本發(fā)明涉及儲(chǔ)能系統(tǒng)領(lǐng)域以及電力電子變換器領(lǐng)域，具體地，涉及一種原邊集成式模塊化獨(dú)立控制電池儲(chǔ)能系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

隨著環(huán)境和能源問題在全球范圍內(nèi)成為焦點(diǎn)，可再生能源發(fā)電已經(jīng)發(fā)展成為智能電網(wǎng)的重要?jiǎng)恿?，其間歇性和波動(dòng)性對(duì)電網(wǎng)電壓頻率等產(chǎn)生影響。其中，電池儲(chǔ)能系統(tǒng)由于具有緩解間歇性電源的功率波動(dòng)、優(yōu)化電網(wǎng)質(zhì)量等功能而備受關(guān)注。

圖1是傳統(tǒng)的電池儲(chǔ)能系統(tǒng)示意圖。如圖1所示，將上百只單體電池集中串聯(lián)，并采用集中型大功率變換器并網(wǎng)。由于單體電池之間SOC(荷電量)、容量、內(nèi)阻等存在不一致性，大量串聯(lián)應(yīng)用使電池容量和能量利用率降低，壽命縮短。

圖2是現(xiàn)有模塊化電池儲(chǔ)能系統(tǒng)示意圖。如圖2所示，根據(jù)電池模塊化柔性成組概念，將傳統(tǒng)電池儲(chǔ)能系統(tǒng)中的大規(guī)模串聯(lián)電池組分成若干個(gè)低壓電池模塊，每個(gè)電池模塊通過功率變換器構(gòu)成儲(chǔ)能模塊，再通過不同連接方式接入電網(wǎng)，構(gòu)成柔性成組儲(chǔ)能系統(tǒng)。

現(xiàn)有的模塊化電池儲(chǔ)能系統(tǒng)通常采用全功率獨(dú)立控制型儲(chǔ)能系統(tǒng)。全功率獨(dú)立控制型柔性成組儲(chǔ)能系統(tǒng)主要有三種結(jié)構(gòu)：一、H橋級(jí)聯(lián)型柔性成組儲(chǔ)能系統(tǒng)，采用三相交流輸出結(jié)構(gòu)，每個(gè)子模塊直流側(cè)為相互獨(dú)立的電池模塊，經(jīng)各自的H橋DC/AC變換器后產(chǎn)生低壓交流電壓，模塊級(jí)聯(lián)后產(chǎn)生并網(wǎng)所需交流電壓，接入三相交流電網(wǎng)。電池模塊充放電時(shí)的全部功率通過H橋進(jìn)行變換及控制，造成變流器的成本、體積、損耗隨總功率而增加，中低電壓場(chǎng)合應(yīng)用時(shí)效率較低。二、模塊化多電平變流器(MMC，modular-multilevel-converter)電池儲(chǔ)能系統(tǒng)，在實(shí)現(xiàn)交、直流電網(wǎng)功率傳輸?shù)耐瑫r(shí)也可以實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能電池模塊的全功率獨(dú)立控制。子模塊電流中包含直流分量、一次諧波分量及二次諧波分量，造成模塊開關(guān)器件電流應(yīng)力大，通態(tài)損耗較大。變流器的成本、體積隨總功率而增加，不適合中低電壓場(chǎng)合應(yīng)用。三、DC-DC級(jí)聯(lián)型柔性成組儲(chǔ)能系統(tǒng)，通過N個(gè)相同的DC-DC型儲(chǔ)能模塊級(jí)聯(lián)而成，可以構(gòu)成單獨(dú)的直流儲(chǔ)能系統(tǒng)，接入中間直流母線或直流電網(wǎng)，也可以通過傳統(tǒng)并網(wǎng)變流器接入交流電網(wǎng)。DC-DC變換器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、控制簡(jiǎn)單、可靠性高，不存在交流分量，開關(guān)器件電流應(yīng)力低于H橋級(jí)聯(lián)，系統(tǒng)效率較高。但是模塊全功率通過DC-DC變換器，開關(guān)管流過全部電流、絕對(duì)損耗較大；DC-DC變換器的成本、體積隨總功率而增加，在系統(tǒng)中占較大比例。

