实用新型内容
本申请的目的在于提供一种供电电路及储能系统,旨在解决传统的储能设备存在的电压转换电路复杂的问题。
本申请实施例的第一方面提供了一种供电电路,所述供电电路包括AC/DC变换电路、DC/DC变换电路和第一电压转换电路:所述AC/DC变换电路的第一端用于与交流电源或交流负载连接,所述AC/DC变换电路的第二端通过直流母线与所述DC/DC变换电路的第一端连接,所述DC/DC变换电路的第二端用于连接电池模块;所述第一电压转换电路的输入端用于连接光伏组件,所述第一电压转换电路的输出端与所述直流母线连接;所述AC/DC变换电路用于将所述交流电源输入的交流电转换为直流电后输出至所述直流母线,或者将所述直流母线上的直流电转换为交流电后输出至所述交流负载;所述DC/DC变换电路用于将所述直流母线上的直流电进行降压转换后输出给所述电池模块充电,或者将所述电池模块输出的直流电进行升压转换后输出至所述直流母线;所述第一电压转换电路用于将所述光伏组件输入的直流电进行升压或者降压后输出至所述直流母线。
其中一实施例中,所述第一电压转换电路包括最大功率追踪单元和升降压单元;所述最大功率追踪单元的输入端用于与所述光伏组件连接,所述最大功率追踪单元的输出端与所述升降压单元的输入端连接,所述升降压单元的输出端与所述直流母线连接;所述最大功率追踪单元用于对所述光伏组件输出的最大功率进行追踪,并将追踪到的电压发送给所述升降压单元;所述升降压单元用于对所述最大功率追踪单元输入的电压进行升压或者降压后,输出至所述直流母线。
其中一实施例中,所述升降压单元包括:稳压电容、第一开关管、第二开关管、第一单向导通器、第二单向导通器和第一续流电感;所述稳压电容的第一端与所述最大功率追踪单元的输出正极连接,所述稳压电容的第二端与所述最大功率追踪单元的输出负极连接;所述第一开关管的第一导通端与所述最大功率追踪单元的输出正极连接,所述第一开关管的第二导通端与所述第一单向导通器的负极连接,所述第一单向导通器的正极与所述最大功率追踪单元的输出负极连接;所述第二单向导通器的负极与所述直流母线的正极连接,所述第二单向导通器的正极与所述第二开关管的第一导通端连接,所述第二开关管的第二导通端与所述直流母线的负极以及所述最大功率追踪单元的输出负极连接;所述第一续流电感的第一端与所述第一开关管的第二导通端连接,所述第一续流电感的第二端与所述第二开关管的第一导通端连接。
其中一实施例中,所述直流母线上设置有母线电容,所述母线电容的第一端与所述直流母线的正极连接,所述母线电容的第二端与所述直流母线的负极连接。
其中一实施例中,还包括第二电压转换电路,所述第二电压转换电路的第一端用于与直流电源连接,所述第二电压转换电路的第二端与所述直流母线连接;所述第二电压转换电路用于将所述直流电源输入的直流电进行升压后输出至所述直流母线。
其中一实施例中,所述第二电压转换电路包括升压单元,所述升压单元的第一端用于连接所述直流电源,所述升压单元的第二端连接所述直流母线;所述升压单元用于对所述直流电源输入的直流电进行升压后输出至所述直流母线。
其中一实施例中,所述升压单元包括第三开关管、第三单向导通器和第二续流电感;所述第二续流电感的第一端与所述直流电源的正极连接,所述第二续流电感的第二端与所述第三单向导通器的正极连接,所述第三单向导通器的负极与所述直流母线的正极连接,所述第三开关管的第一导通端与所述第二续流电感的第二端连接,所述第三开关管的第二导通端与所述直流电源的负极以及所述直流母线的负极连接。
其中一实施例中,所述第二电压转换电路还包括旁路单元,所述旁路单元与所述升压单元并联,用于旁路所述升压单元。
其中一实施例中,所述DC/DC变换电路包括第一全桥开关单元、第二全桥开关单元、串联谐振单元和变压器;所述第一全桥开关单元的第一端与所述直流母线连接,所述第一全桥开关单元的第二端通过所述串联谐振单元与所述变压器的第一绕组连接,所述第二全桥开关单元的第一端与所述变压器的第二绕组连接,所述第二全桥开关单元的第二端与所述电池模块连接,所述第一全桥开关单元和所述第二全桥开关单元用于电压的逆变或整流,所述串联谐振单元用于降低所述第一全桥开关单元的开关损耗。
