一種充電控制器對蓄電池充電的控制方法
【專利摘要】一種充電控制器對蓄電池充電的控制方法，內(nèi)環(huán)為直流電流環(huán)控制，外環(huán)為直流電壓環(huán)控制。該直流電壓環(huán)控制根據(jù)雙模式逆變器的并離網(wǎng)狀態(tài)和蓄電池的狀態(tài)，選擇光伏電池板直流電壓外環(huán)控制或蓄電池直流電壓外環(huán)控制。當(dāng)雙模式逆變器并網(wǎng)運(yùn)行，或者離網(wǎng)運(yùn)行且蓄電池處于恒流充電狀態(tài)時(shí)，充電控制器采用光伏電池板直流電壓外環(huán)和直流電流環(huán)同時(shí)工作的控制方式；當(dāng)雙模式逆變器離網(wǎng)運(yùn)行且蓄電池處于恒壓充電狀態(tài)時(shí)，充電控制器采用蓄電池電壓外環(huán)和直流電流環(huán)同時(shí)工作的控制方式。兩種直流電壓環(huán)為一套PI調(diào)節(jié)器，光伏電池板直流電壓外環(huán)控制和蓄電池直流電壓外環(huán)控制切換時(shí)在直流電壓的給定和反饋之間切換。所述的充電控制器采用三相交錯(cuò)調(diào)制。
【專利說明】-種充電控制器對蓄電池充電的控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種蓄電池充電的控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 充電控制器是連接光伏電池板與用電負(fù)載的樞紐。由于光伏電池板輸出電壓不穩(wěn) 定，所以不能直接將光伏電池板應(yīng)用于負(fù)載，需要將太陽能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔芎蟠鎯?chǔ)到蓄電池中， 再由蓄電池向負(fù)載供電。充電控制器實(shí)時(shí)檢測蓄電池的狀態(tài)，按照優(yōu)化控制策略對蓄電池 進(jìn)行充電。
[0003] 在集中式大功率光儲(chǔ)一體化應(yīng)用系統(tǒng)中，光伏電池板通過充電控制器給蓄電池組 充電，并通過蓄電池組組建直流母線（DC-Link)，后接雙模式逆變器。該雙模式逆變器根據(jù) 光伏電站的工作狀態(tài)信息，需在并網(wǎng)和離網(wǎng)控制模式間切換工作。通過在雙模式逆變器和 光伏充電控制器間建立通訊連接，由逆變器給出充電控制器電網(wǎng)狀態(tài)信息。充電控制器和 雙模式逆變器通過蓄電池完全解耦，充電控制器可根據(jù)雙模式逆變器的并離網(wǎng)狀態(tài)，采取 最優(yōu)的控制策略穩(wěn)定運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)對蓄電池組的充電。并網(wǎng)時(shí)為了保持充分利用光資源，在蓄 電池已滿的情況下，需將光伏能量直接并入電網(wǎng)。具體控制框圖如圖2所示。
[0004] 目前，充電控制器大多利用傳統(tǒng)Buck、Boost電路作為主回路，實(shí)現(xiàn)能量交換只能 依賴于若干并聯(lián)的IGBT和很大的電感來保證所要求的大電流，造成功率器件中很高的開 關(guān)損耗。由于效率和開關(guān)頻率較低，輸出端就必須采用更大的電感，導(dǎo)致瞬態(tài)響應(yīng)速度變 慢、若提高響應(yīng)速度就必須減小電感值，但這將產(chǎn)生很大的輸出電流尖峰。另外，采用傳統(tǒng) 的涓流充電、快速充電、吸收充電、浮充充電四段式充電方式進(jìn)行控制時(shí)，各個(gè)模式間需要 實(shí)現(xiàn)靈活平滑切換策略處理，控制較為繁瑣，所以迫切需要一種統(tǒng)一的控制方法以實(shí)現(xiàn)上 述功能。
[0005] CN2〇1310〇6〇267《一種光伏充電控制器的充電控制方法》根據(jù)充電模式控制器的 控制指令，利用MPPT控制器、蓄電池電壓控制器、直流電流控制器相結(jié)合的方式，實(shí)現(xiàn)對蓄 電池的充電控制。但沒有具體給出充電模式控制器的具體工作原理及模式判定方法，導(dǎo)致 各個(gè)控制器的工作不明確，另外該控制策略中采用三環(huán)控制較繁瑣。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0006]本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有充電控制器對蓄電池充電的控制時(shí)，多個(gè)狀態(tài)間不能平 滑切換，且控制策略復(fù)雜的缺點(diǎn)，提出一種適用于充電控制器對蓄電池充電的雙環(huán)控制方 法。本發(fā)明根據(jù)雙模式逆變器并離網(wǎng)狀態(tài)及蓄電池狀態(tài)的不同，采用光伏電池板直流電壓 夕卜環(huán)和蓄電池直流電壓外環(huán)的平滑切換控制方法，能夠最大限度的利用光能，控制方法簡 單，靈活切換無沖擊。
