CN115001114B - 保持蓄电池分组电压均衡的电路、控制方法及系统 - Google Patents

保持蓄电池分组电压均衡的电路、控制方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开保持蓄电池分组电压均衡的电路、控制方法及系统，该蓄电池分组电压均衡的电路包括：蓄电池组，由多个蓄电池分组串联设置组成；多个电压均衡控制器，每一电压均衡控制器的高压端口与直流母线连接，每一电压均衡控制器的低压端口与对应的蓄电池分组连接；系统监控器分别与多个蓄电池分组连接，用于检测各蓄电池分组的电压并计算各蓄电池分组的平均电压；系统监控器还分别与多个电压均衡控制器通讯连接，并用于在检测到任意一蓄电池分组的电压值低于平均电压，且蓄电池分组的电压值与平均电压的差值大于预设电压差值时，控制与蓄电池分组对应的电压均衡控制器对蓄电池分组进行充电。本发明提高了蓄电池电压的均衡性。

Description

保持蓄电池分组电压均衡的电路、控制方法及系统
技术领域
本发明涉及电力领域，尤其涉及一种保持蓄电池分组电压均衡的电路、控制方法及系统。
背景技术
蓄电池分组技术应用于直流操作电源系统，可有效提高直流母线的供电可靠性。例如目前行业内使用的电力用直流守护电源系统。蓄电池分组技术是将整组蓄电池分为几个小的分组，然后各蓄电池分组再分别通过DC/DC变换器与直流母线连接。在直流操作电源系统正常运行时，DC/DC变换器大部分时间处于热备用状态。假设系统同时发生交流失电和个别单节蓄电池故障，此时未发生故障的蓄电池分组可通过DC/DC变换器为直流母线供电，保证直流母线供电的连续性。蓄电池组是保证直流母线连续供电的重要保障，蓄电池组的可靠运行对直流操作电源系统至关重要。蓄电池组是由多个单节蓄电池串联组成的，单节蓄电池欠压或过压均会影响蓄电池的使用寿命，因此为了保证蓄电池组的正常运行，各单节蓄电池的电压需要尽量保持均衡，因此各蓄电池分组的电压也需要尽量保持均衡。各DC/DC变换器热备用状态的功耗存在不一致的情况，只要各DC/DC变换器热备用状态的输入电流偏差达到mA级别，经长期运行就会导致各蓄电池分组的端电压产生偏差，从而影响蓄电池组的可靠运行。
发明内容
本发明的主要目的是提出一种保持蓄电池分组电压均衡的电路、控制方法及系统，旨在提高蓄电池电压的均衡性，从而提高供电系统运行的可靠性。
为实现上述目的，本发明提出保持蓄电池分组电压均衡的电路，包括：蓄电池组，包括多个蓄电池分组，多个所述蓄电池分组串联设置；
多个电压均衡控制器，每一所述电压均衡控制器对应设置一个蓄电池分组，每一所述电压均衡控制器的高压端口与直流母线连接，每一所述电压均衡控制器的低压端口与对应的所述蓄电池分组连接；
系统监控器，分别与多个所述蓄电池分组连接，所述系统监控器用于检测各所述蓄电池分组的电压并根据检测的各所述蓄电池分组的电压计算所述蓄电池组的平均电压；
所述系统监控器还分别与多个所述电压均衡控制器通讯连接，所述系统监控器还用于在检测到任意一所述蓄电池分组的电压值低于平均电压，且检测的所述蓄电池分组的电压值与平均电压的差值大于预设电压差值时，控制所述蓄电池分组对应的电压均衡控制器对所述蓄电池分组进行充电。
可选地，每一所述电压均衡控制器包括电压变换电路、二极管及开关，所述电压变换电路的高压端口与直流母线连接，所述电压变换电路的低压端口正极与所述二极管的阴极及所述开关的第一端互连，所述二极管的阳极与所述开关的第二端及所述蓄电池分组的正极互连，所述电压变换电路的低压端口负极与所述蓄电池分组的负极连接；
所述系统监控器具体用于在检测到任意一所述蓄电池分组的电压值低于所述蓄电池组的平均电压，且检测的所述蓄电池分组的电压值与所述平均电压的差值大于预设电压差值时，控制与所述蓄电池分组对应的电压均衡控制器中的开关导通，并控制所述电压变换电路对所述蓄电池分组进行充电。
可选地，所述保持蓄电池分组电压均衡的电路还包括多个DC/DC变换器；
每一所述DC/DC变换器的高压端口与所述直流母线连接，每一所述DC/DC变换器的低压端口正极与一所述电压变换电路的低压端口正极连接，每一所述DC/DC变换器的低压端口负极与一所述蓄电池分组的负极连接。
可选地，所述电压均衡控制器还包括主控电路，每一所述电压均衡控制器中的主控电路分别与所述电压均衡控制器对应的所述DC/DC变换器的高压端口及所述电压变换电路的受控端连接，所述主控电路用于检测所述DC/DC变换器的高压端口输出电流，并在检测到所述DC/DC变换器的高压端口输出电流大于或等于预设电流时，控制与所述DC/DC变换器对应的所述电压变换电路的低压端口输出电压小于与所述DC/DC变换器对应的所述蓄电池分组的电压。
可选地，所述系统监控器还分别与多个所述DC/DC变换器通讯连接，所述系统监控器还用于检测各所述DC/DC变换器高压端口的输出电流，并在检测到任意一所述DC/DC变换器的输出电流大于或等于预设电流时，控制与所述DC/DC变换器对应的所述电压变换电路的低压端口输出电压小于与所述DC/DC变换器对应的所述蓄电池分组的电压。
可选地，所述系统监控器还用于在检测到任意一所述DC/DC变换器的输出电流小于预设电流时，控制与所述DC/DC变换器对应的所述电压变换电路的低压端口输出电压大于与所述DC/DC变换器对应的所述蓄电池分组的电压，且控制所述电压变换电路向所述DC/DC变换器输出功率，以提供所述DC/DC变换器的热备用功率。
本发明提出一种保持蓄电池分组电压均衡的控制方法，所述保持蓄电池分组电压均衡的控制方法采用如上所述的保持蓄电池分组电压均衡的电路，所述保持蓄电池分组电压均衡的电路包括蓄电池分组及电压均衡控制器，所述保持蓄电池分组电压均衡的控制方法包括以下步骤：