本申请实施例的第二方面提供了一种储能系统,包括电池模块和如上述所述的供电电路,所述供电电路用于控制所述电池模块的充放电。
本申请实施例与现有技术相比存在的有益效果是:通过第一电压转换电路调节光伏组件提供的电压,以向直流母线进行充电,可以使得光伏组件和交流电源使用同一个DC/DC变换电路为电池模块充电,同时,也可以使光伏组件直接通过AC/DC变换电路为交流负载供电,无需增加额外的转换电路,降低了电路的复杂度和制造成本。
具体实施方式
为了使本申请所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白,以下结合附图及实施例,对本申请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申请,并不用于限定本申请。
需要说明的是,当一个元件被称为是“连接于”另一个元件,它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。
此外,术语“第一”、“第二”仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此,限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中,“多个”的含义是两个或两个以上,除非另有明确具体的限定。
图1、图2示出了本申请两种实施例提供的供电电路的结构示意图,为了便于说明,仅示出了与本实施例相关的部分,详述如下:
一种供电电路10,包括AC/DC变换电路100、DC/DC变换电路300和第一电压转换电路400。
如图1、图2所示,AC/DC变换电路100的第一端用于与交流电源30或交流负载40连接,AC/DC变换电路100的第二端通过直流母线200与DC/DC变换电路300的第一端连接,DC/DC变换电路300的第二端用于连接电池模块20。第一电压转换电路400的输入端用于连接光伏组件50,第一电压转换电路400的输出端与直流母线200连接。
其中,AC/DC变换电路100可以工作在整流模式或逆变模式下,AC/DC变换电路100在逆变模式下用于将交流电源30输入的交流电转换为直流电后输出至直流母线200,AC/DC变换电路100在整流模式下用于将直流母线200上的直流电转换为交流电后输出至交流负载40。DC/DC变换电路300用于将直流母线200上的直流电进行降压转换后输出给电池模块20充电,或者将电池模块20输出的直流电进行升压转换后输出至直流母线200。第一电压转换电路400用于将光伏组件50输入的直流电进行升压或者降压后输出至直流母线200。
通过第一电压转换电路400调节光伏组件50提供的电压,以向直流母线200进行充电,可以使得光伏组件50和交流电源30使用同一个DC/DC变换电路300为电池模块20充电,同时,也可以使光伏组件50直接通过AC/DC变换电路100为交流负载40供电。本申请提供的实施例无需增加额外的转换电路,降低了电路的复杂度和制造成本。
如图3所示,在一实施例中,光伏组件50包括太阳能板等光伏设备,可以将太阳能转换为电能,第一电压转换电路400包括最大功率(点)追踪(Maximum power pointtracking,简称MPPT)单元410和升降压单元420。最大功率追踪单元410的输入端用于与光伏组件50连接,最大功率追踪单元410的输出端与升降压单元420的输入端连接,升降压单元420的输出端与直流母线200连接。
最大功率追踪单元410用于对光伏组件50的最大功率(点)进行追踪,并将追踪到的电压发送给升降压单元420。升降压单元420用于对最大功率追踪单元410输入的电压进行升压或者降压后,输出至直流母线200。需要说明的是,由于光伏组件50的输出功率不稳定,因此需要通过最大功率追踪单元410对光伏组件50的最大功率进行追踪,然后通过升降压单元420将该最大功率追踪单元410追踪到的电压进行转换后输出至直流母线200。
