CN113067385A - 电池单元充放电装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及电池单元充放电装置，涉及电源领域，交流电通过AC/DC隔离变换模块转换成直流母线上的稳定的直流电，直流母线连接非隔离双向DC/DC转换器和功率多级可调放电装置，非隔离双向DC/DC转换器可将直流母线电压转换成宽范围的可控直流电压给不同电压等级的电池单元充电，也可用于电池单元放电，通过将多余电池能量转换至直流母线，再由功率多级可调放电装置以不同的功率等级放电消耗掉，非隔离双向DC/DC转换器可将其第二端的电压升至或降至目标电池电压，并使第二端的电压控制精度在几十毫伏级别，而同时兼容不同型号的电池单元电压，适应极宽的电压范围，而不用单独使用不同型号的充放电装置，使设计简单，兼容性好。

Description

电池单元充放电装置
技术领域
本发明涉及电源领域，尤其涉及一种电池单元充放电装置。
背景技术
大规模串并联电池模组是当前众多电气领域必不可少的系统组件，如作为电动汽车供能单元或光伏逆变系统的储能单元。一般由多个单体电池(cell)串并联组成一个电池模组(module)，再由多个电池模组串并联组成一个储能或供电电池包(package)，以作为储能单元或供能单元。
当电池包中其中一组电池模组损坏或者较其它接入电池包中的电池模组的电压差异较大时，需要更换一个新的电池模组到电池包中。新电池模组需要与未更换的电池模组电压一致，或电压差异控制在很小范围内，如几十毫伏以内，才能减少安装过程中的风险并保证电池使用寿命。然，由于不同型号电池模组的电压范围相差较大，为满足较大电压范围，充放电时需要根据不同电池模组选择不同的充放电装置，而增加设计难度，降低充放电装置的兼容性。
因此，业界急需极宽电压范围的电池模组充放电装置，而增加电池模组充放电装置的兼容性，并降低其设计难度。
发明内容
本发明提供一种电池单元充放电装置，包括：AC/DC隔离变换模块，其输入端接收交流电，输出端连接直流母线，用于将所述交流电变换为直流母线电压，并提供其输出端与输入端之间的电隔离；非隔离双向DC/DC转换器，其第一端连接所述直流母线，第二端连接电池单元，用于将所述第一端的所述直流母线电压变换为所述第二端的目标电池电压而为电池单元充电，或将电池单元的电池电压变换为所述第一端的所述直流母线电压；功率多级可调放电装置，连接在所述直流母线与地端之间，具有不同的放电功率等级；以及控制模块，控制模块连接功率多级可调放电装置、AC/DC隔离变换模块和非隔离双向DC/DC转换器，用于输出控制信号至功率多级可调放电装置内的开关、AC/DC隔离变换模块内的开关和非隔离双向DC/DC转换器内的开关，而控制使得电池单元充放电装置工作在充电模式或放电模式，在充电模式中，AC/DC隔离变换模块内的开关和非隔离双向DC/DC转换器内的开关工作而将交流电变换为目标电池电压而为电池单元充电，在放电模式中，非隔离双向DC/DC转换器内的开关、功率多级可调放电装置内的开关工作而为电池单元放电，并在放电模式中，控制模块控制功率多级可调放电装置内的开关工作而使其根据电池单元需要的放电功率工作在不同的放电功率等级。
更进一步的，功率多级可调放电装置包括：至少一个包括电阻R和开关S串联形成的开关放电支路，以及非隔离单向DC/DC变流器和电阻串联形成的变流器放电支路，并所述开关放电支路的第一端和所述变流器放电支路的第一端均连接所述直流母线，所述开关放电支路的第二端和所述变流器放电支路的第二端均接地。
更进一步的，控制模块根据电池单元需要的放电功率控制所述变流器放电支路内的所述非隔离单向DC/DC变流器的输出电压及接通的开关放电支路的个数而使功率多级可调放电装置工作在期望的放电功率等级。
