CN109066881B - 一种快速调节电池电流方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种快速调节电池电流方法，属于高压直流电源领域，包括：监控终端根据采样到的电池组的实时输出电流和充电模块的实时输出电压对调压管理模块发送调压指令，使调压管理模块根据调压指令对电池组进行调压；电池组将电池组性能和电流信息反馈给PID控制器；PID控制器根据电池组性能调整PID控制参数，并将得到的调节电压差反馈给调压管理模块；如果调节电压差不为零，调压管理模块继续调压。基于调压管理模块接收到监控终端发送的调压指令后对电池组进行调压，通过PID控制器结合电池组性能来调整PID控制参数，使PID控制器的输出更加稳定，进而避免电池组出现大电流震荡的情况，提高了电池组的使用率，延长了电池组的寿命。

Description

一种快速调节电池电流方法
技术领域
本发明涉及高压直流电源领域，尤其涉及一种快速调节电池电流方法。
背景技术
目前，因高压直流供电系统具有供电可靠、能有效节约能源等优点在通信电源领域广泛应用。其中，高压直流供电系统包括监控终端、充电模块和电池组，充电模块包括市电输入和整流器，高压直流供电系统中可以采用充电模块或电池组或充电模块和电池组同时向负载供电。
由于现有技术的限制，目前对电池电流的调节单一，采用PID(Proportion-Integral-Derivative，比例-积分-微分)控制器仅对电池的充电过程进行控制，如图1所示，电池的充电电压和充电电流的幅值变化受电池的性能以及PID调整参数影响大，因PID控制器的调整参数固定，电池的充电电压和充电电流的幅值变化很大，从而影响到电池的使用。故基于PID控制器的调整参数固定，没有结合电池的性能，容易使电池出现大电流震荡的情况，从而导致电池使用率低、寿命短。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于一种快速调节电池电流方法，解决PID控制器的调整参数固定，未结合电池的性能，容易使电池出现大电流震荡的情况，导致电池使用率低、寿命短的问题。
本发明的目的采用如下技术方案实现：
一种快速调节电池电流方法，包括以下步骤：
步骤一，监控终端采样电池组的实时输出电流和充电模块的实时输出电压，并根据所述实时输出电流与所述实时输出电压向调压管理模块发送调压指令；
步骤二，所述调压管理模块接收调压指令后向所述电池组输入第一电压信号；
步骤三，所述电池组接收到第一电压信号后确定所述电池组的电流信息和所述电池组性能，并将所述电流信息和所述电池组性能传输至PID控制器；
步骤四，所述PID控制器根据所述电池组性能调整PID控制参数，并将所述电流信息和调整后的PID控制参数代入PID算法公式后得到所述电池组的调节电压差，并将所述调节电压差传输至所述调压管理模块；
步骤五，如果所述调压管理模块接收到的所述调节电压差不为零，则执行步骤六；如果所述调压管理模块接收到的所述调节电压差为零，则执行步骤七；
步骤六，所述调压管理模块根据所述调节电压差向所述电池组输入第二电压信号，将第二电压信号替换第一电压信号，并重复执行步骤三至步骤五；
步骤七，所述调压管理模块停止对所述电池组进行调压。
基于上述快速调节电池电流方法，监控终端、充电模块、电池组、PID控制器和调压管理模块构建成高压直流供电系统，其中，监控终端采样电池组的实时输出电流和充电模块的实时输出电压，并根据电池组的实时输出电流和充电模块的实时输出电压判断调压管理模块是否需要对电池组进行调压，在判定调压管理模块需要对电池组进行调压后则向调压管理模块发送调压指令，调压管理模块接收到调压指令后向电池组输入第一电压信号，电池组接收到第一电压信号向PID控制器输入电池组的电流信息和电池组性能，PID控制器根据电池组性能调整PID控制参数，并根据调整后的PID控制参数和电池信息进行运算得到调节电压差，将得到的调节电压差输入调压管理模块，调压管理模块根据调节电压差判断电池组的实时输出电流与其预设电流是否一致；如果判断结果表明电池组的实时输出电流与其预设电流一致，则调压管理模块停止对电池组进行调压；如果判断结果表明电池组的实时输出电流与其预设电流不一致，则调压管理模块、电池组和PID控制器构建闭环系统，继续轮回执行电池组的实时输出电压调节，直至电池组的实时输出电流与其预设电流一致，调压管理模块才停止对电池组进行调压。从而实现对电池组稳定、快速的电流管理。基于根据电池组性能可以调整PID控制器的PID控制参数，使PID控制器的输出更加稳定，即使电池组的输入电压和输入电流更加稳定，避免电池组出现大电流震荡的情况，从而提高了电池组的使用率，延长了电池组的寿命；进而解决了PID控制器的调整参数固定，未结合电池的性能，容易使电池出现大电流震荡的情况，导致电池使用率低、寿命短的问题。
