CN113433471B - 一种恒流放电装置及相关的方法和系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种恒流放电装置及相关的方法和系统，恒流放电装置用于连接第一电源、电池和负载并适于实现电池恒流放电，其具有母线并包括第一变流器和控制单元，母线连接电池和负载，第一变流器连接第一电源和母线，控制单元在负载功率和电池放电功率不匹配时调整第一变流器的工作方向和输出功率，以使电池放电功率与第一变流器的输出功率之和平衡于负载功率，并维持电池以设定的第一电流值向母线恒流放电。此外，还公开了基于该恒流放电装置的恒流放电方法、电源系统和电池在线测试方法，适于在保证负载稳定供电的情况下对电池进行在线测试并得到更为准确和有效的测试评估结果。
Description
技术领域
本发明涉及应用电池供电的电源系统技术领域，尤其涉及一种恒流放电装置及相关的方法和系统。
背景技术
在交通、工业行业，通常应用UPS电源系统来保障负载的电源供应。在UPS电源系统投入使用后，为确保后备电池的储能可靠性，需要定期对电池进行放电测试以评估电池性能。
以往通常的做法是采用离线测试，即断开主机与电池的连接，单独对电池加载电阻丝进行发热放电测试，这种方式不仅存在负载断电的风险，还会造成环境温度上升从而需要强制降温。因而，对电池进行在线测试的需求越来越高。
但在进行在线测试时，由于客户现场负载量通常不大且波动幅度大，从而存在放电慢、测试条件限制、无法准确核算放电容量等问题，难以得到较为准确和有效的测试评估结果。
发明内容
本发明的目的在于克服背景技术中存在的至少一种缺陷或问题，提供一种恒流放电装置及相关的方法和系统，以在保证负载稳定供电的情况下对电池进行在线测试并得到更为准确、有效的测试评估结果。
为达成上述目的，本发明的第一方面提供一种恒流放电装置，用于连接第一电源、电池和负载，并适于实现所述电池的恒流放电；所述第一电源适于输出电能或接受馈电；所述恒流放电装置具有与所述电池和负载均连接的母线，用以接受电池放电并向负载供电；所述恒流放电装置还包括：第一变流器，其连接所述第一电源和母线以实现二者间的双向电能变换；和控制单元，其在负载功率和电池放电功率不匹配时调整所述第一变流器的工作方向和输出功率，以使所述电池放电功率与第一变流器的输出功率之和平衡于所述负载功率，并维持所述电池以设定的第一电流值向母线恒流放电。
进一步的，所述控制单元在所述负载功率大于电池放电功率时，控制所述第一变流器的工作方向并使所述第一电源与电池同时向负载供电；所述控制单元在所述负载功率匹配电池放电功率时，控制所述第一变流器关闭并使所述负载仅受所述电池供电；所述控制单元在所述负载功率小于电池放电功率时，控制所述第一变流器的工作方向并使所述电池向负载供电，并向所述第一电源馈电；所述控制单元在所述负载空载时，控制所述第一变流器的工作方向并使所述电池仅向第一电源供电。
进一步的，所述控制单元包括均被配置为反馈控制环路的第一控制环路和第二控制环路；所述第二控制环路的给定量和反馈量分别为所述第一电流值和电池实际放电电流值，其输出量为一第二电流值；所述第一控制环路的给定量和反馈量分别为所述第二电流值和所述第一变流器靠近第一电源的一侧的电流值，其输出量为适于调整所述第一变流器工作方向和输出功率的PWM驱动信号；其中，在所述负载功率大于电池放电功率时，所述第二电流值为正值且其绝对值与所述负载功率和电池放电功率的差值正相关，所述第一变流器的工作方向为电能由所述第一电源流向所述母线；在所述负载功率小于电池放电功率时，所述第二电流值为负值且其绝对值与所述负载功率和电池放电功率的差值正相关，所述第一变流器的工作方向为电能由所述母线流向所述第一电源；在所述负载功率匹配电池放电功率时，所述第二电流值为0，所述第一变流器被关闭。
进一步的，还包括第二变流器，其连接所述电池和母线以至少实现由所述电池至母线的电能变换；所述控制单元开启所述第二变流器以使所述电池向母线放电，其还控制所述第二变流器的输出电压以维持所述母线的电压恒定。
