CN105553080A - 一种多电源串并联使用的电源组网系统及均流方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多电源串并联使用的电源组网系统，包括：由至少两个电源模块并联连接构成的电源模块组，至少两个电源模块组首尾串联构成电源网络。电源模块包含：电源本体、用于监测并调整电源本体输出电参数的电源控制模块、及用于标记电源本体的通信控制模块，电源控制模块与通信控制模块连接，电源网络内的所有通信控制模块通过总线进行数据交换。本发明还公开了一种上述电源组网系统的均流方法。本发明通过多个单个中小功率电源模块串并联连接，灵活拓展了电源系统的功率、电压等级，组网方便且控制简单，适应各类电源应用场合。

Description

一种多电源串并联使用的电源组网系统及均流方法

技术领域

本发明涉及多电源配合使用技术领域，尤其涉及一种多电源串并联使用的电源组网系统及均流方法。

背景技术

大量电子设备，特别是计算机、通讯、空间站等的广泛应用，要求组建一个大容量、安全可靠、不中断供电的电源系统。假如采用单台电源供电，则该变换器势必处理巨大的功率、电应力大，给功率器件的选择、开关频率和功率密度的进步带来困难，并且一旦单台电源发生故障，将导致整个系统崩溃。

自上世纪八十年代起，分布式电源供电方式的兴起为这一问题提供了有效的解决方案，相对于传统的集中式供电，分布式电源利用多个中、小功率的电源模块并联来组建积木式的大功率电源系统。采用多个电源模块并联运行，通过改变并联模块的数目来满足不同功率的负载，每个模块处理较小功率，承受较小电应力，使得提供单电源的开关频率成为可能，从而进一步提升系统的功率密度。同时由于并联均流技术的引入，使得系统实现冗余备份。当任意模块发生故障时，其余模块继续提供足够电能，整个电源系统不会崩溃。

近几年，随着电池储能行业的迅猛发展，针对不同应用场合的电池组的组合五花八门，与之配套的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电源产品显然不够经济，而传统的并联组网方式可以解决功率等级的问题，却只有一种输出电压。

因此基于单个中小功率电源模块，通过灵活配置以适应于各类功率、电压等级的电源组网系统及均流方法亟待提出。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提出一种多电源串并联使用的电源组网系统及均流方法，该电源组网系统提出的串、并联组网方法在仅增加少量硬件成本的方式下，通过单个中小功率电源模块灵活拓展了电源系统的功率、电压等级，组网方便且控制简单，适应各类电源应用场合。

本发明采用的技术方案是，设计一种多电源串并联使用的电源组网系统，包括：由至少两个电源模块并联连接构成的电源模块组，至少两个电源模块组首尾串联构成电源网络。

电源模块包含：电源本体、用于监测并调整电源本体输出电参数的电源控制模块、及用于过滤电源控制模块通讯数据的通信控制模块，电源网络内的所有通信控制模块通过总线进行数据交换。

同一电源模块组内的通信控制模块设有该组各电源模块的串并联地址，并标记出该组电源模块中的一个电源模块为主机。

所有电源模块向总线发送负载电流，主机通过通信控制模块过滤接收其所在组的各电源模块的负载电流，计算出平均电流再通过总线发送至该组各电源模块，该组各电源模块依照平均电流调节自身输出电压的大小。

具体来说，位于同一电源模块组内的电源模块具有相同的串联地址、不同的并联地址，位于不同电源模块组的电源模块具有不同的串联地址、不同的并联地址。通信控制模块设有本电源模块的串并联地址，并通过总线过滤接收同组其他电源模块的串并联地址。

其中，通信控制模块包括：用于标识串联地址的串联拨码开关、用于标识并联地址的并联拨码开关、用于过滤分析地址数据的CAN通信控制单元。CAN通信控制单元接收总线上的地址数据并判断排序，同一电源模块组内并联地址最小的电源模块为主机，其余电源模块为从机。

CAN通信控制单元包括：CAN总线接收滤波器、CAN总线邮箱及CAN控制器。CAN总线接收滤波器中局部接收屏蔽寄存器的串联地址位为有效，CAN总线邮箱的信息标识符寄存器读取并记录本机的串联地址，CAN总线接收滤波器接收总线上的数据帧，CAN控制器比对数据帧与信息标识符寄存器内的串联地址是否匹配，保留与本机串联地址相同的数据帧并存入数据缓冲区。