如图3所示,在一实施例中,供电电路10还包括主控电路510和采样电路520,主控电路510与供电电路10中的各个开关管的受控端连接,用于控制各个开关管的通断,对供电电路10的工作进行控制。主控电路510还通过采样电路520与升降压单元420的输入端连接,用于检测升降压单元420的输入端的电压,以根据检测到的电压对升降压单元420的工作进行控制,使升降压单元420输出的电压与直流母线200的母线电压匹配。主控电路510可以是微控制器或者单片机,采样电路520包括采样电阻,通过采样电阻进行分压实现电压检测。
如图4所示,在一实施例中,升降压单元420为Buck/Boost电路,升降压单元420包括:稳压电容C1、第一开关管Q1、第二开关管Q2、第一单向导通器D1、第二单向导通器D2和第一续流电感L1。
稳压电容C1的第一端与最大功率追踪单元410的输出正极PV+连接,稳压电容C1的第二端与最大功率追踪单元410的输出负极PV-连接;第一开关管Q1的第一导通端与最大功率追踪单元410的输出正极PV+连接,第一开关管Q1的第二导通端与第一单向导通器D1的负极连接,第一单向导通器D1的正极与最大功率追踪单元410的输出负极PV-连接;第二单向导通器D2的负极与直流母线200的正极BUS+连接,第二单向导通器D2的正极与第二开关管Q2的第一导通端连接,第二开关管Q2的第二导通端与直流母线200的负极BUS-以及最大功率追踪单元410的输出负极PV-连接;第一续流电感L1的第一端与第一开关管Q1的第二导通端连接,第一续流电感L1的第二端与第二开关管Q2的第一导通端连接。
示例性的,结合图3和图4,第一开关管Q1的受控端和第二开关管Q2的受控端均与主控电路510连接。主控电路510可以向第一开关管Q1和第二开关管Q2分别发送第一控制信号和第二控制信号,通过调节第一控制信号和第二控制信号的占空比,实现对升降压单元420输出的电压的调节。第一控制信号的占空比越大则升降压单元420输出的电压越大,第二控制信号的占空比越大则升降压单元420输出的电压越小。
示例性的,第一开关管Q1和第二开关管Q2均为NPN三极管,开关管的第一导通端对应NPN三极管的集电极,开关管的第二导通端对应NPN三极管的发射极,开关管的受控端对应NPN三极管的基极。NPN三极管还具有体二极管,体二极管的阳极与NPN三极管发射极连接,体二极管的阴极与NPN三极管的集电极连接。第一单向导通器D1和第二单向导通器D2均为二极管,单向导通器的正极对应二极管的阳极,单向导通器的负极对应二极管的阴极。
如图4所示,在一实施例中,最大功率追踪单元410的输出正极PV+与升降压单元420之间还设有第一控制开关S1,最大功率追踪单元410的输出负极PV-与升降压单元420之间还设有第二控制开关S2,第一控制开关S1和第二控制开关S2用于控制最大功率追踪单元410与升降压单元420之间的通断。
如图4所示,在一实施例中,直流母线200上设置有母线电容C2,母线电容C2的第一端与直流母线200的正极BUS+连接,母线电容C2的第二端与直流母线200的负极BUS-连接。母线电容C2既用于实现电能的存储,实现电能的中转,保障各个电路之间电能传输的稳定,又用于滤除传输的电能中的交流分量。
如图5、图6所示,在一实施例中,供电电路10还包括第二电压转换电路600,第二电压转换电路600的第一端用于与连接直流电源60或者直流设备70连接,第二电压转换电路600的第二端与直流母线200连接。第二电压转换电路600用于将直流电源60输入的直流电进行升压后输出至直流母线200,或者将直流母线200上的直流电输出给直流设备70。
与常规设备的输出电压/输入电压相比,直流母线200上的母线电压通常较大(通常为380V),因此当与第二电压转换电路600连接的外部设备是直流电源60(例如直流充电桩、直流发电机)时,将第二电压转换电路600用作升压电路,使得第二电压转换电路600输出的电压与直流母线200的母线电压匹配。
