CN104682490A

CN104682490A - 一种控制电池充放电电流的方法和装置

Info

Publication number: CN104682490A
Application number: CN201410833794.XA
Authority: CN
Inventors: 黄卜夫; 陈念; 陈朝鸿; 林勇豪
Original assignee: Wisdom City System Service (china) Co Ltd
Current assignee: Shenzhen Zhongzhi Weian Robot Technology Co., Ltd
Priority date: 2014-12-26
Filing date: 2014-12-26
Publication date: 2015-06-03
Anticipated expiration: 2034-12-26
Also published as: CN104682490B

Abstract

本发明公开了一种控制电池充放电电流的方法和装置，用以解决现有技术中存在的无法有效控制电池的充放电电流的问题。包括：混合储能系统上电后，确定混合储能系统中电池的荷电状态、健康状态、开路电压以及混合储能系统的工作电流；根据电池的荷电状态、健康状态和混合储能系统的工作电流，确定所述电池的内阻；根据确定的电池的开路电压和内阻，以及预先设置的期望电池充电电流和期望电池放电电流，确定所述电池的电压上限值和电压下限值；根据所述电池的电压上限值和电压下限值，利用双向DC-DC转换器对所述电池的充放电电流进行控制，使所述电池的充电电流不高于所述期望电池充电电流，且放电电流不高于所述期望电池放电电流。

Description

一种控制电池充放电电流的方法和装置

技术领域

本发明涉及电池充放电控制技术领域，尤其涉及一种控制电池充放电电流的方法和装置。

背景技术

目前，双向DC-DC转换器通常被应用在大容量储能系统，尤其是包含超级电容与电池的混合储能系统中，可以提高混合储能系统的容量利用率，有利于电池及超级电容的模块化使用，满足各种复杂工况下，混合储能系统运行的可靠性和安全性。

双向DC-DC转换器具备恒压、恒功率、恒流等能量双向流动控制特性。多个双向DC-DC转换器协同运行时，可以通过功率均分或者根据电池、超级电容的荷电状态(State Of Charge，SOC)及容量决定功率分配比例，实现混合储能系统SOC的一致性，提高整个混合储能系统优化控制目标。混合储能系统处于工作运行状态时，对系统实时动态性、安全稳定性、能量分配合理性均有很高要求，才能确保输入/输出电压、频率的稳定性。因此，双向DC-DC转换器作为恒压源必须具备较高的实时动态性能。

在混合储能系统中，经常会有大电流大功率大能量流的工况发生，电池的寿命会受到充放电电流的影响。为了保持电池的健康状态，需要控制电池的充放电电流。而且，混合储能系统通常会用在电流瞬间出现急剧变化的产品内，故混合储能系统需要反应极快才可以有效控制电池的充放电电流。

然而，目前并没有一种有效的方案可以对电池的充放电电流进行有效控制。

发明内容

本发明实施例提供一种控制电池充放电电流的方法和装置，用以解决现有技术中存在的无法有效控制电池的充放电电流的问题。

本发明实施例采用以下技术方案：

第一方面提供了一种控制电池充放电电流的方法，包括：

混合储能系统上电后，确定所述混合储能系统中电池的荷电状态、健康状态、开路电压以及所述混合储能系统的工作电流；

根据所述电池的荷电状态、健康状态和所述混合储能系统的工作电流，确定所述电池的内阻；

根据确定的电池的开路电压和内阻，以及预先设置的期望电池充电电流和期望电池放电电流，确定所述电池的电压上限值和电压下限值；

根据所述电池的电压上限值和电压下限值，利用双向DC-DC转换器对所述电池的充放电电流进行控制，使所述电池的充电电流不高于所述期望电池充电电流，且放电电流不高于所述期望电池放电电流。

