CN219980480U - 一种充放电系统 - Google Patents

Abstract

本申请实施例提供一种充放电系统，涉及电池充放电技术领域。充放电系统包括逆变器、LLC隔离电源和DCDC控制电源；逆变器的交流端用于连接交流电，逆变器的直流端连接LLC隔离电源的高压端，LLC隔离电源的低压端连接DCDC控制电源的高压端，DCDC控制电源的低压端用于连接电池组。LLC隔离电源起到将高压直流电转化为较低压的直流电并且隔离的作用，因此能够通过高压母线传输方式，减少线路中的损耗，节省成本。

Description

一种充放电系统

技术领域

本申请涉及电池充放电技术领域，尤其涉及充放电系统。

背景技术

随着储能行业的兴起，对电池充放电设备的使用需求日益增多，尤其在电池生产阶段的串联模式设备的普遍应用。

而设备都是存在能量损耗的，伴随着充放电设备的使用，如何减少充放电过程中的能量浪费以及对电网质量的扰动，进而提升能量转化效率和改善电能质量，已经成为行业普遍关注的问题。

具体来说，现在生产模式采用中压双向ACDC逆变电源和双向DCDC电源组合成整体电源柜对电池进行充放电，在充放电的能量转化过程中，经过了两部分电源的损耗，受限于电池端电压总量，双向DCDC电源的母线电压使用不高，维持在200～350V左右，同功率电能传输中，母线电压越高，线路损耗越低，同时，过多的中压双向ACDC逆变电源使用，致使电网质量过差，在能量反馈电网时尤其明显。

实用新型内容

本申请的目的在于提供一种充放电系统，以解决现有技术中提升能量转化效率的技术问题。

为实现上述目的，本申请实施例提供一种充放电系统，包括逆变器、LLC隔离电源和DCDC控制电源。

所述逆变器的交流端用于连接交流电，所述逆变器的直流端连接所述LLC隔离电源的高压端，所述LLC隔离电源的低压端连接所述DCDC控制电源的高压端，所述DCDC控制电源的低压端用于连接电池组。

所述LLC隔离电源和所述DCDC控制电源均为双向电路，用于适应所述电池组的充电和放电两种功能。

可选地，所述逆变器的直流端输出电压为650～850V。

可选地，所述LLC隔离电源为多个，所述DCDC控制电源为多个，且LLC隔离电源和DCDC控制电源一一对应连接，所述逆变器的直流端连接多个LLC隔离电源的高压端。

可选地，所述LLC隔离电源包括变压器、电感和电容，所述变压器的第一线圈、所述电感和所述电容串联并连接于所述逆变器的直流端，所述变压器的第二线圈连接于所述DCDC控制电源的高压端。

可选地，所述LLC隔离电源还包括开关管，所述变压器的第二线圈通过所述开关管连接所述DCDC控制电源的高压端。

可选地，所述LLC隔离电源还包括第一开关管和第二开关管，所述第一开关管的控制端和所述第二开关管的控制端用于连接控制器，所述第一开关管的第一端连接于所述逆变器的直流端一极，所述第二开关管的第二端连接于所述逆变器的直流端另一极，所述第一开关管的第二端连接所述第二开关管的第一端；

所述变压器的第一线圈、所述电感和所述电容串联之后的一端连接于所述第一开关管的第二端，另一端连接于所述第二开关管的第二端。

可选地，所述DCDC控制电源的高压端电压为200～250V。

可选地，所述逆变器包括三相桥式逆变电路。

可选地，所述三相桥式逆变电路包括第一桥臂单元、第二桥臂单元和第三桥臂单元；

所述第一桥臂单元、所述第二桥臂单元和所述第三桥臂单元用于连接三相交流电；

所述第一桥臂单元、所述第二桥臂单元和所述第三桥臂单元并联于第一并联连接点和第二并联连接点，所述第一并联连接点和所述第二并联连接点均连接所述LLC隔离电源。

可选地，每个桥臂单元包括两个桥臂开关管，每个桥臂单元中，两个桥臂开关管串联之后的两端所述连接于第一并联连接点和所述第二并联连接点；两个桥臂开关管的连接点用于连接交流电。

相对于现有技术，本申请具有以下有益效果：

本申请实施例提供的充放电系统，在逆变器和DCDC控制电源之间加入LLC隔离电源，LLC隔离电源起到将高压直流电转化为较低压的直流电并且隔离的作用，因此能够让逆变器的直流端电压更高，电压高的条件下能够实现更低能耗、更远距离的传输。

因此可以进一步设置逆变器的直流端通过母线再连接多个LLC隔离电源、多个DCDC控制电源，形成一种高压直流母线的布局方式。还可以实现电池间的相互能量传输转化，放电的电池给充电的电池充电，减少电池充放电能量回收储存再利用过程中的能量损耗和电网质量的影响。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本申请实施例提供的一种充放电系统的示意图；

