一种兼容多种电池电压的能量转换系统的制作方法

1.本实用新型涉及电源技术领域，尤其涉及一种兼容多种电池电压的能量转换系统。


背景技术：

2.不间断供电电源(uninterruptible powersupply，ups)是保证信息安全、工业自动化的基石，为储能变流器中的双向变流器(包括：单板、接触器和断路器等开关器件)供电，以保证储能变流器能够快速启动运行。
3.随着常规能源的有限行以及环境问题的日益突出，以太阳能、生物质能、风能等为主的具有环保、可再生特质的新能源得到了现代化的开发和利用。储能系统是新能源必不可少的支撑系统，电池储能系统的一个重要组成部分就是基于pwm技术的电压源型逆变器——能量转换系统(power conversion system，pcs)。
4.现有的兼容多种电池的方式不适合用于储能系统，储能系统功率大，自动化程度要求高，目前市面上的储能系统无法兼容多种电池电压的功能。为了保持变流器的高效运行，通常将低压方波发生器设置为开环工作，这就使得ups只能兼容一种电压，且工作范围比较窄。


技术实现要素：

5.为了解决以上技术问题，本实用新型提供了一种兼容多种电池电压的能量转换系统。
6.本实用新型所解决的技术问题可以采用以下技术方案实现：
7.一种兼容多种电池电压的能量转换系统，包括：
8.电池模组，预置有多种不同电压的电池；
9.滤波电路，连接所述电池模组；
10.谐振电路，连接滤波电路与变压器，电路始终工作在谐振状态下；
11.变压器，所述变压器包括原边绕组和副边绕组，所述原边绕组连接所述谐振电路，所述副边绕组包括一固定抽头和至少两个可切换抽头；
12.第一整流电路，所述第一整流电路包括至少两个第一桥臂和一第二桥臂，每一所述第一桥臂的桥臂中点连接一所述可切换抽头，所述第二桥臂的桥臂中点连接所述固定抽头；
13.逆变电路，所述逆变电路的正输入端连接所述第二桥臂的正输出端，所述逆变电路的负输入端分别连接所述第二桥臂的负输出端与所有所述第一桥臂的负输出端，所述逆变电路的输出连接负载或电网；
14.第一开关电路，可控制地连通所述至少两个第一桥臂的其中一所述第一桥臂的正输出端至所述逆变电路的正输入端。
15.优选地，所述第一开关电路包括至少一路控制开关，每一所述控制开关可控制地
连接于每一所述第一桥臂的正输出端和所述逆变电路的正输入端之间。
16.优选地，所述第一开关电路默认为开路，或者连通所述副边绕组的低压端。
17.优选地，连通的所述第一桥臂与所述第二桥臂组成全桥整流电路。
18.本实用新型还提供一种兼容多种电池电压的能量转换系统，包括：
19.电池模组，预置有多种不同电压的电池；
20.滤波电路，连接所述电池模组；
21.谐振电路，连接滤波电路；
22.变压器，所述变压器包括原边绕组和副边绕组，所述原边绕组连接所述谐振电路，所述副边绕组包括一固定抽头和至少两个可切换抽头；
23.第二整流电路，所述第二整流电路的正输入端通过一第二开关电路可控制地与所述至少两个可切换抽头相连接，所述第二整流电路的负输入端连接所述固定抽头；
24.逆变电路，连接于所述第二整流电路与负载或电网之间。
25.优选地，每一所述第二开关电路包括至少一路控制开关，每一所述控制开关可控制地连接于每一所述可切换抽头和所述第二整流电路的正输入端之间。
26.优选地，所述第二开关电路默认为开路，或者连通所述副边绕组的低压端。
27.优选地，每一路所述控制开关采用至少一继电器或者至少一开关管实现。
28.优选地，还包括：第一开关管和第二开关管，所述第一开关管和所述第二开关管与所述变压器组成推挽变压器。
29.优选地，所述谐振电路包括：谐振电容和谐振电感，所述谐振电容的一端连接所述第一开关管和所述第二开关管的源极，所述谐振电容的另一端通过所述谐振电感连接所述变压器的原边绕组的中心抽头。
30.本实用新型技术方案的优点或有益效果在于：
31.本实用新型通过切换至不同的可切换抽头，使得在不同的输入电压下，母线电压始终在满足逆变条件的范围内；从而使电路在谐振频率的工作条件下，能够兼容多种输入电压。
附图说明
32.图1a-1b为本实用新型较佳实施例中，控制开关设置在整流之后时具体实施例的电路结构示意图；
33.图2a-2c为本实用新型较佳实施例中，控制开关设置在整流之前时具体实施例的电路结构示意图。
