CN205565860U - 一种动力电池和超级电容混合储能变流器 - Google Patents

Abstract

一种动力电池和超级电容混合储能变流器，属于电力电子变流技术和动力储能技术应用领域。本实用新型提出一种动力电池和超级电容混合储能变流器，混合储能变流器集成了动力电池能量管理双向DC/DC变流器和超级电容能量管理双向DC/DC变流器。其有益效果是：降低了混合储能变流器的整体重量和体积；减小了变流器中器件使用的数量，进而降低了储能变流器的成本；通过混合能量管理单元对动力电池和超级电容的能量分配，改善了动力电池的循环使用寿命，进而大大降低动力电池更换频率。

Description

一种动力电池和超级电容混合储能变流器

技术领域

本发明涉及电力电子变流技术和动力储能技术应用领域，具体是一种动力电池和超级电容混合储能变流器。

背景技术

近些年，随着传统化石能源的消耗加剧，新能源技术应运而生且飞速发展。在发电领域，光伏发电、风力发电等具有清洁无污染、高效、能源取之不尽等优点，已经成为未来智能电网的重要组成部分；在汽车领域，新能源汽车和电动大巴具有清洁无污染、高效、噪音小等优点，逐渐成为了未来汽车发展的主要趋势；在港口机械和石油装备领域，传统动力源(柴油机组)具有污染、噪音大、效率低等缺点，而以电取代油作为动力的方式将成为未来动力装备的主要选择。

然而，新能源发电的稳定性差、动力装备电网容量不足等一系列技术问题是目前主要制约上述新型技术发展的主要瓶颈。储能技术是近几年能源行业的关注热点，也成为了上述技术问题的主要解决手段。在储能技术中，动力电池具有能量密度大的优点，但同时也有使用寿命短、功率密度低的缺点，而超级电容具有功率密度大、使用寿命长等优点，因此将二者结合组成的储能系统，是未来储能技术应用中主要选择的技术方案。

动力电池和超级电容的充放电需要借助储能变流器来实现，而传统技术方案中往往通过两套储能变流器来实现二者的混合储能，该技术方案采用器件多、成本高、体积和重量均比较大。基于上述混合储能系统中存在的问题，混合储能变流器将成为动力电池和超级电容混合储能系统的应用趋势。

发明内容

本实用新型的目的在于减小混合储能系统的重量和体积，降低系统成本，因此提出一种动力电池和超级电容混合储能变流器来实现。该发明具有功率密度大、器件用量少、可扩容性强等优点，可以实现对动力电池、超级电容的能量分配及管理。

本实用新型通过以下技术方案来实现，一种动力电池和超级电容混合储能变流器，主要由预充电单元、进线滤波单元、动力电池DC/DC变流器单元、超级电容DC/DC变流器单元、混合能量管理系统、液晶显示屏六部分组成。

述的预充电单元采用主接触器与预充电接触器、电池切换接触器并联的技术方案。

所述的进线滤波单元中电抗器采用硅钢电抗器，支撑电容采用薄膜电容。

所述的动力电池DC/DC变流器单元采用半桥式拓扑结构，输出端子与动力电池的正负极直接并联。

所述的超级电容DC/DC变流器单元采用半桥式拓扑结构，输出端子与超级电容的正负极直接并联。

所述的混合能量管理单元采用DSP作为核心控制芯片。

所述的液晶显示屏嵌入的人机交互界面软件包括变流器启停、切换、模式切换、参数修改、数据存储、报警信息导出多项功能。

所述的混合储能变流器可应用于轨道交通、新能源发电、新能源汽车、港口机械、石油装备领域。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

