CN104734263B - 一种均流控制***及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种均流控制***及方法，用于控制至少两组彼此并联的电源的输出电流，均流控制***包括：多个采样模块，每个采样模块连接一个对应的电源，以对对应的电源进行采样并获取当前输出电流；多个控制器，每个控制器连接一个对应的电源，以控制对应的电源的输出电流；处理器，连接多个采样模块和多个控制器，根据每个电源的剩余容量分别发出控制信号至多个控制器，以分别通过多个控制器控制每个电源的输出电流，使每个电源的输出电流与剩余容量成正比。通过上述方式，本发明能够实时调整并联电源的输出电流，使每个电源的剩余容量可同时为零，当其中有电源损坏时，不影响其它电源供电，能够提高并联电源供电***的稳定性和使用寿命。

Description

一种均流控制***及方法
技术领域
本发明涉及电池应用技术领域，特别是涉及一种均流控制***及方法。
背景技术
为了获得容量较大的电池组合，一般采用电池并联的方式，即采用多节电池并联以增加电池容量。但是在实际应用中，如果电池直接并联而不加保护或限制，则在彼此之间容易形成环流，并容易发生对负载放电电流不均衡的现象。如果其中某节电池出现故障甚至短路，将会影响整个并联电池组的特性。
以锂电池为例，电池并联等效电路模型如图1所示。如果电池的开路电压E1、E2、E3不一致，该电池堆的总的输出电压U0和各支路的电流有如下关系：
各并联电池的电流I1，I2和I3与电池的荷电状态、内阻以及负载有关，其无法进行控制。如果某电池的电压小于输出电压U0，则该电池就会成为其它电池的负载，从而与其它电池之间发生环流现象，这样对作为负载的电池和作为能量提供的电池都会造成重大的损害。
现有技术中，解决电池放电电流无法控制的方法是在每个并联电池上增加控制电路，控制每个并联电池的输出电压和电流，使每个电池的输出电压基本保持一致，从而保持输出电流基本一致，以达到输出均流的目的。但是，由于电池制造和实际使用过程中的自耗电，并联电池的容量无法保持一致，当其中的一个或几个出现欠压保护时，其余的电池需要承担负载所有负载所需的电流，电池放电电流过大会影响电池的使用寿命和稳定性，也必然造成控制电路的设计功率很大，散热问题和设计难度加大。因此，需要提出一种更好的解决电池放电电流无法控制的方法，不仅能够实时调整并联电池的放电电流，并且当其中有电池损坏，即出现欠压保护时，不影响其它电池放电，能够提高整个***的稳定性和使用寿命。
发明内容
本发明主要解决的技术问题是提供一种均流控制***及方法，能够实时调整并联电源的输出电流，使每个电源的剩余容量可以同时为零，当其中有电源损坏时，不影响其它电源供电，能够提高并联电源供电***的稳定性和使用寿命。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种均流控制***，用于控制至少两组彼此并联的电源的输出电流，该均流控制***包括：多个采样模块，其中，每个采样模块连接一个对应的电源，以对对应的电源进行采样并获取对应的电源的当前输出电流；多个控制器，其中，每个控制器连接一个对应的电源，以控制对应的电源的输出电流；处理器，连接多个采样模块和多个控制器，其中，处理器根据多个采样模块所获取的对应的电源的当前输出电流得到对应的电源的剩余容量，并根据剩余容量分别发出控制信号至多个控制器，以分别通过多个控制器控制每个电源的输出电流，使每个电源的输出电流与其剩余容量成正比。
其中，处理器分别通过CAN总线与多个控制器进行信息交互。
其中，处理器根据对应的电源的剩余容量根据以下关系式得到对应的电源的输出电流比例：
其中，D为对应的电源的输出电流比例，并联电源的总容量为每个电源的剩余容量之和。
其中，处理器根据输出电流比例和负载所需要的负载电流实时控制多个控制器分别调整其输出电压，以控制每个电源的输出电流。
其中，当一个电源发生故障时，处理器控制与发生故障的电源对应的控制器关闭，并重新计算其余电源的输出电流比例。
其中，控制器为DC/DC控制器。
为解决上述技术问题，本发明还提供了一种均流控制方法，用于控制至少两组彼此并联的电源的输出电流，该均流控制方法包括：分别对每个电源进行采样，获取每个电源的当前输出电流；根据采样的每个电源的当前输出电流获得每个电源的剩余容量；根据每个电源的剩余容量控制每个电源的输出电流，使每个电源的输出电流与其剩余容量成正比。
其中，步骤根据每个电源的剩余容量而控制每个电源的输出电流，使每个电源的输出电流与其剩余容量成正比，包括：根据每个电源的剩余容量计算每个电源的输出电流比例；根据每个电源的输出电流比例和负载所需要的负载电流计算每个电源需要输出的输出电流，并分别控制每个电源输出电流。
其中，步骤根据每个电源的剩余容量计算每个电源的输出电流比例，是根据以下关系式得到每个电源的输出电流比例：
其中，D为一个对应的电源的输出电流比例，并联电源的总容量为每个电源的剩余容量之和。
其中，当一个电源发生故障时，控制与发生故障的电源对应的控制器关闭，并重新计算其余电源的输出电流比例。
