CN110103749A - 一种用于电能转换和控制的系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及用于电能转换和控制技术。本申请提供了一种多端口电气装置，该电气装置包括：至少三个端口、直流网络、以及AC/DC模块，其中所述至少三个端口包括至少一个交流端口和至少两个直流端口，所述电气装置至少有一个直流端口连接到第一直流设备，并且所述电气装置至少有一个直流端口连接到第二直流设备，所述端口之间的电能转换和传输经由所述电气装置来实现。本申请可以实现高效灵活的充储控制、容量管理和运营。
Description
技术领域
本申请涉及储能充电技术，尤其涉及电能转换和控制技术。
背景技术
随着电动汽车行业的兴起，在充电桩领域出现了一些新型充电储能一体的充电装置。这些充电装置或者是通过电池利用电网峰谷价差降低电费成本，或者设计成移动式以满足离网型的应急充电。当电动汽车市场持续扩大时，将会产生新的技术挑战和市场需求：一是电力配网容量的限制，如中心城区电力设施无法升级满足同时充电的要求；二是大量退役梯次动力电池可以利用，但由于种类多，性能差异大，重新分组集成拉高了使用成本；三是当前充储一体装置不能兼顾灵活性和效率，不适应场站级的多种工作模式要求。
本领域需要一种改进的电能转换和控制技术。
发明内容
鉴于此，本申请旨在提供兼顾灵活性和效率的电气装置及其控制方法。
根据一方面，本申请提供了一种多端口电气装置，所述电气装置包括：至少三个端口、直流网络、以及AC/DC模块，其中所述至少三个端口包括至少一个交流端口和至少两个直流端口，所述电气装置至少有一个直流端口连接到第一直流设备，并且所述电气装置至少有一个直流端口连接到第二直流设备，所述端口之间的电能转换和传输经由所述电气装置来实现。
根据一个实施例，所述至少一个交流端口连接交流电源或交流电网，所述直流端口连接外部直流电源或直流电网；所述第一直流设备选自以下之一：直流电源、储能电源、或电动汽车；所述第二直流设备为直流充电桩。
根据一个实施例，所述直流网络包括直流电路，所述交流端口通过所述AC/DC模块连接到所述直流电路。
根据一个实施例，所述AC/DC模块是单向或双向的。
根据一个实施例，所述第一直流设备通过DC/DC模块连接到所述直流网络。
根据一个实施例，所述DC/DC模块是双向。
根据一个实施例，所述直流网络的电路结构的改变、端口之间的连接方式的改变、和/或电能流动方向和分配是通过多个开关的投切来实现的。
根据一个实施例，所述直流网络被用于同类型电池的电压匹配和并联。
根据一个实施例，所述直流网络通过多个开关的投切来实现系统效率提高。
根据一个实施例，所述直流端口适应不同的电压水平的电池。
根据一个实施例，所述交流端口不连接交流电源或交流电网。
根据一个实施例，所述交流端口作为交流源输出供电。
根据另一方面，本申请提供了一种用于多端口之间的电能转换和传输的控制器，所述控制器的控制对象包括：AC/DC模块，双向DC/DC模块，直流充电桩模块和直流电路，所述控制器通过AC/DC模块控制外部交流电源或电网和直流电路之间的电能流动方向及功率，所述控制器通过双向DC/DC模块控制直流电路和外部直流电源或电网之间的能量流动，所述控制器通过直流充电桩模块控制充电电压或电流。
根据一个实施例，所述控制器根据用户要求或储能电池状态，通过各开关的投切来改变所述直流电路的拓扑结构，并改变电能流动方向和效率。
根据又一方面，本申请提供了一种用于电能转换和控制的系统，所述系统包括：第一交流端口、AC/DC模块、直流电路、以及多个DC/DC模块；其中所述直流电路经由第一直流通道开关、第二直流通道开关、第三直流通道开关、第四直流通道开关分别连接至第一直流端口、第二直流端口、第三直流端口、以及第四直流端口；第一交流通道开关的一端与所述AC/DC模块连接，第一交流通道开关的另一端与第一直流通道开关、第二直流通道开关、第三直流通道开关、第四直流通道开关连接；第一直流通道开关连接至第一DC/DC模块；第一旁路开关跨接在第一直流通道开关与第一直流端口之间，并且与第一DC/DC模块并联；第一DC/DC模块连接至第一直流端口；第二通道开关连接至第二DC/DC模块；第二旁路开关跨接在第二通道开关与第二直流端口之间，并且与第二DC/DC模块并联；第二DC/DC模块连接至第二直流端口；第三通道开关连接至第三直流端口；第二直流端口与第三直流端口之间通过跨通道开关连接；第四通道开关连接至第三DC/DC模块；第三DC/DC模块连接至第四直流端口。