在以上現(xiàn)有的全功率獨(dú)立控制型柔性成組儲(chǔ)能系統(tǒng)中，不論電流差異大小，電池模塊的全部充放電電流都要流過各自的變流器開關(guān)器件，造成器件電流應(yīng)力大、成本高、導(dǎo)通損耗大，隨著系統(tǒng)容量的增加，問題更加突出。通常在合理配置電池容量的情況下，各電池模塊容量基本在一定范圍內(nèi)，即使是梯次利用電池，容量差異也不會(huì)太大，所需要的充放電電流也不會(huì)有太大差異，因此沒有必要對(duì)全部電池電流進(jìn)行獨(dú)立控制，而僅需對(duì)其中部分的差異電流進(jìn)行控制，就可以實(shí)現(xiàn)電池模塊能量利用率的提高。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

鑒于以上問題，本發(fā)明的目的是提供一種原邊集成式模塊化獨(dú)立控制電池儲(chǔ)能系統(tǒng)，以解決現(xiàn)有全功率型模塊化柔性成組儲(chǔ)能系統(tǒng)中，開關(guān)器件流過電池模塊的全部充放電電流，而導(dǎo)致器件電流應(yīng)力大、成本高和導(dǎo)通損耗大的問題。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

本發(fā)明所述原邊集成式模塊化獨(dú)立控制電池儲(chǔ)能系統(tǒng)，包括：

電池單元，包括串聯(lián)的多組電池模塊；

主功率變換器，與電池單元并聯(lián)，用于控制電池單元的主電流，且主功率變換器接入三相交流電網(wǎng)；以及

輔助功率變換器，與多組電池模塊連接并分別對(duì)每組電池模塊進(jìn)行閉環(huán)獨(dú)立控制，用于控制每組電池模塊的充放電電流與所述主電流的差值。

優(yōu)選的，所述主功率變換器包括：

第一電容器，與電池單元并聯(lián)；以及

第一開關(guān)管至第六開關(guān)管，每個(gè)開關(guān)管分別反并聯(lián)一個(gè)二極管，第一開關(guān)管連接在第一電感器的第一端與電池單元的正極之間，第二開關(guān)管連接在第一電感器的第一端與電池單元的負(fù)極之間，第三開關(guān)管連接在第二電感器的第一端與電池單元的正極之間，第四開關(guān)管連接在第二電感器的第一端與電池單元的負(fù)極之間，第五開關(guān)管連接在第三電感器的第一端與電池單元的正極之間，第六開關(guān)管連接在第三電感器的第一端與電池單元的負(fù)極之間，第一電感器、第二電感器和第三電感器的第二端分別接入三相交流電網(wǎng)的一相。

優(yōu)選的，所述輔助功率變換器包括：

原邊集成式高頻隔離變壓器，所述原邊集成式高頻隔離變壓器包括一個(gè)集成原邊繞組和多個(gè)副邊繞組；

原邊變換器，與集成原邊繞組連接；以及

多個(gè)副邊變換器，每個(gè)副邊繞組通過每個(gè)副邊變換器與每組電池模塊對(duì)應(yīng)連接。

進(jìn)一步地，優(yōu)選的，所述原邊變換器包括：

第七開關(guān)管至第十開關(guān)管，每個(gè)開關(guān)管分別反并聯(lián)一個(gè)二極管，第七開關(guān)管連接在集成原邊繞組的第一端子與電池單元的正極之間，第八開關(guān)管連接在集成原邊繞組的第一端子與電池單元的負(fù)極之間，第九開關(guān)管連接在集成原邊繞組的第二端子與電池單元的正極之間，第十開關(guān)管連接在集成原邊繞組的第二端子與電池單元的負(fù)極之間。

