CN208955903U - 一种能量双向流动的隔离充放电系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种能量双向流动的隔离充放电系统，该系统包括智能电网、隔离充放电装置以及储能单元，隔离充放电装置用于控制智能电网向储能单元输出电能，或者控制储能单元向智能电网输出电能，隔离充放电装置包括依次相连接的PWM整流电路、第一直流电路以及DAB电路，DAB电路包括第一逆变电路、谐振电路、隔离变压器、第二逆变电路以及第二直流电路。本实用新型的隔离充放电系统可以应用于电动汽车充电和智能电网储能方面，所用元器件少，输出的电压范围宽，可以实现电源的隔离双向能量流动，能有效的使电能的利用率最大化。

Description

一种能量双向流动的隔离充放电系统

【技术领域】

本实用新型涉及电动汽车技术领域，具体的，涉及一种能量双向流动的隔离充放电系统。

【背景技术】

在新能源光伏系统、储能系统以及电动汽车充电系统等多种应用场合，要求电能变换器中的能量可以双向流动，能量即可以由电网流向电池等储能单元，实现电能的存储，同时，又要求能量可以从储能单元流向电网或单独以交流电源的形式输出，实现电网电能的调节或者满足离网条件下电能的使用。但是，现有的充电模块基本是单向的，即只能电网流向汽车电池给电池充电，应用比较单一。

另外，出于安全性考虑，这种双向能量变换系统最好能实现输入输出的电气隔离。目前，非隔离的交直流变换电路已经非常成熟，可以很方便的实现交流电与中间直流单元的非隔离能量双向流动。因此，如何实现电能高效的隔离直流/直流变换，从而实现中间直流单元与储能单元的隔离双向能量变换，是当前急需解决的一个现实问题。

【实用新型内容】

为了克服现有技术的不足，本实用新型的主要目的在于提供一种能量双向流动的隔离充放电系统，该隔离充放电系统具有双向流动的作用，实现交流电网到电动汽车电池的充电、电动汽车电池到交流电网的放电，能有效的使电能的利用率最大化。

为了实现上述的主要目的，本实用新型提供的一种能量双向流动的隔离充放电系统包括智能电网、隔离充放电装置以及储能单元，隔离充放电装置用于控制智能电网向储能单元输出电能，或者控制储能单元向智能电网输出电能；隔离充放电装置包括依次相连接的PWM整流电路、第一直流电路以及DAB电路，DAB电路包括第一逆变电路、谐振电路、隔离变压器、第二逆变电路以及第二直流电路，第一逆变电路的第二桥臂与谐振电路的输入端电连接，隔离变压器提供谐振电路和第二逆变电路之间的电隔离，第二逆变电路的第二桥臂与第二直流电路的输入端电连接，第二直流电路的输出端与储能单元电连接。

进一步的方案是，PWM整流电路包括滤波电路和第三逆变电路，滤波电路的第一输出端与第三逆变电路的第一桥臂电连接，第三逆变电路的第二桥臂与第一直流电路的输入端电连接。

更进一步的方案是，第三逆变电路的第一桥臂由第一开关管和第二开关管构成，第一开关管的发射极与第二开关管的集电极电连接；第三逆变电路的第二桥臂由第三开关管和第四开关管构成，第三开关管的发射极与第四开关管的集电极电连接。

更进一步的方案是，滤波电路包括第一电感、第二电感、第三电感以及第一电容，第一电感的第一端与火线电连接，第一电容并联在第二电感的第一端、第三电感的第一端上，第二电感的第二端与第一开关管的发射极电连接，第三电感的第二端与第三开关管的发射极电连接。

更进一步的方案是，第一逆变电路的第一桥臂由第五开关管和第六开关管构成，第五开关管的发射极与第六开关管的集电极电连接；第一逆变电路的第二桥臂由第七开关管和第八开关管构成，第七开关管的发射极与第八开关管的集电极电连接。

更进一步的方案是，第二逆变电路的第一桥臂由第九开关管和第十开关管构成，第九开关管的发射极与第十开关管的集电极电连接；第二逆变电路的第二桥臂由第十一开关管和第十二开关管构成，第十一开关管的发射极与第十二开关管的集电极电连接。

更进一步的方案是，第一直流电路包括多个滤波电容和多个均压电阻，一个均压电阻与一个滤波电容并联。

更进一步的方案是，谐振电路包括第四电感、第二电容以及第五电感，第四电感与第二电容电连接，第五电感并联在隔离变压器的输入端上。

由此可见，本实用新型提供的隔离充放电系统由智能电网、隔离充放电装置和储能单元三个部分构成，隔离充放电装置的PWM整流电路可以实现PWM整流，以达到提升直流侧电压和降低系统侧谐波电流的目的；中间直流环节可以使得直流侧的电压更加平滑；DAB电路可以实现双向的DC－DC电压、电流均可控的逆变；通过滤波电路的作用，可以有效消除谐波污染。所以，该系统可以应用于电动汽车充电和智能电网储能方面，可以实现电网的能量向电动汽车电池或储能的电池、电容，同时也可以实现电动车电池或者储能用电容、电池的能量逆变回电网，可扩充电网的能量缺口，或者担当不间断电源的作用，并且还可以借助电动汽车提供交流电源给常规的炊具或其他电器供电。

