淺析薄膜電池特性與其電路拓?fù)?資料下載頁
2025-06-17 19:21本頁面
【正文】 電路，根據(jù)boost電感是否對稱，boost電路又可分為不對稱boost電路和對稱boost電路。a. 不對稱boost半橋結(jié)構(gòu) 不對稱boost半橋拓?fù)洳粚ΨQboost半橋電路如圖32所示，根據(jù)上一節(jié)的分析，C2，C3對地電壓波動很小。而電池板的負(fù)端與C3的負(fù)極相連，因此電池兩端對地電壓的波動與BUS電容電壓的波動相等，此時(shí)負(fù)端對地電壓為－UC3，正端對地電壓為（VPV－UC3）。b. 對稱boost半橋結(jié)構(gòu) 對稱boost半橋拓?fù)鋵ΨQboost半橋電路如圖33所示，當(dāng)開關(guān)管T1閉合時(shí)，D1,D2關(guān)斷，D1陽極（D2陰極）對地電壓為0V，電感L1, L2的電壓為，可得太陽能電池板兩端對地電壓分別為： (29) (30)當(dāng)開頭管T1打開時(shí)，D1, D2導(dǎo)通，電感L1, L2的電壓為（其中為電容C2, C3的電壓），可得太陽能電池板兩端對地電壓分別為： (31) (32)可見電池板兩端對地電壓不變，恒為電池電壓的一半，此時(shí)漏電流極小。需要注意的是如果把圖中D2去掉，雖然對BUS電容上電壓不會有影響，但太陽能電池板兩端對地電壓將出現(xiàn)開關(guān)頻率的波動，此時(shí)當(dāng)T1閉合時(shí)，；而當(dāng)T1打開時(shí)。綜合a和b兩小節(jié)可以發(fā)現(xiàn)，兩電平boost電路不會加劇電池兩端對地電壓的變動，采用對稱boost電路還能減小太陽能電池兩端對地電壓的波動，此拓?fù)湟呀?jīng)申請專利。c. 三電平boost半橋結(jié)構(gòu)圖34 三電平boost半橋拓?fù)涓鶕?jù)如圖34所示的三電平boost半橋電路，可推出不同開頭狀態(tài)下電池板兩端對地電壓：1） Q1開通，Q2關(guān)斷 (33)2） Q1關(guān)斷，Q2開通 (34)3） Q1，Q2同時(shí)關(guān)斷 (35)4） Q1，Q2同時(shí)開通 (36)可見電池板兩端對地電壓會存在2倍開關(guān)頻率的波動，不適合用于薄膜電池場合。 三電平半橋 三電平半橋拓?fù)?其調(diào)制方式如下： 三電平半橋調(diào)制波形 根據(jù)調(diào)制方式，我們發(fā)現(xiàn)其開關(guān)時(shí)的電流電壓關(guān)系與兩電平半橋結(jié)構(gòu)類似。其仿真結(jié)果如下，其中最上面為輸出電壓波形，中間為電感電流，最下面為電池板正端對地的電壓。由于電流與控制參數(shù)有關(guān)，沒有調(diào)節(jié)到最佳，所以最下面的板端對地電壓與圖31中的結(jié)果略有不同。 該拓?fù)渑c兩電平結(jié)構(gòu)都具有電池板端對地電壓波動小的優(yōu)點(diǎn)。三電平結(jié)構(gòu)因?yàn)楣荛g電壓波動小，可以選用耐壓較低的開關(guān)管，但比兩電平結(jié)構(gòu)額外需要兩組續(xù)流二極管。 三電平半橋拓?fù)渲须姵貎啥藢Φ仉妷? 電池板接中線型逆變(Flying Inductor)[4] Flying Inductor拓?fù)湓擃愅負(fù)涞奶攸c(diǎn)是太陽能電池板負(fù)端直接與電網(wǎng)中線相連，因此理論上板端對地電壓波動為零。其具體工作模式如下： Flying Inductor拓?fù)湔{(diào)制方式 輸出電壓在正半周時(shí)，如果太陽能電池電壓足夠高，則S3和S5導(dǎo)通，S2和S4關(guān)斷，S1按照正弦脈寬調(diào)制，此時(shí)相當(dāng)于一個(gè)buck電路，如圖39所示。S1導(dǎo)通時(shí)，由電池板供電；S1斷開后，電路通過D1續(xù)流。