1、本发明采用将动力电池DC/DC和超级电容DC/DC集成的方案，提高了变流器的功率密度，减小了变流器的重量和体积。

2、本发明采用一套预充电单元和滤波单元，减小了器件的使用量，大大降低了变流器的成本。

3、本发明采用一套能量管理单元实现对动力电池DC/DC和超级电容DC/DC的能量管理及功率控制，降低了系统的复杂程度，提高了嵌入式程序编写的灵活性。

附图说明

图1为动力电池和超级电容混合储能变流器的主电路拓扑结构图。

图2为动力电池和超级电容混合储能变流器的控制系统结构图。

主要元件符号说明：

1001-进线端子 1002-进线熔断器 1003-电池切换接触器 1004-主接触器

1005-预充电接触器 1006-预充电电阻 1007-进线滤波电抗器 1008-进线滤波电容

1009-功率单元 1010-输出熔断器 1011-输出斩波电抗器 1012-输出斩波电抗器

1013-输出熔断器 1014-动力电池输出端子 1015-超级电容输出端子

2001-混合能量管理单元 2002-光电转换板 2003-上位机及人机交互界面

2004-动力电池BMS系统 2005-模拟量采样通道 2006-数字量输出通道

2007-数字量输入通道 2008-动力电池DC/DC脉冲输出 2009-超级电容DC/DC脉冲输出

具体实施方式

以下提供本实用新型一种动力电池和超级电容混合储能变流器的具体实施方法。

参见附图1，混合储能变流器主电路拓扑主要由预充电单元、进线滤波单元、动力电池DC/DC变流器单元、超级电容DC/DC变流器单元四部分组成。

所述的进线端子1001与变频器直流侧通过直流电缆或铜排进行连接，其中P极与进线熔断器1002连接。

所述的动力电池切换接触器1003与主接触器1004、预充电接触器1005一侧通过直流电缆并接，动力电池切换接触器1003另一侧与电池端子1015的1+连接，主接触器1004另一侧与进行滤波电抗器1007连接，预充电接触器1005另一侧与预充电电阻1006连接。

所述的支撑电容1008通过叠层母排并接在功率单元1009的一侧。

所述的功率单元1009两路输出分别与熔断器1010和熔断器1014连接。

所述的输出斩波电抗器1012和1013一端与动力电池输出端子1015和超级电容输出端子1016连接，一段与熔断器1010和1014连接。

参见附图2，动力电池与超级电容混合储能变流器控制系统包括能量管理单元、触摸屏及人机交互界面、光电转换板和动力电池BMS系统四部分组成。

所述的混合能量管理单元包括模拟量通道2005、数字量输出通道2006、数字量输入通道2007。

所述的模拟量通道2005通过端子与模拟量采集传感器二次部分连接，其中线缆采用带屏蔽层的三芯电缆线。

所述的数字量输出通道2006通过端子与指示灯进行连接，其中线缆采用BVR电缆。

所述的数字量输入通道2007通过端子与开关旋钮进行连接，其中线缆采用BVR电缆。

所述的上位机及人机交互界面2003通过带屏蔽的三芯电缆与混合能量管理单元连接，通信形式采用485通信。

所述的动力电池BMS系统2004通过带屏蔽的三芯电缆与混合能量管理单元连接，通信形式采用CAN通信。

所述的光电转换板2002一端通过光纤与混合能量管理单元连接，一端通过排线与功率单元1009的驱动连接。

所述的动力电池DC/DC脉冲输出2008和超级电容DC/DC脉冲输出2009可以实现对功率单元的功率流控制。

以上所述的是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围内。

Claims (8)

1.一种动力电池和超级电容混合储能变流器，其特征在于，包括预充电单元(1)、进线滤波单元(2)、动力电池DC/DC变流器单元(3)、超级电容DC/DC变流器单元(4)、混合能量管理单元(5)、液晶显示屏(6)；所述的预充电单元通过直流电缆分别与进线正极、进线滤波电抗器连接，实现对支撑电容的预充电管理和电池投入切换功能；所述的进线滤波单元包括进线滤波电抗器和直流侧支撑电容，实现对进线电能的滤波功能；所述的动力电池DC/DC变流器单元与超级电容DC/DC变流器单元采用集成化的功率单元，提高功率单元模块的功率密度；所述的混合能量管理单元同时对动力电池和超级电容的充放电功率进行管理；所述的液晶显示屏嵌入了人机交互界面，通过人机交互软件实现对混合变流器的基本控制功能。

2.根据权利要求1所述的混合储能变流器，其特征在于，所述的预充电单元采用主接触器与预充电接触器、电池切换接触器并联的技术方案。

3.根据权利要求1所述的混合储能变流器，其特征在于，所述的进线滤波单元中电抗器采用硅钢电抗器，支撑电容采用薄膜电容。

4.根据权利要求1所述的混合储能变流器，其特征在于，所述的动力电池DC/DC变流器单元采用半桥式拓扑结构，输出端子与动力电池的正负极直接并联。

5.根据权利要求1所述的混合储能变流器，其特征在于，所述的超级电容DC/DC变流器单元采用半桥式拓扑结构，输出端子与超级电容的正负极直接并联。

6.根据权利要求1所述的混合储能变流器，其特征在于，所述的混合能量管理单元采用DSP作为核心控制芯片。

7.根据权利要求1所述的混合储能变流器，其特征在于，所述的液晶显示屏嵌入的人机交互界面软件包括变流器启停、切换、参数修改、数据存储、报警信息导出多项功能。

8.根据权利要求1所述的混合储能变流器，其特征在于，可应用于轨道交通、新能源发电、新能源汽车、港口机械、石油装备领域。