步骤S10、检测多个所述蓄电池分组的工作电压；
步骤S20、根据检测到各所述蓄电池分组的工作电压计算各所述蓄电池分组的平均电压；
步骤S30、在检测到任意一所述蓄电池分组的工作电压低于平均电压，且检测的所述蓄电池分组的电压值与平均电压的差值大于预设电压差值时，控制所述蓄电池分组对应的电压均衡控制器对所述蓄电池分组进行充电。
可选地，所述保持蓄电池分组电压均衡的控制方法还包括以下步骤：
步骤S40、检测各所述DC/DC变换器高压端口的输出电流；
步骤S50、在检测到任意一所述DC/DC变换器高压端口的输出电流大于或等于预设电流值时，控制与所述DC/DC变换器对应的所述电压变换电路的低压端口输出电压小于与所述DC/DC变换器对应的所述蓄电池分组的电压。
可选地，在所述步骤S40之后还包括以下步骤：
步骤S51、在检测到任意一所述DC/DC变换器的输出电流小于预设电流时，控制与所述DC/DC变换器对应的所述电压均衡控制器中所述电压变换电路的低压端口输出电压大于与所述蓄电池分组的电压。
本发明提出一种充电系统，所述充电系统包括如上所述的保持蓄电池分组电压均衡的电路及充电机；
所述充电机的输入端接入交流电网，所述充电机的输出端接入直流母线，所述充电机用于将接入交流电网的交流电压转换为直流电压并输出至直流母线；
本发明中保持蓄电池分组电压均衡的电路通过设置蓄电池组、多个电压均衡控制器及系统监控器。其中，蓄电池组包括多个蓄电池分组，多个蓄电池分组串联设置，每一电压均衡控制器对应设置一个蓄电池分组，每一电压均衡控制器的高压端口与直流母线连接，每一电压均衡控制器的低压端口与对应的蓄电池分组连接，系统监控器分别与多个蓄电池分组连接，系统监控器用于检测各蓄电池分组的电压并根据检测的各蓄电池分组的电压计算蓄电池组的平均电压，系统监控器还分别与多个电压均衡控制器通讯连接，系统监控器还用于在检测到任意一蓄电池分组的电压值低于平均电压，且检测的蓄电池分组的电压值与平均电压的差值大于预设电压差值时，控制蓄电池分组对应的电压均衡控制器对蓄电池分组进行充电。在系统监控器检测到任意一蓄电池分组电压低于蓄电池组的平均电压，且与平均电压的差值大于预设电压差值时，系统监控器控制对应的电压均衡控制器对该蓄电池分组进行充电，提高该蓄电池分组的电压，从而使得蓄电池组的所有蓄电池分组与平均电压的差值低于预设电压差值，实现蓄电池组的电压均衡。通过设置这种电路，本发明提高了蓄电池电压的均衡性，从而提高供电系统运行的可靠性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
图1为本发明保持蓄电池分组电压均衡的电路一实施例的电路结构示意图；
图2为本发明保持蓄电池分组电压均衡的电路另一实施例的的电路结构示意图；
图3为本发明保持蓄电池分组电压均衡的控制方法一实施例的工作流程图；
图4为本发明保持蓄电池分组电压均衡的控制方法另一实施例的工作流程图；
图5为本发明保持蓄电池分组电压均衡的控制方法另一实施例的工作流程图；
图6为本发明充电系统一实施例的结构示意图。
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
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，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，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。需要说明，若本发明实施例中有涉及方向性指示（诸如上、下、左、右、前、后……），则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态（如附图所示）下各部件之间的相对位置关系、运动轻况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
另外，若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
参照图1及图2，在本发明一实施例中，该保持蓄电池分组电压均衡的电路包括：
蓄电池组，包括多个蓄电池分组，多个所述蓄电池分组串联设置；
多个电压均衡控制器，每一所述电压均衡控制器对应设置一个蓄电池分组，每一所述电压均衡控制器的高压端口与直流母线连接，每一所述电压均衡控制器的低压端口与对应的所述蓄电池分组连接；
系统监控器，分别与多个所述蓄电池分组连接，所述系统监控器用于检测各所述蓄电池分组的电压并根据检测的多个所述蓄电池分组的电压计算所述蓄电池组的平均电压；
所述系统监控器还分别与多个所述电压均衡控制器通讯连接，所述系统监控器还用于在检测到任意一所述蓄电池分组的电压值低于平均电压，且所述蓄电池分组的电压值与所述平均电压的差值大于预设电压差值时，控制与所述蓄电池分组对应的电压均衡控制器对所述蓄电池分组进行充电。
在本实施例中，蓄电池组中分为n个蓄电池分组，分别记为B1、B2…Bn，各蓄电池分组之间串联。
电压均衡控制器设置有多个，分别记为E1、E2…En，每一个电压均衡控制器设置一个对应的蓄电池分组，电压均衡控制器E1对应设置有蓄电池分组B1，电压均衡控制器E2对应设置有蓄电池分组B2，电压均衡控制器En对应设置有蓄电池分组Bn。电压均衡控制器的高压端口连接直流母线，电压均衡控制器的低压端口连接对应蓄电池分组，电压均衡控制器E1、E2…En的高压端口都与直流母线连接，电压均衡控制器E1的低压端口与蓄电池分组B1连接，电压均衡控制器E2的低压端口与蓄电池分组B2连接，电压均衡控制器En的低压端口与蓄电池分组Bn连接。