具体实施方式
34.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，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
35.需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
36.下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步说明，但不作为本实用新型的限定。
37.实施例一
38.本实用新型的较佳的实施例中，基于现有技术中存在的上述问题，现提供一种兼容多种电池电压的能量转换系统，属于电源技术领域，如图1a-1b所示，包括：
39.电池模组，预置有多种不同电压的电池bt1，用以提供输入电压；
40.滤波电路，连接电池模组，用于对输入电压进行滤波处理；
41.谐振电路，连接滤波电路与变压器，谐振频率为固定的，q1与q2始终工作在谐振频率点，且固定占空比。
42.变压器，变压器包括原边绕组和副边绕组，原边绕组连接谐振电路，副边绕组包括一固定抽头和至少两个可切换抽头；
43.第一整流电路，第一整流电路包括至少两个第一桥臂和一第二桥臂，每一第一桥臂的桥臂中点连接一可切换抽头，第二桥臂的桥臂中点连接固定抽头；
44.逆变电路，逆变电路的正输入端连接第二桥臂的正输出端，逆变电路的负输入端分别连接第二桥臂的负输出端与所有第一桥臂的负输出端，逆变电路的输出连接负载或电网；
45.第一开关电路，可控制地连通至少两个第一桥臂的其中一第一桥臂的正输出端至逆变电路的正输入端。
46.具体的，在本实施例中，电池模组用以提供不同电压值的输入电压，输入电压可以是包括但限于12vdc，和/或24vdc，和/或48vdc，和/或96vdc。输入电压经过滤波电路进行滤波后，至谐振电路，谐振电路中的谐振电感可以为变压器漏感，电路始终工作在谐振频率点，从而使q1与q2实现软开关，经过谐振电路至变压器，然后通过第一开关电路的动作可控制相应可切换抽头对应的第一桥臂连通，与第二桥臂形成全桥整流电路，从而实现变压器的可切换抽头的切换，以实现在不同输入电压的情况下，第一整流电路输出的母线电压始终保持在一定的范围内，满足逆变的电压需求，给电网或负载输电，达到兼容多种输入电压的目的；同时本发明装置能够实现12vdc转220vac，也能实现24vdc转220vac，也能兼容48vdc和96vdc转220vac，在保持谐振转换的同时，极大地拓宽了变流装置的工作范围。
47.进一步的，其中，滤波电路包括：第一电感l1和第一电容c1，第一电容c1并联连接于电池模组，第一电感l1的一端连接电池模组的正极，第一电感l1的另一端连接通过谐振电感lr连接变压器t1原边绕组的中心抽头。
48.作为优选的实施方式，其中，变压器为推挽变压器，推挽变压器由变压器t1和第一开关管q1、第二开关管q2组成，第一开关管q1与第二开关管q2始终工作在谐振频率点，且保持固定占空比。
49.进一步的，谐振电路包括：谐振电容c2和谐振电感lr，谐振电容的一端连接第一开关管q1和第二开关管q2的源极，谐振电容c2的另一端通过谐振电感lr连接变压器t1的原边绕组的中心抽头，优选的，该谐振电感lr可以为变压器t1的漏感。
50.通过设置谐振电容c2和谐振电感lr帮助第一开关管q1与第二开关管q2实现软开关，大大减小甚至消除了开关损耗。
51.作为优选的实施方式，其中，第一开关电路包括至少一路控制开关，每一控制开关
可控制地连接于每一第一桥臂的正输出端和逆变电路的正输入端之间。
52.作为优选的实施方式，其中，每次只有一个第一桥臂是连通的，连通的第一桥臂与第二桥臂组成全桥整流电路。
53.作为优选的实施方式，其中，第一开关电路默认为开路，或者连通副边绕组的低压端。
54.作为优选的实施方式，其中，每一路控制开关采用至少一继电器或者至少一开关管实现。
55.具体的，控制开关可采用继电器实现，继电器可以设置为一个，也可以设置为一个以上。
