CN104934648B - 一种电网直流屏系统中电池充电均衡控制的方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种电网直流屏系统中电池充电均衡控制的方法，包括获取电池组内各电池单体电压，并将各电池单体电压中的最大值作为参考值；根据参考值，确定电池组当前进入的控制模式，并根据当前控制模式来调节电池单体电压；控制模式包括充电及均衡控制模式；充电控制模式为参考值小于预设的第一电压阈值时，在预定的一个或多个充电控制方案中，得到与参考值相对应的充电控制方案并执行；均衡控制模式为参考值大于预设的第一电压阈值且小于预设的第二电压阈值时，获取均衡指令并开启均衡。实施本发明，能够在电池组充电过程中，有效的均衡电池组内电池单体之间的电压差，提高电池单体和电池组的容量可用率，并有效的延长电池组的使用寿命。

Description

一种电网直流屏系统中电池充电均衡控制的方法及系统

技术领域

本发明涉及电网直流屏系统储能电池充电控制技术领域，尤其涉及一种电网直流屏系统中电池充电均衡控制的方法及系统。

背景技术

直流屏系统为直流电源操作系统的简称，其为发电厂或变电站中控制负荷、动力负荷及直流事故照明负荷等提供直流电压，是当代电力系统控制及保护的基础。直流屏系统是一种全新的数字化控制、保护、管理、测量的新型直流系统，为远程检测和控制提供了强大的功能，并具有遥控、遥调、遥测、遥信功能和远程通讯接口，其包括充电柜、充电模块、监控模块、电池组及降压硅链等单元。

电池组为直流屏系统的核心组成部件，其主要用于市电断电时直流供电输出，或通过UPS逆变转换成交流电为交流设备供电。当前电网供电直流系统中电池组主要采用镍镉蓄电池和铅酸蓄电池，但这两种电池缺点在于污染环境、低温放电性能差、维护工作量大等，因此逐渐被磷酸铁锂电池所替代。现有技术中，采用磷酸铁锂电池组成的电池组，由于在长期使用过程中，电池组内电池单体之间会形成电压差，并缺乏调节电压差的机制，因此容易使得电池组使用寿命大大地缩短。

发明内容

本发明实施例所要解决的技术问题在于，提供一种电网直流屏系统中电池充电均衡控制的方法及系统，能够在电池组充电过程中，有效的均衡电池组内电池单体之间的电压差，提高电池单体和电池组的容量可用率，并有效的延长电池组的使用寿命。

为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种电网直流屏系统中电池充电均衡控制的方法，其在由多个电池单体组成的电池组通过外接充电装置进行充电的过程中实现，所述方法包括：

获取电池组内各电池单体电压，并将所述获取到的各电池单体电压中的最大值作为参考值；

根据所述参考值，确定所述电池组当前进入的控制模式，并根据所述确定的当前控制模式来调节所述电池组内各电池单体电压；其中，所述控制模式包括充电控制模式和均衡控制模式；

所述充电控制模式为所述参考值小于预设的第一电压阈值时，在预定的一个或多个充电控制方案中，得到与所述参考值相对应的充电控制方案并执行；

所述均衡控制模式为所述参考值大于所述预设的第一电压阈值，且小于预设的第二电压阈值时，获取均衡指令并开启均衡。

其中，所述方法进一步包括：

待所述得到的充电控制方案执行完毕后，当检测到所述电池组内当前充电电流大于预设的比较值时，则重新获取所述电池组内各电池单体电压，且将所述重新获取到的各电池单体电压中的最大值作为所述参考值后，重新确定所述电池组当前进入的控制模式。

其中，所述方法进一步包括：

待所述得到的充电控制方案执行完毕后，当检测到所述电池组内当前充电电流小于所述预设的比较值时，则让所述电池组进入浮充阶段。

其中，所述充电控制方案包括第一充电控制方案、第二充电控制方案、第三充电控制方案及第四充电控制方案；其中，

所述第一充电控制方案具体为：当所述参考值小于所述预设的第一电压阈值，且大于等于预设的第三电压阈值时，以预设的第一充电电流对所述电池组进行恒流均充，待所述电池组电压达到预设的均充电压后终止，并以所述预设的充电电压对所述电池组进行一定时间的恒压充电；

