CN212785198U - 一种塔式电源系统拓扑结构 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种结构简单、体积小、成本低且能输出不同电流电压的塔式电源系统拓扑结构。本实用新型包括双向AC/DC变流器（1）、一级直流母线（2）、至少一路高频隔离双向DC/DC变流器（3）、二级直流母线（4）及至少一路非隔离型双向DC/DC变流器（5），所述双向AC/DC变流器（1）的一侧接入外部交流电能，另一侧输出直流高压电能到所述一级直流母线（2）上，所述高频隔离双向DC/DC变流器（3）连接在所述一级直流母线（2）和所述二级直流母线之间，所述非隔离型双向DC/DC变流器连接在所述二级直流母线的输出侧，待测动力电池组装置在所述非隔离型双向DC/DC变流器上。本实用新型用于检测领域。
Description
技术领域
本实用新型涉及电池检测领域，尤其涉及一种塔式电源系统拓扑结构。
背景技术
动力电池的安全性对新能源汽车的整体安全性能起到至关重要的决定作用。关系到动力电池的安全性的指标主要有三个方面，分别是电池的电性能（电芯一致性、循环寿命、工作温升、自放电等）、电池的物理性能（气密性、碰撞等）和电池管理系统（EMS）的可靠性。其中为了保证动力电池的电性能达到要求，需要对动力电池进行检测。
在对动力电池进行测试时，需要从外部电网获取电能后供给待测电池，以测试电池的电性能。目前，市面上存在一些这方面的装置，如公告号为CN206041594U的中国专利文献公开了一种共直流母线式动力电池性能检测设备。该文献的记载中，该共直流母线式动力电池性能检测设备包括从电网接入电能的工频隔离变压器、与工频隔离变压器输出端连接的双向AC-DC变流器和若干个双向DC/DC直流通道，双向AC-DC变流器的输出端与设备内部的公共直流母线连接，若干双向DC/DC直流通道一端连接在公共直流母线上，另一端与待测动力电池连接。虽然该公开的方案具有各项优异的特性，但在实际应用时却存在如下不足：如直流通道只能并联使用，而不能通过直流通道串联使用进而提高直流输出电压；同时，该检测设备采用了工频隔离变压器，在设备中起到了隔离和调压的作用，但工频变压器存在体积、重量大（一台750V600A的设备用480kW的变压器已经有2.5吨），这造成系统笨重，同时也耗用了大量的铜、铁资源；此外，该装置在应对大数量的单体动力电池检测时，效率不足。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题是克服现有技术的不足,提供一种结构简单、体积小、成本低且能输出不同电流电压的塔式电源系统拓扑结构。
本实用新型所采用的技术方案是：本实用新型包括双向AC/DC变流器、一级直流母线、至少一路高频隔离双向DC/DC变流器、二级直流母线及至少一路非隔离型双向DC/DC变流器，所述双向AC/DC变流器的一侧接入外部交流电能，另一侧输出直流高压电能到所述一级直流母线上，所述高频隔离双向DC/DC变流器连接在所述一级直流母线和所述二级直流母线之间，所述非隔离型双向DC/DC变流器连接在所述二级直流母线的输出侧，待测动力电池组装置在所述非隔离型双向DC/DC变流器上。
上述方案可见，所述双向AC/DC变流器能够对一级直流母线的直流高压起到稳定电压的作用，实现将交流电能转换为直流高压电能并供应给所述一级直流母线；所述高频隔离双向DC/DC变流器为二级直流母线提供稳定的直流电压，同时满足能量的双向流动；二级直流母线的设置，则为后续能够连接更多的非隔离型双向DC/DC变流器提供保证，实现更多通道的设置，使得该结构能够一次性对更多数量的负载进行检测，大大地提高了检测效率；而非隔离型双向DC/DC变流器为负载提供可变的电压电流，能够实现不同的电流电压输出，进而满足不同负载（电池）的不同的测试要求；和现有技术相比，本实用新型摒弃了原本配置于交流电网侧的工频变压器转变为高频变压器，减轻了整个结构的体积和质量，使整个结构更易于模块化生产，有效地降低了结构的成本。
