CN109217429B - 用于充放电控制的方法和装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种充放电控制的方法和装置，该方法包括：接收针对变频器的充放电控制指令，其中，所述充放电控制指令至少包括充/放电模式和目标值，以及，所述变频器可将交流电/直流电转换为直流电/交流电并且包括具有电压控制功能的可调整流逆变模块和滤波接口模块；如果所述充/放电模式是恒流充/放电或者恒功率充/放电，则根据所述目标值与所述可调整流逆变模块的实际输出电流值或实际输出功率值之间的差值，利用反馈控制算法来计算所述可调整流逆变模块的目标电压值；将所计算的目标电压值提供给所述可调整流逆变模块，以便所述可调整流逆变模块基于所述目标电压值控制其输出电压。利用该方法和装置能够以较低成本实现变频器对电池的充放电控制。
Description
技术领域
本发明涉及电池的充放电领域，尤其涉及用于充放电控制的方法和装置。
背景技术
许多电池是可重复利用的，对于这样的电池，在其电能快要用完时可以对其进行充电，然后再重新投入使用。
针对不同类型的可重复利用的电池，需要按需求做到自动依据一定的充放电策略实现恒压、恒流或恒功率方式充放电，并且要求用户可自由设定充放电电压，电流、功率等的充放电控制功能。
发明内容
本发明的实施例提供用于充放电控制的方法和装置，其能够以较低成本实现变频器对电池的充放电控制。
按照本发明实施例的一种用于充放电控制的方法，包括：接收针对变频器的充放电控制指令，其中，所述充放电控制指令至少包括充/放电模式和目标值，以及，所述变频器可将交流电/直流电转换为直流电/交流电并且包括具有电压控制功能的可调整流逆变模块和滤波接口模块；如果所述充/放电模式是恒流充/放电或者恒功率充/放电，则根据所述目标值与所述可调整流逆变模块的实际输出电流值或实际输出功率值之间的差值，利用反馈控制算法来计算所述可调整流逆变模块的目标电压值；以及，将所计算的目标电压值提供给所述可调整流逆变模块，以便所述可调整流逆变模块基于所述目标电压值控制其输出电压。
按照本发明实施例的一种用于充放电控制的装置，包括：输入模块，用于接收针对变频器的充放电控制指令，其中，所述充放电控制指令至少包括充/放电模式和目标值，以及，所述变频器可将交流电/直流电转换为直流电/交流电并且包括具有电压控制功能的可调整流逆变模块和滤波接口模块；计算模块，用于如果所述充/放电模式是恒流充/放电或者恒功率充/放电，则根据所述目标值与所述可调整流逆变模块的实际输出电流值或实际输出功率值之间的差值，利用反馈控制算法来计算所述可调整流逆变模块的目标电压值；以及，输出模块，用于将所计算的目标电压值提供给所述可调整流逆变模块，以便所述可调整流逆变模块基于所述目标电压值控制其输出电压。
按照本发明实施例的一种控制设备，包括：处理器；以及，存储器，用于存储可执行指令，当所述可执行指令被执行时，使得所述处理器执行前述方法所包括的操作。
按照本发明实施例的一种机器可读介质，其上存储有可执行指令，当该可执行指令被执行时，使得机器执行前述方法所包括的操作。
按照本发明实施例的一种变频系统，包括：变频器，其可将交流电/直流电转换为直流电/交流电并且包括具有电压控制功能的可调整流逆变模块和滤波接口模块；以及，前述的控制设备。
本发明的实施例的方案在不需额外的硬件电路设计的情况下通过简单编程就能实现变频器对电池的充放电控制，这减少了用户研发及工程项目投入并且无需用户太多编程工作，因此，本发明的实施例的方案能够以较低成本实现变频器对电池的充放电控制。
附图说明
本发明的其它特征、特点、优点和益处通过以下结合附图的详细描述将变得更加显而易见。
图1示出了按照本发明的一个实施例的变频系统的架构示意图。
图2示出了按照本发明的一个实施例的用于充放电控制的方法的总体流程图。
图3示出了按照本发明的一个实施例的用于充放电控制的方法的流程图。
图4示出了按照本发明的一个实施例的用于充放电控制的装置的示意图。
图5示出了按照本发明的一个实施例的控制设备的示意图。