根据一个实施例，所述直流电路的电路结构是通过上述各开关的投切来改变的。
根据一个实施例，第一交流通道开关闭合；第一直流通道开关和第四直流通道开关闭合；第二直流通道开关、第三直流通道开关、第一旁路开关、第二旁路开关以及跨通道开关均断开。
根据一个实施例，第二直流通道开关和第三直流通道开关闭合，其余开关均断开。
根据一个实施例，第一交流通道开关、第三直流通道开关和第四直流通道开关闭合，其余开关均断开。
根据一个实施例，第一直流通道开关、第三直流通道开关和第四直流通道开关闭合，其余开关均断开。
根据一个实施例，第一直流通道开关和第三直流通道开关闭合，其余开关均断开。
根据又一方面，本申请还提供了一种用于电能转换和控制的方法，包括：根据各交流和直流端口的情况以及用户需求来确定各通道开关和跨通道开关的目标工作状态和直流母线的目标结构；确定直流母线的目标工作电压，并确定旁路开关目标工作状态；调节直流母线电压至目标工作电压；通过开关将电路的结构改变为目标结构；根据开关状态和控制目标，设置工作限制条件；以及根据目标工作模式下的控制目标，对控制目标作闭环控制。
根据一个实施例，所述目标工作模式为以下之一：DC/DC在线模式、效率模式、离网模式。
根据再一方面，本申请还提供了一种用于电能转换和控制的计算机系统，所述系统包括：至少一个逻辑处理器；计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储用于执行以下操作的计算机可执行指令：确定直流母线的目标工作电压，并确定旁路开关目标工作状态；调节直流母线电压至目标工作电压；通过开关将电路的结构改变为目标结构；根据开关状态和控制目标，设置工作限制条件；以及根据目标工作模式下的控制目标，对控制目标作闭环控制。
现有充储一体产品缺乏灵活兼容多种梯次电池的能力，或虽兼容但电能使用效率低下，并且现有充储一体产品缺乏灵活的多种潮流控制模式的能力。本申请提供的电能转换和控制技术能够缓解直流大功率充电对配电网带来的冲击，解决配网容量瓶颈；本申请还考虑充电站负荷的间歇性，利用储能电池对充电负荷作平滑；充分利用汽车动力电池退役后的剩余容量(例如80％)，可以实现多种不同电池的集成和再利用；此外，本申请提供了一种充电桩和退役电池的集成装置，以实现高效灵活的充储控制、容量管理和运营；本申请可以满足单机和场站级的需求。
附图说明
纳入于此且构成本说明书一部分的附图示出了本申请的示例性实施例，并与以上给出的发明内容和下面给出的具体实施方式一起用来解释本申请的特征。
图1是根据现有设计的一种充储装置的示意图。
图2是根据本申请的一个实施例的电能转换和控制系统示意图。
图3是根据本申请的一个实施例的电气装置的电路示意图。
图4是根据本申请的一个实施例的电气装置的电路示意图。
图5是根据本申请的另一个实施例的电气装置的电路示意图。
图6是根据图5所示实施例的电能控制示意图。
图7是根据本申请的又一个实施例的电气装置的电路示意图。
图8是根据图7所示实施例的电能控制示意图。
图9是根据本申请的又一个实施例的电气装置的电路示意图。
图10是根据图9所示实施例的电能控制示意图。
图11是根据本申请的再一个实施例的电气装置的电路示意图。
图12是根据图11所示实施例的电能控制示意图。
图13是根据本申请的一个实施例的一种电能转换和控制方法流程图。
图14是根据本申请的一个实施例的示例性计算机系统。
具体实施方式
将参照附图详细描述各种实施例。在可能之处，相同附图标记将贯穿附图用于指代相同或类似部分。对特定示例和实现所作的引用是用于说明性目的，而无意限定本申请或权利要求的范围。
措辞“示例性”在本文中用于表示“用作示例、实例或示出”。本文中描述为“示例性”的任何实现不必然被解释为优于或胜过其他实现。
图1是根据现有设计的一种充储装置的示意图。参考图1，该装置提供了一个交流端口(如交流端口1)和电网相连，一个或多个直流端口(如直流端口1-4)分别和储能电池、光伏和直流充电桩相连。然而，该装置中所有直流设备(电源、储能电池或电动汽车)都通过电力电子模块DC/DC连到公共直流母线上。虽然可实现离并网条件下对电动汽车的充电和不同电池的搭配，但牺牲了系统效率。这是由于功率回路中电力电子模块多，整体效率较低。通常一级电力电子模块效率大约在95％，即使不算储能电池的充放电效率，现有设计在不同工作模式下电能经过至少两级变换，整体效率一般不超过90％。