可选的，所述步骤一，包括：
所述监控终端将采样到的所述电池组的实时输出电流与其预设电流进行比较，如果比较结果表明所述电池组的实时输出电流与其预设电流不一致，则所述监控终端向所述调压管理模块发送调压指令；如果比较结果表明所述电池组的实时输出电流与其预设电流一致，则所述监控终端停止向所述调压管理模块发送调压指令。监控终端用于将采样到的电池组的实时输出电流与其预设电流进行比较，并根据比较结果判断是否驱动调压管理模块对电池组进行调压。
可选的，所述步骤三，还包括：
所述电池记录表对所述电池组的电流信息进行记录，并将记录后的电流信息传输至所述PID控制器。基于在电池组与PID控制器之间增加电池记录表，电池记录表用于记录电池组每次输出的电流信息，方便工作人员预览、查询以及核对电池组的电流信息。
可选的，所述步骤四中所述PID控制器根据所述电池组性能调整PID控制参数，包括：
所述PID控制器根据所述电池组性能确定电池组的容量和放电深度，所述PID控制器根据所述电池组的容量和放电深度调整所述PID控制器的PID控制参数，所述电池组的容量与所述PID控制参数成反比例，所述电池组的放电深度与所述PID控制参数成反比例。基于PID控制器根据电池组的容量和放电深度的变化来调整PID控制参数，进而使PID控制器的输出更加稳定，即使电池组的输入电压和输入电流更加稳定，从而避免电池出现大电流震荡的情况。同时可以减少了PID控制器的整定时间，增强了PID控制器的调整能力，保证调适的一致性。
可选的，所述步骤四中所述PID算法公式如下：
ΔV＝(ΔVd-ΔVd-1)*Kp+ΔVd*Ki
其中，ΔV表示电池组的调节电压差，ΔVd表示电池组的当前输出电流与其预设电流的差值，ΔVd-1表示电池组的上一次输出电流与其预设电流的差值；Kp表示比例控制参数，Ki表示积分控制参数。当电池的容量越大，则Kp、Ki的值越小；当电池的放电深度越大，则Kp、Ki的值越小；用于获取电池组的调节电压差。
可选的，所述步骤五，还包括：
在夜晚时，所述充电模块的实时输出电压传输至负载和所述电池组，当所述电池组的容量达到指标容量时，则仅所述充电模块的实时输出电压传输至负载；
在白天时，所述充电模块的实时输出电压和所述电池组的实时输出电压均传输至负载，当所述电池组的放电深度达到指标放电深度时，则仅所述充电模块的实时输出电压传输至负载。在通常情况下，白天的电费比夜晚的电费贵，故在夜晚时，充电模块的实时输出电压传输至负载和电池组，电池组处于充电状态；在白天时，充电模块的实时输出电压和电池组的实时输出电压传输至负载，电池组处于放电状态；从而达到合理用电的目的，节约用电成本。
可选的，所述电池记录表记录的电流信息包括电池组在充电、放电和静止状态下的实时输出电流以及实时输出电流与预设电流的差值。电池记录表记录的电流信息是调压管理模块对电池组进行调压的唯一依据。
相比现有技术，本发明的有益效果在于：
基于调压管理模块接收到监控终端发送的调压指令后对电池组进行调压，通过PID控制器结合电池组性能来调整PID控制参数，使PID控制器的输出更加稳定，即使电池组的输入电压和输入电流更加稳定，避免电池组出现大电流震荡的情况，从而提高了电池组的使用率，延长了电池组的寿命。
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
附图说明
图1是本发明提供的电池组调压管理的波形图一；
图2是本实施例一提供的高压直流供电系统的结构示意图一；
图3是本实施例一提供的一种快速调节电池电流方法的结构示意图；
图4是本实施例一提供的电池组调压管理的波形图二；
图5是本实施例二提供的高压直流供电系统的结构示意图二；
具体实施方式
下面，结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。
实施例一