56.进一步的，当兼容两种输入电压时，变压器副边绕组的可切换抽头为两个，继电器包括一个，第一整流电路中包括两个第一桥臂和一个第二桥臂，每个可切换抽头分别与对应的一第一桥臂的正输入端相连接，然后两个第一桥臂的正输出端连接继电器的切换端，继电器的输出连接逆变电路的正输入端，切换端用以在两个第一桥臂的正输出之间切换，从而实现变压器的可切换抽头的切换，可实现两种输入电压的兼容。
57.进一步的，切换端用以在两个第一桥臂的正输出之间切换，包括：当输入电压为低压时，切换到变压器副边的高压端抽头；当输入电压为高压时，切换到变压器副边的低压端抽头。
58.继电器设置为两个或两个以上时，第一个继电器在第一个可切换抽头和第二个可切换抽头对应连接的第一桥臂的正输出端之间切换，第二个继电器连接第一个继电器的输出和下一个可切换抽头对应连接的第一桥臂的正输出端，按上述连接方式类推，后一个继电器的切换端在前一个继电器的输出和下一个可切换抽头对应连接的第一桥臂的正输出端之间切换，直到最后一个继电器的输出连接逆变电路的正输入端。
59.在本实用新型的一个较佳实施例中，如图1a所示，为兼容三种输入电压的能量转换系统，变压器副边绕组的可切换抽头为三个，继电器包括一个，第一整流电路中包括三个第一桥臂和一个第二桥臂，第一整流电路由8个二极管组成，具体包括由二极管d11和d21组成的第一个第一桥臂、二极管d12和d22组成的第二个第一桥臂、二极管d13和d23组成的第三个第一桥臂d12，以及二极管d3和d4组成的第二桥臂。三个可切换抽头分别与对应的第一桥臂的桥臂中点连接，第一继电器k1在第一个可切换抽头和第二个可切换抽头对应连接的第一桥臂的正输出端之间切换，第二继电器k2连接第一继电器k1的输出和第三个可切换抽头。只有在第一继电器k1切换至第一个可切换抽头对应连接的第一桥臂的正输出端，同时第二继电器k2切换第一继电器k1的输出时，第一个第一桥臂才处于连通状态，此时第一个第一桥臂与第二桥臂组成全桥整流电路。通过两个继电器综合切换，实现三种输入电压的兼容。
60.在本实用新型的另一较佳实施例中，控制开关还可采用开关管实现，每一路开关管包括一个或者一个以上串联而成，例如，如图1b所示，为兼容三种输入电压的能量转换系统，第一开关电路包括三个开关管，具体包括：第七开关管q7，连接在第一个第一桥臂和逆变电路的正输入端之间；第八开关管q8，连接在第二个第一桥臂和逆变电路的正输入端之间；第九开关管q9，连接在第三个第一桥臂和逆变电路的正输入端之间。通过每一路开关管的通断状态实现切换控制，从而实现三种输入电压的兼容。
61.除此之外，本实用新型实施例一还可实现四种输入电压、五种输入电压或者更多种类的输入电压的兼容，其实现原理与上述类似，在此不再赘述。
62.于上述较佳的实施例中，控制开关设置在整流电路之后，通过控制开关和可切换抽头之间的整流二极管的反向截止作用，在继电器或者开关管的动作瞬间，实现零电流导通，无冲击电流。
63.实施例二
64.本实用新型还提供一种兼容多种电池电压的能量转换系统，如图2a-2c所示，包括：
65.电池模组，预置有多种不同电压的电池，用以提供输入电压；
66.滤波电路，连接电池模组，用于对输入电压进行滤波处理；
67.谐振电路，连接滤波电路与变压器；
68.变压器，变压器包括原边绕组和副边绕组，原边绕组连接谐振电路，副边绕组包括一固定抽头和至少两个可切换抽头；
69.第二整流电路，第二整流电路的正输入端通过一第二开关电路可控制地与至少两个可切换抽头相连接，第二整流电路的负输入端连接固定抽头；
70.逆变电路，连接于第二整流电路与负载或电网之间。
71.本实施例二在实施例一的基础上，调换控制开关和整流电路的位置，将控制开关设置为整流电路之前，同样可实现在变压器的可切换抽头之间进行切换，从而实现兼容多种输入电压的目的。
72.具体的，在本实施例中，电池模组用以提供不同电压值的输入电压，输入电压可以是包括但限于12vdc，和/或24vdc，和/或48vdc，和/或96vdc。输入电压经过滤波电路进行滤波后至变压器，然后通过第二开关电路的动作可控制相应的可切换抽头连接至第二整流电路正输入端，从而实现变压器的可切换抽头的切换，以实现在不同输入电压的情况下，第二整流电路输出的母线电压始终保持在一定的范围内，满足逆变的电压需求，给电网或负载输电，达到兼容多种输入电压的目的；同时本发明装置能够实现12vdc转220vac，也能实现24vdc转220vac，也能兼容48vdc和96vdc转220vac，极大地拓宽了变流装置的工作范围。
