CN209948958U - 双向半桥dc-dc变换器和储能柜 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种双向半桥DC‑DC变换器和储能柜。其中，利用该双向半桥DC‑DC变换器，在储能柜接入直流母线时，通过第一开关K1接通双向半桥DC‑DC变换器的电感L1一端、电阻R1和直流母线的正极，使得直流母线正极、电阻R1、电容C2和直流母线负极之间形成回路，电容C2通过电阻R1限流而缓慢充电直至电容C2两端电压接近直流母线电压之后再将电容C2与直流母线连接。通过本实用新型，解决了相关技术中具有双向半桥DC‑DC变换器的储能柜不能热接入直流母线的问题，保证储能柜接入时不因充电冲击电流过大而损坏。

Description

双向半桥DC-DC变换器和储能柜

技术领域

本实用新型涉及直流微网领域，具体而言，涉及一种双向半桥DC-DC 变换器和储能柜。

背景技术

在直流微网系统或者光储系统中，所用储能柜自带储能DC-DC变换器，一般为双向DC-DC变换器，例如双向半桥DC-DC变换器。在该系统中，储能柜中的双向DC-DC变换器一端与储能柜的蓄电池连接，另一端直接对接变流器高压直流母线；而在双向DC-DC变换器的高压直流母线侧的直流母线正极端子和直流母线负极端子之间连接有电容器，如果直接将该电容器与直流母线连接，该电容器将会因瞬间充电电流冲击而损坏，因此具有双向DC-DC变换器的储能柜不能热接入运行中的直流母线中，无法实现带电插拔。如需要在运行过程中对储能柜进行维护、扩容或者更换，则必须将整个直流微网系统或者光储系统断电，从而影响用户体验和系统整体的运行效率。

实用新型内容

本实用新型提供了一种双向半桥DC-DC变换器和储能柜，以解决相关技术中具有双向半桥DC-DC变换器的储能柜不能热接入直流母线的问题。

第一方面，本实用新型实施例提供了一种双向半桥DC-DC变换器，包括第一开关管Q1、第二开关管Q2和电感L1，其特征在于，所述双向半桥DC-DC变换器还包括：电容C2、第一开关K1、第二开关K2和电阻 R1，其中，所述第一开关管Q1的源极、所述第二开关管Q2的漏极、所述电感L1的一端相连；所述电感L1的另一端、蓄电池正极端子、所述电阻R1的一端相连；所述第一开关K1连接在所述电阻R1的另一端和直流母线正极端子之间；所述第二开关K2连接在所述第一开关管的漏极和所述直流母线正极端子之间；所述蓄电池负极端子、所述第二开关管Q2的源极、所述直流母线负极端子相连；所述电容C2连接在所述第一开关管Q1的漏极和所述第二开关管Q2的源极之间。

可选地，所述双向半桥DC-DC变换器还包括：第三开关K3、第四开关K4和第五开关K5，其中，所述第三开关K3连接在所述电感L1的另一端和所述蓄电池正极端子之间；所述第四开关K4连接在所述电阻R1 的另一端和所述蓄电池正极端子之间；所述第五开关K5连接在所述第二开关管Q2的源极和所述蓄电池负极端子之间。

可选地，所述第一开关K1、所述第二开关K2、所述第三开关K3、所述第四开关K4和第五开关K5中的一个或者多个开关为继电器或者接触器。

第二方面，本实用新型实施例提供了一种储能柜，包括：蓄电池、控制器和辅助电源，所述储能柜还包括第一方面所述的双向半桥DC-DC变换器。

可选地，所述辅助电源，用于从所述直流母线取电后，为所述控制器供电。

可选地，所述控制器，用于采集所述直流母线的电压、采集所述电容 C2两端的电压，以及控制所述第一开关管Q1、所述第一开关K1、所述第二开关K2、第三开关K3、第五开关K5的通断。

