CN109120049A - 一种能量双向流动的非隔离充放电系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种能量双向流动的非隔离充放电系统，该系统包括智能电网、非隔离充放电装置以及储能单元，非隔离充放电装置用于控制智能电网向储能单元输出电能，或者控制储能单元向智能电网输出电能，非隔离充放电装置包括第一滤波电路、H桥逆变电路、直流电路、半桥IGBT模块以及第二滤波电路。本发明的非隔离充放电系统可以应用于电动汽车充电和智能电网储能方面，所用元器件少，输出的电压范围宽，可以实现电源的非隔离双向能量流动，能有效的使电能的利用率最大化。
Description
【技术领域】
本发明涉及电动汽车技术领域，具体的，涉及一种能量双向流动的非隔离充放电系统。
【背景技术】
在新能源光伏系统、储能系统以及电动汽车充电系统等多种应用场合，要求电能变换器中的能量可以双向流动，能量即可以由电网流向电池等储能单元，实现电能的存储，同时，又要求能量可以从储能单元流向电网或单独以交流电源的形式输出，实现电网电能的调节或者满足离网条件下电能的使用。
但是，现有的充电模块基本是单向的，即只能电网流向汽车电池给电池充电，应用比较单一。
【发明内容】
为了克服现有技术的不足，本发明的主要目的是提供一种能量双向流动的非隔离充放电系统，该非隔离充放电系统所用元器件少，输出的电压范围宽，可以实现电源的双向流动，能有效的使电能的利用率最大化。
为了实现上述的主要目的，本发明提供的一种能量双向流动的非隔离充放电系统包括智能电网、非隔离充放电装置以及储能单元，非隔离充放电装置用于控制智能电网向储能单元输出电能，或者控制储能单元向智能电网输出电能；非隔离充放电装置包括第一滤波电路、H桥逆变电路、直流电路、半桥IGBT模块以及第二滤波电路，第一滤波电路的第一输出端与H桥逆变电路的第一桥臂电连接，H桥逆变电路的第二桥臂与直流电路的输入端电连接，直流电路的输出端与半桥IGBT模块的输入端电连接，半桥IGBT模块的输出端与第二滤波电路的输入端电连接，第二滤波电路的输出端与储能单元的输入端电连接；第二滤波电路包括依次相连接的第一电感、第一电容以及第二电感。
进一步的方案是，H桥逆变电路的第一桥臂由第一开关管和第二开关管构成，第一开关管的发射极与第二开关管的集电极电连接。
更进一步的方案是，H桥逆变电路的第二桥臂由第三开关管和第四开关管构成，第三开关管的发射极与第四开关管的集电极电连接。
更进一步的方案是，第一滤波电路包括第三电感、第四电感、第五电感以及第二电容，第三电感的第一端与火线电连接，第二电容并联在第四电感的第一端、第五电感的第一端上，第四电感的第二端与第一开关管的发射极电连接，第五电感的第二端与第三开关管的发射极电连接。
更进一步的方案是，直流电路包括多个滤波电容和多个均压电阻，一个均压电阻与一个滤波电容并联。
更进一步的方案是，半桥IGBT模块由第五开关管和第六开关管构成，第五开关管的发射极与第六开关管的集电极电连接。
由此可见，本发明提供的非隔离充放电系统由智能电网、非隔离充放电装置和储能单元三个部分组成，第一滤波电路和H桥逆变电路组成PWM整流电路，该整流电路可以实现PWM整流，以达到提升直流侧电压和降低系统侧谐波电流的目的；中间直流环节可以使得直流侧的电压更加平滑；半桥IGBT模块和第二滤波电路组成buck\boost电路，该电路可以实现升压又可以实现降压，以满足更宽的电动汽车使用范围。所以，该系统可以应用于电动汽车充电和智能电网储能方面，可以实现智能电网的能量向电动汽车电池或储能的电池、电容，同时也可以实现电动车电池或者储能用电容、电池的能量逆变回智能电网，可扩充电网的能量缺口，或者担当不间断电源的作用，并且还可以借助电动汽车提供交流电源给常规的炊具或其他电器供电。
而且，对于隔离式的充放电装置，本发明的非隔离充放电装置转换效率高，体积可以比较小，成本较低。
【附图说明】
图1是本发明一种能量双向流动的非隔离充放电系统实施例的原理图。
图2是本发明一种能量双向流动的非隔离充放电系统实施例中非隔离充放电装置的电路原理图。
【具体实施方式】
为了使发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不限用于本发明。
参见图1，本发明的一种能量双向流动的非隔离充放电系统包括智能电网1、非隔离充放电装置2以及储能单元3，非隔离充放电装置3用于控制智能电网2向储能单元3输出电能，或者控制储能单元3向智能电网1输出电能。其中，储能单元3可以是电动汽车电池或者储能的电池和电容。
如图2所示，非隔离充放电装置2包括第一滤波电路10、H桥逆变电路20、直流电路30、半桥IGBT模块40以及第二滤波电路50。具体地，第一滤波电路10和H桥逆变电路20共同组成PWM整流部分，第一滤波电路10的第一输出端与H桥逆变电路20的第一桥臂电连接，H桥逆变电路20的第二桥臂与直流电路30的输入端电连接，直流电路30的输出端与半桥IGBT模块40的输入端电连接，半桥IGBT模块40的输出端与第二滤波电路50的输入端电连接，滤波电路50的输出端与储能单元3的输入端电连接。
