[发明专利]具有双向充电和放电的功率转换器的电路设计

说明书

本申请公开了一种用于对电池进行充电和放电的电子功率转换装置、一种电子机架和一种控制电子功率转换系统的方法。所述装置包括：第一开关电路，所述第一开关电路被耦接到外部电源或外部负载；第二开关电路，所述第二开关电路被耦接到电池，所述第一开关电路和所述第二开关电路是双向开关电路；功率转换器电路，所述功率转换器电路被耦接在所述第一开关电路和所述第二开关电路之间；和控制电路，所述控制电路被耦接以控制所述第一开关电路和所述第二开关电路的开关以在充电模式或放电模式下操作。

技术领域

本公开的实施例一般涉及电池能量存储，并且具体地但非排他地涉及具有多个直流(DC)总线和电池单元组连接以及双向充电和放电的功率转换器的电路设计。

背景技术

电池能量存储对于许多应用来说是非常重要的能量存储方法，诸如电动车辆、消费电子产品、微电网、太阳能和风能以及数据中心备用单元。电池单元提供必要的能量来支持应用，作为主要电源或在主电源不可用时作为备用电源。因此，电池能量存储的可靠性对于确保电力可用性和功能性至关重要。

附图说明

参考以下附图描述本发明的非限制性和非穷举性实施例，其中除非另有说明，否则贯穿各个视图，相同的附图标记指代相同的部分。

图1是根据本公开的一个实施例的用于具有双向充电和放电的多个DC总线和多个电池单元组的功率转换器模块的电路图。

图2A是根据本公开的一个实施例的处于充电模式的功率转换器模块的电路图，用于利用多个DC总线对多个电池单元组充电。

图2B是根据本公开的一个实施例的处于放电模式的功率转换器模块的电路图，用于将多个电池单元组放电到多个DC总线。

图2C是根据本公开的一个实施例的处于自检模式的功率转换器模块的电路图，用于监测电池单元组和功率转换器模块的操作状况。

图2D是根据本公开的一个实施例的处于自平衡模式的功率转换器模块的电路图，用于平衡功率转换器模块中的多个电池的电荷。

图3描绘根据本公开内容的一个实施例的包括在具有双向充电和放电能力的电池备用单元中的示例性双向电流开关(开关对)。

图4描绘根据本公开的一个实施例的用于控制具有多个DC总线和多个电池单元组连接的功率转换器模块的操作模式的方法的流程图。

图5是根据本公开的另一实施例的包括电池备用单元的电子服务器机架，电池备用单元具有功率转换器模块，功率转换器模块具有多个DC总线和多个电池单元组以及双向充电和放电能力。

具体实施方式

描述用于具有双向充电和放电的多个DC总线和电池组的电路设计的装置和系统的实施例。描述特定的细节以提供对实施例的理解，但是相关领域的技术人员将认识到，可以在没有所描述细节中的一个或多个的情况下或者利用其他方法、组件、材料等实践本发明。在某些实例中，公知的结构、材料或操作没有详细示出或描述，但是仍然包含在本发明的范围内。

在整个说明书中，对“一个实施例”或“实施例”的引用意味着所描述的特征、结构或特性可以被包括在至少一个所描述的实施例中，从而出现“在一个实施例中”或“在实施例中”不一定全部指的是同一实施例。此外，在一个或多个实施例中，可以以任何合适的方式组合特定的特征、结构或特性。

本公开提供具有多个DC总线连接、多个电池单元组连接以及自检能力的双向充电和放电电路。自检操作可以包括温度上升测试、保护测试、劣化测试等，而不会中断电路的正常运行。传统上，两个单独的转换器用于对电池单元进行充电和放电。即使仅具有单个转换器，本公开使用多个双向开关为电路提供了双向功能性。