作為另一優(yōu)選，所述原邊變換器包括：

第七開關(guān)管，反并聯(lián)一個(gè)二極管，所述第七開關(guān)管連接在集成原邊繞組的第一端子與電池單元的正極之間；

第八開關(guān)管，反并聯(lián)一個(gè)二極管，所述第八開關(guān)管連接在集成原邊繞組的第一端子與電池單元的負(fù)極之間；

第二電容器，連接在集成原邊繞組的第二端子與電池單元的正極之間；以及

第三電容器，連接在集成原邊繞組的第二端子與電池單元的負(fù)極之間。

優(yōu)選的，所述副邊變換器包括：

第十一開關(guān)管至第十四開關(guān)管，每個(gè)開關(guān)管分別反并聯(lián)一個(gè)二極管，所述第十一開關(guān)管的第一端連接在電池模塊的正極，所述第十一開關(guān)管的第二端通過第四電感器連接在副邊繞組的第一端子，所述第十二開關(guān)管的第一端通過第四電感器連接在副邊繞組的第一端子，所述第十二開關(guān)管的第二端連接在電池模塊的負(fù)極，所述第十三開關(guān)管連接在副邊繞組的第二端子與電池模塊的正極之間，所述第十四開關(guān)管連接在副邊繞組的第二端子與電池模塊的負(fù)極之間；以及

第四電容器，與電池模塊并聯(lián)。

作為另一優(yōu)選，所述副邊變換器包括：

第十一開關(guān)管，反并聯(lián)一個(gè)二極管，所述第十一開關(guān)管的第一端連接在電池模塊的正極，所述第十一開關(guān)管的第二端通過第四電感器連接在副邊繞組的第一端子；

第十二開關(guān)管，反并聯(lián)一個(gè)二極管，所述第十二開關(guān)管的第一端通過第四電感器連接在副邊繞組的第一端子，所述第十二開關(guān)管的第二端連接在電池模塊的負(fù)極；

第四電容器，與電池模塊并聯(lián)；

第五電容器，連接在副邊繞組的第二端子與電池模塊的正極之間；以及

第六電容器，連接在副邊繞組的第二端子與電池模塊的負(fù)極之間。

優(yōu)選的，所述主功率變換器通過矢量控制、有功功率和無功功率解耦控制中的一種控制主電流，其中，矢量控制包括正弦脈寬調(diào)制(SPWM)和空間矢量脈寬調(diào)制(SVPWM)中的一種。

優(yōu)選的，所述輔助功率變換器通過移相控制策略對(duì)所述差值進(jìn)行控制，所述移相控制策略包括橋間移相方式、擴(kuò)展移相方式、橋間橋內(nèi)雙移相和三移相、脈寬調(diào)制(PWM)加移相控制、三角波調(diào)制和梯形波調(diào)制中的一種或多種。

優(yōu)選的，所述原邊變換器與電池單元連接，或所述原邊變換器與外部直流電源連接。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)和有益效果：

本發(fā)明中，主功率變換器承擔(dān)大部分功率，控制電池單元的主電流，提高整機(jī)效率；輔助功率變換器控制電池模塊充放電電流與主電流之間的差異部分，可適應(yīng)多組電池模塊的不一致性，提高電池單元能量利用率，并且輔助功率變換器控制功率小，絕對(duì)損耗??；主功率變換器與輔助功率變換器可同時(shí)工作，也可分別工作，互不影響；

與每個(gè)副邊對(duì)應(yīng)一個(gè)原邊的傳統(tǒng)對(duì)稱式雙向全橋變換器結(jié)構(gòu)相比，本發(fā)明采用多個(gè)副邊共用一個(gè)原邊的變壓器結(jié)構(gòu)，成本、損耗、體積、重量都隨之減小一半；原邊功率為所有副邊功率之和，副邊正負(fù)功率抵消后原邊功率可以忽略不計(jì)；

本發(fā)明可以適用于中大功率、中等電壓等級(jí)、對(duì)效率、成本及能量利用率要求較高的儲(chǔ)能系統(tǒng)應(yīng)用場(chǎng)合。