10：变频系统 20：变频器
30：控制设备 40：上位机
200：用于充放电控制的方法 202：接收指令
206：检查模式选择 210：提供电压目标值
214：获取实际输出电流值 218：计算差值
222：计算目标电压值 226：提供目标电压值
230：获取实际输出功率值 234：计算差值
238：计算目标电压值 242：提供目标电压值
246：检查是充电还是放电 250：判断是否大于上限值
254：停止充电 258：判断是否小于下限值
262：停止放电 300：用于充放电控制的方法
302：接收指令 304：计算目标电压值
306：提供目标电压值 400：用于充放电控制的装置
402：输入模块 404：计算模块
406：输出模块 500：控制设备
502：处理器 504：存储器
具体实施方式
现在将参考示例实施方式讨论本文描述的主题。应该理解，讨论这些实施方式只是为了使得本领域技术人员能够更好地理解从而实现本文描述的主题，并非是对权利要求书中所阐述的保护范围、适用性或者示例的限制。可以在不脱离本公开内容的保护范围的情况下，对所讨论的元素的功能和排列进行改变。各个示例可以根据需要，省略、替代或者添加各种过程或组件。例如，所描述的方法可以按照与所描述的顺序不同的顺序来执行，以及各个步骤可以被添加、省略或者组合。另外，相对一些示例所描述的特征在其它例子中也可以进行组合。
如本文中使用的，术语“包括”及其变型表示开放的术语，含义是“包括但不限于”。术语“基于”表示“至少部分地基于”。术语“一个实施例”和“一实施例”表示“至少一个实施例”。术语“另一个实施例”表示“至少一个其他实施例”。术语“第一”、“第二”等可以指代不同的或相同的对象。下面可以包括其他的定义，无论是明确的还是隐含的。除非上下文中明确地指明，否则一个术语的定义在整个说明书中是一致的。
现有的变频器包括具有电压控制功能的可调整流逆变模块和滤波接口模块，其既可以将交流电转换为直流电也可以将直流电逆变为交流电，因此，现有的变频器已经具有电池充放电所要求的双向能量转换这一基本功能。但现有的变频器仅具有电压控制功能，并没有电流和功率控制功能，因此现有的变频器不适合直接用来对电池进行充放电控制。本发明的实施例的方案能够以较低成本实现变频器对电池的充放电控制。
下面，将参照附图详细描述本发明的各个实施例。
图1示出了按照本发明的一个实施例的变频系统的架构示意图。如图1所示，变频系统10可以包括变频器20和控制设备30。变频器20可连接在电网和电池之间，用于将电网的交流电转换成直流电以对电池进行充电，或者，将电池的直流电转换成交流电并提供给电网。控制设备30与变频器20连接，用于控制变频器20的操作。
变频器20包括可调整流逆变模块ALM和滤波接口模块AIM。在对电池充电时，可调整流逆变模块ALM将电网的交流电整流成直流电并经由滤波接口模块AIM提供给电池进行充电。在电池放电时，电池的直流电经由滤波接口模块AIM提供给可调整流逆变模块ALM，然后可调整流逆变模块ALM将其转换为交流电并提供给电网。
变频器20的可调整流逆变模块ALM支持和具有电压控制功能，其可直接实现对电池的恒压充/放电。但是，可调整流逆变模块ALM不具有电流和功率控制功能，从而其不能实现对电池的恒流充/放电和恒功率充/放电。本实施例利用变频器系统自带的DCC功能，编译用于实现电流和功率控制功能以对电池进行恒流充/放电或恒功率充/放电的软件包，并把所编译的软件包安装在控制设备30中，用户利用控制设备30中所安装的该软件包来实现对电池的恒流或恒功率充/放电。例如，用户可以通过上位机40向控制设备30发送充放电指令，然后，控制设备30可以基于从上位机40接收的充放电指令来自动控制变频器10进入用户所要求的工作模式，以实现变频器10对电池的恒压充/放电、恒流充/放电或恒功率充/放电。
图2示出了按照本发明的一个实施例的用于充放电控制的方法的总体流程图。下面参考图1所示的系统10来详细描述图2所示的方法200。