其中，根据所述电池的荷电状态、健康状态和所述混合储能系统的工作电流，确定所述电池的内阻，具体包括：

根据所述电池的荷电状态，以及预先设置的所述电池的荷电状态的模糊集合、论域和隶属函数，确定所述电池的荷电状态对应的隶属状态；

根据所述电池的健康状态，以及预先设置的所述电池的健康状态的模糊集合、论域和隶属函数，确定所述电池的健康状态对应的隶属状态；

根据所述混合储能系统的工作电流，以及预先设置的所述混合储能系统的工作电流的模糊集合、论域和隶属函数，确定所述混合储能系统的工作电流对应的隶属状态；

根据预先设置的模糊逻辑控制规则库，以及确定的所述电池的荷电状态、健康状态和所述混合储能系统的工作电流的隶属状态，确定所述电池的内阻的隶属状态；

根据预先设置的所述电池的内阻的模糊集合、论域和隶属函数，以及确定的所述电池的内阻的隶属状态，确定所述电池的内阻。

其中，根据确定的电池的开路电压和内阻，以及预先设置的期望电池充电电流和期望电池放电电流，确定所述电池的电压上限值和电压下限值，具体包括：

按照如下公式确定所述电池的电压上限值和电压下限值：

Vmax＝OCV+(I_充×R)；

Vmin＝OCV-(I_放×R)；

其中，Vmax为所述电池的电压上限值，Vmin为所述电池的电压下限值，I_充为预先设置的期望电池充电电流，I_放为预先设置的期望电池放电电流，R为所述电池的内阻，OVC为所述电池的开路电压。

其中，所述根据所述电池的电压上限值和电压下限值，利用双向DC-DC转换器对所述电池的充放电电流进行控制，使所述电池的充电电流不高于所述期望电池充电电流，且放电电流不高于所述期望电池放电电流，具体包括：

当所述电池的充电电压大于所述电压上限值时，利用双向DC-DC转换器将比所述电池能承受的最大的充电电流还要大的电流及能量转移至超级电容，直至所述电池的充电电压降至所述电压上限值，所述电池的充电电流不高于所述期望电池充电电流；

当所述电池的放电电压小于所述电压下限值时，利用双向DC-DC转换器将将比所述电池能承受的最大的放电电流还要大的电流及能量从超级电容转移至负载，直至所述电池的放电电压升至所述电压下限值，所述电池的放电电流不高于所述期望电池放电电流。

其中，所述混合储能系统上电后，确定所述混合储能系统中电池的荷电状态、健康状态、开路电压以及所述混合储能系统的工作电流，具体包括：

混合储能系统上电后，采集所述混合储能系统的工作电流、以及所述混合储能系统中电池的电流、电压和温度；

根据所述电池的电流、电压和温度，确定所述电池的荷电状态；

根据确定的所述电池的荷电状态，以及预先得到的电池的荷电状态和开路电压的对应关系，确定所述电池的开路电压；以及

根据所述电池的电流、电压、温度和电池充放次数，确定所述电池的健康状态。

第二方面提供了一种控制电池充放电电流的装置，包括：

参数确定单元，用于混合储能系统上电后，确定所述混合储能系统中电池的荷电状态、健康状态、开路电压以及所述混合储能系统的工作电流；

内阻确定单元，用于根据所述参数确定单元确定的电池的荷电状态、健康状态和所述混合储能系统的工作电流，确定所述电池的内阻；

电压上下限确定单元，用于根据所述参数确定单元确定的电池的开路电压和所述内阻确定单元确定的内阻，以及预先设置的期望电池充电电流和期望电池放电电流，确定所述电池的电压上限值和电压下限值；

电流控制单元，用于根据所述电压上下限确定单元确定的电池的电压上限值和电压下限值，利用双向DC-DC转换器对所述电池的充放电电流进行控制，使所述电池的充电电流不高于所述期望电池充电电流，且放电电流不高于所述期望电池放电电流。

其中，所述内阻确定单元，具体用于：

其中，所述电压上下限确定单元，具体用于：

按照如下公式确定所述电池的电压上限值和电压下限值：

Vmax＝OCV+(I_充×R)；

Vmin＝OCV-(I_放×R)；

其中，所述电流控制单元，具体用于：

当所述电池的放电电压小于所述电压下限值时，利用双向DC-DC转换器将将比所述电池能承受的最大的放电电流还要大的电流及能量从超级电容转移至负载，直至所述电池的放电电压升至所述电压下限值，所述放电电流不高于所述期望电池放电电流。