更进一步的，开关放电支路的接通或断开通过控制模块控制开关放电支路内的开关导通或关断实现。
更进一步的，开关放电支路及变流器放电支路内的电阻值相同。
更进一步的，控制模块包括控制芯片、采样电路、驱动控制电路、逻辑控制电路及通讯电路，采样电路采样AC/DC隔离变换模块、非隔离双向DC/DC转换器及功率多级可调放电装置工作状态的信号，而输出AC/DC隔离变换模块的工作状态信号S1、非隔离双向DC/DC转换器的工作状态信号S2及功率多级可调放电装置的工作状态信号S3给控制芯片，并通讯电路连接外部通讯设备，控制芯片通过通讯电路从外部通讯设备获得电池单元的目标电压值，控制芯片根据AC/DC隔离变换模块的工作状态信号S1、非隔离双向DC/DC转换器的工作状态信号S2、功率多级可调放电装置的工作状态信号S3及电池单元的目标电压值控制充放电装置工作在充电模式或放电模式，并在放电模式中控制功率多级可调放电装置的放电功率等级。
更进一步的，当电池单元的端电压低于目标电压值时，控制芯片根据AC/DC隔离变换模块的工作状态信号S1、非隔离双向DC/DC转换器的工作状态信号S2、功率多级可调放电装置的工作状态信号S3及电池单元的目标电压值输出逻辑控制信号至逻辑控制电路，而由逻辑控制电路控制AC/DC隔离变换模块及非隔离双向DC/DC转换器工作而使电池单元充放电装置工作在充电模式，并输出AC/DC隔离变换模块的开关控制信号C1及非隔离双向DC/DC转换器的开关控制信号C2至驱动控制电路，而驱动控制AC/DC隔离变换模块及非隔离双向DC/DC转换器内的开关工作而使其工作在升压充电模式或降压充电模式，而通过AC/DC隔离变换模块将交流电变换为稳定的直流母线电压，非隔离双向DC/DC转换器将直流母线电压变换为电池单元的目标电压值而为电池单元充电。
更进一步的，当电池单元的端电压高于目标电压值时，控制芯片根据AC/DC隔离变换模块的工作状态信号S1、非隔离双向DC/DC转换器的工作状态信号S2、功率多级可调放电装置的工作状态信号S3及电池单元的目标电压值输出逻辑控制信号至逻辑控制电路，而由逻辑控制电路控制非隔离双向DC/DC转换器及功率多级可调放电装置工作而使电池单元充放电装置工作在放电模式，并输出非隔离双向DC/DC转换器的开关控制信号C2及功率多级可调放电装置的开关控制信号C3至驱动控制电路，而驱动控制非隔离双向DC/DC转换器工作在升压放电模式或降压放电模式，当直流母线电压小于电池单元电压时，非隔离双向DC/DC转换器工作在升压放电模式，而当直流母线电压大于电池单元电压时，非隔离双向DC/DC转换器工作在降压放电模式，并控制模块根据电池单元的目标电压值得到期望的放电功率等级，而输出功率多级可调放电装置的控制信号，而由驱动控制电路驱动控制导通的开关放电支路的个数，并控制变流器放电支路内的非隔离单向DC/DC变流器的输出电压。
更进一步的，控制模块还包括保护电路，用于根据AC/DC隔离变换模块的工作状态信号S1、非隔离双向DC/DC转换器的工作状态信号S2、功率多级可调放电装置的工作状态信号S3对电池单元充放电装置进行保护。
更进一步的，所述直流母线电压的额定值为48V。
附图说明
图1为本发明一实施例的电池单元充放电装置示意图。
图2为本发明一实施例的电池单元充放电装置工作在充电模式时的电路示意图。
图3为本发明一实施例的电池单元充放电装置工作在放电模式时的电路示意图。
图4为本发明一实施例的功率多级可调放电装置的示意图。
图5为本发明一实施例的控制模块的电路框图示意图。
具体实施方式
下面将结合附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在不做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
