CN109861497A - 均流控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种均流控制装置。其中，该装置包括：电压控制模块、电流控制模块、稳压控制模块、均流控制模块、脉宽调制模块、功率模块和通讯总线；功率模块采用两变压器原边串联副边并联结构作为受控拓扑结构，电压控制模块、稳压控制模块、电流控制模块和均流控制模块通过通讯总线协作，并共同作用于脉宽调制模块，脉宽调制模块控制功率模块实现均流控制，可以实现平均分配各电源模块负载电流，具有较好的均流动态响应，系统具有较好的负载响应特性，当输入电压或负载电流发生突变时，可以维持输出电压的稳定。本发明解决了相关技术中充放电模块的模块间的均流控制的技术问题。

Description

均流控制装置

技术领域

本发明涉及本发明属于电力电子技术领域，具体而言，涉及一种均流控制装置。

背景技术

目前世界各国一直在发展新型交通运输工具，尤其是对有关电动汽车的开发和推广应用，动力电池的输出功率越来越大，而单个充放电模块的输出功率及其有限。如果将多个充放电模块进行并联工作，具有以下几个优点：一是可以灵活地对充放电系统的容量进行扩充；二是可以构建并联模块冗余系统用来提高系统运行的稳定性；三是系统可维修性很高，当某个模块出现问题时，可以随时进行热插拔维修或更换。

但是，充放电模块进行并联输出时需要解决的关键问题为模块间的均流控制问题，就是怎么将输出电流平摊分给每一个模块，同时要确保输出电压符合要求并维持系统稳定。如果并联模块间的输出电流不均分，将会导致一些模块分担较多电流，而另外一些模块分担电流较小，甚至无电流输出。分担较大电流的模块开关器件的热应力加大，系统的稳定性会降低。

针对相关技术中充放电模块的模块间的均流控制的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明提出了一种并联均流控制方法。该方法可以实现平均分配各电源模块负载电流，具有较好的均流动态响应，系统具有较好的负载响应特性，当输入电压或负载电流发生突变时，可以维持输出电压的稳定。

本发明实施例提供了一种均流控制装置，以至少解决相关技术中充放电模块的模块间的均流控制的技术问题。

根据本发明实施例的一个方面，提供了一种均流控制装置，包括电压调节模块、电流调节模块、脉宽调制模块、功率模块和通讯总线，所述功率模块，由两个变压器构成，其中，所述两个变压器采用原边串联、副边并联的结构；所述电压调节模块，用于调节电压；所述电流调节模块，用于调节电流；其中，所述电压调节模块与所述电流调节模块通过通讯总线协作共同作用于所述脉宽调制模块，所述脉宽调制模块，用于控制所述功率模块实现均流控制。

进一步地，所述电压调节模块包括电压控制模块和稳压控制模块，其中，所述电压控制模块用于电压的第一阈值范围内的调节，所述稳压控制模块用于所述电压第二阈值范围内的调节。

进一步地，所述电压调节模块包括电压控制器和电压检测电路。

进一步地，所述稳压控制模块包括电压设定输入接口和电压检测电路。

进一步地，所述电流调节模块包括电流控制模块和均流控制模块，其中，所述电流控制模块用于电流的第三阈值范围内的调节，所述均流控制模块用于围对所述电流第四阈值范围内的调节。

进一步地，所述电流控制模块包括电流控制器和电流检测电路。

进一步地，所述均流控制模块包括电流设定接口和电流检测电路，用于实时对所述电流检测值进行校准。

进一步地，所述脉宽调制模块包括脉宽调制器和驱动电路。

进一步地，采用恒压模式和/或恒流模式进行均流控制。

在本发明实施例中，通过由两变压器构成功率模块，其两个变压器采用原边串联、副边并联的结构；电压调节模块，用于调节电压；电流调节模块，用于调节电流；其中，电压调节模块与电流调节模块通过通讯总线协作共同作用于脉宽调制模块，脉宽调制模块控制功率模块实现均流控制，可以实现平均分配各电源模块负载电流，具有较好的均流动态响应，系统具有较好的负载响应特性，当输入电压或负载电流发生突变时，可以维持输出电压的稳定。进而解决了相关技术中充放电模块的模块间的均流控制的技术问题。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是根据本发明实施例的均流控制装置的示意图；