其中，所述参数确定单元，具体用于：

本发明实施例的有益效果如下：

本发明实施例中，混合储能系统上电后，首先确定电池的荷电状态、健康状态和开路电压以及混合储能系统的工作电流，进而确定出电池的内阻，再根据电池的内阻和开路电压，确定出电池的电压上限值和电压下限值，混合储能系统根据电池的电压上限值和电压下限值，利用双向DC-DC转换器对电池的充放电电流进行控制，从而防止电池电流过大而对电池造成破坏性损伤，达到保持电池健康状态，延长电池寿命的效果。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明实施例提供的一种控制电池充放电电流的方法的实现流程图；

图2为本发明实施例提供的一种混合储能系统的结构示意图；

图3为基于混合储能系统的控制电池充放电电流的方法的实现流程图；

图4为电池的SOC的隶属函数分布图；

图5为电池的SOH的隶属函数分布图；

图6为混合储能系统的工作电流的隶属函数分布图；

图7为电池的内阻的隶属函数分布图；

图8为双向DC-DC转换器的电路图；

图9为本发明实施例提供的一种控制电池充放电电流的装置的结构示意图。

具体实施方式

为了解决现有技术中存在的无法有效控制电池的充放电电流的问题，本发明实施例提供了一种控制电池充放电电流的方案。该技术方案中，混合储能系统上电后，首先确定电池的荷电状态、健康状态和开路电压以及混合储能系统的工作电流，进而确定出电池的内阻，再根据电池的内阻和开路电压，确定出电池的电压上限值和电压下限值，混合储能系统根据电池的电压上限值和电压下限值，利用双向DC-DC转换器对电池的充放电电流进行控制，从而防止电池电流过大而对电池造成破坏性损伤，达到保持电池健康状态，延长电池寿命的效果。

以下结合说明书附图对本发明的实施例进行说明，应当理解，此处所描述的实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。并且在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例的特征可以互相结合。

本发明实施例提供了一种控制电池充放电电流的方法，如图1所示，为该方法的实现流程图，具体包括下述步骤：

步骤11，混合储能系统上电后，确定混合储能系统中电池的荷电状态SOC、健康状态(State Of Health，SOH)、开路电压(Open Circuit Voltage，OCV)以及混合储能系统的工作电流。

其中，电池的SOC指的是当电池使用一段时间或长期搁置不用后的剩余容量与其完全充电状态的容量的比值，常用百分数表示。SOC＝1即表示为电池充满状态。

本发明实施例中，可以根据电池的电流、电压和温度确定电池的SOC。具体的可以但不限于采用扩展卡尔曼滤波算法计算电池的SOC。扩展卡尔曼滤波算法是公知算法，通常用于估算非线性的状态方程或测量方程。

其中，电池的SOH是用于描述电池容量、健康度、性能状态的参数，即电池满充容量相对额定容量的百分比，新出厂电池的SOH为100％，完全报废为0％。

本发明实施例中，可以根据电池的电流、电压、温度以及电池充放次数，确定电池的SOH。具体的，在电池正式使用之前，需要按电池不同的充放次数，进行电池充放电测试，在电池不同充放次数、不同的SOC以及温度值下，记录当时电池的电流值和电压值。由于经过一定的充放次数之后，电池的容量将会相应减少，当电池容量下降到一定水平时，电池被定义为死亡，即完全报废。根据上述电池充放电测试结果，在混合储能系统上电之后，对比电池实际的充放次数，以及当时的电压、电流和温度，便可以确定出电池的容量，进而确定出电池的SOH。

其中，电池的OCV为电池在开路状态下的端电压，其等于电池在断路时(即没有电流通过两极时)电池的正极电极电势与负极的电极电势之差。

本发明实施例中，可以根据预先得到的电池的SOC和OCV的对应关系，确定出电池的OCV。而预先得到的电池的SOC和OCV的对应关系是在在电池正式使用之前，对电池进行充放电测试得到的，在测试过程中，当电池达到不同的SOC时，把电池闲置一段时间，再记录当时的电压，就是电池的OCV。

