CN112769122A - 一种电压补偿式储能系统充放电测试装置 - Google Patents

一种电压补偿式储能系统充放电测试装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及储能系统充放电测试装备技术领域，尤其涉及一种电压补偿式储能系统充放电测试装置，包括第一储能系统、第二储能系统、第三储能系统、第一DCDC变换器、第二DCDC变换器和系统控制器，第一储能系统的正极与第二储能系统的正极相连，第一储能系统的负极与第一DCDC变换器的A1端相连，第一DCDC变换器的B端与第三储能系统的正极相连，第二储能系统的负极与第二DCDC变换器的A2端相连，第二DCDC变换器的B端与第三储能系统的正极相连。本发明不仅减小了DCDC变换器的滤波电感的体积和容量，节约了成本，而且还提高了系统工作的效率。

Description

一种电压补偿式储能系统充放电测试装置
技术领域
本发明涉及储能系统充放电测试装备技术领域，尤其涉及一种电压补偿式储能系统充放电测试装置。
背景技术
储能系统充放电测试装置是检验储能系统性能的关键设备，低电压、小功率储能系统充放电测试设备较为成熟，普遍采用DCDC变换器实现对被测储能系统的充电和放电，充放电的全部能量都通过DCDC变换器进行转换。但对于高电压、大功率的储能系统，这种方案具有明显的不足。由于电压较高，必须选用高耐压功率器件或者采用多电平方式，高耐压功率器件的成本较高、工作的开关频率较低，导致测试设备的整体成本较高，体积庞大，效率较低；采用多电平方式，电路结构复杂，故障率增高。当被测储能系统功率较大时还需DCDC变换器采用并联方式扩容，进一步增加了测试设备的成本和体积。
因此，现在急需一种低成本高效率的高压大功率储能系统充放电测试设备。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种电压补偿式储能系统充放电测试装置。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
一种电压补偿式储能系统充放电测试装置，包括第一储能系统、第二储能系统、第三储能系统、第一DCDC变换器、第二DCDC变换器和系统控制器，第一储能系统的正极与第二储能系统的正极相连，第一储能系统的负极与第一DCDC变换器的A1端相连，第一DCDC变换器的B端与第三储能系统的正极相连，第二储能系统的负极与第二DCDC变换器的A2端相连，第二DCDC变换器的B端与第三储能系统的正极相连，第一DCDC变换器的C端以及第二DCDC变换器的C端均与第三储能系统的负极相连，第三储能系统3的负极为参考地。
优选的，所述第一DCDC变换器及第二DCDC变换器由多组相同结构的DC/DC变换器并联而成。
优选的，所述第一DCDC变换器和第二DCDC变换器采样相同的DCDC变换器拓扑结构。
优选的，所述DCDC变换器为三端结构，分别包括A端、B端和C端，B端到C端为两个功率器件组成的桥式电路，桥式电路的中间点通过电感与A端串联，功率器件为一个正向半导体开关器件和一个反向并联二极管并联结构。
优选的，当所述第一储能系统需要放电时，如果第一储能系统电压高于第二储能系统,则第一DCDC变换器不需动作，第二DCDC变换器的V1开关管处于PWM状态，通过调节占空比可实现对第一储能系统放电电流大小的控制。
优选的，当所述第一储能系统需要放电时，如果第一储能系统电压低于第二储能系统,第二DCDC变换器不需动作，V1长通，电感L1接参考地，第一DCDC变换器的V4开关管处于PWM状态，通过调节占空比可实现对第一储能系统放电电流大小的控制。
优选的，当所述第一储能系统需要充电时,如果第一储能系统电压高于第二储能系统，则第一DCDC变换器不需动作，V3长通，电感L1接参考地，第二DCDC变换器的V2开关管处于PWM状态，通过调节占空比可实现对第一储能系统充电电流大小的控制。
优选的，当所述第一储能系统需要充电时,如果第一储能系统电压低于第二储能系统，则第二DCDC变换器不需动作，第一DCDC变换器的V3开关管处于PWM状态，通过调节占空比可实现对第一储能系统充电电流大小的控制。
本发明的有益效果是：
