(12)发明专利申请
(10)申请公布号 CN 105470943 A (43)申请公布日 2016.04.06
(21)申请号 201610013645.8(22)申请日 2016.01.08
(71)申请人国网浙江宁波市鄞州区供电公司
地址315100 浙江省宁波市鄞州区惠风东路
185号
申请人国家电网公司
国网浙江省电力公司宁波供电公司(72)发明人张科波 朱瑾 张明 吴明
邬红光 史赵侃 李光军 王勇光(74)专利代理机构北京集佳知识产权代理有限
公司 11227
代理人王宝筠(51)Int.Cl.
H02J 1/10(2006.01)
权利要求书2页 说明书7页 附图3页
(54)发明名称
一种并联电源直流供电系统(57)摘要
本申请提供一种并联电源直流供电系统，包括：N个第一端与电网交流母线相连的第一控制开关；输入端与第一控制开关的第二端相连、与N个第一控制开关对应的并联智能电池组模块，并联智能电池组模块的输出端与直流母线相连；第一端与直流母线相连第二控制开关，第二控制开关的第二端与馈线相连；一端与馈线相连，另一端与直流负载相连的第三控制开关；设置于第三控制开关与负载设备之间的指示灯，指示灯用于指示负载设备的工作状态。上述系统，通过采用并联智能电池组模块代替现有技术中传统的串联组成的蓄电池组，因此，不存在多个蓄电池串联时，新旧电池不匹配，从而对其他蓄电池造成损坏。 C N 1 0 5 4 7 0 9 4 3 ACN 105470943 A
权 利 要 求 书
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1.一种并联电源直流供电系统，其特征在于，包括：N个第一端与电网交流母线相连的第一控制开关，所述N为不小于2的正整数；输入端与所述第一控制开关的第二端相连、与所述N个第一控制开关对应的并联智能电池组模块，所述并联智能电池组模块的输出端与直流母线相连；
第一端与所述直流母线相连第二控制开关，所述第二控制开关的第二端与馈线相连；一端与所述馈线相连，另一端与直流负载相连的第三控制开关；设置于所述第三控制开关与所述负载设备之间的指示灯，所述指示灯用于指示负载设备的工作状态。
2.根据权利要求1所述的并联电源直流供电系统，其特征在于，还包括：控制机柜，所述控制机柜内设置有所述指示灯、用于显示所述并联智能电池组模块的数据参数以及馈线上的电压和电流参数的显示仪表，还设置有用于控制所述并联智能电池组模块的工作状态控制仪表。
3.根据权利要求1所述的并联电源直流供电系统，其特征在于，所述并联智能电池组模块采用按间隔分散就地安装的安装方式。
4.根据权利要求1所述的并联电源直流供电系统，其特征在于，所述并联智能电池组模块内的蓄电池的蓄电池容量配置为12V/200AH。
5.根据权利要求1所述的并联电源直流供电系统，其特征在于，所述并联智能电池组模块内的蓄电池为铅酸电池。
6.根据权利要求1所述的并联电源直流供电系统，其特征在于，所述并联智能电池组模块，包括：
输入端与电网第一相线相连的预充电路；
与所述预充电路的输出端相连的交流-直流转换电路；
设置于所述交流-直流转换电路的第一输出端和第二输出端之间的蓄电池，所述蓄电池采用所述交流-直流转换电路的输出电流进行充电；
输入端与所述交流-直流转换电路的输出端相连的直流-直流转换电路；设置于所述直流-直流转换电路与负载之间的防冲击电路和储能电路。7.根据权利要求6所述的并联电源直流供电系统，其特征在于，所述交流-直流转换电路包括：
输入端作为所述交流-直流转换电路的输入端与电网相连的滤波器；与所述滤波器的输出端相连的第一整流电路；
输入端与所述第一整流电路的输出端相连的PFC校正电路；与所述PFC矫正电路的输出端相连的第一全桥型变换器；
一端与所述第一全桥型变换器的正输出端相连的第一移相电容；第一端与所述第一移相电容的另一端相连的第一电抗器；初级线圈的同名端与所述第一电抗器的第二端相连、初级线圈的异名端与所述第一全桥型变换器的负输出端相连的第一变压器；
输入端与所述第一变压器的次级线圈相连的第二整流电路；第一端与所述第二整流电路的正输出端相连的第二电抗器；一端与所述第二电抗器相连，另一端与所述第二整流电路的负输出端相连的第一滤波