本申请提供了一种电能转换和控制技术。插电式电动汽车需要通过车载储能电池为汽车提供动力，该电池的充能过程成为电动汽车充电。动力电池在服役期限之后，虽不满足电动汽车的使用条件，但其剩余寿命仍可以满足其他储能应用。这些经过重新检测标定，甚至重新分组集成的电池模组称为梯次退役电池。本申请提供了一种多端口电力电子装置及其控制方法。此外，本申请还提供了包括电力电子模块和开关的可变结构电路。该电路可以包括多端口电力电子装置，其中多端口电力电子装置可以是多端口多能变换装置。多端口多能变换装置可以具有多个交流或直流的电气端口，连接不同形式的电源，包括交直流电网，多种发电装置(如光伏，风力发电机，柴油发电机)及不同的交直流负载，为不同的端口提供电能的转换和控制(如电压、频率的转化，功率流向及大小的控制)。此外，多端口电力电子装置可以包括多个单向或双向的AC/DC，DC/DC模块，开关，实时功率测量模块和控制系统等。
图2示出了根据本申请的一个实施例的电能转换和控制系统的示意图。该电能转换和控制系统可以包括多端口电气装置201和控制器203。多端口电气装置201可以具有可变结构电路，该可变结构电路可以通过电力电子模块和开关来改变电路结构(下文将详述)。多端口电气装置201可以包括一个或多个端口。作为示例，图2示出的多端口电气装置201包括交流端口1-n以及直流端口1-n。其中交流端口1-n可以在并网模式下接入大电网，进行削峰填谷和/或容量管理。另选地，在离网模式下交流端口1-n可以不接入大电网，作为交流源输出供电。交流端口1-n可以连接交流馈线1-n。直流端口1-n可以连接储能电池1、储能电池2以及电动汽车车载电池等。控制器203与多端口电气装置201通信，用以控制多端口之间的电能转换和传输。
图3是根据本申请的一个实施例的电气装置的电路示意图。例如该电气装置可以是多端口电气装置301。多端口电气装置301可以包括一个或多个端口。作为示例，多端口电气装置301的这些端口包括至少一个交流端口和至少两个直流端口。交流端口连接交流电源或交流电网。直流端口连接外部直流电源或直流电网。该电气装置至少有一个直流端口连接到第一直流设备(如储能电池)，至少有一个直流端口连接到第二直流设备(如直流充电桩)。结合图3，例如，多端口电气装置301可以包括交流端口1以及直流端口1-4。交流端口1可以连接交流电源或交流电网，直流端口1可以连接到储能电池，直流端口2可以连接到直流充电桩。
多端口电气装置301还可以包括可变动的直流网络，以及交流直流转换模块(AC/DC模块)。直流网络可以包括开关以及直流电路。交流端口1可以通过AC/DC模块连接到直流电路。AC/DC模块可以是单向的(电能从交流到直流)，或双向的。AC/DC模块可以通过开关(如通道开关0)连接到直流网络。直流电路储能电池可以通过DC/DC模块连接到直流电路，并且DC/DC模块可以是双向。另选地，当直流电路储能电池的电气特征匹配性较好的情况下也可以不接入DC/DC，以降低成本和减少损耗。接入DC/DC可以提供更好的电气特性匹配，包括但不限于电压一致性、充放电倍率等。直流电路可以通过多个开关的投切来改变电路结构，实现端口之间的不同连接方式，并实现不同的电能流动方向和分配。例如，如图3所示，直流电路可以经由四个通道连接至直流端口1-4。可以经由通道开关1、通道开关2、通道开关3、通道开关4，旁路开关1、旁路开关2，以及跨通道开关23的投切来改变直流电路的电路结构。具体而言，通道开关0的一端与AC/DC模块连接，通道开关0的另一端与通道开关2-4连接。通道开关1连接至第一DC/DC模块；旁路开关1跨接在通道开关1与直流端口1之间，并且与第一DC/DC模块并联；第一DC/DC模块连接至直流端口1。通道开关2连接至第二DC/DC模块；旁路开关2跨接在通道开关2与直流端口2之间，并且与第二DC/DC模块并联；第二DC/DC模块连接至直流端口2。通道开关3连接至直流端口3。直流端口2与直流端口3之间可以通过跨通道开关23连接。通道开关4连接至第三DC/DC模块；第三DC/DC模块连接至直流端口4。直流电路可以用于同类型电池的电压匹配和并联。直流电路可以通过多个开关的投切来实现系统效率提高。直流端口可以适应不同的电压水平的电池。
