一种并联充电模块及其应用的直流屏系统的制作方法

本发明涉及一种并联充电模块，并涉及应用此并联充电模块的直流屏系统。

背景技术：

传统直流屏采用集中供电方式，充电模块(本专利中称之为现有模块)可以为一组220v或110v蓄电池组(本专利中称之为高压电池组)充电，同时为负载提供直流电源。如图1所示为例，系统具有并联的2个现有模块10和1个高压电池组6，现有模块10只有1个ac/dc交直流变换器，只能在有交流输入情况下才能为高压电池组6进行充电及负载7供电，而且现有模块10为模拟芯片控制，并非数字化dsp芯片控制。该系统主要存在如下缺陷：系统复杂、体积大、重量重；当无交流输入且某一节电池出现开路故障时，负载将出现供电中断问题，可靠性低；电池组由多个电池串联而成，使得对每个电池做有效性检测时极为不方便，增大了设备维护的工作量。

针对传统直流屏存在的不足，本发明人进行了长期、大量的研究，根据实际情况从不同角度进行开发设计，以求适应用户的不同需求，同时，申请了多项发明专利。

比如，本发明人曾经研发了《分布式直流电源装置》，中国发明专利号02112814.6，此专利技术针对传统直流屏系统复杂、体积大、重量重、可靠性低的缺陷，采用了分散供电代替传统的集中供电，使得装置体积小，不额外占用空间，可靠性高，主要适合对占地要求敏感的客户，适用于小型开关站。

又比如，本发明人还研发了《一种蓄电池并联供电方法》，中国发明专利号200810072483.0，此专利技术针对传统直流屏因无交流输入且某一节电池出现开路故障而出现供电中断问题以及维护的工作量大、用户投资成本大的问题，采用了电池并联代替传统的电池串联，电池组不再是简单的串联供电，而是由二个以上的供电支路并联供电，且每一个供电支路可以独立做在一个板块上，这样，实现了利用低压电池组取代传统的高压电池组，当其中一个供电支路发生故障时，其余供电支路仍然正常供电，而且只要单独拆卸出现故障的板块，进行检测，十分方便，减小设备维护的工作量。把这样的供电方法应用到直流屏上，当失去外部电源时，就可以真正提供更加有效的直流电源，为发电厂和变电站等的开关设备和二次仪表提供更加可靠的电源保障。同时减少蓄电池数量也能实现同样的供电效果，从而大大缩减了成本，为用户缓减投资压力。

上述两项研发设计都是对传统直流屏进行了替换型的改进，但是，在事实上，还存在大量开关站很难进行替换改造，而更多需要增补型的改进。在集中供电的直流屏系统中，涉及到直流馈电，要求提供足够大的短路电流，从而使直流断路器能够跳闸，并且要实现二级或三级以上断路器之间的级差配合，避免单纯采用dc/dc模块在某些情况下无法提供足够大的短路电流，以满足大的直流系统用户的需求。而传统直流屏系统中高压电池组的存在恰恰可以提供足够大的短路电流让负载侧的断路器跳闸，并实现级差配合，不会出现某一回路发生短路故障，而导致其他回路失电的情况。为此，本发明人进一步深入研究，开发设计出新型并联充电模块，可在原有传统直流屏系统的基础上直接增加新模块，以弥补高压电池组供电缺陷和维修缺陷。

