CN219740960U - 一种直流电网智能桥接管理模块 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种直流电网智能桥接管理模块，包括操作区、功率变换区和控制区；操作区包括触摸屏、启动开关、通讯与控制航插、以太网航插、输入输出正负极航插等；功率变换区包括输出滤波电感电容、输出负极接触器、输出熔断器、IGBT半桥、散热器、散热风机、直流母线支撑电容等；控制区包括输入输出正极接触器、预充电接触器、XY电容、控制板、预充电电阻等；本实用新型按区域划分，结构紧凑，使用铜排总长度小，内阻损耗小，发热量低；彼此间电磁干扰和散热干扰较小、生产性好、维修性好。

Description

一种直流电网智能桥接管理模块

技术领域

本实用新型属于电力电子领域，具体涉及一种直流电网智能桥接管理模块。

背景技术

目前，电力电子设备往往采用定制化设计，发电机需要配套专门的发电机管理柜，电池组需要配套专门的电池组管理柜，电阻负载需要配套专门的电阻负载管理柜。

这些管理柜占地庞大，彼此间不能通用；一个功能要求或者参数要求就一个设计方案，导致设计复杂，生产周期长，维护困难；同时独立的柜体也导致重复设计，散热设计和电磁兼容设计十分繁琐，而且维修性差。即使偶有模块化设计，也只封装了只能完成简单功能的少量部件，通用性不强。

特别是电池组和电阻负载等基础设备，往往需要按照指定的工作电压/电流/功率曲线进行工作，并且附带故障诊断和对外通讯等功能。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的缺点，提出一种直流电网智能桥接管理模块。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：一种直流电网智能桥接管理模块，包括模块外壳、位于模块外壳前部的操作区、位于操作区后方底层的功率变换区和位于操作区后方上层的控制区；所述的操作区包括设置在模块外壳前方操作面板上方左侧的触摸屏以及操作面板上方右侧的故障指示灯及蜂鸣器、急停按钮和启动开关，还包括从左到右依次设置在操作面板中部的通讯与控制左航插、以太网航插和通讯与控制右航插，以及设置在操作面板下方的输出正极航插、输入负极航插、输出负极航插、输入正极航插和接地铜台；所述的功率变换区包括位于前部储能区域的输出支路滤波电感、输出总滤波电感和输出滤波电容，以及输出负极接触器和输出熔断器；还包括位于后部功率开关区域的多路IGBT半桥、散热器和散热风机，以及直流母线支撑电容和温度保护开关；所述的控制区包括位于前部控制开关区域的第一安装板以及安装在第一安装板上的输出正极接触器、预充电接触器和输入正极接触器，以及XY电容；还包括位于后部主控区域的第二安装板以及安装在第二安装板上的控制板，以及此外还包含预充电电阻。

所述的一种直流电网智能桥接管理模块，其操作区通过绝热绝缘板与功率变换区及控制区隔离。

所述的一种直流电网智能桥接管理模块，其输出正极航插分别连接安装在模块内侧壁上的输出熔断器、输出正极接触器、输出正极接触器下方的输出总滤波电感、3个输出支路滤波电感、3个IGBT半桥、输入正极接触器和输入正极航插。

所述的一种直流电网智能桥接管理模块，其输出负极航插分别连接安装在模块底部的输出负极接触器和输入负极航插；输入负极航插同时与XY电容的负极、直流母线支撑电容的负极、IGBT半桥的负极和输出滤波电容的负极进行连接。