优选的，电源控制模块包括：用于检测电源本体输出电参数的检测传感器组和用于调整电源本体输出电参数的电源控制器。

本发明还提出了一种上述电源组网系统的均流方法，包括以下步骤：

步骤1、设定电源网络中各电源模块的串联地址及并联地址，配置通信控制模块；

步骤2、所有电源模块向总线发送串并联地址，通信控制模块找出各电源模块组的主机；

步骤3、所有电源模块向总线发送本机负载电流，各电源模块接收与本机串联地址相同的负载电流数据帧，并存入数据缓冲区；

步骤4、通信控制模块判断本机是否为主机，若是主机则进行步骤5，若不是主机则进行步骤6；

步骤5、主机计算出该组电源模块的平均电流；

步骤6、电源模块接收本组的平均电流，电源控制模块根据该平均电流调节电源模块的输出电压，实现各电源模块组均流。

其中，步骤2还包括：

步骤2.1、通信控制模块判断串并联地址排序是否完成，若完成则主机已找出，进行步骤2.5，若未完成则主机未找出，进行步骤2.2；

步骤2.2、所有电源模块向总线发送串并联地址，通信控制模块接收组内其他电源模块的并联地址，并存入数据缓冲区；

步骤2.3、通信控制模块按照并联地址从大到小排序找出本机排序序号；

步骤2.4、设置逻辑地址排序完成标志；

步骤2.5、通信控制模块判断是否有新的电源模块加入或旧的电源模块退出，若有则清除逻辑地址排序完成标志，进行步骤2.2，若无则进行步骤2.6；

步骤2.6、确定排序序号最小的为主机。

与现有技术相比，本发明在电源模块组内并联连接有多个电源模块，形成各电源模块组的功率扩容，之后将多个电源模块组正负首尾串联连接，构成电源网络实现功率再扩容及电压扩容。电源模块内设有电源控制模块和通信控制模块，通信控制模块设有电源模块的串并联地址，电源模块通过总线进行数据交换时，依靠通信控制模块识别数据帧中的地址数据而进行筛选，以便于各电源模块能依照各自筛选出的数据准确调整自身输出电压，实现电源网络的负载均流。

附图说明

下面结合实施例和附图对本发明进行详细说明，其中：

图1是本发明较佳实施例的电源网络示意图；

图2是本发明较佳实施例的均流方法流程示意图；

图3是本发明较佳实施例的查找主机流程示意图。

具体实施方式

本发明提出的电源组网系统，包括：由多个电源模块并联构成的电源模块组、由多个电源模块组首尾串联构成的电源网络，电源网络中的各电源模块为同一单个中小功率电源模块。

如图1所示，在本实施例中，电源模块A1~电源模块A3、电源模块B1~电源模块B3、电源模块C1~电源模块C3分别形成三组电源模块组，每个电源模块组内的三个电源模块并联连接，形成各电源模块组的功率扩容。这三组电源模块组串联接入直流母线形成电源网络，实现功率的再扩容及电压扩容。

其中，电源模块包含有电源本体、与电源本体连接的电源控制模块、和与电源控制模块连接的通信控制模块，电源控制模块控制电源本体的电参数，通信控制模块控制电源本体的通信参数，通信控制模块设有本电源模块在电源网络中所处位置的串并联地址，所有通信控制模块通过总线进行数据交换。电源控制模块向外发送数据时需经过通信控制模块，使发送的数据附带有本机串并联地址，以便于其他电源模块的通信控制模块识别过滤。

通信控制模块包括：用于标识串联地址的串联拨码开关、用于标识并联地址的并联拨码开关、用于过滤分析地址数据的CAN通信控制单元，CAN通信控制单元连接有CAN+通信线和CAN-通信线，所有电源模块的有CAN+通信线和CAN-通信线均连接至CAN总线上，总线可连接上位机。电源网络的串、并联识别及控制均在CAN总线基础之上进行。

