能量双向变换器的运用

能量双向变换器系统的运用

深圳市高斯宝电气技术有限公司

2012-08-25高效节能技术目录■公司概况■项目概况■典型运用一■典型运用二公司概况__简介深圳市高斯宝电气技术有限公司

成立于2006年,位于深圳市宝安区。公司致力于电子电力领域电源、磁控管驱动电源、节能环保电源、通讯设备电源等的技术研发、产品制造和设备集成。■公司概况■项目概况■典型运用一■典型运用二■前言项目概况__前言在能源日趋紧张的今天，节能技术的运用尤为重要，高斯宝电气技术公司凭借多年的技术积累和创新，在实现能量转换领域取得突破性成果，主要专利包括：201120002782.4：《一种能量双向流动的电池充放电系统》201220003012.6：《一种三相交流和直流的双向变换器》201220003011.1：《一种单相交流和直流的双向变换器》201210002151.1：《一种隔直流双向变换器》201220129691.1：《一种能实现输出恒流控制的开关电源电路》为电池生产企业实现新型节能的化成与分容系统，革新了电池生产工艺和成本控制；同时也为储能行业和新能源接入电网提供了高效的解决方案。典型运用：1.基于级联双向变换器和公共母线的节能型电池化成分容系统2.新型储能及新能源接入一体化方案■公司概况■项目概况■典型运用一■典型运用二典型运用一：基于级联双向变换器和公共母线的节能型电池化成分容系统■项目简介

本项目是为新型电池生产中的化成分容过程提供一种全新的高效节能的方案，实现单相/三相隔离双向变换器及数字控制，高精度不隔离双向变换器及其数字控制，采用DSP对隔离和不隔离的双向变换器进行数字控制，实现能量双向流动的共公直流母线，并通过上位机的智能控制，实现电池化成分容时在尽量在公共直流母线级进行能量双向流动和共享。对于多余和不足的能量，则通过双向变换器在交流母线级进行共享。项目的预期目标是进行关键技术突破，最终实现高效节能的电池化成分容系统的产业化，能够最大限度的实现化成分容过程中的能量重复利用或回收，降低电池化成分容过程中的能源能耗，实现绿色节能，支持电池行业的发展。 项目概况__化成分容系统

■项目的先进性本项目的先进性一方面体现在系统结构的先进性，采用多级能量双向流动的公共母线和分时批处理模式实现各个层次的能量回收共享，另一方面体现在技术先进性上，采用数字控制的隔离和不隔离的双向变换器是项目实现的主要技术。项目的先进性表现在以下几个方面：

1、在多级直流母线范畴内进行能量的复用，提高节能的效率；

2、采用分时充放电模式实现高层次的共享；

3、全部环节采用双向变换器，实现最大效率的节能；

4、全数字控制的隔离双向变换器和非隔离双向变换器；

5、充放电是进行同步整流的Buck和Boost控制，或全桥控制；

6、前级的双向变换器可实现并联，提高系统可靠性，方便扩容；

7、后级的双向变换器采用全数字控制，方便设置和集散控制；

8、采用模块化结构，可根据客户需要，迅速配置出客户需求的产品。项目概况__化成分容系统项目概况__化成分容系统最小系统构成项目概况__化成分容系统例：采用每颗3.8V2AH电池进行三充两放工艺评估，1A充放电电流传统方案：采用6V线性充电和放电模式；消耗的功率为(6V*1A*3)/0.7=25.7w；最小系统方案：1A充电和放电消耗的功率为：3V*1A/(0.85*0.9)*3-3V*1A*(0.85*0.9)*2=7.2w所需功率为原先的28%■最小系统的节能效果项目概况__化成分容系统复杂系统构成■复杂系统的节能效果例：采用每颗3.8V2AH电池进行三充两放工艺评估，1A充放电电流

传统方案：采用6V线性充电和放电模式，消耗的功率为：

(6V*1A*3)/0.7=25.7w；最优系统方案：如果完全最优，电池放电完全给其它电池充电。所需要的能量不需要再从直流变换为交流，和再从交流变换为直流的过程，因此效率可以提升，可以近似为：