系统监控器用于检测各所述蓄电池分组的电压并根据检测的各所述蓄电池分组的电压计算所述蓄电池组的平均电压，系统监控器分别检测蓄电池分组B1、B2…Bn的电压，并由检测到蓄电池分组B1、B2…Bn的各个电压计算出蓄电池分组B1、B2…Bn的平均电压，系统监控器预先设置有电压差值，根据检测各蓄电池分组B1、B2…Bn的各个电压与计算的平均电压的差值，来判断各蓄电池分组B1~Bn的端电压的均衡状态，在检测到任意一个蓄电池分组与平均电压的差值大于预设电压差值时，认定该蓄电池分组的工作状态不均衡。例如，蓄电池分组B1、B2…Bn的浮充电电压为58.5V，系统监控器内设置蓄电池分组电压不均衡度阀值为3%，系统监控器内设置的预设电压差值为58.5V*3%=1.74V，在一时刻计算出蓄电池分组B1、B2…Bn的平均电压为58.5V，并检测到蓄电池分组B1的电压值为56.5V低于平均电压58.5V，且与平均电压的差值为2V大于预设电压差值，此时认定蓄电池分组B1处于不均衡状态，而同时检测到蓄电池分组B2的电压为57V低于平均电压58.5V，且与平均电压的差值为1.5V小于预设电压差值，此时认定蓄电池分组B2处于均衡状态。
电压均衡控制器E1~En与系统监控器通讯，通信接口采用RS485或CAN。系统监控器根据预先设定的控制策略，根据各蓄电池分组B1~Bn的端电压的均衡状态来控制，系统监控器分别与电压均衡控制器E1~En通讯连接，并在检测任意一蓄电池分组处于不均衡状态，控制对应的电压均衡控制器为蓄电池分组进行充电。例如，系统监控器内设置的预设电压差值为58.5V*3%=1.74V，在一时刻计算出蓄电池分组B1、B2…Bn的平均电压为58.5V，并检测到蓄电池分组B1的电压值为56.5V低于平均电压58.5V，且与平均电压的差值为2V大于预设电压差值，此时认定蓄电池分组B1处于不均衡状态，此时控制对应的电压均衡控制器E1对蓄电池分组B1进行充电，以提升蓄电池分组B1的电压，使得蓄电池分组B1的电压与平均电压值之间的差值减少，降低蓄电池分组B1的不均衡度。在同时检测到蓄电池分组B1为56.5V低于平均电压58.5V，且蓄电池分组B2为56V低于平均电压58.5V，此时认定蓄电池分组B1与B2均处于不均衡状态，此时控制对应的电压均衡控制器E1对蓄电池分组B1进行充电，同时控制电压均衡控制器E2对蓄电池分组B2进行充电，使得蓄电池分组B1及B2的电压与平均电压值之间的差值减少，降低蓄电池分组B1及B2的不均衡度。
需要说明的是，各蓄电池分组之间的均衡度调节是相互独立的，系统监控器在检测到任意一蓄电池分组处于不均衡状态时，控制对应的蓄电池分组不再工作，并对该蓄电池分组进行充电以降低电压的不均衡度，其他处于均衡状态的蓄电池分组不受到影响。例如，在检测到蓄电池分组B1处于不均衡状态时，而B2~Bn的蓄电池分组处于均衡状态时，系统监控器控制电压均衡控制器E1对蓄电池分组B1进行充电，而B2~Bn的蓄电池分组不受到影响。
假设系统发生交流电压失电故障且蓄电池分组B1内有单节蓄电池故障，导致整组蓄电池无法向直流母线供电。此时DC/DC变换器M2~Mn的高压直流端口将自动输出维持直流母线电压满足系统负荷要求，相当于电压均衡控制器E2~En内电压变换电路Z2~Zn的高压输入直流端口由DC/DC变换器M2~Mn提供，其低压输出直流端口又提供功率给DC/DC变换器M2~Mn，这将使得电压均衡控制器E2~En内的电压变换电路Z2~Zn由稳压工作状态进入限流工作状态，其低压输出端口的电压将不断下降，直到降低到相应的蓄电池分组B2~Bn的端电压，转变为由蓄电池分组B2~Bn为相应的DC/DC变换器M2~Mn提供功率。蓄电池分组B1所对应的DC/DC变换器M1因输入欠压而停止工作，其他未发生故障的蓄电池分组B2~Bn均将通过相应电压均衡控制器E2~En内的隔离二极管D2~Dn和相应的DC/DC变换器M2~Mn为直流母线提供功率，此时相应的电压均衡控制器E2~En内的电压变换电路Z1~Zn均处于限流状态。其他蓄电池分组B2~Bn内存在故障导致不能对外供电时，工作过程和上述类似，不再累述。
本实施例的工作原理为：系统监控器检测各蓄电池分组的电压并根据检测的各蓄电池分组的电压计算蓄电池组的平均电压，在检测到任意一蓄电池分组的电压低于蓄电池组的平均电压，且与蓄电池组的平均电压之间的差值大于预设电压差值时，认定蓄电池分组处于不均衡装置，控制对应的电压均衡控制器对蓄电池分组进行充电，以降低蓄电池组的不均衡度。
本发明中保持蓄电池分组电压均衡的电路通过设置蓄电池组、多个电压均衡控制器及系统监控器。其中，蓄电池组包括多个蓄电池分组，多个蓄电池分组串联设置，每一电压均衡控制器对应设置一个蓄电池分组，每一电压均衡控制器的高压端口与直流母线连接，每一电压均衡控制器的低压端口与对应的蓄电池分组连接，系统监控器分别与多个蓄电池分组连接，系统监控器用于检测各蓄电池分组的电压并根据检测的各蓄电池分组的电压计算蓄电池组的平均电压，系统监控器还分别与多个电压均衡控制器通讯连接，系统监控器还用于在检测到任意一蓄电池分组的电压值低于平均电压，且检测的蓄电池分组的电压值与平均电压的差值大于预设电压差值时，控制蓄电池分组对应的电压均衡控制器对蓄电池分组进行充电。在系统监控器检测到任意一蓄电池分组电压低于蓄电池组的平均电压，且与平均电压的差值大于预设电压差值时，系统监控器控制对应的电压均衡控制器对该蓄电池分组进行充电，提高该蓄电池分组的电压，从而使得蓄电池组的所有蓄电池分组与平均电压的差值低于预设电压差值，实现蓄电池组的电压均衡。通过设置这种电路，本发明提高了蓄电池电压的均衡性，从而提高供电系统运行的可靠性。
