CN207150267U - 一种适用于混合储能系统的单相电路拓扑 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种适用于混合储能系统的单相逆变电路拓扑包括：蓄电池与超级电容两种储能元件，双向DC/DC变换单元，级联H桥单元、滤波电感、变压器、负载、电网和断路器。本实用新型提供的电池组电池信息检测电路，使用检测电池本身对工作芯片进行供电，通过高精度的差模放大器芯片，可以获取电池组中各电池准确的单体电压与工作电流，并提供给控制芯片。电路无须外部供电，检测获取的电池信息精确度高。
Description
技术领域
本实用新型属于电子技术领域，尤其是一种适用于混合储能系统的单相电路拓扑。
背景技术
储能技术是智能电网、可再生能源接入、分布式发电、微网系统及电动汽车发展必不可少的支撑技术之一，不但可以有效地实现需求侧管理、消除峰谷差、平滑负荷，而且可以提高电力设备运行效率、降低供电成本。储能系统一般有两大部分组成：一是由储能元件组成的储能装置；二是由电力电子器件组成的储能功率转换系统(PCS)。储能元件分为功率型与能量型储能元件两类；PCS主要实现充放电控制、功率调节和控制等功能。目前的储能系统大多为单一类型的储能元件，而在新能源发电以及电动汽车领域，新能源以及负载的功率波动很大，仅仅使用单一的储能元件并不能较好的平抑系统功率波动。
而蓄电池和超级电容器作为能量型与功率型储能元件的代表，两者在技术性能上有很强的互补性。蓄电池的能量密度大，但功率密度小，充放电效率低，循环寿命短，对充放电过程敏感，大功率充放电和频繁充放电的适应性不强。而超级电容器则相反，其功率密度大，充放电效率高，循环寿命长，非常适应于大功率充放电和循环充放电的场合，但能量密度与蓄电池相比偏低，还不适宜于大规模的电力储能。如果将超级电容器与蓄电池混合使用，使蓄电池能量密度大和超级电容器功率密度大、循环寿命长等特点相结合，无疑会大大提高储能系统的性能。
实用新型内容
本实用新型的目的在于克服现有技术的不足之处，提供一种适用于混合储能系统，如用于蓄电池与超级电容器混合储能的单相电路拓扑。
本实用新型解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：
一种适用于混合储能系统的单相逆变电路拓扑包括：蓄电池与超级电容两种储能元件，双向DC/DC变换单元，级联H桥单元、滤波电感、变压器、负载、电网和断路器，其中，
所述两种储能元件为铅酸蓄电池或锂离子电池等能量型储能元件以及超级电容器功率型储能元件，储能元件可通过串并联达到电压与容量的要求；
所述双向DC/DC变换单元为双向BUCK-BOOST电路，DC/DC电路组成包括两个IGBT开关管以及直流电感(L11)，双向DC/DC电路单独控制储能元件的充放电，保证储能单元稳定可靠输出，直流母线耦合电容(C12)起到缓冲DC/DC环节与H桥单元之间能量作用，在此采用对应耐压值的电解电容；
所述级联H桥单元由4个全控型器件以及1个吸收电容组成，4个全控型器件采用IGBT；所述滤波电感Lr与变压器T1，根据电流纹波要求，输出功率及工作频率等已知参数来设计计算电感的磁芯尺寸及绕组参数，变压器T1的设计主要根据输入输出电压及其变化范围、电流，功率与工作频率等参数设计变压器磁芯，匝数，初、次级线圈截面积；
所述并网断路器，可实现系统并网与孤岛模式的切换，并网断路器根据电网电压等级和负载功率水平进行设计。当断路器闭合时，电网与逆变器同时给负载供电，而当电网故障或要求系统工作于孤岛状态时，断路器断开，只由混合储能系统为负载供电。
而且，为平抑蓄电池单元的功率波动，在所述蓄电池两端并联电容C11。
而且，所述级联H桥单元由4个全控型器件采用IGBT，组成左右两个桥臂，两桥臂中点作为H桥的输出，吸收电容与单桥臂并联，吸收电容C13与桥臂并联，并尽量靠近开关管，吸收开关尖峰电压，避免IGBT管的损坏。
本实用新型的优点是：