7.2*0.85*0.85=5.2w所需功率为原先的20%项目概况__化成分容系统

■项目所解决的关键技术

1、单相输入到直流母线的隔离双向变换技术高频隔离的双向变换器，采用数字控制，简化系统，降低系统造价。2、三相输入到直流母线的隔离双向变换技术

大功率场合情况下，需采用三相功率电源。因此需研究三相输入的高频隔离双向变换器，其相关控制和算法是解决问题的关键。

3、双向变换器数字控制及输出并联技术

本方案中采用DSP进行数字控制，输出并联采用CANbus通信进行均流，避免双向变换器形成环流。

4、不隔离的双向变换器的数字控制技术

针对产业化的需要，有两种不隔离的双向变换器，一种不需要放电到零，一种需要放电到零，因此需对其拓扑和控制进行研究，特别是为简化系统设置和上位机通信，可采用数字控制实现。项目概况__化成分容系统■项目所解决的关键技术

5、基于公共直流母线的分时电池充放电控制技术

采用公共直流母线和分时控制模式，可以实现能量在直流母线级的共享，对系统管理和分时控制，需结合产业需要精心设计。6、电池电压放电到零的拓扑及数字控制方法

在动力电池，液流电池（大功率储能用）等应用场合，将电池电压放电到零，进行清空是必要工艺过程，研究合理的拓扑和控制方法是必要的。7、开关型高精度电流电压控制及采样系统

采用数字控制能够简化系统设计，提高系统控制的灵活性，但由于其自带的精度为12位AD，如何提高系统精度，满足实际使用的需要，是需要研究的关键问题之一。项目概况__化成分容系统

■项目在执行期内可考核的技术指标

高频单相/三相隔离变换器基本指标如下表：

项目概况__化成分容系统

■项目在执行期内可考核的技术指标

数字控制非隔离变换器基本指标如下表：项目概况__化成分容系统■本项目在行业发展中的地位和作用

1、能够给电池生产过程提供高效节能的方案；2、形成多级直流母线进行能量在各级直流母线进行共享，大部分能量不需要回馈到电网就能够实现复用；3、支撑中小容量，大容量电池等混合生产的化成分容，将革新大规模电池生产过程中化成和分容的节能模式；4、引领行业的发展，实现绿色、高效节能，支撑电池工业的大规模发展。项目概况__化成分容系统■项目预计实现的社会效益1、节能减排；2、本项目技术先进，将带动电池化成分容技术进步；3、大幅降低系统成本造价，系统提升工厂分容化成时的节能水平；4、增强国产产品的竞争力；5、可创造新的就业岗位；6、带动相关联产业的发展。项目概况__化成分容系统■公司概况■项目概况■典型运用一■典型运用二典型运用二：新型储能及新能源接入一体化方案■项目简介

本项目是为储能系统提供一套高效节能的方案，从实现简单的电池储能的高效整流、逆变，到集合多种新型能源（如太阳能、风能、生物质能等）的接入电网方案，以至建立完整的万能一体化企业内部微网系统，使错峰用电，以及各种新能源的补充供电有系统的解决方案，同时通过谐波治理，减少无功损耗；通过内部微网系统，将多种新型能源及后备能源优先在本地使用，最大限度减少对公共电网的冲击。项目在关键技术取得突破，配合智能控制系统，将大幅度降低储能过程的损耗和整体成本，促使储能及新能源的广泛实际运用。 项目概况__储能及新能源项目概况__储能及新能源基本系统：电池储能系统整流/逆变电池充放电管理功能及特点：1.可实现对电池储能的高效管理；2.可实现对电网的谐波补偿；3.适合运用在错峰用电及后备电源领域。电池组项目概况__储能及新能源新型储能及谐波治理：新能源接入一体化方案整流/逆变工厂负载电流检测电流检测电池接入模块太阳能接入模块风能接入模块生物质能发电接入模块控制系统直流母线功能及特点：1.可实现对电池储能的高效管理；2.可通过新能源给电池充电，多余能量通过电网平滑后接入电网；3.太阳能、风能、生物质能等多种新能源互补运用；4.减少对电网的冲击影响；5.同时进行谐波治理，减少无功损耗。项目概况__储能及新能源最优系统：一体化接入微网系统整流工厂负载电池接入模块太阳能接入模块风能接入模块生物质能发电接入模块控制系统逆变直流母线功能及特点：1.万能一体化系统，从电网只吸收有功，谐波保持良好；2.工厂组成微网系统，电网停电情况下，可利用自身系统的新能源、电池等保障运行；3.新能源优先自身微网使用，不冲击电网，对电网无影响；4.电池储能平滑应用，优先选择新能源对电池充电；5.多种新能源互补应用。

公司坚持以电力电子及其控制技术作为公司的核心竞争