如果需要升壓，S1和S2同時(shí)按正弦脈寬調(diào)制，此時(shí)相當(dāng)于boost電路， 正半周等效電路輸出電壓在負(fù)半周時(shí)，S2, S4閉全，S3, S5關(guān)斷，S1按正弦調(diào)制，此時(shí)相當(dāng)于一個(gè)buckboost電路，如圖40所示。S1導(dǎo)通時(shí)，電池板給電感充電，電感電壓上正下負(fù)；S1斷開，電感電壓反向，電路通過D1續(xù)流?！∝?fù)半周等效電路 該類拓?fù)湟驗(yàn)槟軌驅(qū)㈦姵匕迤渲幸欢私拥?，則其板端對地電壓波動很小，理論上來自于太陽能電池板本身電壓變化，因此漏電流極小。此類硬件結(jié)構(gòu)需要開關(guān)管的數(shù)量與前述拓?fù)湎喈?dāng)，而且不管是否用于升壓，都需要boost電感，當(dāng)其工作在負(fù)半周時(shí)，完全依靠電感供能，因此該電感會比較大。三、 總結(jié)及建議薄膜電池應(yīng)用關(guān)注點(diǎn)⑴ 薄膜電池對地漏電流的要求 ◆ 從安規(guī)考慮，漏電流越小越好 ◆ 從薄膜電池腐蝕性考慮，漏電流越小越好 ⑵ 影響漏電流因素◆ 薄膜電池結(jié)構(gòu)，實(shí)驗(yàn)證實(shí)，把鋁框架移掉，漏電流大大減小，電池板腐蝕降低?！?電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。電路拓?fù)浼捌涔ぷ髂Ｊ讲煌?，造成的電池板對地電壓變化也不同，在對地電容相同的前提下，漏電流也將大大不同。對逆變器要求?對地電位為非負(fù)極性，如果是負(fù)極性，負(fù)電壓幅值越小越好◆ 為了減小漏電流，電池板的對地電壓變化幅值越小、頻率越慢（前提對地電容一定）◆ 逆變器的轉(zhuǎn)換效率越高越好◆ 有一點(diǎn)需要注意，目前市面上標(biāo)稱“適用于薄膜的逆變器” 一些沒有滿足正極性的要求拓?fù)淇偨Y(jié)◆ 帶工頻變壓器的逆變器(圖20)電池板負(fù)端可直接接地，這樣電池兩端對地電壓恒定，且為正偏壓，有利于薄膜電池。但工頻變壓器增大了逆變器體積，且會降低1％~2％的效率?！?帶高頻變壓器的逆變器(圖21)電池板負(fù)端也可直接接地，有利于薄膜電池的工作，且高頻變壓器體積較小，但變換器效率較低，比無變壓器的變換器低4%~5%。◆ 全橋變換器由于不需加boost電路，效率較高，但太陽能電池兩端對地電壓存在工頻周期的正弦波動()或工頻周期的方波波動()，電池負(fù)端對地電壓為負(fù)，可能造成薄膜電池的腐蝕。◆ 串聯(lián)boost電路的半橋變換器電池兩端對地電壓波動較小()，其中圖33所示拓?fù)渲须姵仉妷翰▌幼钚。@類拓?fù)渲须姵刎?fù)端對地電壓仍為負(fù)?！?三電平boost拓?fù)?圖34)中電池板兩端對地電壓存在2倍開關(guān)頻率的波動，漏電流較大，不適合用于薄膜電池場合。電池板接中線型逆變器中電池負(fù)端直接接地，有利于薄膜電池工作，但受專利限制，且效率也有待商榷，不推薦使用。建議方案◆ 如果工頻變壓器的體積與重量可以接受，帶工頻變壓器隔離的逆變器效率最佳，適用于單相或三相?！?謝副總提出的前級buckboost電路，后級可以為一個(gè)橋臂（單相）或三個(gè)橋臂（三相），如圖42所示。電池兩端對地電壓可恒為正，且對地電壓沒有變化，但是效率方面有待考證。且有電池板電壓必須高于輸出電壓的限制。圖42 ◆ 帶高頻變壓器的逆變器體積較小，雖然效率較低，但對電池電壓限制小，且負(fù)端接地的工作環(huán)境也有利于薄膜電池，可考慮使用。附注從長遠(yuǎn)考慮，隨著薄膜電池制作材料的更新和制作工藝的改進(jìn)，電池兩端對地電壓可能不再需要恒為正，這時(shí)應(yīng)用薄膜電池時(shí)關(guān)注的重點(diǎn)應(yīng)在于減小電池板的漏電流和提高變換器的效率，這樣圖22所示的全橋逆變器和圖35所示的三電平半橋逆變器將更有優(yōu)勢。28 / 28
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