为达成上述目的，本发明的第二方面提供一种恒流放电方法，用于实现电池的恒流放电；所述方法基于一种恒流放电装置；所述恒流放电装置连接第一电源、所述电池和负载，所述第一电源适于输出电能或接受馈电；所述恒流放电装置具有母线并包括第一变流器和第二变流器，所述母线与负载连接以向负载供电；所述第一变流器连接所述第一电源和母线以实现二者间的双向电能变换；所述第二变流器连接所述电池和母线以至少实现由所述电池至母线的电能变换；所述方法包括：设定第一电流值；开启所述第二变流器以使所述电池向母线放电，并控制所述第二变流器的输出电压以维持所述母线的电压恒定；在负载功率和电池放电功率不匹配时，调整所述第一变流器的工作方向和输出功率，以使所述电池放电功率与第一变流器的输出功率之和平衡于所述负载功率，并维持所述电池以所述第一电流值向母线恒流放电；其中，在所述负载功率大于电池放电功率时，控制所述第一变流器的工作方向并使所述第一电源与电池同时向负载供电；在所述负载功率匹配电池放电功率时，控制所述第一变流器关闭并使所述负载仅受所述电池供电；在所述负载功率小于电池放电功率时，控制所述第一变流器的工作方向并使所述电池向负载供电，并向所述第一电源馈电；在所述负载空载时，控制所述第一变流器的工作方向并使所述电池仅向第一电源供电。
进一步的，所述调整所述第一变流器的工作方向和输出功率的方法具体为：构建均为反馈控制环路的第一控制环路和第二控制环路，并配置所述第一控制环路和第二控制环路的控制参数；其中，所述第二控制环路的给定量和反馈量分别为所述第一电流值和电池实际放电电流值，其输出量为一第二电流值；所述第一控制环路的给定量和反馈量分别为所述第二电流值和所述第一变流器靠近第一电源的一侧的电流值，其输出量为适于调整所述第一变流器工作方向和输出功率的PWM驱动信号；在所述负载功率大于电池放电功率时，所述第二电流值为正值且其绝对值与所述负载功率和电池放电功率的差值正相关，所述第一变流器的工作方向为电能由所述第一电源流向所述母线；在所述负载功率小于电池放电功率时，所述第二电流值为负值且其绝对值与所述负载功率和电池放电功率的差值正相关，所述第一变流器的工作方向为电能由所述母线流向所述第一电源；在所述负载功率匹配电池放电功率时，所述第二电流值为0，所述第一变流器被关闭；检测所述电池实际放电电流值和所述第一变流器靠近第一电源的一侧的电流值，并分别输入所述第二控制环路和第一控制环路，以得到所述PWM驱动信号；采用所述PWM驱动信号驱动所述第一变流器。
为达成上述目的，本发明的第三方面提供一种电源系统，用于为负载供电；包括电池和前述技术方案所述的恒流放电装置；所述第二变流器连接所述电池和母线并用于实现二者间的双向电能变换；所述控制单元分别以第一控制策略或第二控制策略控制所述第一变流器和第二变流器，并使所述电源系统分别处于正常工作模式或电池测试模式；其中，在所述电池测试模式，所述控制单元执行所述第二控制策略，其开启所述第二变流器以使所述电池向母线放电，并控制该第二变流器的输出电压以维持所述母线的电压恒定；其还在负载功率和电池放电功率不匹配时调整所述第一变流器的工作方向和输出功率，以使所述电池放电功率与第一变流器的输出功率之和平衡于所述负载功率，并维持所述电池以设定的第一电流值向母线恒流放电。
进一步的，所述第一电源为市电，所述第一变流器为双向AC/DC变换器，所述第二变流器为双向DC/DC变换器，所述母线为直流母线，所述负载为交流负载；所述电源系统还包括第三变流器，其被配置为DC/AC变换器且连接所述母线和负载，以实现二者间的逆变电能变换。
进一步的，在所述正常工作模式，所述控制单元执行所述第一控制策略，其在所述第一电源掉电时，开启所述第二变流器并使所述电池为负载供电；其在第一电源正常时，控制所述第一变流器的工作方向并使所述第一电源为负载供电，并在所述电池未被充满时控制所述第二变流器的工作方向并使所述电池受第一电源充电，还在所述电池被充满时关闭所述第二变流器。
为达成上述目的，本发明的第四方面提供一种电池在线测试方法，其特征在于：所述方法基于一种电源系统，并应用前述技术方案所述的恒流放电方法进行电池在线测试；所述电源系统包括电池和恒流放电装置，其具有正常工作模式和电池测试模式，并用于为负载供电；所述恒流放电装置为所述恒流放电方法所基于的恒流放电装置，所述第二变流器连接所述电池和母线并用于实现二者间的双向电能变换；所述电池在线测试方法包括：将所述电源系统切换至电池测试模式；采用所述恒流放电方法对电池恒流放电，并启动计时；在电池电压达到一低压阈值时或在计时达到一预设时长时，将所述电源系统切换至正常工作模式并结束计时；根据电池的总放电时间评估电池性能。
