CN110912165A - 离并网储能电路及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种离并网储能电路及控制方法，该离并网储能电路包括有第一桥臂至第五桥臂的开关组件电路、第一电感至第四电感及第一电容至第三电容，并设有光伏端、电池端、市电端以及负载端，借此链接不同的电能来源；并通过离并网储能电路的不同控制方法，使该光伏端、电池端、市电端以及负载端相互之间执行不同模式的电能传输。本发明不仅能够提高整体电路的集成度和电器件的利用率，有效降地电路系统的成本，且达成并网工作模式和离网工作模式之间的无缝切换作业，提高整体电路的应用范围。

Description

离并网储能电路及控制方法

技术领域

本发明涉及一种离并网储能电路及控制方法，特别是一种具有五桥臂拓扑电路的离并网储能电路及其不同工作模式的控制方法。

背景技术

现有的离并网型态的储能系统中，相对于传统双边母线的拓扑电路架构而言，一般用的比较多的是关于三桥臂的电路拓扑，三桥臂拓扑电路主要应用于在线式中小功率不间断电源系统中，是具有母线电容减半、功率管或功率开关组件减少等优势，成为开发低成本在线式不间断电源的技术研究的焦点。

一般传统的三桥臂拓扑可以包括：一第一功率开关Q1和一第二功率开关Q2所构成的带有有源功率因子校正高频的整流桥臂；以及一第三功率开关Q3和一第四功率开关Q4构成整流桥臂与逆变桥臂共享的工频桥臂；第一功率开关Q5和第六功率开关Q6则构成逆变桥臂等等。该现有技术仅仅实现了不间断供电，单独应用于不间断电源之中，有待且需要加以改善。

发明内容

本发明涉及一种离并网储能电路及控制方法，能够针对现有的储能系统于切换离网或并网时负载所会产生的不连续缺点加以改善，不仅能够提高离并网储能电路系统的集成度和器件的利用率，有效地降低系统电路的成本，而且能够实现离网工作模式和并网工作模式的无缝切换，提高整体电路系统的应用范围。

本发明所述的一种离并网储能电路，是包括有：一第一桥臂，该第一桥臂由一第一开关组件与一第二开关组件串联接所组成；一第二桥臂，与该第一桥臂并联连接，该第二桥臂由一第三开关组件与一第四开关组件串联接所组成；一第三桥臂，与该第一桥臂并联连接，该第三桥臂由一第五开关组件与一第六开关组件串联接所组成；一第四桥臂，与该第一桥臂并联连接，该第四桥臂由一第七开关组件与一第八开关组件串联接所组成；一第五桥臂，与该第一桥臂为并联连接，该第五桥臂由一第九开关组件与一第十开关组件串联接所组成；一第一电感，该第一电感的第一端为一光伏端，该第一电感的第二端耦接于该第八开关组件与该第七开关组件的串接点；一第二电感，该第二电感的第二端耦接于该第十开关组件与该第九开关组件的串接点；一第十一开关组件，该第十一开关组件的第一端为一电池端，该第十一开关组件的第二端耦接于该第二电感的第一端；一第三电感，该第三电感的第一端为一市电端，该第三电感的第二端耦接于该第一开关组件与该第二开关组件的串接点；一第四电感，该第四电感的第一端耦接于该第六开关组件与该第五开关组件的串接点，该第四电感的第二端为一负载端；一第一电容，该第一电容的第一端耦接于该负载端，该第一电容的第二端耦接于该第四开关组件与该第三开关组件的串接点；一第二电容，该第二电容的第一端耦接于该市电端，该第二电容的第二端耦接于该第四开关组件与该第三开关组件的串接点；及一第三电容，该第三电容为并联连接于该第一桥臂。

在本发明一实施例中，所述离并网储能电路还包括有：

一第四电容，该第四电容的第一端耦接于该电池端，该第四电容的第二端耦接于该第一桥臂的第二端；及

一第五电容，该第五电容的第一端耦接于该光伏端，该第五电容的第二端耦接于该第四电容的第二端。

在本发明一实施例中，所述离并网储能电路还包括有一第十二开关组件，该第十二开关组件的第一端耦接于第二电感的第一端，该第十二开关组件的第二端耦接于该第四电容的第二端。

在本发明一实施例中，所述的第一开关组件至第十一开关组件为同一种类型的开关组件，为金属氧化物半导体场效晶体管、绝缘栅双极型晶体管或是功率晶体管，且每一开关组件中必须设有一反并联的二极管。

在本发明一实施例中，所述的第十二开关组件为金属氧化物半导体场效晶体管或绝缘栅双极型晶体管，且必须设有一反并联的二极管。

在本发明一实施例中，所述的第十二开关组件为一二极管组件。

在本发明一实施例中，所述的第一桥臂的第一端为一母线正极，该第一桥臂的第二端为一母线负极；该光伏端耦接有一太阳能板，该电池端耦接有一电池组，该市电端耦接一市电，该负载端耦接一负载；所述市电的火线耦接该第三电感的第一端，所述市电的零线耦接该第二桥臂的一中点；所述负载的火线耦接第四电感的第二端，所述负载的零线耦接第二桥臂的中点；所述电池组的正极耦接该第十一开关组件的第一端，所述电池的负极耦接该母线负极；所述太阳能板的正极耦接该第一电感的第一端，所述太阳能板的负极耦接该母线负极。

本发明所述的一种离并网储能电路的控制方法是运用且使用于所述的离并网储能电路中，所述离并网储能电路的控制方法包括有：

由该光伏端输出电能至该负载端，为执行将光伏端所产生的电能从该第四桥臂输入，且从该第二桥臂及该第三桥臂的电路输出电能到该负载端；

由该光伏端输出电能至该市电端，为执行将光伏端所产生的电能从该第四桥臂输入，且从该第一桥臂及该第二桥臂的电路输出电能到该负载端；

由该光伏端输出电能至该电池端，为执行将光伏端所产生的电能从该第四桥臂输入，且从该第五桥臂的电路输出电能到该电池端；

由该电池端输出电能至该市电端，为执行将电池端所产生的电能从该第五桥臂输入，且从该第一桥臂及该第二桥臂的电路输出电能到该市电端；及

由该电池端输出电能至该负载端，为执行将电池端所产生的电能从该第五桥臂输入，且从该第二桥臂及该第三桥臂的电路输出电能到该负载端。

在本发明的一实施例中，所述离并网储能电路的控制方法还包括有：

由该光伏端输出电能到该电池端，且同时该光伏端输出电能到该负载端；为执行将该光伏端所产生的电能从该第四桥臂输入，并从该第五桥臂输出电能对该电池端作充电，并同时从该第二桥臂和该第三桥臂输出电能到该负载端；