图2是根据本发明优选实施例的并联均流拓扑控制装置的示意图；

图3是根据本发明优选实施例的功率模块拓扑示意图；

图4是根据本发明优选实施例的一种恒压模式并联模块结构图；

图5是根据本发明优选实施例的一种恒流模式并联模块结构图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

根据本发明实施例，还提供了一种均流控制装置的装置实施例。

图1是根据本发明实施例的均流控制装置的示意图，如图1所示，该均流控制装置可以包括：功率模块11、电压调节模块13、电流调节模块15、脉宽调制模块17、和通讯总线19。具体描述如下。

功率模块11，由两个变压器构成，其中，两个变压器采用原边串联、副边并联的结构；。

电压调节模块13，用于调节电压。

需要说明的是，电压调节模块可以包括电压控制模块和稳压控制模块，其中，电压控制模块用于电压的第一阈值范围内的调节，稳压控制模块用于电压第二阈值范围内的调节。例如，电压控制模块可以对电压进行粗略调整，可以实现的调整的范围为3V-7V。而稳压控制模块则可以进行对电压进行微调，小范围的调整，其调整范围可以为1V-2V。其中，具体的调整范围可以根据需要进行设定。

其中，电压调节模块包括电压控制器和电压检测电路，进而可以实时对电压进行控制与检测；稳压控制模块可以包括电压设定输入接口和电压检测电路，进而实现对电压的调节。

电流调节模块15，用于调节电流。

需要说明的是，电流调节模块可以包括电流控制模块和均流控制模块，其中，电流控制模块用于电流的第三阈值范围内的调节，均流控制模块用于围对电流第四阈值范围内的调节。例如，电流控制模块可以对电流进行粗略调整，可以实现的调整的范围为3A-7A。而均流控制模块则可以进行对电压进行微调，小范围的调整，其调整范围可以为1A-2A。其中，具体的调整范围可以根据需要进行设定。

其中，电流控制模块可以包括电流控制器和电流检测电路。均流控制模块可以包括电流设定接口和电流检测电路，用于实时对电流检测值进行校准。

脉宽调制模块17，用于控制功率模块实现均流控制。

需要说明的是，脉宽调制模块可以包括脉宽调制器和驱动电路。

其中，电压调节模块与电流调节模块通过通讯总线19协作共同作用于脉宽调制模块。

通过上述装置，通过由两变压器构成的功率模块，其两个变压器采用原边串联、副边并联的结构；电压调节模块，用于调节电压；电流调节模块，用于调节电流；其中，电压调节模块与电流调节模块通过通讯总线协作共同作用于脉宽调制模块，脉宽调制模块控制功率模块实现均流控制，可以实现平均分配各电源模块负载电流，具有较好的均流动态响应，系统具有较好的负载响应特性，当输入电压或负载电流发生突变时，可以维持输出电压的稳定。进而解决了相关技术中充放电模块的模块间的均流控制的技术问题。

作为一种可选的实施例，可以采用恒压模式和/或恒流模式进行均流控制。

本发明还提供了一种优选实施例，该优选实施例提供了一种并联均流拓扑控制装置的装置实施例。

图2是根据本发明优选实施例的并联均流拓扑控制装置的示意图，如图2所示，该并联均流拓扑控制装置可以包括：电压控制模块1、电流控制模块2、稳压控制模块3、均流控制模块4、脉宽调制模块5、功率模块6和通讯总线7。

通过上述优先实施例，功率模块采用两个变压器原边串联副边并联结构作为受控拓扑结构，电压控制模块1、稳压控制模块3、电流控制模块2和均流控制模块4通过通讯总线7协作，并共同作用于脉宽调制模块5，脉宽调制模块控制功率模块6实现均流控制。

需要说明的是，上述电压控制模块1可以包括电压控制器1-1和电压检测电路1-2。上述稳压控制模块3可以包括电压设定输入接口3-3和电压检测电路3-2。上述电流控制模块2可以包括电流控制器2-1和电流检测电路2-2。上述均流控制模块4可以包括电流设定接口4-3和电流检测电路4-2。上述脉宽调制模块5可以包括脉宽调制器5-1和驱动电路5-2。上述稳压控制模块3和均流控制模块4与通讯总线7相连。上述稳压控制模块3和均流控制模块4的输出共同作用于脉宽调制模块。上述并联均流拓扑装置可以分为恒压模式与恒流模式。

