一種用于動(dòng)力電池充放電設(shè)備的數(shù)字均流系統(tǒng)及方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用于動(dòng)力電池充放電設(shè)備的數(shù)字均流系統(tǒng)及方法，包括：上位機(jī)PC、電池測(cè)試設(shè)備1、電池測(cè)試設(shè)備2、動(dòng)力電池組；所述電池測(cè)試設(shè)備1包括：中位機(jī)1、DC/DC變換器1、PWM整流器1；本發(fā)明通過一種授權(quán)機(jī)制實(shí)現(xiàn)了電池充放電設(shè)備可靠的并聯(lián)運(yùn)行，并且針對(duì)電池組特性設(shè)計(jì)了可靠的數(shù)字并聯(lián)授權(quán)機(jī)制和不同模式下的均流算法；實(shí)現(xiàn)了電池測(cè)試設(shè)備并聯(lián)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，通過設(shè)備外部總線和均流總線的配合，完成了設(shè)備并聯(lián)功率輸出前的并聯(lián)授權(quán)工作，確定了當(dāng)前系統(tǒng)的并聯(lián)數(shù)和各節(jié)點(diǎn)地址；本發(fā)明在不同模式下，采用不同的算法保證了設(shè)備均流的成功運(yùn)行，防止因分流不均造成的均流失敗的情況。
【專利說明】一種用于動(dòng)力電池充放電設(shè)備的數(shù)字均流系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于動(dòng)力電池充放電設(shè)備的數(shù)字均流系統(tǒng)及方法，屬于動(dòng)力電池組充放電【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，隨著風(fēng)力發(fā)電、光伏發(fā)電和電動(dòng)汽車等新能源產(chǎn)業(yè)的興起,大功率儲(chǔ)能系統(tǒng)，尤其動(dòng)力電池組得到了越來越廣泛的應(yīng)用。同時(shí)，作為電池儲(chǔ)能關(guān)鍵技術(shù)的電池充放電技術(shù)也日益受到了關(guān)注。在實(shí)際應(yīng)用中，對(duì)大容量雙向變換系統(tǒng)的功率密度提出了越來越高的要求，為了實(shí)現(xiàn)大容量的功率變換，常將單機(jī)或單模塊按照一定并聯(lián)方式，分別達(dá)到輸出電流和輸出功率擴(kuò)展的目的。
[0003]對(duì)于雙向功率變換器組成的并聯(lián)系統(tǒng)，由于電池單體性能、雙向DC/DC變換器和線路參數(shù)等問題，并聯(lián)運(yùn)行過程中會(huì)出現(xiàn)負(fù)載電流的分配不均的問題，因此，在控制功率雙向流動(dòng)的同時(shí)，還需要解決各個(gè)單元的電流均分問題。
[0004]對(duì)于采用了并聯(lián)均流控制技術(shù)的設(shè)備，系統(tǒng)只需要增加模塊或者單機(jī)數(shù)量就可以方便地根據(jù)需要進(jìn)行擴(kuò)容，大大減少了設(shè)計(jì)周期、降低了設(shè)計(jì)成本，也可以更方便地對(duì)設(shè)備進(jìn)行維護(hù)和修理。目前，不論是均流母線形成方法，還是控制方式都已經(jīng)取得了一定的發(fā)展:最常用的均流母線形成方法有:主從電源法、平均電流自動(dòng)均流法、最大電流自動(dòng)均流法三種。控制方法有:外環(huán)調(diào)節(jié)、內(nèi)環(huán)調(diào)節(jié)、單母線結(jié)構(gòu)雙環(huán)調(diào)節(jié)和雙母線結(jié)構(gòu)雙環(huán)調(diào)節(jié)共四種方法。尤其對(duì)于控制較為成熟的均流算法，已經(jīng)有了專門的控制芯片，大大簡(jiǎn)化了控制電路。同時(shí)，由于單片機(jī)及DSP技術(shù)的迅速發(fā)展，控制并聯(lián)的電源模塊均流也實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化、智能化控制。