由该光伏端输出电能到该负载端，且同时该光伏端输出电能到该市电端；为执行将该光伏端所产生的电能从该第四桥臂输入，并从该第一桥臂和该第二桥臂输出电能到该市电端，并同时从该第二桥臂和该第三桥臂输出电能到该负载端；

由该光伏端输出电能到该电池端，且同时该光伏端输出电能到该市电端；为执行将该光伏端所产生的电能从该第四桥臂输入，并从该第五桥臂输出对该电池端作充电，并同时从该第一桥臂和该第二桥臂输出电能到该市电端；

由该光伏端输出电能到该负载端，且同时由该电池端输出电能到该负载端；为执行将该光伏端所产生的电能从该第四桥臂输入，同时该电池端所输出的电能从该第五桥臂输入，两者的电能一起从该第二桥臂及该第三桥臂输出电能到该负载端；

由该光伏端输出电能到该市电端，且同时由该电池端输出电能到该市电端；为执行将该光伏端所产生的电能从该第四桥臂输入，同时该电池端所输出的电能从该第五桥臂输入，两者的电能一起从该第一桥臂及该第二桥臂输出电能到该市电端；

由该光伏端输出电能到该负载端，且同时由该市电端输出电能到该负载端；为执行将该光伏端所产生的电能从该第四桥臂输入，同时该市电端所输出的电能从该第一桥臂及该第二桥臂输入，两者的电能一起从该第二桥臂及该第三桥臂输出电能到该负载端；

由该光伏端输出电能到该电池端，且同时由该市电端输出电能到该电池端；为执行将该光伏端所产生的电能从该第四桥臂输入，同时该市电端所输出的电能从该第一桥臂及该第二桥臂输入，两者的电能一起从该第五桥臂输出电能到该电池端作充电；

由该电池端输出电能到该负载端，且同时由该市电端输出电能到该负载端；为执行将该电池端所产生的电能从该第五桥臂输入，同时该市电端所输出的电能从该第一桥臂和该第二桥臂输入，两者的电能一起从该第二桥臂及该第三桥臂输出电能到该负载端；及

由该市电端输出电能到该负载端，且同时由该市电端输出电能到该电池端；为执行将该市电端所产生的电能从该第一桥臂及该第二桥臂输入，再从该第二桥臂及该第三桥臂输出电能到该负载端，同时也从该第五桥臂输出电能至电池端作充电。

在本发明一实施例中，所述离并网储能电路的控制方法还包括有：

由该光伏端输出电能到该电池端，同时该光伏端输出电能到该市电端，且同时该光伏端输出电能到该负载端；为执行将该光伏端所产生的电能从该第四桥臂输入，并从该第五桥臂输出电能对该电池端作充电，同时从该第一桥臂和该第二桥臂输出电能到该市电端，并同时从该第二桥臂和该第三桥臂输出电能到该负载端；

由该光伏端输出电能到该电池端，同时该光伏端输出电能到该负载端，且同时由该市电端输出电能到该负载端；为执行将该光伏端所产生的电能从该第四桥臂输入，同时该市电端所产生的电能从该第一桥臂和该第二桥臂输入；该光伏端的电能从该第五桥臂输出电能到该电池端作充电，同时该光伏端的电能和该市电端的电能一起从该第二桥臂和该第三桥臂输出电能至该负载端；

由该光伏端输出电能到该电池端，同时由该市电端输出电能到该电池端，且同时由该市电端输出电能到该负载端；为执行将该光伏端所产生的电能从该第四桥臂输入，同时将该市电端的电能从该第一桥臂和该第二桥臂输入；该光伏端的电能以及该市电端的电能一起再从该第五桥臂输出电能到该电池端作充电，同时该市电端的电能从该第二桥臂和该第三桥臂输出电能至该负载端；及

由该光伏端输出电能到该负载端，同时该电池端输出电能到该负载端，且同时由该市电端输出电能到该负载端；为执行将该光伏端所产生的电能从该第四桥臂输入，同时该电池端所产生的电能从该第五桥臂输入，且该市电端的电能从该第一桥臂和该第二桥臂输入；三者的电能一起从该第二桥臂和该第三桥臂输出电能至该负载端。

附图说明

图1为本发明实施例的电路组件连接示意图；

图2～图5为本发明实施例中市电能量从第一和第二桥臂输入的示意图；

图6～图9为本发明实施例中光伏能量、电池能量或是两者同时从第一桥臂和第二桥臂到市电的示意图；

图10～图13为本发明实施例中光伏能量、电池能量或是两者同时从第二桥臂和第三桥臂到负载的示意图；

图14～图17为本发明实施例中市电能量从第一和第二桥臂输入，同时有能量从第二和第三桥臂输出到负载的示意图；

图18～图21为本发明实施例中电池能量、光伏能量或是两者同时从第一桥臂和第二桥臂输出到市电，同时从第二桥臂和第三桥臂输出到负载的示意图；

图22～图23为本发明实施例中光伏能量从第四桥臂输入的示意图；

图24～图25为本发明实施例中电池能量从第五桥臂输入的示意图；

图26～图27为本发明实施例中光伏能量、市电能量或者两者一起从第五桥臂输出到电池充电的示意图。

具体实施方式

在下文中将参阅随附附图，借以更充分地描述各种例示性实施例，并在随附图式中展示一些例示性实施例。然而，本发明的概念可能以许多不同形式来加以体现，且不应解释为仅限于本文中所阐述的例示性实施例。确切而言，提供这些例示性实施例使得本发明将为详尽且完整，且将向熟习此项技术者充分传达本发明概念的范畴。在诸图式中，可为了清楚而夸示电路方块、电路组件的大小以及相对的位置，其中对于类似数字始终指示类似组件。

