CN114123803B - 兼容户用光伏储能与移动光伏储能的降压隔离设备 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种兼容户用光伏储能与移动光伏储能的降压隔离设备，包括：户用光伏发电模块、移动用光伏发电模块、降压隔离器、充电器以及移动储能电池；其中，户用光伏发电模块的输出侧与降压隔离器的高压侧相连，降压隔离器的低压侧与充电器的输入侧相连；移动用光伏发电模块的输出侧与充电器的输入侧相连；充电器的输出侧与移动储能电池相连。通过本发明，为户用光伏储能兼容光伏移动储能提供了低成本实现方案和高效率的解决措施。

Description

兼容户用光伏储能与移动光伏储能的降压隔离设备
技术领域
本发明涉及光伏储能技术领域，尤其涉及一种兼容户用光伏储能与移动光伏储能的降压隔离设备。
背景技术
目前市场上户用储能PV输入为最高550VDC的PV开路电压，通过BOOST进行功率追踪，再通过DCDC双向隔离设备对低压48V蓄电池进行充电；另外目前市场上便携式或者移动式光伏储能普遍采用低压于150V的PV开路电压输入，输入功率小，再通过MPPT充电器不隔离降压到48V蓄电池（或者其他低压电池规格）电压对蓄电池进行充电。目前这两种产品批量发货并技术成熟。随着移动式储能电池容量越来越大，需要更大功率的MPPT充电器，并最好兼容户用光伏储能。
目前户用光伏从PV输入到蓄电池，在功率变换上包括：BOOST、BUCK-BOOST、开环LLC三级结构，变换效率低，其中BUCK-BOOST和开环LLC组成双向变换结构，双向变换的效率最大95%， 并且前级的BOOST采用的是硬开关，开关损耗也较大，最大变换效率98%，这样三级总充电效率为95%*98%=93.1%。同时户用光伏整体料本高和体积较大，不适合转化为移动储能使用。
移动储能设备中集成的MPPT输入为非隔离BUCK变换电路，并且只能输入低于150VDC的PV，适合于多串光伏组件并联后接入，并不适合直接接入户用高压光伏电压。同时传统的户用光伏隔离充电技术方案功率密度低、变换效率低。如果开发非隔离的BUCK，从高压550VPV直接降压给48V蓄电池充电，在安规上不能通过，同时该方案中BUCK的降压比太大，并且只能采用高压半导体开关管硬开关，变换效率也不高。
发明内容
本发明提供一种兼容户用光伏储能与移动光伏储能的降压隔离设备，以解决现有技术中户用光伏储能和移动光伏储能不能兼容，变换效率低的问题。
本发明提供一种兼容户用光伏储能与移动光伏储能的降压隔离设备，其包括：户用光伏发电模块、移动用光伏发电模块、降压隔离器、充电器以及移动储能电池；其中，
所述户用光伏发电模块的输出侧与所述降压隔离器的高压侧相连，所述降压隔离器的低压侧与所述充电器的输入侧相连；
所述移动用光伏发电模块的输出侧与所述充电器的输入侧相连；
所述充电器的输出侧与所述移动储能电池相连。
较佳地，所述降压隔离器被配置为能够将所述户用光伏发电模块的输出电压按照指定比例降压到指定电压以下后，输出至所述充电器的输入侧；所述指定电压适配于所述移动用光伏储能模块的最高开路电压。所述降压隔离器还被配置为能够进行高低压之间的隔离。
较佳地，所述指定比例为4:1，所述指定电压为150V。
较佳地，所述降压隔离器采用LLC软开关拓扑结构。
较佳地，所述LLC软开关拓扑结构为以下任意之一：半桥LLC软开关拓扑结构、全桥LLC拓扑结构、三相交错LLC拓扑结构。
较佳地，所述户用光伏发电模块的功率P满足：P<2kW时，所述LLC软开关拓扑结构为半桥LLC软开关拓扑结构；
所述户用光伏发电模块的功率P满足：2kW≤P≤4kW时，所述LLC软开关拓扑结构为全桥LLC拓扑结构；
所述户用光伏发电模块的功率P满足：P>4kW时，所述LLC软开关拓扑结构为三相交错LLC拓扑结构。
较佳地，所述LLC软开关拓扑结构包括：光伏板输入电压端、MOS管、输出直流电压正端以及输出直流电压负端；
所述光伏板输入电压端包括：光伏板输入电压正端以及光伏板输入电压负端；
所述LLC软开关拓扑结构还包括：辅助电源以及主控CPU；其中，
所述辅助电源分别与所述光伏板输入电压正端、所述光伏板输入电压负端相连；
所述辅助电源还与所述MOS管的栅极相连；
所述辅助电源还与所述主控CPU相连；