所述的一种直流电网智能桥接管理模块，其XY电容和IGBT半桥之间连接有直流母线支撑电容。

所述的一种直流电网智能桥接管理模块，其预充电接触器和预充电电阻与输出正极接触器并联。

所述的一种直流电网智能桥接管理模块，其输出总滤波电感和3个输出支路滤波电感之间的铜排上安装有输出总电流传感器。

所述的一种直流电网智能桥接管理模块，其两路IGBT半桥和3个输出支路滤波电感之间的铜排上安装有输出支路电流传感器。

所述的一种直流电网智能桥接管理模块，其输入正极接触器和直流母线支撑电容之间的铜排上安装有输入电流传感器。

所述的一种直流电网智能桥接管理模块，其散热风机从管理模块尾部下方抽风，经过散热器的散热鳍片和模块外壳封闭所形成的风道，带走IGBT半桥所产生的热量。

本实用新型的有益效果是：

1，可广泛应用到智能动力电池、智能电阻负载、直流电网智能桥接器等领域；

2，能量双向流动，多个模块并联时，可以自动或者受控进行能量流动方向切换或者功率分配；

3，内含输入接触器和输出接触器，使用灵活多变，安全可靠；

4，自带以太网和常用现场工业总线（如RS232、RS485和CAN等）等多种通讯接口，可实现各种数据和指令的双向传输，提升了设备的智能化程度；

5，功能分区域设计，使用与维修方便，结构紧凑合理，内部铜排总长度较小，同时降低了设备重量和线阻损耗；

6，可自动或者受控运行，使用灵活方便；

7，提供了人机界面，提升了使用的方便性；

8，当应用到动力电池领域时，可实现整个电池系统输出电压的可控调节和稳定，极大地增加了使用范围和应用领域，保证了所在电网的稳定性和可靠性；

9，当应用到动力电池领域时，可实现多个电池系统的任意并联而无需考虑设备之间的均衡情况，可极大地简化了设计，增加了使用范围和应用领域；

10，当应用到动力电池领域时，可使整个电池系统自带充放电功能，无需额外的充放电装置对设备进行维护，减小了外部使用成本，简化了日常维护流程；

11，当应用到电阻负载领域时，可实现恒阻电阻负载、恒流电阻负载、恒压电阻负载和恒功率电阻负载等多种应用；

12，当应用到直流电网桥接领域时，可实现多个电网之间自动或者受控进行能量流动方向切换或者功率分配。

附图说明

图1为本实用新型的功能区域示意图；

图2为本实用新型的整体结构示意图；

图3为本实用新型的操作面板示意图；

图4为本实用新型的内部底层示意图；

图5为本实用新型的主回路示意图；

图6为本实用新型的智能动力电池应用；

图7为本实用新型的智能电阻负载应用；

图8为本实用新型的直流电网智能桥接器应用。

各附图标记为：1—第一安装板，2—第二安装板，3—控制板，4—IGBT半桥，5—散热器，6—散热风机，7—输出支路滤波电感，8—输出正极接触器，9—预充电接触器，10—输入正极接触器，11—直流母线支撑电容，12—预充电电阻，13—输出支路电流传感器，14—XY电容，15—触摸屏，16—故障指示灯及蜂鸣器，17—急停按钮，18—启动开关，19—通讯与控制左航插，20—以太网航插，21—通讯与控制右航插，22—输出正极航插，23—输入负极航插，24—输出负极航插，25—输入正极航插，26—接地铜台，27—输出负极接触器，28—输出熔断器，29—输出总滤波电感，30—输出滤波电容，31—输出总电流传感器，32—输入电流传感器，33—温度保护开关，34—绝热绝缘板。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

参照图1所示，本实用新型公开的一种直流电网智能桥接管理模块，按功能进行划分以下三大功能区域：外部操作区、内部功率变换区和控制区，各功能区域分开，下层强电，上层弱电。其中操作区位于模块前部，操作控制部分位于操作区上部，操作动力部分位于操作区下部；功率变换区位于模块内部下层，储能区位于功率变换区前部，功率开关区位于功率变换区后部；控制区位于模块内部上层，控制开关位于控制区前部，控制器位于控制区后部。

本实用新型包括主回路设计、模块组成、风道设计、接口设计和应用拓展，LCL滤波电路配合多路移相半桥实现双向DC/DC变换，并通过接触器实现与模块两侧的接入/断开；模块封装了完成功率变换和智能管理的所有核心部件。

为便于使用者进行操作，管理模块将外部操作区设置在模块外壳（钢铁材质）前方操作面板上，如图2、图3和图4所示。操作面板上方左侧设置有触摸屏15，上方右侧设置有故障指示灯及蜂鸣器16、急停按钮17和启动开关18。操作面板中部从左到右依次为通讯与控制左航插19、以太网航插20和通讯与控制右航插21。面板下方设置有输出正极航插22、输入负极航插23、输出负极航插24、输入正极航插25和接地铜台26。