H桥逆变电路20的第一桥臂由第一开关管B1和第二开关管B2构成，H桥逆变电路20的第二桥臂由第三开关管B3和第四开关管B4构成，第一开关管B1的发射极与第二开关管B2的集电极电连接，第三开关管B3的发射极与第四开关管B4的集电极电连接，第一开关管B1的集电极与第三开关管B3的集电极电连接，第二开关管B2的集电极与第四开关管B4的集电极电连接。
第一滤波电路10包括电感L1、电感L2、电感L3以及电容C1，电感L1、电感L2、电感L3和电容C1共同构成一个LCL电路，电感L1的第一端与火线电连接，电容C1并联在电感L2的第一端、电感L3的第一端上，电感L2的第二端与第一开关管B1的发射极电连接，电感L3的第二端与第三开关管B3的发射极电连接。采用这种整流结构的最大优点是通过适当控制可以使输入电流非常接近正弦波，且和输入电压同相位，使得功率因数近似为1，从而使注入电网的电流谐波和无功污染小；电容C1能够消除充放电电压包含的二次谐波以及由此带来的三次谐波影响。
半桥IGBT模块10由第五开关管B5和第六开关管B6构成，第五开关管B5的发射极与第六开关管B6的集电极电连接，第五开关管B5的集电极与直流电路30的第一输出端电连接，第六开关管B6的发射极与直流电路30的第二输出端电连接，第二滤波电路50的输入端连接在第五开关管B5的发射极和第六开关管B6的集电极之间。
第二滤波电路50包括依次相连接的电感L4、电容C21以及电感L5，其中，电感L4的第一端连接第五开关管B5的发射极和第六开关管B6的集电极之间，电容C21的第一端连接在电感L4的第二端和电感L5的第一端之间，电容C21的第二端与储能单元3的第一输入端电连接，电感L4的第二端与储能单元3的第二输入端电连接。
优选的，直流电路30包括多个滤波电容和多个均压电阻，如电容C11、电容C12、电容C13、电容C14、电阻R11、电阻R12、电阻R13、电阻R14，其中，一个均压电阻与一个滤波电容并联，例如，电容C11与电阻R11并联，电容C12与电阻R12并联，电容C13与电阻R13并联，电容C14与电阻R14并联。
由此可见，本发明提供的非隔离充放电系统由智能电网1、非隔离充放电装置2和储能单元3三个部分组成，第一滤波电路10和H桥逆变电路20组成PWM整流电路，该整流电路可以实现PWM整流，以达到提升直流侧电压和降低系统侧谐波电流的目的；中间直流环节可以使得直流侧的电压更加平滑；半桥IGBT模块40和第二滤波电路50组成buck\boost电路，该电路可以实现升压又可以实现降压，以满足更宽的电动汽车使用范围。所以，该系统可以应用于电动汽车充电和智能电网1储能方面，可以实现智能电网1的能量向电动汽车电池或储能的电池、电容，同时也可以实现电动车电池或者储能用电容、电池的能量逆变回智能电网1，可扩充电网的能量缺口，或者担当不间断电源的作用，并且还可以借助电动汽车提供交流电源给常规的炊具或其他电器供电。
而且，对于隔离式的充放电装置，本发明的非隔离充放电装置转换效率高，体积可以比较小，成本较低。
需要说明的是，以上仅为本发明的优选实施例，但发明的设计构思并不局限于此，凡利用此构思对本发明做出的非实质性修改，也均落入本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种能量双向流动的非隔离充放电系统，包括智能电网、非隔离充放电装置以及储能单元，其特征在于：
所述非隔离充放电装置用于控制所述智能电网向所述储能单元输出电能，或者控制所述储能单元向所述智能电网输出电能；
所述非隔离充放电装置包括第一滤波电路、H桥逆变电路、直流电路、半桥IGBT模块以及第二滤波电路，所述第一滤波电路的第一输出端与所述H桥逆变电路的第一桥臂电连接，所述H桥逆变电路的第二桥臂与所述直流电路的输入端电连接，所述直流电路的输出端与所述半桥IGBT模块的输入端电连接，所述半桥IGBT模块的输出端与所述第二滤波电路的输入端电连接，所述第二滤波电路的输出端与所述储能单元的输入端电连接；
所述第二滤波电路包括依次相连接的第一电感、第一电容以及第二电感。
2.根据权利要求1所述的一种能量双向流动的非隔离充放电系统，其特征在于：
所述H桥逆变电路的第一桥臂由第一开关管和第二开关管构成，所述第一开关管的发射极与所述第二开关管的集电极电连接。
3.根据权利要求2所述的一种能量双向流动的非隔离充放电系统，其特征在于：
所述H桥逆变电路的第二桥臂由第三开关管和第四开关管构成，所述第三开关管的发射极与所述第四开关管的集电极电连接。
4.根据权利要求3所述的一种能量双向流动的非隔离充放电系统，其特征在于：
所述第一滤波电路包括第三电感、第四电感、第五电感以及第二电容，所述第三电感的第一端与火线电连接，所述第二电容并联在所述第四电感的第一端、所述第五电感的第一端上，所述第四电感的第二端与所述第一开关管的发射极电连接，所述第五电感的第二端与所述第三开关管的发射极电连接。
5.根据权利要求1至4任一项所述的一种能量双向流动的非隔离充放电系统，其特征在于：
所述直流电路包括多个滤波电容和多个均压电阻，一个所述均压电阻与一个所述滤波电容并联。
6.根据权利要求1至4任一项所述的一种能量双向流动的非隔离充放电系统，其特征在于：
所述半桥IGBT模块由第五开关管和第六开关管构成，所述第五开关管的发射极与所述第六开关管的集电极电连接。
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