技术实现要素：

本发明的主要目的在于提供一种并联充电模块，可应用于与传统直流屏结合，以弥补传统直流屏存在的不足，或可单独使用。

本发明的另一目的在于提供应用此并联充电模块的直流屏系统。

为了达成上述目的，本发明的解决方案是：

一种并联充电模块，包括电磁兼容emc部分、1#ac/dc交直流变换器、2#ac/dc交直流变换器、dc/dc直流变换器以及dsp控制芯片；电磁兼容emc部分的输入端供与输入的交流电源连接；1#ac/dc交直流变换器的输入端与2#ac/dc交直流变换器的输入端并联连接至电磁兼容emc部分的输出端；1#ac/dc交直流变换器的输出端输出高压，供给高压电池组和负载；2#ac/dc交直流变换器的输出端输出低压且一个支路供给低压电池组，而另一个支路与dc/dc直流变换器的输入端连接；dc/dc直流变换器的输出端并联至1#ac/dc交直流变换器的输出端，且输出高压供给高压电池组和负载；dsp控制芯片连接在1#ac/dc交直流变换器输入端进行交流输入采样，dsp控制芯片连接在1#ac/dc交直流变换器和dc/dc直流变换器的输出端进行输出电压采样和输出电流采样，dsp控制芯片连接在2#ac/dc交直流变换器的输出端进行充电电流采样和电池电压采样，通过数字信号处理，输出pwm1信号和pwm3信号控制1#ac/dc交直流变换器和dc/dc直流变换器对高压电池组充电，输出pwm2信号控制2#ac/dc交直流变换器对低压电池组充电。

应用此并联充电模块的直流屏系统，为采用新旧模块及高低压电池组的双混合型直流屏系统，包括一个以上现有模块、一个以上并联充电模块、一个以上低压电池组和一个高压电池组；所有的现有模块和并联充电模块并联在一起，输入端与交流电源连接，所有现有模块的输出端通过k1开关连接至直流母线，所有并联充电模块的输出端通过k3开关连接至直流母线，每一个并联充电模块的2#ac/dc交直流变换器的输出端连接一个低压电池组，高压电池组通过k2开关连接在直流母线上。

应用此并联充电模块的直流屏系统，为采用高低压电池组的单混合型直流屏系统，包括一个以上并联充电模块、一个以上低压电池组和一个高压电池组；所有的并联充电模块并联在一起，输入端与交流电源连接，所有并联充电模块的输出端通过k3开关连接至直流母线，每一个并联充电模块的2#ac/dc交直流变换器的输出端连接一个低压电池组，高压电池组通过k2开关连接在直流母线上。

应用此并联充电模块的直流屏系统，为采用并联充电模块的并联型直流屏系统，包括一个以上并联充电模块和一个以上低压电池组；所有的并联充电模块并联在一起，输入端与交流电源连接，所有并联充电模块的输出端通过k3开关连接至直流母线，每一个并联充电模块的2#ac/dc交直流变换器的输出端连接一个低压电池组。

应用此并联充电模块的直流屏系统，为采用并联充电模块的传统直流屏系统，包括一个以上并联充电模块和一个高压电池组；所有的并联充电模块并联在一起，输入端与交流电源连接，所有并联充电模块的输出端通过k3开关连接至直流母线，高压电池组通过k2开关连接在直流母线上。

所述低压电池组为24v，由2节12v电池组成。

所述高压电池组为110v或220v。

采用上述方案后，本发明的并联充电模块具有2个ac/dc交流变换器及1个dc/dc直流变换器，在有交流输入的情况下，可以为负载供电，同时为高压电池组及低压电池组充电，在无交流输入的情况下，低压电池组也可以通过dc/dc变换器为高压电池组充电及为负载供电。本发明的并联充电模块采用全数字dsp控制，实现1个芯片同时控制多个变换器。

本发明可在原有传统直流屏系统的基础上直接增加新模块，增加n(n≥1)个并联充电模块组成，既提高现有直流屏供电的可靠性又解决其长期存在的问题。当无交流输入且高压电池组出现故障时，低压电池组仍然可以为负载提供电源，保证负载供电连续性，并且，可实现对高压电池组的在线更换，弥补了传统直流屏系统中高压电池组供电缺陷和维修缺陷。本发明的并联充电模块也可以独立灵活组成多种形式的直流屏。本发明也可以应用于电动汽车充电、增程。