相较于现有技术，本发明的有益效果是：
(1)恒流放电装置连接了第一电源、电池和负载，第一电源适于输出电能或接受馈电，控制单元在负载功率和电池放电功率不匹配时，调整双向的第一变流器的工作方向和输出功率，引入了第一电源来对电池和负载间的功率不平衡现象进行双向补足，使得三者功率可以实现动态平衡，从而避免了仅由电池向负载供电时由于需要匹配负载功率而造成电池放电电流不可避免地波动，进而使得应用该恒流放电装置对电池放电时的放电电流是可控的。此外，由于电池在放电过程中由于自身的放电特性导致放电电压会逐步下降，因而即便负载是相对稳定的，也可以应用该恒流放电装置对电池放电电流进行控制。
换言之，采用上述恒流放电装置，可以在保证对负载稳定供电的情况下对电池放电电流进行控制并实现电池的恒流放电，为在应用电池供电的电源系统中对电池进行恒流在线放电测试并得到准确、有效的测试评估结果提供了较好的物质基础。
(2)在负载功率与电池放电功率匹配平衡和不匹配时，通过控制第一变流器的工作方向，可在电池放电时引入第一电源并使其对应处于输出电能或接受馈电的状态，从而在保证负载供电的情况下同时保证电池具有稳定的供电输出对象，进而使得电池放电电流持续可控并可以实现恒流放电。
(3)控制单元包括均为反馈环的第一控制环路和第二控制环路，第一控制环路用于控制电池放电电流，且根据电池放电电流的反馈给定偏差计算并输出第二控制环路的给定量，第二控制环路用于控制第一变流器靠近第一电源的一侧的电流，且根据该侧电流的反馈给定偏差计算并输出适于驱动第一变流器的PWM驱动信号，从而调整第一变流器工作方向和输出功率。
因而，在控制单元内构建双闭环反馈控制环路，可通过检测电池放电电流并基于实际放电电流与设定的第一电流值的偏差来对第一变流器的工作方向和输出功率进行自动调整，并可以有效地稳定电池放电电流，相较于直接采样并比较负载功率和电池放电功率来进行控制的方案，控制过程的稳定性更高。
(4)设置第二变流器，可以对电池向母线的放电回路进行启闭控制，且通过控制第二变流器的输出电压来维持母线电压恒定，使得负载功率和电池放电功率的不匹配情况可以快速地映射至电池放电电流的改变，从而在依据电池放电电流的变化直接进行控制的方案中可有效提高控制单元的响应灵敏性。
(5)恒流放电方法基于相应的恒流放电装置，在恒流放电装置的基础上继承了其全部优势，可以在保证对负载稳定供电的情况下对电池放电电流进行控制并实现电池的恒流放电，为在应用电池供电的电源系统中对电池进行恒流在线放电测试并得到准确、有效的测试评估结果提供了较好的物质基础。
(6)电源系统基于相应的恒流放电装置，在恒流放电装置的基础上继承了其全部优势，控制单元在执行第二控制策略时可将系统从正常工作模式切换至电池测试模式，并可以在保证对负载稳定供电的情况下对电池进行恒流在线放电测试，并得到准确、有效的测试评估结果。
(7)电源系统被构造为UPS电源系统，因而解决了UPS电源系统难以在对负载稳定供电的情况下对电池进行在线放电测试，并得到准确、有效的测试评估结果的难题。
(8)控制单元还通过执行第一控制策略以使系统切回正常工作模式，以实现在任何情况下对负载的不间断电源供应。
(9)电池在线测试方法基于相应的电源系统，通过在电源系统中应用前述的恒流放电方法，在保证对负载稳定供电的情况下对电池进行恒流在线放电测试，并对电池放电时间进行累计计时，以根据总放电时间以及相应的评估标准来对电池性能进行评估，并得到准确、有效的测试评估结果。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例电源系统的拓扑图。
图2a-2d分别为本发明实施例电源系统在电池测试模式下的四种电能流向示意图。
具体实施方式