应当理解，本发明能够以不同形式实施，而不应当解释为局限于这里提出的实施例。相反地，提供这些实施例将使公开彻底和完全，并且将本发明的范围完全地传递给本领域技术人员。在附图中，为了清楚，层和区的尺寸以及相对尺寸可能被夸大，自始至终相同附图标记表示相同的元件。应当明白，当元件或层被称为“在…上”、“与…相邻”、“连接到”或“耦合到”其它元件或层时，其可以直接地在其它元件或层上、与之相邻、连接或耦合到其它元件或层，或者可以存在居间的元件或层。相反，当元件被称为“直接在…上”、“与…直接相邻”、“直接连接到”或“直接耦合到”其它元件或层时，则不存在居间的元件或层。应当明白，尽管可使用术语第一、第二、第三等描述各种元件、部件、区、层和/或部分，这些元件、部件、区、层和/或部分不应当被这些术语限制。这些术语仅仅用来区分一个元件、部件、区、层或部分与另一个元件、部件、区、层或部分。因此，在不脱离本发明教导之下，下面讨论的第一元件、部件、区、层或部分可表示为第二元件、部件、区、层或部分。
空间关系术语例如“在…下”、“在…下面”、“下面的”、“在…之下”、“在…之上”、“上面的”等，在这里可为了方便描述而被使用从而描述图中所示的一个元件或特征与其它元件或特征的关系。应当明白，除了图中所示的取向以外，空间关系术语意图还包括使用和操作中的器件的不同取向。例如，如果附图中的器件翻转，然后，描述为“在其它元件下面”或“在其之下”或“在其下”元件或特征将取向为在其它元件或特征“上”。因此，示例性术语“在…下面”和“在…下”可包括上和下两个取向。器件可以另外地取向(旋转90度或其它取向)并且在此使用的空间描述语相应地被解释。
在此使用的术语的目的仅在于描述具体实施例并且不作为本发明的限制。在此使用时，单数形式的“一”、“一个”和“所述/该”也意图包括复数形式，除非上下文清楚指出另外的方式。还应明白术语“组成”和/或“包括”，当在该说明书中使用时，确定所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一个或更多其它的特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或组的存在或添加。在此使用时，术语“和/或”包括相关所列项目的任何及所有组合。
下面将结合附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在不做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明一实施例中，在于提供一种电池单元充放电装置，请参阅图1所示的本发明一实施例的电池单元充放电装置示意图，其包括：AC/DC隔离变换模块210，其输入端接收交流电，输出端连接直流母线(DCBUS)，用于将所述交流电变换为直流母线电压Vbus，并提供其输出端与输入端之间的电隔离；非隔离双向DC/DC转换器250，其第一端连接所述直流母线(DCBUS)，第二端连接电池单元230，用于将所述第一端的所述直流母线电压Vbus变换为所述第二端的目标电池电压而为电池单元230充电，或将电池单元230的电池电压变换为所述第一端的所述直流母线电压Vbus；功率多级可调放电装置220，连接在所述直流母线(DCBUS)与地端GND之间，具有不同的放电功率等级；以及控制模块260，控制模块260连接功率多级可调放电装置220、AC/DC隔离变换模块210和非隔离双向DC/DC转换器250，用于输出控制信号至功率多级可调放电装置220内的开关、AC/DC隔离变换模块210内的开关和非隔离双向DC/DC转换器250内的开关，而控制使得电池单元充放电装置工作在充电模式或放电模式，在充电模式中，AC/DC隔离变换模块210内的开关和非隔离双向DC/DC转换器250内的开关工作而将交流电变换为目标电池电压而为电池单元230充电，在放电模式中，非隔离双向DC/DC转换器250内的开关、功率多级可调放电装置220内的开关工作而为电池单元230放电，并在放电模式中，控制模块260控制功率多级可调放电装置220内的开关工作而使其根据电池单元230需要的放电功率工作在不同的放电功率等级。