所述主控CPU分别与所述输出直流电压正端、所述输出直流电压负端相连；
所述辅助电源被配置为能够从所述光伏板输入电压端取电，以为所述MOS管以及所述主控CPU提供隔离电源；
所述辅助电源还被配置为能够通过反激辅助电源的方式采样原边电压，以提供给所述主控CPU。
较佳地，所述主控CPU为32位ARM或32位DSP。
较佳地，所述移动储能电池包括以下至少之一：12V蓄电池、24V蓄电池、48V蓄电池。
较佳地，所述充电器为MPPT充电器。
本发明提供的兼容户用光伏储能与移动光伏储能的降压隔离设备，为户用光伏储能兼容光伏移动储能提供了低成本实现方案和高效率的解决措施。
本发明提供的兼容户用光伏储能与移动光伏储能的降压隔离设备，可以单独作为隔离降压设备，也可以和后级的BUCK电路串联成户用光伏充电器个移动储能设备进行快速充电。
本发明的一可选方案中，通过降压隔离器被配置为能够将户用光伏发电模块的输出电压按照指定比例降压到指定电压以下后，输出至充电器的输入侧；指定电压适配于移动用光伏储能模块的最高开路电压；降压隔离器不会改变光伏组件的电流特性和功率特性，充电器可以对降压隔离器的输出电压进行最大功率跟踪。
本发明的一可选方案中，通过设置辅助电源，能够从光伏板输入电压端取电，为MOS管以及主控CPU提供隔离电源；另外还能够通过反激辅助电源的方式采样原边电压提供给主控CPU，用于电压控制和保护。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明一实施例的兼容户用光伏储能与移动光伏储能的降压隔离设备的示意图；
图2为本发明一较佳实施例的半桥LLC拓扑的示意图；
图3为本发明一较佳实施例的全桥LLC拓扑的示意图；
图4为本发明一较佳实施例的三相交错LLC拓扑的示意图。
附图标记说明：
1-户用光伏发电模块，
2-移动用光伏发电模块，
3-降压隔离器，
31-辅助电源，
32-主控CPU，
4-充电器，
5-移动储能电池。
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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明说明书的描述中，需要理解的是，术语“上部”、“下部”、“上端”、“下端”、“下表面”、“上表面”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明说明书的描述中，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。
在本发明的描述中，“多个”的含义是多个，例如两个，三个，四个等，除非另有明确具体的限定。
在本发明说明书的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或可以互相通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面以具体地实施例对本发明的技术方案进行详细说明。下面这几个具体的实施例可以相互结合，对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例不再赘述。
一实施例中，提供一种兼容户用光伏储能与移动光伏储能的降压隔离设备，其包括：户用光伏发电模块1、移动用光伏发电模块2、降压隔离器3、充电器4以及移动储能电池5，请参考图1。其中，户用光伏发电模块1的输出侧与降压隔离器3的高压侧相连，降压隔离器3的低压侧与充电器4的输入侧相连；移动用光伏发电模块2的输出侧与充电器4的输入侧相连；充电器4的输出侧与移动储能电池5相连。
上述实施例的兼容户用光伏储能与移动光伏储能的降压隔离设备，为户用光伏储能兼容光伏移动储能提供了低成本实现方案和高效率的解决措施；另外，可以单独作为隔离降压设备，也可以和后级的BUCK电路串联成户用光伏充电器个移动储能设备进行快速充电。
一实施例中，降压隔离器被配置为能够将户用光伏发电模块的输出电压按照指定比例降压到指定电压以下后，输出至充电器的输入侧；指定电压适配于移动用光伏储能模块的最高开路电压。降压隔离器还被配置为能够进行高低压之间的隔离。降压隔离器不会改变光伏组件的电流特性和功率特性，充电器可以对降压隔离器的输出电压进行最大功率跟踪。