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，所描述的实施例是本发明的优选实施例，且不应被看作对其他实施例的排除。基于本发明实施例，本领域的普通技术人员在不作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的权利要求书、说明书及上述附图中，除非另有明确限定，如使用术语“第一”、“第二”或“第三”等，都是为了区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。
本发明的权利要求书、说明书及上述附图中，如使用术语“包括”、“具有”以及它们的变形，意图在于“包含但不限于”。
本发明的权利要求书、说明书及上述附图中，除非另有明确限定，如使用术语“连接”，可以包含直接连接也可以包含间接连接；如使用术语“耦合”，指的是两电气模块在连接后具有特定的电路功能。
参照图1，本发明实施例提供一种电源系统，其连接外部的第一电源并用于对负载供电，所述第一电源适于输出电能或接受馈电，在本实施例中，该第一电源为市电，其可以向电源系统输送交流电能，也可以接受电源系统的馈电以实现电能并网。
具体的，所述电源系统具有母线，并包括电池、第一变流器、第二变流器、第三变流器和控制单元。
所述电池应做广义理解，即该电池可以是单体电池、电池包或电池柜等。本实施例中，所述母线为直流母线，所述负载为交流负载。对应的，所述第一变流器为AC/DC变换器，特别的，其被配置为双向AC/DC变换器且两端分别连接所述第一电源和母线，以实现二者间的双向电能变换(即整流变换和逆变变换)。所述第二变流器为双向DC/DC变换器且两端分别连接所述电池和母线，以实现由所述电池至母线的双向电能变换(即升降压变换)。所述第三变流器为DC/AC变换器，其两端分别连接所述母线和负载，以实现二者间的逆变电能变换。
不难理解，经过上述配置后使得本实施例的电源系统示例性地被示出为UPS电源系统，但不言而喻的，在将各变流器作其他配置后，就可以将电源系统变形使其具有不同的母线并适于连接不同的第一电源和负载。
进一步的，所述控制单元可执行不同的控制策略来控制所述第一变流器和第二变流器，以使所述电源系统分别处于正常工作模式和电池测试模式。可以理解的，所述控制单元可以指代一个能够实现相应功能的控制器，也可以指代能够实现相应功能的多个控制器的集合。
值得说明的是，在正常工作模式，电源系统主要侧重于在任何情况下保障负载正常供电；而在电池测试模式，电源系统需要在仍能保障负载正常供电的基础上进一步实现电池的恒流放电，以得到准确、有效的测试评估结果。
一方面，控制单元在执行第一控制策略时，所述电源系统处于正常工作模式。具体的，在所述正常工作模式，所述控制单元执行所述第一控制策略，其在所述第一电源掉电时，开启所述第二变流器并使所述电池为负载供电；其在第一电源正常时，控制所述第一变流器的工作方向并使所述第一电源为负载供电，并在所述电池未被充满时控制所述第二变流器的工作方向并使所述电池受第一电源充电，还在所述电池被充满时关闭所述第二变流器。可以理解的是，第一控制策略即为UPS电源系统在正常工作时的常规控制策略。
另一方面，控制单元在执行第二控制策略时，所述电源系统处于电池测试模式。其中，在电源系统处于电池测试模式时，所述第一变流器、第二变流器、第三变流器和执行该第二控制策略的控制单元共同构成一恒流放电装置。换言之，所述恒流放电装置连接所述第一电源、电池和负载，且具有与电池和负载均连接的母线，该母线可以接受电池放电并向负载供电，而该恒流放电装置则适于实现所述电池的恒流放电，进而可以对电池进行性能评估并得到准确、有效的测试评估结果。
因而，以下将以恒流放电装置为主要视角介绍其控制过程，该恒流放电装置的控制过程即为电源系统的控制单元所执行的第二控制策略。但可以理解的是，具有相应结构和控制过程的恒流放电装置也可以应用于其他电池放电场景，不应将其局限于电源系统的电池在线测试场景。
具体来说，在恒流放电装置工作时，所述控制单元通过开启所述第二变流器并将其工作方向调整为电能由电池流向母线，从而使得电池向母线放电。在电池的放电过程中，控制单元还在负载功率和电池放电功率不匹配时调整所述第一变流器的工作方向和输出功率，以使所述电池放电功率与第一变流器的输出功率之和平衡于所述负载功率，并维持所述电池以设定的第一电流值向母线恒流放电。优选的，在此过程中，所述控制单元还控制所述第二变流器的输出电压以维持所述母线的电压恒定。