控制器303与多端口电气装置301通信，用以控制多端口之间的电能转换和传输。控制器303控制的对象可以包括AC/DC模块、双向DC/DC模块、直流充电桩模块和直流电路。其中直流充电桩模块可以是单向DC/DC模块，其仅实现功率的单向流动，例如从公共直流母线向直流端口送电。控制器303可以通过AC/DC模块控制外部交流电源或电网和直流电路之间的电能流动方向及功率。控制器303可以通过双向DC/DC模块控制直流电路和外部直流电源或电网之间的能量流动。控制器303可以通过直流充电桩控制充电电压或电流。控制器303可以根据储能电池的电量和充放电倍率及电网功率限制，来分配各端口的功率或电流指令，这些指令被传输到模块控制器中执行。其中模块控制器可以是AC/DC模块，双向DC/DC模块，直流充电桩模块自带的控制器，实现本模块的功率/电压/电流控制。控制器303可以响应中央控制系统的指令，为该电气装置所连接的外部交流电网供电。外部电网供电用于控制整个电气系统的容量不超过限制。其中整个电气系统可以包括多个前述多端口电气装置，配电柜等配电设备，及其他配网负荷及设备，包括但不限于照明，空调等。控制器303根据用户要求或储能电池状态，确定各开关的投切，以此改变该装置内直流电路的拓扑结构，并改变电能流动方向和效率。
图4是根据本申请的一个实施例的电气装置的电路示意图。例如该电气装置可以是多端口电气装置。多端口电气装置可以与控制器通信。如图4所示，加粗部分是通过开关实现的能量通道。交流通道开关0闭合，直流通道开关1和4闭合，其余通道及旁路开关断开。此时AC/DC控制直流母线电压为给定值(如600V)，通道4连接充电桩，通道1连接储能电池或其他形式的直流电源。通道1和4的公共直流母线侧工作在电流控制模式下。
其他实施例包括其他直流通道开关的使能，如通道2和3开关闭合，而其余通道开关及旁路开关断开等。
图5是根据本申请的另一个实施例的电气装置的电路示意图。该实施例示出了DC/DC在线模式。结合图5，电能转换和控制系统连接交流电源。当通道1使用双向DC/DC，直流端口1连接储能电池，而通道4为DC充电桩并连接电动汽车。在该实施例中，可以实现的功率流包括：1)交流电源(通道0)和储能电池(通道1)联合给电动汽车充电，以解决交流容量不足、容量控制或电能成本的问题；2)交流电源(通道0)给储能电池(通道1)和桩(通道4)充电；3)储能电池(通道1)给桩及交流电网供电。这三种模式下控制通道0的AC/DC承担控制直流母线电压的作用，通道4的DC/DC(桩)控制电动汽车的充电，而通道1的DC/DC控制通道1的电流方向和大小。已知充电桩公共直流母线上的电流就可以通过通道1的电流控制实现交流通道上的功率流向及大小的控制。
图6是根据图5所示实施例的电能控制示意图。如图6所示，I0＝I1+I4,当忽略AC/DC上的损耗时，Pgrid＝V0*I0。因此，已知通道4的电流和公共直流母线电压V0，即可确定通道1的电流给定值，从而控制电网功率Pgrid。
图7是根据本申请的又一个实施例的电气装置的电路示意图。该实施例示出了效率模式。结合图7，当电能转换和控制系统连接交流电源，且DC/DC旁路开关闭合或直挂通道(如通道3)连接储能电池。例如通道开关0，3，4闭合，其余开关断开；或通道开关0，1，4闭合，旁路开关1闭合，其余开关断开，也可以实现相同的目的。
图8是根据图7所示实施例的电能控制示意图。如图8所示，I0＝I3+I4,当忽略AC/DC上的损耗时，Pgrid＝V0*I0。此时由于通道3上没有可控的电力电子模块，其电流的控制只能通过AC/DC控制，该电流闭环的输出即公共直流母线的电压给定值。
图9是根据本申请的又一个实施例的电气装置的电路示意图。该实施例示出了离网模式。结合图9，通过通道开关0断开使得交流通路0断开，由储能电池或其他直流电源，为桩或其他直流网络供电。
图10是根据图9所示实施例的电能控制示意图。同时参考图9和图10，通道3如接入直流电压源(如储能电池)，则公共直流母线电压即该直流电压源的输出电压。V0＝V3,I1+I3＝I4。此时由于通路3没有经过电力电子模块，其电流及功率流向必须由其他通路的电力电子模块完成，例如通过控制通路4(桩)和通路1(DC/DC)的电流间接控制通路3的电流或功率。