应理解，虽然在本文中可能使用术语开关组件系包括有多个开关组件，是指一种切换组件的表达术语，但并不限定是采用IGBT、BJT、MOS、CMOS、JFET或是MOSFET，即此等组件不应受此等电子组件实际产品术语的限制。以及本文所出现的第一～第三开关组件Q1～Q3、第一～第三电容C1～C3或是第一～第三电感L1～L3…等等，此等术语乃用以清楚地区分一组件与另一组件，并非具有一定的组件顺序排列关系，即有可能会有第一开关、第三开关而无第二开关的组件实施方式，乃非一定具有连续关系的序号作为组件符号的标示。

如本文中所使用术语的第一端、第二端、上端或下端、左侧端或右侧端等等，此等术语乃用以清楚地区分一个组件的一端点与该组件的另一端点，或为区分一组件与另一组件之间，或是一个端点与另一个端点之间是不同的，其并非用以限制该文字序号所呈现的顺序关系，且非必然有数字上连续的关系。此外，可能使用了术语“及/或”包括相关联的列出项目中的任一者及一或多者的所有组合。再者，本文可能使用术语复数个或多个来描述具有设置多个电路组件，但此等复数个组件并不仅限于实施有二个、三个或四个及四个以上的组件数目表示所实施的技术；以上，在此提前说明。

本发明公开一种离并网储能电路及控制方法，借由本发明所设置的五桥臂电路结构及其不同工作模式的控制方法，实现了光伏功率的转换，也就是将太阳能板所产生的电能加以转换，能够实现并网及/或离网不同状况下的各种工作模式的一种组合型电路，不仅能够提高整体电路的集成度和电路器件的利用率，有效降地电路系统的成本，并且达成并网工作模式和离网工作模式之间的无缝切换作业，提高整体电路的应用范围。

图1所示，本发明所述的离并网储能电路及控制方法，能够应用于结合光伏能、电池及市电等不同的电能来源以驱动负载的整合型大系统中。本发明的离并网储能电路包括有第一桥臂～第五桥臂11～15的电路、第一～第四电感L1～L4以及第一～第三电容C1～C3等电路组件。其中，第一桥臂11由一第一开关组件Q1与一第二开关组件Q2两者串联接所组成，而所串联接的串接点即为该第一桥臂11的中点；该第一桥臂11有一第一端(即如图1所示第一桥臂11的上端)及一第二端(即如图1所示第一桥臂11的下端)，在一实施例中，该第一桥臂11的第一端为一母线正极1，该第一桥臂11的第二端为一母线负极2。

第二桥臂12与第一桥臂11为并联连接，所述第二桥臂12由一第三开关组件Q3与一第四开关组件Q4串联接所组成，而所串联接的串接点即为该第二桥臂12的中点；同样地，第二桥臂12也有一第一端及一第二端，分别耦接于母线正极1与母线负极2。第三桥臂13也是与第一桥臂11并联连接，第三桥臂13是由一第五开关组件Q5与一第六开关组件Q6串联接所组成，所串联接的串接点即为该第三桥臂13的中点；同样地，第三桥臂13也有一第一端及一第二端，分别耦接于母线正极1与母线负极2。以及第四桥臂14与该第一桥臂11为并联连接，第四桥臂14由一第七开关组件Q7与一第八开关组件Q8串联连接所组成，所串联接的串接点即为该第四桥臂14的中点，第四桥臂14也有一第一端及一第二端，分别耦接于母线正极1与母线负极2。第五桥臂15与该第一桥臂11为并联连接，第五桥臂15由一第九开关组件Q9与一第十开关组件Q10串联接所组成，所串联接的串接点即为该第五桥臂15的中点，第五桥臂15也有一第一端及一第二端，分别耦接于母线正极1与母线负极2。

本发明的第一电感L1的一第一端(即如图1所示第一电感L1的左侧端)为连接一光伏端20，第一电感L1的第二端(即如图1所示第一电感L1的右侧端)耦接于该第八开关组件Q8与该第七开关组件Q7的串接点。第二电感L2的第二端(即如图1所示第二电感L2的右侧端)耦接于第十开关组件Q10与第九开关组件Q9的串接点，第二电感L2的第一端(即如图1所示第二电感L2的左侧端)耦接有一第十一开关组件Q11的第二端(即如图1所示第十一开关组件Q11的右侧端)。所述的第十一开关组件Q11的第一端(即如图1所示第十一开关组件Q11的左侧端)为形成一电池端30，该第十一开关组件Q11的第二端如前述，耦接于该第二电感L2的第一端。第三电感L3的第一端(即如图1所示第三电感L3的左侧端)形成为一市电端40，第三电感L3的第二端耦接于第一开关组件Q1与第二开关组件Q2的串接点，亦即，第三电感L3的第二端耦接于该第一桥臂11的中点。第四电感L4的第一端(即如图1所示第四电感L4的左侧端)耦接于该第六开关组件Q6与该第五开关组件Q5的串接点，该第四电感L4的第二端形成为一负载端50。

本发明的第一电容C1的第一端(即如图1所示第一电容C1的上端)耦接于该负载端50，第一电容C1的第二端(即如图1所示第一电容C1的下端)耦接于该第四开关组件Q4与该第三开关组件Q3的串接点，亦即为耦接于该第二桥臂12的中点。第二电容C2的第一端(即如图1所示第二电容C2的上端)耦接于该市电端40，第二电容C2的第二端(即如图1所示第二电容C2的下端)耦接于该第四开关组件Q4与该第三开关组件Q3的串接点。所述第三电容C3为并联连接于该第一桥臂11，亦即第三电容C3的第一端(即如图1所示第三电容C3的上端)耦接于母线正极1，第三电容C3的第二端(即如图1所示第三电容C3的下端)耦接于母线负极2，该第三电容C3是作为一母线电容的作用。