[0007]本發(fā)明的技術(shù)方案如下：
[0008]本發(fā)明充電控制器對蓄電池充電采用雙環(huán)控制方法：內(nèi)環(huán)為直流電流環(huán)控制，夕卜 環(huán)為直流電壓環(huán)控制。該直流電壓環(huán)控制根據(jù)雙模式逆變器的并離網(wǎng)狀態(tài)和蓄電池的狀 選擇光伏電池板直流^壓外環(huán)控制或蓄電池直流電壓外環(huán)控制。當(dāng)雙模式逆變器并網(wǎng) 運(yùn)行，或者雙模式逆變器禺網(wǎng)運(yùn)行且蓄電池處于恒流充電狀態(tài)時(shí)，充電控制器同時(shí)采用光 伏電池板直流電壓外環(huán)控制和直流電流環(huán)控制的方式；當(dāng)雙模式逆變器離網(wǎng)運(yùn)行且蓄電池 處于恒壓充電狀態(tài)時(shí)，充電控制器同時(shí)采用蓄電池直流電壓外環(huán)控制和直流電流環(huán)控制的 方式。所述的兩種直流電壓環(huán)共用一套P〗調(diào)節(jié)器，光伏電池板直流電壓外環(huán)控制和蓄電池 直流電壓外環(huán)控制切換時(shí)時(shí)僅在直流電壓的給定和反饋之間切換，無需特殊切換策略即能 保證直流電壓環(huán)的平滑切換無沖擊。所述的充電控制器采用三相交錯(cuò)調(diào)制，降低了電壓、電 流的紋波。本發(fā)明控制方法極大地提高了光能的利用率，使蓄電池充電達(dá)到最優(yōu)，控制方法 簡單靈活，響應(yīng)速度快。
[0009]本發(fā)明的具體控制方法如下：
[0010]充電控制器采用雙環(huán)控制方法，內(nèi)環(huán)為直流電流環(huán)控制，外環(huán)為直流電壓環(huán)控制。 其中直流電壓環(huán)控制包括兩種方式：一種是光伏電池板直流電壓外環(huán)控制，另一種是蓄電 池直流電壓外環(huán)控制。所述的直流電壓環(huán)控制方法的選擇原則是：如果雙模式逆變器處于 并網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)，充電控制器采用光伏電池直流電壓外環(huán)控制；如果雙模式逆變器處于離網(wǎng) 運(yùn)行狀態(tài)，充電控制器根據(jù)蓄電池的充電狀態(tài)，選擇光伏電池直流電壓外環(huán)控制或蓄電池 直流電壓外環(huán)控制。
[0011]當(dāng)雙模式逆變器處于并網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)，或者雙模式逆變器處于離網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)且蓄電 池處于恒流充電狀態(tài)時(shí)，充電控制器同時(shí)采用光伏電池板直流電壓外環(huán)控制和直流電流環(huán) 控制的方式，以保證光能最大利用率。光伏電池板直流電壓外環(huán)的輸出經(jīng)過直流電流限幅 值限幅后，作為直流電流給定。
[0012]當(dāng)雙模式逆變器處于離網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)且蓄電池處于恒壓充電狀態(tài)時(shí)，充電控制器同 時(shí)采用蓄電池電壓外環(huán)控制和直流電流環(huán)控制的方式。蓄電池直流電壓外環(huán)的輸出經(jīng)過直 流電流限幅值的限幅后，作為直流電流給定。
[0013] 蓄電池的恒流充電狀態(tài)包括涓流充電和恒流限壓充電狀態(tài)；蓄電池的恒壓充電狀 態(tài)包括恒壓充電狀態(tài)和浮充恒壓充電狀態(tài)。