值得说明的是，由于电池放电的功率方向和负载受电的功率方向均是不变的，仅有第一变流器的功率方向是可能变化的，因而第一变流器的输出功率存在正负之分，使得电池放电功率与第一变流器的输出功率之和平衡于所述负载功率指的是电池放电功率与第一变流器的输出功率的代数和平衡于所述负载功率，而非指其绝对值之和。
结合图2a-2d，具体而言，所述控制单元在所述负载功率大于电池放电功率时，控制所述第一变流器的工作方向并使所述第一电源与电池同时向负载供电，如图2a所示。所述控制单元在所述负载功率匹配电池放电功率时，控制所述第一变流器关闭并使所述负载仅受所述电池供电，如图2b所示。所述控制单元在所述负载功率小于电池放电功率时，控制所述第一变流器的工作方向并使所述电池向负载供电，并向所述第一电源馈电，如图2c所示。所述控制单元在所述负载空载时，控制所述第一变流器的工作方向并使所述电池仅向第一电源供电，如图2d所示。
因而，在负载功率与电池放电功率匹配平衡和不匹配时，通过控制第一变流器的工作方向，可在电池放电时引入第一电源并使其对应处于输出电能或接受馈电的状态，从而在保证负载供电的情况下同时保证电池具有稳定的供电输出对象，进而使得电池放电电流持续可控并可以实现恒流放电。
具体结构中，本实施例电源系统的控制单元包括均被配置为反馈控制环路的第一控制环路和第二控制环路，从而可以更好地执行第二控制策略，使得恒流放电装置更好地工作。所述第二控制环路的给定量和反馈量分别为所述第一电流值和电池实际放电电流值，其输出量为一第二电流值。所述第一控制环路的给定量和反馈量分别为所述第二电流值和所述第一变流器靠近第一电源的一侧的电流值，其输出量为适于调整所述第一变流器工作方向和输出功率的PWM驱动信号。其中，在所述负载功率大于电池放电功率时，所述第二电流值为正值且其绝对值与所述负载功率和电池放电功率的差值正相关，所述第一变流器的工作方向为电能由所述第一电源流向所述母线。在所述负载功率小于电池放电功率时，所述第二电流值为负值且其绝对值与所述负载功率和电池放电功率的差值正相关，所述第一变流器的工作方向为电能由所述母线流向所述第一电源。在所述负载功率匹配电池放电功率时，所述第二电流值为0，所述第一变流器被关闭。
因而，在控制单元内构建双闭环反馈控制环路，可通过检测电池放电电流并基于实际放电电流与设定的第一电流值的偏差来对第一变流器的工作方向和输出功率进行自动调整，并可以有效地稳定电池放电电流，相较于直接采样并比较负载功率和电池放电功率来进行控制的方案，控制过程的稳定性更高。
通过上述介绍可以看出，上述的恒流放电装置连接了第一电源、电池和负载，第一电源适于输出电能或接受馈电，控制单元在负载功率和电池放电功率不匹配时，调整双向的第一变流器的工作方向和输出功率，引入了第一电源来对电池和负载间的功率不平衡现象进行双向补足，使得三者功率可以实现动态平衡，从而避免了仅电池向负载供电时由于需要匹配负载功率而造成电池放电电流不可避免地波动，进而使得应用该恒流放电装置对电池放电时的放电电流是可控的。此外，由于电池在放电过程中由于自身的放电特性导致放电电压会逐步下降，因而即便负载是相对稳定的，也可以应用该恒流放电装置对电池放电电流进行控制。
换言之，采用上述恒流放电装置，可以在保证对负载稳定供电的情况下对电池放电电流进行控制并实现电池的恒流放电，为在应用电池供电的电源系统中对电池进行恒流在线放电测试并得到准确、有效的测试评估结果提供了较好的物质基础。
此外，在恒流放电装置具有第二变流器后，不仅可以对电池向母线的放电回路进行启闭控制，且通过控制第二变流器的输出电压来维持母线电压恒定，使得负载功率和电池放电功率的不匹配情况可以快速地映射至电池放电电流的改变，从而在依据电池放电电流的变化直接进行控制的方案中可有效提高控制单元的响应灵敏性。
进一步的，电源系统基于相应的恒流放电装置，在恒流放电装置的基础上继承了其全部优势，控制单元在执行第二控制策略时可将系统从正常工作模式切换至电池测试模式，并可以在保证对负载稳定供电的情况下对电池进行恒流在线放电测试，得到准确、有效的测试评估结果。而本实施例的电源系统被构造为UPS电源系统，因而解决了UPS电源系统难以在对负载稳定供电的情况下对电池进行在线放电测试，并得到准确、有效的测试评估结果的难题。