需声明强调者，在本发明实施例中所述的第一开关组件Q1至第十一开关组件Q11在实际电路的制作上，乃为同一种类型的开关组件，能够是金属氧化物半导体场效晶体管、绝缘栅双极型晶体管或是功率晶体管，亦即为该些开关组件Q1～Q11的使用，包括但不限于IGBT、BJT、MOS、CMOS、JFET或是MOSFET，且该每一开关组件中必须设有一反并联的二极管，实施上也可以使用例如body diode的本体二极管所构成。此外，所述的第一～第十一开关组件Q1～Q11中每一开关组件中皆有一控制端G，每一个开关组件的控制端G则是另外再连接到不同的控制电路中(图中未标示)，该些细部的控制电路实际上可以使用集成电路IC组件的相关连接电路所达成，在此不与赘述。

在一实施例中，图1所述离并网储能电路还包括设有一第四电容C4以及一第五电容C5。所述第四电容C4的第一端(即如图1所示第四电容C4的上端)耦接于该电池端30，第四电容C4的第二端(即如图1所示第四电容C4的下端)耦接于该第一桥臂11的第二端，也就是母线负极2。第五电容C5的第一端(即如图1所示第五电容C5的上端)耦接于该光伏端20，第五电容C5的第二端(即如图1所示第五电容C5的下端)耦接于该第四电容C4的第二端，同样是母线负极2。

在一实施例中，本发明图1所述离并网储能电路还包括设有一第十二开关组件Q12，所述第十二开关组件Q12的第一端(即如图1所示第十二开关组件Q12的上端)耦接于第二电感L2的第一端，第十二开关组件Q12的第二端(即如图1所示第十二开关组件Q12的下端)耦接于第四电容C4的第二端(即母线负极2)。其中所述的第十二开关组件Q12实际运用时为金属氧化物半导体场效晶体管或绝缘栅双极型晶体管，且必须设有一反并联的二极管。在另一实施例中，其中所述的第十二开关组件Q12能够为一二极管组件。

于实际电路系统的运用上，本发明所述的第一桥臂11的第一端为所述的母线正极1，第一桥臂11的第二端为所述的母线负极2。所述的光伏端20耦接有一太阳能板22，该太阳能板22用以输出一直流电源。所述电池端30耦接有一电池组32，用以提供另一个直流的输出电源，且该电池组32为可以反复多次充/放电的二次电池组，在实际运用上也能采用单一颗电池使用。该市电端40耦接一市电，则是提供一交流电源供作使用，所述负载端50则是耦接一负载，该负载可以为一交流电的负载。

据此，针对其中所述市电的一火线于实际接在线，是耦接该第三电感L3的第一端，所述市电的零线耦接该第二桥臂12的中点；所述负载的火线耦接第四电感L4的第二端，所述负载的零线接第二桥臂12的该中点。所述电池组32的正极耦接第十一开关组件Q11的第一端，所述电池的负极耦接该母线负极2。所述太阳能板22的正极耦接该第一电感L1的第一端，所述太阳能板22的负极耦接该母线负极2。

依据图1所揭示的五桥臂电路拓扑结构，本发明提出不同对应工作模式的控制方法，则实际对应到各个桥臂电路的具体控制方法详述如下：

一、首先，针对市电的能量从第一桥臂11和第二桥臂12输入的控制方法，并请配合图2～图5的动作描述：

当市电处于正向输入时，第二开关组件Q2作为切换开关，第一开关组件Q1做为续流二极管的使用，第三开关组件Q3和第四开关组件Q4不动作。之后，当第二开关组件Q2导通时，电流流向如图2的所示，第三电感L3储能。又当第二开关组件Q2关断时，电流流向如图3所示，则第三电感L3能量释放到母线的总线BUS中的母线电容-即第三电容C3之中。

当市电处于负向输入时，第三开关组件Q3作为切换开关，第四开关组件Q4作为续流二极管使用，第一开关组件Q1和第二开关组件Q2不动作。之后，当第三开关组件Q3导通时，电流流向如图4所示，第三电感L3再次储能。最后当第三开关组件Q3再次关断时，电流流向如图5所示，第三电感L3能量再次释放到母线总线中的母线电容-即第三电容C3之中。

二、由光伏能量、电池能量或是两者一起从第一桥臂11和第二桥臂12输出到市电中，请参阅图6～图9所示：

当市电处于正向输出时，第一开关组件Q1作为切换开关，第二开关组件Q2作为续流二极管使用，此时第三开关组件Q3为常导通，第四开关组件Q4为常断。当第一开关组件Q1导通时，电流流向如图6的实线所示，第三电感L3储能。之后，当第一开关组件Q1关断时，电流流向如图7的实线所示，电流通过第二开关组件Q2而续流。

当市电处于负向输出时，第二开关组件Q2作为切换开关，第一开关组件Q1作为续流二极管使用，第三开关组件Q3常断，第四开关组件Q4常导通。接者，当第二开关组件Q2导通时，电流流向如图8所示，此时第三电感L3储能。之后，当第二开关组件Q2关断时，电流流向如图9所示，电流通过第一开关组件Q1而续流。

三、由光伏能量、电池能量或两者一起从第二桥臂12和第三桥臂13输出到负载，配合参阅图10～图13作说明：

当负载处于正向输出时，第六开关组件Q6作为切换开关，第五开关组件Q5作为续流二极管使用，此时第三开关组件Q3常导通，第四开关组件Q4为常断开。当第六开关组件Q6导通时，电流流向如图10所示，第四电感L4储能，同时第三电容C3(即母线电容C3)对第一电容C1正向充电。当第六开关组件Q6关闭时，电流流向如图11所示，则第四电感L4对第一电容C1正向充电。

当负载处于负向输出时，第四开关组件Q4作为切换开关，第三开关组件Q3作为续流二极管使用，第五开关组件Q5为常导通，第六开关组件Q6为常断开。当第四开关组件Q4导通时，电流流向如图12所示，该第四电感L4储能，同时第三电容C3对第一电容C1负向充电。当第四开关组件Q4关断时，电流流向如图13所示，第四电感L4对第一电容C1负向充电。

四、市电能量从第一桥臂11和第二桥臂12输入，同时市电还有能量从第二桥臂12和第三桥臂13输出到负载，请参阅图14～图17：

4-A：当市电正向输入，负载正向输出时，第六开关组件Q6和第二开关组件Q2作为切换开关，第一开关组件Q1和第五开关组件Q5作为续流二极管，第四开关组件Q4常断，第三开关组件Q3常导通。运作时，当第六开关组件Q6和第二开关组件Q2导通时，电流流向如图14所示，第三电感L3和第四电感L4储能，电流从第二电容C2，经过第三电容C3，最后流到第一电容C1。