如图2所示，在方框202，控制设备30从上位机40接收充放电指令IN。充放电指令IN包括目标值、模式选择、电压上限制、电压下限值和比例-积分-微分(PID)参数。
在方框206，控制设备30检查充放电指令IN所包括的模式选择是恒压充/放电，恒流充/放电，还是恒功率充/放电。
在方框210，如果方框206的检查结果表明充放电指令IN所包括的模式选择是恒压充/放电(Y1)，则控制设备30将充放电指令IN所包括的目标值作为电压目标值提供给变频器20的可调整流逆变模块ALM，以便可调整流逆变模块ALM基于该电压目标值利用其自身具有的电压控制功能来控制其输出电压。
在方框214，如果方框206的检查结果表明充放电指令IN所包括的模式选择是恒流充/放电(Y2)，则控制设备30测量可调整流逆变模块ALM的实际输出电流值。
在方框218，控制设备30计算充放电指令IN所包括的目标值与所测量的实际输出电流值之间的差值。
在方框222，控制设备30基于所计算的差值，利用比例-积分-微分控制(PID)算法并根据充放电指令IN包括的PID参数来计算可调整流逆变模块ALM的目标电压值。
PID控制算法是控制行业最经典、最能体现反馈控制思想的算法。PID算法计算受控对象的目标值和反馈值(即实际值)的差值作为偏差量，然后通过该偏差量来计算要施加到系统的被控量。PID算法本身就是比例(P)、积分(I)、微分(D)三个环节的加和。PID算法可以表示为如下公式：
其中，U(t)是被控量，err(t)是偏差量，Kp为比例带，TI为积分时间，TD为微分时间。Kp、TI和TD都是PID参数。
在方框226，控制设备30将所计算的目标电压值提供给变频器20的可调整流逆变模块ALM，以便可调整流逆变模块ALM基于该电压目标值来控制其输出电压。
控制设备30执行方框214-226的操作至少一次，直到可调整流逆变模块ALM的实际输出电流值接近或等于充放电指令IN所包括的目标值。
在方框230，如果方框206的检查结果表明充放电指令IN所包括的模式选择是恒功率充/放电(Y3)，则控制设备30测量可调整流逆变模块ALM的实际输出功率值。
在方框234，控制设备30计算充放电指令IN所包括的目标值与所测量的实际输出功率值之间的差值。
在方框238，控制设备30基于所计算的差值，利用PID控制算法并根据充放电指令IN包括的PID参数来计算可调整流逆变模块ALM的目标电压值。
在方框242，控制设备30将所计算的目标电压值提供给变频器20的可调整流逆变模块ALM，以便可调整流逆变模块ALM基于该电压目标值来控制其输出电压。
控制设备30执行方框230-242的操作至少一次，直到可调整流逆变模块ALM的实际输出电流值接近或等于充放电指令IN所包括的目标值。
在方框246，控制设备30检查变频器20正在进行充电操作还是放电操作。
在方框250，如果方框246的检查结果表明变频器20正在进行充电操作(P1)，则控制设备30周期地判断可调整流逆变模块ALM的实际输出电压值是否大于充放电指令IN所包括的电压上限值。
在方框254，如果方框250的判断结果为肯定，则控制设备30停止变频器20的充电操作。
在方框258，如果方框246的检查结果表明变频器20正在进行放电操作(P2)，则控制设备30周期地判断可调整流逆变模块ALM的实际输出电压值是否小于充放电指令IN所包括的电压下限值。
在方框262，如果方框258的判断结果为肯定，则控制设备30停止变频器20的放电操作。
从以上的描述可以看出，本实施例的方案在不需额外的硬件电路设计的情况下就能实现变频器对电池的充放电控制，这减少了用户研发及工程项目投入，而且，本实施例的方案利用软件包来实现变频器对电池的充放电控制，而软件包编程简单无需用户太多编程工作，从而，本实施例的方案能够以较低成本实现变频器对电池的充放电控制。此外，本实施例的方案可以方便地根据不同的电池类型和现场需求编辑不同的充放电策略，从而，本实施例的方案适应性广。
其他变型
本领域技术人员应当理解，虽然上面的实施例中，方法200包括方框246-262，然而，本发明并不局限于此。在本发明的其它一些实施例中，方法200也可以不包括方框246-262。