另外，通过隔离变压器可以实现电能高效的隔离直流/直流变换，从而实现电源的隔离双向能量流动，能有效的使电能的利用率最大化。

【附图说明】

图1是本实用新型一种能量双向流动的隔离充放电系统实施例的原理图。

图2是本实用新型一种能量双向流动的隔离充放电系统实施例中隔离充放电装置的电路原理图。

【具体实施方式】

为了使实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不限用于本实用新型。

参见图1，本实用新型的一种能量双向流动的隔离充放电系统包括智能电网1、隔离充放电装置2以及储能单元3，隔离充放电装置2用于控制智能电网1向储能单元3输出电能，或者控制储能单元3向智能电网1输出电能。其中，储能单元3可以是电动汽车电池或者储能的电池和电容。

如图2所示，隔离充放电装置2包括依次相连接的PWM整流电路10、第一直流电路20以及DAB电路30。具体地，PWM整流电路10的输出端与第一直流电路20的输入端电连接，第一直流电路20的输出端与DAB电路30的输入端电连接，DAB电路30的输出端与储能单元3电连接。

在本实施例中，PWM整流电路10包括滤波电路和第三逆变电路，滤波电路的第一输出端与第三逆变电路的第一桥臂电连接，第三逆变电路的第二桥臂与第一直流电路的输入端电连接。

其中，第三逆变电路为H桥逆变电路，第三逆变电路的第一桥臂由第一开关管B1和第二开关管B2构成，第三逆变电路的第二桥臂由第三开关管B3和第四开关管B4构成，第一开关管B1的发射极与第二开关管B2的集电极电连接，第一开关管B1的集电极与第三开关管B3的集电极电连接，第二开关管B2的发射极与第四开关管B4的发射极电连接，第三开关管B3的发射极与第四开关管B4的集电极电连接。

滤波电路包括电感L1、电感L2、电感L3以及电容C1，电感L1、电感L2、电感L3和电容C1共同构成一个LCL电路，电感L1的第一端与火线电连接，电容C1并联在电感L2的第一端、电感L3的第一端上，电感L2的第二端与第一开关管B1的发射极电连接，电感L3的第二端与第三开关管B3的发射极电连接。采用这种整流结构的最大优点是通过适当控制可以使输入电流非常接近正弦波，且和输入电压同相位，使得功率因数近似为1，从而使注入电网的电流谐波和无功污染小；电容C1能够消除充放电电压包含的二次谐波以及由此带来的三次谐波影响。

DAB电路30包括第一逆变电路、谐振电路、隔离变压器TR、第二逆变电路以及第二直流电路，第一逆变电路的第二桥臂与谐振电路的输入端电连接，隔离变压器TR提供谐振电路和第二逆变电路之间的电隔离，第二逆变电路的第二桥臂与第二直流电路的输入端电连接，第二直流电路的输出端与储能单元3电连接。

其中，第一逆变电路和第二逆变电路均为H桥逆变电路，第一逆变电路的第一桥臂由第五开关管B5和第六开关管B6构成，第一逆变电路的第二桥臂由第七开关管B7和第八开关管B8构成，第五开关管B5的发射极与第六开关管B6的集电极电连接，第五开关管B5的集电极与第七开关管B7的集电极电连接，第六开关管B6的发射极与第八开关管B8的发射极电连接，第七开关管B7的发射极与第八开关管B8的集电极电连接；第二逆变电路的第一桥臂由第九开关管B9和第十开关管B10构成，第二逆变电路的第二桥臂由第十一开关管B11和第十二开关管B12构成，第九开关管B9的发射极与第十开关管B10的集电极电连接，第九开关管B9的集电极与第十一开关管B11的集电极电连接，第十开关管B10的发射极与第十一开关管B11的发射极电连接，第十一开关管B11的发射极与第十二开关管B12的集电极电连接。

优选的，第一直流电路20包括多个滤波电容和多个均压电阻，如电容C11、电容C12、电容C13、电容C14、电阻R11、电阻R12、电阻R13、电阻R14，其中，一个均压电阻与一个滤波电容并联，例如，电容C11与电阻R11并联，电容C12与电阻R12并联，电容C13与电阻R13并联，电容C14与电阻R14并联。