如图5和图6所示,在一实施例中,第二电压转换电路600包括升压单元610,升压单元610的第一端连接直流电源60,升压单元610的第二端连接直流母线200。升压单元610用于对直流电源60输入的直流电进行升压后输出至直流母线200。
如图7所示,在一实施例中,升压单元610为Boost电路,升压单元610包括第三开关管Q3、第三单向导通器D3和第二续流电感L2。第二续流电感L3的第一端与直流电源60的正极EV+连接,第二续流电感L2的第二端与第三单向导通器D3的正极连接,第三单向导通器D3的负极与直流母线200的正极BUS+连接,第三开关管Q3的第一导通端与第二续流电感L2的第二端连接,第三开关管Q3的第二导通端与直流电源60的负极EV-以及直流母线200的负极BUS-连接。需要说明的是,第二续流电感L2的第一端和第三开关管Q3的第二导通端可以通过对应的接口与直流电源60可拆卸地连接,该接口也可以与直流设备70进行可拆卸地连接。
示例性的,第三开关管Q3的受控端还与主控电路510连接,主控电路510可以通过向第三开关发送第三控制信号,控制升压单元610工作。当升压单元610与直流电源60连接时,第三控制信号的占空比越大,传输至直流母线200的电压越低。
示例性的,第三开关管Q3为NPN三极管,第三开关管Q3的第一导通端对应NPN三极管的集电极,第三开关管Q3的第二导通端对应NPN三极管的发射极,第三开关管Q3的受控端对应NPN三极管的基极。第三单向导通器D3为二极管,第三单向导通器D3的正极对应二极管的阳极,第三单向导通器D3的负极对应二极管的阴极。
如图5、图6、图7所示,在一实施例中,第二电压转换电路600还包括旁路单元620,旁路单元620与升压单元610并联,用于旁路升压单元610。通过旁路单元620可以在不改变电压情况下,直流母线200可以直接与直流电源60或直流设备70的进行电能传输。
在一实施例中,如图7所示,旁路单元620包括旁路开关S5,旁路开关S5的第一端与直流母线200的正极BUS+连接,旁路开关S5的第二端用于与直流电源60的正极EV+或直流设备70的正极连接,旁路开关S5的受控端与主控电路510连接。当直流电源60提供的电压或者直流设备70的工作电压等于直流母线200的母线电压时,通过使旁路开关S5导通,可以使直流母线200直接与外部设备直接连通,减少电能消耗。
在一实施例中,如图7所示,直流电源60的正极EV+与升压单元610之间还设有第三控制开关S3,直流电源60的负极EV-与升压单元610之间还设有第四控制开关S4,第三控制开关S3和第四控制开关S4用于控制直流电源60与升压单元610之间的通断。
如图8所示,在一实施例中,DC/DC变换电路300包括第一全桥开关单元310、第二全桥开关单元320、串联谐振单元330和变压器T1。第一全桥开关单元310的第一端与直流母线200连接,第一全桥开关单元310的第二端通过串联谐振单元330与变压器T1的第一绕组连接,第二全桥开关单元320的第一端与变压器T1的第二绕组连接,第二全桥开关单元320的第二端与电池模块20连接,第一全桥开关单元310和第二全桥开关单元320用于电压的逆变或整流,串联谐振单元330用于降低第一全桥开关单元310的开关损耗。
第一全桥开关单元310和第二全桥开关单元320均可以实现电压的逆变或整流,从而可以通过变压器T1实现电压的转换,同时,两个全桥开关单元还可以实现电能的双向传输。
如图8所示,在一示例中,第一全桥开关单元310包括第一全桥开关管Q5、第二全桥开关管Q6、第三全桥开关管Q7和第四全桥开关管Q8,第二全桥开关单元320包括第五全桥开关管Q9、第六全桥开关管Q10、第七全桥开关管Q11和第八全桥开关管Q12,串联谐振单元330包括谐振电感L3和谐振电容C3。变压器T1包括相互耦合的第一绕组和第二绕组。
