CN105490346B - 用于串联组合电源的均压控制方法及系统 - Google Patents

用于串联组合电源的均压控制方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于串联组合电源的均压控制方法，所述的方法包括如下步骤：（1）确定电源模块主机和从机；（2）主机设置均压启动标志位并通过总线发送至各个从机；（3）从机将主机发送的均压启动标志位设定为本机均压操作的控制条件；（4）均压控制：监控各电源模块的电压输出，当任何一个电源模块的限流点满足控制条件时启动均压控制操作。本发明提出的用于串联组合电源的均压控制方法及系统可以实现不同功率、电压等级应用下的串联电源间的功率平均分配，控制简单，成本低廉。

Description

用于串联组合电源的均压控制方法及系统
技术领域
本发明涉及储能电源技术领域，尤其涉及一种用于串联组合电源在充电时处于恒流工作状态的均压控制方法及系统。
背景技术
近几年，随着储能行业的迅猛发展，针对不同应用场合的电源组的组合五花八门，与之配套的充电电源需求呈现功率等级大，电压等级多等特点，为每一种需求都去开发配套的充电电源产品显然不够经济。而由于高耐压值、大通流能力的功率器件市场用量小、成本较高，因此对于大容量高压电源组的充电器而言这一问题尤为突出。选用一种输出电压等级适中，其可选用元器件被市场大量应用的电源模块作为基本单元，通过将多个该电源单元串联组合的方法实现输出电压的灵活组合，以适用不同电压等级的高压电源组的充电需求，是一种十分经济的方案。
而电源充电的过程中，大部分时候电源均处在恒流充电工作状态，如果采用多电源串联组网的方式，由于各电源的实际限流点之间存在差异，这将导致限流点较低的电源最早进入限流输出，输出电压下降，最终导致串联的各电源模块间电压值不同，功率分配不均，影响了电源系统的可靠性。因此有必要对这种应用场合下提出一种多电源串联均压的控制方案。
发明内容
为了解决现有技术中多电源串联组网内各电源模块的实际限流点之间存在差异，导致串联的各电源模块间没有均压，功率分配不均的问题，本发明提出一种用于串联组合电源的均压控制方法及系统。
本发明提出的用于串联组合电源的均压控制方法包括如下步骤：
（1）确定电源模块主机：对构成串联组合电源的各个电源模块标识串联地址,并设置其中一个电源模块为主机，其它电源模块为从机；
（2）主机设置均压启动标志位：各电源模块通过总线向主机发送本机当前输出电压及是否进入限流状态标志，主机根据各电源的输出电压计算出串联组合电源的平均电压，根据各从机是否进入限流状态标志设置均压启动标志位，并将平均电压和均压启动标志位通过总线发送至各个从机；
（3）从机设置均压启动标志：各从机接收主机发送的平均电压值并将其设为本机均压控制的给定值，并将主机发送的均压启动标志位设定为本机均压操作的控制条件；
（4）均压控制：监控各电源模块的电压输出，当任何一个电源模块的电压限流点满足控制条件时启动均压控制操作。
在一实施例中，所述的均压控制采用电源均压环控制，包括以下步骤：各电源模块计算得出平均电压与本机输出电压的差值ΔU；当当ΔU>0时，PI调节器将相应升高本机限流点；反之当ΔU<0时，PI调节器将相应减小本机限流点。
在上述实施例中，采用0/1拨码开关对各电源模块进行串联地址标识，并选择排序序号小的电源模块为串联组合电源的主机。
本发明还提出一种用于串联组合电源的均压控制系统，包括：
至少两个电源模块，各电源模块串联形成组合电源，各电源包含一单片机并通过总线相互通信；
主机设置模块，用于对各个电源模块标识串联地址,并设置其中一个电源模块为主机，其它电源模块为从机；
均压启动标志位设置模块，各电源模块通过总线向主机发送本机当前输出电压及是否进入限流状态标志，主机根据各电源的输出电压计算出串联组合电源的平均电压，根据各从机是否进入限流状态标志设置均压启动标志位置，并将平均电压和均压启动标志位置通过总线发送至各个从机；