如此，交流电通过AC/DC隔离变换模块210转换成直流母线上的稳定的直流电，直流母线连接非隔离双向DC/DC转换器250和功率多级可调放电装置220，非隔离双向DC/DC转换器250可将直流母线电压转换成宽范围的可控直流电压给不同电压等级的电池单元充电，也可用于电池单元放电，通过将多余电池能量转换至直流母线，再由功率多级可调放电装置220放电消耗，非隔离双向DC/DC转换器250可将其第二端的电压升至或降至目标电池电压，并使第二端的电压控制精度在几十毫伏级别，而同时兼容不同型号的电池单元电压，适应极宽的电压范围，而不用单独使用不同型号的充放电装置，使设计简单，兼容性好。
如上，由于AC/DC隔离变换模块210实现了输入端与输出端之间电隔离的功能，并起到初步的电压调节功能而提供稳定的直流母线电压，因此可使后续的非隔离双向DC/DC转换器250实现较宽的电压调节范围。
在一实施例中，所述电池单元230可为电池模组或单体电池(cell)。
AC/DC隔离变换模块210为隔离型的能量转换模块，并将交流电转换成稳定的直流电。在一实施例中，当电池单元需要充电时，AC/DC隔离变换模块210将220V或110V的交流电压通过控制模块260的控制转换成额定电压48V的稳定的直流电压。由于其中的变压器的隔离，保证了48V低压侧的安全性，同时额定电压48V的直流输出电压属于通信电源领域的标准输出电压，为业界通用模块，成本低，稳定性高，而降低设计难度。
请参阅图2所示的电池单元充放电装置工作在充电模式时的电路示意图。在充电模式中，AC/DC隔离变换模块210内的开关和非隔离双向DC/DC转换器250内的开关工作而将交流电变换为目标电池电压而为电池单元230充电，更具体的为，AC/DC隔离变换模块210将220V或110V的交流电压通过控制模块260的控制转换成稳定的直流母线电压，非隔离双向DC/DC转换器250通过控制模块260的控制将直流母线电压转换成目标电池电压给电池单元充电。更进一步的，非隔离双向DC/DC转换器250通过控制模块260的控制将直流母线电压转换成目标电池电压给电池单元充电分为两种情况：当电池单元电压低于直流母线电压时，非隔离双向DC/DC转换器250工作在充电的降压模式，将直流母线电压降至目标电池电压给电池单元充电；当电池单元电压高于直流母线电压时，非隔离双向DC/DC转换器250工作在充电的升压模式，将直流母线电压升至目标电池电压给电池单元充电。
请参阅图3所示的电池单元充放电装置工作在放电模式时的电路示意图。在放电模式中，非隔离双向DC/DC转换器250内的开关、功率多级可调放电装置220内的开关工作而为电池单元230放电，更具体的为，非隔离双向DC/DC转换器250通过控制模块260的控制将电池电压转换成直流母线电压后输入到功率多级可调放电装置220进行放电。更进一步的，非隔离双向DC/DC转换器250通过控制模块260的控制将电池电压转换成直流母线电压分为两种情况：当电池单元电压低于直流母线电压时，非隔离双向DC/DC转换器250工作在放电的升压模式，将电池单元电压升至直流母线电压；当电池单元电压高于直流母线电压时，非隔离双向DC/DC转换器250工作在放电降压模式，将电池单元电压降至直流母线电压。
