一种面向电池储能系统的非隔离型双向DC/DC变流器拓扑

技术领域

本发明涉及电能转换技术领域,适用于大容量电池储能系统。

背景技术

电池储能系统的广泛应用为可再生能源发电，微电网，电动和混合动力汽车以及不间断电源带来了诸多优势，比如减少对燃料的依赖，提高电网稳定性，以及改善电力系统的能源效率。然而，电池储能系统的效率与安全性受到了极大的挑战，这也导致了对高效，可靠和安全的DC-DC变换器的需求。电池储能系统的可靠性和效率与DC-DC变换器的技术水平密切相关。因此，对于开发出一种新型非隔离双向DC-DC变换器拓扑，具有极其重要的意义。

有源开关电感技术是提升电压增益的另一种有效方法。其优势在于开关管电压、电流应力均较低。但传统的有源开关电感变换器存在着以下问题：

1)电压增益有限，有待于进一步提升。

2)电流纹波较大，应用于燃料电池系统会缩短燃料电池的使用寿命。

3)输入输出不共地(存在高频电压波动)，会导致EMI问题。

为此本文在传统有源开关电感的基础上增加了并联电感，提出了一种新型非隔离双向DC-DC变换器拓扑，相较于传统DC-DC变换器，此拓扑具有高电压增益、结构简单、开关管电压应力低等优点。

发明内容

本发明目的在于提供一种调控范围广、结构简单、效率高的DC-DC变换器拓扑。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：该拓扑结构由三个主要部分组成，即有源开关电感单元(电感器L

所述变换器拓扑包括直流电源U

电源U

电源U

电感L

电容C

电容C

Boost模式时，储能系统接在低压侧，通过变换器向高压直流母线传输功率，通过控制开关管的PWM波形占空比来改变电压增益。

Buck模式时，储能系统接在低压侧，高压直流母线通过变换器向储能系统传输功率，同时通过控制开关管的PWM波形占空比来改变电压增益。

附图说明

图1为本发明所提的拓扑结构图。

图2为Boost模式时开关管S1-S6的典型波形。

图3(a)为Boost模式下阶段Ⅰ的电流流动路径。

图3(b)Boost模式下阶段Ⅱ的电流流动路径。

图4为Buck模式时开关管S

图5(a)为Buck模式下阶段Ⅰ的电流流动路径。

图5(b)Buck模式下阶段Ⅱ的电流流动路径。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明：

如图1所示，本发明所述变换器拓扑包括直流电源U

电源U

源U

电感L

电容C

电容C

Boost模式时，低压侧向高压侧传输功率，S

此外，在升压模式有两种开关状态，所提变换器的电流流动路径如图3所示。

状态Ⅰ：如图3(a)所示,S

状态Ⅱ：状态Ⅱ中的电流路径如图3(b)所示。S

在升压模式下，通过电感L1、L2上伏秒平衡可得到如下关系：

U

U

得到Boost模式下电压增益为：

Buck模式时，高压侧向高压侧传输功率，S

状态Ⅰ：如图5(a)所示，开关管S

状态Ⅱ：如图5(b)所示，开关管S

在降压模式下，通过电感L1、L2上伏秒平衡可得到如下关系：

(U

(-U

得到Buck模式下电压增益为：

由以上分析可得此转换器的转换率远远大于传统的双向两级降压升压转换器。通常在升压模式下，在占空比为0.2

本发明图示中采用的开关管为MOSFET，但本发明中的功率开关管并不局限于MOSFET，上述实施方法为该发明比较好的实施方法，但该专利的实施并不局限于上述方式，其余任何没有违反该专利的原理的实现方法，都在本发明的保护范围内。