一种功率变换电路及其控制方法、电池包及储能系统与流程

本技术涉及电子，尤其涉及一种功率变换电路及其控制方法、电池包及储能系统。

背景技术：

1、储能系统是一种用于存储能量的设备，可应用于光伏发电领域。例如，储能系统能够通过电源电路接收光伏板等发电设备提供的输入电压，并对输入电压进行处理后向电池等储能设备提供输出电压，由电池将输出电压提供的电能进行存储。储能系统还可以通过其存储的电能为其他用电设备供电。

2、现有技术中，当发电设备受到外部条件影响时，向储能系统提供的输入电压的电压值并不稳定。对于储能系统，当接收到不同的输入电压，电源电路可以通过调节开关管的导通和关断频率的方式，调节其向电池提供的输出电压的电压值，从而保证能量稳定可靠的传递。

3、例如，在储能变流系统中，包含将电池电压升压到正常运行电压范围的dc/dc变换电路和将dc/dc变换电路输出的直流电转换为交流电的逆变电路。为了适应逆变器的宽电压工作范围要求，dc/dc变换电路的升压比范围较宽，在升压比非常高的情况下系统效率相对会降低，此时需要切换多个dc/dc变换电路的串并联连接方式。一般dc/dc变换电路两端会并联输出电容用于稳定dc/dc变换电路两端的电压，直接切换dc/dc变换电路的串并联工作模式时，输出电容两会发生电压突变，从而产生大电流，易导致切换开关的触点粘连，并且由于电压突变产生的电流冲击容易损害与dc/dc变换电路相连接的元器件或负载。

技术实现思路

1、本技术提供一种功率变换电路及控制方法，解决了直流输出电路串并联易导致电容产生电压突变的问题，保证安全切换，提高了系统的电能转换效率，且无需额外增加电路元器件，降低了成本。

2、第一方面，本技术实施例提供一种功率变换电路，功率变换电路包括控制器、第一级dc/dc变换电路，多个第二级dc/dc变换电路、开关模块；其中，第一级dc/dc变换电路的第一端用于连接外部设备，第一级dc/dc变换电路的第二端连接开关模块的第一端；第二级dc/dc变换电路的第一端连接开关模块的第二端，所述第二级dc/dc变换电路的第二端用于连接电池；第一级dc/dc变换电路的两端并联一个第一电容，第一电容用于稳定第一级dc/dc变换电路的电压；每个第二级dc/dc变换电路并联一个第二电容，第二电容用于稳定对应连接的第二级dc/dc变换电路的电压；当电池的电压小于第一电压阈值时且第一电容和第二电容的电压值小于第三电压阈值时，控制器用于控制开关模块的断开或闭合使得多个第二级dc/dc变换电路串联连接，或者，当电池电压大于第二电压阈值时且第一电容和第二电容的电压值小于第三电压阈值时，控制器用于控制开关模块的断开或闭合使得多个第二级dc/dc变换电路并联连接。该功率变换电路通过切换多个第二级dc/dc变换电路的串并联连接方式，来改变第一级dc/dc变换电路的第二端口的电压，从而改变第一级dc/dc变换电路的升压比，提升系统的电能转换效率，且避免了在切换多个第二级dc/dc变换电路的串并联连接方式时第一电容和第二电容发生电压突变从而损坏开关或与之相连接的元器件，保证安全切换。

3、一种可能的实现方式中，控制器用于当电池的电压小于第一电压阈值时或者当电池的电压大于第二电压阈值时，调节第一级dc/dc变换电路的pwm信号以降低第一电容和第二电容的电压值至小于第三电压阈值。本技术提供的功率变换电路调节第一电容和第二电容的电压值的控制逻辑简单，且无需额外增加电路元器件，降低了成本，并且缩短了切换的时间。

4、一种可能的实现方式中，控制器用于在控制器调节第一级dc/dc变换电路的pwm信号之前，控制第二级dc/dc变换电路停止工作。

5、一种可能的实现方式中，控制器还用于在调节第一级dc/dc变换电路的pwm信号以降低第一电容和第二电容的电压值至小于第三电压阈值之后，控制第一级dc/dc变换电路停止工作，保证在切换多个第二级dc/dc变换电路的串并联方式时，整个电路处于停止工作的状态，保证安全切换。