进一步地，每个所述高频隔离双向DC/DC变流器分别与若干个所述非隔离型双向DC/DC变流器对应连接在所述二级直流母线上。由此可见，二级直流母线的设置能够提供更多数量的电池检测位，大大地提高了检测效率。
再进一步地，所述双向AC/DC变流器包括依次连接的工频电抗器和三相半桥变流器，所述工频电抗器从外部获取交流电能，所述三相半桥变流器将交流电能转换为高压直流电能输出到所述一级直流母线上。由此可见，与现有技术相比，采用由工频电抗器和三相半桥变流器组成的双向AC/DC变流器，能够实现从外部交流电网获取交流电能，转变为内部高压直流电能，或者将内部直流电能反馈给外部的交流电网，且能够维持直流母线的稳定性，保持直流母线的稳定和可靠性。
更加具体地，所述三相半桥变流器由IGBT器件组成。由此可见，采用IGBT器件组成三相半桥变流器，能够实现高电压、小电流的特性，从而满足特定工况的需要。
此外，所述高频隔离双向DC/DC变流器包括依次连接的第一变流器单元、高频隔离变压器和第二变流器单元，所述第一变流器单元的一侧与所述一级直流母线相连接，所述第二变流器单元的一侧与所述二级直流母线连接。由此可见，由第一变流器单元实现高压直流电能转变为高频开关信号，由第二变流器单元实现将待测电池组反馈的电能转换为高频开关信号，进而实现一级直流母线与二级直流母线之间电能的高效传输。
进一步地，所述第一变流器单元由碳化硅功率器件构成。所述第二变流器单元由碳化硅功率器件、通用型IGBT或通用型MOS管构成。由此可见，采用碳化硅功率器件，充分利用了碳化硅器件的低损耗特性，确保了电能变换的高效率，进一步缩小了功率变换单元散热系统的体积，提高系统效的功率密度，便于直流单元的模块化设计，有利于批量生产，进一步节约了生产成本。
附图说明
图1是本实用新型的简易原理图。
具体实施方式
如图1所示，本实用新型包括双向AC/DC变流器1、一级直流母线2、至少一路高频隔离双向DC/DC变流器3、二级直流母线4及至少一路非隔离型双向DC/DC变流器5，所述双向AC/DC变流器1的一侧接入外部交流电能，另一侧输出直流高压电能到所述一级直流母线2上，所述高频隔离双向DC/DC变流器3连接在所述一级直流母线2和所述二级直流母线4之间，所述非隔离型双向DC/DC变流器5连接在所述二级直流母线4的输出侧，待测动力电池组装置在所述非隔离型双向DC/DC变流器5上。
在本实施例中，每个所述高频隔离双向DC/DC变流器3分别与若干个所述非隔离型双向DC/DC变流器5对应连接在所述二级直流母线4上。所述双向AC/DC变流器1包括依次连接的工频电抗器11和三相半桥变流器12，所述工频电抗器11从外部获取交流电能，所述三相半桥变流器12将交流电能转换为高压直流电能输出到所述一级直流母线2上。具体地，所述三相半桥变流器12由IGBT器件组成。具体地，所述IGBT器件采用英飞凌1200V 62mm封装的IGBT模块。
所述高频隔离双向DC/DC变流器3包括依次连接的第一变流器单元31、高频隔离变压器32和第二变流器单元33，所述第一变流器单元31的一侧与所述一级直流母线2相连接，所述第二变流器单元33的一侧与所述二级直流母线4连接。所述第一变流器单元31由碳化硅功率器件构成。所述第二变流器单元33由碳化硅功率器件、通用型IGBT或通用型MOS管构成。在本实施例中，所述第一变流器单元31采用英飞凌公司生产的碳化硅功率器件；所述第二变流器单元33根据待测电池组的电压等级不同，采用碳化硅（高电压、小电流特性）或通用IGBT或MOSFET。
所述非隔离型双向DC/DC变流器5包括两个单刀选择开关51及LC电路52，待测动力电池组装置在所述LC电路52的电容的两端。
本实用新型可以让电源系统的应用范围更宽，直流通道数相同的情况下，系统造价更低。可以轻易实现系统冗余，高频隔离双向DC/DC变流器和非隔离型双向DC/DC变流器更容易模块化，通过末端直流通道的组合，可以实现更宽范围的电压电流市场需求。