所述第二充电控制方案具体为：当所述参考值小于所述预设的第三电压阈值，且大于等于预设的第四电压阈值时，以预设的第二充电电流对所述电池组进行恒流均充，待所述电池组电压达到预设的均充电压后终止，并以所述预设的充电电压对所述电池组进行一定时间的恒压充电；

所述第三充电控制方案具体为：当所述参考值小于所述预设的第四电压阈值，且大于等于预设的第五电压阈值时，以预设的第三充电电流对所述电池组进行恒流均充，待所述电池组电压达到预设的均充电压后终止，并以所述预设的充电电压对所述电池组进行一定时间的恒压充电；

所述第四充电控制方案具体为：当所述参考值小于所述预设的第五电压阈值时，以预设的第四充电电流对所述电池组进行恒流均充，待所述电池组电压达到预设的均充电压后终止，并以所述预设的充电电压对所述电池组进行一定时间的恒压充电。

其中，所述获取均衡指令并开启均衡的具体步骤包括：

根据所述获取到的电池组内各电池单体电压，计算出所述电池组内电池单体的第一平均电压；

对所述电池组内电压高于所述第一平均电压的电池单体进行降压，直至所述降压的各电池单体电压中的最大值满足预定的第一条件为止；其中，所述预定的第一条件为电压值应小于3.8V，且保持3S以上。

其中，所述方法进一步包括：

当所述参考值大于所述预设的第二电压阈值时，结束所述电池组充电，并降低所述电池组输出电压。

其中，所述电池组的输出电压降至为所述电池组额定电压的95％。

其中，所述方法进一步包括：

获取所述电池组充电结束后各电池单体电压，计算出所述电池组充电结束后电池单体的第二平均电压；

对所述电池组充电结束后电压高于所述第二平均电压的电池单体根据预定的第二条件进行降压；其中，所述预定的第二条件为以均衡电流为30mA，均衡时间为10小时进行均衡。

本发明实施例还提供了一种电网直流屏系统中电池充电均衡控制的系统，其在由多个电池单体组成的电池组通过外接充电装置进行充电的过程中实现，所述系统包括：

参考值计算单元，用于获取电池组内各电池单体电压，并将所述获取到的各电池单体电压中的最大值作为参考值；

控制及均衡单元，用于根据所述参考值，确定所述电池组当前进入的控制模式，并根据所述确定的当前控制模式来调节所述电池组内各电池单体电压；其中，所述控制模式包括充电控制模式和均衡控制模式；

所述充电控制模式为所述参考值小于预设的第一电压阈值时，在预定的一个或多个充电控制方案中，得到与所述参考值相对应的充电控制方案并执行；

所述均衡控制模式为所述参考值大于所述预设的第一电压阈值，且小于预设的第二电压阈值时，获取均衡指令并开启均衡。

其中，所述系统还包括：

充电结束单元，用于当所述参考值大于所述预设的第二电压阈值时，结束所述电池组充电，并降低所述外接充电装置输出给所述电池组充电的电压。

实施本发明实施例，具有如下有益效果：

在本发明实施例中，由于在电池组充电过程中，可通过判别电池组内电池单体电压中的最大值来确定电池组当前进入的控制模式，并根据当前电池组进入的控制模式来调节电池单体电压，从而有效的均衡电池组内电池单体之间的电压差，提高电池单体和电池组的容量可用率，并有效的延长电池组的使用寿命。

附图说明

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一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，根据这些附图获得其他的附图仍属于本发明的范畴。

图1为本发明实施例提供的一种电网直流屏系统中电池充电均衡控制的方法的流程图；

图2为本发明实施例提供的一种电网直流屏系统中电池充电均衡控制的方法应用场景的流程图；

图3为本发明实施例提供的一种电网直流屏系统中电池充电均衡控制的系统的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。

