CN103825337B - 基于v2g恒流放电系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供的基于V2G恒流放电系统，实现蓄电池组向电网分阶段恒流放电，具有这样的特征，包括：连接到电网的三相交流电源，放电模块，连接在三相交流电源和蓄电池组之间进行放电，蓄电池组侧电压电流采样模块，三相交流电源侧电压电流采样模块，处理控制模块，以及输入设定模块，用于设定处理控制模块的策略参数，其中，处理控制模块根据采集来的蓄电池组的电压值、电流值和被设定的策略参数输出控制信号以控制升降部调节蓄电池组的电流值。本发明既防止蓄电池组放电深度过大，又实现蓄电池组分阶段大电流恒流快速放电，解决了蓄电池组因放电深度的不断增加而导致的极板逐渐硫化的问题，有效提高蓄电池组的循环使用寿命和系统的稳定性。

Description

基于V2G恒流放电系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及一种放电系统，具体涉及一种能够实现蓄电池组向电网分阶段恒流放电的基于V2G恒流放电系统。

背景技术

蓄电池作为一种常用储能设备，具有供电可靠、电压稳定、移动方便等优点，被越来越广泛地应用在各行各业之中。合理使用和维护蓄电池，使之始终处于良好的运行状态，是提高直流操作电源可靠性和延长蓄电池寿命的关键。在使用和维护过程中，为了活化蓄电池或测量其容量，必须定期进行放电试验。

现如今，电动汽车的应用越来越普遍，基于电动汽车与电网能量双向流动的车电互联V2G（Vehicle to Grid）技术越来越受到人们的关注，蓄电池组的紧急逆变并网来填补电网的高负荷是解决电能供给紧缺一个行之有效的方法，该技术也为可再生能源发电的并网提供了可能。在V2G技术的应用中，蓄电池组是逆变并网时的关键储能装置。

目前使用最广泛的蓄电池放电的控制技术有放电电压控制法、放电电流控制法。放电电压控制法有效的控制蓄电池不过度放电，但不能满足蓄电池大电流快速放电的要求；放电电流控制法虽然能快速大电流放电，但放电电流始终不变，容易引起因蓄电池放电深度的不断增加而导致的极板逐渐“硫化”，进而缩短了蓄电池的循环使用寿命。

因此，研究一种既可以防止蓄电池在放电深度过大的情况下继续放电，同时又能满足蓄电池组在一定阶段大电流恒流快速放电的技术方案成为当前蓄电池组研究的一个重点问题。

发明内容

本发明是为了解决上述课题而进行的，目的在于提供一种既能防止蓄电池组深度放电又能满足蓄电池组在一定阶段恒流快速放电的基于V2G恒流放电系统及其控制方法。

本发明提供的基于V2G恒流放电系统，实现蓄电池组向电网分阶段恒流放电，具有这样的特征，包括：连接到电网的三相交流电源，放电模块，连接在三相交流电源和蓄电池组之间进行放电，包含三相桥式变流单元、通过正极直流母线S+和负极直流母线S-与三相桥式变流单元相连接的升降压单元、以及串联在正极直流母线S+中的软启动单元，蓄电池组侧电压电流采样模块，用于实时采集蓄电池组的电压值和电流值，三相交流电源侧电压电流采样模块，用于实时采集三相交流电源中每相交流电源的电压值和电流值，处理控制模块，分别与三相桥式变流单元、升降压单元、蓄电池组侧电压电流采样模块、以及三相交流电源侧电压电流采样模块相连接，以及输入设定模块，与处理控制模块相连接，用于设定蓄电池组的放电策略参数，其中，升降压单元包含连接正极直流母线S+和负极直流母线S-之间的母线电容、与该母线电容相并联的升降压部、以及通过平波电感与升降压部相连接的直流侧滤波电容，处理控制模块根据采集来的蓄电池组的电压值和电流值以及被设定的放电策略参数输出控制信号控制升降部调节蓄电池组的电流值。