本实用新型提供的电池组电池信息检测电路，使用检测电池本身对工作芯片进行供电，通过高精度的差模放大器芯片，可以获取电池组中各电池准确的单体电压与工作电流，并提供给控制芯片。电路无须外部供电，检测获取的电池信息精确度高。
附图说明
图1是本实用新型的电路图。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施例对本实用新型作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本实用新型的保护范围。
图1为本实用新型提供的蓄电池与超级电容器混合储能系统电路结构示意图。如图1所示，一种适用于混合储能系统的单相逆变电路拓扑包括：蓄电池与超级电容两种储能元件，双向DC/DC变换单元，级联H桥单元、滤波电感、变压器、负载、电网和断路器。
所述的两种储能元件为铅酸蓄电池或锂离子电池等能量型储能元件以及超级电容器功率型储能元件，储能元件可通过串并联达到电压与容量的要求，特别地，为平抑蓄电池单元的功率波动，在蓄电池两端并联电容C11。
所述的双向DC/DC变换单元为双向BUCK-BOOST电路，DC/DC电路组成包括两个IGBT开关管以及直流电感(L11)，双向DC/DC电路单独控制储能元件的充放电，保证储能单元稳定可靠输出，直流母线耦合电容(C12)起到缓冲DC/DC环节与H桥单元之间能量作用，在此采用对应耐压值的电解电容。
所述的级联H桥单元由4个全控型器件以及1个吸收电容组成，4个全控型器件采用IGBT，组成左右两个桥臂，两桥臂中点作为H桥的输出，吸收电容与单桥臂并联，吸收电容C13与桥臂并联，并尽量靠近开关管，吸收开关尖峰电压，避免IGBT管的损坏。
所述滤波电感Lr与变压器T1，根据电流纹波要求，输出功率及工作频率等已知参数来设计计算电感的磁芯尺寸及绕组参数，变压器T1的设计主要根据输入输出电压及其变化范围、电流，功率与工作频率等参数设计变压器磁芯，匝数，初、次级线圈截面积。
所述的并网断路器，可实现系统并网与孤岛模式的切换，并网断路器根据电网电压等级和负载功率水平进行设计。当断路器闭合时，电网与逆变器同时给负载供电，而当电网故障或要求系统工作于孤岛状态时，断路器断开，只由混合储能系统为负载供电。
尽管为说明目的公开了本实用新型的实施例和附图，但是本领域的技术人员可以理解：在不脱离本实用新型及所附权利要求的精神和范围内，各种替换、变化和修改都是可能的，因此，本实用新型的范围不局限于实施例和附图所公开的内容。
Claims (3)
1.一种适用于混合储能系统的单相电路拓扑，其特征在于：包括蓄电池与超级电容两种储能元件，双向DC/DC变换单元，级联H桥单元、滤波电感、变压器、负载、电网和断路器，其中，
所述两种储能元件为铅酸蓄电池或锂离子电池以及超级电容器功率型储能元件，储能元件可通过串并联达到电压与容量的要求；
所述双向DC/DC变换单元为双向BUCK-BOOST电路，DC/DC电路组成包括两个IGBT开关管以及直流电感L11，双向DC/DC电路单独控制储能元件的充放电，直流母线耦合电容C12起到缓冲DC/DC环节与H桥单元之间能量作用，在此采用对应耐压值的电解电容；
所述级联H桥单元由4个全控型器件以及1个吸收电容组成；滤波电感Lr与变压器T1，根据电流纹波要求，其输出功率及工作频率来设计计算电感的磁芯尺寸及绕组参数，变压器T1的设计根据输入输出电压及其变化范围、电流，功率与工作频率参数设计变压器磁芯，匝数，初、次级线圈截面积；
所述断路器为并网断路器，可实现系统并网与孤岛模式的切换，并网断路器根据电网电压等级和负载功率水平进行设计。
2.根据权利要求1所述的适用于混合储能系统的单相电路拓扑，其特征在于：在所述蓄电池两端并联电容C11。
3.根据权利要求1所述的适用于混合储能系统的单相电路拓扑，其特征在于：所述级联H桥单元由4个全控型器件采用IGBT，组成左右两个桥臂，两桥臂中点作为H桥的输出，吸收电容与单桥臂并联，吸收电容C13与桥臂并联。
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