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权 利 要 求 书
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电路，所述第一滤波电路的输出端作为所述交流-直流转换电路的输出端。
8.根据权利要求6所述的并联电源直流供电系统，其特征在于，还包括：与所述第一滤波电路相连的第一移相控制全桥零电压开关PWM变换器；所述第一移相控制全桥零电压开关PWM变换器包括：
第一端与所述第一滤波电路的第一端相连的第一开关管和第二开关管；一端与所述第一开关管第二端相连、另一端与所述第一滤波电路的第二端相连的第三开关管；
一端与所述第二开关管第二端相连、另一端与所述第一滤波电路的第二端相连的第四开关管；
与所述第一开关管并联的第一二极管和第一电容；与所述第二开关管并联的第二二极管和第二电容；与所述第三开关管并联的第三二极管和第三电容；与所述第四开关管并联的第四二极管和第四电容；所述第一、第二、第三和第四开关管的控制端受PWM控制信号控制；初级线圈的异名端与所述第一开关管的第二端相连的第二变压器；一端与所述第二变压器的初级线圈的同名端相连，另一端与所述第二开关管的第二端相连的第三电抗器；
与所述第二变压器的次级线圈相连的第三整流电路；一端与所述第三整流电路正输出端相连的第四电抗器；一端与所述第四电抗器的另一端相连，另一端与所述第三整流电路的负输出端相连的均流电容；
与所述均流电容并联的均流电阻。
9.根据权利要求6所述的并联电源直流供电系统，其特征在于，所述直流-直流转换电路包括：
输入端作为直流-直流转换电路的输入端与所述交流-直流转换电路的输出端相连的第二全桥型变换器；
一端与所述第二全桥型变换器的正输出端相连的第二移相电容；第一端与所述第二移相电容的另一端相连的第五电抗器；初级线圈的同名端与所述第五电抗器的第二端相连、初级线圈的异名端与所述第二全桥型变换器的负输出端相连的第三变压器；
输入端与所述第三变压器的次级线圈相连的第四整流电路；第一端与所述第四整流电路的正输出端相连的第六电抗器；一端与所述第六电抗器相连，另一端与所述第四整流电路的负输出端相连的第二滤波电路，所述第二滤波电路的输出端作为所述直流-直流转换电路的输出端。
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说 明 书
一种并联电源直流供电系统
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技术领域
[0001]本发明涉变电站设备直流供电系统技术领域，具体涉及一种并联电源直流供电系统。
背景技术
[0002]在传统的变电站设计中，通常采用蓄电池组对变电站设备进行供电，为了达到负载的供电要求，所述蓄电池组通常采用多个串联的蓄电池组成，由于所述电池组中的各个蓄电池的使用寿命、受损情况不同，可能会由于每只蓄电池所输出的电压不同，使得新旧电池不匹配，从而对其他蓄电池造成损坏。并且，对故障的蓄电池进行维修时，需要对用电设备进行断电，因此维修成本高。发明内容
[0003]有鉴于此，本发明实施例提供一种并联电源直流供电系统，以解决现有技术中在使用多个串联的蓄电池对负载进行供电时，易出现新旧电池不匹配，从而对其他蓄电池造成损坏的现象，同时电池的维修成本高的问题。[0004]为实现上述目的，本发明实施例提供如下技术方案：[0005]一种并联电源直流供电系统，包括：
[0006]N个第一端与电网交流母线相连的第一控制开关，所述N为不小于2的正整数；[0007]输入端与所述第一控制开关的第二端相连、与所述N个第一控制开关对应的并联智能电池组模块，所述并联智能电池组模块的输出端与直流母线相连；[0008]第一端与所述直流母线相连第二控制开关，所述第二控制开关的第二端与馈线相连；
