ZHCUD58 July   2025

 

  1.   1
  2.   说明
  3.   资源
  4.   特性
  5.   应用
  6.   6
  7. 1系统说明
  8. 2系统概述
    1. 2.1 方框图
    2. 2.2 设计注意事项
      1. 2.2.1 简介
      2. 2.2.2 基本工作原理和 ZVS 要求
    3. 2.3 重点产品
      1. 2.3.1 UCC27288
      2. 2.3.2 UCC23513
      3. 2.3.3 TMS320F2800137
      4. 2.3.4 TLV9062
      5. 2.3.5 INA181
      6. 2.3.6 TPSM861252
      7. 2.3.7 AMC0311R
  9. 3系统设计原理
    1. 3.1 设计原理
      1. 3.1.1 谐振回路设计
      2. 3.1.2 全范围 ZVS 实现
      3. 3.1.3 总控制算法
      4. 3.1.4 谐振回路 RMS 电流分析
    2. 3.2 硬件设计原理
      1. 3.2.1 谐振电容器
      2. 3.2.2 功率级
      3. 3.2.3 电压感测
      4. 3.2.4 电流检测
  10. 4硬件、软件、测试要求和测试结果
    1. 4.1 硬件要求
    2. 4.2 软件要求
      1. 4.2.1 仿真
    3. 4.3 测试设置
    4. 4.4 测试结果
  11. 5设计和文档支持
    1. 5.1 设计文件
      1. 5.1.1 原理图
      2. 5.1.2 BOM
      3. 5.1.3 PCB 布局建议
        1. 5.1.3.1 布局图
    2. 5.2 工具
    3. 5.3 文档支持
    4. 5.4 支持资源
    5. 5.5 商标
  12. 6作者简介

1 系统说明

储能系统 (ESS) 在可再生能源应用中发挥着重要作用。根据系统电压、容量和使用情况，ESS 可以分为三个不同类别：住宅 ESS、商业和工业 ESS 以及电网 ESS。商业和工业以及电网 ESS 包含多个机架，每个机架都包含多个堆叠的电池包。住宅 ESS 仅包含电池包。住宅 ESS 划分为高压住宅 ESS 和低压住宅 ESS。其中，高压系统由电池包组成，这些电池包彼此串联以形成高电压，然后通过 PCS（双向直流/直流 + 双向直流/交流）逆变到电网。图 1-1 显示了高压住宅 ESS 的系统架构。


TIDA-010966 高压住宅 ESS 的架构

图 1-1 高压住宅 ESS 的架构

串联连接的电池组产生一致的充电和放电电流曲线。电池包电压的不平衡由电池包之间的老化差异造成。电压电平不一致会影响到系统利用率和使用寿命。较弱的电池包在相同的充电能量下会产生更高的电压，这进一步加剧了不平衡。

电池包的老化程度有以下几个不同的原因：

  • 随着储能系统使用寿命的延长，不同电池包的热量不同，这逐渐导致电池包之间出现不一致。
  • 住宅 ESS 中混合使用新旧电池包，导致电池包之间的容量不一致。

因此，为了优化电池包之间的不平衡，需要有效的电池包平衡来平衡不同电池包之间的电压。图 1-2 展示了这里使用了多个双向隔离式直流/直流转换器作为主动的电池包平衡。

这些双向直流/直流转换器的一端与电池组连接，而另一端与电路板上的辅助电源轨端接。

当存在高压情况时，直接从电池连接器对电池包放电。相反，当存在低压情况时，为电池组充电。使用这种方法可保持电池包之间的电压平衡。


TIDA-010966 高压住宅 ESS 中的主动电池包均衡

图 1-2 高压住宅 ESS 中的主动电池包均衡

功率密度、系统成本和系统效率是此系统中所用转换器的重要要求。双向隔离式双桥串联谐振直流/直流转换器仅有两个可实现隔离式双向电力传输的半桥。减少开关数量有助于提高功率密度和降低系统成本。该拓扑还有助于发布零电压开关 (ZVS)，这也有助于提高系统效率。

本参考设计提出了一种全新架构，可实现住宅 ESS 的主动电池包平衡，并使用双向隔离双桥串联谐振直流/直流转换器来实现电力传输。对于此拓扑，本参考设计提出了新的变频和相移控制方法，以提供全范围 ZVS。