73.进一步的，其中，滤波电路包括：第一电感l1和第一电容c1，第一电容c1并联连接于电池模组，第一电感l1的一端连接电池模组的正极，第一电感l1的另一端连接通过谐振电感lr连接变压器t1原边绕组的中心抽头。
74.进一步的，谐振电路包括：谐振电容c2和谐振电感lr，谐振电容的一端连接第一开关管q1和第二开关管q2的源极，谐振电容c2的另一端通过谐振电感lr连接变压器t1的原边绕组的中心抽头，优选的，该谐振电感lr可以为变压器t1的漏感。
75.作为优选的实施方式，其中，变压器为推挽变压器，推挽变压器由变压器t1和第一开关管q1、第二开关管q2组成，第一开关管q1与第二开关管q2始终工作在固定频率(及谐振频率)条件下，且保持固定占空比。
76.其中，第二整流电路可直接采用现有的全桥整流电路，包括一个第一桥臂和一个第二桥臂，第一桥臂的桥臂中点作为全桥整流电路的正输入端，第二桥臂的桥臂中点作为全桥整流电路的负输入端；第二开关电路连接在至少两个可切换抽头和全桥整流电路的正输入端之间，从而变压器的可切换抽头的切换。
77.作为优选的实施方式，其中，每一第二开关电路包括至少一路控制开关，每一控制开关可控制地连接于每一可切换抽头和第二整流电路的正输入端之间。
78.作为优选的实施方式，其中，第二开关电路默认为开路，或者连通副边绕组的低压端。
79.作为优选的实施方式，其中，每一路控制开关采用至少一继电器或者至少一开关管实现。
80.具体的，控制开关可采用继电器实现，继电器可以设置为一个，也可以设置为一个以上。
81.进一步的，如图2a所示，当兼容两种输入电压时，变压器副边绕组的可切换抽头为两个，继电器包括一个，继电器k1的切换端在两个可切换抽头之间切换，继电器k1的输出连接第二整流电路的正输入端(即二极管d1和d2的连接处)，从而实现变压器的可切换抽头的切换，可实现两种输入电压的兼容。
82.进一步的，切换端用以在两个第一桥臂的正输出之间切换，包括：当输入电压为低压时，切换到变压器副边的高压端抽头；当输入电压为高压时，切换到变压器副边的低压端抽头。
83.继电器设置为两个或两个以上时，第一个继电器在第一个可切换抽头和第二个可切换抽头之间切换，第二个继电器在第一个继电器的输出和下一个可切换抽头之间切换，按上述连接方式类推，后一个继电器的切换端在前一个继电器的输出和下一个可切换抽头之间切换，直到最后一个继电器的输出连接第二整流电路的正输入端。
84.如图2b所示，为兼容三种输入电压的能量转换系统，变压器副边绕组的可切换抽头为三个，继电器包括第一继电器k1和第二继电器k2，第二整流电路中包括由二极管d1-d4组成的全桥整流电路。只有在第一继电器k1切换至第一个可切换抽头，同时第二继电器k2切换第一继电器k1的输出时，第一个可切换抽头输出的电压才经过第二整流电路进行整流处理，输出稳定的母线电压，通过两个继电器综合切换，实现三种输入电压的兼容。
85.进一步的，控制开关还可采用开关管实现，每一路开关管包括一个或者一个以上串联而成。例如，如图2c所示，每一路开关管由两个串联连接的开关管，其中，开关管q71和q72串联连接于第一个可切换抽头和第二整流电路的正输入端之间；开关管q81和q82串联连接于第二个可切换抽头和第二整流电路的正输入端之间；开关管q91和q92串联连接于第三个可切换抽头和第二整流电路的正输入端之间。通过每一路开关管的通断状态实现切换控制，从而实现三种输入电压的兼容。
86.除此之外，本实用新型实施例一还可实现四种输入电压、五种输入电压或者更多种类的输入电压的兼容，其实现原理与上述类似，在此不再赘述。
87.采用上述技术方案具备如下优点或有益效果：本实用新型通过切换至不同的可切换抽头，使得在不同的输入电压下，推挽谐振电路工作在谐振点，实现软开关变换，在这种条件下，母线电压始终保持在一定范围内，从而能够兼容多种输入电压。
88.以上所述仅为本实用新型较佳的实施例，并非因此限制本实用新型的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本实用新型的保护范围内。