区，某PCU模块中电池通过相应三端口变换器放电给负载供电，同时还可能接受相邻PCU模块中的电池通过双向DC/DC为其提供的充电电流或者通过双向DC/DC变换器为相邻PCU模块中的电池提供充电电流。
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