一较佳实施例中，指定比例为4:1，所述指定电压为150V。
一实施例中，降压隔离器采用LLC软开关拓扑结构，提高变换效率并优化EMC，同时采用定开关频率的方式使得谐振电路工作在谐振频率点处，此时增益固定，输出电压跟随输入电压。
其中，LLC软开关拓扑结构可以为以下任意之一：半桥LLC软开关拓扑结构、全桥LLC拓扑结构、三相交错LLC拓扑结构。
一实施例中，户用光伏发电模块的功率P满足：P<2kW时，LLC软开关拓扑结构为半桥LLC软开关拓扑结构，请参考图2。该电路中各符号的意义分别为：
PV+：光伏板输入电压正端；
PV-：光伏板输入电压负端；
C1：输入支撑电容；
Q1、Q2:NMOS开关管；
Lr：谐振电感；
Cr：谐振电容；
Lm：变压器励磁电感；
T1：隔离变压器；
D1~D4：肖特基二极管或者快恢复二极管；
C2：输出电压滤波和支撑电容；
Vout+:输出直流电压正端；
Vout-：输出直流电压负端；
高压侧MOS管并联的二极管对PV反接进行保护和钳位，自带防反保护。
一实施例中，户用光伏发电模块的功率P满足：2kW≤P≤4kW时，LLC软开关拓扑结构为全桥LLC拓扑结构，请参考图3。该电路中各符号的意义分别为：
PV+：光伏板输入电压正端；
PV-：光伏板输入电压负端；
C1：输入支撑电容；
Q1~Q4:NMOS开关管；
Lr：谐振电感；
Cr：谐振电容；
Lm：变压器励磁电感；
T1：隔离变压器；
D1~D4：肖特基二极管或者快恢复二极管；
C2：输出电压滤波和支撑电容；
Vout+：输出直流电压正端；
Vout-：输出直流电压负端；
高压侧MOS管并联的二极管对PV反接进行保护和钳位，自带防反保护。
一实施例中，户用光伏发电模块的功率P满足：P>4kW时，LLC软开关拓扑结构为三相交错LLC拓扑结构，请参考图4。该电路中各符号的意义分别为：
PV+：光伏板输入电压正端；
PV-：光伏板输入电压负端；
C1：输入支撑电容；
Q1~Q6:NMOS开关管；
Lr1~Lr3：谐振电感；
Cr1~Cr3：谐振电容；
Lm1~Lm3：变压器励磁电感；
T1~T3：隔离变压器；
D1~D6：肖特基二极管或者快恢复二极管；
C2：输出电压滤波和支撑电容；
Vout+：输出直流电压正端；
Vout-：输出直流电压负端；
高压侧MOS管并联的二极管对PV反接进行保护和钳位，自带防反保护。
一实施例中，LLC软开关拓扑结构包括：光伏板输入电压端、MOS管、输出直流电压正端以及输出直流电压负端；光伏板输入电压端包括：光伏板输入电压正端以及光伏板输入电压负端。
其中，LLC软开关拓扑结构还包括：辅助电源31以及主控CPU32，请参考图2、图3、图4。其中，辅助电源31分别与光伏板输入电压正端PV+、光伏板输入电压负端PV-相连；辅助电源31还与MOS管的栅极相连；辅助电源31还与主控CPU32相连；主控CPU32分别与输出直流电压正端Vout+、输出直流电压负端Vout-相连；辅助电源31被配置为能够从光伏板输入电压端取电，以为MOS管以及主控CPU提供隔离电源；辅助电源还被配置为能够通过反激辅助电源的方式采样原边电压，以提供给主控CPU32，可以用于电压控制和保护。
一实施例中，主控CPU32可以为32位ARM或32位DSP。
一实施例中，户用光伏发电模块可以为最高550V开路电压输入的光伏板，包括：一串光伏组件。
一实施例中，移动光伏发电模块可以为最高150V开路电压输入的光伏板，包括：一串或者多串光伏组件。
一实施例中，移动储能电池5可以为12V、24V、48V等低压蓄电池（磷酸铁锂或三元锂电池）。
一实施例中，充电器4为MPPT充电器，可以为移动储能设备自带的或者外置的低压MPPT充电器。
其中的MPPT具体为Maximum Power Point Tracking，可理解为：最大功率点跟踪。
在本说明书的描述中，参考术语“一种实施方式”、“一种实施例”、“具体实施过程”、“一种举例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
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 (8)