[0014] 兩種所述的直流電壓環(huán)共用一套PI控制器。兩種直流電壓環(huán)之間的切換在于直 流電壓環(huán)的給定和反饋之間的切換。當(dāng)光伏電池板直流電壓外環(huán)控制時(shí)，將最大功率點(diǎn)跟 蹤擾動(dòng)后的電壓值作為直流電壓給定，光伏電池板的電壓作為反饋，光伏電池板的電壓和 該直流電壓給定之間的誤差值作為PI調(diào)節(jié)器的輸入；當(dāng)蓄電池電壓外環(huán)控制時(shí)，將蓄電池 恒壓充電電壓值作為直流電壓給定，蓄電池的電壓作為反饋，蓄電池的電壓和該直流電壓 給定之間的誤差值作為PI調(diào)節(jié)器的輸入。
[0015] 根據(jù)雙模式逆變器并離網(wǎng)狀態(tài)和蓄電池電壓的不同，直流電流給定限幅值不同。 當(dāng)雙模式逆變器處于離網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)且蓄電池電壓低于電池電壓閾值一，所述的電池電壓閾 值一低于電池電壓閾值二，依據(jù)蓄電池特性，此時(shí)直流電流給定限幅值受涓流充電限幅值 限制。當(dāng)蓄電池電壓高于電池電壓閾值一，或雙模式逆變器工作在并網(wǎng)狀態(tài)時(shí)，直流電流給 定限幅值受充電控制器最大充電電流的限制，該最大充電電流值由充電控制器本身參數(shù)決 定。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0016]圖1本發(fā)明充電控制器整體控制框圖；
[0017]圖2光儲(chǔ)一體化應(yīng)用框圖；
[0018] 圖3蓄電池充電控制策略流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0019]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對本發(fā)明做進(jìn)一步描述。
[0020] 如圖1所示，本發(fā)明控制方法具體如下：
[0021]光伏電池板輸出的電壓、電流和蓄電池的電壓、輸出電流分另！j由充電控制器直流 側(cè)的電壓傳感器和電流傳感器測得。
[0022]充電控制器采用雙環(huán)控制方法，內(nèi)環(huán)為直流電流環(huán)控制，外環(huán)為直流電壓環(huán)控制。 其中直流電壓環(huán)控制包括兩種方式：一種是光伏電池板直流電壓外環(huán)控制，另一種是蓄電 池直流電壓外環(huán)控制。所述的直流電壓環(huán)控制方法的選擇原則是：如果雙模式逆變器處于 并網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)，充電控制器采用光伏電池板直流電壓外環(huán)控制方式；如果雙模式逆變器處 于咼網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)，充電控制器根據(jù)蓄電池的充電狀態(tài)，選擇光伏電池板直流電壓外環(huán)控制 或蓄電池直流電壓外環(huán)控制方式。
[0023]雙模式逆變器并網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)下，或者雙模式逆變器處于離網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)且蓄電池處 于恒流充電狀態(tài)時(shí)，充電控制器同時(shí)采用光伏電池板直流電壓外環(huán)控制和直流電流環(huán)控 制，光伏電池板直流電壓外環(huán)的給定和反饋由光伏電池板直流電壓外環(huán)控制器101給出。 [00 24] 光伏電池板直流電壓外環(huán)控制所需的直流電壓的給定值，主要利用最大功率點(diǎn)跟 蹤方法，通過擾動(dòng)觀察法實(shí)現(xiàn)。擾動(dòng)觀察法的原理是：根據(jù)光伏電池板的P-V特性，通過擾 動(dòng)端電壓來尋找最大功率點(diǎn)MPP，即周期性地?cái)_動(dòng)太陽能電池的工作電壓值（v+AV)，再比 較其擾動(dòng)如后的功率變化，若輸出功率值增加，貝U表示擾動(dòng)方向正確，可朝同一方向（+aV) 擾動(dòng)；若輸出功率值減小，則往相反（-AV)方向擾動(dòng)。通過不斷擾動(dòng)使太陽能電池輸出功 率趨于最大。光伏電池板直流電壓外環(huán)控制所需的直流電壓反饋值為光伏電池板的電壓 值。
[0025] 當(dāng)雙模式逆變器離網(wǎng)運(yùn)行且蓄電池處于恒壓限流充電狀態(tài)時(shí)，充電控制器同時(shí)采 用蓄電池直流電壓外環(huán)控制和直流電流環(huán)控制。