本领域技术人员应当理解，虽然上面的实施例中，充放电指令IN包括PID参数，然而，本发明并不局限于此。在本发明的其它一些实施例中，充放电指令IN也可以不包括PID参数，在这种情况下，在利用PID控制算法来计算可调整流逆变模块ALM的目标电压值时可以使用默认或预先给定的PID参数。
本领域技术人员应当理解，虽然上面的实施例中，用于计算可调整流逆变模块ALM的目标电压值的反馈控制算法是PID算法，然而，本发明并不局限于此。在本发明的其它一些实施例中，用于计算可调整流逆变模块ALM的目标电压值的反馈控制算法也可以是除了PID算法之外的其它合适的任何算法，例如但不局限于，PI算法等。
本领域技术人员应当理解，在本发明的其它一些实施例中，充放电指令IN还可以包括功率上限值和电流上限值，以及，在变频器20的充放电操作期间，控制设备30可以不断地检测可调整流逆变模块ALM的实际输出电流值是否大于充放电指令IN包括的电流上限值或者可调整流逆变模块ALM的实际输出功率值是否大于充放电指令IN包括的功率上限值，并且，当检测结果表明可调整流逆变模块ALM的实际输出电流值大于充放电指令IN包括的电流上限值和/或可调整流逆变模块ALM的实际输出功率值大于充放电指令IN包括的功率上限值时，控制设备30停止变频器20的充放电操作以避免变频器20损坏。
图3示出了按照本发明的一个实施例的用于充放电控制的方法的流程图。图3所示的方法300可以控制设备30或其它任何合适的设备来实现。
如图3所示，方法300可以包括，在方框302，接收针对变频器的充放电控制指令，其中，所述充放电控制指令至少包括充/放电模式和目标值，以及，所述变频器可将交流电/直流电转换为直流电/交流电并且包括具有电压控制功能的可调整流逆变模块和滤波接口模块。
方法300还可以包括，在方框304，如果所述充/放电模式是恒流充/放电或者恒功率充/放电，则根据所述目标值与所述可调整流逆变模块的实际输出电流值或实际输出功率值之间的差值，利用反馈控制算法来计算所述可调整流逆变模块的目标电压值。
方法300还可以包括，在方框306，将所计算的目标电压值提供给所述可调整流逆变模块，以便所述可调整流逆变模块基于所述目标电压值控制其输出电压。
在一个方面，所述充放电控制指令还包括电压上限值，以及，方法300还包括：当所述变频器正在进行充电操作时，检测所述可调整流逆变模块的实际输出电压值是否大于所述电压上限值；以及，如果检测结果为肯定，则停止所述变频器的充电操作。
在另一个方面，所述充放电控制指令还包括电压下限值，以及，方法300还包括：当所述变频器正在进行放电操作时，检测所述可调整流逆变模块的实际输出电压值是否小于所述电压下限值；以及，如果检测结果为肯定，则停止所述变频器的放电操作。
在再一个方面，所述充放电控制指令还包括电流上限值和功率上限值，以及，方法300还包括：当所述变频器正在进行充电/放电操作时，检测所述可调整流逆变模块的实际输出电流值是否大于所述电流上限值或所述可调整流逆变模块的实际输出功率值是否大于所述功率上限值；以及，如果检测结果为肯定，则停止所述变频器的充电/放电操作。
在又一个方面，所述反馈控制算法是比例-积分-微分控制算法。
图4示出了按照本发明的一个实施例的用于充放电控制的装置的示意图。图4所示的装置400可以利用软件、硬件(例如集成电路或DSP等)或软硬件结合的方式来实现。图4所示的装置400可以位于控制设备30或者其它任何合适的设备中。
如图4所示，装置400可以包括输入模块402、计算模块404和输出模块406。输入模块402用于接收针对变频器的充放电控制指令，其中，所述充放电控制指令至少包括充/放电模式和目标值，以及，所述变频器可将交流电/直流电转换为直流电/交流电并且包括具有电压控制功能的可调整流逆变模块和滤波接口模块。计算模块404用于如果所述充/放电模式是恒流充/放电或者恒功率充/放电，则根据所述目标值与所述可调整流逆变模块的实际输出电流值或实际输出功率值之间的差值，利用反馈控制算法来计算所述可调整流逆变模块的目标电压值。输出模块406用于将所计算的目标电压值提供给所述可调整流逆变模块，以便所述可调整流逆变模块基于所述目标电压值控制其输出电压。