附圖說明

圖1是傳統(tǒng)的電池儲(chǔ)能系統(tǒng)示意圖；

圖2是現(xiàn)有模塊化電池儲(chǔ)能系統(tǒng)示意圖；

圖3是本發(fā)明所述電池儲(chǔ)能系統(tǒng)優(yōu)選實(shí)施例的主電路圖；

圖4是本發(fā)明所述電池儲(chǔ)能系統(tǒng)另一個(gè)實(shí)施例的主電路圖；

圖5是本發(fā)明所述電池儲(chǔ)能系統(tǒng)優(yōu)選實(shí)施例原副邊電壓波形圖；

圖6是本發(fā)明所述電池儲(chǔ)能系統(tǒng)優(yōu)選實(shí)施例變壓器原邊等效電路圖。

具體實(shí)施方式

下面將參考附圖來描述本發(fā)明所述的實(shí)施例。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以認(rèn)識(shí)到，在不偏離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可以用各種不同的方式或其組合對(duì)所描述的實(shí)施例進(jìn)行修正。因此，附圖和描述在本質(zhì)上是說明性的，而不是用于限制權(quán)利要求的保護(hù)范圍。此外，在本說明書中，相同的附圖標(biāo)記表示相同的部分。

圖3是本發(fā)明所述電池儲(chǔ)能系統(tǒng)優(yōu)選實(shí)施例的主電路圖，如圖3所示，本發(fā)明所述電池儲(chǔ)能系統(tǒng)，包括：

電池單元100，其中，電池單元100包括串聯(lián)的多組電池模塊110；

主功率變換器200，與電池單元100并聯(lián)，主功率變換器200用于控制電池單元100的主電流，且主功率變換器200接入三相交流電網(wǎng)，其中，主電流是指所有電池模塊電流的相同部分；以及

輔助功率變換器300，與多組電池模塊110連接，用于對(duì)各組電池模塊110的充放電電流與主電流的差值進(jìn)行獨(dú)立閉環(huán)控制，其中，充放電電流與主電流的差值優(yōu)選為主電流的10％-20％，以適應(yīng)不同電池模塊之間的差異性，使每個(gè)電池模塊都工作在最佳狀態(tài)，電池模塊中只有小部分電流通過各電池模塊對(duì)應(yīng)功率變換器的開關(guān)器件，減小器件電流應(yīng)力和導(dǎo)通損耗、降低成本，實(shí)現(xiàn)電池模塊能量利用率的提高；

通過主功率變換器200和輔助功率變換器300分別對(duì)主電流和差值電流控制，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)電池模塊110充放電電流的獨(dú)立控制，提高電池模塊110的能量利用率。

其中，電池模塊110可以采用新生產(chǎn)各種類型電池，也可采用其它系統(tǒng)中的退運(yùn)電池，或者不同模塊采用不同類型電池混合應(yīng)用，以實(shí)現(xiàn)退運(yùn)電池的梯次利用，充分發(fā)揮電池剩余價(jià)值，有利于環(huán)境保護(hù)和節(jié)約資源，而電池模塊110優(yōu)選為低壓電池模塊。

如圖3所示，主功率變換器200優(yōu)選為并網(wǎng)逆變器結(jié)構(gòu)，包括：

第一電容器210，與電池單元100并聯(lián)，優(yōu)選為高頻濾波電容器；以及

第一開關(guān)管Q1至第六開關(guān)管Q6，且每個(gè)開關(guān)管分別反并聯(lián)一個(gè)二極管220，

其中，第一開關(guān)管Q1連接在第一電感器230的第一端與電池單元100的正極之間，具體地，第一開關(guān)管Q1的第一端連接至第一電感器230的第一端，而第一開關(guān)管Q1的第二端連接至電池單元100的正極；

第二開關(guān)管Q2連接在第一電感器230的第一端與電池單元100的負(fù)極之間，具體地，第二開關(guān)管Q2的第二端連接至第一電感器230的第一端，而第二開關(guān)管Q2的第一端連接至電池單元100的負(fù)極；