[0026]所述蓄電池的狀態(tài)是依據(jù)蓄電池特性和傳統(tǒng)四段式充電控制方式，結(jié)合蓄電池的 當(dāng)前電壓值，判定蓄電池所處的充電狀態(tài)。傳統(tǒng)四段式充電控制方式分為涓流充電、恒流限 壓充電、恒壓限流充電，以及浮充恒壓充電；不同的控制方式對應(yīng)不同的蓄電池充電狀態(tài)： 其中涓流充電狀態(tài)和恒流限壓充電狀態(tài)，統(tǒng)稱為恒流充電狀態(tài)；恒壓限流充電狀態(tài)和浮充 恒壓充電狀態(tài)，統(tǒng)稱為恒壓充電狀態(tài)。具體的蓄電池充電控制策略如圖3所示。
[0027] 當(dāng)蓄電池電壓低于電池電壓閾值二，蓄電池處于涓流充電狀態(tài)或恒流限壓充電狀 態(tài)，充電控制器采用光伏電池板直流電壓外環(huán)控制和直流電流環(huán)控制；當(dāng)蓄電池電壓高于 電池電壓閾值二，蓄電池處于恒壓限流充電狀態(tài)或浮充恒壓充電狀態(tài)，充電控制器采用蓄 電池直流電壓外環(huán)控制和直流電流環(huán)控制。直流電壓環(huán)的輸出經(jīng)過直流電流給定限幅后， 再作為直流電流環(huán)的給定。
[0028] 所述的直流電流給定限幅，也根據(jù)雙模式逆變器的并離網(wǎng)狀態(tài)和蓄電池狀態(tài)的不 同而不同。當(dāng)雙模式逆變器處于離網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)且蓄電池電壓低于電池電壓閾值一，所述的 電池電壓閾值一低于電池電壓閾值二，依據(jù)蓄電池特性，此時(shí)直流電流給定限幅值受涓流 充電限幅值限制。當(dāng)蓄電池電壓高于電池電壓閾值一，或在雙模式逆變器工作在并網(wǎng)狀態(tài) 時(shí)，直流電流給定限幅值受充電控制器最大充電電流的限制，該最大充電電流值由充電控 制器本身參數(shù)決定。電池電壓閾值一和電池電壓閾值二由蓄電池特性決定。
[0029] 所述的兩種直流電壓環(huán)共用一套PI控制器，兩種直流電壓環(huán)之間的切換，實(shí)質(zhì)是 直流電壓環(huán)的給定和反饋之間的切換。當(dāng)光伏電池板直流電壓外環(huán)控制時(shí)，將最大功率點(diǎn) 跟蹤擾動(dòng)后的電壓值作為直流電壓給定，光伏電池板的電壓作為反饋；當(dāng)蓄電池直流電壓 外環(huán)控制時(shí)，將蓄電池恒壓充電電壓值作為直流電壓給定，蓄電池的電壓作為反饋。
[0030]直流電壓環(huán)的給定和反饋的差值用于直流電流的控制，PI調(diào)節(jié)器輸出值經(jīng)過直流 電流限幅處理，得到直流電流環(huán)的給定值/^，直流電流環(huán)控制器103的反饋值為三相電抗 器的電流和，再經(jīng)過直流電流環(huán)PI調(diào)節(jié)器，輸出三相cmpr值，然后利用三相交錯(cuò)并聯(lián)技術(shù)， 經(jīng)過PWM調(diào)制，得到充電控制器主電路IGBT開關(guān)的PWM控制信號(hào)，驅(qū)動(dòng)其實(shí)現(xiàn)充電控制器 對蓄電池進(jìn)行充電控制。
【權(quán)利要求】
1. 一種充電控制器對蓄電池充電的控制方法，其特征是，所述的充電控制器采用雙環(huán) 控制方法：內(nèi)環(huán)控制為直流電流環(huán)控制，外環(huán)控制為直流電壓環(huán)控制；所述的直流電壓環(huán) 控制是根據(jù)雙模式逆變器的并離網(wǎng)狀態(tài)和蓄電池的狀態(tài)，選擇光伏電池板直流電壓外環(huán)控 制或蓄電池直流電壓外環(huán)控制：當(dāng)雙模式逆變器并網(wǎng)運(yùn)行，或者雙模式逆變器離網(wǎng)運(yùn)行且 蓄電池處于恒流充電狀態(tài)時(shí)，充電控制器同時(shí)采用光伏電池板直流電壓環(huán)控制和直流電流 環(huán)控制的方式；當(dāng)雙模式逆變器離網(wǎng)運(yùn)行且蓄電池處于恒壓充電狀態(tài)時(shí)，充電控制器同時(shí) 采用蓄電池直流電壓外環(huán)控制和直流電流環(huán)控制的方式；所述的兩種直流電壓環(huán)控制為一 套PI調(diào)節(jié)器，光伏電池板直流電壓外環(huán)控制和蓄電池直流電壓外環(huán)控制轉(zhuǎn)換時(shí)僅在直流 電壓的給定和反饋之間切換。