图11是根据本申请的再一个实施例的电气装置的电路示意图。该实施例示出了同类型电池的电压匹配和并联。如图11所示，例如通道1开关闭合，旁路开关1断开，通道3开关闭合，其余通道开关断开。
图12是根据图11所示实施例的电能控制示意图。同时参考图11和图12，此时，I1＝-I3，V0＝V3，通过控制通路1的DC/DC对通路1的储能电池充放电，最终可以使得V1＝V3(V1是通道1储能电池输出电压，V3是通道3储能电池输出电压)。然后可以让通道1的DC/DC停止工作，并闭合旁路开关1，从而实现通路1和3储能电池的直接配平并联。并联后通路开关1和3，旁路开关1可以同步工作。
在本申请的各实施例中，由于旁路开关相对电力电子模块损耗可以忽略不计，当工作条件满足，旁路开关闭合后，该通路的效率可以提高4％～5％(按电力电子模块效率95％估算)。由于DC/DC可以实现不同电压等级电路的互联，系统可以把不同电压电池连接到一个公共的直流母线上。
此外，可替代地，交流端口可以不连接交流电源或交流电网。例如，当交流通路开关断开时，系统成为仅有直流电源或负载的连接装置。主要的应用场景可以是直流配电系统，如船用或机载直流配电、光伏电站的直流配电等。
图13示出了根据本申请的一个实施例的一种电能转换和控制方法流程图。在步骤1301，控制器根据各交流和直流端口的情况(例如包括电压、电流和/或功率容量)以及用户需求(例如汽车充放电、储能电池充放电、回馈电网、容量控制等工作模式)来确定各通道开关和跨通道开关的目标工作状态和直流母线的目标结构。在步骤1303，根据电压匹配和效率优化的要求，确定直流母线的目标工作电压，并确定旁路开关目标工作状态。在步骤1305，控制器通过发指令到各电力电子模块(各AC/DC和DC/DC)，调节直流母线电压至目标电压，然后发指令给各开关，改变电路的结构为目标结构。在步骤1307，控制器根据开关状态和控制目标，设置工作限制条件(如电压电流及功率的限定值)。在步骤1309控制器根据目标工作模式下的具体的控制目标(如恒电流充电、恒电压充电，电网功率)，发指令给个电力电子模块，并对控制目标作闭环控制。
本申请中，通过包括电力电子和开关的可变结构的电气装置，模块化的通道可以匹配不同电压或容量的储能电池；并通过旁路开关和跨通道开关使得能量传输过程中电力电子模块的级数最少，或模块利用率最大，从而达到系统效率最大化。通过控制器和开关的开合，可以调整各端口的功率流，满足车辆和储能充放电的共组计划、降低充运营成本(如车辆充电的高同时率、低充电成本)，及系统容量管理的需求。通过控制器和开关的开合，可以合理分配各储能电池冲放电次数和功率，延长储能电池的使用寿命，或得到可计划的储能电池更换及维护时间表。
本领域技术人员可以理解，本申请的示意性电能转换和控制方法的各个步骤的顺序也仅作为示意而非限制。此外，本申请的示意性电能转换和控制方法不局限于上述各个步骤，而是还可以包括以下可选步骤：可以根据电池充放电历史数据记录来确定各通道开关和跨通道开关的目标工作状态和直流母线的目标结构。装置可以与场站级控制系统通信。场站级控制系统可以根据电池电量和充放电倍率，车辆充电计划，生成各端口功率需求。通过历史充放电数据、当前剩余电量、充放电倍率及电池温度，计算电池的寿命折损。
对于上述可选步骤，可以采用数据库来记录历史数据记录。装置可以经由通信网络与场站级控制系统进行通信。场站级控制系统(或装置本地输入界面)可以提供各端口的电能需求(如电压，电流，功率，限幅值等)。场站级控制系统可以根据储能电池的寿命情况和维护目标，给出最优的使用条件(如充放电频次，充放电电流或功率限定值或最优曲线)。
