串联并联转换电力装置的制造方法
【技术领域】
[0001]—个或更多个实施例涉及一种串联并联转换电力装置。
【背景技术】
[0002]电池或太阳能电池的输出电压可以基于电池的状态而变化。例如，铅蓄电池的输出电压可以基于荷电状态(S0C)和输出电流量变化大约30% (例如，每个电池从大约1.6V至2.2V)。锂离子电池的输出电压可以基于S0C和输出电流量变化大约35% (例如，每个电池从大约2.7V至大约4.2V)。
[0003]为了使电池输出平稳，半导体电力转换装置可以吸收输出电压的变化，以向负载供应特定的电力。然而，电池的输出电压的变化可以引起半导体电力转换装置的输入电压的变化。因此，电力转换装置的损耗会增加，使电池的输出电压的变化增加。
[0004]为了减小这种损耗，可以使用串联并联转换电力装置，通过改变以多重串联和多重并联方式连接的串联和并联的电池的数量来吸收单个电池的电压的变化。然而，现有的串联并联转换电力装置会无法向所有的电池均匀地分配负载。因此，在电池被重复充电和放电之后，会难以维持足够的循环寿命或者难以保护电池。
【发明内容】
[0005]根据一个或更多个实施例，一种串联并联转换电力装置包括:n个电池串联单元，每个电池串联单元具有串联连接的η-l个电池和一个单元内开关；以及多个单元间连接开关，连接η个电池串联单元中的相邻的电池串联单元，其中，η个电池串联单元在正电极充电/放电端子与负电极充电/放电端子之间按照η列并联地设置，第k(k大于等于1且小于等于η)列的电池串联单元中的单元内开关具有第一端子和第二端子，第一端子连接到从负电极充电/放电端子开始的第k个电池的负电极端子，或在k = η时连接到正电极充电/放电端子；第二端子连接到从负电极充电/放电端子开始的第k-Ι个电池的正电极端子，或在k= 1时连接到负电极充电/放电端子，单元间连接开关连接在第k列的单元内开关的第一端子与第k+Ι列的单元内开关的第二端子之间。
[0006]如果电池具有η-l个串联并且η列并联的状态，则单元内开关可以处于接通状态，并且单元间连接开关处于断开状态，如果电池具有η个串联并且η-l列并联的状态，则单元内开关可以处于断开状态，并且单元间连接开关处于接通状态。单元内开关和单元间连接开关均可以包括自换向半导体开关和与自换向半导体开关并联反向连接的二极管的组合。单元内开关和单元间连接开关均可以包括机械开关和与机械开关并联连接的二极管的组入口 ο
[0007]单元内开关可以包括二极管，单元间连接开关可以包括机械开关或自换向半导体开关。电池可以包括太阳能电池，单元内开关可以包括二极管，单元间连接开关可以包括具有防倒流功能的开关。
【附图说明】
[0008]通过参照附图对示例性实施例进行的详细描述，对本领域技术人员来说，特征将变得明显，其中:
[0009]图1示出了使用串联并联转换电力装置的电力系统的实施例；
[0010]图2示出了串联并联转换电力装置的实施例；
[0011]图3示出了用于串联并联转换电力装置的电路；
[0012]图4示出了串联并联转换电力装置的另一实施例；
[0013]图5示出了串联并联转换电力装置的另一实施例；
[0014]图6示出了串联并联转换电力装置的另一实施例；
[0015]图7示出了串联并联转换电力装置的另一实施例。
【具体实施方式】
[0016]现在将在下文中参照附图更充分地描述示例实施例；然而，它们可以以不同的形式来实施，并且不应该解释为局限于这里所提出的实施例。相反，提供这些实施例使得本公开将是彻底的和完全的，这些实施例将示例性实施方式充分地传达给本领域技术人员。这些实施例可以组合以形成另外的实施例。同样的附图标记始终指示同样的元件。
[0017]图1示出了包括串联并联转换电力装置21的电力系统1的示例。电力系统1包括风电系统10、电池系统20和变压器30。