6、一种可能的实现方式中，控制器还用于在第一级dc/dc变换电路停止工作之后，控制开关模块的断开或闭合使得多个第二级dc/dc变换电路串联或者并联连接，整个切换时间短，且在切换时整个回路处于停止工作的状态，保证安全切换。

7、一种可能的实现方式中，当电池处于充电状态时，第一级dc/dc变换电路用于将第一级dc/dc变换电路的第一端口电压进行降压，第二级dc/dc变换电路用于将第二级dc/dc变换电路的第一端口电压降为电池所需要的充电电压，为电池充电；当电池处于放电状态时，第二级dc/dc变换电路用于将第二级dc/dc变换电路的第二端口电压升压，第一级dc/dc变换电路用于将第一级dc/dc变换电路的第二端口电压进行升压并通过第一级dc/dc变换电路的第一端口输出给外部设备。该功率变换电路既可应用于电池充电场景时，也可应用于电池放电场景，实现电能的双向转换，其应用场景广泛，提高了功率变换电路的应用灵活性。

8、一种可能的实现方式中，功率变换电路还包括检测电路，检测电路用于检测电池的电压值和第一电容和第二电容的电压值，实现对电池的充放电电压的精准检测，并据此来改变多个第二级dc/dc变换电路之间的串并联连接方式，从而达到改变第一级dc/dc变换电路的第二端口的电压，改变第一级dc/dc变换电路两侧的升压比，提高系统的电能转换效率的目的。该功率变换电路通过精准检测第一电容和第二电容的电压，保证在串并联切换时第一电容和第二电容的电压小于第三电压阈值，已经降到安全工作电压以下，避免发生电压突变产生大电流导致损坏元器件，保证安全切换。

9、本技术实施例不具体限定开关模块的构成，例如，开关模块可以包括开关模块包括继电器、mos管或igbt管。

10、一种可能的实现方式中，开关模块包括继电器。继电器包括多个触点，多个触点与多个第二级dc/dc变换电路对应的端口相连，通过切换继电器与不同端口的连接，来切换多个第二级dc/dc变换电路的串并联连接方式，控制逻辑简单，且电路架构简单，无需额外增加电路元器件，降低了成本。

11、一种可能的实现方式中，开关模块包括多个mos管。多个mos管与多个第二级dc/dc变换电路对应的端口相连，通过切换mos管与不同端口的连接，来切换多个第二级dc/dc变换电路的串并联连接方式，控制逻辑简单，且电路架构简单，无需额外增加电路元器件，降低了成本，且mos管具有切换时间短的特点，可实现多个第二级dc/dc变换电路串并联连接方式的快速切换，提高系统的工作效率。

12、一种可能的实现方式中，开关模块包括多个igbt管。多个igbt管与多个第二级dc/dc变换电路对应的端口相连，通过切换igbt管与不同端口的连接，来切换多个第二级dc/dc变换电路的串并联连接方式，控制逻辑简单，且电路架构简单，无需额外增加电路元器件，降低了成本，igbt管具有饱和压降低，载流密度大，驱动功率小的优点，提高了系统的工作效率。

13、一种可能的实现方式中，其特征在于，第一级dc/dc变换电路为buck-boost电路，第二级dc/dc变换电路为llc变换电路。当电池处于充电状态时，buck-boost电路用于将buck-boost电路的第一端口电压进行降压，llc变换电路用于将llc变换电路的第一端口电压降为电池所需要的充电电压；当电池处于放电状态时，llc变换电路用于将电池的电压升压，buck-boost电路用于将buck-boost电路的第二端口电压进行升压后输出给外部设备。llc变换电路的结构简单，一般包括开关管、变压器、电容、电感等组件，体积小，功率密度高，提高了系统的电能转换效率。