本发明提供了一种快速调节电池电流方法，如图2和图3所示，包括以下步骤：
步骤一，监控终端采样电池组的实时输出电流和充电模块的实时输出电压，并根据实时输出电流与实时输出电压向调压管理模块发送调压指令；
步骤二，调压管理模块接收调压指令后向电池组输入第一电压信号；
步骤三，电池组接收到第一电压信号后确定电池组的电流信息和电池组性能，并将电流信息和电池组性能传输至PID控制器；
步骤四，PID控制器根据电池组性能调整PID控制参数，并将电流信息和调整后的PID控制参数代入PID算法公式后得到电池组的调节电压差，并将调节电压差传输至调压管理模块；
步骤五，如果调压管理模块接收到的调节电压差不为零，则执行步骤六；如果调压管理模块接收到的调节电压差为零，则执行步骤七；
步骤六，调压管理模块根据调节电压差向电池组输入第二电压信号，将第二电压信号替换第一电压信号，并重复执行步骤三至步骤五；
步骤七，调压管理模块停止对电池组进行调压。
上述快速调节电池电流方法的具体步骤如下：
步骤一，为了判断调压管理模块是否需要对电池组和充电模块进行调压，令监控终端采样电池组的实时输出电流和充电模块的实时输出电压，基于充电模块的实时输出电压已知，故调压管理模块结合充电模块的实时输出电压调节电池组的实时输出电压，便可达到对电池组的实时输出电压与充电模块的实时输出电压分配目的，在判定调压管理模块需要对电池组进行调压的情况下，则监控终端向调压管理模块发送调节电池组实时输出电压的调压指令；
步骤二，调压管理模块根据接收到的调压指令进行调压后生成第一电压信号，并将第一电压信号传输至电池组；
步骤三，电池组接收到第一电压信号后确定电池组的电流信息和电池组性能，并将电流信息和电池组性能传输至PID控制器；
步骤四，PID控制器根据电池组性能调整PID控制参数，并将电流信息和调整后的PID控制参数代入PID算法公式后得到电池组的调节电压差，并将调节电压差传输至调压管理模块；
步骤五，如果调压管理模块接收到的调节电压差不为零，说明电池组的实时输出电流与其预设电流不一致，需要快速对电池组进行调压，完成充电模块的实时输出电压与电池组的实时输出电压分配，则执行步骤六；如果调压管理模块接收到的调节电压差为零，说明电池组的实时输出电流与其预设电流一致，已完成充电模块的实时输出电压与电池组的实时输出电压分配，则执行步骤七；
步骤六，调压管理模块根据调节电压差向电池组输入第二电压信号，将第二电压信号替换第一电压信号，并重复执行步骤三至步骤五；
步骤七，调压管理模块停止对电池组进行调压。
基于上述快速调节电池电流方法，监控终端、充电模块、电池组、PID控制器和调压管理模块构建成高压直流供电系统，其中，如图4所示，调压管理模块接收到监控终端发送的调压指令后便对电池组进行调压，通过PID控制器结合电池组性能来调整PID控制参数，使PID控制器的输出更加稳定，进而使电池组的输入电压和输入电流更加稳定，避免电池组出现大电流震荡的情况，提高了电池组的使用率，延长了电池组的寿命；PID控制器不仅对电池组的充电过程进行控制，还对电池组的放电、静止过程进行控制；从高压直流供电系统层面考虑，可以快速完成充电模块实时输出电压和电池组实时输出电压的分配，实现电池组的任意电流输出；电池组的稳流精度高，PID控制器稳定，使高压直流供电系统达到最佳控制效果；结合电池组全状态调节，调适一致性高，不会出现调节失败或者调节时间过长现象；当负载变化情况下，可作出快速调节，保证了高压直流供电系统的稳定性。
根据上述可知，监控终端根据电池组的实时输出电流和充电模块的实时输出电压判断调压管理模块是否需要对电池组和充电模块进行调压，基于充电模块的实时输出电压是已知的，故调压管理模块结合充电模块的实时输出电压调节电池组的实时输出电压，便可达到对电池组实时输出电压和充电模块实时输出电压分配的目的，监控终端将电池组的实时输出电流与其预设电流进行比较，如果比较结果表明电池组的实时输出电流与其预设电流不一致，则监控终端向调压管理模块发送调压指令，调压管理模块根据接收到的调压指令对电池组进行调压；如果比较结果表明电池组的实时输出电流与其预设电流一致，则监控终端停止向调压管理模块发送调压指令。