[0009]一端与所述馈线相连，另一端与直流负载相连的第三控制开关；[0010]设置于所述第三控制开关与所述负载设备之间的指示灯，所述指示灯用于指示负载设备的工作状态。[0011]优选的，上述并联电源直流供电系统中，还包括：[0012]控制机柜，所述控制机柜内设置有所述指示灯、用于显示所述并联智能电池组模块的数据参数以及馈线上的电压和电流参数的显示仪表，还设置有用于控制所述并联智能电池组模块的工作状态控制仪表。[0013]优选的，上述并联电源直流供电系统中，所述并联智能电池组模块采用按间隔分散就地安装的安装方式。[0014]优选的，上述并联电源直流供电系统中，所述并联智能电池组模块内的蓄电池的蓄电池容量配置为12V/200AH。[0015]优选的，上述并联电源直流供电系统中，所述并联智能电池组模块内的蓄电池为铅酸电池。
[0016]优选的，上述并联电源直流供电系统中，所述并联智能电池组模块，包括：
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说 明 书
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输入端与电网第一相线相连的预充电路；
[0018]与所述预充电路的输出端相连的交流-直流转换电路；
[0019]设置于所述交流-直流转换电路的第一输出端和第二输出端之间的蓄电池，所述蓄电池采用所述交流-直流转换电路的输出电流进行充电；
[0020]输入端与所述交流-直流转换电路的输出端相连的直流-直流转换电路；[0021]设置于所述直流-直流转换电路与负载之间的防冲击电路和储能电路。[0022]优选的，上述并联电源直流供电系统中，所述交流-直流转换电路包括：[0023]输入端作为所述交流-直流转换电路的输入端与电网相连的滤波器；[0024]与所述滤波器的输出端相连的第一整流电路；
[0025]输入端与所述第一整流电路的输出端相连的PFC校正电路；[0026]与所述PFC矫正电路的输出端相连的第一全桥型变换器；
[0027]一端与所述第一全桥型变换器的正输出端相连的第一移相电容；[0028]第一端与所述第一移相电容的另一端相连的第一电抗器；[0029]初级线圈的同名端与所述第一电抗器的第二端相连、初级线圈的异名端与所述第一全桥型变换器的负输出端相连的第一变压器；
[0030]输入端与所述第一变压器的次级线圈相连的第二整流电路；[0031]第一端与所述第二整流电路的正输出端相连的第二电抗器；[0032]一端与所述第二电抗器相连，另一端与所述第二整流电路的负输出端相连的第一滤波电路，所述第一滤波电路的输出端作为所述交流-直流转换电路的输出端。[0033]优选的，上述并联电源直流供电系统中，还包括：
[0034]与所述第一滤波电路相连的第一移相控制全桥零电压开关PWM变换器；[0035]所述第一移相控制全桥零电压开关PWM变换器包括：
[0036]第一端与所述第一滤波电路的第一端相连的第一开关管和第二开关管；[0037]一端与所述第一开关管第二端相连、另一端与所述第一滤波电路的第二端相连的第三开关管；
[0038]一端与所述第二开关管第二端相连、另一端与所述第一滤波电路的第二端相连的第四开关管；
[0039]与所述第一开关管并联的第一二极管和第一电容；[0040]与所述第二开关管并联的第二二极管和第二电容；[0041]与所述第三开关管并联的第三二极管和第三电容；[0042]与所述第四开关管并联的第四二极管和第四电容；[0043]所述第一、第二、第三和第四开关管的控制端受PWM控制信号控制；[0044]初级线圈的异名端与所述第一开关管的第二端相连的第二变压器；[0045]一端与所述第二变压器的初级线圈的同名端相连，另一端与所述第二开关管的第二端相连的第三电抗器；
[0046]与所述第二变压器的次级线圈相连的第三整流电路；[0047]一端与所述第三整流电路正输出端相连的第四电抗器；[0048]一端与所述第四电抗器的另一端相连，另一端与所述第三整流电路的负输出端相连的均流电容；
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与所述均流电容并联的均流电阻。
[0050]优选的，上述并联电源直流供电系统中，所述直流-直流转换电路包括：
[0051]输入端作为直流-直流转换电路的输入端与所述交流-直流转换电路的输出端相连的第二全桥型变换器；
