本發(fā)明涉及電力變換，尤其涉及一種可與柔性電池結(jié)合的兩輸出裝置及輸出方法。

背景技術(shù)：

1、常規(guī)的儲能裝置輸出的原理如圖1所示，通過兩次直流變換和一次逆變過程，實現(xiàn)直流或者交流輸出。逆變電路的直流輸入信號是由電路中的直流儲能電容來提供的，但是直流儲能電容是電力領(lǐng)域大多是系統(tǒng)事件的原因，此外直流儲能電容經(jīng)常被認為是逆變器最嚴重的可靠性問題，直流電容器可能隨著熱量或者電化學(xué)過程導(dǎo)致逐漸老化，導(dǎo)致電容值下降和漏電流增加，這種漏電流不僅會降低電容器的性能，還會導(dǎo)致逆變效率下降，并引發(fā)電氣故障或火災(zāi)風(fēng)險，并且直流儲能電容對溫度敏感，工作溫度每升高10攝氏度，電容器的使用壽命減半，因此有必要提供更高可靠性和更長使用壽命的功率轉(zhuǎn)換裝置。

2、圖1中的拓撲圖中有兩個直流變換環(huán)節(jié)，配置了兩個獨立的電感器，如能將兩個電感進行整合，替換掉逆變環(huán)節(jié)中的儲能電容，可以能克服直流電容器不可靠的問題。因此，提供一種可與柔性電池結(jié)合的兩輸出裝置，使用電感器替換直流儲能電容環(huán)節(jié)，從而提高電源的可靠性，是非常必要的。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、有鑒于此，本發(fā)明提出了一種逆變環(huán)節(jié)不使用直流儲能電容器、具有較好的擴展輸出能力、降低了系統(tǒng)的復(fù)雜度的、可與柔性電池結(jié)合的兩輸出裝置及輸出方法。

2、一方面，本發(fā)明提供了一種可與柔性電池結(jié)合的兩輸出裝置，包括鏈路電感l(wèi)ink、輸入單元、第一輸出單元和第二輸出單元；

3、鏈路電感l(wèi)ink作為儲能元件；

4、輸入單元的輸入端與電源電性連接，輸入單元的輸出端與鏈路電感l(wèi)ink的兩端分別電性連接；

5、第一輸出單元的輸入端分別與鏈路電感l(wèi)ink的兩端分別電性連接，第一輸出單元的輸出端與第一負載電性連接；

6、第二輸出單元的輸入端分別與輸入單元的輸出端電性連接，第二輸出單元的輸出端與第二負載電性連接；

7、其中鏈路電感l(wèi)ink的放電階段向第一負載輸出直流信號、交流信號，或者同時向第一負載和第二負載輸出直流與交流信號。

8、在以上技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，優(yōu)選的，所述輸入單元包括輸入電感l(wèi)1、輸入電容c1、第一二極管d1、第二二極管d2、第三二極管d3、第四二極管d4、第一igbt器件s1、第二igbt器件s2、第三igbt器件s3和第四igbt器件s4；第一二極管d1的陽極分別與輸入電感l(wèi)1的一端、輸入電容c1的一端和第四二極管d4的陽極電性連接，輸入電感的另一端與電源的一端電性連接；第一二極管d1的陰極與第一igbt器件的漏極電性連接，第一igbt器件的源極分別與第二二極管d2的陽極和鏈路電感l(wèi)ink的一端電性連接，第二二極管d2的陰極與第二igbt器件s2的漏極電性連接，第二igbt器件s2的源極分別與輸入電容c1的另一端、電源的另一端和第三igbt器件s3的源極電性連接，第三igbt器件s3的漏極與第三二極管d3的陰極電性連接，第三二極管d3的陽極分別與鏈路電感l(wèi)ink的另一端、第四igbt器件s4的源極電性連接，第四igbt器件s4的漏極與第四二極管d4的陰極電性連接；輸入電感l(wèi)1的另一端與輸入電容c1的另一端作為輸入單元的輸入端；第二二極管d2的陽極和第三二極管d3的陽極作為輸入單元的輸出端。