1.一种兼容户用光伏储能与移动光伏储能的降压隔离设备，其特征在于，包括：户用光伏发电模块、移动用光伏发电模块、降压隔离器、充电器以及移动储能电池；其中，
所述户用光伏发电模块的输出侧与所述降压隔离器的高压侧相连，所述降压隔离器的低压侧与所述充电器的输入侧相连；
所述移动用光伏发电模块的输出侧与所述充电器的输入侧相连；
所述充电器的输出侧与所述移动储能电池相连；
其中，所述降压隔离器采用LLC软开关拓扑结构；
所述LLC软开关拓扑结构包括：光伏板输入电压端、MOS管、输出直流电压正端以及输出直流电压负端；
所述光伏板输入电压端包括：光伏板输入电压正端以及光伏板输入电压负端；
所述LLC软开关拓扑结构还包括：辅助电源以及主控CPU；其中，
所述辅助电源分别与所述光伏板输入电压正端、所述光伏板输入电压负端相连；
所述辅助电源还与所述MOS管的栅极相连；
所述辅助电源还与所述主控CPU相连；
所述主控CPU分别与所述输出直流电压正端、所述输出直流电压负端相连；
所述辅助电源被配置为能够从所述光伏板输入电压端取电，以为所述MOS管以及所述主控CPU提供隔离电源；
所述辅助电源还被配置为能够通过反激辅助电源的方式采样原边电压，以提供给所述主控CPU。
2.根据权利要求1所述的兼容户用光伏储能与移动光伏储能的降压隔离设备，其特征在于，所述降压隔离器被配置为能够将所述户用光伏发电模块的输出电压按照指定比例降压到指定电压以下后，输出至所述充电器的输入侧；
所述指定电压适配于所述移动用光伏储能模块的最高开路电压。
3.根据权利要求2所述的兼容户用光伏储能与移动光伏储能的降压隔离设备，其特征在于，所述指定比例为4:1，所述指定电压为150V。
4.根据权利要求1所述的兼容户用光伏储能与移动光伏储能的降压隔离设备，其特征在于，所述LLC软开关拓扑结构为以下任意之一：半桥LLC软开关拓扑结构、全桥LLC拓扑结构、三相交错LLC拓扑结构。
5.根据权利要求4所述的兼容户用光伏储能与移动光伏储能的降压隔离设备，其特征在于，所述户用光伏发电模块的功率P满足：P<2kW时，所述LLC软开关拓扑结构为半桥LLC软开关拓扑结构；
所述户用光伏发电模块的功率P满足：2kW≤P≤4kW时，所述LLC软开关拓扑结构为全桥LLC拓扑结构；
所述户用光伏发电模块的功率P满足：P>4kW时，所述LLC软开关拓扑结构为三相交错LLC拓扑结构。
6.根据权利要求1所述的兼容户用光伏储能与移动光伏储能的降压隔离设备，其特征在于，所述主控CPU为32位ARM或32位DSP。
7.根据权利要求1至6任一项所述的兼容户用光伏储能与移动光伏储能的降压隔离设备，其特征在于，所述移动储能电池包括以下至少之一：12V蓄电池、24V蓄电池、48V蓄电池。
8.根据权利要求1至7任一项所述的兼容户用光伏储能与移动光伏储能的降压隔离设备，其特征在于，所述充电器为MPPT充电器。
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Denomination of invention: Voltage reduction isolation equipment compatible with household photovoltaic energy storage and mobile photovoltaic energy storage

Effective date of registration: 20231206

Granted publication date: 20220520

Pledgee: Shenzhen Rural Commercial Bank Co.,Ltd. Fuyong Sub branch

Pledgor: Shenzhen Xihe Future Technology Co.,Ltd.

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