CN113452118A - 储能电路的控制方法 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种储能电路的控制方法。其中，该方法包括：获取负载电路的负载信息，其中，负载信息至少包括：负载电压以及负载电阻；根据负载电阻确定待启动的电池模组的目标数量；根据负载电压确定目标数量的电池模组的目标导通时间；控制目标数量的电池模组导通目标导通时间，以用于向负载电路进行供电。本申请解决了由于相关技术中ES系统储能电路的连接方式固定，不能根据负载消耗电能的大小对电池模组的工作时间以及所需要参与供电的电池模组的数量进行灵活调整造成的供电方式单一、浪费电池电能、适用性差的技术问题。

Description

储能电路的控制方法
技术领域
本申请涉及电池储能领域，具体而言，涉及一种储能电路的控制方法。
背景技术
电池储能(ES)技术提供了广泛的功率和能量密度，使其适用于移动应用和固定批量存储应用。对电动汽车和电网的储能需求日益强烈推动了电池ES的发展，同时电池技术成本也显著降低。在应用中，单个电池具有低电压和低电流容量，无法满足储能系统的应用需求，大多数ES系统都有多个固定连接的串并联电池模组，每个模组由多个串并联单元组成。
但是，在传统固定连接的ES系统中，当用于向负载设备供电时，其一般都是将所有的电池模块同时开启，然后向负载设备供电，如果储能电池输出的电压过大，其又会利用电压转换器对输出电压进行调节，但是，这个过程显然会造成对储能电池的电能的浪费，即，相关技术中存在ES系统中的储能电路连接方式固定，不能根据负载消耗电能的大小，对电池模组的工作状态进行灵活调整地的技术问题。
针对上述的问题，目前尚未提出有效的解决方案。
发明内容
本申请实施例提供了一种储能电路的控制方法，以至少解决由于相关技术中ES系统储能电路的连接方式固定，不能根据负载消耗电能的大小对电池模组的工作时间以及所需要参与供电的电池模组的数量进行灵活调整造成的供电方式单一、浪费电池电能、适用性差的技术问题。
根据本申请实施例的一个方面，提供了一种储能电路的控制方法，包括：获取负载电路的负载信息，其中，负载信息至少包括：负载电压以及负载电阻；根据负载电阻确定待启动的电池模组的目标数量；根据负载电压确定目标数量的电池模组的目标导通时间；控制目标数量的电池模组导通目标导通时间，以用于向负载电路进行供电。
可选地，根据负载电压确定目标数量的电池模组的目标导通时间，包括：确定负载电压与目标数量的电池模组的输出电压的比值。
可选地，确定负载电压与目标数量的电池模组的输出电压的比值之后，方法还包括：将比值作为电池模组的占空比，其中，占空比为进行PWM控制时预定周期内电池模组的导通时长与预定周期对应的时长的比值；根据比值与占空比确定目标导通时间。
可选地，根据负载电阻确定待启动的电池模组的目标数量之前，方法还包括：采集负载电路的负载电阻；采集待启动的单个电池模组的输出电压。
可选地，根据负载电阻确定待启动的电池模组的目标数量，包括：根据负载电阻以及单个电池模组的输出电压确定待启动的电池模组的目标数量，其中，负载电阻越大，待启动的电池模组的目标数量越多。
可选地，电池模组的正负极两端分别与金属氧化物半导体场效晶体管MOSFET的输入端与输出端连接，多个MOSFET组成用于控制电池模组的开关阵列，根据负载电阻以及单个电池模组的输出电压确定待启动的电池模组的目标数量，包括：根据负载电阻，确定MOSFET的导通和/或断开数量，导通和/或断开数量的MOSFET用于使目标数量的待启动的电池模组进行导通供电。
可选地，导通MOSFET方式包括：向MOSFET输入高电平；断开MOSFET方式包括：向MOSFET输入低电平。
根据本申请实施例的一个方面，还提供了一种储能电路的控制装置，包括：获取模块，用于获取负载电路的负载信息，其中，负载信息至少包括：负载电压以及负载电阻；第一确定模块，用于根据负载电阻确定待启动的电池模组的目标数量；第二确定模块，用于根据负载电压确定目标数量的电池模组的目标导通时间；控制模块，用于控制目标数量的电池模组导通目标导通时间，以用于向负载电路进行供电。
根据本申请实施例的一个方面，还提供了一种非易失性存储介质，非易失性存储介质包括存储的程序，其中，在程序运行时控制非易失性存储介质所在设备执行任意一种储能电路的控制方法。
根据本申请实施例的一个方面，还提供了一种处理器，处理器用于运行程序，其中，程序运行时执行任意一种储能电路的控制方法。
在本申请实施例中，采用基于负载信息对电池模组的导通数量以及导通时间进行动态调节的方式，通过获取负载电路的负载信息，其中，负载信息至少包括：负载电压以及负载电阻；根据负载电阻确定待启动的电池模组的目标数量；根据负载电压确定目标数量的电池模组的目标导通时间；控制目标数量的电池模组导通目标导通时间，以用于向负载电路进行供电，达到了基于储能电路所连接的负载的电阻大小以及负载电压对储能电路中的电池模组的工作状态进行灵活动态调节的技术效果，进而解决了由于相关技术中ES系统储能电路的连接方式固定，不能根据负载消耗电能的大小对电池模组的工作时间以及所需要参与供电的电池模组的数量进行灵活调整造成的供电方式单一、浪费电池电能、适用性差的技术问题。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