请参阅图4所示的功率多级可调放电装置的示意图。功率多级可调放电装置220包括：至少一个包括电阻R(如电阻R1……Rn)和开关S(如开关S1……Sn)串联形成的开关放电支路222，以及非隔离单向DC/DC变流器2211和电阻RDC串联形成的变流器放电支路221，并所述开关放电支路222的第一端和所述变流器放电支路221的第一端均连接所述直流母线(DCBUS)，所述开关放电支路222的第二端和所述变流器放电支路221的第二端均接地，而形成并联放电结构。其中，控制模块260控制功率多级可调放电装置220内的开关工作而使其根据电池单元230需要的放电功率工作在不同的放电功率等级更具体的为：控制模块260根据电池单元230需要的放电功率控制所述变流器放电支路221内的所述非隔离单向DC/DC变流器2211的输出电压及接通的开关放电支路222的个数而使功率多级可调放电装置220工作在期望的放电功率等级。在一实施例中，开关放电支路222的接通或断开通过控制模块260控制其内的开关导通或关断实现。
如上所述，多级可调放电装置220的主要功能是对非隔离双向DC/DC转换器250输出的直流母线电压进行能量消耗，可以称为负载装置。具体的，以其内部包括4个负载模块为例，如图4所示，3个开关放电支路222和1个变流器放电支路221构成4个负载模块。在一实施例中，每一放电支路内的电阻值相同，而使由于输入放电支路的电压是一致的，所以图4中的3个开关放电支路222的放电功率是一致的，而控制变流器放电支路221中的非隔离单向DC/DC变流器2211内的开关占空比来改变变流器放电支路221的放电功率。在一实施例中，放电支路内的电阻值也可不同，而使不同的放电支路具有不同的放电功率。以每一放电支路内的电阻值相同为例，如图4所示的4个放电支路组合成放电时的4个档位。具体的，可设置为：当需要的放电功率小于额定放电功率的1/4时，控制模块260控制使得只导通一个开关放电支路222内的开关，控制模块260控制非隔离单向DC/DC变流器2211输出不同的电压到变流器放电支路221内的电阻负载中，由于其内的电阻负载阻抗不变，因此将获得一个可调的输出电流；当需要的放电功率大于1/4的额定放电功率而小于1/2的额定放电功率时，控制模块260控制使得导通两个开关放电支路222内的开关，此时导通的两个开关放电支路222各承担1/4的额定放电功率，另外的放电功率由非隔离单向DC/DC变流器2211来调节；当需要的放电功率大于1/2的额定放电功率而小于3/4的额定放电功率时，控制模块260控制使得导通三个开关放电支路222内的开关，此时导通的三个开关放电支路222各承担1/4的额定放电功率，另外的放电功率由非隔离单向DC/DC变流器2211来调节；当需要的放电功率大于3/4的额定放电功率而小于额定放电功率时，控制模块260控制使得导通三个开关放电支路222内的开关，此时导通的三个开关放电支路222各承担1/4的额定放电功率，另外的放电功率由非隔离单向DC/DC变流器2211来调节；当需求放电功率大于额定功率一定范围时，非隔离双向DC/DC转换器250调节(通常为微调)直流母线电压稍大于额定直流母线电压(如48V)，来提高每个放电支路内所承受的放电功率，从而获得大于额定的放电功率。实际上由于放电支路内的开关损耗的影响，要获得额定的放电功率，必定要适当提高48V母线电压，也即直流母线电压大于48V(如略大于48V)。
在一实施例中，所述非隔离单向DC/DC变流器2211的具体结构本发明并不做限定，只要能实现DC电至DC电的变换即可。