第三開關(guān)管Q3連接在第二電感器240的第一端與電池單元100的正極之間，具體地，第三開關(guān)管Q3的第一端連接至第二電感器240的第一端，而第三開關(guān)管Q3的第二端連接至電池單元100的正極；

第四開關(guān)管Q4連接在第二電感器240的第一端與電池單元100的負(fù)極之間，具體地，第四開關(guān)管Q4的第二端連接至第二電感器240的第一端，而第四開關(guān)管Q4的第一端連接至電池單元100的負(fù)極；

第五開關(guān)管Q5連接在第三電感器250的第一端與電池單元100的正極之間，具體地，第五開關(guān)管Q5的第一端連接至第三電感器250的第一端，而第五開關(guān)管Q5的第二端連接至電池單元100的正極；

第六開關(guān)管Q6連接在第三電感器250的第一端與電池單元100的負(fù)極之間，具體地，第六開關(guān)管Q6的第二端連接至第三電感器250的第一端，而第六開關(guān)管Q6的第一端連接至電池單元100的負(fù)極；

第一電感器230、第二電感器240和第三電感器250的第二端分別接入三相交流電網(wǎng)的一相u_C、u_B、u_A。

優(yōu)選地，第一開關(guān)管Q1至第六開關(guān)管Q6可以是絕緣柵雙極晶體管(IGBT，Insulated Gate Bipolar Transistor)，此時(shí)，第一開關(guān)管Q1至第六開關(guān)管Q6的第一端可以是IGBT的集電極端子，而第一開關(guān)管Q1至第六開關(guān)管Q6的第二端可以是IGBT的發(fā)射極端子。

主功率變換器200通過矢量控制、有功功率和無功功率解耦控制中的一種對(duì)主電流進(jìn)行控制，其中，矢量控制可選用SPWM和SVPWM中的一種。

在本發(fā)明所述電池儲(chǔ)能系統(tǒng)中，當(dāng)輸入側(cè)采用串聯(lián)或并聯(lián)的非隔離連接方式時(shí)，由于輸出側(cè)也為串聯(lián)形式，為防止環(huán)流的產(chǎn)生，輔助功率變換器輸入輸出間需要隔離。輔助功率變換器300可以采用每個(gè)副邊繞組分別對(duì)應(yīng)一個(gè)集成原邊繞組的變換器結(jié)構(gòu)形式，也可以采用多個(gè)副邊繞組共用一個(gè)集成原邊繞組的變換器結(jié)構(gòu)形式。

優(yōu)選地，本發(fā)明的輔助功率變換器300采用多個(gè)副邊繞組312共用一個(gè)集成原邊繞組311的原邊集成式高頻隔離變壓器310，使成本、損耗、體積、重量都隨之減小一半，原邊采用集成單繞組結(jié)構(gòu)，可以減小輔助功率變換器成本和損耗，提高電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的效率。輔助功率變換器300通過引入移相控制策略對(duì)各組電池模塊110的充放電電流與主電流的差值進(jìn)行閉環(huán)獨(dú)立控制，其中，移相控制策略包括橋間移相方式、擴(kuò)展移相方式、橋間橋內(nèi)雙移相和三移相、PWM加移相控制、三角波調(diào)制和梯形波調(diào)制中的一種或多種。

輔助功率變換器300包括：

原邊集成式高頻隔離變壓器310，包括一個(gè)集成原邊繞組311和多個(gè)副邊繞組312；

原邊變換器320，與集成原邊繞組311連接；以及

多個(gè)副邊變換器330，每個(gè)副邊繞組312通過每個(gè)副邊變換器330與每組電池模塊110對(duì)應(yīng)連接，實(shí)現(xiàn)對(duì)各組電池模塊110充放電電流與主電流的差值的閉環(huán)獨(dú)立控制。

在電池單元100的主電流的基礎(chǔ)上，各組電池模塊110充放電電流與主電流之間的差異電流有正有負(fù)，所以輔助功率變換器300優(yōu)選為雙向隔離DC-DC變換器。