上述中，图14的第三开关组件Q3的电流方向取决于不同的工作模式：

4-A-1当市电能量除了从第二桥臂12和第三桥臂13输出到负载，还会从第五桥臂15输出到电池端30充电，第六开关组件Q6的占空比(或称工作周期：duty cycle)会小于第二开关组件Q2，则第三开关组件Q3的电流会是从第二端(如图14所示第三开关组件Q3的下端)流向第一端(如图14所示第三开关组件Q3的上端)；

4-A-2当市电能量和电池能量，或者光伏能量，或者三者一起从第二桥臂12和第三桥臂13输出到负载，第六开关组件Q6的占空比会大于第二开关组件Q2，则第三开关组件Q3的电流会是从该第一端流向该第二端；

4-A-3当仅有市电能量从第二桥臂12和第三桥臂13输出到负载，第六开关组件Q6与第二开关组件Q2的占空比相等，则第三开关组件Q3无电流。

此外，当第六开关组件Q6和第二开关组件Q2关断时，电流流向如图15所示，第三电感L3和第四电感L4释放能量，第三电感L3电流流向第三电容C3，再经过第五开关组件Q5，经第四电感L4流到第一电容C1，最后再回到第二电容C2。

上述中，图15的第三开关组件Q3的电流方向取决取决于不同的工作模式：

4-A-4当市电能量除了从第二桥臂12和第三桥臂13输出到负载，还会从第五桥臂15输出到电池端充电，第三电感L3续流电流大于第四电感L4续流电流，则第三开关组件Q3的电流则是从该第二端(图15中Q3的下端)流向该第一端(图15中Q3的上端)；

4-A-5当市电能量和电池能量，或者光伏能量，或者三者一起从第二桥臂12和第三桥臂13输出到负载，第三电感L3续流电流小于第四电感L4续流电流，则第三开关组件Q3的电流则是从该第一端流向该第二端；

4-A-6当仅市电能量从第二桥臂12和第三桥臂13输出到负载，第三电感L3续流电流等于第四电感L4续流电流，则第三开关组件Q3无电流。

4-B：当市电负向输入，负载负向输出时，第一开关组件Q1和第五开关组件Q5作为切换开关，第二开关组件Q2和第六开关组件Q6作为续流二极管，第四开关组件Q4常导通，第三开关组件Q3为常断。

当第一开关组件Q1和第五开关组件Q5导通时，电流流向如图16所示，第三电感L3和第四电感L4储能，电流从第二电容C2，流到第一电容C1，最后通过第三电容C3再回到第二电容C2。

上述中，图16的第四开关组件Q4的电流方向取决于不同的工作模式：

4-B-1当市电能量除了从第二桥臂12和第三桥臂13输出到负载，还会从第五桥臂15输出到电池端30充电，第五开关组件Q5的占空比(或称工作周期：duty cycle)会小于第一开关组件Q1，则第四开关组件Q4的电流则是从第二端(如图16中第四开关组件Q4的下端)流向第一端(如图16中第四开关组件Q4的上端)；

4-B-2当市电能量和电池能量，或者光伏能量，或者三者一起从第二桥臂12和第三桥臂13输出到负载，第五开关组件Q5的占空比会大于第一开关组件Q1，则第四开关组件Q4的电流则是从该第一端(如图16中Q4的上端)流向该第二端(如图16中Q4的下端)；

4-B-3当仅市电能量从第二桥臂12和第三桥臂13输出到负载，第五开关组件Q5与第一开关组件Q1的占空比相等，则第四开关组件Q4无电流。

另外，当第一开关组件Q1和第五开关组件Q5关断时，电流流向如图17所示，第三电感L3和第四电感L4释放能量，电流从第二电容C2，流到第一电容C1，最后通过第三电容C3再回到该第二电容C2。

上述中，图17的第四开关组件Q4的电流方向取决取决于不同的工作模式：

4-B-4当市电能量除了从第二桥臂12和第三桥臂13输出到负载，还会从第五桥臂15输出到电池端30充电，第三电感L3续流电流大于第四电感L4续流电流，则第四开关组件Q4的电流则是从第四开关组件Q4的第二端(下端)流向第四开关组件Q4的第一端(上端)。

4-B-5当市电能量和电池能量，或者光伏能量，或者三者一起从第二桥臂12和第三桥臂13输出到负载，第三电感L3续流电流小于第四电感L4续流电流，则第四开关组件Q4的电流则是从第一端(上端)流向第二端(下端)。

4-B-6当仅市电能量从第二桥臂12和第三桥臂13输出到负载，第三电感L3续流电流等于第四电感L4续流电流，则第四开关组件Q4无电流。

五、电池能量、光伏能量或者两者一起从第一桥臂11和第二桥臂12输出到市电，同时从第二桥臂12和第三桥臂13输出到负载，并请配合参阅图18～图21所示：

当市电正向输出，负载正向输出时，第一开关组件Q1和第六开关组件Q6作为切换开关，第二开关组件Q2和第五开关组件Q5作为续流二极管，第四开关组件Q4为常断开，第三开关组件Q3常导通。其中，当第一开关组件Q1和第六开关组件Q6导通时，电流流向如图18所示，电流从第三电容C3分别流向第二电容C2和第一电容C1，最后通过第三开关组件Q3汇合流回第三电容C3，第三电感L3和第四电感L4进行储能。另当第一开关组件Q1和第六开关组件Q6关断时，电流流向如图19所示，第三电感L3和第四电感L4释放能量，共享第三开关组件Q3的路径，分别通过第二开关组件Q2和第五开关组件Q5进行续流。