参照图1及图2，在一实施例中，每一所述电压均衡控制器包括电压变换电路、二极管及开关，所述电压变换电路的高压端口与直流母线连接，所述电压变换电路的低压端口正极与所述二极管的阴极及所述开关的第一端互连，所述二极管的阳极与所述开关的第二端及所述蓄电池分组的正极互连，所述电压变换电路的低压端口负极与所述蓄电池分组的负极连接；
所述系统监控器具体用于在检测到任意一所述蓄电池分组的电压值低于所述蓄电池组的平均电压，且检测的所述蓄电池分组的电压值与所述平均电压的差值大于预设电压差值时，控制与所述蓄电池分组对应的电压均衡控制器中的开关导通，并控制所述电压变换电路对所述蓄电池分组进行充电。
在本实施例中，电压均衡控制器E1~En中对应的电压变换电路记为Z1~Zn，对应的二极管记为D1~Dn，对应的开关记为K1~Kn。电压均衡控制器E1~En内的隔离二极管D1~Dn分别连接在蓄电池分组B1~Bn和DC/DC变换器M1~Mn之间，其阳极连接蓄电池分组B1~Bn的正极，阴极连接DC/DC变换器M1~Mn的低压直流端口的正极。电压均衡控制器E1~En内的控制开关K1~Kn与隔离二极管D1~Dn一一对应，且并联连接，在未对所述蓄电池分组充电B1~Bn时，控制开关K1~Kn保持断开状态。
电压均衡控制器E1~En的高压端口为电压变换电路Z1~Zn的高压端口，与直流母线连接，电压均衡控制器所需要的工作功率由直流母线提供。
假设系统的直流母线为220V，所配置的蓄电池组为104只2V蓄电池，将蓄电池组分为4组B1~B4，4个蓄电池分组均为26节2V蓄电池。每个蓄电池分组的浮充电压为26*2.25V=58.5V，均充电压为26*2.35V=61.1V，充电终止电压为26*1.8=46.8V，最高电压为26*2.4V=62.4V。系统配置4组DC/DC变换器M1~M4，4组电压均衡控制器E1~E4。交流电网正常，充电机为直流母线和蓄电池组提供电能，假设蓄电池组处于浮充状态，且4个蓄电池分组的端电压保持均衡，4个蓄电池分组的端电压均为58.5V，此时DC/DC变换器M1~M4均处于热备用工作状态，系统监控设置电压均衡控制器E1~E4内电压变换电路Z1~Zn低压直流端口的输出电压高于蓄电池分组的端电压最大值62.4V，假设设置电压为65V，电压均衡控制器E1~E4内隔离二极管D1~D4将承受反压65V-62.4V=2.6V，处于截止状态，使得蓄电池分组B1~B4均不对外提供功率，DC/DC变换器M1~M4维持热备用工作状态所需的功率均由电压均衡控制器E1~E4内的电压变换电路Z1~Zn提供，电压均衡控制器E1~E4的所需功率由直流母线提供。
在本实施例中，系统监控器内设置相应的控制策略，设置蓄电池分组电压不均衡度阀值△U，系统监控器实时监测到各蓄电池分组电压的均衡情况，假设蓄电池分组B1的不均衡度超过△U，且电压低于各蓄电池分组B1~Bn端电压的平均值，系统监控器将控制电压均衡控制器E1内的控制开关K1闭合，使电压均衡控制器E1内的电压变换电路Z1通过控制开关K1对此蓄电池分组B1进行小电流补充电能，使得蓄电池分组B1的电压逐渐升高，直到蓄电池分组B1的不均衡度满足要求。其他蓄电池分组B2~Bn出现电压不均衡度超过△U，且电压低于各蓄电池分组B1~Bn端电压的平均值时，处理方式同上，最终实现各蓄电池分组B1~Bn之间的电压均衡。
例如，系统监控器内设置蓄电池分组电压不均衡度阀值为3%，系统监控器实时监测到蓄电池分组B1~B4端电压的均衡情况，假设蓄电池分组B1的端电压降低为56.5V，不均衡度为（58.5V-56.5V）/58.5V=3.42%，超过了系统监控器设置的电压不均衡度阀值，且蓄电池分组B1的端电压56.5V低于各蓄电池分组B1~B4端电压的平均值58.5V，系统监控器将控制电压均衡控制器E1内的控制开关K1闭合，使电压均衡控制器E1内的电压变换电路Z1通过控制开关K1对蓄电池分组B1进行小电流补充电能，使得蓄电池分组B1的电压逐渐升高，直到蓄电池分组B1的不均衡度满足要求。其他蓄电池分组B2~B4出现电压不均衡度超过3%，且电压低于各蓄电池分组B1~B4端电压的平均值58.5V时，处理方式同上，最终实现各蓄电池分组B1~B4之间的电压均衡。
本实施例中各蓄电池分组之间的均衡度调节是相互独立的，系统监控器在检测到任意一蓄电池分组处于不均衡状态时，控制对应的蓄电池分组不再工作，并对该蓄电池分组进行充电以降低电压的不均衡度，其他处于均衡状态的蓄电池分组不受到影响。例如，在检测到蓄电池分组B1处于不均衡状态时，而B2~Bn的蓄电池分组处于均衡状态时，系统监控器控制电压均衡控制器E1对蓄电池分组B1进行充电，而B2~Bn的蓄电池分组不受到影响。
假设系统发生交流电压失电故障且蓄电池分组B1内有单节蓄电池故障，导致整组蓄电池无法向直流母线供电。此时DC/DC变换器M2~M4的高压直流端口将自动输出维持直流母线电压满足系统负荷要求，相当于电压均衡控制器E2~E4内电压变换电路Z2~Z4的高压输入直流端口由DC/DC变换器M2~M4提供，其低压输出直流端口又提供功率给DC/DC变换器M2~M4，这将使得电压均衡控制器E2~E4内电压变换电路Z2~Z4由稳压工作状态进入限流工作状态，其低压输出端口的电压将不断下降，直到降低到相应的蓄电池分组B2~B4的端电压58.5V，转变为由蓄电池分组B2~B4为DC/DC变换器M2~M4提供功率。除蓄电池分组B1因故障无法提供功率外，其他未发生故障的三组蓄电池分组B2~B4均将通过电压均衡控制器E2~E4内的隔离二极管D2~D4和相应的DC/DC变换器M2~M4为直流母线提供功率，此时相应的电压均衡控制器Z2~Z4均处于限流状态。