步骤12，根据电池的SOC、SOH和混合储能系统的工作电流，确定电池的内阻。

本发明实施例中可以但不限于采用模糊逻辑控制的人工智能算法确定电池的内阻。

具体的，根据电池的SOC，以及预先设置的电池的SOC的模糊集合、论域和隶属函数，确定电池的SOC对应的隶属状态；

根据电池的SOH，以及预先设置的电池的SOH的模糊集合、论域和隶属函数，确定电池的SOH对应的隶属状态；

根据混合储能系统的工作电流，以及预先设置的所述混合储能系统的工作电流的模糊集合、论域和隶属函数，确定混合储能系统的工作电流对应的隶属状态；

根据预先设置的模糊逻辑控制规则库，以及确定的电池的SOC、SOH和混合储能系统的工作电流的隶属状态，确定电池的内阻的隶属状态；

根据预先设置的电池的内阻的模糊集合、论域和隶属函数，以及确定的电池的内阻的隶属状态，确定电池的内阻。

步骤13，根据确定的电池的OCV和内阻，以及预先设置的期望电池充电电流和期望电池放电电流，确定电池的电压上限值和电压下限值。

具体的，可以按照如下公式(1)和(2)确定：

Vmax＝OCV+(I_充×R)； (1)

Vmin＝OCV-(I_放×R)； (2)

其中，Vmax为电池的电压上限值，Vmin为电池的电压下限值，I_充为预先设置的期望电池充电电流，I_放为预先设置的期望电池放电电流，R为电池的内阻。

其中，I_充和I_放可以由用户根据需求自行设置，通常情况下是电池电流规格的0.5C至1C。

步骤14，根据电池的电压上限值和电压下限值，利用双向DC-DC转换器对电池的充放电电流进行控制，使电池的充电电流不高于期望电池充电电流，且放电电流不高于期望电池放电电流。

具体的，步骤14可以按照如下方式实现：

当电池的充电电压大于电压上限值时，利用双向DC-DC转换器将比电池能承受的最大的充电电流还要大的电流及能量转移至超级电容，直至电池的充电电压降至电压上限值，电池的充电电流不高于期望电池充电电流；

当电池的放电电压小于电压下限值时，利用双向DC-DC转换器将比电池能承受的最大的放电电流还要大的电流及能量从超级电容转移至负载，直至电池的放电电压升至电压下限值，电池的放电电流不高于期望电池放电电流。

为了更好的理解本发明实施例，以下结合具体的实施对本发明实施例的具体实施过程进行说明。

如图2所示，为本发明实施例提供的混合储能系统的结构示意图。其中，该混合储能系统包括电池、超级电容、双向DC-DC转换器、负载、电池管理系统、超级电容管理系统、混合储能管理系统主控模组以及若干传感器，比如电流传感器、电压传感器和温度传感器，而电流传感器又可以包括电池电流传感器、超级电容电流传感器和负载电流传感器等，电压传感器又可以包括电池电压传感器和超级电容电压传感器等，温度传感器又可以包括电池温度传感器和超级电容温度传感器等。

需要说明的是，本发明实施例的图2中只标出了电池电流传感器，而其它传感器在图2中并未标出。

如图3所示，为基于上述混合储能系统的控制电流的充放电电流的方法的具体实现流程示意图。

步骤31，通过负载电流传感器获取混合储能系统的工作电流，即负载的输入输出电流I1，以及通过电池电流传感器获取电池的电流I2；

通过电池电压传感器和电池温度传感器获取电池的电压V1和温度T1。

其中，本发明实施例中可以将电池电压传感器和电池温度传感器设置在电池管理系统中，由电池管理系统获取电池的电压V1和温度T1。

步骤32，利用I2、V1和T1，使用扩展卡尔曼滤波算法确定电池的SOC；

利用I2、V1、T1和电池充放次数，确定电池的SOH；

根据确定的电池的SOC，确定与SOC对应的OCV。

步骤33，根据确定的电池SOC及电池的SOH，结合测量所得的混合储能系统的工作电流，利用模糊逻辑控制的人工智能算法估算电池内阻R。

具体的，将电池的SOC作为输入1，将电池的SOH作为输入2，将混合储能系统的工作电流I1作为输入3，电池的内阻R作为输出。

其中，预先设置的电池的SOC的模糊集合为{L、ML、M、MH、H}，即{低、中低、中等、高中、高}，论域[0，1]。其中，论域用于描述输入量/输出量模糊集合的空间范围，通常用其最大值及最小值结合来表示。