图2为本申请实施例提供的一种逆变器通过母线连接多个LLC隔离电源的示意图；

图3为本申请实施例提供的一种逆变器通过母线对三组电池充电的示意图；

图4为本申请实施例提供的一种逆变器连接的两组电池之间互相充放电示意图；

图5为本申请实施例提供的一种逆变器和LLC隔离电源结构示意图；

图6为本申请实施例提供的一种逆变器和三个LLC隔离电源连接的示意图。

附图标记说明：

101-逆变器

102-LLC隔离电源

103-DCDC控制电源

104-电池组

1011-第一桥臂单元

1012-第二桥臂单元

1013-第三桥臂单元

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本申请的描述中，需要说明的是，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。术语“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。

现有的中压双向ACDC逆变电源和双向DCDC电源组合成整体电源柜对电池进行充放电，一个中压双向ACDC逆变电源不适用于为多个双向DCDC电源，因为其电压较低，传输过程产生的能耗较大。

为了克服以上问题，可参阅图1，本申请实施例提供了一种充放电系统，包括逆变器101、LLC隔离电源102和DCDC控制电源103。

接下来对图中各端进行说明：

图中逆变器101的左端为交流端，右端为直流端；

图中LLC隔离电源102左端为高压端，右端为低压端；

图中DCDC控制电源103左端为高压端，右端为低压端。

根据上述对各部分各端的说明，描述连接关系如下：

逆变器101的交流端用于连接交流电，逆变器101的直流端连接LLC隔离电源102的高压端，LLC隔离电源102的低压端连接DCDC控制电源103的高压端，DCDC控制电源103的低压端用于连接电池组104。

其中，LLC隔离电源102和DCDC控制电源103均为双向电路，用于适应电池组104的充电和放电两种功能。

本申请实施例的有益效果在于：由于在逆变器和DCDC控制电源之间加入LLC隔离电源，LLC隔离电源起到将高压直流电转化为较低压的直流电并且隔离的作用，因此能够让逆变器的直流端电压更高，电压高的条件下能够实现更低能耗、更远距离的传输。

逆变器101的输出电压为650～850V，例如700V、750V、800V等，这样能够实现更低能耗、更远距离的传输。DCDC控制电源103的高压端电压可以为200～250V。

如图2，可以进一步设置逆变器101的直流端通过母线再连接多个LLC隔离电源102、多个DCDC控制电源103，形成一种高压直流母线的布局方式。即本充放电系统可包括n个LLC隔离电源和n个DCDC控制电源，LLC隔离电源和DCDC控制电源一一对应连接，逆变器101的直流端连接n个LLC隔离电源的高压端。

多个DCDC控制电源是为了给多组电池实现充电或放电的功能，过去需要为每一组电池配备一个逆变器的方案，多个逆变器对电网产生影响，致使电网质量过差(逆变器为开关性电源，产生的高次谐波容易对电网质量产生影响，尽量减小其使用个数以及负载量则可以减少其对电网质量产生影响)。

而本申请实施例能够用一个逆变器代替，减少对电网的影响，从而避免使电网质量过差。

在连接了多个LLC隔离电源和多个DCDC控制电源的情况下，本充放电系统还能够实现不同电池组间的相互能量传输转化，放电的电池给充电的电池充电，减少电池充放电能量回收储存再利用过程中的能量损耗，并进一步减少电网质量的影响。

图3和图4展示了两种能量流向示意图：

图3中，一个逆变器为三组电池充电的过程，能量从一个逆变器分为三路到三个LLC隔离电源，再从每个LLC隔离电源经过一个DCDC控制电源到电池。DCDC控制电源可以根据电池的数量控制充电电压；

图4中，一个逆变器连接有两组电池，这两组电池中有一组充电(图中下方一组)，另一组放电(图中上方一组)，能量从上方的一组电池中流出，经过DCDC控制电源到LLC隔离电源，再到另一组电池对应的LLC隔离电源，再经过对应的DCDC控制电源到下方的电池。

图4可以看出，电池释放的能量可跳过逆变器的重复传输消耗而转化为其他库位电池吸收的能量。

若采用传统的一个逆变器对应一组电池，则需要从一组电池经过逆变器到电网，再从电网传到另一组逆变器，最终到另一组电池。可见逆变器反复传输，不仅消耗能量，还可能对电网产生负面影响。

图5、图6展示出了一种逆变器和LLC隔离电源具体结构。其中图5为一个逆变器连接一个LLC隔离电源的示例。

其中，逆变器101包括三相桥式逆变电路。三相桥式逆变电路包括三个桥臂单元，每个桥臂单元包括两个桥臂开关管，即图中左边第一列两个桥臂开关管组成第一桥臂单元1011，左边第二列两个桥臂开关管组成第二桥臂单元1012，左边第三列两个桥臂开关管组成第三桥臂单元1013。

第一桥臂单元1011、第二桥臂单元1012和第三桥臂单元1013并联于第一并联连接点和第二并联连接点，第一并联连接点和第二并联连接点即母线，母线连接多个LLC隔离电源102。