如图1所示，为本发明实施例提供的一种电网直流屏系统中电池充电均衡控制的方法，其在由多个电池单体组成的电池组通过外接充电装置进行充电的过程中实现，所述方法包括：

步骤S101、获取电池组内各电池单体电压，并将所述获取到的各电池单体电压中的最大值作为参考值；

步骤S102、根据所述参考值，确定所述电池组当前进入的控制模式，并根据所述确定的当前控制模式来调节所述电池组内各电池单体电压；其中，所述控制模式包括充电控制模式和均衡控制模式；所述充电控制模式为所述参考值小于预设的第一电压阈值时，在预定的一个或多个充电控制方案中，得到与所述参考值相对应的充电控制方案并执行；所述均衡控制模式为所述参考值大于所述预设的第一电压阈值，且小于预设的第二电压阈值时，获取均衡指令并开启均衡。

具体过程为，在步骤S102中，当电池组当前进入的控制模式为充电控制模式时，此时根据参考值，可以得到相应的充电控制方案，待上述得到的充电控制方案执行完毕后，有必要对电池组内当前充电电流进行检测，不同的充电电流将采用不同的充电方式，具体如下：

当检测到电池组内当前充电电流大于预设的比较值时，则重新获取电池组内各电池单体电压，且将重新获取到的各电池单体电压中的最大值作为参考值后，重新确定电池组当前进入的控制模式，此时维持原有的充电方式继续充电；

而当检测到电池组内当前充电电流小于预设的比较值时，则让电池组进入浮充阶段。

作为一个例子，第一电压阈值为3.85V、第二电压阈值为4V及比较值已预先设定。当电池单体电压中的最大值(即参考值U)<3.85V时，电池组进入充电控制模式，此时在充电控制模式中根据参考值U选择相应的充电控制方案，待所选的充电控制方案执行完毕后，判断电池组充电电流是否小于比较值，如果是，则继续以所选的充电控制方案对电池组进行浮充，否则，还是继续进行升压充电。

在本发明实施例中，充电控制方案包括第一充电控制方案、第二充电控制方案、第三充电控制方案及第四充电控制方案；其中，

第一充电控制方案具体为：当参考值小于预设的第一电压阈值，且大于等于预设的第三电压阈值时，以预设的第一充电电流对电池组进行恒流均充，待电池组电压达到预设的均充电压后终止，并以预设的充电电压对电池组进行一定时间的恒压充电。

第二充电控制方案具体为：当参考值小于预设的第三电压阈值，且大于等于预设的第四电压阈值时，以预设的第二充电电流对电池组进行恒流均充，待电池组电压达到预设的均充电压后终止，并以预设的充电电压对电池组进行一定时间的恒压充电。

第三充电控制方案具体为：当参考值小于预设的第四电压阈值，且大于等于预设的第五电压阈值时，以预设的第三充电电流对电池组进行恒流均充，待电池组电压达到预设的均充电压后终止，并以预设的充电电压对电池组进行一定时间的恒压充电；

第四充电控制方案具体为：当参考值小于预设的第五电压阈值时，以预设的第四充电电流对所述电池组进行恒流均充，待电池组电压达到预设的均充电压后终止，并以预设的充电电压对电池组进行一定时间的恒压充电。

应当说明的是，为确保电池组电压稳定，在第一至第四充电控制方案中预设的充电电压都应相等，且略高于电池组的额定电压。由于参考值不同，因此在第一至第四充电控制方案中恒定充电电流是不同的。