相比于现有设计仅仅提供单一模式(例如所有储能电池都经过DC/DC接入，或只有一个电池模组接入直流母线)，本申请通过提供电力电子模块(AC/DC和DC/DC)及开关来匹配不同储能电池的电压。本申请可以实现以下有益效果：相同类型储能电池并联，如新增一组直挂电池，可以先断开该通道开关，通过电压调平后(如通过跨通道开关连接到其他通道的DC/DC进行冲放电，待电压和原直挂电池相同后，断开跨通道开关)，再闭合该通道开关实现同类电池并联。可以实现离并网(指交流电网)条件下多种工作模式灵活切换，实现仅通过交流电网，或仅通过储能电池，或通过交流电网和储能电池联合对电动汽车充电。切换过程由控制器自动完成，无需人工改动接线，各通道功率分配也由控制器自动完成。离网条件下，可根据系统效率最优原则，闭合相应通道的旁路开关，使得该通道的效率得以提升(例如通常可以提高4％以上)。直流通道可以支持直流输出的分布式电源(如光伏和风电)接入，如有额外的交流端口，则可以支持柴油发电机或小型燃气机的接入。
可任选地，可变结构的直流电路中，各种开关可以使用电子开关或具有双向截断能力的电力电子模块替换。控制算法(包括电力电子模块的控制，指令生成，开关的开通闭合，模块和系统的保护，运营的优化调度等)的实现可以是在本地或场站级控制系统实现，也可以通过云控制器远程实现。工作条件的输入可以在本地或远程(包括场站，云，或移动电子设备上)进行。
应当理解，上述实施例仅作为示例而非限制，本领域技术人员还可以构想更多其他方法来实现电能转换和控制。这样的实现方式不应被解读成导致脱离了本申请的范围。
参考图14，示出了一种示例性的计算机系统1400。计算机系统1400可以包括逻辑处理器1402，例如执行核。尽管图示了一个逻辑处理器1402，但在其它的实施例中，计算机系统1400可以具有多个逻辑处理器，例如，每个处理器基片多个执行核，和/或多个处理器基片，其中每个处理器基片可以具有多个执行核。如图所示，各种计算机可读存储介质1410可以通过一条或多条系统总线互连，所述系统总线将各种系统组件耦合到逻辑处理器1402。系统总线可以是若干类型的总线结构中的任何类型，包括存储器总线或存储器控制器、外围总线、以及使用各种各样的总线体系结构中的任一种的本地总线。在示例性的实施例中，计算机可读存储介质1410可以包括例如随机存取存储器(RAM)1404、存储设备1406(例如，机电硬驱动器、固态硬驱动器等等)、固件1408(例如，快闪RAM或ROM)、以及可拆卸存储设备1418(诸如像CD-ROM、软盘、DVD、闪存驱动器、外部存储设备等等)。本领域的技术人员应当意识到，可以使用其它类型的计算机可读存储介质，诸如磁带盒、闪存卡和/或数字视频盘。计算机可读存储介质1410可以提供计算机可执行的指令1422、数据结构、程序模块、以及用于计算机系统1400的其它数据的非易失性和易失性存储。基本输入/输出系统(BIOS)1420——其包含诸如在启动期间帮助在计算机系统1400的单元之间转移信息的基本例行程序——可以被存储在固件1408中。大量的程序可以被存储在固件1408、存储设备1406、RAM 1404和/或可拆卸存储设备1418上，并可以由逻辑处理器1402执行，逻辑处理器1402包括操作系统和/或应用程序。命令和信息可以通过输入设备1416被计算机系统1400所接收，输入设备1416可以包括但不限于键盘和指向设备。其它的输入设备可以包括话筒、操纵杆、游戏手柄、扫描仪等等。这些和其它输入设备常常通过被耦合到系统总线的串行端口接口而被连接到逻辑处理器1402，但是也可以通过其它的接口连接，诸如并行端口、游戏端口或通用串行总线(USB)。显示器或其它类型的显示设备也可以经由接口连接到系统总线，比如视频适配器，其可以是图形处理单元1412的一部分或被连接到图形处理单元1412。除了显示器，计算机典型地包括其它的外围输出设备，诸如扬声器和打印机(未示出)。图14的示例性系统还可以包括主机适配器、小型计算机系统接口(SCSI)总线、以及连接到SCSI总线的外部存储设备。计算机系统1400可以在使用到一个或多个远程计算机(诸如，某个远程计算机)的逻辑连接的联网环境中操作。远程计算机可以是另外的计算机、服务器、路由器、网络PC、对等设备或其它常见的网络节点，以及典型地可以包括上面相对于计算机系统1400描述的单元中的多个或所有单元。当在LAN或WAN联网环境中使用时，计算机系统1400可以通过网络接口卡1414被连接到LAN或WAN。网卡(NIC)1414(其可以是内部的或外部的)可以被连接到系统总线。在联网环境中，相对于计算机系统1400描绘的程序模块或者它们的一些部分可以被存储在远程存储器存储设备中。应意识到，这里描述的网络连接是示范性的，以及可以使用在计算机之间建立通信链路的其它手段。