[0018]风电系统10将风能转换为电。风电系统10包括风车11、发电机12和电力转换器13。风车11通过风力旋转并将扭矩传递到发电机12。发电机12被传递的扭矩驱动，由此产生电。电力转换器13将通过发电机12产生的电力转换为预定的AC电力。电力转换器13将转换的电力输出到变压器30。
[0019]电池系统20包括串联并联转换电力装置21、电力调节子系统(PCS) 22、断路器23和控制单元24。串联并联转换电力装置21包括多个电池，并使积蓄在多个电池中的电力释放。串联并联转换电力装置21通过由风电系统10产生的电力充电。
[0020]PCS 22将由串联并联转换电力装置21释放的DC电力转换成AC电力。PCS 22包括DC/DC转换器220和DC/AC转换器221。DC/DC转换器220将通过串联并联转换电力装置21释放的DC电力的电压转换为预定的电压，并对DC/AC转换器221供应转换至预定电压的DC电力。DC/AC转换器221将通过DC/DC转换器220供应的DC电力转换为AC电力。断路器23将DC/AC转换器221与风电系统10以及DC/AC转换器221与变压器30连接，并阻断它们之间的连接。
[0021]当断路器23处于接通状态时，PCS 22将通过串联并联转换电力装置21释放的电力转换为AC电力，并将转换的电力输出到变压器30。在另一实施例中，PCS 22将通过风电系统10产生的电力转换为DC电力，并使用该DC电力对串联并联转换电力装置21充电。当断路器23处于断开状态时，不执行对串联并联转换电力装置21的充电和放电。
[0022]变压器30将通过DC/AC转换器221转换的AC电力的电压以及通过电力转换器13转换的AC电力的电压转换为预定电压的AC电力。变压器30将转换的电压供应到AC系统31。例如，变压器30可以是变压器。供应到AC系统31的电力通过变压器32和33供应到工厂40或家庭41。
[0023]图2示出了串联并联转换电力装置21的实施例。如图2中所示，串联并联转换电力装置21可以包括η (η为3或更大的整数)个电池串联单元BU (例如，电池串联单元BU1、
电池串联单元BU2、......、电池串联单元BUn)以及η-l个单元间连接开关SWx (例如，单元间连接开关SWx 1、单元间连接开关SWx2、......、单元间连接开关SWx(n-l))。
[0024]电池串联单元BUl-BUn并联地安装在正电极充电/放电端子P与负电极充电/放电端子N之间。电池串联单元BU1包括η-l个电池B1 (例如，电池Bl_l、……、电池Bl_(n-2)和电池Bl_(n-1))以及单元内开关SW1。电池Bl_l具有连接到正电极充电/放电端子P的正电极端子。电池Bl_(n-1)具有连接到单元内开关SW1的负电极端子。
[0025]单元内开关SW1具有连接到电池Bl_(n_l)的负电极端子的第一端子。单元内开关SW1具有连接到负电极充电/放电端子N的第二端子。
[0026]如上所述，在电池串联单元BU1中，电池Bl_l、......、电池Bl_(n_2)和电池Bl_
(η-l)以及单元内开关SW1从正电极充电/放电端子P顺序地串联连接。
[0027]第k(l <k<n)列的电池串联单元BUk包括η-l个电池Bk(例如，电池Bk_l、......、
电池Bk_(n-2)和电池Bk_(n-1))以及单元内开关SWk。电池Bk_l具有连接到正电极充电/放电端子P的正电极端子。电池Bk_(n-1)具有连接到负电极充电/放电端子N的负电极端子。
[0028]单元内开关SWk串联连接在从负电极充电/放电端子N开始的第(k-Ι)个电池和第k个电池之间。
[0029]电池串联单元BUn包括n_l个电池Bn (例如，电池Bn_l、......、电池Bn_(n_2)和电池Bn_(n-1))以及单元内开关SWn。单元内开关SWn具有连接到正电极充电/放电端子P的第一端子。单元内开关SWn具有连接到电池Bn_l的正电极端子的第二端子。电池Bn_(η-l)具有连接到负电极充电/放电端子N的负电极连接端子。