功率变换区的功率变换回路发热量大，且相关元器件重量大，设置在管理模块底层，依靠钢铁材质外壳进行辅助散热和安装固定。其中前部为储能区，主要包含输出支路滤波电感7、输出总滤波电感29和输出滤波电容30，此外还包含输出负极接触器27和输出熔断器28；后部为功率开关区，主要包含IGBT半桥4（2路至4路，优选3路，含驱动电路）、散热器5和散热风机6，此外还包含直流母线支撑电容11和温度保护开关33。

控制区的控制回路发热量小，且相关元器件重量轻，设置在管理模块上层，依靠专用安装板安装固定。其中前部为控制开关区域，第一安装板1上安装有输出正极接触器8、预充电接触器9和输入正极接触器10，此外还包含XY电容14；后部为主控区域，在第二安装板2上安装有控制板3，此外还包含预充电电阻12。输出支路电流传感器13、总电流传感器31、控制板3和触摸屏15可根据实际需求进行增减。

功能区域内由于风道的约束，散热风机6自后往前吹风会导致散热气流自下往上流动，热量散发更快；风道正对散热器5散热面，有效散热面积大，无杂物阻碍，风阻小，散热能力强；风道固定，受外界干扰小；功率变换区可充分利用模块外壳进行辅助散热，依靠钢铁材质外壳进行散热和安装固定，控制区依靠专用安装板安装固定。

本实用新型的主回路如图5所示，电气连接关系如下：

输出正极航插22，连接安装在模块内侧壁上的输出熔断器28，连接安装在第一安装板1的输出正极接触器8，连接输出正极接触器8下方的输出总滤波电感29，分别连接3路输出支路滤波电感7，分别连接3路IGBT半桥4（含驱动电路），连接安装在第一安装板1的输入正极接触器10，连接输入正极航插25。

输出负极航插24，连接安装在模块底部的输出负极接触器27，连接输入负极航插23。输入负极航插23还与XY电容14的负极、直流母线支撑电容11的负极、IGBT半桥4的负极和滤波电容30的负极进行连接。输入正极航插25后级有XY电容14，起到滤掉直流母线上的差模干扰和共模干扰的作用。

XY电容14和IGBT半桥4之间有直流母线支撑电容11，起到电源滤波和电压支撑的作用。

预充电接触器9和预充电电阻12与输出正极接触器8并联，起到对直流母线支撑电容11和滤波电容30进行预充电，避免突然合闸导致的冲击电流。

输出支路电流传感器13安装在两路IGBT半桥4和输出支路滤波电感7之间的铜排上，以测量2路支路电流。

输出总电流传感器31安装在总滤波电感29和3个输出支路滤波电感7之间的铜排上，以测量输出总电流。

管理模块依靠接地铜台26和外部接地点进行单点接地。

输入电流传感器32安装在输入正极接触器10和直流母线支撑电容11之间的铜排上，以测量输入电流。

本实用新型的风道设计如下：操作区和功率变换区、控制区之间安装有绝热绝缘板34，材质为环氧树脂，将操作区的散热和电气从整个模块分离出来，提高了操作区尤其是触摸屏15的安全性和可靠性；同时将功率变换区和控制区的散热风道进行封闭固定。

散热风机6从管理模块尾部下方抽风，经过散热器5的散热鳍片和模块外壳封闭所形成的风道，带走IGBT半桥4所产生的热量。其中一部分相对较热的散热气流由安装板1和安装板2之间的未封闭区域向管理模块外壳两侧上部的散热孔排出；一部分相对较冷的散热气流继续冷却储能区里的滤波电感，最终散热气流由安装板1和绝热绝缘板34之间的未封闭区域向管理模块外壳两侧上部的散热孔排出。

本实用新型按区域划分，结构紧凑，带来如下好处：使用铜排总长度小，内阻损耗小，发热量低；彼此间电磁干扰和散热干扰较小；生产性好、维修性好。

本实用新型带有输出接触器和输入接触器，输入接触器可以使管理模块可以根据需要在设备两侧进行任意并网或者退网，输出接触器可以智能化接入设备，提高了设备的自动化水平和安全性。本实用新型接上动力电池组，就是智能动力电池管理模块，如图6所示；接上电阻，就是智能电阻负载，如图7所示；如果两端都是直流电网，就是直流电网智能桥接器，如图8所示。