请参阅图5所示的控制模块的电路框图示意图。控制模块260包括控制芯片261、采样电路262、驱动控制电路263、逻辑控制电路264及通讯电路265，采样电路262采样AC/DC隔离变换模块210、非隔离双向DC/DC转换器250及功率多级可调放电装置220工作状态的信号，而输出AC/DC隔离变换模块210的工作状态信号S1、非隔离双向DC/DC转换器250的工作状态信号S2及功率多级可调放电装置220的工作状态信号S3给控制芯片261，并通讯电路265连接外部通讯设备267，控制芯片261通过通讯电路265从外部通讯设备267获得电池单元230的目标电压值，则控制芯片261根据AC/DC隔离变换模块210的工作状态信号S1、非隔离双向DC/DC转换器250的工作状态信号S2、功率多级可调放电装置220的工作状态信号S3及电池单元230的目标电压值控制充放电装置工作在充电模式或放电模式，并在放电模式中控制功率多级可调放电装置220的放电功率等级。
具体的，当电池单元230的端电压低于目标电压值时，则需要对电池单元230充电。则接入交流电，控制模块260获得供电，外部通讯设备267和通讯电路265建立通讯，而使控制芯片261获得电池单元230的目标电压值，控制芯片261根据AC/DC隔离变换模块210的工作状态信号S1、非隔离双向DC/DC转换器250的工作状态信号S2、功率多级可调放电装置220的工作状态信号S3及电池单元230的目标电压值输出逻辑控制信号至逻辑控制电路264，而由逻辑控制电路264控制AC/DC隔离变换模块210及非隔离双向DC/DC转换器250工作而使电池单元充放电装置工作在充电模式，并输出AC/DC隔离变换模块210的开关控制信号C1及非隔离双向DC/DC转换器250的开关控制信号C2至驱动控制电路263，而驱动控制AC/DC隔离变换模块210及非隔离双向DC/DC转换器250内的开关工作而使其工作在升压充电模式或降压充电模式，而通过AC/DC隔离变换模块210将交流电变换为稳定的直流母线电压Vbus，非隔离双向DC/DC转换器250将直流母线电压Vbus变换为电池单元230的目标电压值而为电池单元充电，此过程功率多级可调放电装置220的开关不动作，能量是从交流电传递到了电池单元上，电网的电能转化成电池的化学能进行存储。更具体的，在充电模式中，非隔离双向DC/DC转换器250工作在升压模式或降压模式，当直流母线电压Vbus小于电池单元230的目标电压值时，非隔离双向DC/DC转换器250工作在升压模式，而当直流母线电压Vbus大于电池单元230的目标电压值时，非隔离双向DC/DC转换器250工作在降压模式。
具体的，当电池单元230的端电压高于目标电压值时，则需要对电池单元230放电。则接入交流电，控制模块260获得供电，外部通讯设备267和通讯电路265建立通讯，而使控制芯片261获得电池单元230的目标电压值，控制芯片261根据AC/DC隔离变换模块210的工作状态信号S1、非隔离双向DC/DC转换器250的工作状态信号S2、功率多级可调放电装置220的工作状态信号S3及电池单元230的目标电压值输出逻辑控制信号至逻辑控制电路264，而由逻辑控制电路264控制非隔离双向DC/DC转换器250及功率多级可调放电装置220工作而使电池单元充放电装置工作在放电模式，并输出非隔离双向DC/DC转换器250的开关控制信号C2及功率多级可调放电装置220的开关控制信号C3至驱动控制电路263，而驱动控制非隔离双向DC/DC转换器250工作在升压放电模式或降压放电模式，当直流母线电压Vbus小于电池单元230电压时，非隔离双向DC/DC转换器250工作在升压放电模式，而当直流母线电压Vbus大于电池单元230电压时，非隔离双向DC/DC转换器250工作在降压放电模式，并控制模块根据电池单元230的目标电压值得到期望的放电功率等级，而输出功率多级可调放电装置220的控制信号，而由驱动控制电路263驱动控制导通的开关放电支路222的个数并控制变流器放电支路221内的非隔离单向DC/DC变流器2211的输出电压。此过程中AC/DC隔离变换模块210只接入交流电给控制芯片供电，而不进行能量转换，能量将从电池单元转移到功率多级可调放电装置220中放电。
