一种MW级蓄电池组双向充放电装置的制作方法

一种mw级蓄电池组双向充放电装置
技术领域
1.本实用新型涉及蓄电池化成技术领域，具体涉及一种mw级蓄电池组双向充放电装置。


背景技术：

2.蓄电池组是大型船舶系统控制电源的重要组成单元，蓄电池组在使用一定时间后，必须对蓄电池进行充放电活化处理，使其蓄电池组能够始终保持其容量和放电能力。按照大型船舶蓄电池组的检修维护规程要求，在一定时间内，须对蓄电池组进行深度充电和放电，并进行多次循环充电和放电，达到对蓄电池组活化处理的目的。大型船舶蓄电池组因其容量特别巨大，在对蓄电池组进行活化处理恢复其容量时，需要对其进行大电流充电和放电，充放电功率容量也特别巨大。
3.目前大型船舶蓄电池组的充电系统主要是通过岸电电源(ac380v/50v或10kv/50hz)交流供电，采用三相桥式六脉波晶闸管整流或双三相桥式12脉波晶闸管整流变换技术整流后，经l/c滤波后对蓄电池组进行充电，虽然可以满足大型船舶蓄电池组的充电要求，但由于晶闸管整流技术属于移相控制技术，普遍存在整流器功率因数低，转换效率低的问题。通常情况下，在整流器输出电压运行在额定工作电压以下时，功率因数达不到0.9以上，转换效率也远小于85％。采用这种由晶闸管功率器件所构建的晶闸管整流充电整流装置在蓄电池组活化放电时，充电整流器无法将蓄电池组所存储的电化学能回馈到电网，一方面蓄电池组放电能量未能得到有效的利用，另一方面无法实现蓄电池组恒流放电过程控制，对蓄电池活化处理效果也较差。