附图说明

图1是传统直流屏系统的结构示意图；

图2是本发明采用新旧模块及高低压电池组的双混合直流屏系统；

图3是本发明采用高低压电池组的单混合直流屏系统；

图4是本发明采用并联充电模块的并联型直流屏系统；

图5是本发明采用并联充电模块的传统直流屏系统；

图6是本发明的并联充电模块结构示意图。

标号说明

现有模块10；

并联充电模块20：

电磁兼容emc部分1，1#ac/dc交直流变换器2，2#ac/dc交直流变换器3，dc/dc直流变换器4，dsp控制芯片5，高压电池组6，负载7，低压电池组8。

具体实施方式

请参阅图6所示，本发明揭示的一种并联充电模块20，包括电磁兼容emc部分1、1#ac/dc交直流变换器2、2#ac/dc交直流变换器3、dc/dc直流变换器4以及dsp控制芯片5。电磁兼容emc部分1的输入端供与输入的交流电源连接。1#ac/dc交直流变换器2的输入端与2#ac/dc交直流变换器3的输入端并联，连接至电磁兼容emc部分1的输出端。1#ac/dc交直流变换器2的输出端输出高压，供给高压电池组6(可为18节12v电池组或108节2v电池组)和负载7。2#ac/dc交直流变换器3的输出端输出低压，且一个支路供给低压电池组8(可由2节12v电池组成24v)，而另一个支路与dc/dc直流变换器4的输入端连接。dc/dc直流变换器3的输出端并联至1#ac/dc交直流变换器2的输出端，且输出高压供给高压电池组6和负载7。dsp控制芯片5连接在1#ac/dc交直流变换器2输入端进行交流输入采样，dsp控制芯片5连接在1#ac/dc交直流变换器2和dc/dc直流变换器4的输出端进行输出电压采样和输出电流采样，dsp控制芯片5连接在2#ac/dc交直流变换器3的输出端进行充电电流采样和电池电压采样，通过数字信号处理(比如pid算法)，输出pwm1信号(脉冲宽度调制信号)控制1#ac/dc交直流变换器2对高压电池组6进行充电，输出pwm3信号(脉冲宽度调制信号)控制dc/dc直流变换器4对高压电池组6进行充电，输出pwm2信号(脉冲宽度调制信号)控制2#ac/dc交直流变换器3对低压电池组8进行充电。

本发明并联充电模块20的工作原理：

(1)有交流输入时，1#ac/dc交直流变换器2为高压电池组6进行充电，并同时为负载7供电；2#ac/dc交直流变换器3为低压电池组8进行充电；dc/dc直流变换器4处于待机工作状态不为负载7及高压电池组6提供电源。

(2)无交流输入时，1#ac/dc交直流变换器2及2#ac/dc交直流变换器3停止工作，低压电池组8通过dc/dc直流变换器4为高压电池组6进行充电，同时为负载7供电。

(3)有交流输入情况下，dps控制芯片5也能控制1#ac/dc交直流变换器2及2#ac/dc交直流变换器3停止工作，并使低压电池组8通过dc/dc直流变换器4为高压电池组6进行充电，同时为负载7供电，以实现对低压电池组8进行放电维护及在线核容的功能。

(4)dsp控制芯片5通过直流输出电压vo及输出电流io采样，并经过pid算法调整pwm1的占空比，实现1#ac/dc交直流变换器2为高压电池组6充电的功能。

(5)dsp控制芯片5通过低压电池组电压vb及充电电流ib的采样，并经过pid算法调整pwm2的占空比，实现2#ac/dc交直流变换器3为低压电池组8充电的功能。

(6)dsp控制芯片5通过直流输出电压vo及输出电流io采样，并经过pid算法调整pwm3的占空比，实现dc/dc直流变换器4为高压电池组6充电的功能。

本发明的并联充电模块20(本专利中称之为新型模块)采用数字化电源方案，增加为一组24v低压电池组充电的功能，并可将该低压电池组24v电压转换为220v或110v输出，同时为220v或110v高压电池组6充电及为负载7供电。具有如下优点：