[0005]然而，現(xiàn)有傳統(tǒng)的技術(shù)方案大多都是針對(duì)常規(guī)開關(guān)電源的均流技術(shù)，即使有對(duì)雙向功率變換器實(shí)施的均流控制算法，也缺乏專門針對(duì)電池組工作特性的均流技術(shù)方案。這種忽視電池特性的控制往往會(huì)不會(huì)收到良好的均流效果，甚至?xí)?dǎo)致并聯(lián)運(yùn)行。所以針對(duì)動(dòng)力電池組充放電設(shè)備并聯(lián)均流的技術(shù)方案的開發(fā)創(chuàng)新迫在眉睫。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于提供一種能夠克服上述技術(shù)問題的用于動(dòng)力電池充放電設(shè)備的數(shù)字均流系統(tǒng)及方法，本發(fā)明提出的用于動(dòng)力電池充放電設(shè)備的數(shù)字均流方法通過數(shù)字控制的方式，實(shí)現(xiàn)了電池充放電設(shè)備對(duì)不同狀態(tài)下動(dòng)力電池組的均流控制；根據(jù)電池組充放電過程中，在不同階段的電壓、電流等參數(shù)的變化規(guī)律，電池充放電設(shè)備采用不同的控制技術(shù)方案，最大限度的符合電池組的充放電特性。
[0007]本發(fā)明的一種用于動(dòng)力電池充放電設(shè)備的數(shù)字均流系統(tǒng)包括:上位機(jī)PC、電池測(cè)試設(shè)備1、電池測(cè)試設(shè)備2、動(dòng)力電池組；所述電池測(cè)試設(shè)備I包括:中位機(jī)1、DC/DC變換器1、PWM整流器I ;所述電池測(cè)試設(shè)備2包括:中位機(jī)2、DC/DC變換器2、PWM整流器2 ;所述上位機(jī)PC分別與中位機(jī)I和中位機(jī)2連接；所述中位機(jī)I和中位機(jī)2相互連接；所述中位機(jī)I分別與PWM整流器I和DC/DC變換器I連接；所述PWM整流器I與DC/DC變換器I連接；所述中位機(jī)2分別與PWM整流器2和DC/DC變換器2連接；所述PWM整流器2與DC/DC變換器2連接；所述電池測(cè)試設(shè)備I和所述電池測(cè)試設(shè)備2的輸出端子正極分別與所述動(dòng)力電池組的電池正極連接；所述電池測(cè)試設(shè)備I和所述電池測(cè)試設(shè)備2的輸出端子負(fù)極分別與所述動(dòng)力電池組的電池負(fù)極連接。
[0008]本發(fā)明的一種用于動(dòng)力電池充放電設(shè)備的數(shù)字均流系統(tǒng)的上位機(jī)PC通過外部總線向每臺(tái)設(shè)備的中位機(jī)下發(fā)設(shè)備運(yùn)行總參數(shù)，同時(shí)接收中位機(jī)轉(zhuǎn)發(fā)的內(nèi)部總線和均流總線上設(shè)備的運(yùn)行數(shù)據(jù)，監(jiān)控設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)；
[0009]本發(fā)明的一種用于動(dòng)力電池充放電設(shè)備的數(shù)字均流系統(tǒng)的設(shè)備內(nèi)部由中位機(jī)通過內(nèi)部總線轉(zhuǎn)發(fā)從外部總線接收和均流總線得到的控制參數(shù)給功率變換模塊，同時(shí)接收下位機(jī)PWM整流器和DC/DC變換器上傳的運(yùn)行參數(shù)；
[0010]本發(fā)明的一種用于動(dòng)力電池充放電設(shè)備的數(shù)字均流系統(tǒng)的并聯(lián)設(shè)備之間的均流數(shù)據(jù)通過中位機(jī)間的均流總線來交換。
[0011]在設(shè)備并聯(lián)運(yùn)行之前，需要明確一些信息，設(shè)備才能在上位機(jī)PC的統(tǒng)一控制之下進(jìn)行功率變換。因此，一個(gè)安全可靠的授權(quán)機(jī)制是設(shè)備成功并聯(lián)運(yùn)行重要前提。
[0012]本發(fā)明用于動(dòng)力電池充放電設(shè)備的數(shù)字均流的方法是在并聯(lián)設(shè)備中挑選出一個(gè)控制主機(jī)，負(fù)責(zé)將上位機(jī)PC由外部總線下發(fā)的運(yùn)行工步、控制參數(shù)轉(zhuǎn)發(fā)給均流總線上其他設(shè)備，同時(shí)該控制主機(jī)還需要記錄運(yùn)行數(shù)據(jù)等信息，以保證系統(tǒng)的脫機(jī)運(yùn)行。另外一方面，授權(quán)過程中，上位機(jī)PC和控制主機(jī)獲取了當(dāng)前設(shè)備的并聯(lián)數(shù)，使得控制主機(jī)可以根據(jù)上位機(jī)PC下發(fā)的總電流指令，得到被控從機(jī)電流指令，并下發(fā)給各被控從機(jī)。本發(fā)明的授權(quán)機(jī)制的通訊方向示意圖如圖2所示，分為4個(gè)步驟:
[0013]1)A階段:該階段為均流總線上的數(shù)據(jù)交換。各并聯(lián)中位機(jī)默認(rèn)為自身為受控從機(jī)，將自己的總線地址在總線上廣播，同時(shí)監(jiān)聽其他設(shè)備廣播的信息；
[0014]2)B階段:該階段為外部總線上的數(shù)據(jù)上傳。各并聯(lián)中位機(jī)將A階段監(jiān)聽到的并聯(lián)數(shù)及相應(yīng)地址信息上傳給上位機(jī)PC ；
[0015]3) C階段:該階段為外部總線上的數(shù)據(jù)下發(fā)。上位機(jī)PC綜合各并聯(lián)中位機(jī)B階段信息，按照一定算法指定一設(shè)備為控制主機(jī)，并將當(dāng)前并聯(lián)設(shè)備數(shù)目和相應(yīng)地址下發(fā)給控制王機(jī)；
[0016]4)D階段:該階段為均流總線上的數(shù)據(jù)下發(fā)?？刂浦鳈C(jī)將當(dāng)前的并聯(lián)數(shù)目和相應(yīng)地址信息下發(fā)給各被控從機(jī)。
[0017]本發(fā)明的用于動(dòng)力電池充放電設(shè)備的數(shù)字均流的方法針對(duì)電池組的特性的恒流模式下的均流模式、恒壓模式下的均流模式和恒功率模式下的均流模式的技術(shù)方案，很好的吻合了電池充放電過程中的曲線變化特性，區(qū)分模式的不同均流技術(shù)方案，保證了均流效果，防止了不同單機(jī)間分流不均導(dǎo)致并聯(lián)失敗的情況。上述三種模式下的均流技術(shù)方案如下:
[0018]I)恒流模式；在該模式下，電池測(cè)試設(shè)備的電壓環(huán)處于開環(huán)階段，如果個(gè)別單機(jī)輸出電流偏低或者偏高，通過將其采樣電流與指令電流比較后，相應(yīng)修正指令電流即可保證每個(gè)單機(jī)的輸出維持在指令電流上下附近；
[0019]2)恒壓模式；在該模式下，電池測(cè)試設(shè)備的電流環(huán)處于開環(huán)階段，每個(gè)并聯(lián)單機(jī)都可以通過均流總線收到其他設(shè)備的輸出電流，根據(jù)既定算法得到均流參考信號(hào)，該信號(hào)與輸出電流比較后，再相應(yīng)修正指令電壓即可保證每個(gè)單機(jī)的輸出電流近似相等；
[0020]3)恒功率模式；在該模式下，電池測(cè)試設(shè)備的電壓環(huán)處于開環(huán)階段，而其指令電流是由指令功率與當(dāng)前電池組電壓計(jì)算得到，根據(jù)既定算法得到均流參考信號(hào)，該信號(hào)與由指令功率得到的電流值比較后，再相應(yīng)修正功率指令即可保證每個(gè)單機(jī)的輸出電流近似相等。
[0021]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是通過一種授權(quán)機(jī)制實(shí)現(xiàn)了電池充放電設(shè)備可靠的并聯(lián)運(yùn)行，并且針對(duì)電池組特性設(shè)計(jì)了可靠的數(shù)字并聯(lián)授權(quán)機(jī)制和不同模式下的均流算法；實(shí)現(xiàn)了電池測(cè)試設(shè)備并聯(lián)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，并且系統(tǒng)動(dòng)態(tài)均流特性良好；通過設(shè)備外部總線和均流總線的配合，完成了設(shè)備并聯(lián)功率輸出前的并聯(lián)授權(quán)工作，確定了當(dāng)前系統(tǒng)的并聯(lián)數(shù)和各節(jié)點(diǎn)地址；本發(fā)明的不同工作模式下的均流算法，適應(yīng)了電池組的工作特性變化規(guī)律。在不同模式下，采用不同的算法保證了設(shè)備均流的成功運(yùn)行，防止因分流不均造成的均流失敗的情況。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]圖1是本發(fā)明所述一種用于動(dòng)力電池充放電設(shè)備的數(shù)字均流系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023]圖2是本發(fā)明所述一種用于動(dòng)力電池充放電設(shè)備的數(shù)字均流系統(tǒng)的并聯(lián)授權(quán)機(jī)制的通訊方向示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0024]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述。