在一个或更多个示例性实施例中，所描述的功能和过程可以在硬件、软件、固件、或其任何组合中实现。如果在软件中实现，则各功能可以作为一条或更多条指令或代码存储在计算机可读介质上或藉其进行传送。计算机可读介质包括计算机存储介质和通信介质两者，其包括促成计算机程序从一地向另一地转移的任何介质。存储介质可以是能被计算机访问的任何可用介质。作为示例而非限定，这样的计算机可读介质可包括RAM、ROM、EEPROM、CD-ROM或其它光盘存储、磁盘存储或其它磁存储设备、或能被用来携带或存储指令或数据结构形式的合意程序代码且能被计算机访问的任何其它介质。对于固件和/或软件实现，这些方法可以用执行本文中所描述功能的模块(例如，程序、函数等等)来实现。有形地体现指令的任何机器可读介质可用于实现本文中所描述的方法体系。例如，软件代码可被存储在例如移动站的存储器之类的存储器中，并由例如台式计算机、膝上型计算机、服务器计算机、移动设备的微处理器等处理器执行。存储器可以实现在处理器内部或处理器外部。如本文所使用的，术语“存储器”是指任何类型的长期、短期、易失性、非易失性、或其他存储器，而并不限于任何特定类型的存储器或特定数目的存储器、或记忆存储在其上的介质的类型。
上述描述和图示仅作为说明性示例提供。对单数形式的权利要求元素的任何引述，例如使用冠词“一”、“某”或“该”的引述不应解释为将该元素限定为单数。技术人员对于每种特定应用可用不同的方式来实现所描述的结构，但这样的实现方式不应被解读成导致脱离了本申请的范围。
提供所公开的实施例的先前描述是为了使本领域任何技术人员皆能制作或使用本申请。对这些实施例的各种修改对本领域技术人员来说将是显而易见的，且本文所定义的一般原理可被应用于其它实施例而不背离本申请的精神或范围。由此，本申请并非旨在限定于本文中示出的实施例，而是应被授予与所附权利要求和本文中公开的原理和新颖性特征一致的最广义的范围。
Claims (24)
1.一种多端口电气装置，所述电气装置包括：至少三个端口、直流网络、以及AC/DC模块，其中所述至少三个端口包括至少一个交流端口和至少两个直流端口，所述电气装置至少有一个直流端口连接到第一直流设备，并且所述电气装置至少有一个直流端口连接到第二直流设备，所述端口之间的电能转换和传输经由所述电气装置来实现。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述至少一个交流端口连接交流电源或交流电网，所述直流端口连接外部直流电源或直流电网；所述第一直流设备选自以下之一：直流电源、储能电源、或电动汽车；所述第二直流设备为直流充电桩。
3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述直流网络包括直流电路，所述交流端口通过所述AC/DC模块连接到所述直流电路。
4.如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述AC/DC模块是单向或双向的。
5.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一直流设备通过DC/DC模块连接到所述直流网络。
6.如权利要求5所述的装置，其特征在于，所述DC/DC模块是双向。
7.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述直流网络的电路结构的改变、端口之间的连接方式的改变、和/或电能流动方向和分配是通过多个开关的投切来实现的。
8.如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述直流网络被用于同类型电池的电压匹配和并联。
9.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述直流网络通过多个开关的投切来实现系统效率提高。
10.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述直流端口适应不同的电压水平的电池。
11.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述交流端口不连接交流电源或交流电网。