当市电负向输出，负载负向输出时，第二开关组件Q2和第五开关组件Q5作为切换开关，第一开关组件Q1和第六开关组件Q6作为续流二极管，第四开关组件Q4常导通，第三开关组件Q3为常断。其中，当第二开关组件Q2和第五开关组件Q5导通时，电流流向如图20所示，电流从第三电容C3通过第四开关组件Q4分别流向第二电容C2和第一电容C1，最后汇合流回第三电容C3，第三电感L3和第四电感L4进行储能。之后，当第二开关组件Q2和第五开关组件Q5关闭时，电流流向如图21所示，第三电感L3和第四电感L4释放能量，且共享第四开关组件Q4的路径，分别通过第一开关组件Q1和第六开关组件Q6进行续流。

六、光伏能量从第四桥臂14输入，请配合参阅图22、图23所示：

第七开关组件Q7作为切换开关，第八开关组件Q8作为续流二极管。当第七开关组件Q7导通时，电流流向如图22所示，电流从光伏端20正端，亦即太阳能板22的正端，流经第一电感L1和第七开关组件Q7回到光伏端20的负端，亦即回到太阳能板22的负端。当第七开关组件Q7关断时，电流流向如图23所示，电流从太阳能板22的正端流经电感第一电感L1和第八开关组件Q8，经过第三电容C3，再回到太阳能板22的负端。

七、电池能量从第五桥臂15输入，请配合参阅图24、图25所示：

第九开关组件Q9作为切换开关，第十开关组件Q10作为续流二极管，第十一开关组件Q11为常导通。当第九开关组件Q9导通时，电流流向如图24所示，电流从电池组32的正端流经第十一开关组件Q11，第二电感L2和第九开关组件Q9回到电池组32的负端。此外，当第九开关组件Q9为关断时，电流流向如图25所示，电流从电池组32的正端流经第十一开关组件Q11，第二电感L2，流过第十开关组件Q10，再流经过第三电容C3，再回到电池组32的负端。

八、光伏能量、市电能量或者两者一起从第五桥臂15输出到电池组32进行充电，请参阅图26、图27所示：

第十开关组件Q10作为切换开关，第九开关组件Q9作为续流二极管，第十一开关组件Q11作为二极管导通。其中，当第十开关组件Q10导通时，电流流向如图26所示，电流从第三电容C3流经第十开关组件Q10和第二电感L2，以及流过第十一开关组件Q11到电池组32的正端，再由电池组32的负端回到第三电容C3。另外，当第十开关组件Q10关断时，电流流向如图27所示，电流从电池组32的负端流经第九开关组件Q9和第二电感L2，流过第十一开关组件Q11，再回到电池组32的正端。

通过上述一至八点的不同实施例说明，本发明亦公开一种离并网储能电路的控制方法，主要是运用且使用于如图1所述的离并网储能电路的电路拓扑结构中。所述的离并网储能电路的控制方法，主要包括有十八种工作模式，配合图1电路说明如下：

第一工作模式

由光伏端20输出电能至该负载端50：

执行将光伏端20所产生的电能从第四桥臂14输入该离并网储能电路中，且从第二桥臂12及第三桥臂13的电路输出电能到负载端50。

第二工作模式

由光伏端20输出电能至市电端40：

执行将光伏端20所产生的电能从第四桥臂14输入该离并网储能电路中，且从第一桥臂11及第二桥臂12的电路输出电能到负载端50。

第三工作模式

由光伏端20输出电能至电池端30：

执行将光伏端20所产生的电能从第四桥臂14输入该离并网储能电路中，且从第五桥臂15的电路输出电能到电池端30。

第四工作模式

由电池端30输出电能至市电端40：

执行将电池端30所产生的电能从第五桥臂15输入，且从第一桥臂11及第二桥臂12的电路输出电能到市电端40。

第五工作模式

由电池端30输出电能至负载端50：

执行将电池端30所产生的电能从第五桥臂15输入，且从第二桥臂12及第三桥臂13的电路输出电能到负载端50。

第六工作模式

由光伏端20输出电能到电池端30，且同时该光伏端20输出电能到负载端50：

实现将该光伏端20所产生的电能从第四桥臂14输入，并从第五桥臂15输出电能对电池端30作充电动作，并且同时从该第二桥臂12和该第三桥臂13输出电能到负载端50。

第七工作模式

由光伏端20输出电能到负载端50，且同时光伏端20输出电能到市电端40：

实现将光伏端20所产生的电能从第四桥臂14输入，并从该第一桥臂11和该第二桥臂12输出电能到市电端40，并同时从该第二桥臂12和该第三桥臂13输出电能到负载端50。

第八工作模式

由光伏端20输出电能到30电池端，且同时光伏端20输出电能到市电端40：

实现了将光伏端20所产生的电能从第四桥臂14输入，并从第五桥臂15输出对电池端30作充电，并同时从该第一桥臂11和该第二桥臂12输出电能到市电端40。

第九工作模式

由光伏端20输出电能到负载端50，且同时由电池端30输出电能到负载端50：

实现将光伏端20所产生的电能从第四桥臂14输入，同时电池端30所输出的电能从第五桥臂15输入，两者的电能一起从该第二桥臂12及该第三桥臂13输出电能到负载端50。

第十工作模式

由光伏端20输出电能到市电端40，且同时由电池端30输出电能到市电端40；

主要是执行将光伏端20所产生的电能从第四桥臂14输入，同时电池端30所输出的电能从第五桥臂15输入，两者的电能一起再从该第一桥臂11及该第二桥臂12输出电能传送到市电端40。

第十一工作模式

由光伏端20输出电能到负载端50，且同时由市电端40输出电能到负载端50：

执行将光伏端20所产生的电能从第四桥臂14输入，同时市电端40所输出的电能从该第一桥臂11及该第二桥臂12输入，两者的电能一起再从该第二桥臂12及该第三桥臂13输出电能传送到负载端50。

第十二工作模式

由光伏端20输出电能到电池端30，且同时由市电端40输出电能到电池端30：

主要是执行将光伏端20所产生的电能从第四桥臂14输入，同时市电端40所输出的电能从该第一桥臂11及该第二桥臂12输入，两者的电能再一起从该第五桥臂15输出电能传送到电池端30作充电。

第十三工作模式

由电池端30输出电能到负载端50，且同时由市电端40输出电能到负载端50：

用以执行将电池端30所产生的电能从该第五桥臂15输入，同时市电端40所输出的电能从该第一桥臂11和该第二桥臂12输入，两者的电能再一起从该第二桥臂12及该第三桥臂13输出电能到负载端50。