9、優(yōu)選的，所述第一輸出單元包括若干igbt器件、第一輸出電感l(wèi)2和第一輸出電容c2；第九igbt器件s9的源極分別與第十igbt器件s10的源極和鏈路電感l(wèi)ink的一端電性連接，第九igbt器件s9的漏極與第十一igbt器件s11的漏極電性連接，第十一igbt器件s11的源極分別與第十三igbt器件s13的源極、第一輸出電感l(wèi)2的一端和第一輸出電容c2的一端電性連接，第一輸出電感l(wèi)2的另一端與第一負載的一端電性連接；第十三igbt器件s13的漏極與第十五igbt器件s15的漏極電性連接，第十五igbt器件s15的源極分別與鏈路電感l(wèi)ink的另一端和第十六igbt器件s16的源極電性連接，第十六igbt器件s16的漏極與第十四igbt器件s14的漏極電性連接，第十四igbt器件s14的源極分別與第一輸出電容c2的另一端、第一負載的另一端和第十二igbt器件s12的源極電性連接，第十二igbt器件s12的漏極與第十igbt器件s10的漏極電性連接；第九igbt器件s9的源極和第十五igbt器件的源極作為第一輸出單元的輸入端；第一輸出電感l(wèi)2的另一端和第一輸出電容c2的另一端作為第一輸出單元的輸出端。

10、進一步優(yōu)選的，所述第二輸出單元包括第二輸出電感l(wèi)3、第二輸出電容c3、第五二極管d5、第六二極管d6、第七二極管d7、第八二極管d8、第五igbt器件s5、第六igbt器件s6、第七igbt器件s7和第八igbt器件s8；第五igbt器件s5的源極分別與第六二極管d6的陽極和第二二極管d2的陽極電性連接；第五igbt器件s5的漏極與第五二極管d5的陰極電性連接，第五二極管d5的陽極分別與第八二極管d8的陽極、第二輸出電感l(wèi)3的一端和第二輸出電容c3的一端電性連接，第二輸出電感l(wèi)3的另一端與第二負載的一端電性連接，第八二極管d8的陰極與第八igbt器件s8的漏極電性連接，第八igbt器件s8的源極分別與第七二極管d7的陽極和第三二極管d3的陽極電性連接，第七二極管d7的陰極分別與第六igbt器件s6的源極、第二輸出電容?c3的另一端和第二負載的另一端電性連接，第六igbt器件s6的漏極與第六二極管d6的陰極電性連接；第五igbt器件s5的源極和第八igbt器件s8的源極作為第二輸出單元的輸入端；第二輸出電感l(wèi)3的另一端和第二輸出電容c3的另一端作為第二輸出單元的輸出端。

11、更進一步優(yōu)選的，各igbt器件的源極和漏極之間均設(shè)置有續(xù)流二極管。

12、另一方面，本發(fā)明提供了一種可與柔性電池結(jié)合的兩輸出裝置的輸出方法，包括如下步驟：

13、s1：配置上述的可與柔性電池結(jié)合的兩輸出裝置；

14、s2：實現(xiàn)dc-dc功率傳輸模式：在該模式下，第一輸出單元作為直流輸出側(cè)輸出直流信號；

15、s21、正向充電：開啟第一igbt器件s1和第三igbt器件s3，能量流向為電源、輸入電感l(wèi)1、輸入電容c1、第一二極管d1、第一igbt器件s1、鏈路電感l(wèi)ink、第三二極管d3和第三igbt器件s3，實現(xiàn)對鏈路電感l(wèi)ink的正向充電；正向充電階段完成后關(guān)閉第一igbt器件s1和第三igbt器件s3；

16、s22、正向放電：開啟第九igbt器件s9和第十四igbt器件s14，能量流向為鏈路電感l(wèi)ink、第十六igbt器件s16的續(xù)流二極管、第十四igbt器件、第一輸出電容c2、第一負載、第一輸出電感l(wèi)2、第十一igbt器件s11的續(xù)流二極管和第九igbt器件s9，鏈路電感l(wèi)ink向第一負載輸出直流信號；正向放電完成后關(guān)閉第九igbt器件s9和第十四igbt器件s14；

17、s23、反向充電：開啟第二igbt器件s2和第四igbt器件s4，能量流向為電源、輸入電感l(wèi)1、輸入電容c1、第四二極管d4、第四igbt器件s4、鏈路電感l(wèi)ink、第二二極管d2和第二igbt器件s2；反向充電完成后關(guān)閉第二igbt器件s2和第四igbt器件s4；