在一个方面，所述充放电控制指令还包括电压上限值，以及，装置400还包括：第一检测模块，用于当所述变频器正在进行充电操作时，检测所述可调整流逆变模块的实际输出电压值是否大于所述电压上限值；以及，第一停止模块，用于如果检测结果为肯定，则停止所述变频器的充电操作。
在另一个方面，所述充放电控制指令还包括电压下限值，以及，装置400还包括：第二检测模块，用于当所述变频器正在进行放电操作时，检测所述可调整流逆变模块的实际输出电压值是否小于所述电压下限值；以及，第二停止模块，用于如果检测结果为肯定，则停止所述变频器的放电操作。
在再一个方面，所述充放电控制指令还包括电流上限值和功率上限值，以及，装置400还包括：第三检测模块，用于当所述变频器正在进行充电/放电操作时，检测所述可调整流逆变模块的实际输出电流值是否大于所述电流上限值或所述可调整流逆变模块的实际输出功率值是否大于所述功率上限值；以及，第三停止模块，用于如果检测结果为肯定，则停止所述变频器的充电/放电操作。
在又一个方面，所述反馈控制算法是比例-积分-微分控制算法。
图5示出了按照本发明一个实施例的控制设备的示意图。如图5所示，控制设备500可以包括处理器502和存储器504。存储器504用于存储可执行指令，当该可执行指令被执行时使得处理器502执行前述各个方法所包括的操作。
本发明的实施例还提供一种机器可读介质，其上存储有可执行指令，当该可执行指令被执行时，使得机器执行前述各个方法所包括的操作。
需要说明的是，上述各流程和各系统结构图中不是所有的步骤和模块都是必须的，可以根据实际的需要忽略某些步骤或模块。各步骤的执行顺序不是固定的，可以根据需要进行调整。上述各实施例中描述的系统结构可以是物理结构，也可以是逻辑结构，即，有些模块可能由同一物理实体实现，或者，有些模块可能分由多个物理实体实现，或者，可以由多个独立设备中的某些部件共同实现。
以上各实施例中，硬件单元可以通过机械方式或电气方式实现。例如，一个硬件单元可以包括永久性专用的电路或逻辑(如专门的处理器，FPGA或ASIC)来完成相应操作。硬件单元还可以包括可编程逻辑或电路(如通用处理器或其它可编程处理器)，可以由软件进行临时的设置以完成相应操作。具体的实现方式(机械方式、或专用的永久性电路、或者临时设置的电路)可以基于成本和时间上的考虑来确定。
上文通过附图和优选实施例对本发明进行了详细展示和说明，然而本发明不限于这些已揭示的实施例，基与上述多个实施例本领域技术人员可以知晓，可以组合上述不同实施例中的代码审核手段得到本发明更多的实施例，这些实施例也在本发明的保护范围之内。
Claims (13)
1.一种用于充放电控制的方法，包括：
接收针对变频器的充放电控制指令，其中，所述充放电控制指令至少包括充/放电模式和目标值，以及，所述变频器可将交流电/直流电转换为直流电/交流电并且包括具有电压控制功能的可调整流逆变模块和滤波接口模块；
如果所述充/放电模式是恒流充/放电，则根据作为目标电流值的所述目标值与所述可调整流逆变模块的实际输出电流值之间的差值，利用反馈控制算法来计算所述可调整流逆变模块的目标电压值；
如果所述充/放电模式是恒功率充/放电，则根据作为目标功率值的所述目标值与所述可调整流逆变模块的实际输出功率值之间的差值，利用反馈控制算法来计算所述可调整流逆变模块的目标电压值；以及
将所计算的目标电压值提供给所述可调整流逆变模块，以便所述可调整流逆变模块基于所述目标电压值控制其输出电压，从而使得在所述恒流充/放电时所述可调整流逆变模块的实际输出电流值达到所述目标电流值，或者在所述恒功率充/放电时所述可调整流逆变模块的实际输出功率值达到所述目标功率值。
2.如权利要求1所述的方法，其中
所述充放电控制指令还包括电压上限值，以及
所述方法还包括：