在本发明的基于V2G恒流放电系统中，还可以具有这样的特征：其中，升降压单元为无隔离双向半桥DC/DC升降压模块。

在本发明的基于V2G恒流放电系统中，还可以具有这样的特征：其中，升降压部由两个串联的绝缘栅双极型晶体管IGBT组成。

在本发明的基于V2G恒流放电系统中，还可以具有这样的特征：其中，蓄电池组侧电压电流采样模块包含蓄电池组侧电压互感器和蓄电池组侧电流互感器。

在本发明的基于V2G恒流放电系统中，还可以具有这样的特征：其中，三相交流电源侧电压电流采样模块包含三相交流电源侧电压互感器和三相交流电源侧电流互感器。

在本发明的基于V2G恒流放电系统中，还可以具有这样的特征：其中，处理控制模块包含将模拟信号转化为数字信号的A/D转换器。

在本发明的基于V2G恒流放电系统中，还可以具有这样的特征：其中，蓄电池组具有额定电压值，通过采集来的蓄电池组的电压值与额定电压值的百分比值得到蓄电池组的剩余容量值，放电策略参数包含至少两个蓄电池组的设定剩余容量范围、与每个剩余容量范围相对应的设定电流值，当剩余容量值在设定剩余容量范围内时，处理控制模块根据设定电流值向升降压部发出控制信号控制升降压部调节蓄电池组的电流值使得采集来的蓄电池组的电流值恒定为设定电流值，当剩余容量值低于设定剩余容量范围时，处理控制模块控制蓄电池组停止放电。

另外，本发明还提供了一种基于V2G恒流放电系统控制方法，根据蓄电池组的额定电压实现蓄电池组向电网分阶段恒流放电，具体包括以下步骤：设定蓄电池组的放电策略参数：剩余容量范围和设定电流值，采集蓄电池组的电压值和电流值，将蓄电池组的电压值和电流值分别转化为数字量的蓄电池组电压值和蓄电池组电流值，根据蓄电池组电压值和额定电压的百分比值得到剩余容量值，当剩余容量值不小于83.3%时，处理控制模块向升降压部输出控制信号控制升降压部调节蓄电池组电流值使得蓄电池组电流值恒定为设定电流值，当剩余容量值不小于66.6%且小于83.3%时，处理控制模块向升降压部输出控制信号控制升降压部调节蓄电池组电流值使得蓄电池组电流值恒定为75%的设定电流值，当剩余容量值不小于50%且小于66.6%时，处理控制模块向升降压部输出控制信号控制升降压部调节蓄电池组电流值使得蓄电池组电流值恒定为50%的设定电流值，当剩余容量值小于50%时，处理控制模块控制蓄电池组停止放电。

发明的作用和效果

根据本发明所涉及的基于V2G恒流放电系统及其控制方法，由于蓄电池组侧电压电流采样模块可以采集到蓄电池组的电压值和电流值，根据采集到的电压值和蓄电池组的额定电压值可以计算出蓄电池组的剩余容量，实时采集蓄电池组的电压值即可实时得到蓄电池组的剩余容量值，因此，本发明可以防止蓄电池组放电深度过大，解决了蓄电池组因放电深度的不断增加而导致的极板逐渐硫化的问题，进而延长蓄电池组的循环使用寿命。另外，通过输入设定模块设定蓄电池组放电的策略参数，当剩余容量处在某一个剩余容量范围时，处理控制模块输出控制信号控制升降压部调节蓄电池组的放电电流值，使得蓄电池组的放电电流值恒定为该剩余容量范围相对应的设定电流值，因此，本发明可以实现蓄电池组分阶段大电流恒流快速放电，有效提高蓄电池组的循环使用寿命和系统的稳定性。

附图说明

图1是本发明的实施例中基于V2G恒流放电系统的电路框图；

图2是本发明的实施例中基于V2G恒流放电系统的电路连接示意图；以及

图3是本发明的实施例中蓄电池组放电策略示意图。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，以下实施例结合附图对本发明基于V2G恒流放电系统及其控制方法作具体阐述。

