CN110912413A - 一种能量双向流动节能装置及其能量双向流动控制方法 - Google Patents

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王浩
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Abstract

本发明涉及一种能量双向流动节能装置及其能量双向流动控制方法，其特点是该装置由蓄电池、能量双向流动DC/DC变换器、开关1‑4和控制电路组成。当开关1、3闭合时，能量通过DC/DC变换器向负载供电；当开关1、4闭合时，能量从高压侧向低压侧流动时，输入电源通过DC/DC变换器给蓄电池充电，能量从低压侧流向高压侧时，蓄电池放电通过DC/DC变换器反馈回输入端；当开关2、3闭合时，蓄电池作为供电电源通过DC/DC变换器向负载供电。本发明适用场合多，控制灵活度高、结构简单，造价低。

Description

一种能量双向流动节能装置及其能量双向流动控制方法
技术领域
本发明涉及一种能量双向流动节能装置及其能量双向流动方法，具体涉及一种基于双向全桥DC/DC软开关高频拓扑的能量双向流动的方法及装置。
背景技术
能量路由器具有各种类型的分布式电源、储能设备和新型负载提供所需的电能接口形式。传统电源装置都是单向能量流动。当蓄电池作为储能设备时，需要对蓄电池进行充放电管理，当供电正常时，向蓄电池充电，当供电故障时，蓄电池提供电能，如果完成蓄电池的充、放电必须需要两套装置，各自内部需要复杂的控制电路，且需要价格较高的主功率器件以及与之配套的驱动电路、保护电路，散热部件及箱体，增加体积和重量，提高了系统的成本。双向双桥DC/DC变换器能够根据需要调节能量双向传输，实现轻量化和微型化。近年来被广泛应用于直流不停电电源系统、航天电源系统、直流电机驱动系统、混合能源电动汽车等场合。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供了一种结构简单，控制方式灵活、造价低，适用范围广的能使能量双向流动的电源装置及其能量双向流动控制方法。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种能量双向流动节能装置，DC/DC变换器的正负输入端接有开关1、开关2，正负输出端接有开关3、4；控制电路通过开关1-4，在开关1、3闭合时，电源输入(高压侧)连接开关1端子1、1’上，负载连接开关3端子3、3’上，能量由电源输入(高压侧)通过DC/DC变换器向负载供电；在开关2、3’闭合时，蓄电池(低压侧)连接开关2端子2、2’上，负载连接开关3端子3、3’上，能量由蓄电池(低压侧)通过DC/DC变换器向负载供电；在开关1、4闭合时，电源输入(高压侧)连接开关1端子1、1’上，蓄电池(低压侧)连接开关3端子3、3’上，能量由电源输入(高压侧)通过DC/DC变换向蓄电池(低压侧)充电，能量由蓄电池(低压侧)通过DC/DC变换器向输入电源(高压侧)流动。所述DC/DC变换器由8个开关管S1-S8、2个隔直电容C1、C2、高频变压器T组成。隔直电容C1连接到S1-S4组成全桥电路1，隔直电容C2连接到S5-S8组成的全桥电路2，中间通过高频变压器T连接形成通路。
一种能量双向流动节能装置，所述开关1-4为联动双投开关，包括联动的电磁线圈控制的继电器、接触器，用于不同工况下工作模式的切换：(1)当供电正常情况下，开关1、3闭合，输入电源向负载供电；(2)在供电正常需向蓄电池充电情况下，开关1、4闭合，输入电源(高压侧)给蓄电池(低压侧)充电；(3)反向馈能情况下，开关1、4闭合，蓄电池(低压侧)能量反向向输入电源(高压侧)流动；(4)在供电故障情况下，开关2、3闭合，由蓄电池向负载提供能量。
一种能量双向流动节能装置，所述的高频变压器集成有漏感，用于能量双向流动过程中能量的传递与储存。
一种能量双向流动节能装置的能量双向流动控制方法，在开关1、4闭合时，控制电路产生脉冲信号驱动全桥电路1的开关管S1-S4，全桥电路2的开关管S5-S6，此时能量由电源输入(高压侧)通过DC/DC变换向蓄电池(低压侧)充电；控制电路产生脉冲信号驱动全桥电路2的开关管S5-S6，全桥电路1的开关管S3-S4，能量由蓄电池(低压侧)通过DC/DC变换器向输入电源(高压侧)流动。
本发明的主要优点：
1、高频方法实现能量双向流动。传统工频实现方法通过单一的PWM整流器可以实现能量双向流动，但是PWM整流器的逆变侧与装置的交流端加上一隔离升压变换器。由于采用工频变压器，所以体积大、质量大，比较笨重，成本比较高。高频方式正好弥补上述缺点，它质量轻、体积小、比较灵巧、成本较低。
2、解决常规DC/DC电路能量不能双向流动的问题，在不增加硬件的条件下，采用双向全桥DC/DC高频拓扑，可以实现高压端和低压端在一定控制下能量双向流动，集成化程度比较高。
3、适用场合比较多，直流不停电电源系统、航天电源系统、直流电机驱动系统、混合能源电动汽车等场合
附图说明
图1为本发明的系统框图；
图2为本发明的原理框图。
具体实施方式
现在通过结合具体实施方式以及附图的方法对本发明做出进一步解释和说明。
本发明是一种能量双向流动节能装置，DC/DC变换器的正负输入端接有开关1、开关2，正负输出端接有开关3、4；控制电路通过开关1-4，在开关1、3闭合时，电源输入(高压侧)连接开关1端子1、1’上，负载连接开关3端子3、3’上，能量由电源输入(高压侧)通过DC/DC变换器向负载供电；在开关2、3’闭合时，蓄电池(低压侧)连接开关2端子2、2’上，负载连接开关3端子3、3’上，能量由蓄电池(低压侧)通过DC/DC变换器向负载供电；在开关1、4闭合时，电源输入(高压侧)连接开关1端子1、1’上，蓄电池(低压侧)连接开关3端子3、3’上，能量由电源输入(高压侧)通过DC/DC变换向蓄电池(低压侧)充电，能量由蓄电池(低压侧)通过DC/DC变换器向输入电源(高压侧)流动。所述DC/DC变换器由8个开关管S1-S8、2个隔直电容C1、C2、高频变压器T组成。隔直电容C1连接到S1-S4组成全桥电路1，隔直电容C2连接到S5-S8组成的全桥电路2，中间通过高频变压器T连接形成通路。
在开关1、3闭合时，电源输入(高压侧)连接开关1端子1、1’上，负载连接开关3端子3、3’上，控制电路产生触发脉冲驱动全桥电路1的开关管S1-S4与全桥电路2的开关管S5-S8，其中S1与S5门极触发脉冲有一定移相角度，S1门极触发脉冲信号超前S5门极触发信号，实现降压功能，使能量由电源输入(高压侧)通过DC/DC变换器向负载供电。当输入电源损坏时，控制电路控制开关1打开，开关2、3’闭合时，蓄电池(低压侧)连接开关2端子2、2’上，负载连接开关3端子3、3’上，控制电路产生触发脉冲驱动全桥电路1的开关管S1-S4与全桥电路2的开关管S5-S8，其中S1与S5门极触发脉冲有一定移相角度，S1门极触发脉冲信号滞后S5门极触发信号，实现升压功能，能量由蓄电池(低压侧)通过DC/DC变换器向负载供电；在开关1、4闭合时，电源输入(高压侧)连接开关1端子1、1’上，蓄电池(低压侧)连接开关3端子3、3’上，DC/DC工作在降压状态，控制电路产生脉冲信号驱动全桥电路1的开关管S1-S4和全桥电路2的开关管S5-S6，且S1门极驱动脉冲超前S5门极驱动脉冲，能量从高压侧流向低压侧，能量由电源输入(高压侧)通过DC/DC变换向蓄电池(低压侧)充电，DC/DC工作在升压状态，控制电路产生脉冲信号驱动全桥电路1的开关管S3-S4和全桥电路2的开关管S5-S8，且S1门极驱动脉冲滞后S5门极驱动脉冲，能量由蓄电池(低压侧)通过DC/DC变换器向输入电源(高压侧)流动。通过调节移相，来控制传递能量的大小。且随着控制量的增加，控制灵活度提高，有效扩展功率传输范围，提高功率传输效率。
综合以上所述，本发明是一种能量双向流动节能装置及其能量双向流动控制方法，设计简单，控制可靠，成本低，安全性高，性能稳定，解决了传统能量单向流动、现有控制方式单一、成本高、功耗大、能源供给不便利，不能够在大范围应用等问题。