如圖3所示，雙向隔離DC-DC變換器可以是雙向全橋變換器結(jié)構(gòu)。原邊變換器320可以是全橋式變換器結(jié)構(gòu)，包括第七開關(guān)管Q7至第十開關(guān)管Q10，且每個(gè)開關(guān)管分別反并聯(lián)一個(gè)二極管220。

其中，第七開關(guān)管Q7連接在集成原邊繞組311的第一端子與電池單元100的正極之間，具體地，第七開關(guān)管Q7的第一端連接至集成原邊繞組311的第一端子，而第七開關(guān)管Q7的第二端連接至電池單元100的正極；

第八開關(guān)管Q8連接在集成原邊繞組311的第一端子與電池單元100的負(fù)極之間，具體地，第八開關(guān)管Q8的第二端連接至集成原邊繞組311的第一端子，而第八開關(guān)管Q8的第一端連接至電池單元100的負(fù)極；

第九開關(guān)管Q9連接在集成原邊繞組311的第二端子與電池單元100的正極之間，具體地，第九開關(guān)管Q9的第一端連接至集成原邊繞組311的第二端子，而第九開關(guān)管Q9的第二端連接至電池單元100的正極；

第十開關(guān)管Q10連接在集成原邊繞組311的第二端子與電池單元100的負(fù)極之間，具體地，第十開關(guān)管Q10的第二端連接至集成原邊繞組311的第二端子，而第十開關(guān)管Q10的第一端連接至電池單元100的負(fù)極。

如圖3所示，副邊變換器330可以是全橋式變換器結(jié)構(gòu)。副邊變換器330包括：

第四電容器331，與電池模塊110并聯(lián)；以及

第十一開關(guān)管S1至第十四開關(guān)管S4，每個(gè)開光管分別反并聯(lián)一個(gè)二極管220。

其中，第十一開關(guān)管S1的第一端連接至電池模塊110的正極，而第十一開關(guān)管S1的第二端通過第四電感器334連接至副邊繞組312的第一端子；

第十二開關(guān)管S2的第二端連接至電池模塊110的負(fù)極，而第十二開關(guān)管S2的第一端通過第四電感器334連接至副邊繞組312的第一端子；

第十三開關(guān)管S3連接在副邊繞組312的第二端子與電池模塊110的正極之間，具體地，第十三開關(guān)管S3的第一端連接至電池模塊110的正極，而第十三開關(guān)管S3的第二端連接至副邊繞組312的第二端子；

第十四開關(guān)管S4連接在副邊繞組312的第二端子與電池模塊110的負(fù)極之間，具體地，第十四開關(guān)管S4的第二端連接至電池模塊110的負(fù)極，而第十四開關(guān)管S4的第一端連接至副邊繞組312的第二端子。

圖4是本發(fā)明所述電池儲(chǔ)能系統(tǒng)另一個(gè)實(shí)施例的主電路圖，如圖4所示，原邊變換器320可以是半橋式變換器結(jié)構(gòu)，包括：

第七開關(guān)管Q7，反并聯(lián)一個(gè)二極管220，第七開關(guān)管Q7連接在集成原邊繞組311的第一端子與電池單元100的正極之間，具體地，第七開關(guān)管Q7的第一端連接至集成原邊繞組311的第一端子，而第七開關(guān)管Q7的第二端連接至電池單元100的正極；

第八開關(guān)管Q8，反并聯(lián)一個(gè)二極管220，第八開關(guān)管Q8連接在集成原邊繞組311的第一端子與電池單元100的負(fù)極之間，具體地，第八開關(guān)管Q8的第二端連接至集成原邊繞組311的第一端子，而第八開關(guān)管Q8的第一端連接至電池單元100的負(fù)極；