通过本实用新型实施例提供的双向半桥DC-DC变换器和储能柜，在储能柜接入直流母线时，通过第一开关K1接通双向半桥DC-DC变换器的电感L1一端、电阻R1和直流母线的正极，使得直流母线正极、电阻 R1、电容C2和直流母线负极之间形成回路，电容C2通过电阻R1限流而缓慢充电直至电容C2两端电压接近直流母线电压之后再将电容C2与直流母线连接，解决了相关技术中具有双向半桥DC-DC变换器的储能柜不能热接入直流母线的问题，保证了储能柜接入时不因充电冲击电流过大而损坏。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本申请的一部分，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1是根据本实用新型实施例的双向半桥DC-DC变换器的拓扑结构图；

图2是根据本实用新型实施例的双向半桥DC-DC变换器的优选拓扑结构图一；

图3是根据本实用新型实施例的储能柜热接入直流母线的方法的流程图；

图4是根据本实用新型实施例的储能柜的控制器的硬件结构示意图。

具体实施方式

下面将详细描述本实用新型的各个方面的特征和示例性实施例，为了使本实用新型的目的、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描述。应理解，此处所描述的具体实施例仅用于解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。对于本领域技术人员来说，本实用新型可以在不需要这些具体细节中的一些细节的情况下实施。下面对实施例的描述仅仅是为了通过示出本实用新型的示例来提供对本实用新型更好的理解。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

在本实施例中提供了一种双向半桥DC-DC变换器，图1是根据本实用新型实施例的双向半桥DC-DC变换器的拓扑结构图，如图1所示，该双向半桥DC-DC变换器包括：第一开关管Q1、第二开关管Q2和电感L1，还包括：电容C2、第一开关K1、第二开关K2和电阻R1，其中，

第一开关管Q1的源极、第二开关管Q2的漏极、电感L1的一端相连；电感L1的另一端、蓄电池正极端子、电阻R1的一端相连；第一开关 K1连接在电阻R1的另一端和直流母线正极端子之间；第二开关K2连接在第一开关管的漏极和直流母线正极端子之间；蓄电池负极端子、第二开关管Q2的源极、直流母线负极端子相连；电容C2连接在第一开关管Q1 的漏极和第二开关管Q2的源极之间。

上述的双向半桥DC-DC变换器应用在储能柜中的情况下，通过对双向半桥DC-DC变换器中各开关的控制，可以实现储能柜热接入直流母线，而保证储能柜接入时不因充电冲击电流过大而损坏；另外，由于电容C2 的充能过程缓慢可控，也不会导致直流母线的输出功率异常波动。

参考图2，可选地，为了能够保证储能柜中蓄电池与双向半桥DC-DC 变换器的连接和可靠断开，双向半桥DC-DC变换器还包括：第三开关K3、第四开关K4和第五开关K5，其中，第三开关K3连接在电感L1的另一端和蓄电池正极端子之间；第四开关K4连接在电阻R1的另一端和蓄电池正极端子之间；第五开关K5连接在第二开关管Q2的源极和蓄电池负极端子之间。

可选地，第一开关K1、第二开关K2、第三开关K3、第四开关K4和第五开关K5中的一个或者多个开关为继电器或者接触器。

在本实施例中提供了一种储能柜，图2是根据本实用新型实施例的具有双向半桥DC-DC变换器的储能柜的电气部分的拓扑结构图，如图2所示，该储能柜的电气部分包括：蓄电池、控制器和辅助电源，储能柜还包括上述的双向半桥DC-DC变换器。