12.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述交流端口作为交流源输出供电。
13.一种用于多端口之间的电能转换和传输的控制器，所述控制器的控制对象包括：AC/DC模块，双向DC/DC模块，直流充电桩模块和直流电路，所述控制器通过AC/DC模块控制外部交流电源或电网和直流电路之间的电能流动方向及功率，所述控制器通过双向DC/DC模块控制直流电路和外部直流电源或电网之间的能量流动，所述控制器通过直流充电桩模块控制充电电压或电流。
14.如权利要求13所述的控制器，其特征在于，所述控制器根据用户要求或储能电池状态，通过各开关的投切来改变所述直流电路的拓扑结构，并改变电能流动方向和效率。
15.一种用于电能转换和控制的系统，所述系统包括：第一交流端口、AC/DC模块、直流电路、以及多个DC/DC模块；其中所述直流电路经由第一直流通道开关、第二直流通道开关、第三直流通道开关、第四直流通道开关分别连接至第一直流端口、第二直流端口、第三直流端口、以及第四直流端口；第一交流通道开关的一端与所述AC/DC模块连接，第一交流通道开关的另一端与第一直流通道开关、第二直流通道开关、第三直流通道开关、第四直流通道开关连接；第一直流通道开关连接至第一DC/DC模块；第一旁路开关跨接在第一直流通道开关与第一直流端口之间，并且与第一DC/DC模块并联；第一DC/DC模块连接至第一直流端口；第二通道开关连接至第二DC/DC模块；第二旁路开关跨接在第二通道开关与第二直流端口之间，并且与第二DC/DC模块并联；第二DC/DC模块连接至第二直流端口；第三通道开关连接至第三直流端口；第二直流端口与第三直流端口之间通过跨通道开关连接；第四通道开关连接至第三DC/DC模块；第三DC/DC模块连接至第四直流端口。
16.如权利要求15所述的系统，其特征在于，所述直流电路的电路结构是通过上述各开关的投切来改变的。
17.如权利要求15所述的系统，其特征在于，第一交流通道开关闭合；第一直流通道开关和第四直流通道开关闭合；第二直流通道开关、第三直流通道开关、第一旁路开关、第二旁路开关以及跨通道开关均断开。
18.如权利要求15所述的系统，其特征在于，第二直流通道开关和第三直流通道开关闭合，其余开关均断开。
19.如权利要求15所述的系统，其特征在于，第一交流通道开关、第三直流通道开关和第四直流通道开关闭合，其余开关均断开。
20.如权利要求15所述的系统，其特征在于，第一直流通道开关、第三直流通道开关和第四直流通道开关闭合，其余开关均断开。
21.如权利要求15所述的系统，其特征在于，第一直流通道开关和第三直流通道开关闭合，其余开关均断开。
22.一种用于电能转换和控制的方法，包括：
根据各交流和直流端口的情况以及用户需求来确定各通道开关和跨通道开关的目标工作状态和直流母线的目标结构；
确定直流母线的目标工作电压，并确定旁路开关目标工作状态；
调节直流母线电压至目标工作电压；
通过开关将电路的结构改变为目标结构；
根据开关状态和控制目标，设置工作限制条件；以及
根据目标工作模式下的控制目标，对控制目标作闭环控制。
23.如权利要求22所述的方法，其特征在于，所述目标工作模式为以下之一：DC/DC在线模式、效率模式、离网模式。
24.一种用于电能转换和控制的计算机系统，所述系统包括：
至少一个逻辑处理器；
计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储用于执行以下操作的计算机可执行指令：
确定直流母线的目标工作电压，并确定旁路开关目标工作状态；
调节直流母线电压至目标工作电压；
通过开关将电路的结构改变为目标结构；
根据开关状态和控制目标，设置工作限制条件；以及
根据目标工作模式下的控制目标，对控制目标作闭环控制。
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| CN201810085395.8A CN110103749B (zh) | 2018-01-29 | 一种用于电能转换和控制的系统及方法 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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