第二電容器321，連接在集成原邊繞組311的第二端子與電池單元100的正極之間；以及

第三電容器322，連接在集成原邊繞組311的第二端子與電池單元100的負(fù)極之間。

如圖4所示，副邊變換器330可以是半橋式變換器結(jié)構(gòu)。副邊變換器330包括：

第四電容器331，與電池模塊110并聯(lián)；

第五電容器332，連接在副邊繞組312的第二端子與電池模塊110的正極之間；

第六電容器333，連接在副邊繞組312的第二端子與電池模塊110的負(fù)極之間；

第十一開關(guān)管S1，反并聯(lián)一個(gè)二極管220，第十一開關(guān)管S1的第一端連接至電池模塊110的正極，而第十一開關(guān)管S1的第二端通過第四電感器334連接至副邊繞組312的第一端子；以及

第十二開關(guān)管S2，反并聯(lián)一個(gè)二極管220，第十二開關(guān)管S2的第二端連接至電池模塊110的負(fù)極，而第十二開關(guān)管S2的第一端通過第四電感器334連接至副邊繞組312的第一端子。

優(yōu)選地，第七開關(guān)管Q7至第十開關(guān)管Q10可以是IGBT，此時(shí)，第七開關(guān)管Q7至第十開關(guān)管Q10的第一端可以是IGBT的集電極端子，而第七開關(guān)管Q7至第十開關(guān)管Q10的第二端可以是IGBT的發(fā)射極端子。

優(yōu)選地，第十一開關(guān)管S1至第十四開關(guān)管S4可以是金屬-氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管(MOSFET，Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor)，此時(shí)，第十一開關(guān)管S1至第十四開關(guān)管S4的第一端可以是MOSFET的漏極端子，而第十一開關(guān)管S1至第十四開關(guān)管S4的第二端可以是MOSFET的源極端子。

原邊變換器320和副邊變換器330可以同時(shí)采用如前所述的全橋式變換器結(jié)構(gòu)(如圖3所示)，也可以同時(shí)采用半橋式變換器結(jié)構(gòu)(如圖4所示)，也可以原邊變換器320采用全橋式變換器結(jié)構(gòu)，多個(gè)副邊變換器330采用全橋和半橋混合式結(jié)構(gòu)，或者原邊變換器320采用半橋式變換器結(jié)構(gòu)，多個(gè)副邊變換器330采用全橋和半橋混合結(jié)構(gòu)。即變壓器原邊高頻逆變電路可以為四個(gè)開關(guān)管構(gòu)成的全橋變換電路，也可以為兩個(gè)開關(guān)管和兩個(gè)直流電容構(gòu)成的半橋逆變電路，變壓器副邊電路可以為四個(gè)開關(guān)管構(gòu)成的全橋變換電路，也可以為兩個(gè)開關(guān)管和兩個(gè)直流電容構(gòu)成的半橋變換電路。

優(yōu)選地，原邊變換器320的直流側(cè)可以如前所述接入電池儲(chǔ)能系統(tǒng)內(nèi)部電池單元100的兩端，也可以接入其它外加直流電源兩端。

以下以雙向DC-DC全橋式變換器移相控制為例，結(jié)合圖3、圖5和圖6詳細(xì)說明本發(fā)明所述電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的工作原理。

圖5和圖6分別是本發(fā)明所述電池儲(chǔ)能系統(tǒng)優(yōu)選實(shí)施例原副邊電壓波形圖、變壓器原邊等效電路圖。

通過疊加定理可得圖6中A點(diǎn)電壓為：

式(1)中，v_A為A點(diǎn)電壓，v_p為變壓器原邊電壓，L_p為變壓器原邊漏感，v₁,v₂,……,v_N分別為變壓器副邊電壓，v’₁,v’₂,……,v’_N為變壓器副邊電壓折算到原邊的等效電壓，L_s1,L_s2,……,L_sN為副邊各繞組漏感及外加電感之和，L_s1’,L_s2’,……,L_sN’為折算到原邊的等效電感。

假設(shè)L_s1'＝L_s2'＝L_s3'＝......＝L_sN'＝L_s,并用e_i(i＝0,1,2,……,N)來代替(1)中各項(xiàng)分式，則：

e₂＝......＝e_N＝e₁

故可得：

v_A＝v_p×e₀+v'₁×e₁+v'₂×e₂+......+v'_N×e_n

＝v_p×e₀+(v'₂+v'₃+......+v'_N)×e₁,

......