预先设置的电池的SOH的模糊集合也为{L、ML、M、MH、H}，论域[0，1]。

预先设置的混合储能系统的工作电流的输入量的模糊集合为{NH、NM、NL、ZE、PL、PM、PH}，即{高输入、中输入、低输入、静止、低输出、中输出、高输出}，论域[-150，150]。

预先设置的电池的内阻的模糊集合为{L、ML、M、MH、H}，即{低、中低、中等、高中、高}，论域[0.1，0.3]。

其中，本发明实施例中，NH、PH、L和H取梯形隶属函数，其余取三角形隶属函数。这些隶属函数是现有的，目前常见的有吊钟形隶属函数、梯形隶属函数、三角形隶属函数等，本发明实施例中可以根据输出和输入模糊集合的特性去选取。一般而言，模糊集合重叠的程度并没有明确的决定方法，大都依靠模拟和实验的调整决定分割方式。

本发明实施例中以三角形隶属函数和梯形隶属函数为例。

如下表1所示，为预先设置的模糊逻辑控制规则库：

表1：

其中，上述表1中的SOC_BAT表示电池的SOC的输入量，SOH_BAT表示电池的SOH的输入量，CurrentSys表示混合储能系统的工作电流的输入量，而K_{BAT_IR}表示电池的内阻的输出量。

其中，采用的模糊控制规则表达为：If…and…and…then…，共计175条，建立模糊逻辑控制规则库。之所以有175条，是因为本发明实施例中使用的模糊控制算法有三个输入量(电池的SOC，电池的SOH及混合储能系统的工作电流)，而它们的模糊集合分别为{L、ML、M、MH、H}，{L、ML、M、MH、H}，及{NH、NM、NL、ZE、PL、PM、PH}，即它们之间有5×5×7＝175个规则组合。比如，当SOC_BAT＝L，SOH_BAT＝L，CurrentSys＝NL时，根据表1可以得到K_{BAT_IR}＝ML。

如图4至图7所示，分别为电池的SOC、SOH、混合储能系统的工作电流以及电池的内阻的隶属函数分布图。

根据电池的SOC、SOH和混合储能系统的工作电流，将模糊控制量进行模糊判决得出确切的预测量并将其输出。

本发明使用的模糊逻辑控制的人工智能算法为三输入单输出的模糊系统，采用重心算法(COG)的推理过程。其中，重心算法的原理是寻找一个点，这个点所在的垂直线能够将聚合集分割成两个相等的部分。重心算法的数学表达方式为:

COG = \frac{{&Integral;}_{a}^{b} uA (x) xdx}{{&Integral;}_{a}^{b} uA (x) dx}

其中，x为模糊子集输出量，uA(x)为模糊子集x的对应结果，a为起始点，b为终点。

本发明实施例中，电池的内阻是由电池的SOC、电池的SOH及混合储能系统的工作电流三个主要因素所影响的。通过上述模糊逻辑控制的人工智能算法，可以节省很多纪录的数据量，更准确的得出结果。

下面举一个具体的例子对步骤33的实现过程进行阐述：

在电池的SOC为27.5％，电池的SOH为50％，混合储能系统的工作电流为150A时：

如图4所示，图4中的横坐标轴SOC_BAT表示电池的SOC的输入量，纵坐标轴u(SOC_BAT)表示电池的SOC的输入量对应的隶属状态的隶属度。

在本发明实施例中，隶属状态ML、M和MH取三角形隶属函数：

ML(x；0.2，0.35，0.5)

M(x；0.35，0.5，0.65)

MH(x；0.5，0.65，0.8)

隶属状态L和H取梯形隶属函数：

L(x；0，0，0.2，0.35)

H(x；0.65，0.8，1，1)

因此，当电池的SOC为27.5％时，即横坐标SOC_BAT＝27.5％，属于ML和L，ML和L对应的纵坐标u(SOC_BAT)均为0.5。也就是说，电池的SOC隶属于0.5倍的“L(低)”和0.5倍的“ML(中低)”状态；