图1是本发明的实施例中基于V2G恒流放电系统的电路框图。

如图1所示，在本实施例中，基于V2G恒流放电系统100实现了蓄电池组1向电网2分阶段恒流放电，包括：三相交流电源3、放电模块4、蓄电池组侧电压电流采样模块5、三相交流电源侧电压电流采样模块6、处理控制模块7、以及输入设定模块8。

三相交流电源2的一端连接到电网，另一端与放电模块3相连接。

图2是本发明的实施例中基于V2G恒流放电系统的电路连接示意图。

如图2所示，放电模块4两端分别连接三相交流电源3和蓄电池组1，通过放电模块4实现蓄电池组1向三相交流电源3进行放电。放电模块4包括：三相桥式变流单元41、软启动单元42、以及升降压单元43。其中，升降压单元43通过正极直流母线S+和负极直流母线S-与三相桥式变流单元41相连接，包含：母线电容431、升降压部432、平波电感433、以及直流侧滤波电容434。

蓄电池组1首先向母线电容431进行放电，母线电容431再向电网2进行放电。三相桥式变流单元41将母线电容431输出的直流电能进行逆变为三相交流电能输送到电网2上。该三相桥式变流单元41采用以绝缘栅双极型晶体管（即IGBT）为开关管的全控器件三相桥式结构，包含六个IGBT，每两个IGBT相串联分别组成第一桥臂、第二桥臂、第三桥臂，第一桥臂、第二桥臂和第三桥臂相并联后分别与升降压单元43的正极直流母线S+和负极直流母线S-相连接，该三相桥式结构能很好的解决传统的相控电路存在的功率因数低、线路损耗大、谐波污染严重和产生电磁干扰的问题。

软启动单元42串联在正极直流母线S+中，且位于三相桥式变流单元41和升降压单元43之间，软启动单元42能很好的抑制经过的电流给母线电容的冲击。

本实施例中，升降压单元43采用无隔离双向半桥DC/DC升降压模块。母线电容431两端分别与正极直流母线S+和负极正极直流母线S-相连接，储存蓄电池组1输出的电能。升降压部432与母线电容431相并联，并且两端分别与正极直流母线S+和负极直流母线S-相连接，升降压部432由绝缘栅双极型晶体管T1和T2串联组成。当蓄电池组1向电网2进行放电时，绝缘栅双极型晶体管T1处于关断状态，绝缘栅双极型晶体管T2需要不断地进行导通与关断切换。平波电感433连接到T1和T2中间，可临时储存蓄电池组1输出的电能。直流侧滤波电容434与平波电感433相连接并且与蓄电池组1相并联连接。

蓄电池组侧电压电流采样模块5包含：蓄电池组侧电压互感器51和蓄电池组侧电流互感器52。

蓄电池组侧电压互感器51用于实时采集蓄电池组1两端的电压值，根据采集来的蓄电池组1的电压值和蓄电池组1的额定电压可以得到蓄电池组1的剩余容量值SOC，即采集来的电压值与额定电压值的百分比值。通过蓄电池组侧电压互感器51可以实时监测蓄电池组1的剩余容量，防止蓄电池组1放电深度过大而导致极板逐渐硫化，使得蓄电池组1的循环寿命缩短。

蓄电池组侧电流互感器52用于实时采集蓄电池组1放电时的电流值，即放电电流值，通过蓄电池组侧电流互感器52可以实时检测放电电流，满足蓄电池组1在一定的阶段以最大电流恒流快速放电。

三相交流电源侧电压电流采集模块6包含：三相交流电源侧电压互感器61和三相交流电源侧电流互感器62。

三相交流电源侧电压互感器61用于采集每相交流电源的电压值，三相交流电源侧电流互感器62用于采集每相交流电源的电流值。在蓄电池组1向电网2进行放电时，处理控制模块7根据采集来的三相交流电源的电压值和电流值向三相桥式变流单元41输出PWM波控制信号，通过三相桥式变流单元41解决功率因数低、线路损耗大、谐波污染严重和产生电磁干扰等问题，使得母线电容431上的电压逆变成三相交流电源输送到电网2中。

