[发明专利]模块化可串并联双Buck级联电池充电机主电路拓扑

说明书

技术领域

本发明涉及电池储能技术领域，具体涉及一种模块化可串并联双Buck级联电池充电机主电路拓扑。

背景技术

伴随2017年10月我国发展与改革委员会发布关于促进储能技术与产业发展的指导意见发布，我国电池储能技术的应用即将进入一个全新的发展时代。储能电池的广泛应用使其对充电设备的要求不断提升，可适用于不同容量规模储能电池组的充电机将迎来新的挑战。由于不同型号、不同规模电池组的充电需求不同，所以对于充电机的性能要求也有较大差异。

储能电池使用不当，必将大大缩减其使用寿命。影响其寿命长短的因素有很多，其中一个重要因素便是充放电使用不当。电池的充电过程是否合理对电池本身的影响是最大的，因此采用合理的充电方式，可以大大延长电池的使用寿命。

目前较为常见的传统线性电源充电器以及可控硅充电器的充电效率低、输出纹波大、体积笨重，很难满足不同规模类型储能电池大功率、高效率充电需求。现有全桥高频逆变后经变压器变压为多通道降压输出的充电电路，此类电路适用于高电压大功率能量传递，输出输入之间带隔离，但其体积较大，不适用于低电压小容量电池或小型仪器供用电场合。而使用拓扑结构为DC/DC降压斩波通过Flyback变换器隔离升降压变换滤波输出的充电电路，使用了前后级的隔离，输出电压电流的纹波小、输出电压等级固定、传输功率较低，适用于对功率要求较低的小电流低电压供电情况或者较为精密仪器部件供用电场合。两者在大小功率场合无法达到兼顾，即使有一些产品达到兼顾的效果，但不免存在大材小用或小才强用的境况。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了模块化可串并联双Buck级联电池充电机主电路拓扑，输出电压精准度更高，输出电流驱动能力更大，其可串并联使用的功能拓展了其推广应用性。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：

模块化可串并联双Buck级联电池充电机主电路拓扑，该主电路拓扑由两级Buck斩波电路级联而成；电路中由全桥整流模块D₁和滤波电容C₁构成AC/DC工频整流模块，其输入为220V交流电，输出电压为310V直流；第一级Buck降压斩波变换器由开关管S₁、二极管D₂、储能电感L₁以及滤波电容C₂构成，其输入为310V直流电压，输出为经初级降压的直流电压；第二级Buck降压斩波变换器由开关管S₂、二极管D₃、储能电感L₂以及滤波电容C₃构成。

其中，该该主电路拓扑的初级Buck电路输出电压u₂如下式所示：

式中，α₁为初级开关管S₁栅极驱动PWM占空比，t_1on和t_1off分别为开关管S₁开通与关断时间；

次级Buck电路输出电压u₃如下式所示：

式中，α₂为次级开关管S₂栅极驱动PWM占空比，t_2on和t_2off分别为开关管S₂开通与关断时间；

由以上可得输出电压u₃与u₀的关系如下式所示：

由式(3)可得通过调节α₁和α₂的大小即可调节输出电压大小。

其中，并联使用的双级变换器输出电压电流关系如下式所示：

串联使用的双级变换器输出电压电流关系如下式所示：

本发明可适用于不同容量规模电池组、可串并联使用，使得该充电机输出电压精准度更高，输出电流驱动能力更大，且对整体产品组合器件性能要求更低，使设备造价相对下降。

附图说明

图1为本发明实施例模块化可串并联双Buck级联电池充电机主电路拓扑图

图2为本发明实施例中所使用的等效电路

图3本发明实施例电路拓扑串联使用等效电路

图4为本发明实施例中单级Buck斩波电路输出电压波形

图5为本发明实施例的电路输出电压波形。

具体实施方式