（1）DCDC变换器的工作电压为第三储能系统3的电压，与第一储能系统和第二储能系统的电压无关，DCDC变换器的功率器件可选择低耐压器件，功率器件可工作于高频状态，可大大减小DCDC变换器的滤波电感的体积；
（2）DCDC变换器无需变换储能系统充放电的全部能量，大部分能量是直接在两个储能系统间流动，DCDC变换器仅需补偿两个储能系统电压差值对应的能量，这样大大降低了DCDC变换器的容量，节约了成本；
（3）由于大部分能量直接在两个储能系统间流动，系统工作的效率较高，本发明可应用于高压大功率各种储能系统的充放电测试设备，具有广泛的应用前景和较大的推广价值。
附图说明
图1为一种电压补偿式储能系统充放电测试装置结构框图；
图2为实施例的第一储能系统1放电等效电路模型（BOOST模式）；
图3为实施例的第一储能系统1放电等效电路模型（BUCK模式）；
图4为实施例的第一储能系统1充电等效电路模型（BUCK模式）；
图5为实施例的第一储能系统1充电等效电路模型（BOOST模式）。
图中：1第一储能系统、2第二储能系统、3第三储能系统、4第一DCDC变换器、5第二DCDC变换器、6系统控制器。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
本实施例中，第一储能系统1电压U1、第二储能系统2电压U2及第三储能系统3电压U3需要满足：U1＜U2+U3；U2＜U1+U3，以避免三个储能系统之间不受控的电流流动。
参照图1-5，一种电压补偿式储能系统充放电测试装置，包括第一储能系统1、第二储能系统2、第三储能系统3、第一DCDC变换器4、第二DCDC变换器5和系统控制器6，第一储能系统1和第二储能系统2为对称结构，其中一个作为被测设备，另外一个就是陪试设备，第一储能系统1的正极与第二储能系统2的正极相连，第一储能系统1的负极与第一DCDC变换器4的A1端相连，第一DCDC变换器4的B端与第三储能系统3的正极相连，第二储能系统2的负极与第二DCDC变换器5的A2端相连，第二DCDC变换器5的B端与第三储能系统3的正极相连，第一DCDC变换器4的C端以及第二DCDC变换器5的C端均与第三储能系统3的负极相连，第三储能系统3的负极为参考地。
第一DCDC变换器4及第二DCDC变换器5由多组相同结构的DC/DC变换器并联而成，第一DCDC变换器4和第二DCDC变换器5采样相同的DCDC变换器拓扑结构，DCDC变换器为三端结构，分别包括A端、B端和C端，B端到C端为两个功率器件组成的桥式电路，桥式电路的中间点通过电感与A端串联，功率器件为一个正向半导体开关器件和一个反向并联二极管并联结构。
当第一储能系统1需要放电时，如果第一储能系统1电压高于第二储能系统2,则第一DCDC变换器4不需动作，第二DCDC变换器5的V1开关管处于PWM状态，通过调节占空比可实现对第一储能系统1放电电流大小的控制。
此时，等效电路模型如图2所示。V1开通时，第一储能系统1电流经第二储能系统2、电感L1、V1、参考地、D3、L2构成通路。V1关断时，电感L1电流经D2、第三储能系统3、参考地、D2、L2、第一储能系统1、第二储能系统2续流。第二DCDC变换器5工作在BOOST模式升压，第一储能系统1向第二储能系统2和第三储能系统3放电。
当第一储能系统1需要放电时，如果第一储能系统1电压低于第二储能系统2,第二DCDC变换器5不需动作，V1长通，电感L1接参考地，第一DCDC变换器4的V4开关管处于PWM状态，通过调节占空比可实现对第一储能系统1放电电流大小的控制。
此时，等效电路模型如图3所示。V4开通时，第三储能系统3正极电流经V4、L2、第一储能系统1、第二储能系统2、电感L1、V1、参考地回到第三储能系统3负极。V4关断时，电感L2电流经第一储能系统1、第二储能系统2、电感L1、V1续流。第一DCDC变换器4工作在BUCK降压模式，第一储能系统1和第三储能系统3合成后向第二储能系统2放电。
当第一储能系统1需要充电时,如果第一储能系统1电压高于第二储能系统2，则第一DCDC变换器4不需动作，V3长通，电感L1接参考地，第二DCDC变换器5的V2开关管处于PWM状态，通过调节占空比可实现对第一储能系统1充电电流大小的控制。
此时，等效电路模型如图4所示。V2开通时，第三储能系统3正极电流经V2、L1、第二储能系统2、第一储能系统1、电感L2、V3回到第三储能系统3负极。V2关断时，电感L1电流经第二储能系统2、第一储能系统1、电感L2、V3续流。第二DCDC变换器5工作在BUCK降压模式，第二储能系统2和第三储能系统3合成后向第一储能系统1充电。
