[发明专利]极端条件下动力电池电能输出优化装置

说明书

本申请涉及极端条件下动力电池电能输出优化装置，包括自动节电控制模块、有源谐波过滤模块以及输出旁路稳定模块。本申请的极端条件下动力电池电能输出优化装置能够减少动力电池在直流向交流转化过程中的谐波，降低动力电池电力系统的断电故障风险，提高动力电池电力系统的稳定性。自动节电控制模块，内部嵌有电容等储能元件，这些元件在动力电池电能充沛时储能，在动力电池电能缺乏时放电，并通过动力电池传来的电压值和电流值大小来确定是否进行节电操作。有源谐波过滤模块通过产生与动力电池处谐波相反的脉冲宽度调制波来抵消谐波地干扰，并且能够通过调节产生电波脉的冲宽度来动态的消除不同频率的谐波。

技术领域

本申请涉及动力电池电能维护和极端条件下电能输出优化领域，具体涉及一种极端条件下动力电池电能输出优化装置。

背景技术

目前较为成熟的发电技术有水力发电、火力发电、风力发电以及太阳能发电等，动力电池能够较稳定地存储这些发电技术产生的电能，但在动力电池电能输出的过程中需要进行直流电向交流电的转化，这种转化需要利用电磁感应来提高交流电的幅值，然而，利用电磁感应现象转化的电能，都会由于元器件之间存在的不完全匹配，而在电能输出时出现谐波的干扰，谐波不仅会大大缩短负载的寿命，还会造成大量的电能浪费，此外，在极低温、高湿度等极端环境下，动力电池常常会出现电涌致导致的短路和断路事件，动力电池电力系统的稳定性难以保证。

发明内容

（一）技术问题

1. 动力电池的电力系统中，没有外置储电系统。

2. 动力电池电力系统中谐波类型多、频带宽。

3. 动力电池电力系统自身耗电高。

（二）技术方案

针对上述技术问题，本申请提出的极端条件下动力电池电能输出优化装置，包括自动节电控制模块、有源谐波过滤模块以及输出旁路稳定模块。

自动节电模块中当电网电压和电流连续且稳定时，自动节电模块控制负载正常工作，并进行储能操作，当动力电池电压和电流低于标准值时，自动节电控制模块控制负载进行减压工作，必要时利用储能元件放电来保证负载处于工作状态。动力电池处传来的电能通过输入端口IN+、输入端口IN-流入自动节电模块，端口IN+连接晶体管Q5的基极，端口IN-连接晶体管Q4的基极，形成差分输入方式，能够很有效的排除环境中共模信号带来的干扰，差分放大电路的输出信号从晶体管Q9的集电极流出，紧接着一方面流入电容C1、电容C2形成的支路进行充电储能操作，另一方面流入晶体管Q7的基极，晶体管Q7采用共发射极放大电路的连接方式，对于动力电池处传来的低频信号而言，能实现较高的电压和电流增益，同时晶体管Q7与晶体管Q13串联，在晶体管Q13的发射极处再一次放大了电压增益，晶体管Q13集电极处的电流通过电阻R2所在的支路流入晶体管Q6的基极，使其导通，晶体管Q6同样采取共发射极接法，并通过其集电极将放大后的信号输出到场效应晶体管T8的栅极，场效应晶体管T8和场效应晶体管T7所在的支路对称，流过这两条支路的电流大小一致，同时场效应晶体管T3和场效应晶体管T4形成一对电流镜，最终流过场效应晶体管T4的电流为流过场效应晶体管T8电流的四倍，而场效应晶体管T4的栅极与场效应晶体管T6的栅极相连，形成一对新的电流镜，因此，场效应晶体管T6的工作电流与流过场效应晶体管T4的电流相等，实现了自动节电模块与输出旁路稳定模块的桥接。

有源滤波模块的作用是产生与谐波相位相反的脉冲宽度调制波，实现有源的谐波过滤功能。有源谐波过滤模块的核心是晶体管Q9、晶体管Q10、晶体管Q11、二极管D6以及电容C3，谐波信号通过端口IN-流入晶体管Q9的集电极，谐波信号的另一端连接到了晶体管Q10的集电极，并通过晶体管Q11集电极流入二极管D6的正端，通过二极管D6实现整流操作，输出端形成与谐波频率一致的脉冲宽度调制波，电容C3连接在二极管D6的负端和晶体管Q5的基极，电容C3与脉冲宽度调制波的耦合，使其不断地充放电，实现过滤谐波的效果。