同理，如图5所示，图5中的横坐标轴SOH_BAT表示电池的SOH的输入量，纵坐标轴u(SOH_BAT)表示电池的SOH的输入量对应的隶属状态的隶属度。

在本发明实施例中，隶属状态ML、M和MH取三角形隶属函数：

ML(x；0.2，0.35，0.5)

M(x；0.35，0.5，0.65)

MH(x；0.5，0.65，0.8)

隶属状态L和H取梯形隶属函数：

L(x；0，0，0.2，0.35)

H(x；0.65，0.8，1，1)

因此，当电池的SOH为50％时，即横坐标SOH_BAT＝50％，属于ML、M和MH，ML对应的纵坐标u(SOC_BAT)为0，M对应的纵坐标u(SOC_BAT)为1，MH对应的纵坐标u(SOC_BAT)为0。也就是说，电池的SOH隶属于1倍的“M(中)”状态；

同理，如图6所示，图6中的横坐标轴CurrentSys表示混合储能系统的工作电流的输入量，纵坐标轴u(CurrentSys)表示混合储能系统的工作电流的输入量对应的隶属状态的隶属度。

在本发明实施例中，隶属状态NM、NL、ZE、PL和PM取三角形隶属函数：

NM(x；135，-90，-45)

NL(x；-90，-45，0)

ZE(x；-45，0，45)

PL(x；0，45，90)

PM(x；45，90，135)

隶属状态NH和PH取梯形隶属函数：

NH(x；-150，-150，-135，-90)

PH(x；90，135，150，150)

因此，当混合储能系统的工作电流为150A时，即横坐标CurrentSys＝150，属于PH，PH对应的纵坐标u(CurrentSys)＝1。也就是说，混合储能系统的工作电流隶属于1倍的“PH(高输出)”状态。

根据上述结果得到：

1、电池的SOC隶属于0.5倍的“L(低)”状态，电池的SOH隶属于1倍的“M(中)”状态，混合储能系统的工作电流隶属于1倍的“PH(高输出)”状态。

即SOC_BAT＝L，SOH_BAT＝M，CurrentSys＝PH，参照上述表1可以得到K_{BAT_IR}＝ML。

2、电池的SOC隶属于0.5倍的“ML(中低)”状态，电池的SOH隶属于1倍的“M(中)”状态，混合储能系统的工作电流隶属于1倍的“PH(高输出)”状态。

即SOC_BAT＝ML，SOH_BAT＝M，CurrentSys＝PH，参照上述表1可以得到K_{BAT_IR}＝M。

因此，电池的内阻R隶属于0.5倍的“ML(中低)”状态和0.5倍的“M(中)”状态。

最后参照图7，图7中的横坐标轴K_{BAT_IR}表示电池的内阻的输入量，纵坐标轴u(K_{BAT_IR})表示电池的内阻的输入量对应的隶属状态的隶属度。

在本发明实施例中，隶属状态L、ML和M取三角形隶属函数：

L(x；0.2，0.35，0.5)

ML(x；0.35，0.5，0.65)

M(x；0.5，0.65，0.8)

隶属状态MH和H取梯形隶属函数：

L(x；0，0，0.2，0.35)

H(x；0.65，0.8，1，1)

因此，在确定出电池的内阻R隶属于0.5倍的“ML(中低)”状态和0.5倍的“M(中)”状态时，使用重心算法，计算最终清晰化的电池的内阻R:

COG = \frac{0.3 \times 0.5 + 0.4 \times 0.83 + 0.5 \times 0.5 + 0.6 \times 0.33}{0.33 \times 0.5 + 0.83 + 0.5} = 0.43

电池的内阻R＝0.3Ohm×0.43＝0.129Ohm。

其中，0.3Ohm是预先设置的电池的内阻的最大值。

步骤34，按照如下公式(1)和(2)确定电池的电压上限值和电压下限值。

Vmax＝OCV+(I_充×R)； (1)

Vmin＝OCV-(I_放×R)； (2)