图1是根据本申请实施例的一种可选的储能电路的控制方法的流程示意图；
图2是根据本申请实施例的一种可选的ES系统的结构示意图；
图3是根据本申请实施例的一种可选的储能电路的控制装置的结构示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都应当属于本申请保护的范围。
需要说明的是，本申请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，以便这里描述的本申请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。
根据本申请实施例，提供了一种储能电路的控制方法的实施例，需要说明的是，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。
图1是根据本申请实施例的储能电路的控制方法，如图1所示，该方法包括如下步骤：
步骤S102，获取负载电路的负载信息，其中，负载信息至少包括：负载电压以及负载电阻；
步骤S104，根据负载电阻确定待启动的电池模组的目标数量；
步骤S106，根据负载电压确定目标数量的电池模组的目标导通时间；控制目标数量的电池模组导通目标导通时间，以用于向负载电路进行供电。
该储能电路的控制方法中，获取负载电路的负载信息，其中，负载信息至少包括：负载电压以及负载电阻，根据负载电阻确定待启动的电池模组的目标数量；根据负载电压确定目标数量的电池模组的目标导通时间；控制目标数量的电池模组导通目标导通时间，以用于向负载电路进行供电，达到了基于储能电路所连接的负载的电阻大小以及负载电压对储能电路中的电池模组的工作状态进行灵活动态调节的技术效果，进而解决了由于相关技术中ES系统储能电路的连接方式固定，不能根据负载消耗电能的大小对电池模组的工作时间以及所需要参与供电的电池模组的数量进行灵活调整造成的供电方式单一、浪费电池电能、适用性差的技术问题。
本申请一些可选的实施例中，根据负载电压确定目标数量的电池模组的目标导通时间时，可先确定负载电压与目标数量的电池模组的输出电压的比值。
本申请一些实施例中，在确定负载电压与目标数量的电池模组的输出电压的比值之后，可将上述比值作为电池模组的占空比；根据比值与占空比确定目标导通时间，需要说明的是，占空比为进行PWM控制时预定周期内电池模组的导通时长与预定周期对应的时长的比值。
具体地，可通过微处理器控制电池矩阵模块中的开关阵列，控制开关的导通从而控制电池连接拓扑的变化，通过对电池模块的占空比
Figure BDA0003142585790000041
的控制从而实现对电池模组的输出电压的控制(其中,T为PWM控制的时间周期，t为电池模组与负载在一个周期T内的时间)，并最终实现电池储能系统与负载电压或者电池均衡充电电压的匹配。)
具体的PWM控制方法可以为：Vout＝D×VModule,其中Vout为加以PWM控制后电池模组的输出电压。
具体步骤为：
第一步：微处理器得到负载信息，主要包括负载电压Vload；
第二步：微处理器控制开关阵列得到相应的电池拓扑连接，定义其电池组成的多个电池单体为电池模组，电池模组的输出电压为VModule。一般的，电池模组电压大于负载电压，即：VModule≥VLoad；
第三步：微处理器通过计算电池模组和负载电压之间的关系，求得在对电池模组进行PWM控制时的导通比D，具体做法为
Figure BDA0003142585790000051
第四步：微处理器执行相应的电池拓扑连接控制指令，并进行PWM控制得到所需输出电压。
需要说明的是，该可重构电池储能系统通过控制可重构电池模组在ms级周期内的通断，以的方式实现电压控制，并与可重构电池模组的方式进行电池模组选择，从而避免了单一电池模组长期作为电源输出对电池单体的损坏。以下部分将介绍可重构电池储能系统的PWM电压控制与可重构电池模组选择。
在本发明中，可以通过选择性地连接不同的电池模块，并通过控制器控制MOSFET做功率变换的储能变换，通过升压方式补偿升压补偿不平衡实现电池系统电压整流，从而可以增加储能系统的工作范围，并且可以表现出buck-boost特性。这在一些应用中是需要的，例如电力驱动和电动汽车。为了能够有选择地连接电池系统的不同电池模块并获得可变从而输入电压，本发明通过可重构开关电路选择使用不同的电池模块。
图2是本申请一种可选的ES系统,如图2所示，ES系统的主要物理组件包括：电池管理系统、电池模块矩阵、集成化buck-boost转换切换模块，该转换器在电池模块和负载间提供一个可控的电源接口。电池管理系统与集成可重构buck-boost转换切换模块和电池矩阵模块之间通过数据线相连接，电池运行状态信息和动态负载信息发送至电池管理系统微控制器模块，有微控制器在分析电池状态和负载信息的基础上做出电池充放电、负载馈电和SoC均衡的控制指令。