接下来对应地介绍基于上述恒流放电装置的恒流放电方法，以及基于上述电源系统并采用该恒流放电方法的电池在线测试方法，可以理解的是，上述相关的方法实际上均内化于对应的装置和系统中的控制单元内。
先介绍所述恒流放电方法，用于实现电池的恒流放电，包括：
设定所述第一电流值。
开启所述第二变流器以使所述电池向母线放电，并控制所述第二变流器的输出电压以维持所述母线的电压恒定。
在负载功率和电池放电功率不匹配时，调整所述第一变流器的工作方向和输出功率，以使所述电池放电功率与第一变流器的输出功率之和平衡于所述负载功率，并维持所述电池以所述第一电流值向母线恒流放电。
其中，在所述负载功率大于电池放电功率时，控制所述第一变流器的工作方向并使所述第一电源与电池同时向负载供电；在所述负载功率匹配电池放电功率时，控制所述第一变流器关闭并使所述负载仅受所述电池供电；在所述负载功率小于电池放电功率时，控制所述第一变流器的工作方向并使所述电池向负载供电，并向所述第一电源馈电；在所述负载空载时，控制所述第一变流器的工作方向并使所述电池仅向第一电源供电。
具体的，所述调整所述第一变流器的工作方向和输出功率的方法具体为：
构建均为反馈控制环路的第一控制环路和第二控制环路，并配置所述第一控制环路和第二控制环路的控制参数。其中，所述第二控制环路的给定量和反馈量分别为所述第一电流值和电池实际放电电流值，其输出量为一第二电流值；所述第一控制环路的给定量和反馈量分别为所述第二电流值和所述第一变流器靠近第一电源的一侧的电流值，其输出量为适于调整所述第一变流器工作方向和输出功率的PWM驱动信号。在所述负载功率大于电池放电功率时，所述第二电流值为正值且其绝对值与所述负载功率和电池放电功率的差值正相关，所述第一变流器的工作方向为电能由所述第一电源流向所述母线；在所述负载功率小于电池放电功率时，所述第二电流值为负值且其绝对值与所述负载功率和电池放电功率的差值正相关，所述第一变流器的工作方向为电能由所述母线流向所述第一电源；在所述负载功率匹配电池放电功率时，所述第二电流值为0，所述第一变流器被关闭。检测所述电池实际放电电流值和所述第一变流器靠近第一电源的一侧的电流值，并分别输入所述第二控制环路和第一控制环路，以得到所述PWM驱动信号。采用所述PWM驱动信号驱动所述第一变流器。
可以理解的，所述恒流放电方法基于相应的恒流放电装置，在恒流放电装置的基础上继承了其全部优势，可以在保证对负载稳定供电的情况下对电池放电电流进行控制并实现电池的恒流放电，为在应用电池供电的电源系统中对电池进行恒流在线放电测试并得到准确、有效的测试评估结果提供了较好的物质基础。
接下来介绍所述电池在线测试方法，其包括：
将所述电源系统切换至电池测试模式。
采用所述恒流放电方法对电池恒流放电，并启动计时。
在电池电压达到一低压阈值时或在计时达到一预设时长时，将所述电源系统切换至正常工作模式并结束计时。
根据电池的总放电时间评估电池性能。
因而，电池在线测试方法基于相应的电源系统，通过在电源系统中应用前述的恒流放电方法，在保证对负载稳定供电的情况下对电池进行恒流在线放电测试，并对电池放电时间进行累计计时，以根据总放电时间以及相应的评估标准来对电池性能进行评估，并得到准确、有效的测试评估结果。
上述说明书和实施例的描述，用于解释本发明保护范围，但并不构成对本发明保护范围的限定。通过本发明或上述实施例的启示，本领域普通技术人员结合公知常识、本领域的普通技术知识和/或现有技术，通过合乎逻辑的分析、推理或有限的试验可以得到的对本发明实施例或其中一部分技术特征的修改、等同替换或其他改进，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种恒流放电装置，用于连接第一电源、电池和负载，并适于实现所述电池的恒流放电；所述第一电源适于输出电能或接受馈电；
其特征在于：所述恒流放电装置具有与所述电池和负载均连接的母线，用以接受电池放电并向负载供电；
所述恒流放电装置还包括：
第一变流器，其连接所述第一电源和母线以实现二者间的双向电能变换；和
控制单元，其在负载功率和电池放电功率不匹配时调整所述第一变流器的工作方向和输出功率，以使所述电池放电功率与第一变流器的输出功率之和平衡于所述负载功率，并维持所述电池以设定的第一电流值向母线恒流放电；