本实用新型结构紧凑，配置方便灵活，散热设计简洁合理，电磁兼容性和维修性好，扩展能力强，可进行智能电池管理、智能负载管理和直流电网智能桥接管理，实现了通用电力电子开发平台，降低了智能电池、智能负载和直流电网智能桥接器等电力电子设备的开发难度和开发成本，提高了系统的安全性、通用性、维修性、紧凑性和可扩展性。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本实用新型精神作举例说明。本实用新型所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本实用新型的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (10)

1.一种直流电网智能桥接管理模块，其特征在于：包括模块外壳、位于模块外壳前部的操作区、位于操作区后方底层的功率变换区和位于操作区后方上层的控制区；所述的操作区包括设置在模块外壳前方操作面板上方左侧的触摸屏（15）以及操作面板上方右侧的故障指示灯及蜂鸣器（16）、急停按钮（17）和启动开关（18），还包括依次设置在操作面板中部的通讯与控制左航插（19）、以太网航插（20）和通讯与控制右航插（21），以及设置在操作面板下方的输出正极航插（22）、输入负极航插（23）、输出负极航插（24）、输入正极航插（25）和接地铜台（26）；所述的功率变换区包括位于前部储能区域的输出支路滤波电感（7）、输出总滤波电感（29）和输出滤波电容（30），以及输出负极接触器（27）和输出熔断器（28）；还包括位于后部功率开关区域的多路IGBT半桥（4）、散热器（5）和散热风机（6），以及直流母线支撑电容（11）和温度保护开关（33）；所述的控制区包括位于前部控制开关区域的第一安装板（1）以及安装在第一安装板（1）上的输出正极接触器（8）、预充电接触器（9）和输入正极接触器（10），以及XY电容（14）；还包括位于后部主控区域的第二安装板（2）以及安装在第二安装板（2）上的控制板（3），以及预充电电阻（12）。

2.根据权利要求1所述的一种直流电网智能桥接管理模块，其特征在于，所述的操作区通过绝热绝缘板（34）与功率变换区及控制区隔离。

3.根据权利要求1所述的一种直流电网智能桥接管理模块，其特征在于，所述的输出正极航插（22）分别连接输出熔断器（28）、输出正极接触器（8）及其下方的输出总滤波电感（29）、输出支路滤波电感（7）、IGBT半桥（4）、输入正极接触器（10）和输入正极航插（25）。

4.根据权利要求1所述的一种直流电网智能桥接管理模块，其特征在于，所述的XY电容（14）和IGBT半桥（4）之间连接有直流母线支撑电容（11）。

5.根据权利要求4所述的一种直流电网智能桥接管理模块，其特征在于，所述的输出负极航插（24）分别连接底部的输出负极接触器（27）和输入负极航插（23）；输入负极航插（23）同时与XY电容（14）的负极、直流母线支撑电容（11）的负极、IGBT半桥（4）的负极和输出滤波电容（30）的负极连接。

6.根据权利要求1所述的一种直流电网智能桥接管理模块，其特征在于，所述的预充电接触器（9）和预充电电阻（12）与输出正极接触器（8）并联。

7.根据权利要求1所述的一种直流电网智能桥接管理模块，其特征在于，所述的IGBT半桥（4）和输出支路滤波电感（7）之间的铜排上安装有输出支路电流传感器（13）。

8.根据权利要求1所述的一种直流电网智能桥接管理模块，其特征在于，所述的输出总滤波电感（29）和输出支路滤波电感（7）之间的铜排上安装有输出总电流传感器（31）。

9.根据权利要求1所述的一种直流电网智能桥接管理模块，其特征在于，所述的输入正极接触器（10）和直流母线支撑电容（11）之间的铜排上安装有输入电流传感器（32）。

10.根据权利要求1所述的一种直流电网智能桥接管理模块，其特征在于，所述的散热风机（6）从管理模块尾部下方抽风，经过散热器（5）的散热鳍片和模块外壳封闭所形成的风道，带走IGBT半桥（4）所产生的热量。