位于同一电源模块组内的电源模块具有相同的串联地址、不同的并联地址，位于不同电源模块组的电源模块具有不同的串联地址、不同的并联地址。在本发明的较佳实施例中采用CAN2.0b协议，该版本的CAN总线协议规范定义了两种不同标识符长度的数据帧格式，分别为具有11标识符的标准帧和29位标识符的扩展帧，较佳实施例选用带29位标识符的扩展帧格式。一个完整的数据帧如下所示，其中32位仲裁域中包含有29位标识码。

起始位

仲裁域

控制位

数据区

CRC

应答

结束

1 bit

32 bit

6 bit

0~8 byte

16 bit

2 bit

7 bit

本实施例中将29位标识码定义如下：

bit28-bit24	bit23-bit20	bit19-bit8	bit7-bit0
				协议类型码	串联地址	未使用	逻辑地址

CAN通信控制单元包括：CAN总线接收滤波器、CAN总线邮箱及CAN控制器，通过对CAN总线接收滤波器的局部接收屏蔽寄存器（LAM）进行配置，可以实现电源模块对总线数据的硬件自动甄别。电源网络上电后，初始化程序将配置局部接收屏蔽寄存器（LAM）的bit23-bit20为有效，对应29位标识码的串联地址位，并读取本机串联地址写入CAN总线邮箱的信息标识符寄存器（MSGID）的bit23-bit20。当收到的来自CAN总线上数据帧时，CAN控制单元将自动确认数据帧仲裁域中29位标识码的bit23-bit20（数据串联地址）是否与本机信息标识符寄存器（MSGID）的bit23-bit20（本机串联地址）匹配，如果匹配，即总线数据为与本机位于同一组的电源模块所发数据，可以接收并存入数据缓冲区，否则将自动屏蔽该条总线数据帧。

所有电源模块向总线发送本模块的串并联地址，如上所述电源的CAN控制器将自动保留与本机串联地址相同的数据帧，并将同一串联地址的其它模块并联地址存入并联地址缓冲区，之后按照并联地址从大到小排序找出本机逻辑地址（即排序序号），并联地址最小的模块排序序号为0，以此类推，排序序号为0的电源模块为本组电源模块的主机。电源网络内所有电源均依照该方式裁决出相应组的主机。

电源控制模块包括：用于检测电源本体输出电参数的检测传感器组、用于调整电源本体输出电参数的电源控制器。同一电源模块组内各电源模块的检测传感器检测当前负载电流，并经过通信控制模块向总线发送附带有本机串并联地址的负载电流数据帧；组内各电源模块的通信控制模块接收负载电流数据帧，保留与本机串联地址相同的负载电流数据帧放入数据缓冲区；由该组内主机的电源控制器计算出该组电源模块的平均电流，并经过通信控制模块将附带有本机串并联地址的平均电流发送至总线；组内各电源模块的电源控制器通过通信控制模块接收与本机串联地址相同的平均电流，以该平均电流作为均流控制的给定值，并依照该给定值调节各自电源本体输出电压的大小。

如图2所示，本发明还提出了一种上述电源组网系统的均流方法，包括以下步骤：

步骤1、系统初始化，拨动拨码开关设定电源网络中各电源模块的串联地址及并联地址，配置通信控制模块，将局部接收屏蔽寄存器配置为bit23-bit20为有效，对应29位标识码的串联地址位，读取本机串联地址写入信息标识符寄存器的bit23-bit20；

步骤2、所有电源模块向总线发送串并联地址，通信控制模块找出各电源模块组的主机；

步骤3、所有电源模块向总线发送本机负载电流，各电源模块接收与本机串联地址相同的负载电流数据帧，并存入数据缓冲区；

步骤4、通信控制模块判断本机是否为主机，若是主机则进行步骤5，若不是主机则进行步骤6；

步骤5、主机计算出该组电源模块的平均电流；

步骤6、电源模块接收本组的平均电流，电源控制模块根据该平均电流调节电源模块的输出电压，实现各电源模块组均流。

其中，如图3所示，步骤2还包括：

步骤2.1、通信控制模块判断串并联地址排序是否完成，若完成则主机已找出，进行步骤2.5，若未完成则主机未找出，进行步骤2.2；

步骤2.2、所有电源模块向总线发送串并联地址，通信控制模块接收组内其他电源模块的并联地址，并存入数据缓冲区；

步骤2.3、通信控制模块按照并联地址从大到小排序找出本机排序序号，完成排序需要一定的时间，本实施中排序时间设定为9秒，9秒到后进行步骤2.4，未到则继续进行排序或等待9秒时间到；