18、s24、反向放電：開啟第十二igbt器件s12和第十五igbt器件s15，能量流向為鏈路電感l(wèi)ink、第十igbt器件s10的續(xù)流二極管、第十二igbt器件、第一輸出電容c2、第一負載、第一輸出電感l(wèi)2、第十三igbt器件s13的續(xù)流二極管和第十五igbt器件s15，鏈路電感l(wèi)ink向第一負載輸出直流信號；反向放電完成后關(guān)閉第十二igbt器件s12和第十五igbt器件s15；

19、s3：實現(xiàn)dc-ac功率傳輸模式：在該模式下，第一輸出單元作為交流輸出側(cè)輸出交流信號；

20、s31、正向充電：實現(xiàn)過程與步驟s21完全相同；

21、s32、正向放電：在輸出交變信號的前半個周期，開啟第九igbt器件s9和第十四igbt器件s14，能量流向為鏈路電感l(wèi)ink、第十六igbt器件s16的續(xù)流二極管、第十四igbt器件s14、第一輸出電容c2、第一負載、第一輸出電感l(wèi)2、第十一igbt器件s11的續(xù)流二極管和第九igbt器件s9，然后關(guān)閉第九igbt器件s9和第十四igbt器件s14；在輸出交變信號的后半個周期，開啟開啟第十igbt器件s10和第十三igbt器件s13，能量流向為鏈路電感l(wèi)ink、第十五igbt器件s15的續(xù)流二極管、第十三igbt器件s13、第一輸出電感l(wèi)2、第一輸出電容c2、第一負載、第十二igbt器件s12的續(xù)流二極管和第十igbt器件s10，然后關(guān)閉第十igbt器件s10和第十三igbt器件s13；

22、s33、反向充電：實現(xiàn)過程與步驟s23完全相同；

23、s34、反向放電：在輸出交變信號的前半個周期，開啟第十二igbt器件s12和第十五igbt器件s15，能量流向為鏈路電感l(wèi)ink、第十igbt器件s10的續(xù)流二極管、第十二igbt器件s12、第一輸出電容c2、第一負載、第一輸出電感l(wèi)2、第十三igbt器件s13的續(xù)流二極管和第十五igbt器件s15，然后關(guān)閉第十二igbt器件s12和第十五igbt器件s15；在輸出交變信號的后半個周期，開啟第十一igbt器件s11和第十六igbt器件s16，能量流向為鏈路電感l(wèi)ink、第九igbt器件s9的續(xù)流二極管、第十一igbt器件s11、第一輸出電容c2、第一輸出電感l(wèi)2、第一負載、第十四igbt器件的續(xù)流二極管和第十六igbt器件s16，然后關(guān)閉第十一igbt器件s11和第十六igbt器件s16；

24、s4：實現(xiàn)dc-dc-ac功率傳輸模式：在該模式下，第二輸出單元作為直流輸出側(cè)輸出直流信號，第一輸出單元作為交流輸出側(cè)輸出交流信號；

25、s41；正向充電：實現(xiàn)過程與步驟s21完全相同；

26、s42：直流端放電：開啟第五igbt器件s5和第七igbt器件s7，能量流向為鏈路電感l(wèi)ink、第七二極管d7、第七igbt器件s7、第二輸出電容c3、第二負載、第二輸出電感l(wèi)3、第五二極管d5和第五igbt器件s5，然后關(guān)閉第五igbt器件s5和第七igbt器件s7；

27、s43：交流端放電：直流端放電后剩余的電流放電到交流輸出端，能量流向與步驟s32相同；

28、s44：反向充電：實現(xiàn)過程與步驟s23完全相同；

29、s45：直流端放電：開啟第六igbt器件s6和第八igbt器件s8，能量流向為鏈路電感l(wèi)ink、第六二極管d6、第六igbt器件s6、第二輸出電容c3、第二負載、第二輸出電感l(wèi)3、第八二極管d8和第八igbt器件s8，然后關(guān)閉第六igbt器件s6和第八igbt器件s8；