其中，PID控制器根据电池组性能来调整PID控制参数，更具体地说，电池组性能包括电池组的容量和放电深度，即PID控制器根据电池组的容量和放电深度来调整PID控制参数。电池组的容量与PID控制参数成反比例，电池组的放电深度与PID控制参数成反比例，当电池组的容量越大，则PID控制参数越小；当电池组的放电深度越大，则PID控制参数越小。
在高压直流供电系统中，基于PID控制器根据电池组的容量和放电深度的变化来调整PID控制参数，进而使PID控制器的输出更加稳定，即使电池组的输入电压和输入电流更加稳定，避免电池组出现大电流震荡的情况。同时可以减少了PID控制器的整定时间，增强了PID控制器的调整能力，保证调适的一致性。
进一步地，PID控制器将调整后的PID控制参数和接收到的电流信息代入PID算法公式中得到电池组的调节电压差，并将电池组的调节电压差传输至调压管理模块。其中，该PID算法公式如下：
ΔV＝(ΔVd-ΔVd-1)*Kp+ΔVd*Ki
其中，ΔV表示电池组的调节电压差，ΔVd表示电池组的当前输出电流与其预设电流的差值，ΔVd-1表示电池组的上一次输出电流与其预设电流的差值；Kp KP表示比例控制参数，Ki表示积分控制参数。
根据上述可知，PID控制参数包括Kp和Ki，当电池的容量越大，则Kp和Ki的值越小；当电池的放电深度越大，则Kp和Ki的值越小。
根据上述可知，调压管理模块结合充电模块的实时输出电压调节电池组的实时输出电压，其中，充电模块由监控终端控制。充电模块用于将交流电转换为直流电向电池组或负载供电，当充电模块的实时输出电压高于电池组的总电势，充电模块的实时输出电压传输至负载和电池组，电池组处于充电状态；当充电模块的实时输出电压低于电池组的总电势，充电模块的实时输出电压和电池组的实时输出电压传输至负载，电池组处于放电状态；当充电模块的实时输出电压和电池组的总电势平衡时，电池组处于静止状态。
在通常情况下，白天的电费比夜晚的电费贵，为了能合理用电，节约用电成本，故在夜晚时，监控终端令充电模块的实时输出电压高于电池组的总电势，则充电模块的实时输出电压传输至负载和电池组，电池组处于充电状态，当电池组的容量达到指标容量时，即充电模块的实时输出电压和电池组的总电势平衡，则仅充电模块的实时输出电压传输至负载，电池组处于静止状态；在白天时，监控终端令充电模块的实时输出电压低于电池组的总电势，则充电模块的实时输出电压和电池组的实时输出电压传输至负载，电池组处于放电状态，当电池组的放电深度达到指标放电深度时，即充电模块的实时输出电压和电池组的总电势平衡，则仅充电模块的实时输出电压传输至负载，电池组处于静止状态。从而达到合理用电的目的，节约用电成本。
实施例二
本实施例与实施一的区别在于电池组与PID控制器之间增加了电池电流表，电池记录表用于记录电池组每次输出的电流信息，方便工作人员预览、查询以及核对电池组的电流信息。
如图5所示，监控终端、充电模块、电池组、PID控制器、电池记录表和调压管理模块构建成高压直流供电系统，首先，监控终端采样电池组的实时输出电流和充电模块的实时输出电压，并根据电池组的实时输出电流和充电模块的实时输出电压判断调压管理模块是否需要对电池组进行调压，在判定调压管理模块需要对电池组进行调压则向调压管理模块发送调压指令；
其次，调压管理模块接收到调压指令后向电池组输入第一电压信号；
然后，电池组接收到第一电压信号后确定电池组的电流信息和电池组性能，将电流信息先传输至电池记录表进行记录后再传输至PID控制器，将电池性能直接传输至PID控制器，PID控制器根据电池性能调整PID控制参数，并根据已调整的PID控制参数和电流信息得到调节电压差，将得到的调节电压差输入调压管理模块；
最后，调压管理模块根据调节电压差判断电池组的实时输出电流与其预设电流是否一致；如果判断结果表明电池组的实时输出电流与其预设电流一致，则调压管理模块停止对电池组进行调压；如果判断结果表明电池组的实时输出电流与其预设电流不一致，则调压管理模块、电池组和PID控制器构建闭环系统，继续轮回执行电池组的实时输出电压调节，直至电池组的实时输出电流与其预设电流一致，调压管理模块才停止对电池组进行调压。
基于上述快速调节电池电流方法，可实现对电池组稳定、快速的电流管理；基于PID控制器可以根据电池组性能调整PID控制参数，进而使PID控制器的输出更加稳定，即使电池组的输入电流和输入电压更加稳定，避免电池组出现大电流震荡的情况，从而提高了电池组的使用率，延长了电池组的寿命。