优选的，第二直流电路包括两个滤波电容和两个均压电阻，如电容C21、电容C22、电阻R21、电阻R22，其中，电容C21与电阻R21并联，电容C22与电阻R22并联。

优选的，谐振电路包括电感L4、电容C2以及电感L5，电感L4与电容C2电连接，电感L5并联在隔离变压器TR的输入端上。

由此可见，本实用新型提供的隔离充放电系统由智能电网1、隔离充放电装置2和储能单元3三个部分构成，PWM整流电路10可以实现PWM整流，以达到提升直流侧电压和降低系统侧谐波电流的目的；中间直流环节可以使得直流侧的电压更加平滑；DAB电路30可以实现双向的DC－DC电压、电流均可控的逆变；通过滤波电路的作用，可以有效消除谐波污染。所以，该系统可以应用于电动汽车充电和智能电网储能方面，可以实现电网的能量向电动汽车电池或储能的电池、电容，同时也可以实现电动车电池或者储能用电容、电池的能量逆变回电网，可扩充电网的能量缺口，或者担当不间断电源的作用，并且还可以借助汽车提供交流电源给常规的炊具或其他电器供电。

另外，通过隔离变压器TR可以实现电能高效的隔离直流/直流变换，从而实现电源的隔离双向能量流动，能有效的使电能的利用率最大化。

需要说明的是，以上仅为本实用新型的优选实施例，但实用新型的设计构思并不局限于此，凡利用此构思对本实用新型做出的非实质性修改，也均落入本实用新型的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种能量双向流动的隔离充放电系统，包括智能电网、隔离充放电装置以及储能单元，其特征在于：

所述隔离充放电装置用于控制所述智能电网向所述储能单元输出电能，或者控制所述储能单元向所述智能电网输出电能；

所述隔离充放电装置包括依次相连接的PWM整流电路、第一直流电路以及DAB电路，所述DAB电路包括第一逆变电路、谐振电路、隔离变压器、第二逆变电路以及第二直流电路，所述第一逆变电路的第二桥臂与所述谐振电路的输入端电连接，所述隔离变压器提供所述谐振电路和所述第二逆变电路之间的电隔离，所述第二逆变电路的第二桥臂与所述第二直流电路的输入端电连接，所述第二直流电路的输出端与所述储能单元电连接。

2.根据权利要求1所述的一种能量双向流动的隔离充放电系统，其特征在于：

所述PWM整流电路包括滤波电路和第三逆变电路，所述滤波电路的第一输出端与所述第三逆变电路的第一桥臂电连接，所述第三逆变电路的第二桥臂与所述第一直流电路的输入端电连接。

3.根据权利要求2所述的一种能量双向流动的隔离充放电系统，其特征在于：

所述第三逆变电路的第一桥臂由第一开关管和第二开关管构成，所述第一开关管的发射极与所述第二开关管的集电极电连接；

所述第三逆变电路的第二桥臂由第三开关管和第四开关管构成，所述第三开关管的发射极与所述第四开关管的集电极电连接。

4.根据权利要求3所述的一种能量双向流动的隔离充放电系统，其特征在于：

所述滤波电路包括第一电感、第二电感、第三电感以及第一电容，所述第一电感的第一端与火线电连接，所述第一电容并联在所述第二电感的第一端、所述第三电感的第一端上，所述第二电感的第二端与所述第一开关管的发射极电连接，所述第三电感的第二端与所述第三开关管的发射极电连接。

5.根据权利要求1至4任一项所述的一种能量双向流动的隔离充放电系统，其特征在于：

所述第一逆变电路的第一桥臂由第五开关管和第六开关管构成，所述第五开关管的发射极与所述第六开关管的集电极电连接；

所述第一逆变电路的第二桥臂由第七开关管和第八开关管构成，所述第七开关管的发射极与所述第八开关管的集电极电连接。

6.根据权利要求1至4任一项所述的一种能量双向流动的隔离充放电系统，其特征在于：

所述第二逆变电路的第一桥臂由第九开关管和第十开关管构成，所述第九开关管的发射极与所述第十开关管的集电极电连接；

所述第二逆变电路的第二桥臂由第十一开关管和第十二开关管构成，所述第十一开关管的发射极与所述第十二开关管的集电极电连接。

7.根据权利要求1至4任一项所述的一种能量双向流动的隔离充放电系统，其特征在于：

所述第一直流电路包括多个滤波电容和多个均压电阻，一个所述均压电阻与一个所述滤波电容并联。

8.根据权利要求1至4任一项所述的一种能量双向流动的隔离充放电系统，其特征在于：

所述谐振电路包括第四电感、第二电容以及第五电感，所述第四电感与所述第二电容电连接，所述第五电感并联在所述隔离变压器的输入端上。