处理控制模块7包含：A/D转换器71。

A/D转换器71将采集来的蓄电池组1的电压值和电流值转换为数字量的电压值和电流值。在本实施例中，A/D转换器71使用了Analog Device公司生产的AD7656芯片输出数字信号。

处理控制模块7根据数字量的蓄电池组1的电压值和电流值、以及输入设定模块8设定的策略参数进行处理计算，进而输出控制信号控制升降压部432调节蓄电池组1的电流值。本实施例中，处理控制模块7为DSP数字信号处理器，选用美国TI公司生产的TMS320F2812芯片，处理控制模块7输出的控制信号为PWM波。

输入设定模块8用于设定蓄电池组1的放电策略参数，放电策略参数包含蓄电池组1的剩余容量值SOC的范围值、以及与该剩余容量值SOC的范围相对应的设定放电电流值。通过实时采集蓄电池组1的电压值得到蓄电池组1的剩余容量值SOC，当该剩余容量值SOC在设定的剩余容量的范围值内时，处理控制模块7输出PWM波控制升降压部432调节蓄电池组1的放电电流值，使得采集到的蓄电池组1的放电电流值恒定为设定放电电流值。当该剩余容量值SOC低于设定的剩余容量的范围值时，处理控制模块7停止输出PWM波，进而切断蓄电池组1的放电回路，从而使蓄电池组1停止放电。

图3为本发明的实施例中蓄电池组的放电策略示意图。

如图3所示，本实施例采用三阶段实现蓄电池组1向电网2恒流放电。第一阶段：当剩余容量不小于83.3%时，设定放电电流为最大值I。第二阶段：当剩余容量不小于66.6%且小于83.3%时，设定放电电流为75%的最大值I。第三阶段：当剩余容量不小于50%且小于66.6%时，设定放电电流为50%的最大值I。最后，当剩余容量小于50%时，蓄电池组1停止放电。

具体蓄电池组1向电网2三阶段恒流放电过程如下：

蓄电池组侧电压互感器51实时采集蓄电池组1的电压值，A/D转换器71将采集来的电压值转换为数字量的电压值，即采集电压值。通过采集电压值和蓄电池组1的额定电压值的百分比值得到蓄电池组1的剩余容量值SOC，通过蓄电池组侧电压互感器51实时检测蓄电池组1的剩余容量值SOC。

蓄电池组侧电流互感器52实时采集蓄电池组1的电流值，A/D转换器71将采集来的电流值转换为数字量的电流值，即采集电流值。

第一阶段：当检测到的剩余容量值SOC不小于83.3%时，处理控制模块7对最大值I和采集电流值进行比较，当采集电流值大于最大电流值I时，处理控制模块7输出PWM波控制T2关断，此时，平波电感433和蓄电池组1对母线电容431进行充电，使得采集电流值降低。当采集电流值小于最大电流值I时，处理控制模块7输出PWM波控制T2导通，此时，蓄电池组1对平波电感433进行充电，使得采集电流值升高。通过处理控制模块7输出PWM波控制T2不断地进行导通与关断的切换，从而调节采集电流值，使得采集电流值恒定为最大电流值I。

第二阶段：当检测到的剩余容量值SOC不小于66.6%且小于83.3%时，处理控制模块7对75%的最大电流值I和采集电流值进行比较，当采集电流值大于75%的最大电流值I时，处理控制模块7输出PWM波控制T2关断，此时，平波电感433和蓄电池组1对母线电容431进行充电，使得采集电流值降低。当采集电流值小于75%的最大电流值I时，处理控制模块7输出PWM波控制T2导通，此时，蓄电池组1对平波电感433进行充电，使得采集电流值升高。通过处理控制模块7输出PWM波控制T2不断地进行导通与关断的切换，从而调节采集电流值，使得采集电流值恒定为75%的最大电流值I。

第三阶段：当检测到的剩余容量值SOC不小于50%且小于66.6%时，处理控制模块7对50%的最大电流值I和采集电流值进行比较，当采集电流值大于50%的最大电流值I时，处理控制模块7输出PWM波控制T2关断进，此时，平波电感433和蓄电池组1对母线电容431进行充电，使得采集电流值降低。当采集电流值小于50%的最大电流值I时，处理控制模块7输出PWM波控制T2导通，此时，蓄电池组1对平波电感433进行充电，使得采集电流值升高。通过处理控制模块7输出PWM波控制T2不断地进行导通与关断的切换，从而调节采集电流值，使得采集电流值恒定为50%的最大电流值I。