在一实施例中，上述AC/DC隔离变换模块210的工作状态信号S1包括AC/DC隔离变换模块210的输入侧电压、电流信号，输出侧电压、电流信号，同样的非隔离双向DC/DC转换器250的工作状态信号S2包括非隔离双向DC/DC转换器250的输入侧电压、电流信号，输出侧电压、电流信号，功率多级可调放电装置220的工作状态信号S3包括功率多级可调放电装置220内的开关的控制信号、非隔离单向DC/DC变流器2211的输出电压。
在一实施例中，上述AC/DC隔离变换模块210的控制信号C1包括AC/DC隔离变换模块210内的开关的占空比，非隔离双向DC/DC转换器250的控制信号C2包括非隔离双向DC/DC转换器250内的开关的占空比，功率多级可调放电装置220的控制信号C3包括功率多级可调放电装置220内的非隔离单向DC/DC变流器2211内的开关的占空比及开关放电支路222内的开关的导通或关断信号。
在一实施例中，交流电通过一辅助电源268变换为控制模块260的供电电压。
在一实施例中，控制模块260还包括保护电路266，用于根据AC/DC隔离变换模块210的工作状态信号S1、非隔离双向DC/DC转换器250的工作状态信号S2、功率多级可调放电装置220的工作状态信号S3对电池单元充放电装置进行保护，如过压保护、过流保护等。
上述的电池单元充放电装置具有较大的输出电压可调范围，可以兼容从几伏升到上百伏不等电压的电池模组，与单一型号电池模组的充电装置相比具有明显的充电电压范围优势。此外由于非隔离双向DC/DC转换器250为非隔离系统，其输出侧的电池电压采样信号没有隔离延时，因此具有更快的控制响应速度。并可通过采用高精度的运放，将非隔离双向DC/DC转换器250的输出电压控制在设定电压要求精度的范围内。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种电池单元充放电装置，其特征在于，包括：
AC/DC隔离变换模块，其输入端接收交流电，输出端连接直流母线，用于将所述交流电变换为直流母线电压，并提供其输出端与输入端之间的电隔离；
非隔离双向DC/DC转换器，其第一端连接所述直流母线，第二端连接电池单元，用于将所述第一端的所述直流母线电压变换为所述第二端的目标电池电压而为电池单元充电，或将电池单元的电池电压变换为所述第一端的所述直流母线电压；
功率多级可调放电装置，连接在所述直流母线与地端之间，具有不同的放电功率等级；以及
控制模块，控制模块连接功率多级可调放电装置、AC/DC隔离变换模块和非隔离双向DC/DC转换器，用于输出控制信号至功率多级可调放电装置内的开关、AC/DC隔离变换模块内的开关和非隔离双向DC/DC转换器内的开关，而控制使得电池单元充放电装置工作在充电模式或放电模式，在充电模式中，AC/DC隔离变换模块内的开关和非隔离双向DC/DC转换器内的开关工作而将交流电变换为目标电池电压而为电池单元充电，在放电模式中，非隔离双向DC/DC转换器内的开关、功率多级可调放电装置内的开关工作而为电池单元放电，并在放电模式中，控制模块控制功率多级可调放电装置内的开关工作而使其根据电池单元需要的放电功率工作在不同的放电功率等级。
2.根据权利要求1所述的电池单元充放电装置，其特征在于，功率多级可调放电装置包括：至少一个包括电阻R和开关S串联形成的开关放电支路，以及非隔离单向DC/DC变流器和电阻串联形成的变流器放电支路，并所述开关放电支路的第一端和所述变流器放电支路的第一端均连接所述直流母线，所述开关放电支路的第二端和所述变流器放电支路的第二端均接地。