如圖1所示，本發(fā)明包括:上位機(jī)PC、電池測(cè)試設(shè)備1、電池測(cè)試設(shè)備2、動(dòng)力電池組；所述電池測(cè)試設(shè)備I包括:中位機(jī)1、DC/DC變換器1、PWM整流器I ;所述電池測(cè)試設(shè)備2包括:中位機(jī)2、DC/DC變換器2、PWM整流器2 ;所述上位機(jī)PC分別與中位機(jī)I和中位機(jī)2連接；所述中位機(jī)I和中位機(jī)2相互連接；所述中位機(jī)I分別與PWM整流器I和DC/DC變換器I連接；所述PWM整流器I與DC/DC變換器I連接；所述中位機(jī)2分別與PWM整流器2和DC/DC變換器2連接；所述PWM整流器2與DC/DC變換器2連接；所述電池測(cè)試設(shè)備I和所述電池測(cè)試設(shè)備2的輸出端子正極分別與所述動(dòng)力電池組的電池正極連接；所述電池測(cè)試設(shè)備I和所述電池測(cè)試設(shè)備2的輸出端子負(fù)極分別與所述動(dòng)力電池組的電池負(fù)極連接。
[0025]I)本發(fā)明的并聯(lián)系統(tǒng)采用三條通訊總線的結(jié)構(gòu):
[0026]①外部總線；每臺(tái)電池充放電設(shè)備通過外部總線與上位機(jī)PC進(jìn)行通訊；
[0027]②內(nèi)部總線；每臺(tái)電池充放電設(shè)備內(nèi)部設(shè)置中位機(jī),通過內(nèi)部總線負(fù)責(zé)下發(fā)功率變換單元一AC/DC和DC/DC兩級(jí)的控制指令；
[0028]③均流總線；不同電池充放電設(shè)備之間并聯(lián)運(yùn)行時(shí),通過該均流總線交換設(shè)備運(yùn)行參數(shù)，實(shí)時(shí)計(jì)算出均流控制參數(shù)。
[0029]上述外部總線、內(nèi)部總線、均流總線這三條總線協(xié)調(diào)工作，確保了設(shè)備各級(jí)運(yùn)行參數(shù)的及時(shí)交換，實(shí)時(shí)參數(shù)，保證了設(shè)備良好的動(dòng)態(tài)響應(yīng)和均流效果；
[0030]2)針對(duì)電池組在充放電過程中，電壓、電流等參數(shù)的變化規(guī)律，在不同階段采用不同均
[0031]流算法:
[0032]①恒流模式下的均流算法；
[0033]②恒壓模式下的均流算法；
[0034]③恒功率模式下的均流算法。
[0035]本發(fā)明采用上述這種區(qū)別處理的技術(shù)方案，使均流過程更好符合電池組的工作特性。如圖2所示是本發(fā)明的并聯(lián)授權(quán)機(jī)制的通訊方向示意圖。
[0036]以上所述，僅為本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本【技術(shù)領(lǐng)域】的技術(shù)人員在本發(fā)明公開的范圍內(nèi)，能夠輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明權(quán)利要求的保護(hù)范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種用于動(dòng)力電池充放電設(shè)備的數(shù)字均流方法，其特征在于，在并聯(lián)設(shè)備中挑選出一個(gè)控制主機(jī)，負(fù)責(zé)將上位機(jī)PC由外部總線下發(fā)的運(yùn)行工步、控制參數(shù)轉(zhuǎn)發(fā)給均流總線上其他設(shè)備，同時(shí)該控制主機(jī)還需要記錄運(yùn)行數(shù)據(jù)等信息，以保證系統(tǒng)的脫機(jī)運(yùn)行，另外一方面，授權(quán)過程中，上位機(jī)PC和控制主機(jī)獲取了當(dāng)前設(shè)備的并聯(lián)數(shù)，使得控制主機(jī)可以根據(jù)上位機(jī)PC下發(fā)的總電流指令，得到被控從機(jī)電流指令，并下發(fā)給各被控從機(jī)，分為4個(gè)步驟: 1)A階段:該階段為均流總線上的數(shù)據(jù)交換，各并聯(lián)中位機(jī)默認(rèn)為自身為受控從機(jī)，將自己的總線地址在總線上廣播，同時(shí)監(jiān)聽其他設(shè)備廣播的信息； 