步骤35，根据电池的电压上限值和电压下限值，利用双向DC-DC转换器对电池的充放电电流进行控制，使电池的充电电流不高于期望电池充电电流，且放电电流不高于期望电池放电电流。

可以监测电池的电压，就可以估算出电流值。所以只要给电池的电压V1设定上下限值，就可以控制电池充放电电流I2的上下限。通过控制器局域网络(Controller Area Network，CAN)通讯，把电池的电压上限值及电压下限值设置到双向DC-DC转换器中，双向DC-DC转换器便会根据电池的电压上下限值而运作，把电池最大的充/放电电流调整在理想值下，即使电池的充电电流不高于期望电池充电电流，且放电电流不高于期望电池放电电流，从而达到保护电池的效果。

同时，将比电池能承受的最大的充电电流还要大的电流及能量转移到超级电容中，或者将比电池能承受的最大的放电电流还要大的电流及能量从超级电容中传输给负载。

具体的，即当系统充电时，I1增加，电池电压V1增加，达到电压上限值时便使用双向DC-DC转换器把部分能量转移到超级电容。相反，当系统放电时，I1减少，V1减少，达到电压下限值时便使用双向DC-DC转换器把部分能量从超级电容传输到负载。

如图8所示，为一种双向DC-DC转换器的电路结构图。

其中，开关A和开关B串联，为AB链路，开关C和开关D串联，为CD链路，AB链路和CD链路并联。在混合储能系统接收外来能量时，并联的AB链路和CD链路接收来自于能量源的能量；而混合储能系统向负载输出能量时，并联的AB链路和CD链路把能量传递给负载；而能量源和负载之间的切换比较复杂，由于在现有技术中已经实现，在此不再赘述，在图8中也未画出。

开关E和开关F串联，为EF链路，开关G和开关H串联，为GH链路，EF链路和GH链路并联在超级电容上；

变压器的初级的一端连接在AB链路中开关A和开关B的连接处，另一端连接在CD链路中开关C和开关D的连接处；变压器的次级的一端连接在EF链路中开关E和开关F的连接处，另一端连接在GH链路中开关G和开关H的连接处。

基于如图8所示的双向DC-DC转换器，本发明实施例中步骤34的具体实现过程如下：

假设期望电池放电电流及期望电池充电电流均为40A，电池的OCV为330V，电池的内阻为0.2欧:

电池电压上限值的计算结果为:330+(40*0.2)＝338V

电池电压下限值的计算结果为:330-(40*0.2)＝322V

第一种情况：假设混合储能系统突然接收外来能量，电流值高达100A。

这时电池电压值＝330+(100*0.2)＝350V，超出设定的电压上限值，双向DC-DC转换器会立刻启动，把部份能量从能量源转移到超级电容。

第一阶段︰

A、先打开C，B，E，H，闭合开关A，D，G，F；

B、电流会由电池先通过开关A，D，控制电流由上而下通过变压器；

C、通过感生方式，将能量转移到另一端；

D、电流再通过开关G，F，控制电流，把能量传到超级电容端。

第二阶段︰

A、待第一阶段结束

B、先打开A，D，G，F，闭合开关C，B，E，H；

C、电流会由电池先通过开关C，B，控制电流由下而上通过变压器；

D、通过感生方式，将能量转移到另一端；

E、电流再通过开关E，H，控制电流，把能量传到超级电容端。

不断重复第一阶段跟第二阶段，能量源的电流进入电池将会减少，直至电池电压值降至设定的电压上限值(338V)。如果能量源电流减少至40A或以下，双向DC-DC转换器将暂停能量转移至超级电容，开始将能量转移至电池，此时双向DC-DC转换器停止工作。

该方案可以达到控制电池充放电流的效果，保持电池健康状态，延长电池寿命。

之所以需要两个阶段不断重复，是基于变压器的特性决定的。如果让直流电通过变压器，则一段时间后变压器就会饱和停止工作，因此变压器必须使用交流电，因此，需要第一阶段和第二阶段不断重复，以此来生成交流电。