第十四工作模式

由市电端40输出电能到负载端50，且同时由市电端40输出电能到电池端30：

执行将市电端40所产生的电能从该第一桥臂11及该第二桥臂12输入，再从该第二桥臂12及该第三桥臂13输出电能到负载端50，同时也从该第五桥臂15输出电能至电池端30作充电的动作。

第十五工作模式

由光伏端20输出电能到电池端30，同时该光伏端20输出电能到市电端40，且同时光伏端20输出电能到负载端50之中：

主要为执行将光伏端20所产生的电能从第四桥臂14输入，并从第五桥臂15输出电能对于该电池端30作充电，同时从该第一桥臂11和该第二桥臂12输出电能到市电端40，并同时从该第二桥臂12和该第三桥臂13输出电能到负载端50之中。

第十六工作模式

由光伏端20输出电能到电池端30，同时该光伏端20输出电能到负载端50，且同时由市电端40输出电能到负载端50：

主要是执行将光伏端20所产生的电能从第四桥臂14输入，同时市电端40所产生的电能从该第一桥臂11和该第二桥臂12输入；所述的光伏端20的电能从第五桥臂15输出电能传送到电池端30作充电，同时光伏端20的电能和市电端40的电能一起从该第二桥臂12和该第三桥臂13输出电能至负载端50。

第十七工作模式

由光伏端20输出电能到电池端30，同时由市电端40输出电能到电池端30，且同时由市电端40输出电能到负载端50：

乃是执行将光伏端20所产生的电能从第四桥臂14输入，同时将市电端40的电能从该第一桥臂11和该第二桥臂12输入；光伏端20的电能以及市电端40的电能一起再从该第五桥臂15输出电能到电池端30作充电的动作，同时市电端40的电能从该第二桥臂12和该第三桥臂13输出电能至负载端50。

第十八工作模式：

由光伏端20输出电能到负载端50，同时电池端30输出电能至负载端50，且同时由市电端40输出电能到负载端50：

该第十八工作模式是用以执行将光伏端20所产生的电能从该第四桥臂14输入，同时电池端30所产生的电能从该第五桥臂15输入，且市电端40的电能从该第一桥臂11和该第二桥臂12输入；三者的电能一起从该第二桥臂12和该第三桥臂13输出电能至负载端50之中。

综上所述，本发明提出一种离并网储能电路及控制方法，能够针对现有的储能系统于切换离网或并网时负载会产生断电现象的缺点加以改善，不仅能够提高离并网储能电路系统的集成度和器件的利用率，有效地降低系统的成本，而且能够实现离网工作模式和并网工作模式的无缝切换，提高整体电路系统的应用范围；显然，本发明案的技术特征内容极具备申请专利的要件。

然而，本发明说明内容所述，仅为较佳实施例的举例说明，当不能限定本发明所保护的范围，任何局部变动、修正或增加的技术，仍不脱离本发明所保护的范围中。

Claims (10)

1.一种离并网储能电路，其特征在于，包括：

一第一桥臂，该第一桥臂由一第一开关组件与一第二开关组件串联接所组成；

一第二桥臂，与该第一桥臂并联连接，该第二桥臂由一第三开关组件与一第四开关组件串联接所组成；

一第三桥臂，与该第一桥臂并联连接，该第三桥臂由一第五开关组件与一第六开关组件串联接所组成；

一第四桥臂，与该第一桥臂并联连接，该第四桥臂由一第七开关组件与一第八开关组件串联接所组成；

一第五桥臂，与该第一桥臂为并联连接，该第五桥臂由一第九开关组件与一第十开关组件串联接所组成；

一第一电感，该第一电感的第一端为一光伏端，该第一电感的第二端耦接于该第八开关组件与该第七开关组件的串接点；

一第二电感，该第二电感的第二端耦接于该第十开关组件与该第九开关组件的串接点；

一第十一开关组件，该第十一开关组件的第一端为一电池端，该第十一开关组件的第二端耦接于该第二电感的第一端；

一第三电感，该第三电感的第一端为一市电端，该第三电感的第二端耦接于该第一开关组件与该第二开关组件的串接点；

一第四电感，该第四电感的第一端耦接于该第六开关组件与该第五开关组件的串接点，该第四电感的第二端为一负载端；

一第一电容，该第一电容的第一端耦接于该负载端，该第一电容的第二端耦接于该第四开关组件与该第三开关组件的串接点；

一第二电容，该第二电容的第一端耦接于该市电端，该第二电容的第二端耦接于该第四开关组件与该第三开关组件的串接点；及

一第三电容，该第三电容为并联连接于该第一桥臂。

2.如权利要求1所述离并网储能电路，其特征在于，还包括：

一第四电容，该第四电容的第一端耦接于该电池端，该第四电容的第二端耦接于该第一桥臂的第二端；及

一第五电容，该第五电容的第一端耦接于该光伏端，该第五电容的第二端耦接于该第四电容的第二端。

3.如权利要求2所述离并网储能电路，其特征在于，还包括一第十二开关组件，该第十二开关组件的第一端耦接于该第二电感的第一端，该第十二开关组件的第二端耦接于该第四电容的第二端。

4.如权利要求1所述离并网储能电路，其特征在于，所述的第一开关组件至该第十一开关组件为同一种类型的开关组件，为金属氧化物半导体场效晶体管、绝缘栅双极型晶体管或是功率晶体管，且每一开关组件中必须设有一反并联的二极管。

5.如权利要求3所述离并网储能电路，其特征在于，所述的第十二开关组件为金属氧化物半导体场效晶体管或绝缘栅双极型晶体管，且必须设有一反并联的二极管。

6.如权利要求3所述离并网储能电路，其特征在于，所述的第十二开关组件为一二极管组件。

7.如权利要求1所述离并网储能电路，其特征在于，所述的第一桥臂的第一端为一母线正极，该第一桥臂的第二端为一母线负极；该光伏端耦接有一太阳能板，该电池端耦接有一电池组，该市电端耦接一市电，该负载端耦接一负载；