[0052]一端与所述第二全桥型变换器的正输出端相连的第二移相电容；[0053]第一端与所述第二移相电容的另一端相连的第五电抗器；[0054]初级线圈的同名端与所述第五电抗器的第二端相连、初级线圈的异名端与所述第二全桥型变换器的负输出端相连的第三变压器；
[0055]输入端与所述第三变压器的次级线圈相连的第四整流电路；[0056]第一端与所述第四整流电路的正输出端相连的第六电抗器；[0057]一端与所述第六电抗器相连，另一端与所述第四整流电路的负输出端相连的第二滤波电路，所述第二滤波电路的输出端作为所述直流-直流转换电路的输出端。[0058]基于上述技术方案，本发明实施例提供的并联电源直流供电系统，通过采用并联智能电池组模块代替现有技术中传统的串联组成的蓄电池组，因此，不存在多个蓄电池串联时，新旧电池不匹配，从而对其他蓄电池造成损坏。并且当需要对其中某个并联智能电池组模块进行维修时，由于系统中采用多个并联的并联智能电池组模块，因此无需对用电负载进行断电，实现了在线维修，因此降低了维修成本。附图说明
[0059]为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
[0060]图1为本申请实施例公开的一种并联电源直流供电系统的结构示意图；[0061]图2为本申请实施例公开的一种并联智能电池组模块的结构示意图；[0062]图3为本申请实施例公开的一种交流-直流转换电路的结构示意图；
[0063]图4为本申请实施例公开的一种移相控制全桥零电压开关PWM变换器的结构示意图；
[0064]图5为本申请实施例公开的一种直流-直流转换电路的结构示意图。
具体实施方式
[0065]下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0066]针对于现有技术中的上述问题，本申请公开了一种并联电源直流供电系统，参见图1，包括：
[0067]N个第一控制开关K1，每个所述第一控制开关K1的第一端与电网交流母线相连，其中所述N为不小于2的正整数；
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N个与所述N个第一控制开关K1对应的并联智能电池组模块BK，每个所述并联智能
电池组模块BK的输入端与其对应的第一控制开关K1的第二端相连，每个所述并联智能电池组模块BK的输出端与直流母线1L相连；
[0069]第一端与所述直流母线1L相连第二控制开关K2，所述第二控制开关K2的第二端与馈线KM1相连；
[0070]一端与所述馈线KM1相连的第三控制开关K3，所述第三控制开关K3的另一端与直流负载相连；
[0071]设置于所述第三控制开关K3和所述负载设备之间的指示灯LED，所述指示灯LED用于指示负载设备的工作状态。
[0072]参见本申请上述实施例公开的技术方案，通过采用并联智能电池组模块BK代替现有技术中传统的串联组成的蓄电池组，因此，不存在多个蓄电池串联时，新旧电池不匹配，从而对其他蓄电池造成损坏。并且当需要对其中某个并联智能电池组模块BK进行维修时，由于系统中采用多个并联的并联智能电池组模块BK，因此无需对用电负载进行断电，实现了在线维修，因此降低了维修成本。[0073]可以理解的是，为了方便用户读取所述并联电源直流供电系统中的各种参数信息，本申请上述实施例公开的技术方案中，还可以包括：[0074]控制机柜，用于显示所述并联智能电池组所述控制机柜内设置有上述指示灯LED、
模块BK的数据参数以及馈线1L上的电压和电流参数的显示仪表，还设置有用于控制所述并联智能电池组模块BK的工作状态控制仪表。[0075]可以理解的是，在传统的串联的蓄电池供电的方案中，为了降低设计成本，本申请上述方案中，所述并联智能电池组模块BK采用按间隔分散就地安装的安装方式。[0076]在选择所述并联智能电池组模块BK内的蓄电池时，需要考虑电压和容量的约束条件，该模块内的单蓄电池如选择2V的蓄电池，其在抗干扰、功率变换效率方面均存在较为严重的缺陷。而12V蓄电池为成熟产品，各种容量产品较丰富。因此，本申请上述并联智能蓄电池组模块BK内的蓄电池选择12V蓄电池。一般常规35kV变电站正常直流负荷不超过5A，上述并联智能蓄电池组模块BK中可选择DC220V/2A作为基本模块参数。按2n配置，上述系统中只需配置10只输出为DC220V/2A并联智能蓄电池组模块BK即可。