技术实现要素：

4.本实用新型所要解决的技术问题是：一方面，现有晶闸管充电整流装置由于晶闸管整流技术的整流方式是相控整流，输出功率因数较低，转换效率较低；另一方面，现有大功率蓄电池组充电整流装置在蓄电池组活化放电时，充电整流器无法将蓄电池组所存储的电化学能回馈到电网，只能通过接入的放电电阻器将电化学能转换为热能，能量未能得到有效的利用，且无法实现蓄电池组放电过程的恒流控制，对蓄电池活化处理效果也较差。本实用新型提供了解决上述问题的一种mw级蓄电池组双向充放电系统装置，蓄电池组放电可回馈到交流电网，对电网不造成污染，实现了能源的高效利用，充电时，可实现全功率段功率因数达到0.99。
5.本实用新型通过下述技术方案实现：
6.一种mw级蓄电池组双向充放电装置，包括并联的n个相同的双向充放电整流单元；每个所述双向充放电整流单元均包括前级三相桥式pwm整流逆变模块和后级双向dc/dc整流逆变模块；所述后级双向dc/dc整流逆变模块包括并联的4个双向dc/dc变换器；
7.所述前级三相桥式pwm整流逆变模块的输入端与交流电网连接；所述前级三相桥式pwm整流逆变模块的输出端通过直流母线与所述后级双向dc/dc整流逆变模块的输入端
连接；所述后级双向dc/dc整流逆变模块的输出端连接蓄电池组。
8.现有船舶岸电充电装置为晶闸管整流充电整流装置，由于晶闸管整流装置属于相控整流方式，晶闸管充电整流装置输出功率因数较低，转换效率较低；船舶岸电充电装置无法将蓄电池组所存储的电化学能回馈到电网，只能通过接入的放电电阻器将电化学能转换为热能，蓄电池组放电时能量未能得到有效的利用，且无法实现蓄电池组放电过程的恒流控制，对蓄电池活化处理效果也较差。
9.目前市面上已有的igbt开关型蓄电池组充电系统(非船舶岸电蓄电池充电用)，主要是采用的谐振式直流
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直流变换器为对称半桥llc结构，输出功率容量普遍较小，一般在几个kw,且仅仅是充电，放电也没有回馈电网，因此无法满足mw级大功率蓄电池组的充放电需求。本实用新型的双向dc/dc隔离型整流/逆变子单元通过igbt组成2个对称的h桥，并通过高频开关变压器实现电气隔离，通过控制技术，可实现能量可双向流动，从而实现蓄电池组的充电或放电，通过多模块并联组合，实现大型船舶岸电充放电达到mw级以上功率容量需求。
10.蓄电池组充电时，所述前级三相桥式pwm整流逆变模块从电网取电，将三相交流电整流为直流电，为所述直流母线提供直流电源，所述直流母线为后级双向dc/dc整流逆变模块提供直流电源，后级双向dc/dc整流逆变模块将直流电源转化为蓄电池组需要的充电电流或充电电压，从而实现从电网取电到对蓄电池组充电的过程。
11.蓄电池组放电时，所述后级双向dc/dc整流逆变模块将蓄电池组的化学能转化为电能，所述后级双向dc/dc整流逆变模块将蓄电池组的电压进行逆向高频整流，为所述直流母线提供供电电压，所述前级三相桥式pwm整流逆变模块从所述直流母线取电，进行逆变后向电网馈能。
12.由于前级三相桥式pwm整流逆变模块采用的是高频igbt开关作为功率变换器件，工作频率根据需要工作在16
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20khz，前级三相桥式pwm整流逆变模块进行svpwm逆变，进行功率因数校正，功率因数可达到0.99，同时电源的转换效率也高达0.92以上。
13.优选的，所述并联的4个双向dc/dc变换器结构相同，均包括高频开关变压器和2个h桥高频pwm逆变单元；所述2个h桥高频pwm逆变单元对称分布在所述高频开关变压器两侧。
14.优选的，所述h桥高频pwm逆变单元由igbt组成。
15.优选的，所述前级三相桥式pwm整流逆变模块的直流侧连接滤波电路。
16.优选的，所述滤波电路包括滤波电容器，所述电容器并联在所述前级三相桥式pwm整流逆变模块的直流侧。
17.优选的，所述滤波电路为直流lc滤波器。
18.优选的，每个所述双向dc/dc变换器的输出端均连接有直流lc滤波器。
19.优选的，所述前级三相桥式pwm整流逆变模块的结构如下：采用具有反并联二极管的功率开关管构成上臂和下臂，上、下臂串联构成一个桥臂；三个桥臂并联组成三相桥式电路。
20.优选的，所述前级三相桥式pwm整流逆变模块的输入端连接有三相交流lc滤波补偿电路。
21.本实用新型具有如下的优点和有益效果：
22.本实用新型一种mw级蓄电池组双向充放电装置，功率变换单元采用模块单元化架
构设计。既可大功率对蓄电池组充电、又可大功率对蓄电池组放电，充电时由电网取电向蓄电池组充电，放电时蓄电池组化学能转换为电能，能量通过转换装置回馈电网，实现能源的高效利用，达到节能省电的目的。
附图说明
23.此处所说明的附图用来提供对本实用新型实施例的进一步理解，构成本技术的一部分，并不构成对本实用新型实施例的限定。在附图中：
24.图1为本实用新型一种mw级蓄电池组双向充放电装置的结构图。
25.图2为本实用新型一种mw级蓄电池组双向充放电装置的原理框图。
具体实施方式
26.为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本实用新型作进一步的详细说明，本实用新型的示意性实施方式及其说明仅用于解释本实用新型，并不作为对本实用新型的限定。
27.实施例
28.本实用新型所要解决的技术问题是：现有船舶岸电充电装置为晶闸管整流充电整流装置，由于晶闸管整流装置属于相控整流方式，晶闸管充电整流装置输出功率因数较低，转换效率较低；现有晶闸管充电装置无法将蓄电池组所存储的电化学能回馈到电网，只能通过接入的放电电阻器将电化学能转换为热能，能量未能得到有效的利用，且无法实现蓄电池组放电过程的恒流控制，对蓄电池活化处理效果也较差。
29.如图1所示，一种mw级蓄电池组双向充放电装置，包括并联的n个相同的双向充放电整流单元；每个双向充放电整流单元均包括前级三相桥式pwm整流逆变模块和后级双向dc/dc整流逆变模块；后级双向dc/dc整流逆变模块包括并联的4个双向dc/dc变换器；
30.前级三相桥式pwm整流逆变模块的输入端与交流电网连接；前级三相桥式pwm整流逆变模块的输出端通过直流母线与后级双向dc/dc整流逆变模块的输入端连接；后级双向dc/dc整流逆变模块的输出端连接蓄电池组。
31.对蓄电池组充电时，前级三相桥式pwm整流逆变模块从电网取电，将三相交流电整流为直流电，为直流母线提供直流电源，直流母线为后级双向dc/dc整流逆变模块提供直流电源，后级双向dc/dc整流逆变模块将直流电源转化为蓄电池组需要的充电电流或充电电压，从而实现从电网取电到对蓄电池组充电的过程。
32.蓄电池组放电时，后级双向dc/dc整流逆变模块将蓄电池组的化学能转化为电能，后级双向dc/dc整流逆变模块将蓄电池组的电压进行逆向高频整流，为直流母线提供供电电压，前级三相桥式pwm整流逆变模块从直流母线取电，进行svpwm逆变后向电网馈能。
33.如图2所示，并联的4个双向dc/dc变换器结构相同，均包括由igbt组成的2个h桥高频pwm逆变单元和高频开关变压器；2个h桥高频pwm逆变单元对称分布在高频开关变压器两侧。
34.前级三相桥式pwm整流逆变模块的直流侧连接滤波电路，本实施例的滤波电路为直流lc滤波器。每个双向dc/dc变换器的输出端均连接有直流lc滤波器。前级三相桥式pwm整流逆变模块的结构如下：采用具有反并联二极管的功率开关管构成上臂和下臂，上、下臂
串联构成一个桥臂；三个桥臂并联组成三相桥式电路。三相桥式pwm整流逆变模块的输入端连接有三相交流lc滤波补偿电路。
35.由于前级三相桥式pwm整流逆变模块采用的是高频igbt开关作为功率变换器件，工作频率根据需要工作在16
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20khz，前级三相桥式pwm整流逆变模块进行svpwm逆变，实现功率因数校正，功率因数可达到0.99，同时电源的转换效率也高达0.92以上。
36.本实施例的工作过程：
37.当蓄电池组充电工作时，前级三相桥式pwm整流逆变模块从电网取电，将三相交流电整流为直流电，l/c对输出的电压进行滤波补偿，为中间直流母线提供dc600v的直流电源，中间直流母线dc600v为后级4个并联运行的双向dc/dc变换器提供直流电源，4个并联运行的双向dc/dc变换器将直流电源转化为蓄电池组需要的充电电流或充电电压，从而实现从电网取电到对蓄电池组充电的过程。
38.当蓄电池组放电工作时，4个并联运行的双向dc/dc变换器向中间直流母线dc600v馈能，前级三相桥式pwm整流逆变模块从中间直流母线dc600v取电，前级三相桥式pwm整流逆变模块进行svpwm逆变，三相交流lc对电压进行滤波补偿，电能回馈交流母线，从而实现将蓄电池组放出的电能回馈到电网。
39.以上所述的具体实施方式，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施方式而已，并不用于限定本实用新型的保护范围，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。