控制条件设置模块，各从机接收主机发送的平均电压值并将其设为本机均压控制的给定值，并将主机发送的均压启动标志位设定为本机均压操作的控制条件；
均压控制模块，用于监控各电源模块的电压输出，当任何一个电源模块的电压限流点满足控制条件时启动均压控制操作。
在一实施例中，所述的均压控制模块采用电源均压环控制，包括差值计算子模块，用于各电源模块计算得出平均电压与本机输出电压的差值ΔU；PI调节器，用于对计算得出的差值进行调节，当差值ΔU>0时，PI调节器将相应升高本机限流点；反之，当差值ΔU<0时，PI调节器将相应减小本机限流点。
在上述实施例中，采用0/1拨码开关对各电源模块进行串联地址标识，并选择排序序号小的电源模块为串联组合电源的主机。
本发明提出的用于串联组合电源的均压控制方法及系统可以实现不同功率、电压等级应用下的串联电源间的功率平均分配，控制简单，成本低廉。
附图说明
图1为本发明串联组合电源的结构示意图；
图2为电源模块的组网程序流程图；
图3为串联组合电源的均压流程图；
图4为串联组合电源均压环控制流程图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进一步进行说明。
本发明提出一种用于串联组合电源的均压控制系统，包括：
至少两个电源模块，各电源模块串联形成组合电源，各电源包含一单片机并通过总线相互通信；
主机设置模块，用于对各个电源模块标识串联地址,并设置其中一个电源模块为主机，其它电源模块为从机；
均压启动标志位设置模块，各电源模块通过总线向主机发送本机当前输出电压及是否进入限流状态标志，主机根据各电源的输出电压计算出串联组合电源的平均电压，根据各从机是否进入限流状态标志设置均压启动标志位置，并将平均电压和均压启动标志位置通过总线发送至各个从机；
控制条件设置模块，各从机接收主机发送的平均电压值并将其设为本机均压控制的给定值，并将主机发送的均压启动标志位设定为本机均压操作的控制条件；
均压控制模块，用于监控各电源模块的电压输出，当任何一个电源模块的电压限流点满足控制条件时启动均压控制操作。
图1是本发明提出的多电源模块串联均压硬件的一个实施例，其中A1、B1、C1为同一单个中小功率电源模块，三个电源模块正负相连形成串联连接，构成以适用不同电压等级的高压电池组。单个电源模块包含一单片机并通过总线CAN+、CAN-相互通信。该实施例中，各个电源模块包含有用于标识串联地址的0/1拨码开关。利用该0/1拨码开关对各个电源模块标识串联地址,并设置其中一个电源模块为主机，其它电源模块为从机。在该实施例中，选择串联地址最小的模块排序序号为0，排序序号为0的电源为本串电源的主机，其余为从机。
电源模块组网程序流程图如图2所示，工作原理如下：所有电源模块通过总线发送本电源模块串联地址，并存入串联地址缓冲区，之后按照串联地址从大到小排序找出本电源模块逻辑地址(排序序号)，串联地址最小的电源模块排序序号为0，以此类推，设排序序号为0的电源为本串电源的主机。
组网网络中各电源模块串联均压流程图如图3所示，工作原理如下：串内所有电源模块通过总线发送本机当前输出电压及是否进入限流状态标志，串内主机根据串内各电源的输出电压计算出本串电源的平均电压，根据各从机是否进入限流状态置位或清除均压启动标志位，并将其发送到从机。串内所有电源模块接收主机发送的平均电压值作为本机均压环路的给定值，并根据主机发送的均压启动标志位设为均压启动工作条件，决定是否启动均压环工作，如果满足均压启动工作条件，则启动均压环路工作。