第一全桥开关管Q5的第一导通端与直流母线200的正极BUS+连接,第一全桥开关管Q5的第二导通端与第二全桥开关管Q6的第一导通端连接,第二全桥开关管Q6的第二导通端与直流母线200的负极BUS-连接,第三全桥开关管Q7的第一导通端与直流母线200的正极BUS+连接,第三全桥开关管Q7的第二导通端与第四全桥开关管Q8的第一导通端连接,第四全桥开关管Q8的第二导通端与直流母线200的负极BUS-连接。
谐振电感L3的第一端与第一全桥开关管Q5的第二导通端连接,谐振电感L3的第二端与第一绕组的第一端连接,第一绕组的第二端与谐振电容C3的第一端连接,谐振电容C3的第二端与第三全桥开关管Q7的第二导通端连接。
第五全桥开关管Q9的第一导通端与电池模块20的正极BAT+连接,第五全桥开关的第二导通端与第六全桥开关管Q10的第一导通端连接,第六全桥开关管Q10的第二导通端与电池模块20的负极BAT-连接。第七全桥开关管Q11的第一导通端与电池模块20的正极BAT+连接,第七全桥开关管Q11的第二导通端与第八全桥开关管Q12的第一导通端连接,第八全桥开关管Q12的第二导通端与电池模块20的负极BAT-连接。第二绕组的第一端与第五全桥开关管Q9的第二导通端连接,第二绕组的第二端与第七全桥开关管Q11的第二导通端连接。第一全桥开关管Q5、第二全桥开关管Q6、第三全桥开关管Q7、第四全桥开关管Q8、第五全桥开关管Q9、第六全桥开关管Q10、第七全桥开关管Q11和第八全桥开关管Q12的受控端均与主控电路510连接。
示例性的,第一全桥开关管Q5、第二全桥开关管Q6、第三全桥开关管Q7、第四全桥开关管Q8、第五全桥开关管Q9、第六全桥开关管Q10、第七全桥开关管Q11和第八全桥开关管Q12均可以是N型MOS管,全桥开关管的第一导通端对应N型MOS管的漏极,全桥开关管的第二导通端对应N型MOS管的源极,全桥开关管的受控端对应N型MOS管的栅极。
图9示出了本申请一实施例提供的储能系统的结构示意图,为了便于说明,仅示出了与本实施例相关的部分,详述如下:
如图9所示,一种储能系统80,包括电池模块20和如上述任一项实施例的供电电路10,供电电路10用于控制电池模块20的充放电。
其中,供电电路10的AC/DC变换电路100的第一端和第一电压转换电路400的输入端均设有对应的接口,用于与对应的外部设备对接。
在一实施例中,供电电路10与电池模块20可以集成一体,也可以采用分体式设计,分体式设计即DC/DC变换电路300的第二端与电池模块20之间通过一对接口可拆卸地连接。以便于对电池模块20进行快速更换。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到,为了描述的方便和简洁,仅以上述各功能单元、模块的划分进行举例说明,实际应用中,可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能单元、模块完成,即将所述装置的内部结构划分成不同的功能单元或模块,以完成以上描述的全部或者部分功能。实施例中的各功能单元、模块可以集成在一个处理单元中,也可以是各个单元单独物理存在,也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中,上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现,也可以采用软件功能单元的形式实现。另外,各功能单元、模块的具体名称也只是为了便于相互区分,并不用于限制本申请的保护范围。上述系统中单元、模块的具体工作过程,可以参考前述方法实施例中的对应过程,在此不再赘述。
在上述实施例中,对各个实施例的描述都各有侧重,某个实施例中没有详述或记载的部分,可以参见其它实施例的相关描述。
以上所述实施例仅用以说明本申请的技术方案,而非对其限制;尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围,均应包含在本申请的保护范围之内。