第二种情况：假设系统突然需要给负载输出能量，电流值高达150A。

这时电池电压值＝330-(150*0.2)＝300V，低于设定下限，双向DC-DC转换器会立刻启动，把能量从超级电容转到负载。

第一阶段︰

A、先打开开关C，B，E，H，闭合开关A，D，G，F；

B、电流会由超级电容先通过开关G，F，控制电流由下而上通过变压器；

C、通过感生方式，将能量转移到另一端；

D、电流再通过开关A，D，控制电流，把能量传到负载。

第二阶段︰

A、待第一阶段结束；

B、打开A，D，G，F，闭合开关C，B，E，H；

C、电流会由超级电容先通过开关E，H，控制电流由上而下通过变压器；

D、通过感生方式，将能量转移到另一端；

E、电流再通过开关C,B，控制电流，把能量传到负载。

不断重复第一阶段跟第二阶段，电池电流输出至负载电流将会减少，直至电池电压值升至设定的电压下限值(322V)。待负载的电流减少至40A或以下，双向DC-DC转换器将暂停超级电容的能量输出，开始电池进行能量输出，此时双向DC-DC转换器停止工作。

基于同一发明构思，本发明实施例中还提供了一种控制电池充放电电流的装置，由于上述装置解决问题的原理与控制电池充放电电流的方法相似，因此上述装置的实施可以参见方法的实施，重复之处不再赘述。

如图9所示，为本发明实施例提供的控制电池充放电电流的装置的结构示意图，包括：

参数确定单元91，用于混合储能系统上电后，确定所述混合储能系统中电池的荷电状态、健康状态、开路电压以及所述混合储能系统的工作电流；

内阻确定单元92，用于根据所述参数确定单元91确定的电池的荷电状态、健康状态和所述混合储能系统的工作电流，确定所述电池的内阻；

电压上下限确定单元93，用于根据所述参数确定单元91确定的电池的开路电压和所述内阻确定单元92确定的内阻，以及预先设置的期望电池充电电流和期望电池放电电流，确定所述电池的电压上限值和电压下限值；

电流控制单元94，用于根据所述电压上下限确定单元93确定的电池的电压上限值和电压下限值，利用双向DC-DC转换器对所述电池的充放电电流进行控制，使所述电池的充电电流不高于所述期望电池充电电流，且放电电流不高于所述期望电池放电电流。

其中，所述内阻确定单元92，具体用于：

其中，所述电压上下限确定单元93，具体用于：

按照如下公式确定所述电池的电压上限值和电压下限值：

Vmax＝OCV+(I_充×R)；

Vmin＝OCV-(I_放×R)；

其中，所述电流控制单元94，具体用于：

所述参数确定单元91，具体用于：

为了描述的方便，以上各部分按照功能划分为各模块(或单元)分别描述。当然，在实施本发明时可以把各模块(或单元)的功能在同一个或多个软件或硬件中实现。

具体实施时，上述控制电流的充放电电流的装置可以设置在混合储能系统中。

本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims

1.一种控制电池充放电电流的方法，其特征在于，包括：

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述电池的荷电状态、健康状态和所述混合储能系统的工作电流，确定所述电池的内阻，具体包括：

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，根据确定的电池的开路电压和内阻，以及预先设置的期望电池充电电流和期望电池放电电流，确定所述电池的电压上限值和电压下限值，具体包括：

按照如下公式确定所述电池的电压上限值和电压下限值：

Vmax＝OCV+(I_充×R)；

Vmin＝OCV-(I_放×R)；

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述电池的电压上限值和电压下限值，利用双向DC-DC转换器对所述电池的充放电电流进行控制，使所述电池的充电电流不高于所述期望电池充电电流，且放电电流不高于所述期望电池放电电流，具体包括：

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述混合储能系统上电后，确定所述混合储能系统中电池的荷电状态、健康状态、开路电压以及所述混合储能系统的工作电流，具体包括：

6.一种控制电池充放电电流的装置，其特征在于，包括：

7.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述内阻确定单元，具体用于：

8.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述电压上下限确定单元，具体用于：

按照如下公式确定所述电池的电压上限值和电压下限值：

Vmax＝OCV+(I_充×R)；

Vmin＝OCV-(I_放×R)；

9.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述电流控制单元，具体用于：

10.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述参数确定单元，具体用于：