步骤2.4、设置逻辑地址排序完成标志；

步骤2.5、通信控制模块判断是否有新的电源模块加入或旧的电源模块退出，若有则清除逻辑地址排序完成标志，进行步骤2.2，若无则进行步骤2.6；

步骤2.6、确定排序序号最小的为主机。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种多电源串并联使用的电源组网系统，包括：由至少两个电源模块并联连接构成的电源模块组，至少两个所述的电源模块组首尾串联构成电源网络，其特征在于，

所述电源模块包含：电源本体、用于监测并调整电源本体输出电参数的电源控制模块、及用于过滤电源控制模块通讯数据的通信控制模块，所述电源网络内的所有通信控制模块通过总线进行数据交换；

同一电源模块组内的通信控制模块设有该组各电源模块的串并联地址，并标记出该组电源模块中的一个电源模块为主机；

所有电源模块向总线发送负载电流，主机通过通信控制模块过滤接收其所在组的各电源模块的负载电流，计算出平均电流再通过总线发送至该组各电源模块，该组各电源模块依照平均电流调节自身输出电压的大小。

2.如权利要求1所述的电源组网系统，其特征在于，位于同一电源模块组内的电源模块具有相同的串联地址、不同的并联地址，位于不同电源模块组的电源模块具有不同的串联地址、不同的并联地址；

所述通信控制模块设有本电源模块的串并联地址，并通过总线过滤接收同组其他电源模块的串并联地址。

3.如权利要求2所述的电源组网系统，其特征在于，所述通信控制模块包括：用于标识串联地址的串联拨码开关、用于标识并联地址的并联拨码开关、用于过滤分析地址数据的CAN通信控制单元；

所述CAN通信控制单元接收总线上的地址数据并判断排序，同一电源模块组内并联地址最小的电源模块为主机，其余电源模块为从机。

4.如权利要求3所述的电源组网系统，其特征在于，所述CAN通信控制单元包括：CAN总线接收滤波器、CAN总线邮箱及CAN控制器；

所述CAN总线接收滤波器中局部接收屏蔽寄存器的串联地址位为有效，所述CAN总线邮箱的信息标识符寄存器读取并记录本机的串联地址，所述CAN总线接收滤波器接收总线上的数据帧，所述CAN控制器比对数据帧与信息标识符寄存器内的串联地址是否匹配，保留与本机串联地址相同的数据帧并存入数据缓冲区。

5.如权利要求1、2、3、4任一项所述的电源组网系统，其特征在于，所述电源控制模块包括：用于检测电源本体输出电参数的检测传感器组、用于调整电源本体输出电参数的电源控制器。

6.一种如上述任一项权利要求所述电源组网系统的均流方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤1、设定电源网络中各电源模块的串联地址及并联地址，配置通信控制模块；

步骤2、所有电源模块向总线发送串并联地址，通信控制模块找出各电源模块组的主机；

步骤3、所有电源模块向总线发送本机负载电流，各电源模块接收与本机串联地址相同的负载电流数据帧，并存入数据缓冲区；

步骤4、通信控制模块判断本机是否为主机，若是主机则进行步骤5，若不是主机则进行步骤6；

步骤5、主机计算出该组电源模块的平均电流；

步骤6、电源模块接收本组的平均电流，电源控制模块根据该平均电流调节电源模块的输出电压，实现各电源模块组均流。

7.如权利要求6所述的均流方法，其特征在于，所述步骤2还包括：

步骤2.1、通信控制模块判断串并联地址排序是否完成，若完成则主机已找出，进行步骤2.5，若未完成则主机未找出，进行步骤2.2；

步骤2.2、所有电源模块向总线发送串并联地址，通信控制模块接收组内其他电源模块的并联地址，并存入数据缓冲区；

步骤2.3、通信控制模块按照并联地址从大到小排序找出本机排序序号；

步骤2.4、设置逻辑地址排序完成标志；

步骤2.5、通信控制模块判断是否有新的电源模块加入或旧的电源模块退出，若有则清除逻辑地址排序完成标志，进行步骤2.2，若无则进行步骤2.6；

步骤2.6、确定排序序号最小的为主机。