可选地，辅助电源，用于从直流母线取电后，为控制器供电。

可选地，控制器，用于采集直流母线的电压、采集电容C2两端的电压，以及控制第一开关管Q1、第一开关K1、第二开关K2、第三开关K3、第五开关K5的通断。

在上述的电路结构中，电阻、电感、电容元器件的选值不局限，可根据实测数据进行调整。

本实用新型上述实施例提供的双向半桥DC-DC变换器和储能柜实现热接入直流母线的控制过程将在后续实施例中继续描述和说明。上述双向半桥DC-DC变换器和储能柜具有下列的优点：一方面，由于上述双向半桥DC-DC变换器是基于已有的双向半桥DC-DC变换器的拓扑结构，外加控制开关、完善控制逻辑实现，无需再增加耗能元器件，无功率损失，电路结构简单。另一方面，将上述的双向半桥DC-DC变换器应用到储能柜中，在直流微网系统或者光储系统运行的情况下，也可将储能柜直接接入到高压直流母线，不影响整个系统的运行，方便储能柜维护、扩容或者更换。

在本实施例中提供了一种储能柜热接入直流母线的方法，图3是根据本实用新型实施例的储能柜热接入直流母线的方法的流程图，如图3所示，该流程包括如下步骤：

步骤S301，在储能柜的直流母线正极端子和直流母线负极端子接入直流母线之后，控制器控制第一开关K1闭合，第一开关管Q1导通；

步骤S302，控制器采样直流母线电压U1和电容C2两端的电压U2，并判断电容C2两端的电压U2是否接近直流母线电压U1；

步骤S303，在判断到电容C2两端的电压U2接近直流母线电压U1 的情况下，控制器控制第二开关K2闭合，然后控制第一开关K1和第一开关管Q1断开。

其中，在储能柜的直流母线正极端子和直流母线负极端子接入直流母线之前，控制第一开关K1、第二开关K2、第三开关K3、第四开关K4、第五开关K5、第一开关管Q1、第二开关管Q2断开。

可选的，在本实施例中，当电容C2两端的电压U2达到直流母线电压U1的95％以上时，则认为电容C2两端的电压U2接近直流母线电压 U1。当然，上述的判断条件并不局限于直流母线电压的95％，可根据实测效果进行调整。

通过上述步骤，当储能柜接入到正在运行的高压直流母线时，辅助电源得电运行，随后控制器得电运行。控制器输出控制信号使K1触点闭合， Q1导通。此时，Ubus+经K1、R1、L1、Q1、C2至Ubus-形成通路，使C2 两端的电压缓慢上升。控制器同步检测高压直流母线电压U1和电容C2 两端电压U2，当满足判断条件，即C2两端电压U2大于直流母线电压U1 的95％时，控制器输出控制信号使K2闭合，然后输出控制信号使K1、Q1 断开，完成储能柜热接入。当需要开启储能柜时，控制器发送控制信号使 K3、K5闭合即可。在储能柜热接入和启动的整个过程中，并不影响直流微网系统或者光储系统的运行。

另外，结合图3描述的本实用新型实施例的储能柜热接入直流母线的方法可以由储能柜的控制器来实现。图4示出了本实用新型实施例提供的储能柜的控制器的硬件结构示意图。

储能柜的控制器可以包括处理器41以及存储有计算机程序指令的存储器42。

具体地，上述处理器41可以包括中央处理器(CPU)，或者特定集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)，或者可以被配置成实施本实用新型实施例的一个或多个集成电路。

存储器42可以包括用于数据或指令的大容量存储器。举例来说而非限制，存储器42可包括硬盘驱动器(Hard Disk Drive，HDD)、软盘驱动器、闪存、光盘、磁光盘、磁带或通用串行总线(Universal Serial Bus，USB) 驱动器或者两个或更多个以上这些的组合。在合适的情况下，存储器42可包括可移除或不可移除(或固定)的介质。在合适的情况下，存储器42可在数据处理装置的内部或外部。在特定实施例中，存储器42是非易失性固态存储器。在特定实施例中，存储器42包括只读存储器(ROM)。在合适的情况下，该ROM可以是掩模编程的ROM、可编程ROM(PROM)、可擦除PROM(EPROM)、电可擦除PROM(EEPROM)、电可改写ROM(EAROM)或闪存或者两个或更多个以上这些的组合。