所述控制单元在所述负载功率大于电池放电功率时，控制所述第一变流器的工作方向并使所述第一电源与电池同时向负载供电；
所述控制单元在所述负载功率匹配电池放电功率时，控制所述第一变流器关闭并使所述负载仅受所述电池供电；
所述控制单元在所述负载功率小于电池放电功率时，控制所述第一变流器的工作方向并使所述电池向负载供电，并向所述第一电源馈电；
所述控制单元在所述负载空载时，控制所述第一变流器的工作方向并使所述电池仅向第一电源供电；
所述控制单元包括均被配置为反馈控制环路的第一控制环路和第二控制环路；
所述第二控制环路的给定量和反馈量分别为所述第一电流值和电池实际放电电流值，其输出量为一第二电流值；
所述第一控制环路的给定量和反馈量分别为所述第二电流值和所述第一变流器靠近第一电源的一侧的电流值，其输出量为适于调整所述第一变流器工作方向和输出功率的PWM驱动信号；
其中，在所述负载功率大于电池放电功率时，所述第二电流值为正值且其绝对值与所述负载功率和电池放电功率的差值正相关，所述第一变流器的工作方向为电能由所述第一电源流向所述母线；
在所述负载功率小于电池放电功率时，所述第二电流值为负值且其绝对值与所述负载功率和电池放电功率的差值正相关，所述第一变流器的工作方向为电能由所述母线流向所述第一电源；
在所述负载功率匹配电池放电功率时，所述第二电流值为0，所述第一变流器被关闭。
2.如权利要求1所述的恒流放电装置，其特征在于：
还包括第二变流器，其连接所述电池和母线以至少实现由所述电池至母线的电能变换；
所述控制单元开启所述第二变流器以使所述电池向母线放电，其还控制所述第二变流器的输出电压以维持所述母线的电压恒定。
3.一种恒流放电方法，用于实现电池的恒流放电；其特征在于：所述方法基于一种恒流放电装置；
所述恒流放电装置连接第一电源、所述电池和负载，所述第一电源适于输出电能或接受馈电；所述恒流放电装置具有母线并包括第一变流器和第二变流器，所述母线与负载连接以向负载供电；所述第一变流器连接所述第一电源和母线以实现二者间的双向电能变换；所述第二变流器连接所述电池和母线以至少实现由所述电池至母线的电能变换；
所述方法包括：
设定第一电流值；
开启所述第二变流器以使所述电池向母线放电，并控制所述第二变流器的输出电压以维持所述母线的电压恒定；
在负载功率和电池放电功率不匹配时，调整所述第一变流器的工作方向和输出功率，以使所述电池放电功率与第一变流器的输出功率之和平衡于所述负载功率，并维持所述电池以所述第一电流值向母线恒流放电；
其中，在所述负载功率大于电池放电功率时，控制所述第一变流器的工作方向并使所述第一电源与电池同时向负载供电；
在所述负载功率匹配电池放电功率时，控制所述第一变流器关闭并使所述负载仅受所述电池供电；
在所述负载功率小于电池放电功率时，控制所述第一变流器的工作方向并使所述电池向负载供电，并向所述第一电源馈电；
在所述负载空载时，控制所述第一变流器的工作方向并使所述电池仅向第一电源供电；
所述调整所述第一变流器的工作方向和输出功率的方法具体为：
构建均为反馈控制环路的第一控制环路和第二控制环路，并配置所述第一控制环路和第二控制环路的控制参数；其中，所述第二控制环路的给定量和反馈量分别为所述第一电流值和电池实际放电电流值，其输出量为一第二电流值；所述第一控制环路的给定量和反馈量分别为所述第二电流值和所述第一变流器靠近第一电源的一侧的电流值，其输出量为适于调整所述第一变流器工作方向和输出功率的PWM驱动信号；在所述负载功率大于电池放电功率时，所述第二电流值为正值且其绝对值与所述负载功率和电池放电功率的差值正相关，所述第一变流器的工作方向为电能由所述第一电源流向所述母线；在所述负载功率小于电池放电功率时，所述第二电流值为负值且其绝对值与所述负载功率和电池放电功率的差值正相关，所述第一变流器的工作方向为电能由所述母线流向所述第一电源；在所述负载功率匹配电池放电功率时，所述第二电流值为0，所述第一变流器被关闭；
检测所述电池实际放电电流值和所述第一变流器靠近第一电源的一侧的电流值，并分别输入所述第二控制环路和第一控制环路，以得到所述PWM驱动信号；
采用所述PWM驱动信号驱动所述第一变流器。
4.一种电源系统，用于为负载供电；其特征在于：包括电池和恒流放电装置；