各电源模块均压环控制流程图如图4所示，工作原理如下：各电源模块计算得出串内电源平均电压与本机输出电压的差值ΔU，并将该差值送入PI调节器进行判断。当ΔU>0，也即本机电压小于串内电源的平均电压时，PI调节器将相应升高本机限流点；反之ΔU<0，也即本机电压大于串内电源的平均电压时，PI调节器将相应减小本机限流点。组网网络中各电源模块经由以上控制方案，提高限流点的电源将逐步退出限流，输出电压上升；降低限流点的电源将逐步进入限流，输出电压会下降，最终控制策略将实现各电源输出电压基本相等，实现各电源的功率均分。
本发明中，整个电源网络的串联识别及控制均在CAN总线基础之上进行。
以上结合具体实施例描述了本发明的技术原理。这些描述只是为了解释本发明的原理，而不能以任何方式解释为对本发明保护范围的限制。基于此处的解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本发明的其它具体实施方式，这些方式都将落入本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种用于串联组合电源的均压控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）确定电源模块主机：对构成串联组合电源的各个电源模块标识串联地址,并设置其中一个电源模块为主机，其它电源模块为从机；
（2）主机设置均压启动标志位：各电源模块通过总线向主机发送本机当前输出电压及是否进入限流状态标志，主机根据各电源的输出电压计算出串联组合电源的平均电压，根据各从机是否进入限流状态标志设置均压启动标志位，并将平均电压和均压启动标志位通过总线发送至各个从机；
（3）从机设置均压启动标志：各从机接收主机发送的平均电压并将其设为本机均压控制的给定值，并将主机发送的均压启动标志位设定为本机均压操作的控制条件；
（4）均压控制：监控各电源模块的电压输出，当任何一个电源模块的限流点满足控制条件时启动均压控制操作。
2.如权利要求1所述的均压控制方法，其特征在于，所述的均压控制采用电源均压环控制，包括以下步骤：各电源模块计算得出平均电压与本机输出电压的差值ΔU；当ΔU>0时，PI调节器将相应升高本机限流点；反之当ΔU<0时，PI调节器将相应减小本机限流点。
3.如权利要求1所述的均压控制方法，其特征在于，采用0/1拨码开关对各电源模块进行串联地址标识，并选择排序序号最小的电源模块为串联组合电源的主机。
4.一种用于串联组合电源的均压控制系统，其特征在于，包括：
至少两个电源模块，各电源模块串联形成组合电源，各电源包含一单片机并通过总线相互通信；
主机设置模块，用于对各个电源模块标识串联地址,并设置其中一个电源模块为主机，其它电源模块为从机；
均压启动标志位设置模块，各电源模块通过总线向主机发送本机当前输出电压及是否进入限流状态标志，主机根据各电源的输出电压计算出串联组合电源的平均电压，根据各从机是否进入限流状态标志设置均压启动标志位，并将平均电压和均压启动标志位通过总线发送至各个从机；
控制条件设置模块，各从机接收主机发送的平均电压并将其设为本机均压控制的给定值，并将主机发送的均压启动标志位设定为本机均压操作的控制条件；
均压控制模块，用于监控各电源模块的电压输出，当任何一个电源模块的限流点满足控制条件时启动均压控制操作。
5.如权利要求4所述的均压控制系统，其特征在于，所述的均压控制模块采用电源均压环控制，包括差值计算子模块，用于各电源模块计算得出平均电压与本机输出电压的差值ΔU；PI调节器，用于对计算得出的差值进行调节，当差值ΔU>0时，PI调节器将相应升高本机限流点；反之，当差值ΔU<0时，PI调节器将相应减小本机限流点。
6.如权利要求4所述的均压控制系统，其特征在于，所述主机设置模块采用0/1拨码开关对各电源模块进行串联地址标识，并选择排序序号最小的电源模块为串联组合电源的主机。
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