14、一种可能的实现方式中，其特征在于，第一级dc/dc变换电路为buck-boost电路，第二级dc/dc变换电路为双有源桥变换电路。当电池处于充电状态时，buck-boost电路用于将buck-boost电路的第一端口电压进行降压，双有源桥变换电路用于将双有源桥变换电路的第二端口电压降为电池所需要的充电电压；当电池处于放电状态时，双有源桥变换电路用于将电池的电压进行升压，buck-boost电路用于将buck-boost电路的第二端口电压进行升压后输出给外部设备。双有源桥变换电路具有转换效率高、功率密度高、功率器件承受的电压电流应力较低、软开关易实现且结构简单易集成等优点，提高了系统的电能转换效率。

15、一种可能的实现方式中，功率变换电路包括第一级dc/dc变换电路，两个第二级dc/dc变换电路、开关模块、控制器。第一级dc/dc变换电路的第一端用于连接外部设备，第一级dc/dc变换电路的第二端连接开关模块的第一端，第一级dc/dc变换电路的第一连接点连接第二级dc/dc变换电路a的第一连接点，第一级dc/dc变换电路的第二连接点连接第二级dc/dc变换电路b的第二连接点，第二级dc/dc变换电路a的第二连接点连接开关模块的第二端，第二级dc/dc变换电路b的第一连接点连接开关模块的第二端。第二级dc/dc变换电路a和第二级dc/dc变换电路b的第二端连接电池的第一端。

16、一种可能的实现方式中，外部设备为直流源，直流源通过功率变换电路为电池提供输出电压。

17、一种可能的实现方式中，外部设备为负载，电池通过功率变换电路为负载提供充电电压。

18、一种可能的实现方式中，外部设备为储能变流器，储能变流器可以通过功率变换电路为电池提供输出电压，也可以通过功率变换电路接收电池的输出电压，实现电能的双向转换。

19、第二方面，本技术提供一种功率变换电路的控制方法，功率变换电路包括控制器、第一级dc/dc变换电路、多个第二级dc/dc变换电路和开关模块；第一级dc/dc变换电路的第一端用于连接外部设备，第一级dc/dc变换电路的第二端连接开关模块的第一端；第二级dc/dc变换电路的第一端连接开关模块的第二端，第二级dc/dc变换电路的第二端用于连接电池；第一级dc/dc变换电路并联一个第一电容；每个第二级dc/dc变换电路并联一个第二电容。控制方法包括：当电池的电压小于第一电压阈值且第一电容和第二电容的电压值小于第三电压阈值时，控制开关模块的断开或闭合使得多个第二级dc/dc变换电路串联连接；或者，当电池的电压大于第二电压阈值且第一电容和第二电容的电压值小于第三电压阈值时，控制开关模块的断开或闭合使得多个第二级dc/dc变换电路并联连接。该控制方法使得多个第二级dc/dc变换电路在进行串联/并联切换时，通过降低第一电容和第二电容的电压使得电容不会发生电压突变从而产生大电流的现象，不会损坏与之相连的开关或元器件，控制逻辑简单，切换时间短，提高了系统的电能转换效率。

20、一种可能的实现方式中，功率变换电路的控制方法还包括：当电池的电压小于第一电压阈值时或者当电池的电压大于第二电压阈值时，调节第一级dc/dc变换电路的pwm信号以降低第一电容和第二电容的电压值至小于第三电压阈值，保证在切换多个第二级dc/dc变换电路之前第一电容和第二电容两端的电压已经处于安全工作电压范围之内，避免第一电容和第二电容发生电压突变。

21、一种可能的实现方式中，功率变换电路的控制方法还包括：在调节第一级dc/dc变换电路的pwm信号之前，控制第二级dc/dc变换电路停止工作。

22、一种可能的实现方式中，功率变换电路的控制方法还包括：在调节所述第一级dc/dc变换电路的pwm信号使得第一电容和第二电容降低至小于第三电压阈值之后，控制第一级dc/dc变换电路停止工作，保证在切换多个第二级dc/dc变换电路的串并联方式时，整个电路处于停止工作的状态，保证安全切换。