恒流放电装置用于连接第一电源、电池和负载，并适于实现所述电池的恒流放电；所述第一电源适于输出电能或接受馈电；所述恒流放电装置具有与所述电池和负载均连接的母线，用以接受电池放电并向负载供电；
所述恒流放电装置还包括第一变流器、第二变流器和控制单元：第一变流器连接所述第一电源和母线以实现二者间的双向电能变换；所述第二变流器连接所述电池和母线并用于实现二者间的双向电能变换；所述控制单元开启所述第二变流器以使所述电池向母线放电，其还控制所述第二变流器的输出电压以维持所述母线的电压恒定；
所述控制单元分别以第一控制策略或第二控制策略控制所述第一变流器和第二变流器，并使所述电源系统分别处于正常工作模式或电池测试模式；
其中，在所述电池测试模式，所述控制单元执行所述第二控制策略，其开启所述第二变流器以使所述电池向母线放电，并控制该第二变流器的输出电压以维持所述母线的电压恒定；其还在负载功率和电池放电功率不匹配时调整所述第一变流器的工作方向和输出功率，以使所述电池放电功率与第一变流器的输出功率之和平衡于所述负载功率，并维持所述电池以设定的第一电流值向母线恒流放电。
5.如权利要求4所述的电源系统，其特征在于：所述第一电源为市电，所述第一变流器为双向AC/DC变换器，所述第二变流器为双向DC/DC变换器，所述母线为直流母线，所述负载为交流负载；
所述电源系统还包括第三变流器，其被配置为DC/AC变换器且连接所述母线和负载，以实现二者间的逆变电能变换。
6.如权利要求4或5所述的电源系统，其特征在于：在所述正常工作模式，所述控制单元执行所述第一控制策略，其在所述第一电源掉电时，开启所述第二变流器并使所述电池为负载供电；其在第一电源正常时，控制所述第一变流器的工作方向并使所述第一电源为负载供电，并在所述电池未被充满时控制所述第二变流器的工作方向并使所述电池受第一电源充电，还在所述电池被充满时关闭所述第二变流器。
7.如权利要求4所述的电源系统，其特征在于：所述控制单元在所述负载功率大于电池放电功率时，控制所述第一变流器的工作方向并使所述第一电源与电池同时向负载供电；
所述控制单元在所述负载功率匹配电池放电功率时，控制所述第一变流器关闭并使所述负载仅受所述电池供电；
所述控制单元在所述负载功率小于电池放电功率时，控制所述第一变流器的工作方向并使所述电池向负载供电，并向所述第一电源馈电；
所述控制单元在所述负载空载时，控制所述第一变流器的工作方向并使所述电池仅向第一电源供电。
8.如权利要求4所述的电源系统，其特征在于：所述控制单元包括均被配置为反馈控制环路的第一控制环路和第二控制环路；
所述第二控制环路的给定量和反馈量分别为所述第一电流值和电池实际放电电流值，其输出量为一第二电流值；
所述第一控制环路的给定量和反馈量分别为所述第二电流值和所述第一变流器靠近第一电源的一侧的电流值，其输出量为适于调整所述第一变流器工作方向和输出功率的PWM驱动信号；
其中，在所述负载功率大于电池放电功率时，所述第二电流值为正值且其绝对值与所述负载功率和电池放电功率的差值正相关，所述第一变流器的工作方向为电能由所述第一电源流向所述母线；
在所述负载功率小于电池放电功率时，所述第二电流值为负值且其绝对值与所述负载功率和电池放电功率的差值正相关，所述第一变流器的工作方向为电能由所述母线流向所述第一电源；
在所述负载功率匹配电池放电功率时，所述第二电流值为0，所述第一变流器被关闭。
9.一种电池在线测试方法，其特征在于：所述方法基于一种电源系统，并应用如权利要求3所述的恒流放电方法进行电池在线测试；
所述电源系统包括电池和恒流放电装置，其具有正常工作模式和电池测试模式，并用于为负载供电；所述恒流放电装置为所述恒流放电方法所基于的恒流放电装置，所述第二变流器连接所述电池和母线并用于实现二者间的双向电能变换；
所述电池在线测试方法包括：
将所述电源系统切换至电池测试模式；
采用所述恒流放电方法对电池恒流放电，并启动计时；
在电池电压达到一低压阈值时或在计时达到一预设时长时，将所述电源系统切换至正常工作模式并结束计时；
根据电池的总放电时间评估电池性能。
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