[0077]当采用输出为DC220V/2A的蓄电池作为并联智能蓄电池组模块BK内的蓄电池时，在全站交流失电情况下，加上事故照明等应急负荷,假设蓄电池持续放电20A*4H，2A*4H(240V)＝40A*4H(12V)＝160AH(12V)，但因铅酸蓄电池智能以0.1C持续放电，因此实际使用时铅酸蓄电池需配置200AH，如果使用磷酸铁锂电池，其能以1C持续放电，故80AH配置适用于使用磷酸铁锂电池情况，因此上述系统中选择铅酸电池作为所述并联智能蓄电池组模块BK的蓄电池。综上，上述DC220V/2A并联智能蓄电池组模块BK内的蓄电池容量配置为：12V/200AH铅酸蓄电池1只。[0078]参见图2，本申请上述实施例公开的所述并联智能电池组模块BK，包括：[0079]输入端与电网第一相线相连的预充电路00；所述预充电路可以由并联的预充电阻和控制开关，所述预充电阻的第一端作为所述预充电路的输入端，第二端作为所述预充电路的第二输出端；
[0080]与所述预充电路00的输出端相连的交流-直流转换电路100；
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设置于所述交流-直流转换电路100的第一输出端和第二输出端之间的蓄电池U，
所述蓄电池U采用所述交流-直流转换电路100的输出电流进行充电；
[0082]输入端与所述交流-直流转换电路100的输出端相连的直流-直流转换电路200；[0083]设置于所述直流-直流转换电路200的输出端和所述直流母线之间的防冲击电路300和储能电路400。
[0084]当电网中有电流时，通过所述交流-直流转换电路100将交流电转换为直流电，对所述蓄电池U进行供电，所述直流-直流转换电路200将获取到的所述交流-直流转换电路100输出的直流电变为负载所需的直流电并进行输出，当所述电网中无电流时，所述蓄电池U放电，所述直流-直流转换电路200将获取到的所述蓄电池U输出的直流电变为负载所需的直流电并进行输出。所述防冲击电路，用于当所述直流-直流转换电路200向直流母线供电时，起到缓冲作用，防止负载瞬时电流变化过大，所述储能电路400，用于当所述直流-直流转换电路200停止对直流母线供电时，释放电能，使得直流母线上的供电信号缓慢降低。[0085]为了提高能够提高所述交流-直流转换电路100的转换效率，参见图3，本申请上述实施例公开的所述交流-直流转换电路100包括：
[0086]输入端作为所述交流-直流转换电路100的输入端与电网相连的滤波器101；[0087]与所述滤波器101的输出端相连的第一整流电路102；
[0088]输入端与所述第一整流电路102的输出端相连的PFC校正电路103；[0089]与所述PFC矫正电路103的输出端相连的第一全桥型变换器104；
[0090]一端与所述第一全桥型变换器104的正输出端相连的第一移相电容C01；[0091]第一端与所述第一移相电容C01的另一端相连的第一电抗器L1；
[0092]初级线圈的同名端与所述第一电抗器L1的第二端相连的第一变压器T1，所述第一变压器T1的初级线圈的异名端与所述第一全桥型变换器104的负输出端相连；[0093]输入端与所述第一变压器T1的次级线圈相连的第二整流电路105；[0094]第一端与所述第二整流电路105的正输出端相连的第二电抗器L2；[0095]一端与所述第二电抗器L2相连的第一滤波电路106，所述第一滤波电路106的另一端与所述第二整流电路105的负输出端相连，所述第一滤波电路106的输出端作为所述交流-直流转换电路100的输出端。[0096]其中，所述交流-直流转换电路100可以采用软启动器进行启动，所述软启动器设置于所述第一整流电路102的正输出端与所述PFC校正电路103之间。[0097]其中，上述附图中的所述滤波器101、整流器102和105、PFC校正电路103、全桥型变换器104和滤波电路106等电路均可为现有技术中常用的电路，本领域技术人员能够依据其特性判断其在所述交流-直流转换电路100中所起的作用，再此并不进行过多介绍。[0098]本申请上述实施例公开的技术方案中，所述交流-直流转换电路100中还可以包括第一移相控制全桥零电压开关PWM变换器；所述第一移相控制全桥零电压开关PWM变换器的输入端与所述第一滤波电路106相连。[0099]参见图4，所述第一移相控制全桥零电压开关PWM变换器包括：