当所述变频器正在进行充电操作时，检测所述可调整流逆变模块的实际输出电压值是否大于所述电压上限值；以及
如果检测结果为肯定，则停止所述变频器的充电操作。
3.如权利要求1所述的方法，其中
所述充放电控制指令还包括电压下限值，以及
所述方法还包括：
当所述变频器正在进行放电操作时，检测所述可调整流逆变模块的实际输出电压值是否小于所述电压下限值；以及
如果检测结果为肯定，则停止所述变频器的放电操作。
4.如权利要求1所述的方法，其中
所述充放电控制指令还包括电流上限值和功率上限值，以及
所述方法还包括：
当所述变频器正在进行充电/放电操作时，检测所述可调整流逆变模块的实际输出电流值是否大于所述电流上限值或所述可调整流逆变模块的实际输出功率值是否大于所述功率上限值；以及
如果检测结果为肯定，则停止所述变频器的充电/放电操作。
5.如权利要求1所述的方法，其中，所述反馈控制算法是比例-积分-微分控制算法。
6.一种用于充放电控制的装置(400)，包括：
输入模块(402)，用于接收针对变频器的充放电控制指令，其中，所述充放电控制指令至少包括充/放电模式和目标值，以及，所述变频器可将交流电/直流电转换为直流电/交流电并且包括具有电压控制功能的可调整流逆变模块和滤波接口模块；
计算模块(404)，用于：
如果所述充/放电模式是恒流充/放电，则根据作为目标电流值的所述目标值与所述可调整流逆变模块的实际输出电流值之间的差值，利用反馈控制算法来计算所述可调整流逆变模块的目标电压值；
如果所述充/放电模式是恒功率充/放电，则根据作为目标功率值的所述目标值与所述可调整流逆变模块的实际输出功率值之间的差值，利用反馈控制算法来计算所述可调整流逆变模块的目标电压值；以及
输出模块(406)，用于将所计算的目标电压值提供给所述可调整流逆变模块，以便所述可调整流逆变模块基于所述目标电压值控制其输出电压，从而使得在所述恒流充/放电时所述可调整流逆变模块的实际输出电流值达到所述目标电流值，或者在所述恒功率充/放电时所述可调整流逆变模块的实际输出功率值达到所述目标功率值。
7.如权利要求6所述的装置(400)，其中
所述充放电控制指令还包括电压上限值，以及
所述装置(400)还包括：
第一检测模块，用于当所述变频器正在进行充电操作时，检测所述可调整流逆变模块的实际输出电压值是否大于所述电压上限值；以及
第一停止模块，用于如果检测结果为肯定，则停止所述变频器的充电操作。
8.如权利要求6所述的装置(400)，其中
所述充放电控制指令还包括电压下限值，以及
所述装置(400)还包括：
第二检测模块，用于当所述变频器正在进行放电操作时，检测所述可调整流逆变模块的实际输出电压值是否小于所述电压下限值；以及
第二停止模块，用于如果检测结果为肯定，则停止所述变频器的放电操作。
9.如权利要求6所述的装置(400)，其中
所述充放电控制指令还包括电流上限值和功率上限值，以及
所述装置(400)还包括：
第三检测模块，用于当所述变频器正在进行充电/放电操作时，检测所述可调整流逆变模块的实际输出电流值是否大于所述电流上限值或所述可调整流逆变模块的实际输出功率值是否大于所述功率上限值；以及
第三停止模块，用于如果检测结果为肯定，则停止所述变频器的充电/放电操作。
10.如权利要求6所述的装置(400)，其中，所述反馈控制算法是比例-积分-微分控制算法。
11.一种控制设备(500)，包括：
处理器(502)；以及
存储器(504)，用于存储可执行指令，当所述可执行指令被执行时，使得所述处理器(502)执行权利要求1-5中的任意一个所包括的操作。
12.一种机器可读介质，其上存储有可执行指令，当该可执行指令被执行时，使得机器执行权利要求1-5中的任意一个所包括的操作。
13.一种变频系统(10)，包括：
变频器(20)，其可将交流电/直流电转换为直流电/交流电并且包括具有电压控制功能的可调整流逆变模块和滤波接口模块；以及
权利要求11所述的控制设备(30，500)。
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