处理器41通过读取并执行存储器42中存储的计算机程序指令，以实现上述实施例中的任意一种储能柜热接入直流母线的方法。

在一个示例中，储能柜的控制器还可包括通信接口43和总线40。其中，如图4所示，处理器41、存储器42、通信接口43通过总线40连接并完成相互间的通信。

通信接口43，主要用于实现本实用新型实施例中各模块、装置、单元和/或设备之间的通信。

总线40包括硬件、软件或两者，将储能柜的控制器的部件彼此耦接在一起。举例来说而非限制，总线可包括加速图形端口(AGP)或其他图形总线、增强工业标准架构(EISA)总线、前端总线(FSB)、超传输(HT) 互连、工业标准架构(ISA)总线、无限带宽互连、低引脚数(LPC)总线、存储器总线、微信道架构(MCA)总线、外围组件互连(PCI)总线、PCI- Express(PCI-X)总线、串行高级技术附件(SATA)总线、视频电子标准协会局部(VLB)总线或其他合适的总线或者两个或更多个以上这些的组合。在合适的情况下，总线40可包括一个或多个总线。尽管本实用新型实施例描述和示出了特定的总线，但本实用新型考虑任何合适的总线或互连。

该储能柜的控制器可以基于获取到的数据，执行本实用新型实施例中的储能柜热接入直流母线的方法，从而实现结合图3描述的储能柜热接入直流母线的方法。

另外，结合上述实施例中的储能柜热接入直流母线的方法，本实用新型实施例可提供一种计算机可读存储介质来实现。该计算机可读存储介质上存储有计算机程序指令；该计算机程序指令被处理器执行时实现上述实施例中的任意一种储能柜热接入直流母线的方法。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种双向半桥DC-DC变换器，包括第一开关管Q1、第二开关管Q2和电感L1，其特征在于，所述双向半桥DC-DC变换器还包括：电容C2、第一开关K1、第二开关K2和电阻R1，其中，

所述第一开关管Q1的源极、所述第二开关管Q2的漏极、所述电感L1的一端相连；

所述电感L1的另一端、蓄电池正极端子、所述电阻R1的一端相连；

所述第一开关K1连接在所述电阻R1的另一端和直流母线正极端子之间；

所述第二开关K2连接在所述第一开关管的漏极和所述直流母线正极端子之间；

所述蓄电池负极端子、所述第二开关管Q2的源极、所述直流母线负极端子相连；

所述电容C2连接在所述第一开关管Q1的漏极和所述第二开关管Q2的源极之间。

2.根据权利要求1所述的双向半桥DC-DC变换器，其特征在于，所述双向半桥DC-DC变换器还包括：第三开关K3、第四开关K4和第五开关K5，其中，

所述第三开关K3连接在所述电感L1的另一端和所述蓄电池正极端子之间；

所述第四开关K4连接在所述电阻R1的另一端和所述蓄电池正极端子之间；

所述第五开关K5连接在所述第二开关管Q2的源极和所述蓄电池负极端子之间。

3.根据权利要求2所述的双向半桥DC-DC变换器，其特征在于，所述第一开关K1、所述第二开关K2、所述第三开关K3、所述第四开关K4和第五开关K5中的一个或者多个开关为继电器或者接触器。

4.一种储能柜，包括：蓄电池、控制器和辅助电源，其特征在于，所述储能柜还包括如权利要求1至3中任一项所述的双向半桥DC-DC变换器。

5.根据权利要求4所述的储能柜，其特征在于，所述辅助电源，用于从所述直流母线取电后，为所述控制器供电。

6.根据权利要求4所述的储能柜，其特征在于，所述控制器，用于采集所述直流母线的电压、采集所述电容C2两端的电压，以及控制所述第一开关管Q1、所述第一开关K1、所述第二开关K2、第三开关K3、第五开关K5的通断。

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