参照图1及图2，在一实施例中，所述保持蓄电池分组电压均衡的电路还包括多个DC/DC变换器；
每一所述DC/DC变换器的高压端口与所述直流母线连接，每一所述DC/DC变换器的低压端口正极与一所述电压变换电路的低压端口连接，每一所述DC/DC变换器的低压端口负极与一所述蓄电池分组的负极连接。
在本实施例中，DC/DC变换器记为M1~Mn，每一DC/DC变换器对应设置有一个蓄电池分组，DC/DC变换器M1对应设置蓄电池分组B1，DC/DC变换器Mn对应设置蓄电池分组Bn。DC/DC变换器配置两个端口，一个高压直流端口，一个低压直流端口，两个端口相互电气隔离。DC/DC变换器M1~Mn的高压直流端口并联后连接到直流母线，低压直流端口分别通过电压均衡控制器E1~En内的D1~Dn和控制开关K1~Kn连接到蓄电池分组B1~Bn。DC/DC变换器M1~Mn需要与系统监控器通讯，通信接口采用RS485或CAN。
在交流电网正常时，蓄电池组不对外提供功率。假设蓄电池分组B1~Bn的端电压最大值分别为VB1max~VBnmax。电压均衡控制器内部的控制开关K1~Kn均为断开状态。充电机为直流母线提供电能和为蓄电池组补充电能。DC/DC变换器M1~Mn均处于热备用状态，电压均衡控制器E1~En内的电压变换电路Z1~Zn的低压端口处于稳压状态，且输出电压值高于对应的蓄电池分组B1~Bn的端电压最大值VB1max~VBnmax，使得相应的电压均衡控制器E1~En内的隔离二极管D1~Dn均处于截止状态，蓄电池分组B1~Bn均不对外提供功率，从而使蓄电池分组B1~Bn电压均衡的状态不会被破坏。
假设系统发生交流电压失电故障且蓄电池组无法向母线供电时，DC/DC变换器M1~Mn的高压直流端口将自动输出维持直流母线电压满足系统负荷要求，相当于电压均衡控制器E1~En内电压变换电路Z1~Zn的高压输入直流端口由DC/DC变换器M1~Mn提供，其低压输出直流端口又提供功率给DC/DC变换器M1~Mn，这将使得电压均衡控制器E1~En内的电压变换电路Z1~Zn由稳压工作状态进入限流工作状态，其低压输出端口的电压将不断下降，直到降低到相应的蓄电池分组B1~Bn的端电压，转变为由蓄电池分组B1~Bn为相应的DC/DC变换器M2~Mn提供功率。
参照图1及图2，在一实施例中，所述电压均衡控制器还包括主控电路，每一所述电压均衡控制器中的主控电路分别与所述电压均衡控制器对应的所述DC/DC变换器的高压端口及所述电压变换电路的受控端连接，所述主控电路用于检测所述DC/DC变换器的高压端口输出电流，并在检测到所述DC/DC变换器的高压端口输出电流大于或等于预设电流时，控制与所述DC/DC变换器对应的所述电压变换电路的低压端口输出电压小于与所述DC/DC变换器对应的所述蓄电池分组的电压。
在本实施例中，电压均衡控制器E1~En与DC/DC变换器M1~Mn通讯或设置相应的主控电路，获得DC/DC变换器M1~Mn的输出电流值，并根据DC/DC变换器M1~Mn的输出电流值实时调整并保持其内的电压变换电路Z1~Zn低压端口的输出电压低于相对应蓄电池分组B1~Bn的端电压。
直流母线需要DC/DC变换器M1~Mn提供功率时，DC/DC变换器M1~Mn的高压直流输出端口的电流会增加，当增加到输出电流大于等于Iup时，电压均衡控制器E1~En中设置的主控电路实时调整并保持其内的电压变换电路Z1~Zn低压端口的输出电压低于相对应蓄电池分组B1~Bn的端电压，电压均衡控制器E1~En内的隔离二极管D1~Dn导通，使得DC/DC变换器M1~Mn所需功率均由蓄电池分组B1~Bn提供。而开关K1~Kn依然处于断开状态，电压均衡控制器E1~En内的电压变换电路Z1~Zn将处于空载运行状态，功率损耗降到最低。
例如，电压均衡控制器E1~E4与DC/DC变换器M1~M4通讯，获得DC/DC变换器M1~M4的输出电流值。电压均衡控制器E1~E4内设置相应的电流阀值为1A，假设DC/DC变换器M1~M4均处于热备用状态，因此DC/DC变换器M1~M4高压直流端口的输出电流均为0，DC/DC变换器M1~M4维持热备用状态所需功率由电压均衡控制器E1~E4内的电压变换电路Z1~Z4提供。假设由于系统状态变化，直流母线需要DC/DC变换器M1~M4提供功率时，DC/DC变换器M1~M4的高压直流输出端口的电流会增加，当增加到输出电流大于等于1A时，电压均衡控制器E1~E4实时调整并保持其内的电压变换电路Z1~Z4低压端口的输出电压低于相对应蓄电池分组B1~B4的端电压，电压均衡控制器E1~E4内的隔离二极管D1~D4导通，使得DC/DC变换器M1~M4所需功率均由蓄电池分组B1~B4提供，电压均衡控制器E1~E4内的电压变换电路Z1~Z4将处于空载运行状态，功率损耗降到最低。
参照图1及图2，在一实施例中，所述系统监控器还分别与多个所述DC/DC变换器通讯连接，所述系统监控器还用于检测各所述DC/DC变换器高压端口的输出电流，并在检测到任意一所述DC/DC变换器的输出电流大于或等于预设电流时，控制与所述DC/DC变换器对应的所述电压变换电路的低压端口输出电压小于与所述DC/DC变换器对应的所述蓄电池分组的电压。