作为一个例子，第三至第五电压阈值分别为3.7V、3.65V和3.55V，第一至第四充电电流分别为1.65A、3.3A、6.6A和16.5A，均充电压为115V；当3.7V<参考值U≤3.85V时，采用第一充电控制方案，以第一充电电流1.65A进行恒流充电，待电池组电压达到均充电压115V后，以均充电压为115V进行恒压充电一定时间；当3.65V<参考值U≤3.7V时，采用第二充电控制方案，以第二充电电流3.3A进行恒流充电，待电池组电压达到均充电压115V后，以均充电压为115V进行恒压充电一定时间；当3.55V<参考值U≤3.65V时，采用第三充电控制方案，以第三充电电流6.6A进行恒流充电，待电池组电压达到均充电压115V后，以均充电压为115V进行恒压充电一定时间；当参考值U<3.55V时，采用第四充电控制方案，以第四充电电流16.5A进行恒流充电，待电池组电压达到均充电压115V后，以均充电压为115V进行恒压充电一定时间。

在步骤S102中，当电池组当前进入的控制模式为均衡控制模式时，此时根据参考值，获取均衡指令并开启均衡，而获取均衡指令并开启均衡的具体步骤包括：

根据获取到的电池组内各电池单体电压，计算出电池组内电池单体的第一平均电压；对电池组内电压高于第一平均电压的电池单体进行降压，直至降压的各电池单体电压中的最大值满足预定的第一条件为止。如电池单体电压中的最大值(即参考值U)位于[3.85V，4V)之间，此时电池组进入均衡控制模式，计算得出第一平均电压为3.3V，将符合电压>3.3V的所有电池单体进行降压，直至满足第一条件：参考值U<3.8V，且保持3S以上，则结束对电压>3.3V的所有电池单体的降压动作，即均衡控制结束，继续对电池组进行充电。

在参考值大于预设的第二电压阈值时，则电池组充电就应该结束，因此所述方法进一步包括：当参考值大于预设的第二电压阈值时，结束电池组充电，并降低电池组输出电压；其中，电池组的输出电压降至为电池组额定电压的95％。如参考值U>4V，则结束电池组充电，充电装置的输出电压为其额定电压的95％。

可以理解的是，在充电控制模式中，电池组电池单体的电压都会根据不同的充电控制方案进行调节，同理，在均衡控制模式中，电池组电池单体的电压根据设定的条件进行调节。

更进一步的，所述方法进一步包括：获取电池组充电结束后各电池单体电压，计算出电池组充电结束后电池单体的第二平均电压；对电池组充电结束后电压高于第二平均电压的电池单体根据预定的第二条件进行降压。如对电池组充电结束后电压高于第二平均电压的电池单体进行10小时30mA降压过程，待过了10小时后，结束对电压高于第二平均电压的所有电池单体的降压动作，即均衡控制结束。

如图2所示，对本发明实施例提供的电网直流屏系统中电池充电均衡控制的方法的应用场景进一步说明：

电池组为108.8V、150Ah，由102颗标称3.2V、50Ah磷酸铁锂离电池单体3并34串组成；其中，第一至第五电压阈值分别为3.85V、4V、3.7V、3.65V和3.55V；均充电压115V，准均充电流Ic＝16.5A；第一至第四充电电流分别为0.1Ic、0.2Ic、0.4Ic和Ic，即1.65A、3.3A、6.6A和16.5A；比较值为0.05Ic＝0.825A；第一条件为参考值U<3.8V，且保持3S以上；第二条件为以均衡电流为30mA，均衡时间T为10小时进行均衡；第一平均电压为3.3V，第二平均电压为3.9V。

(1)当参考值U<第五电压阈值3.55V时，采用第四充电控制方案，以第四充电电流Ic＝16.5A、充电电压115V进行先恒流再恒压的充电控制，在恒压充电阶段，检测电池组充电电流，若充电电流<第一充电电流0.05Ic，则电池组进入浮充阶段，反之则继续检测参考值U并进行判断；

(2)当第五电压阈值3.55V<参考值U≤第四电压阈值3.65V时，采用第三充电控制方案，以第三充电电流0.4Ic＝6.6A、充电电压115V进行先恒流再恒压的充电控制，在恒压充电阶段，检测电池组充电电流，若充电电流<第一充电电流0.05Ic，则电池组进入浮充阶段，反之则继续检测参考值U并进行判断；