式中，i_p為變壓器原邊電流，i_Ls1，i_Ls2，……，i_LsN為變壓器副邊電流，i₁’，i₂’，……，i_N’為變壓器副邊電流折算到原邊的等效電流。

通過上式可得到變壓器各組副邊的電流折算到原邊的電流i₁’至i_N’，顯而易見，i₁’的電流不僅由v_p和v’₁決定，還由其他副邊電壓決定，故各個(gè)副邊之間還存在耦合關(guān)系。為了達(dá)到獨(dú)立控制每個(gè)電池模塊的差異電流的目的，需要對(duì)多組副邊進(jìn)行解耦。

現(xiàn)假設(shè)L_s＞＞L_p，即每組副邊的等效電感遠(yuǎn)大于原邊漏感時(shí)，則得到：

故，

......

每個(gè)折算到原邊的副邊電流i₁’，i₂’，……，i_N’都是由集成原邊電壓、e_i各自折算到原邊的副邊電壓以及各自副邊折算到原邊的等效電感所決定，是相互獨(dú)立的，從而可知每個(gè)模塊的差異電流也是相互獨(dú)立的。通過在每個(gè)副邊繞組外加輔助移相電感，使每個(gè)副邊等效電感遠(yuǎn)大于原邊電感，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)多個(gè)電池模塊的差異電流的閉環(huán)獨(dú)立控制。I_M1為主功率變換器直流側(cè)輸出電流，I_M為所有串聯(lián)電池模塊的主電流，I_B1，I_B2，……，I_BN為每個(gè)電池模塊充放電電流，I_d1，I_d2，……，I_dN為主電流和每個(gè)電池模塊充放電電流之間的差異電流。

設(shè)P_di(i＝1,2,……,N)為第i個(gè)電池模塊的部分控制功率，即差異電流所對(duì)應(yīng)功率，P_sΣ為N個(gè)電池模塊的總差異功率之和。根據(jù)雙向全橋變換器輸出功率公式可知每個(gè)電池模塊的差異功率為：

P_d2＝v_d2I_d2,

......

P_dN＝v_dNI_dN

其中：

式中，v_d1,v_d2,……,v_dN為N個(gè)串聯(lián)電池模塊電壓，I_d1,I_d2，……，I_dN為主電流和每個(gè)電池模塊充放電電流之間的差異電流，N_T為變壓器匝數(shù)比，T為半個(gè)開關(guān)周期的時(shí)間，f為開關(guān)管的開關(guān)頻率，D₁為移相占空比，分別為原邊變換器開關(guān)管脈沖與多個(gè)副邊變換器開關(guān)管脈沖的相位差。

令v_d1＝v_d2＝......＝v_dN，根據(jù)功率守恒定律可知，原邊變換器功率P_p等于副邊變換器差異功率之和。

P_p＝P_sΣ＝P_d1+P_d2+...+P_dn

＝v_d1I_d1+v_d2I_d2+...+v_dNI_dN

＝v_d1(I_d1+I_d2+...+I_dN)

v_dp為原邊直流側(cè)電壓，等于所有電池模塊電壓之和，則原邊變換器直流側(cè)電流I_dp為：

通過合理優(yōu)化控制使電池單元的主電流I_M為所有電池電流的平均電流，則I_d1，I_d2，……,I_dN等差異電流有正有負(fù)，正負(fù)抵消后使差異電流和為0，可得

由于I_dp為0，則集成原邊功率也幾乎為0，原邊變換器成本、損耗也隨之降低。

故該部分功率獨(dú)立控制儲(chǔ)能系統(tǒng)通過合理給定控制電流值，可以實(shí)現(xiàn)電池儲(chǔ)能系統(tǒng)輔助功率變換器的控制功率大大降低，絕對(duì)損耗降低。

以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，并不用于限制本發(fā)明，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。