一种蓄电池双向充放电电路

本发明涉及蓄电池充放电，具体涉及一种蓄电池双向充放电电路。

背景技术：

1、目前多种蓄电池凭借着存储能量大、能量密度高和可循环使用等优势,在新能源汽车领域、平抑电网波动、新能源并网发电得到了广泛应用。为保证蓄电池的充放电安全和使用寿命,以及作为电动汽车动力源、并网发电,或为其他用电负荷供电,削峰填谷平抑电网波动等多种应用场合,势必对充电、放电的电能变换电路提出了更高的要求。需要拥有满足多种充放电模式,宽电压输出范围,且模式间平滑切换,充放电电压、电流纹波小,充放电效率高等需求。

2、目前仅关于蓄电池充电方面技术存在局限性,有采用buck-boost和llc级联电路结构,控制占空比和相位,实现软开关,提高传输效率,相比llc电路扩大了输出电压范围,但电压增益仅与占空比有关,增益范围有限。有采用lcl、lcc型谐振变换器电路,其在谐振点具有恒流特性以及软开关特性，可以较好地实现恒流充电，但恒压充电时不在谐振频率点处工作，影响总体效率。有一种基于输入并联输出串联(input parallel and outputseries,ipos)的双llc谐振变换器,其可以通过切换谐振钳位电容改变恒流恒压工作状态,但在切换瞬间电路结构发生改变,使电压增益跳变,不易实现恒压恒流的连续平滑切换。

3、综上所述，有必要对现有技术做进一步创新。

技术实现思路

1、针对上述背景技术中存在的问题,本发明提出了一种蓄电池双向充放电电路,其构思合理,具有对称、双向可逆的电路结构,突出的充放电性能和传输效率以及易于控制等优势,将其电路结构模块化,通过组串方式扩大输出功率,可应用于大容量蓄电池快速、高效充放电,适于推广与应用。

2、为解决上述技术问题,本发明提供的一种蓄电池双向充放电电路,由变压器一次侧电路、变压器二次侧电路组成、变压器和蓄电池连接组成；

3、所述变压器一次侧电路由功率开关管s11、s12、s13和s14、中间电感lb1、充放电切换开关k1、二极管d11、d12、d13和d14、中间电容cb1、钳位电容cr11和cr12、谐振电感lr1、变压器励磁电感lm、滤波电容ci组成；

4、所述变压器二次侧电路由功率开关管s21、s22、s23和s24、中间电感lb2、充放电切换开关k2、二极管d21、d22、d23和d24、中间电容cb2、钳位电容cr21和cr22、谐振电感lr2、滤波电容co组成；

5、所述滤波电容ci的两端分别与直流输入电压vin的正极和负极两端连接；所述功率开关管s11与s12串接,即所述功率开关管s11的漏极连接直流输入电压vin的正极,所述功率开关管s11的源极连接所述功率开关管s12的漏极,所述功率开关管s12的源极连接直流输入电压vin的负极；

6、所述功率开关管s13与s14也为串接,即所述功率开关管s13的源极与所述功率开关管s14的漏极连接,所述功率开关管s14的源极连接直流输入电压vin的负极；

7、所述中间电感lb1的一端连接所述功率开关管s11与s12之间的串接点,另一端连接所述功率开关管s13与s14之间的串接点；

8、所述二极管d13和d14也为串接且串接体并联在所述功率开关管s13与s14的串接体两端,即所述二极管d13的阴极端连接所述功率开关管s13的漏极,所述二极管d13的阳极端连接所述二极管d14的阴极端,所述二极管d14的阳极端连接直流输入电压vin的负极；

9、所述充放电切换开关k1的一端连接于所述功率开关管s13与s14之间的串接点,另一端连接于所述二极管d13和d14之间的串接点；

10、所述中间电容cb1为极性钳位电容且并联在所述二极管d13和d14的串接体两端,即所述中间电容cb1的阳极端连接于所述二极管d13的阴极端,所述中间电容cb1的阴极端连接于所述二极管d14的阳极端；

11、所述钳位电容cr11和cr12均为极性钳位电容且彼此串接,所述钳位电容cr11和cr12的串接体并联于所述中间电容cb1的两端,即所述钳位电容cr11的阳极端连接所述中间电容cb1的阳极端,所述钳位电容cr11的阴极端连接所述钳位电容cr12的阳极端,所述钳位电容cr12的阴极端连接所述中间电容cb1的阴极端。其中,所述钳位电容cr11的两端并联有二极管d11,即所述二极管d11的阳极端连接所述钳位电容cr11的阴极端,所述二极管d11的阴极端连接所述钳位电容cr11的阳极端；同时,所述钳位电容cr12的两端并联有二极管d12,即所述二极管d12的阳极端连接所述钳位电容cr12的阴极端,所述二极管d12的阴极端连接所述钳位电容cr12的阳极端；