(3)当第四电压阈值3.65V<参考值U≤第三电压阈值3.7V时，采用第二充电控制方案，以第二充电电流0.2Ic＝3.3A、充电电压115V进行先恒流再恒压的充电控制，在恒压充电阶段，检测电池组充电电流，若充电电流<第一充电电流0.05Ic，则电池组进入浮充阶段，反之则继续检测参考值U并进行判断；

(4)当第三电压阈值3.7V<参考值U≤第一电压阈值3.85V时，采用第一充电控制方案，以第一充电电流0.1Ic＝1.65A、充电电压115V进行先恒流再恒压的充电控制，在恒压充电阶段，检测电池组充电电流，若充电电流<第一充电电流0.05Ic，则电池组进入浮充阶段，反之则继续检测参考值U并进行判断；

(5)当第一电压阈值3.85V<参考值U≤第二电压阈值4V时，电池组获取均衡指令并开启均衡，计算得出第一平均电压3.8V，将符合电压>第一平均电压3.8V的所有电池单体进行降压，直至满足第一条件：参考值U<3.8V，且保持3S以上，则结束对电压>3.3V的所有电池单体的降压动作，即均衡控制结束，继续对电池组进行充电；

(6)当参考值U>第二电压阈值4V时，则结束电池组充电，电池组输出电压降至为其额定电压的95％，并且对电池组充电结束后电压高于第二平均电压3.9V的电池单体进行10小时30mA降压过程，待过了10小时后，结束对电压高于第二平均电压3.9V的所有电池单体的降压动作，即均衡控制结束。

如图3所示，为本发明实施例提供的一种电网直流屏系统中电池充电均衡控制的系统，其在由多个电池单体组成的电池组通过外接充电装置进行充电的过程中实现，所述系统包括：

参考值计算单元310，用于获取电池组内各电池单体电压，并将所述获取到的各电池单体电压中的最大值作为参考值；

控制及均衡单元320，用于根据所述参考值，确定所述电池组当前进入的控制模式，并根据所述确定的当前控制模式来调节所述电池组内各电池单体电压；其中，所述控制模式包括充电控制模式和均衡控制模式；

所述充电控制模式为所述参考值小于预设的第一电压阈值时，在预定的一个或多个充电控制方案中，得到与所述参考值相对应的充电控制方案并执行；

所述均衡控制模式为所述参考值大于所述预设的第一电压阈值，且小于预设的第二电压阈值时，获取均衡指令并开启均衡。

其中，所述系统还包括：

充电结束单元，用于当所述参考值大于所述预设的第二电压阈值时，结束所述电池组充电，并降低所述外接充电装置输出给所述电池组充电的电压。

实施本发明实施例，具有如下有益效果：

在本发明实施例中，由于在电池组充电过程中，可通过判别电池组内电池单体电压中的最大值来确定电池组当前进入的控制模式，并根据当前电池组进入的控制模式来调节电池单体电压，从而有效的均衡电池组内电池单体之间的电压差，提高电池单体和电池组的容量可用率，并有效的延长电池组的使用寿命。

值得注意的是，上述系统实施例中，所包括的各个系统单元只是按照功能逻辑进行划分的，但并不局限于上述的划分，只要能够实现相应的功能即可；另外，各功能单元的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本发明的保护范围。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中，所述的存储介质，如ROM/RAM、磁盘、光盘等。

以上所揭露的仅为本发明较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

Claims (10)

1.一种电网直流屏系统中电池充电均衡控制的方法，其特征在于，其在由多个电池单体组成的电池组进行充电的过程中实现，所述方法包括：

获取电池组内各电池单体电压，并将所述获取到的各电池单体电压中的最大值作为参考值；

根据所述参考值，确定所述电池组当前进入的控制模式，并根据所述确定的当前控制模式来调节所述电池组内各电池单体电压；其中，所述控制模式包括充电控制模式和均衡控制模式；

所述充电控制模式为所述参考值小于预设的第一电压阈值时，在预定的一个或多个充电控制方案中，得到与所述参考值相对应的充电控制方案并执行；

所述均衡控制模式为所述参考值大于所述预设的第一电压阈值，且小于预设的第二电压阈值时，获取均衡指令并开启均衡。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括：