Claims (5)

1.一种能量双向流动节能装置及其能量双向流动控制方法，其特征包括：
DC/DC变换器的正负输入端接有开关1、开关2，正负输出端接有开关3、4；控制电路通过开关1-4，在开关1、3闭合时，电源输入(高压侧)连接开关1端子1、1’上，负载连接开关3端子3、3’上，能量由电源输入(高压侧)通过DC/DC变换器向负载供电；在开关2、3’闭合时，蓄电池(低压侧)连接开关2端子2、2’上，负载连接开关3端子3、3’上，能量由蓄电池(低压侧)通过DC/DC变换器向负载供电；在开关1、4闭合时，电源输入(高压侧)连接开关1端子1、1’上，蓄电池(低压侧)连接开关3端子3、3’上，能量由电源输入(高压侧)通过DC/DC变换向蓄电池(低压侧)充电，能量由蓄电池(低压侧)通过DC/DC变换器向输入电源(高压侧)流动。
2.根据权利要求1所述的一种能量双向流动节能装置及其能量双向流动控制方法，其特征在于，所述的DC/DC变换器包括：
DC/DC变换器由8个开关管S1-S8、2个隔直电容C1、C2、变压器T组成，隔直电容C1连接到S1-S4组成全桥电路1，隔直电容C2连接到S5-S8组成的全桥电路2，中间通过变压器T连接形成通路。
3.根据权利要求1所述的一种能量双向流动节能装置及其能量双向流动控制方法，其特征在于，所述能量双向流动控制方法包括：
在开关1、4闭合时，控制电路产生脉冲信号驱动全桥电路1的开关管S1-S4，全桥电路2的开关管S5-S6，此时能量由电源输入(高压侧)通过DC/DC变换向蓄电池(低压侧)充电；控制电路产生脉冲信号驱动全桥电路2的开关管S5-S6，全桥电路1的开关管S3-S4，能量由蓄电池(低压侧)通过DC/DC变换器向输入电源(高压侧)流动。
4.如权利要求1所述开关1-4，其特征包括：
开关1-4为联动双投开关，包括联动的电磁线圈控制的继电器、接触器，用于不同工况下工作模式的切换。
5.如权利要求1和权利要求2所述，DC/DC变换器中变换器有集成漏感Lr，用于能量双向流动过程中能量的传递与储存。
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