参阅图2所示，是本发明并联充电模块20的应用实施例一，为采用新旧模块及高低压电池组的双混合型直流屏系统，包括2个现有模块10、2个并联充电模块20、2个低压电池组8和1个高压电池组6。所有的现有模块10和并联充电模块20并联在一起，输入端与交流电源连接，所有现有模块10的输出端通过k1开关连接至直流母线，所有并联充电模块20的输出端通过k3开关连接至直流母线，每一个并联充电模块20的2#ac/dc交直流变换器3的输出端连接一个低压电池组8，高压电池组6通过k2开关连接在直流母线上。本发明在传统直流屏系统中增加n(n≥1)个本发明的并联充电模块20，将其直流输出与传统直流屏充电模块输出并联，即可组成不同电池组及不同充电模块混用的双混合型直流屏，增加传统直流屏系统的电池容量，提高传统直流屏供电的可靠性，解决传统直流屏系统长期存在的问题。有交流输入时，交流电经过现有模块10及并联充电模块20输出直流电为高压电池组6充电及为负载7供电；同时交流电经过并联充电模块20为低压电池组8充电。无交流输入时，现有模块10停止工作，24v低压电池组8经过并联充电模块20升压后输出直流电为高压电池组6充电及为负载7供电。在有交流输入情况下，当需要为低压电池组6进行放电维护或在线核容时，现有模块10可以停止工作，24v低压电池组8经过并联充电模块20升压后输出直流电为高压电池组6充电及为负载7供电。当无交流输入，且高压电池组6出现故障时，低压电池组8仍然可以为负载7提供电源，保证负载7供电连续性，并可实现对高压电池组6的在线更换。

本发明的实施例一与没有高压电池组6的直流屏系统相比，如果没有高压电池组6，当某一回路的负载发证短路故障时，单纯靠现有模块10以及并联充电模块20的电力电子变换输出是不足以提供足够大的短路电流使负载侧的断路器跳闸的，这样会导致现有模块10及并联充电模块20进行过流保护，导致所有负载回路都失电。实施例一兼容了高压电池组6，再将低压电池组8并联，既解决了电池供电的可靠性问题，又解决了直流配电环节的系统性问题。

当然，本发明的并联充电模块20也可以独立灵活组成多种形式的直流屏。

如图3所示，是本发明并联充电模块20的应用实施例二，为采用高低压电池组的单混合型直流屏系统，包括2个并联充电模块20、2个低压电池组8和1个高压电池组6。所有的并联充电模块20并联在一起，输入端与交流电源连接，所有并联充电模块20的输出端通过k3开关连接至直流母线，每一个并联充电模块20的2#ac/dc交直流变换器3的输出端连接一个低压电池组8，高压电池组6通过k2开关连接在直流母线上。当无交流输入，且高压电池组6出现故障时，低压电池组8仍然可以为负载7提供电源，保证负载7供电连续性，并可实现对高压电池组6的在线更换。

如图4所示，是本发明并联充电模块20的应用实施例三，为采用并联充电模块的并联型直流屏系统(多低压电池组并联升压直流屏)，包括2个并联充电模块20和2个低压电池组。所有的并联充电模块20并联在一起，输入端与交流电源连接，所有并联充电模块20的输出端通过k3开关连接至直流母线，每一个并联充电模块20的2#ac/dc交直流变换器3的输出端连接一个低压电池组8。当无交流输入时，低压电池组8仍然可以为负载7提供电源，保证负载7供电连续性，并可实现对高压电池组6的在线更换。

如图5所示，是本发明并联充电模块20的应用实施例四，为采用并联充电模块的传统直流屏系统(与现有直流屏系统一样的单高压电池组直流屏)，包括2个并联充电模块20和1个高压电池组6。所有的并联充电模块20并联在一起，输入端与交流电源连接，所有并联充电模块20的输出端通过k3开关连接至直流母线，高压电池组6通过k2开关连接在直流母线上。

以上所述，仅为本发明的较佳实施方式，但本发明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发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。