其中，电池记录表记录的电流信息包括电池组在充电、放电和静止状态下的实时输出电流以及实时输出电流与预设电流的差值。该电流信息是调压管理模块对电池组进行调压的唯一依据。
上述实施方式仅为本发明的优选实施方式，不能以此来限定本发明保护的范围，本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。

Claims (6)

1.一种快速调节电池电流方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一，监控终端采样电池组的实时输出电流和充电模块的实时输出电压，并根据所述实时输出电流与所述实时输出电压向调压管理模块发送调压指令；
步骤二，所述调压管理模块接收调压指令后向所述电池组输入第一电压信号；
步骤三，所述电池组接收到第一电压信号后确定所述电池组的电流信息和所述电池组性能，并将所述电流信息和所述电池组性能传输至PID控制器；所述电池组性能包括电池组的容量和放电深度；
步骤四，所述PID控制器根据所述电池组的容量和所述放电深度调整PID控制参数，并将所述电流信息和调整后的PID控制参数代入PID算法公式后得到所述电池组的调节电压差，并将所述调节电压差传输至所述调压管理模块；
其中，所述电池组的容量与所述PID控制参数成反比例，且所述放电深度与所述PID控制参数成反比例；以及所述PID算法公式中，所述PID控制参数与所述调节电压差为正相关；
步骤五，如果所述调压管理模块接收到的所述调节电压差不为零，则执行步骤六；如果所述调压管理模块接收到的所述调节电压差为零，则执行步骤七；
步骤六，所述调压管理模块根据所述调节电压差向所述电池组输入第二电压信号，将第二电压信号替换第一电压信号，并重复执行步骤三至步骤五；
步骤七，所述调压管理模块停止对所述电池组进行调压。
2.根据权利要求1所述的一种快速调节电池电流方法，其特征在于，所述步骤一，包括：
所述监控终端将采样到的所述电池组的实时输出电流与其预设电流进行比较，如果比较结果表明所述电池组的实时输出电流与其预设电流不一致，则所述监控终端向所述调压管理模块发送调压指令；如果比较结果表明所述电池组的实时输出电流与其预设电流一致，则所述监控终端停止向所述调压管理模块发送调压指令。
3.根据权利要求1所述的一种快速调节电池电流方法，其特征在于，所述步骤三，还包括：
电池记录表对所述电池组的电流信息进行记录，并将记录后的电流信息传输至所述PID控制器。
4.根据权利要求1所述的一种快速调节电池电流方法，其特征在于，所述步骤四中所述PID算法公式如下：
ΔV＝(ΔVd-ΔVd-1)*Kp+ΔVd*Ki
其中，ΔV表示电池组的调节电压差，ΔVd表示电池组的当前输出电流与其预设电流的差值，ΔVd-1表示电池组的上一次输出电流与其预设电流的差值；Kp表示比例控制参数，Ki表示积分控制参数。
5.根据权利要求1所述的一种快速调节电池电流方法，其特征在于，所述步骤五，还包括：
在夜晚时，所述充电模块的实时输出电压传输至负载和所述电池组，当所述电池组的容量达到指标容量时，则仅所述充电模块的实时输出电压传输至负载；
在白天时，所述充电模块的实时输出电压和所述电池组的实时输出电压均传输至负载，当所述电池组的放电深度达到指标放电深度时，则仅所述充电模块的实时输出电压传输至负载。
6.根据权利要求3所述的一种快速调节电池电流方法，其特征在于，所述电池记录表记录的电流信息包括电池组在充电、放电和静止状态下的实时输出电流以及实时输出电流与预设电流的差值。
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Assignee: Hangzhou Fuyang Zhongheng Electric Co.,Ltd.

Assignor: HANGZHOU ZHONHEN ELECTRIC Co.,Ltd.

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Denomination of invention: A method for quickly adjusting battery current

License type: Common License

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