上述优先实施例在实际使用时，电压控制模块1负责电压的粗调，稳压控制模块3负责电压的微调，电流控制模块2负责电流的粗调，均流控制模块4负责电流的微调，实现电流均分，其通过通讯总线7进行通信。电压控制模块1和电流控制模块2的输出共同作用于脉宽调制模块5，产生PWM波，PWM波作用于功率模块6。当需要稳流时，该模块的电压控制器1-1被屏蔽，电流控制器2-1和均流控制器4-1起主导作用。当需要稳压时，主模块的电流控制器2-1被屏蔽，电压控制器1-1进行控制，从模块的控制方式则相反。均流控制器的输出作为电流控制器的电流基准值，实时对电流检测值进行校准设定。

图3是根据本发明优选实施例的功率模块拓扑示意图，如图3所示。

由于在两台变换器输出并联的结构中，变换器输入串联的结构中不平衡度受谐振参数影响较小；在两个变压器输出并联的结构中，变压器原边串联的结构中不平衡度受谐振参数影响较小。因此，选定两变压器原边串联副边并联结构作为受控拓扑结构。

图4是根据本发明优选实施例的一种恒压模式并联模块结构图，如图4所示。

由多个模块并联组成，包括一个主模块和多个从模块。主模块在恒压模式(电压设定)下工作，从模块工作在恒流模式(平均电流设定)下，总体上能够保持电压的稳定和电流的均分。脉宽调制器控制全桥变换器的工作，通过改变PWM波形的占空比来改变模块输出电压或电流的大小。主模块可以利用电压调节器来改变PWM波进而控制输出电压的变化，从模块则是利用电流调节器来改变PWM波进而控制输出电流的变化。用户通过上位机软件来设定主模块的输出电压，电压调节器的反馈输入来自于输出侧的采样电压，电压调节器通过放大反馈与设定信号的误差值进而改变PWM波，促使主模块的输出电压逼近设定电压。从模块电流调节器的设定值来自于平均输出电流，电流调节器的反馈输入来自于本模块的输出电流采样值，同样地，通过控制调节脉宽保持电流反馈与电流设定一致。这种工作方式下，主模块可以维持电压恒定，从模块间保持输出电流一致。

图5是根据本发明优选实施例的一种恒流模式并联模块结构图，如图5所示。

在恒流模式下包括恒流充电与恒流放电两种工作方式。同样地，由一个主模块和多个从模块并联组成。与恒压模式下不同的是所有模块的控制方式都一样，都受电流调节器控制。电流调节器的输入为设定电流和采样电流两部分，通过调节作用控制脉冲宽度，进而控制输出电流的大小。系统开启后给每个模块相同的电流设定，然后从模块接收主模块传递的总电流，进行计算求得平均电流重新设定每个模块。通过电流闭环控制作用，模块间的充放电电流差异很小。

上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

在本发明的上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的技术内容，可通过其它的方式实现。其中，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如所述单元的划分，可以为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，单元或模块的间接耦合或通信连接，可以是电性或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可为个人计算机、服务器或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种均流控制装置，包括电压调节模块、电流调节模块、脉宽调制模块、功率模块和通讯总线，其特征在于，

所述功率模块，由两个变压器构成，其中，所述两个变压器采用原边串联、副边并联的结构；

所述电压调节模块，用于调节电压；

所述电流调节模块，用于调节电流；

所述脉宽调制模块，用于控制所述功率模块实现均流控制；

其中，所述电压调节模块与所述电流调节模块通过通讯总线协作共同作用于所述脉宽调制模块。

2.根据权利要1所示的装置，其特征在于，所述电压调节模块包括电压控制模块和稳压控制模块，其中，所述电压控制模块用于电压的第一阈值范围内的调节，所述稳压控制模块用于所述电压第二阈值范围内的调节。

3.根据权利要2所示的装置，其特征在于，所述电压调节模块还包括电压控制器和电压检测电路。

4.根据权利要2所示的装置，其特征在于，所述稳压控制模块包括电压设定输入接口和电压检测电路。

5.根据权利要1所示的装置，其特征在于，所述电流调节模块包括电流控制模块和均流控制模块，其中，所述电流控制模块用于电流的第三阈值范围内的调节，所述均流控制模块用于围对所述电流第四阈值范围内的调节。

6.根据权利要5所示的装置，其特征在于，所述电流控制模块包括电流控制器和电流检测电路。

7.根据权利要5所示的装置，其特征在于，所述均流控制模块包括电流设定接口和电流检测电路，用于实时对所述电流检测值进行校准。

8.根据权利要1所示的装置，其特征在于，所述脉宽调制模块包括脉宽调制器和驱动电路。

9.根据权利要1所示的装置，其特征在于，采用恒压模式和/或恒流模式进行均流控制。