12、所述谐振电感lr1的一端连接所述二极管d13和d14之间的串接点,所述谐振电感lr1的另一端连接电压输入侧变压器的线圈一端；所述电压输入侧变压器的线圈另一端连接所述钳位电容cr11和cr12之间的串接点。所述变压器励磁电感lm并联于所述电压输入侧变压器的线圈两端；

13、所述滤波电容co并联于所述蓄电池的两端；

14、所述功率开关管s23和s24彼此串接且串接体并联于所述蓄电池的两端,即所述功率开关管s23的漏极连接所述蓄电池的正极,所述功率开关管s23的源极连接所述功率开关管s24的漏极,所述功率开关管s24的源极连接所述蓄电池的负极；

15、所述功率开关管s21和s22彼此串接,即所述功率开关管s21的源极连接所述功率开关管s22的漏极,所述功率开关管s22的源极连接所述蓄电池的负极；

16、所述中间电感lb2的一端连接于所述功率开关管s21和s22之间的串接点,另一端连接于所述功率开关管s23和s24之间的串接点；

17、所述中间电容cb2并联于所述功率开关管s21和s22的串接体两端,其一端连接于所述功率开关管s21的漏极,另一端连接于所述功率开关管s22的源极；

18、所述二极管d23和d24彼此串接且串接体并联于所述中间电容cb2的两端,即所述二极管d23的阳极端连接所述二极管d24的阴极端,所述二极管d23的阴极端连接所述功率开关管s21的漏极,所述二极管d24的阳极端连接所述蓄电池的负极；

19、所述充放电切换开关k2的一端连接于所述功率开关管s21和s22之间的串接点,另一端连接于所述二极管d23和d24之间的串接点；

20、所述二极管d21和d22彼此串接且串接体并联于所述二极管d23和d24的串接体两端,即所述二极管d21的阳极端连接所述二极管d22的阴极端,所述二极管d21的阴极端连接所述二极管d23的阴极端,所述二极管d22的阳极端连接所述蓄电池的负极；

21、所述钳位电容cr21并联于所述二极管d21的两端,所述钳位电容cr22并联于所述二极管d22的两端；

22、所述谐振电感lr2的一端连接电压输出侧变压器的线圈一端,另一端连接于所述二极管d21和d22之间的串接点；所述电压输出侧变压器的线圈另一端连接于所述二极管d23和d24之间的串接点。

23、所述蓄电池双向充放电电路,其中:所述功率开关管s11、s12、s13、s14、s21、s22、s23和s24均是由mosfet功率开关器件及并联在mosfet功率开关器件的漏极与源极之间的电容和二极管组成。

24、所述蓄电池双向充放电电路,其中:所述蓄电池双向充放电电路充电时,所述二极管d11和d12分别为所述功率开关管s13和s14的反并联二级管,所述二极管d13和d14分别为所述钳位电容cr11和cr12的二级管；所述蓄电池双向充放电电路放电时,所述二极管d11、d12、d13和d14作为整流二极管；所述蓄电池双向充放电电路充电时,所述滤波电容ci为输入滤波电容；所述蓄电池双向充放电电路放电时,所述滤波电容ci为输出滤波电容。

25、所述蓄电池双向充放电电路,其中:所述蓄电池双向充放电电路充电时,所述二极管d21、d22、d23和d24作为整流二极管；所述蓄电池双向充放电电路放电时,所述二极管d21和d22分别为所述功率开关管s23和s24的反并联二级管,所述二极管d23和d24分别为所述钳位电容cr21和cr22的二级管；所述蓄电池双向充放电电路充电时,所述滤波电容co为输出滤波电容；所述蓄电池双向充放电电路放电时,所述滤波电容co为输入滤波电容

26、采用上述技术方案,本发明具有如下有益效果:

27、本发明蓄电池双向充放电电路结构简单、突出的充放电性能和传输效率,并能优化磁性元件设计等优势；将本发明的电路结构模块化,通过电路简单串并结合,扩大输出功率,可应用于大容量蓄电池快速、高效充放电,拥有重要科学研究价值和应用前景。

28、本发明的电路能够适应蓄电池充放电,具有恒压、恒流充电模式,模式间平滑切换,宽电压输出范围、低纹波的双向高效率的dc-dc变换器。

29、本发明蓄电池双向充放电电路在容性区和感性区均可工作,容性区具有较宽调频范围和恒流控制特性,感性区的谐振点具有恒压特性,利于电池恒流恒压充放电；频率与占空比的解耦控制拓宽了变换器的输出电压范围,利于蓄电池恒流恒压平滑切换、减少纹波以及满足不同电池充放电特性的控制方案；拥有桥臂间移相软开关、复用桥臂增强软开关能力和降低通态电流、变压器低磁链等电路特性,利于降低损耗实现电能高效传输。