最后，当检测到的剩余容量小于50%时，处理控制模块7停止输出PWM波，进而切断蓄电池组1的放电回路，使得蓄电池组1停止放电。

基于V2G恒流放电系统控制方法，按照以下步骤进行：

按照图3所示的流程图设定蓄电池组1的放电策略参数；

采集蓄电池组1的电压值和电流值；

将采集来的蓄电池组1的电压值和电流值转换为数字量的采集电压值和采集电流值；

根据采集电压值和蓄电池组的额定电压值的百分比值得到剩余容量值；

当剩余容量值SOC不小于83.3%时，处理控制模块7对最大值I和采集电流值进行比较，当采集电流值大于最大电流值I时，处理控制模块7输出PWM波控制T2关断，此时，平波电感433和蓄电池组1对母线电容431进行充电，使得采集电流值降低。当采集电流值小于最大电流值I时，处理控制模块7输出PWM波控制T2导通，此时，蓄电池组1对平波电感433进行充电，使得采集电流值升高。通过处理控制模块7输出PWM波控制T2不断地进行导通与关断的切换，从而调节采集电流值，使得采集电流值恒定为最大电流值I。

当剩余容量值SOC不小于66.6%且小于83.3%时，通过处理控制模块7输出PWM波控制T2不断地进行导通与关断的切换，从而调节采集电流值，使得采集电流值恒定为75%的最大电流值I。

当剩余容量值SOC不小于50%且小于66.6%时，通过处理控制模块7输出PWM波控制T2不断地进行导通与关断的切换，从而调节采集电流值，使得采集电流值恒定为50%的最大电流值I。

当剩余容量值SOC小于50%时，处理控制模块7停止输出PWM波，进而切断蓄电池组1的放电回路，使得蓄电池组1停止放电。

实施例的作用与效果

本实施例提供的基于V2G恒流放电系统及其控制方法，由于蓄电池组侧电压电流采样模块可以采集到蓄电池组的电压值和电流值，根据采集到的电压值和蓄电池组的额定电压值可以计算出蓄电池组的剩余容量，实时采集蓄电池组的电压值即可实时得到蓄电池组的剩余容量值，因此，本实施例可以防止蓄电池组放电深度过大，解决了蓄电池组因放电深度的不断增加而导致的极板逐渐硫化的问题，进而延长蓄电池组的循环使用寿命。

在本实施例的基于V2G恒流放电系统及其控制方法中，由于通过输入设定模块设定蓄电池组放电的策略参数，当剩余容量处在某一个剩余容量范围时，处理控制模块输出控制信号控制升降压部调节蓄电池组的放电电流值，使得蓄电池组的放电电流值恒定为该剩余容量范围相对应的设定电流值，因此，本发明可以实现蓄电池组分阶段大电流恒流快速放电，有效提高蓄电池组的循环使用寿命和系统的稳定性。

在本实施例的基于V2G恒流放电系统及其控制方法中，由于采用三相桥式变流单元将蓄电池组的直流电能逆变为三相交流电能输送到电网，因此，本实施例能够很好的解决功率因数低、线路损耗大、谐波污染严重和产生电磁干扰等问题。

在本实施例的基于V2G恒流放电系统及其控制方法中，由于正极直流母线S+串联有软启动单元，因此，本实施例能够很好的抑制经过的电流给母线电容的冲击。

上述实施方式为本发明的优选案例，并不用来限制本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种基于V2G恒流放电系统，实现蓄电池组向电网分阶段恒流放电，其特征在于，包括：

连接到所述电网的三相交流电源；

放电模块，连接在所述三相交流电源和所述蓄电池组之间进行放电，包含三相桥式变流单元、通过正极直流母线S+和负极直流母线S-与所述三相桥式变流单元相连接的升降压单元、以及串联在所述正极直流母线S+中的软启动单元；