30、s46：交流端放電：直流端放電后剩余的電流放電到交流輸出端，能量流向與步驟s32相同。

31、優(yōu)選的，鏈路電感l(wèi)ink的參數(shù)計算公式如下：，其中為電源的輸入電壓；正向充電時間為0.29 t， t為鏈路周期，一個鏈路周期包括兩個充放電周期：正向充電放電和反向充電放電；為鏈路電感輸出時的峰值電流。

32、進一步優(yōu)選的，輸入電感l(wèi)1滿足如下關(guān)系式：

33、，，其中為輸入電感l(wèi)1兩端電壓；為輸入電感l(wèi)1的電流；為輸入電容c1的電壓； d為導(dǎo)通占空比， t是一個周期對應(yīng)的時間， dt是輸入端在一個周期內(nèi)的導(dǎo)通時間，為鏈路電感上的電流達到峰值時的輸入電感的電流變化量，；為的最大值，，為電源的輸入功率，是紋波系數(shù)，通過計算求得輸入電感l(wèi)1；

34、輸入電容c1的計算方法如下：

35、輸入電容c1在一個周期內(nèi)輸入電容的電壓變化量相同，在鏈路電感放電時輸入電容c1電壓變化量為：，為鏈路電感放電時的電容電流；為一個周期內(nèi)放電總時間；輸入電容放電時的電壓變化量為，為輸入電容電流方向與輸入電容參考電壓方向相同的時間；一個周期內(nèi)輸入電容充電時的電壓變化量為， tcharge為輸入電容充電時間，滿足；求解得到輸入電容c1。

36、更進一步優(yōu)選的，交流輸出側(cè)的輸出電感 lac滿足如下關(guān)系式：，為交流輸出側(cè)的輸出電感的電壓；為交流輸出側(cè)的輸出電感的電流；是交流輸出側(cè)的輸出電容的電壓；是交流輸出側(cè)提供給交流負載的交流輸出電壓；為交流輸出側(cè)交流輸出的占空比；是鏈路電感放電達到電流峰值時交流輸出側(cè)的輸出電感的電流變化量的最大值，，為交流輸出側(cè)輸出功率；，兩式中與相等，求得交流輸出側(cè)的輸出電感 lac；

37、交流輸出側(cè)的輸出電容 cac的頻率小于鏈路電感的頻率，滿足，交流輸出側(cè)的輸出電容 cac與輸出電感 lac形成諧振時的角頻率，有，經(jīng)過變換得到。

38、更進一步優(yōu)選的，直流輸出側(cè)的輸出電感 ldc滿足如下關(guān)系式：，是直流輸出側(cè)的輸出電感的電壓，是直流輸出側(cè)的輸出電容的電壓；是直流輸出側(cè)提供給直流負載的直流輸出電壓；是直流輸出側(cè)直流輸出的占空比；是直流輸出側(cè)的輸出電感的電流；鏈路電感放電達到電流峰值時直流輸出側(cè)的輸出電感的電流變化量的最大值，，，是直流輸出側(cè)輸出功率，聯(lián)立求得直流輸出側(cè)的輸出電感 ldc；

39、直流輸出側(cè)的輸出電容 cdc的頻率小于鏈路電感的頻率，滿足，直流輸出側(cè)的輸出電容 cdc與輸出電感 ldc形成諧振時的角頻率，有，經(jīng)過變換得到。

40、本發(fā)明提供的一種可與柔性電池結(jié)合的兩輸出裝置及輸出方法，相對于現(xiàn)有技術(shù)，具有以下有益效果：

41、本發(fā)明對電路結(jié)構(gòu)進行了改進，將兩次直流變換使用的電感進行了整合，只使用一個鏈路電感進行能量的儲存和傳遞，出了直流輸出和交流輸出外，替代了常規(guī)逆變結(jié)構(gòu)中的直流儲能電容，還能同時輸出直流和交流信號，而且交直流同時輸出時的放電階段可以分成兩部分，一部分能量進入直流側(cè)，另一部分進入交流側(cè)，通過控制鏈路電感的電流峰值、充電時間和放電時間，即可生成不同的輸出，分別將輸出接入直流負載和交流負載，滿足多樣化的輸出需求；由于沒有使用直流儲能電容，配電設(shè)備的可靠性也得到了提高。