在本实施例中，DC/DC变换器M1~Mn与系统监控器通讯，通信接口采用RS485或CAN。系统监控器根据DC/DC变换器M1~Mn的输出电流实时调整电压均衡控制器E1~En内电压变换电路Z1~Zn的低压直流端口输出电压值，实现当蓄电池分组B1~Bn进行放电时，压均衡控制器E1~En内电压变换电路Z1~Zn工作在空载状态，实现电压均衡控制器E1~En的功率损耗降到最低。
系统监控器与DC/DC变换器M1~Mn通信，实时检测DC/DC变换器M1~Mn的工作状态，特别是高压直流端口的输出电流值。系统监控器设置相应的电流阀值Iup（Iup>0），假设DC/DC变换器M1~Mn均处于热备用状态，因此DC/DC变换器M1~Mn高压直流端口的输出电流均为0，DC/DC变换器M1~Mn维持热备用状态所需功率由电压均衡控制器E1~En内的电压变换电路Z1~Zn提供。假设由于系统状态变化，直流母线需要DC/DC变换器M1~Mn提供功率时，DC/DC变换器M1~Mn的高压直流输出端口的电流会增加，当增加到输出电流大于等于Iup时，系统监控器实时调整并保持电压均衡控制器E1~En内的电压变换电路Z1~Zn低压端口的输出电压低于相对应蓄电池分组B1~Bn的端电压，电压均衡控制器E1~En内的隔离二极管D1~Dn导通，使得DC/DC变换器M1~Mn所需功率均由蓄电池分组B1~Bn提供，电压均衡控制器E1~En内的电压变换电路Z1~Zn将处于空载运行状态，功率损耗降到最低。
例如，系统监控器与DC/DC变换器M1~M4通信，实时检测DC/DC变换器M1~M4的工作状态，特别是高压直流端口的输出电流值。系统监控器设置相应的电流阀值1A，假设DC/DC变换器M1~M4均处于热备用状态，因此DC/DC变换器M1~M4高压直流端口的输出电流均为0，DC/DC变换器M1~M4维持热备用状态所需功率由电压均衡控制器E1~E4提供。假设由于系统状态变化，直流母线需要DC/DC变换器M1~M4提供功率时，DC/DC变换器M1~M4的高压直流输出端口的电流会增加，当增加到输出电流大于等于1A时，系统监控器实时调整并保持电压均衡控制器E1~E4内的电压变换电路Z1~Z4低压端口的输出电压低于相对应蓄电池分组B1~B4的端电压，电压均衡控制器E1~E4内的隔离二极管D1~D4导通，使得DC/DC变换器M1~M4所需功率均由蓄电池分组B1~B4提供，电压均衡控制器E1~E4内的电压变换电路Z1~Z4将处于空载运行状态，功率损耗降到最低。
参照图1及图2，在一实施例中，所述系统监控器还用于在检测到任意一所述DC/DC变换器的输出电流小于预设电流时，控制与所述DC/DC变换器对应的所述电压均衡控制器中所述电压变换电路的低压端口输出电压大于与所述蓄电池分组的电压，且控制所述电压变换电路向与所述DC/DC变换器输出功率，以提供所述DC/DC变换器的热备用功率。
在本实施例中，在系统处于正常工作状态时，DC/DC变换器的输出电流小于预设电流，DC/DC变换器处于热备用状态，电压均衡控制器控制其电压变换电路低压直流端口的输出电压高于所对应的蓄电池分组的端电压最大值，DC/DC变换器维持热备用状态其所需要的功率均由电压均衡控制器内电压变换电路提供，电压变换电路的低压直流端口处于稳压状态，其输入功率由直流母线提供。由于电压变换电路低压直流端口的电压高于相应蓄电池分组端电压，因此相对应的电压均衡控制器内的隔离二极管均处于截止状态，各蓄电池分组均不对外提供功率，从而使各蓄电池分组电压均衡的状态不会被破坏。
例如，蓄电池组分为n个蓄电池分组B1~Bn，假设蓄电池分组B1~Bn的端电压最大值分别为VB1max~VBnmax。在系统处于正常工作状态时，电压均衡控制器内部的控制开关K1~Kn均为断开状态。DC/DC变换器M1~Mn输出的电流均小于预设电流Iup，DC/DC变换器M1~Mn均处于热备用状态，电压均衡控制器E1~En内的电压变换电路Z1~Zn的低压端口处于稳压状态，且输出电压值高于对应的蓄电池分组B1~Bn的端电压最大值VB1max~VBnmax，使得相应的电压均衡控制器E1~En内的隔离二极管D1~Dn均处于截止状态，蓄电池分组B1~Bn均不对外提供功率，从而使蓄电池分组B1~Bn电压均衡的状态不会被破坏。
本发明提出一种保持蓄电池分组电压均衡的控制方法。
所述保持蓄电池分组电压均衡的控制方法采用如上所述的保持蓄电池分组电压均衡的电路。
该控制方法采用了上述所有实施例的全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。
参照图3，在一实施例中，所述保持蓄电池分组电压均衡的控制方法包括以下步骤：
步骤S10、检测各所述蓄电池分组的工作电压；
步骤S20、根据检测到的各所述蓄电池分组的工作电压计算多个所述蓄电池分组的平均电压；
步骤S30、在检测到任意一所述蓄电池分组的工作电压低于多个所述蓄电池分组的平均电压，且在检测的所述蓄电池分组的电压值与多个所述蓄电池分组的平均电压的差值大于预设电压差值时，控制与所述蓄电池分组对应的电压均衡控制器对所述蓄电池分组进行充电。
在本实施例中，系统监控器内设置相应的控制策略，实现各蓄电池分组的主动均衡。系统监控器内设置蓄电池分组电压不均衡度阀值△U，系统监控器实时监测到各蓄电池分组电压的均衡情况，假设某蓄电池分组的不均衡度超过△U，且电压低于各蓄电池分组端电压的平均值，系统监控器将控制相应电压均衡控制器内的控制开关闭合，使电压均衡控制器内的电压变换电路通过控制开关对此蓄电池分组进行小电流补充电能，使得此蓄电池分组的电压逐渐升高，直到此蓄电池分组的不均衡度满足要求。其他蓄电池分组出现电压不均衡度超过△U，且电压低于各蓄电池分组端电压的平均值，处理方式同上，最终实现各蓄电池分组之间的电压均衡。