[0030]如上所述，在电池串联单元BUn中，单元内开关SWn、电池Bn_l、......、电池Bn_
(n-2)和电池Bn_(n-1)从正电极充电/放电端子P顺序地串联连接。
[0031]单元间连接开关SWxl-SWx(n-l)在电池串联单元BUl-BUn之间连接。单元间连接开关SWxl连接在单元内开关SW1的第一端子与单元内开关SW2的第二端子之间。第k列的单元间连接开关SWxk连接在单元内开关SWk的第一端子与第(k+Ι)列的单元内开关Sff(k+1)的第二端子之间。
[0032]下面描述单元间连接开关SWx(例如，单元间连接开关SWxl、单元间连接开关
SWx2、......、单元间连接开关SWx(n-l))以及单元内开关SW(即，单元内开关SW1、单元内开关SW2、……、单元内开关SWn)的转换操作。
[0033]控制单元24控制单元间连接开关SWx和单元内开关SW的接通状态和断开状态。控制单元24将单元内开关SWl-SWn控制为处于接通状态，同时将单元间连接开关SWxl-SWx(η-l)控制为处于断开状态。例如，控制单元24控制电池B(电池Bl_l-Bn_(n-1))的连接，使得它具有η-l个串联并且η列并联的状态。因此，针对于串联并联转换电力装置21的充电和放电，负载被均匀地分配到电池Β。
[0034]如上所述，控制单元24将电池Β的连接控制为具有η-l个串联并且η列并联的状态或者η个串联并且η-l列并联的状态。在这种情况下，基于电池Β的输出电压执行电池Β的连接的转换。例如，如果电池Β的输出电压低于预定阈值，则电池Β的连接变成η个串联并且η-l列并联的状态。
[0035]此外，如果电池B的输出电压高于预定阈值，则电池B的连接变成η-l个串联并且η列并联的状态。
[0036]图3示出了在η = 4的情况下的串联并联转换电力装置21Α的示例配置。如图3中所示，串联并联转换电力装置21Α包括四个电池串联单元BU(例如，电池串联单元BU1-BU4)和三个单元间连接开关SWx (例如，单元间连接开关SWxl-SWx3)。
[0037]电池串联单元BU安装在正电极充电/放电端子P与负电极充电/放电端子N之间。电池串联单元BU并联连接。电池串联单元BU1可以包括三个电池B1 (例如，电池B1_1-B1_3)以及单元内开关SW1。电池Bl_l具有连接到正电极充电/放电端子P的正电极端子。电池Bl_2具有连接到电池Bl_l的负电极端子的正电极端子，并具有连接到电池Bl_3的正电极端子的负电极端子。电池Bl_3具有连接到单元内开关SW1的负电极端子。
[0038]单元内开关SW1具有连接到电池Bl_3的负电极端子的第一端子。单元内开关SW1具有连接到负电极充电/放电端子N的第二端子。如上所述，在电池串联单元BU1中，电池Bl_l、电池Bl_2、电池Bl_3和单元内开关SW1从正电极充电/放电端子P顺序地串联连接。
[0039]电池串联单元BU2可以包括三个电池B2(例如，电池B2_l-B2_3)以及单元内开关SW20电池B2_l具有连接到正电极充电/放电端子P的正电极端子。电池B2_2具有连接到电池B2_l的负电极端子的正电极端子，并具有连接到单元内开关SW2的第一端子的负电极端子。电池B2_3具有连接到单元内开关SW2的第二端子的正电极端子，并具有连接到负电极充电/放电端子N的负电极端子。
[0040]单元内开关SW2串联连接在电池B2_3 (例如，从负电极充电/放电端子N开始的第一个电池)与电池B2_2 (例如，从负电极充电/放电端子N开始的第二个电池)之间。
[0041]如上所述，在电池串联单元BU2中，电池B2_l、电池B2_2、单元内开关SW2和电池B2_3从正电极充电/放电端子P顺序地串联连接。电池串联单元BU3可以包括三