待所述得到的充电控制方案执行完毕后，当检测到所述电池组内当前充电电流大于预设的比较值时，则重新获取所述电池组内各电池单体电压，且将所述重新获取到的各电池单体电压中的最大值作为所述参考值后，重新确定所述电池组当前进入的控制模式。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括：

待所述得到的充电控制方案执行完毕后，当检测到所述电池组内当前充电电流小于所述预设的比较值时，则让所述电池组进入浮充阶段。

4.如权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，所述充电控制方案包括第一充电控制方案、第二充电控制方案、第三充电控制方案及第四充电控制方案；其中，

所述第一充电控制方案具体为：当所述参考值小于所述预设的第一电压阈值，且大于等于预设的第三电压阈值时，以预设的第一充电电流对所述电池组进行恒流均充，待所述电池组电压达到预设的均充电压后终止，并以所述预设的充电电压对所述电池组进行一定时间的恒压充电；

所述第二充电控制方案具体为：当所述参考值小于所述预设的第三电压阈值，且大于等于预设的第四电压阈值时，以预设的第二充电电流对所述电池组进行恒流均充，待所述电池组电压达到预设的均充电压后终止，并以所述预设的充电电压对所述电池组进行一定时间的恒压充电；

所述第三充电控制方案具体为：当所述参考值小于所述预设的第四电压阈值，且大于等于预设的第五电压阈值时，以预设的第三充电电流对所述电池组进行恒流均充，待所述电池组电压达到预设的均充电压后终止，并以所述预设的充电电压对所述电池组进行一定时间的恒压充电；

所述第四充电控制方案具体为：当所述参考值小于所述预设的第五电压阈值时，以预设的第四充电电流对所述电池组进行恒流均充，待所述电池组电压达到预设的均充电压后终止，并以所述预设的充电电压对所述电池组进行一定时间的恒压充电。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取均衡指令并开启均衡的具体步骤包括：

根据所述获取到的电池组内各电池单体电压，计算出所述电池组内电池单体的第一平均电压；

对所述电池组内电压高于所述第一平均电压的电池单体进行降压，直至所述降压的各电池单体电压中的最大值满足预定的第一条件为止；其中，所述预定的第一条件为电压值应小于3.8V，且保持3S以上。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括：

当所述参考值大于所述预设的第二电压阈值时，结束所述电池组充电，并降低所述电池组输出电压。

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述电池组的输出电压降至为所述电池组额定电压的95％。

8.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括：

获取所述电池组充电结束后各电池单体电压，计算出所述电池组充电结束后电池单体的第二平均电压；

对所述电池组充电结束后电压高于所述第二平均电压的电池单体根据预定的第二条件进行降压；其中，所述预定的第二条件为以均衡电流为30mA，均衡时间为10小时进行均衡。

9.一种电网直流屏系统中电池充电均衡控制的系统，其特征在于，其在由多个电池单体组成的电池组通过外接充电装置进行充电的过程中实现，所述系统包括：

参考值计算单元，用于获取电池组内各电池单体电压，并将所述获取到的各电池单体电压中的最大值作为参考值；

控制及均衡单元，用于根据所述参考值，确定所述电池组当前进入的控制模式，并根据所述确定的当前控制模式来调节所述电池组内各电池单体电压；其中，所述控制模式包括充电控制模式和均衡控制模式；

所述充电控制模式为所述参考值小于预设的第一电压阈值时，在预定的一个或多个充电控制方案中，得到与所述参考值相对应的充电控制方案并执行；

所述均衡控制模式为所述参考值大于所述预设的第一电压阈值，且小于预设的第二电压阈值时，获取均衡指令并开启均衡。

10.如权利要求9所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：

充电结束单元，用于当所述参考值大于所述预设的第二电压阈值时，结束所述电池组充电，并降低所述外接充电装置输出给所述电池组充电的电压。