3.根据权利要求2所述的电池单元充放电装置，其特征在于，控制模块根据电池单元需要的放电功率控制所述变流器放电支路内的所述非隔离单向DC/DC变流器的输出电压及接通的开关放电支路的个数而使功率多级可调放电装置工作在期望的放电功率等级。
4.根据权利要求3所述的电池单元充放电装置，其特征在于，开关放电支路的接通或断开通过控制模块控制开关放电支路内的开关导通或关断实现。
5.根据权利要求2所述的电池单元充放电装置，其特征在于，开关放电支路及变流器放电支路内的电阻值相同。
6.根据权利要求2所述的电池单元充放电装置，其特征在于，控制模块包括控制芯片、采样电路、驱动控制电路、逻辑控制电路及通讯电路，采样电路采样AC/DC隔离变换模块、非隔离双向DC/DC转换器及功率多级可调放电装置工作状态的信号，而输出AC/DC隔离变换模块的工作状态信号S1、非隔离双向DC/DC转换器的工作状态信号S2及功率多级可调放电装置的工作状态信号S3给控制芯片，并通讯电路连接外部通讯设备，控制芯片通过通讯电路从外部通讯设备获得电池单元的目标电压值，控制芯片根据AC/DC隔离变换模块的工作状态信号S1、非隔离双向DC/DC转换器的工作状态信号S2、功率多级可调放电装置的工作状态信号S3及电池单元的目标电压值控制充放电装置工作在充电模式或放电模式，并在放电模式中控制功率多级可调放电装置的放电功率等级。
7.根据权利要求6所述的电池单元充放电装置，其特征在于，当电池单元的端电压低于目标电压值时，控制芯片根据AC/DC隔离变换模块的工作状态信号S1、非隔离双向DC/DC转换器的工作状态信号S2、功率多级可调放电装置的工作状态信号S3及电池单元的目标电压值输出逻辑控制信号至逻辑控制电路，而由逻辑控制电路控制AC/DC隔离变换模块及非隔离双向DC/DC转换器工作而使电池单元充放电装置工作在充电模式，并输出AC/DC隔离变换模块的开关控制信号C1及非隔离双向DC/DC转换器的开关控制信号C2至驱动控制电路，而驱动控制AC/DC隔离变换模块及非隔离双向DC/DC转换器内的开关工作而使其工作在升压充电模式或降压充电模式，而通过AC/DC隔离变换模块将交流电变换为稳定的直流母线电压，非隔离双向DC/DC转换器将直流母线电压变换为电池单元的目标电压值而为电池单元充电。
8.根据权利要求6所述的电池单元充放电装置，其特征在于，当电池单元的端电压高于目标电压值时，控制芯片根据AC/DC隔离变换模块的工作状态信号S1、非隔离双向DC/DC转换器的工作状态信号S2、功率多级可调放电装置的工作状态信号S3及电池单元的目标电压值输出逻辑控制信号至逻辑控制电路，而由逻辑控制电路控制非隔离双向DC/DC转换器及功率多级可调放电装置工作而使电池单元充放电装置工作在放电模式，并输出非隔离双向DC/DC转换器的开关控制信号C2及功率多级可调放电装置的开关控制信号C3至驱动控制电路，而驱动控制非隔离双向DC/DC转换器工作在升压放电模式或降压放电模式，当直流母线电压小于电池单元电压时，非隔离双向DC/DC转换器工作在升压放电模式，而当直流母线电压大于电池单元电压时，非隔离双向DC/DC转换器工作在降压放电模式，并控制模块根据电池单元的目标电压值得到期望的放电功率等级，而输出功率多级可调放电装置的控制信号，而由驱动控制电路驱动控制导通的开关放电支路的个数，并控制变流器放电支路内的非隔离单向DC/DC变流器的输出电压。
9.根据权利要求6所述的电池单元充放电装置，其特征在于，控制模块还包括保护电路，用于根据AC/DC隔离变换模块的工作状态信号S1、非隔离双向DC/DC转换器的工作状态信号S2、功率多级可调放电装置的工作状态信号S3对电池单元充放电装置进行保护。
10.根据权利要求1所述的电池单元充放电装置，其特征在于，所述直流母线电压的额定值为48V。
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