23、一种可能的实现方式中，功率变换电路的还控制方法包括：在控制第一级dc/dc变换电路停止工作之后，控制开关模块的断开或闭合使得多个第二级dc/dc变换电路串联或者并联连接，整个切换时间短，且在切换时整个回路处于停止工作的状态，保证安全切换。

24、在一种可能的实现方式中，功率变换电路的控制方法还包括：检测电池的电压值和第一电容和第二电容的电压值。该方法实现了对电池充放电电压的精准检测，并据此来改变多个第二级dc/dc变换电路之间的串并联连接方式，从而达到改变第一级dc/dc变换电路的第二端口的电压，改变第一级dc/dc变换电路两侧的升压比，提高系统的电能转换效率。该方法还通过精准检测第一电容和第二电容的端电压，保证在串并联切换时第一电容和第二电容的电压已经降到安全工作电压以下，避免发生电压突变产生大电流导致损坏元器件，保证安全切换。

25、第三方面，本技术提供一种储能装置，储能装置包括电池、控制器、第一级dc/dc变换电路，多个第二级dc/dc变换电路和开关模块；其中，第一级dc/dc变换电路的第一端用于连接外部设备，第一级dc/dc变换电路的第二端连接开关模块的第一端；第二级dc/dc变换电路的第一端连接开关模块的第二端，第二级dc/dc变换电路的第二端连接电池；第一级dc/dc变换电路并联一个第一电容；每个第二级dc/dc变换电路并联一个第二电容；控制器用于：当电池的电压小于第一电压阈值且第一电容和第二电容的电压值小于第三电压阈值时，控制开关模块的断开或闭合使得多个第二级dc/dc变换电路串联连接；或者当电池的电压大于第二电压阈值且第一电容和第二电容的电压值小于第三电压阈值时，控制开关模块的断开或闭合使得多个第二级dc/dc变换电路并联连接。该储能装置包括两级dc/dc变换电路，通过对电网输出的电压进行两级电压变换后输出给电池，使得两级dc/dc变换电路的升压较低，提升储能装置的工作效率。通过切换多个第二级dc/dc变换电路的串并联连接方式，来改变第一级dc/dc变换电路的第二端口的电压，从而改变第一级dc/dc变换电路的升压比，提升储能装置的电能转换效率，且避免了在切换多个第二级dc/dc变换电路的串并联连接方式时第一电容和第二电容发生电压突变从而损坏开关或与之相连接的元器件，保证安全切换。

26、结合第三方面的一种实施方式中，控制器用于当电池的电压小于第一电压阈值时或者当电池的电压大于第二电压阈值时，调节第一级dc/dc变换电路的pwm信号以降低第一电容和第二电容的电压值至小于第三电压阈值。本技术提供的功率变换电路调节第一电容和第二电容的电压值的控制逻辑简单，且无需额外增加电路元器件，降低了成本，并且缩短了切换的时间。

27、结合第三方面的一种实施方式中，控制器用于在控制器调节第一级dc/dc变换电路的pwm信号之前，控制第二级dc/dc变换电路停止工作。

28、结合第三方面的一种实施方式中，控制器还用于在调节第一级dc/dc变换电路的pwm信号以降低第一电容和第二电容的电压值至小于第三电压阈值之后，控制第一级dc/dc变换电路停止工作，保证在切换多个第二级dc/dc变换电路的串并联方式时，整个电路处于停止工作的状态，保证安全切换。

29、结合第三方面的一种实施方式中，控制器还用于在第一级dc/dc变换电路停止工作之后，控制开关模块的断开或闭合使得多个第二级dc/dc变换电路串联或者并联连接，整个切换时间短，且在切换时整个回路处于停止工作的状态，保证安全切换。

30、第四方面，本技术提供一种储能系统，储能系统包括储能系统包括第三方面提供的储能装置和储能变流器，储能装置连接储能变流器，储能变流器用于将储能装置输出的直流电能转换为交流电能输出给电网或负载，和/或，储能变流器用于将所述电网输出的交流电能转换为直流电能输出给储能装置。

31、所述储能系统的有益效果参照上述的功率变换电路和电池包的有益效果的具体介绍，此处不再赘述。。