例如，系统监控器内设置蓄电池分组电压不均衡度阀值为3%，在直流母线功率足够过程中，系统监控器实时监测到蓄电池分组B1~B4端电压的均衡情况，假设蓄电池分组B1的端电压降低为56.5V，不均衡度为（58.5V-56.5V）/58.5V=3.42%，超过了系统监控器设置的电压不均衡度阀值，且蓄电池分组B1的端电压56.5V低于各蓄电池分组B1~B4端电压的平均值58.5V，系统监控器将控制电压均衡控制器E1内的控制开关K1闭合，使电压均衡控制器E1内的电压变换电路Z1通过控制开关K1对蓄电池分组B1进行小电流补充电能，使得蓄电池分组B1的电压逐渐升高，直到蓄电池分组B1的不均衡度满足要求。其他蓄电池分组B2~B4出现电压不均衡度超过3%，且电压低于各蓄电池分组B1~B4端电压的平均值58.5V时，处理方式同上，最终实现各蓄电池分组B1~B4之间的电压均衡。
参照图5，在一实施例中，所述保持蓄电池分组电压均衡的控制方法还包括以下步骤：
步骤S40、检测各所述蓄电池分组的工作电压及对应的所述DC/DC变换器的输出电流；
步骤S50、在检测到任意一所述DC/DC变换器的输出电流大于或等于预设电流值时，控制对应的所述电压均衡控制器中所述电压变换电路的输出电压低于对应的所述蓄电池分组的工作电压。
在本实施例中，检测DC/DC变换器的输出电流值。在DC/DC变换器的输出电流大于或等于预设电流值时，控制电压变换电路Z1~Zn低压端口的输出电压低于相对应蓄电池分组B1~Bn的端电压，电压均衡控制器E1~En内的隔离二极管D1~Dn导通，使得DC/DC变换器M1~Mn所需功率均由蓄电池分组B1~Bn提供。而开关K1~Kn依然处于断开状态，电压均衡控制器E1~En内的电压变换电路Z1~Zn将处于空载运行状态，功率损耗降到最低。
本实施例中，降低电压均衡控制器功率损耗的方法有如下两种实现方式：
第一种实现方式：电压均衡控制器根据DC/DC变换器的输出电流实时调整内部电压变换电路的低压直流端口输出电压值，实现当蓄电池分组进行充电时，隔离二极管导通，电压均衡控制器内电压变换电路工作在空载状态，实现电压均衡控制器的功率损耗降到最低。
第二种实现方式：电压均衡控制器与系统监控器通讯，系统监控器根据DC/DC变换器的输出电流实时调整电压均衡控制器内电压变换电路的低压直流端口输出电压值，实现当蓄电池分组进行充电时，隔离二极管导通，电压均衡控制器内电压变换电路工作在空载状态，实现电压均衡控制器的功率损耗降到最低。
参照图5，在一实施例中，在所述步骤S40之后还包括以下步骤：
步骤S51、在检测到任意一所述DC/DC变换器的输出电流小于预设电流时，控制与所述DC/DC变换器对应的所述电压均衡控制器中所述电压变换电路的低压端口输出电压大于与所述蓄电池分组的电压。
在本实施例中，蓄电池分组均衡的方法应用于直流操作电源系统，可有效提高充电系统的供电可靠性。
在充电系统处于正常工作状态时，DC/DC变换器的输出电流小于预设电流，DC/DC变换器处于热备用状态，电压均衡控制器控制其电压变换电路低压直流端口的输出电压高于所对应的蓄电池分组的端电压最大值，DC/DC变换器维持热备用状态其所需要的功率均由电压均衡控制器内电压变换电路提供，电压变换电路的低压直流端口处于稳压状态，其输入功率由直流母线提供。由于电压变换电路低压直流端口的电压高于相应蓄电池分组端电压，因此相对应的电压均衡控制器内的隔离二极管均处于截止状态，各蓄电池分组均不对外提供功率，从而使各蓄电池分组电压均衡的状态不会被破坏。
例如，蓄电池组分为n个蓄电池分组B1~Bn，假设蓄电池分组B1~Bn的端电压最大值分别为VB1max~VBnmax。在系统处于正常工作状态时，电压均衡控制器内部的控制开关K1~Kn均为断开状态。DC/DC变换器M1~Mn输出的电流均小于预设电流Iup，DC/DC变换器M1~Mn均处于热备用状态，电压均衡控制器E1~En内的电压变换电路Z1~Zn的低压端口处于稳压状态，且输出电压值高于对应的蓄电池分组B1~Bn的端电压最大值VB1max~VBnmax，使得相应的电压均衡控制器E1~En内的隔离二极管D1~Dn均处于截止状态，蓄电池分组B1~Bn均不对外提供功率，从而使蓄电池分组B1~Bn电压均衡的状态不会被破坏。
在系统发生交流失电时，由于DC/DC变换器M1~Mn均处于热备用状态，使得未发生故障的蓄电池分组可通过DC/DC变换器为直流母线供电，保证充电系统供电的连续性。
本发明提出一种充电系统。
该充电系统包括如上所述的保持蓄电池分组电压均衡的电路，采用了上述所有实施例的全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。
参照图6，在一实施例中，所述充电系统包括如上所述的保持蓄电池分组电压均衡的电路及充电机；
所述充电机的输入端接入交流电网，所述充电机的输出端接入直流母线，所述充电机用于将接入交流电网的交流电压转换为直流电压并输出至直流母线。
在本实施例中，充电机与直流母线直接连接。充电机的作用是当交流电网正常时，将交流电转化为直流电为直流母线供电和为蓄电池组补充电。充电机由电力用高频开关整流模块组成，可以与系统监控器通信，通信接口采用RS485或CAN。
在充电机的输出功率为直流母线提供电能和为蓄电池组补充电能。蓄电池组作为充电系统的备用电源，在交流电网故障时，蓄电池组向直流母线输出功率。