蓄电池组侧电压电流采样模块，用于实时采集所述蓄电池组的电压值和电流值；

三相交流电源侧电压电流采样模块，用于实时采集所述三相交流电源中每相交流电源的电压值和电流值；

处理控制模块，分别与所述三相桥式变流单元、所述升降压单元、所述蓄电池组侧电压电流采样模块、以及所述三相交流电源侧电压电流采样模块相连接；以及

输入设定模块，与所述处理控制模块相连接，用于设定所述蓄电池组的放电策略参数，

其中，所述升降压单元包含连接所述正极直流母线S+和所述负极直流母线S-之间的母线电容、与该母线电容相并联的升降压部、以及通过平波电感与所述升降压部相连接的直流侧滤波电容，

所述处理控制模块根据采集来的所述蓄电池组的电压值和电流值以及被设定的所述放电策略参数输出控制信号控制所述升降压部调节所述蓄电池组的电流值。

2.根据权利要求1所述的基于V2G恒流放电系统，其特征在于：

其中，所述升降压单元为无隔离双向半桥DC/DC升降压模块。

3.根据权利要求1所述的基于V2G恒流放电系统，其特征在于：

其中，所述升降压部由两个串联的绝缘栅双极型晶体管IGBT组成。

4.根据权利要求1所述的基于V2G恒流放电系统，其特征在于：

其中，蓄电池组侧电压电流采样模块包含蓄电池组侧电压互感器和蓄电池组侧电流互感器。

5.根据权利要求1所述的基于V2G恒流放电系统，其特征在于：

其中，三相交流电源侧电压电流采样模块包含三相交流电源侧电压互感器和三相交流电源侧电流互感器。

6.根据权利要求1所述的基于V2G恒流放电系统，其特征在于：

其中，所述处理控制模块包含将模拟信号转化为数字信号的A/D转换器。

7.根据权利要求1所述的基于V2G恒流放电系统，其特征在于：

其中，所述蓄电池组具有额定电压值，

通过采集来的所述蓄电池组的电压值与所述额定电压值的百分比值得到所述蓄电池组的剩余容量值，

所述放电策略参数包含至少两个所述蓄电池组的设定剩余容量范围、与每个所述剩余容量范围相对应的设定电流值，

当所述剩余容量值在所述设定剩余容量范围内时，所述处理控制模块根据所述设定电流值向所述升降压部发出控制信号控制所述升降压部调节所述蓄电池组的电流值使得采集来的所述蓄电池组的电流值恒定为所述设定电流值，

当所述剩余容量值低于所述设定剩余容量范围时，所述处理控制模块控制所述蓄电池组停止放电。

8.一种基于V2G恒流放电系统控制方法，采用如权利要求1所述的基于V2G恒流放电系统，并根据蓄电池组的额定电压，控制所述蓄电池组向电网分阶段恒流放电，其特征在于，具体包含以下步骤：

设定所述蓄电池组的放电策略参数：剩余容量范围和设定电流值；

采集所述蓄电池组的电压值和电流值；

将所述蓄电池组的电压值和电流值分别转化为数字量的蓄电池组电压值和蓄电池组电流值；

根据所述蓄电池组电压值和所述额定电压的百分比值得到剩余容量值；

当所述剩余容量值不小于83.3％时，所述处理控制模块向所述升降压部输出控制信号控制所述升降压部调节所述蓄电池组电流值使得所述蓄电池组电流值恒定为所述设定电流值；

当所述剩余容量值不小于66.6％且小于83.3％时，所述处理控制模块向所述升降压部输出控制信号控制所述升降压部调节所述蓄电池组电流值使得所述蓄电池组电流值恒定为75％的所述设定电流值；

当所述剩余容量值不小于50％且小于66.6％时，所述处理控制模块向所述升降压部输出控制信号控制所述升降压部调节所述蓄电池组电流值使得所述蓄电池组电流值恒定为50％的所述设定电流值；

当所述剩余容量值小于50％时，所述处理控制模块控制所述蓄电池组停止放电。