直流输出通道可以实现有序并联和有序串联，从而实现一个电源、多种组合输出的应用需求。既可以满足大电流（1～N通道的并联）的应用需求，又可以满足高电压（不同组之间的串联）的测试需求。
此外，系统内部构建了2种直流母线，可轻松实现电压1V～1000V的所有电池测试，实现了单体电池到高电压PACK的全范围覆盖。
本拓扑结构所有变流器均为双向变流器，能实现能量的双向流动。
本拓扑结构可以填补当前单体电池化成分容设备的孤立运行模式，采用塔式结构，大大提高了系统效率，中间级采用的高频隔离双向DC/DC变流器，将原本配置在电网侧的工频变压器转变成高频变压器，减轻了设备重量，缩小了设备体积，使系统变流器更易于模块化生产加工，有效降低了系统成本、造价。
Claims (7)
1.一种塔式电源系统拓扑结构，其特征在于：它包括双向AC/DC变流器（1）、一级直流母线（2）、至少一路高频隔离双向DC/DC变流器（3）、二级直流母线（4）及至少一路非隔离型双向DC/DC变流器（5），所述双向AC/DC变流器（1）的一侧接入外部交流电能，另一侧输出直流高压电能到所述一级直流母线（2）上，所述高频隔离双向DC/DC变流器（3）连接在所述一级直流母线（2）和所述二级直流母线（4）之间，所述非隔离型双向DC/DC变流器（5）连接在所述二级直流母线（4）的输出侧，待测动力电池组装置在所述非隔离型双向DC/DC变流器（5）上。
2.根据权利要求1所述的一种塔式电源系统拓扑结构，其特征在于：每个所述高频隔离双向DC/DC变流器（3）分别与若干个所述非隔离型双向DC/DC变流器（5）对应连接在所述二级直流母线（4）上。
3.根据权利要求1所述的一种塔式电源系统拓扑结构，其特征在于：所述双向AC/DC变流器（1）包括依次连接的工频电抗器（11）和三相半桥变流器（12），所述工频电抗器（11）从外部获取交流电能，所述三相半桥变流器（12）将交流电能转换为高压直流电能输出到所述一级直流母线（2）上。
4.根据权利要求3所述的一种塔式电源系统拓扑结构，其特征在于：所述三相半桥变流器（12）由IGBT器件组成。
5.根据权利要求1所述的一种塔式电源系统拓扑结构，其特征在于：所述高频隔离双向DC/DC变流器（3）包括依次连接的第一变流器单元（31）、高频隔离变压器（32）和第二变流器单元（33），所述第一变流器单元（31）的一侧与所述一级直流母线（2）相连接，所述第二变流器单元（33）的一侧与所述二级直流母线（4）连接。
6.根据权利要求5所述的一种塔式电源系统拓扑结构，其特征在于：所述第一变流器单元（31）由碳化硅功率器件构成。
7.根据权利要求5所述的一种塔式电源系统拓扑结构，其特征在于：所述第二变流器单元（33）由碳化硅功率器件、通用型IGBT或通用型MOS管构成。
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Cited By (2)
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|---|---|---|---|---|
| CN115378276A (zh) * | 2022-09-09 | 2022-11-22 | 山东大学 | 动力电池测试激励电源双向功率变换拓扑、方法及系统 |
| WO2022241774A1 (zh) * | 2021-05-21 | 2022-11-24 | 华为技术有限公司 | 交流/直流功率变换系统 |
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| WO2024050925A1 (zh) * | 2022-09-09 | 2024-03-14 | 山东大学 | 动力电池测试激励电源双向功率变换拓扑、方法及系统 |
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