每个桥臂单元连接交流电的一相，具体地，每个桥臂单元中，两个桥臂开关管的连接点连接交流电的一相。

LLC隔离电源102包括变压器、电感Ls和电容Cs，图中变压器左边的线圈命名为第一线圈，右边的线圈命名为第二线圈。

变压器的第一线圈Lm、电感Ls和电容Cs串联形成LLC电路，LLC电路的两端连接于逆变器101的直流端正负极，变压器的第二线圈连接于DCDC控制电源103的高压端。

变压器的第二线圈通过开关管连接DCDC控制电源103的高压端，此处开关管可以是MOS管，可以实现充电或放电两种功能：充电时，不需要将MOS管的Vgs设置为导通电压，让电流经过漏极到源极的二极管；放电时，将MOS管的Vgs设置为导通电压，让电流从源极经过MOS管到漏极。

LLC隔离电源102还包括第一开关管M1和第一开关管M2，第一开关管M1的控制端和第一开关管M2的控制端用于连接控制器，第一开关管M1的第一端连接于逆变器101的直流端一极，第一开关管M2的第二端连接于逆变器101的直流端另一极，第一开关管M1的第二端连接第一开关管M2的第一端。

所述变压器的第一线圈Lm、所述电感Ls和所述电容Cs串联之后的一端连接于所述第一开关管M1的第二端，另一端连接于所述第一开关管M2的第二端。

总体来说，本申请提出了一种充放电系统，与现有生产模式对比如下：

现有生产模式，中压双向ACDC逆变电源和双向DCDC电源组合成整体电源柜对电池进行充放电：

其一，就能量传输利用来说，该模式的中压双向ACDC逆变电源的直流电压不高，对电源效率转化影响较大，不利于电能的有效利用，导致在电池容量测算和性能检测中生产成本增加；

其二，从能量传输质量来说，该模式需要更多数量的逆变电源，对电能质量影响较大，不利于电网的稳定。

本申请的充放电系统：

其一，就能量传输利用来说，通过高压母线传输方式，减少线路中的损耗，节省成本；

其二，从能量传输质量来说，通过单一逆变器下电池能量转化的内循环，减少ACDC电源的功耗和对电网质量的干扰。

以上所描述的装置及系统实施例仅仅是示意性的，可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。

以上仅为本申请较佳的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种充放电系统，其特征在于，包括逆变器、LLC隔离电源和DCDC控制电源；所述逆变器的交流端用于连接交流电，所述逆变器的直流端连接所述LLC隔离电源的高压端，所述LLC隔离电源的低压端连接所述DCDC控制电源的高压端，所述DCDC控制电源的低压端用于连接电池组；

所述LLC隔离电源和所述DCDC控制电源均为双向电路，用于适应所述电池组的充电和放电两种功能。

2.如权利要求1所述的充放电系统，其特征在于，所述逆变器的直流端输出电压为650～850V。

3.如权利要求1所述的充放电系统，其特征在于，所述LLC隔离电源为多个，所述DCDC控制电源为多个，且LLC隔离电源和DCDC控制电源一一对应连接，所述逆变器的直流端连接多个LLC隔离电源的高压端。

4.如权利要求1所述的充放电系统，其特征在于，所述LLC隔离电源包括变压器、电感(Ls)和电容(Cs)，所述变压器的第一线圈(Lm)、所述电感(Ls)和所述电容(Cs)串联并连接于所述逆变器的直流端，所述变压器的第二线圈连接于所述DCDC控制电源的高压端。

5.如权利要求4所述的充放电系统，其特征在于，所述LLC隔离电源还包括开关管，所述变压器的第二线圈通过所述开关管连接所述DCDC控制电源的高压端。

6.如权利要求4所述的充放电系统，其特征在于，所述LLC隔离电源还包括第一开关管和第二开关管，所述第一开关管的控制端和所述第二开关管的控制端用于连接控制器，所述第一开关管的第一端连接于所述逆变器的直流端一极，所述第二开关管的第二端连接于所述逆变器的直流端另一极，所述第一开关管的第二端连接所述第二开关管的第一端；

所述变压器的第一线圈(Lm)、所述电感(Ls)和所述电容(Cs)串联之后的一端连接于所述第一开关管的第二端，另一端连接于所述第二开关管的第二端。

7.如权利要求1所述的充放电系统，其特征在于，所述DCDC控制电源的高压端电压为200～250V。

8.如权利要求1所述的充放电系统，其特征在于，所述逆变器包括三相桥式逆变电路。

9.如权利要求8所述的充放电系统，其特征在于，所述三相桥式逆变电路包括第一桥臂单元、第二桥臂单元和第三桥臂单元；

所述第一桥臂单元、所述第二桥臂单元和所述第三桥臂单元用于连接三相交流电；

所述第一桥臂单元、所述第二桥臂单元和所述第三桥臂单元并联于第一并联连接点和第二并联连接点，所述第一并联连接点和所述第二并联连接点均连接所述LLC隔离电源。

10.如权利要求9所述的充放电系统，其特征在于，每个桥臂单元包括两个桥臂开关管，每个桥臂单元中，两个桥臂开关管串联之后的两端所述连接于所述第一并联连接点和所述第二并联连接点；两个桥臂开关管的连接点用于连接交流电。