当第一储能系统1需要充电时,如果第一储能系统1电压低于第二储能系统2，则第二DCDC变换器5不需动作，第一DCDC变换器4的V3开关管处于PWM状态，通过调节占空比可实现对第一储能系统1充电电流大小的控制。
此时，等效电路模型如图5所示。V3开通时，第二储能系统2电流经第一储能系统1、电感L2、V3、参考地、D1、L1构成通路。V3关断时，电感L2电流经D4、第三储能系统3、参考地、D1、L1、第二储能系统2、第一储能系统1续流。第一DCDC变换器4工作在BOOST模式升压，第二储能系统2给第一储能系统1和第三储能系统3充电。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种电压补偿式储能系统充放电测试装置，包括第一储能系统（1）、第二储能系统（2）、第三储能系统（3）、第一DCDC变换器（4）、第二DCDC变换器（5）和系统控制器（6），其特征在于，第一储能系统（1）的正极与第二储能系统（2）的正极相连，第一储能系统（1）的负极与第一DCDC变换器（4）的A1端相连，第一DCDC变换器（4）的B端与第三储能系统（3）的正极相连，第二储能系统（2）的负极与第二DCDC变换器（5）的A2端相连，第二DCDC变换器（5）的B端与第三储能系统（3）的正极相连，第一DCDC变换器（4）的C端以及第二DCDC变换器（5）的C端均与第三储能系统（3）的负极相连，第三储能系统3的负极为参考地。
2.根据权利要求1所述的一种电压补偿式储能系统充放电测试装置，其特征在于，所述第一DCDC变换器（4）及第二DCDC变换器（5）由多组相同结构的DC/DC变换器并联而成。
3.根据权利要求1所述的一种电压补偿式储能系统充放电测试装置，其特征在于，所述第一DCDC变换器（4）和第二DCDC变换器（5）采样相同的DCDC变换器拓扑结构。
4.根据权利要求3所述的一种电压补偿式储能系统充放电测试装置，其特征在于，所述DCDC变换器为三端结构，分别包括A端、B端和C端，B端到C端为两个功率器件组成的桥式电路，桥式电路的中间点通过电感与A端串联，功率器件为一个正向半导体开关器件和一个反向并联二极管并联结构。
5.根据权利要求1所述的一种电压补偿式储能系统充放电测试装置，其特征在于，当所述第一储能系统（1）需要放电时，如果第一储能系统（1）电压高于第二储能系统（2）,则第一DCDC变换器（4）不需动作，第二DCDC变换器（5）的V1开关管处于PWM状态，通过调节占空比可实现对第一储能系统（1）放电电流大小的控制。
6.根据权利要求1所述的一种电压补偿式储能系统充放电测试装置，其特征在于，当所述第一储能系统（1）需要放电时，如果第一储能系统（1）电压低于第二储能系统（2）,第二DCDC变换器（5）不需动作，V1长通，电感L1接参考地，第一DCDC变换器（4）的V4开关管处于PWM状态，通过调节占空比可实现对第一储能系统（1）放电电流大小的控制。
7.根据权利要求1所述的一种电压补偿式储能系统充放电测试装置，其特征在于，当所述第一储能系统（1）需要充电时,如果第一储能系统（1）电压高于第二储能系统（2），则第一DCDC变换器（4）不需动作，V3长通，电感L1接参考地，第二DCDC变换器（5）的V2开关管处于PWM状态，通过调节占空比可实现对第一储能系统（1）充电电流大小的控制。
8.根据权利要求1所述的一种电压补偿式储能系统充放电测试装置，其特征在于，当所述第一储能系统（1）需要充电时,如果第一储能系统（1）电压低于第二储能系统（2），则第二DCDC变换器（5）不需动作，第一DCDC变换器（4）的V3开关管处于PWM状态，通过调节占空比可实现对第一储能系统（1）充电电流大小的控制。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN117630668A (zh) * 2023-11-28 2024-03-01 上海交通大学 基于对称模块组的高压直挂储能模块测试系统和控制方法

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