[发明专利]用于蓄电池储能系统的双向升降压电路及其数字控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及储能系统的双向变换器，尤其涉及一种用于蓄电池储能系统的双向升降压电路及其数字控制方法。 

背景技术

近几年来，新能源技术快速发展，为了解决风能、太阳能、海洋能等具有间歇性、波动性和不稳定性等缺点，储能系统的研究与开发就显得尤为重要，现阶段蓄电池储能系统的应用范围最为广泛，也取得了较好的经济效益，但是为了提高蓄电池的使用寿命，蓄电池需要可靠的充电和放电，则必须要有合适的双向变换电路和对应的控制方法。 

现阶段电路常存在以下缺点：（1）开关管采用的是硬开关，开关损耗极大，降低了蓄电池组的使用效率；（2）无软启动控制，在蓄电池初始放电时，储能电感可能会由于瞬间电流过大而饱和，可靠性大大降低。 

随着现代电力电子技术的发展，出现了软启动技术和软开关技术：使用软启动技术，会极大增加电路的可靠性和安全性，使电路在启动瞬间不致损坏；软开关技术有零电压和零电流两种技术，使用软开关技术可以大大降低功率器件的开关损耗，降低开关应力。 

发明内容

针对现有技术的不足和缺陷，本发明提供了一种用于蓄电池储能系统的双向升降压电路，其具有零电压软开关功能，能够有效降低地开关损耗。本发明的另外一个目的是提供一种该双向升降压电路的数字控制方法，能够实现软启动功能，同时能可靠地实现对蓄电池充放电功能，将其应用于蓄电池储能系统中，可以很好地实现电能双向流动。 

本发明的目的是通过以下技术方案实现的； 

用于蓄电池储能系统的双向升降压电路，其连接方式为：蓄电池组的正极接储能电感L_P的一端，电感L_P的另一端接功率管S_buck的发射极和功率管S_boost的集电极的公共结合点，同时与缓冲电容C_s的一端和谐振电感L_r一端的公共结合点相接，谐振电感L_r的另一端和谐振电容C_r串联形成谐振支路，缓冲电容C_s的另一端和谐振支路的公共结合点与蓄电池组的负极相接；输出电容的一端接S_buck的集电极，同时另一端接蓄电池组的负极；所述功率管S_buck和功率管S_boost均带有反并联二极管。

其中，所述蓄电池组由多块蓄电池串联组成。谐振电感L_r和谐振电容C_r组成串联谐振支路，并和缓冲电容C_s一起实现功率管的零电压软开关。缓冲电容C_s用于吸收串联谐振支路的电荷暂态转移； 

当所述双向升降压电路工作于升压模式时，功率管S_boost工作于PFM（脉冲频率调制）模式，同时功率管S_buck截止，其反并联二极管D1作为续流二极管；所述双向升降压电路工作于降压模式时，功率管S_buck工作于PFM模式，同时功率管S_boost截止，其反并联二极管D2作为续流二极管。

一种用于蓄电池储能系统的双向升降压电路的控制方法，其控制装置包括控制核心、驱动电路、采样电路、上位机和LCD显示屏；控制核心通过采样电路获取蓄电池组的电压V_bat及电流I_bat、输出电压V_out、缓冲电容C_s的电压V_Cs、功率管S_buck的电压，并经过相应的控制算法通过驱动电路输出驱动波形，以驱动功率管S_buck和功率管S_boost，控制核心将蓄电池的电压及电流送入LCD显示屏，上位机从控制核心采集当前工作状况的各变量值，并在上位机软件显示，同时上位机还能向控制核心发送控制命令。 

所述控制核心为单片机或DSP（数字信号处理器），内部带有Epwm模块和边沿捕获模块，用于产生占空比和周期均可调的驱动波形并能捕获所需采集量的边沿变化情况。 

采样电路用于对采集的所需电流电压信号进行处理，得到合适的信号送入到所述微控制器中。LCD显示屏用于人机交互；驱动电路用于驱动功率管S_buck和S_boost。