2)B階段:該階段為外部總線上的數(shù)據(jù)上傳，各并聯(lián)中位機(jī)將A階段監(jiān)聽到的并聯(lián)數(shù)及相應(yīng)地址信息上傳給上位機(jī)PC ； 3)C階段:該階段為外部總線上的數(shù)據(jù)下發(fā)，上位機(jī)PC綜合各并聯(lián)中位機(jī)B階段信息，按照一定算法指定一設(shè)備為控制主機(jī)，并將當(dāng)前并聯(lián)設(shè)備數(shù)目和相應(yīng)地址下發(fā)給控制主機(jī)； 4)D階段:該階段為均流總線上的數(shù)據(jù)下發(fā)，控制主機(jī)將當(dāng)前的并聯(lián)數(shù)目和相應(yīng)地址信息下發(fā)給各被控從機(jī)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于動(dòng)力電池充放電設(shè)備的數(shù)字均流方法，其特征在于，包括:針對(duì)電池組的特性的恒流模式下的均流模式、恒壓模式下的均流模式和恒功率模式下的均流模式的技術(shù)方案，防止了不同單機(jī)間分流不均導(dǎo)致并聯(lián)失敗的情況，上述三種模式下的均流技術(shù)方案的步驟如下: 1)恒流模式；在該模式下，電池測(cè)試設(shè)備的電壓環(huán)處于開環(huán)階段，如果個(gè)別單機(jī)輸出電流偏低或者偏高，通過將其采樣電流與指令電流比較后，相應(yīng)修正指令電流即可保證每個(gè)單機(jī)的輸出維持在指令電流上下附近；` 2)恒壓模式；在該模式下，電池測(cè)試設(shè)備的電流環(huán)處于開環(huán)階段，每個(gè)并聯(lián)單機(jī)都可以通過均流總線收到其他設(shè)備的輸出電流，根據(jù)既定算法得到均流參考信號(hào)，該信號(hào)與輸出電流比較后，再相應(yīng)修正指令電壓即可保證每個(gè)單機(jī)的輸出電流近似相等； 3)恒功率模式;在該模式下，電池測(cè)試設(shè)備的電壓環(huán)處于開環(huán)階段，而其指令電流是由指令功率與當(dāng)前電池組電壓計(jì)算得到，根據(jù)既定算法得到均流參考信號(hào)，該信號(hào)與由指令功率得到的電流值比較后，再相應(yīng)修正功率指令即可保證每個(gè)單機(jī)的輸出電流近似相坐寸ο
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于動(dòng)力電池充放電設(shè)備的數(shù)字均流方法，其特征在于，通過設(shè)備外部總線和均流總線的配合，完成了設(shè)備并聯(lián)功率輸出前的并聯(lián)授權(quán)工作，確定了當(dāng)前系統(tǒng)的并聯(lián)數(shù)和各節(jié)點(diǎn)地址。
4.一種用于動(dòng)力電池充放電設(shè)備的數(shù)字均流系統(tǒng)，包括:上位機(jī)PC、電池測(cè)試設(shè)備1、電池測(cè)試設(shè)備2、動(dòng)力電池組；所述電池測(cè)試設(shè)備I包括:中位機(jī)1、DC/DC變換器1、PWM整流器I ;所述電池測(cè)試設(shè)備2包括:中位機(jī)2、DC/DC變換器2、PWM整流器2 ;所述上位機(jī)PC分別與中位機(jī)I和中位機(jī)2連接；所述中位機(jī)I和中位機(jī)2相互連接；所述中位機(jī)I分別與PWM整流器I和DC/DC變換器I連接；所述PWM整流器I與DC/DC變換器I連接；所述中位機(jī)2分別與PWM整流器2和DC/DC變換器2連接；所述PWM整流器2與DC/DC變換器2連接；所述電池測(cè)試設(shè)備I和所述電池測(cè)試設(shè)備2的輸出端子正極分別與所述動(dòng)力電池組的電池正極連接；所述電池測(cè)試設(shè)備I和所述電池測(cè)試設(shè)備2的輸出端子負(fù)極分別與所述動(dòng)力電池組的電池負(fù)極連接。`
【文檔編號(hào)】G05B19/418GK103676895SQ201310711634
【公開日】2014年3月26日 申請(qǐng)日期:2013年12月20日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月20日
【發(fā)明者】馮韜, 張計(jì)濤, 溫家鵬, 邢云嶺 申請(qǐng)人:優(yōu)科新能源科技有限公司