其中，所述市电的火线耦接该第三电感的第一端，所述市电的零线耦接该第二桥臂的一中点；所述负载的火线耦接该第四电感的第二端，所述负载的零线耦接该第二桥臂的中点；

其中，所述电池组的正极耦接该第十一开关组件的第一端，所述电池的负极耦接该母线负极；

其中，所述太阳能板的正极耦接该第一电感的第一端，所述太阳能板的负极耦接该母线负极。

8.一种离并网储能电路的控制方法，其特征在于，是运用且使用于如权利要求1所述的离并网储能电路中，该离并网储能电路的控制方法包括有以下步骤：

由光伏端输出电能至负载端，为执行将该光伏端所产生的电能从第四桥臂输入，且从第二桥臂及第三桥臂的电路输出电能到该负载端；

由该光伏端输出电能至市电端，为执行将该光伏端所产生的电能从该第四桥臂输入，且从第一桥臂及该第二桥臂的电路输出电能到该负载端；

由该光伏端输出电能至电池端，为执行将该光伏端所产生的电能从该第四桥臂输入，且从第五桥臂的电路输出电能到该电池端；

由该电池端输出电能至该市电端，为执行将该电池端所产生的电能从该第五桥臂输入，且从该第一桥臂及该第二桥臂的电路输出电能到该市电端；及

由该电池端输出电能至该负载端，为执行将该电池端所产生的电能从该第五桥臂输入，且从该第二桥臂及该第三桥臂的电路输出电能到该负载端。

9.如权利要求8所述的离并网储能电路的控制方法，其特征在于，该离并网储能电路的控制方法还包括有以下步骤：

由该光伏端输出电能到该电池端，且同时该光伏端输出电能到该负载端；为执行将该光伏端所产生的电能从该第四桥臂输入，并从该第五桥臂输出电能对该电池端作充电，并同时从该第二桥臂和该第三桥臂输出电能到该负载端；

由该光伏端输出电能到该负载端，且同时该光伏端输出电能到该市电端；为执行将该光伏端所产生的电能从该第四桥臂输入，并从该第一桥臂和该第二桥臂输出电能到该市电端，并同时从该第二桥臂和该第三桥臂输出电能到该负载端；

由该光伏端输出电能到该电池端，且同时该光伏端输出电能到该市电端；为执行将该光伏端所产生的电能从该第四桥臂输入，并从该第五桥臂输出对该电池端作充电，并同时从该第一桥臂和该第二桥臂输出电能到该市电端；

由该光伏端输出电能到该负载端，且同时由该电池端输出电能到该负载端；为执行将该光伏端所产生的电能从该第四桥臂输入，同时该电池端所输出的电能从该第五桥臂输入，该光伏端和该电池端的电能一起从该第二桥臂及该第三桥臂输出电能到该负载端；

由该光伏端输出电能到该市电端，且同时由该电池端输出电能到该市电端；为执行将该光伏端所产生的电能从该第四桥臂输入，同时该电池端所输出的电能从该第五桥臂输入，该光伏端和该电池端的电能一起从该第一桥臂及该第二桥臂输出电能到该市电端；

由该光伏端输出电能到该负载端，且同时由该市电端输出电能到该负载端；为执行将该光伏端所产生的电能从该第四桥臂输入，同时该市电端所输出的电能从该第一桥臂及该第二桥臂输入，该光伏端和该市电端的电能一起从该第二桥臂及该第三桥臂输出电能到该负载端；

由该光伏端输出电能到该电池端，且同时由该市电端输出电能到该电池端；为执行将该光伏端所产生的电能从该第四桥臂输入，同时该市电端所输出的电能从该第一桥臂及该第二桥臂输入，该光伏端和该市电端的电能一起从该第五桥臂输出电能到该电池端作充电；

由该电池端输出电能到该负载端，且同时由该市电端输出电能到该负载端；为执行将该电池端所产生的电能从该第五桥臂输入，同时该市电端所输出的电能从该第一桥臂和该第二桥臂输入，该电池端和该市电端的电能一起从该第二桥臂及该第三桥臂输出电能到该负载端；及

由该市电端输出电能到该负载端，且同时由该市电端输出电能到该电池端；为执行将该市电端所产生的电能从该第一桥臂及该第二桥臂输入，再从该第二桥臂及该第三桥臂输出电能到该负载端，同时也从该第五桥臂输出电能至电池端作充电。

10.如权利要求8所述的离并网储能电路的控制方法，其特征在于，该离并网储能电路的控制方法还包括有以下步骤：

由该光伏端输出电能到该电池端，同时该光伏端输出电能到该市电端，且同时该光伏端输出电能到该负载端；为执行将该光伏端所产生的电能从该第四桥臂输入，并从该第五桥臂输出电能对该电池端作充电，同时从该第一桥臂和该第二桥臂输出电能到该市电端，并同时从该第二桥臂和该第三桥臂输出电能到该负载端；

由该光伏端输出电能到该电池端，同时该光伏端输出电能到该负载端，且同时由该市电端输出电能到该负载端；为执行将该光伏端所产生的电能从该第四桥臂输入，同时该市电端所产生的电能从该第一桥臂和该第二桥臂输入；该光伏端的电能从该第五桥臂输出电能到该电池端作充电，同时该光伏端的电能和该市电端的电能一起从该第二桥臂和该第三桥臂输出电能至该负载端；

由该光伏端输出电能到该电池端，同时由该市电端输出电能到该电池端，且同时由该市电端输出电能到该负载端；为执行将该光伏端所产生的电能从该第四桥臂输入，同时将该市电端的电能从该第一桥臂和该第二桥臂输入；该光伏端的电能以及该市电端的电能一起再从该第五桥臂输出电能到该电池端作充电，同时该市电端的电能从该第二桥臂和该第三桥臂输出电能至该负载端；及

由该光伏端输出电能到该负载端，同时该电池端输出电能到该负载端，且同时由该市电端输出电能到该负载端；为执行将该光伏端所产生的电能从该第四桥臂输入，同时该电池端所产生的电能从该第五桥臂输入，且该市电端的电能从该第一桥臂和该第二桥臂输入；该光伏端、该电池端以及该市电端的电能一起从该第二桥臂和该第三桥臂输出电能至该负载端。

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