[0100]第一端与所述第一滤波电路106的第一端相连的第一开关管K11和第二开关管K12；
[0101]一端与所述第一开关管K11第二端相连的第三开关管K13，所述第三开关管K13的
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另一端与所述第一滤波电路106的第二端相连；
[0102]一端与所述第二开关管K12第二端相连的第四开关管K14，所述第四开关管K14的另一端与所述第一滤波电路106的第二端相连；
[0103]与所述第一开关管K11并联的第一二极管D1和第一电容C1；[0104]与所述第二开关管K12并联的第二二极管D2和第二电容C2；[0105]与所述第三开关管K13并联的第三二极管D3和第三电容C3；[0106]与所述第四开关管K14并联的第四二极管D4和第四电容C4；[0107]所述第一、第二、第三和第四开关管的控制端受PWM控制信号控制；
[0108]初级线圈的异名端与所述第一开关管K11的第二端相连的第二变压器T2；[0109]一端与所述第二变压器T2的初级线圈的同名端相连的第三电抗器L3，所述第三电抗器L3的另一端与所述第二开关管K12的第二端相连；
[0110]与所述第二变压器T2的次级线圈相连的第三整流电路1071；[0111]一端与所述第三整流电路1071的正输出端相连的第四电抗器L4；[0112]一端与所述第四电抗器L4的另一端相连的均流电容CR，所述均流电容CR的另一端与所述第三整流电路1071的负输出端相连；
[0113]与所述均流电容CR并联的均流电阻R1，所述均流电阻的两端作为所述交流-直流转换电路100的均流端。[0114]可以理解的是，本申请还公开了一种直流-直流转换电路200的结构图，参见图5，包括：
[0115]输入端作为直流-直流转换电路200的输入端与所述交流-直流转换电路100的输出端相连的第二全桥型变换器204；
[0116]一端与所述第二全桥型变换器204的正输出端相连的第二移相电容C02；[0117]第一端与所述第二移相电容C02的另一端相连的第五电抗器L5；
[0118]初级线圈的同名端与所述第五电抗器L5的第二端相连的第三变压器T3，所述的第三变压器T3的初级线圈的异名端与所述第二全桥型变换器204的负输出端相连；[0119]输入端与所述第三变压器T3的次级线圈相连的第四整流电路205；[0120]第一端与所述第四整流电路205的正输出端相连的第六电抗器L6；[0121]一端与所述第六电抗器L6相连的第二滤波电路206，所述第二滤波电路206的另一端与所述第四整流电路205的负输出端相连，所述第二滤波电路206的输出端作为所述直流-直流转换电路200的输出端。[0122]可以理解的是，所述直流-直流转换电路200中，同样可以包括一移相控制全桥零电压开关PWM变换器，记为第二移相控制全桥零电压开关PWM变换器，所述第二移相控制全桥零电压开关PWM变换器与所述第二滤波电路206相连，其结构与所述第一移相控制全桥零电压开关PWM变换器类似。[0123]可以理解的是，为了方便控制机柜监控每个供电电池的供电参数，本申请上述实施例公开的技术方案中还可以包括：
[0124]与所述滤波电路106和206的相连的输出信号采样电路，用于与所述控制机柜内的数据采集电路相连。
[0125]对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。
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说 明 书
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对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
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