需要说明的是，电池模组的两端分别可以与两个MOSFET的输入与输出端相连，通过微处理器控制MOSFET做功率变换的储能变换，控制MOSFET在一个开关频率内，电压导通的占空比进行的功率输出的整流，实现升/降压的充放电均衡补偿。除此之外，微处理器通过控制MOSFET通/断能够对应地实现储能系统不同的工作模式，比如：SOC均衡控制、外部电源对储能系统充电、电池ES系统为负载供电以及预防储能ES系统失效的外部电源直接供电的不间断电源模式(UPS)。
本申请一些实施例中，在根据负载电阻确定待启动的电池模组的目标数量之前，可以采集负载电路的负载电阻，并采集待启动的单个电池模组的输出电压。
可以理解的，根据负载电阻确定待启动的电池模组的目标数量，可通过以下步骤实现：根据负载电阻以及单个电池模组的输出电压确定待启动的电池模组的目标数量，需要说明的是，负载电阻越大，待启动的电池模组的目标数量越多。
本申请一些实施例中，电池模组的正负极两端分别与金属氧化物半导体场效晶体管MOSFET的输入端与输出端连接，多个MOSFET组成用于控制电池模组的开关阵列，可以理解的，根据负载电阻以及单个电池模组的输出电压确定待启动的电池模组的目标数量可通过以下方式实现：根据负载电阻，确定MOSFET的导通和/或断开数量，导通和/或断开数量的MOSFET用于使目标数量的待启动的电池模组进行导通供电。
可选的，工作电池模块的切换方式如下表所示。通过控制三极管开关器件(MOSFET)的端电压实现三极管的通断控制，其中：1代表高电平，三极管导通；0代表低电平，三极管断开。由于存在冗余模式，电池模块选择器还支持容错操作。例如，如果模块B1失败，可以在B2继续加载时绕过它。
Figure BDA0003142585790000061
需要说明的是，导通MOSFET方式包括但不限于：向MOSFET输入高电平；断开MOSFET方式包括：向MOSFET输入低电平。
图3是根据本申请实施例的一种储能电路的控制装置，如图3所示，该储能电路的控制装置包括：
获取模块40，用于获取负载电路的负载信息，其中，负载信息至少包括：负载电压以及负载电阻；
第一确定模块42，用于根据负载电阻确定待启动的电池模组的目标数量；第二确定模块，用于根据负载电压确定目标数量的电池模组的目标导通时间；
控制模块44，用于控制目标数量的电池模组导通目标导通时间，以用于向负载电路进行供电。
该储能电路的控制装置中，获取模块40，用于获取负载电路的负载信息，其中，负载信息至少包括：负载电压以及负载电阻；第一确定模块42，用于根据负载电阻确定待启动的电池模组的目标数量；第二确定模块，用于根据负载电压确定目标数量的电池模组的目标导通时间；控制模块44，用于控制目标数量的电池模组导通目标导通时间，以用于向负载电路进行供电，达到了基于储能电路所连接的负载的电阻大小以及负载电压对储能电路中的电池模组的工作状态进行灵活动态调节的技术效果，进而解决了由于相关技术中ES系统储能电路的连接方式固定，不能根据负载消耗电能的大小对电池模组的工作时间以及所需要参与供电的电池模组的数量进行灵活调整造成的供电方式单一、浪费电池电能、适用性差的技术问题。
本申请一些可选的实施例中，根据负载电压确定目标数量的电池模组的目标导通时间时，可先确定负载电压与目标数量的电池模组的输出电压的比值。
本申请一些实施例中，在确定负载电压与目标数量的电池模组的输出电压的比值之后，可将上述比值作为电池模组的占空比；根据比值与占空比确定目标导通时间，需要说明的是，占空比为进行PWM控制时预定周期内电池模组的导通时长与预定周期对应的时长的比值。
本申请一些实施例中，在根据负载电阻确定待启动的电池模组的目标数量之前，可以采集负载电路的负载电阻，并采集待启动的单个电池模组的输出电压。
可以理解的，根据负载电阻确定待启动的电池模组的目标数量，可通过以下步骤实现：根据负载电阻以及单个电池模组的输出电压确定待启动的电池模组的目标数量，需要说明的是，负载电阻越大，待启动的电池模组的目标数量越多。
本申请一些实施例中，电池模组的正负极两端分别与金属氧化物半导体场效晶体管MOSFET的输入端与输出端连接，多个MOSFET组成用于控制电池模组的开关阵列，可以理解的，根据负载电阻以及单个电池模组的输出电压确定待启动的电池模组的目标数量可通过以下方式实现：根据负载电阻，确定MOSFET的导通和/或断开数量，导通和/或断开数量的MOSFET用于使目标数量的待启动的电池模组进行导通供电。
需要说明的是，导通MOSFET方式包括但不限于：向MOSFET输入高电平；断开MOSFET方式包括：向MOSFET输入低电平。
根据本申请实施例的一个方面，还提供了一种非易失性存储介质，非易失性存储介质包括存储的程序，其中，在程序运行时控制非易失性存储介质所在设备执行任意一种储能电路的控制方法。
具体地，上述存储介质用于存储执行以下功能的程序指令，实现以下功能:
获取负载电路的负载信息，其中，负载信息至少包括：负载电压以及负载电阻；根据负载电阻确定待启动的电池模组的目标数量；根据负载电压确定目标数量的电池模组的目标导通时间；控制目标数量的电池模组导通目标导通时间，以用于向负载电路进行供电。
根据本申请实施例的一个方面，还提供了一种处理器，处理器用于运行程序，其中，程序运行时执行任意一种储能电路的控制方法。
具体地，上述处理器用于调用存储器中的程序指令，实现以下功能：
获取负载电路的负载信息，其中，负载信息至少包括：负载电压以及负载电阻；根据负载电阻确定待启动的电池模组的目标数量；根据负载电压确定目标数量的电池模组的目标导通时间；控制目标数量的电池模组导通目标导通时间，以用于向负载电路进行供电。
上述本申请实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
在本申请的上述实施例中，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，在本申请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，本申请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)执行本申请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。
以上所述仅是本申请的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本申请的保护范围。

Claims (10)

1.一种储能电路的控制方法，其特征在于，包括：
获取负载电路的负载信息，其中，所述负载信息至少包括：负载电压以及负载电阻；
根据所述负载电阻确定待启动的电池模组的目标数量；
根据所述负载电压确定所述目标数量的电池模组的目标导通时间；
控制所述目标数量的所述电池模组导通所述目标导通时间，以用于向所述负载电路进行供电。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述负载电压确定所述目标数量的电池模组的目标导通时间，包括：
确定所述负载电压与所述目标数量的电池模组的输出电压的比值。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，确定所述负载电压与所述目标数量的电池模组的输出电压的比值之后，所述方法还包括：
将所述比值作为所述电池模组的占空比，其中，所述占空比为进行PWM控制时预定周期内电池模组的导通时长与预定周期对应的时长的比值；
根据所述比值与所述占空比确定所述目标导通时间。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述负载电阻确定待启动的电池模组的目标数量之前，所述方法还包括：
采集负载电路的所述负载电阻；
采集所述待启动的单个电池模组的输出电压。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，根据所述负载电阻确定待启动的电池模组的目标数量，包括：
根据所述负载电阻以及所述单个电池模组的输出电压确定所述待启动的电池模组的目标数量，其中，所述负载电阻越大，所述待启动的电池模组的目标数量越多。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述电池模组的正负极两端分别与金属氧化物半导体场效晶体管MOSFET的输入端与输出端连接，多个所述MOSFET组成用于控制所述电池模组的开关阵列，根据所述负载电阻以及所述单个电池模组的输出电压确定所述待启动的电池模组的目标数量，包括：
根据所述负载电阻，确定所述MOSFET的导通和/或断开数量，所述导通和/或断开数量的MOSFET用于使所述目标数量的待启动的电池模组进行导通供电。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，导通所述MOSFET方式包括：向所述MOSFET输入高电平；断开所述MOSFET方式包括：向所述MOSFET输入低电平。
8.一种储能电路的控制装置，其特征在于，包括：
获取模块，用于获取负载电路的负载信息，其中，所述负载信息至少包括：负载电压以及负载电阻；
第一确定模块，用于根据所述负载电阻确定待启动的电池模组的目标数量；
第二确定模块，用于根据所述负载电压确定所述目标数量的电池模组的目标导通时间；
控制模块，用于控制所述目标数量的所述电池模组导通所述目标导通时间，以用于向所述负载电路进行供电。
9.一种非易失性存储介质，其特征在于，所述非易失性存储介质包括存储的程序，其中，在所述程序运行时控制所述非易失性存储介质所在设备执行权利要求1至7中任意一项所述储能电路的控制方法。
10.一种处理器，其特征在于，所述处理器用于运行程序，其中，所述程序运行时执行权利要求1至7中任意一项所述储能电路的控制方法。
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