各蓄电池分组分别通过DC/DC变换器与直流母线连接。在系统发生交流失电且蓄电池组内有开路故障时，此时蓄电池组中未发生故障的蓄电池分组可通过DC/DC变换器为直流母线供电，保证直流母线供电的连续性。
以上所述仅为本发明的可选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (8)

1.一种保持蓄电池分组电压均衡的电路，其特征在于，包括：
蓄电池组，包括多个蓄电池分组，多个所述蓄电池分组串联设置；
多个电压均衡控制器，每一所述电压均衡控制器对应设置一个蓄电池分组，每一所述电压均衡控制器包括电压变换电路及二极管，所述电压变换电路的高压端口与直流母线连接，所述电压变换电路的低压端口正极与所述二极管的阴极连接，所述二极管的阳极与所述蓄电池分组的正极连接，所述电压变换电路的低压端口负极与所述蓄电池分组的负极连接；
多个DC/DC变换器，每一所述DC/DC变换器的高压端口与所述直流母线连接，每一所述DC/DC变换器的低压端口与一所述电压变换电路的低压端口正极连接；
系统监控器，分别与多个所述蓄电池分组连接，所述系统监控器用于检测各所述蓄电池分组的电压并根据检测的多个所述蓄电池分组的电压计算所述蓄电池组的平均电压；
所述系统监控器还分别与多个所述电压均衡控制器通讯连接，所述系统监控器还用于在检测到任意一所述蓄电池分组的电压值低于平均电压，且所述蓄电池分组的电压值与所述平均电压的差值大于预设电压差值时，控制与所述蓄电池分组对应的电压均衡控制器对所述蓄电池分组进行充电；
所述系统监控器还分别与多个所述DC/DC变换器通讯连接，所述系统监控器还用于检测各所述DC/DC变换器高压端口的输出电流，并在检测到任意一所述DC/DC变换器的输出电流大于或等于预设电流时，控制所述DC/DC变换器低压端口输出电压小于与所述DC/DC变换器对应的所述蓄电池分组的电压。
2.如权利要求1所述的保持蓄电池分组电压均衡的电路，其特征在于，每一所述电压均衡控制器包括电压变换电路、二极管及开关，所述电压变换电路的高压端口与直流母线连接，所述电压变换电路的低压端口正极与所述二极管的阴极及所述开关的第一端互连，所述二极管的阳极与所述开关的第二端及所述蓄电池分组的正极互连，所述电压变换电路的低压端口负极与所述蓄电池分组的负极连接；
所述系统监控器具体用于在检测到任意一所述蓄电池分组的电压值低于所述蓄电池组的平均电压，且检测的所述蓄电池分组的电压值与所述平均电压的差值大于预设电压差值时，控制与所述蓄电池分组对应的电压均衡控制器中的开关导通，并控制所述电压变换电路对所述蓄电池分组进行充电。
3.如权利要求1所述的保持蓄电池分组电压均衡的电路，其特征在于，所述电压均衡控制器还包括主控电路，每一所述电压均衡控制器中的主控电路分别与所述电压均衡控制器对应的所述DC/DC变换器的高压端口及所述电压变换电路的受控端连接，所述主控电路用于检测所述DC/DC变换器的高压端口输出电流，并在检测到所述DC/DC变换器的高压端口输出电流大于或等于预设电流时，控制与所述DC/DC变换器对应的所述电压变换电路的低压端口输出电压小于与所述DC/DC变换器对应的所述蓄电池分组的电压。
4.如权利要求1所述的保持蓄电池分组电压均衡的电路，其特征在于，所述系统监控器还用于在检测到任意一所述DC/DC变换器的输出电流小于预设电流时，控制与所述DC/DC变换器对应的所述电压变换电路的低压端口输出电压大于与所述DC/DC变换器对应的所述蓄电池分组的电压，且控制所述电压变换电路向所述DC/DC变换器输出功率，以提供所述DC/DC变换器的热备用功率。
5.一种保持蓄电池分组电压均衡的控制方法，其特征在于，所述保持蓄电池分组电压均衡的控制方法采用如权利要求1至4中任一项所述的保持蓄电池分组电压均衡的电路，所述保持蓄电池分组电压均衡的电路包括蓄电池分组、电压均衡控制器、DC/DC变换器，所述电压均衡控制器包括电压变换电路，所述保持蓄电池分组电压均衡的控制方法包括以下步骤：
步骤S10、检测各所述蓄电池分组的工作电压；
步骤S20、根据检测到的各所述蓄电池分组的工作电压计算多个所述蓄电池分组的平均电压；
步骤S30、在检测到任意一所述蓄电池分组的工作电压低于多个所述蓄电池分组的平均电压，且在检测的所述蓄电池分组的电压值与多个所述蓄电池分组的平均电压的差值大于预设电压差值时，控制与所述蓄电池分组对应的电压均衡控制器对所述蓄电池分组进行充电。
6.如权利要求5所述的保持蓄电池分组电压均衡的控制方法，其特征在于，还包括以下步骤：
步骤S40、检测各所述DC/DC变换器高压端口的输出电流；
步骤S50、在检测到任意一所述DC/DC变换器高压端口的输出电流大于或等于预设电流值时，控制与所述DC/DC变换器对应的所述电压变换电路的低压端口输出电压小于与所述DC/DC变换器对应的所述蓄电池分组的电压。
7.如权利要求6所述的保持蓄电池分组电压均衡的控制方法，其特征在于，在所述步骤S40之后还包括以下步骤：
步骤S51、在检测到任意一所述DC/DC变换器的输出电流小于预设电流时，控制与所述DC/DC变换器对应的所述电压均衡控制器中所述电压变换电路的低压端口输出电压大于与所述蓄电池分组的电压。
8.一种充电系统，其特征在于，所述充电系统包括如权利要求1至4中任意一项所述的保持蓄电池分组电压均衡的电路及充电机；
所述充电机的输入端接入交流电网，所述充电机的输出端接入直流母线，所述充电机用于将接入交流电网的交流电压转换为直流电压并输出至直流母线。
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