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的充電控制器對蓄電池充電的控制方法，其特征是，所述的外 環(huán)控制方法的選擇原則是：如果雙模式逆變器處于并網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)，充電控制器采用光伏電 池直流電壓外環(huán)控制；如果雙模式逆變器處于離網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)，充電控制器根據(jù)蓄電池的充 電狀態(tài)，選擇光伏電池板直流電壓外環(huán)控制或蓄電池直流電壓外環(huán)控制。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的充電控制器對蓄電池充電的控制方法，其特征是，所述的 充電控制器依據(jù)蓄電池特性和傳統(tǒng)四段式充電控制方式，結(jié)合蓄電池的當(dāng)前電壓，判定蓄 電池所處的充電狀態(tài)；所述的傳統(tǒng)四段式充電控制方式為涓流充電、恒流限壓充電、恒壓限 流充電，以及浮充恒壓充電；不同的控制方式對應(yīng)不同的蓄電池充電狀態(tài)：所述的涓流充 電狀態(tài)和恒流限壓充電狀態(tài)，統(tǒng)稱為恒流充電狀態(tài)；所述的恒壓限流充電狀態(tài)和浮充恒壓 充電狀態(tài)，統(tǒng)稱為恒壓充電狀態(tài)； 當(dāng)蓄電池電壓低于電池電壓閾值二，蓄電池處于恒流充電狀態(tài)，充電控制器對蓄電池 采用光伏電池板直流電壓外環(huán)控制和直流電流環(huán)控制；當(dāng)蓄電池電壓高于電池電壓閾值 二，蓄電池處于恒壓充電狀態(tài)，充電控制器對蓄電池采用蓄電池直流電壓外環(huán)控制和直流 電流環(huán)控制；直流電壓環(huán)的輸出經(jīng)過直流電流給定限幅后，再作為直流電流給定。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的充電控制器對蓄電池充電的控制方法，其特征是，蓄電池電 壓和雙模式逆變器并離網(wǎng)狀態(tài)不同，直流電流給定限幅不同： 當(dāng)雙模式逆變器處于離網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)且蓄電池電壓低于電池電壓閾值一，所述的電池電 壓閾值一低于電池電壓閾值二，依據(jù)蓄電池特性，此時(shí)直流電流給定限幅值受涓流充電限 幅值限制；當(dāng)蓄電池電壓高于電池電壓閾值一，或雙模式逆變器工作在并網(wǎng)狀態(tài)時(shí)，直流電 流給定限幅值受充電控制器最大充電電流的限制，該最大充電電流值由充電控制器本身參 數(shù)決定。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的充電控制器對蓄電池充電的控制方法，其特征是，兩種直流 電壓環(huán)控制時(shí)在直流電壓的給定和反饋之間切換的控制邏輯為：當(dāng)光伏電池板直流電壓環(huán) 控制時(shí)，將最大功率點(diǎn)跟蹤擾動(dòng)后的電壓值作為直流電壓給定，光伏電池板的電壓作為反 饋，光伏電池板電壓和該直流電壓給定之間的誤差值作為PI調(diào)節(jié)器的輸入；當(dāng)蓄電池電壓 外環(huán)控制時(shí)，將蓄電池恒壓充電電壓值作為直流電壓給定，蓄電池的電壓作為反饋，蓄電池 的電壓和該直流電壓給定之間的誤差值作為PI調(diào)節(jié)器的輸入。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的充電控制器對蓄電池充電的控制方法，其特征是，所述的充 電控制器采用三相交錯(cuò)調(diào)制。
【文檔編號(hào)】H02J3/38GK104300579SQ201410546641
【公開日】2015年1月21日 申請日期:2014年10月15日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月15日
【發(fā)明者】高俊娥, 吉靳剛, 玉珍, 楊躍晶, 洛松澤仁, 洪亮, 李海東, 林資旭, 張雷, 許洪華 申請人:北京科諾偉業(yè)科技股份有限公司, 西藏自治區(qū)能源研究示范中心