通过上述方案，本发明的有益效果是：通过多个采样模块采样并获取对应的电源的当前输出电流，通过多个控制器控制对应的电源的输出电流，处理器根据多个采样模块所获取的对应的电源的当前输出电流得到对应的电源的剩余容量，并根据剩余容量分别发出控制信号至多个控制器，以分别通过多个控制器控制每个电源的输出电流，使每个电源的输出电流与其剩余容量成正比，如此，能够实时调整并联电源的输出电流，使每个电源的剩余容量可以同时为零，当其中有电源损坏时，不影响其它电源供电，能够提高并联电源供电***的稳定性和使用寿命。
附图说明
图1是现有技术中电池并联的等效电路模型示意图；
图2是是本发明第一实施例的均流控制***的结构示意图；
图3是是本发明第一实施例的均流控制方法的流程示意图。
具体实施方式
请参阅图2，图2是本发明第一实施例的均流控制***的结构示意图。如图2所示，均流控制***10用于控制至少两组彼此并联的电源的输出电流，其中，这些彼此并联的电源可以为电池或者类似于电池的其它储能元件，例如锂离子蓄电池、锂聚合物电池、铅蓄电池、镍镉电池、镍氢电池、超级电容、或者未来新型的储能产品等等，而输出电流即为电池的放电电流。本实施例的均流控制***10包括：多个采样模块11、多个控制器12以及处理器13。
处理器13连接多个采样模块11和多个控制器12，其中，处理器13通过CAN总线与多个控制器12进行信息交互。
在本发明实施例中，每个采样模块11和每个控制器12都连接一个对应的电源，并且多个采样模块11与多个控制器12一一对应。多个采样模块11用于对对应的电源进行采样并获取对应的电源的当前输出电流。多个控制器用于控制对应的电源的输出电流。处理器13根据多个采样模块11获取的对应的电源的当前输出电流得到对应的电源的剩余容量，并根据剩余容量分别发出控制信号至多个控制器12，以分别通过多个控制器12控制每个电源的输出电流，使每个电源的输出电流与其剩余容量成正比。
具体地，多个采样模块采集并获取对应电源的当前输出电流。处理器13收集每个电源的当前输出电流，并根据得到的每个电源的当前输出电流得到其剩余容量。然后，处理器13根据电源的剩余容量计算电源的输出电流比例。在本实施例中，处理器13根据以下关系式得到对应的电源的输出电流比例：
其中，D为一个对应的电源的输出电流比例，并联电源的总容量为每个电源的剩余容量之和。
处理器13根据电源的输出电流比例和负载电流实时控制每个控制器12调整输出电压，以控制每个电源的输出电流，使每个电源的输出电流与剩余容量成正比，使满足输出负载的需求，从而实现并联电源的动态均流控制。例如，如果三个电源的剩余容量分别为30Ah、20Ah和50Ah，那么通过上述的输出电流比例计算公式可得：D1=30/(30+20+50)*100%=30%，同理D2=20%；D3=50%。如果外部负载RL需要消耗的负载电流为10A，那么电源E1、电源E2、电源E3给负载RL输出的电流分别为3A、2A和5A。根据此输出电流的比例，处理器13通过CAN总线通信与3个控制器12进行信息交互，通过及时调整3个控制器12的输出电压以控制对应的电源的输出电流，使满足输出负载的需求。其中，负载电流可以预先测量得到，例如在接入控制器12之前或者控制器12只起直通作用时测量得到的。
在本实施例中，处理器13优选为嵌入式控制模块，用于集中收集和处理每个电源的供电电流信息。控制器12为直流转直流（DC/DC）控制器，能够保证每个电源的输出电压与电流均衡一致，使得每个电源工作效率大致相同，不会导致个别电源工作状况不一样而引起电源之间的环流现象，或者使其它的电源需要承担所有负载所需的电流而影响电源的寿命和稳定性。
此外，当一个电源发生故障时，处理器13控制与发生故障的电源对应的控制器12关闭，并重新计算其余电源的输出电流比例，出现故障的电源会自动退出该均流控制***，不会影响其它电源的供电，也不会导致其它的电源需要承担所有负载所需的电流而使电源供电电流过大，影响电源的寿命和稳定性。
在本发明实施例中，整个均流控制过程是实时控制的，随着每个电源的供电情况的变化而变化，进行实时监控，使每个电源基本同时达到欠压保护，不会发生某个电源输出电流过大而影响其使用寿命和稳定性。如此，能够实时调整并联电源的输出电流，使每个电源的剩余容量可以同时为零，并且当其中有电源损坏时，不影响其它电源供电，能够提高并联电源供电***的稳定性和使用寿命。
请参阅图3，图3是本发明第一实施例的均流控制方法的流程示意图。如图3所示，均流控制方法用于控制至少两组彼此并联的电源的输出电流，包括：
S10：分别对每个电源进行采样，获取每个电源的当前输出电流。
在本发明实施例中，这些彼此并联的电源可以为电池或者类似于电池的其它储能元件，例如锂离子蓄电池、锂聚合物电池、铅蓄电池、镍镉电池、镍氢电池、超级电容、或者未来新型的储能产品等等，而输出电流即为电池的放电电流。
S11：根据采样的每个电源的当前输出电流获得每个电源的剩余容量。
S12：根据每个电源的剩余容量控制每个电源的输出电流，使每个电源的输出电流与其剩余容量成正比。
在S12中，首先根据每个电源的剩余容量计算每个电源的输出电流比例。在本发明实施例中，根据以下关系式得到对应的电源的输出电流比例：
其中，D为一个对应的电源的输出电流比例，并联电源的总容量为每个电源的剩余容量之和。
然后，根据每个电源的输出电流比例和负载所需要的负载电流计算每个电源需要输出的输出电流，并分别控制每个电源输出该输出电流，使每个电源的输出电流与其剩余容量成正比，使满足输出负载的需求，从而实现电源的动态均流控制。如此，能够实时调整并联电源的输出电流，使每个电源的剩余容量可以同时为零。其中，负载电流为预先测量得到。
在本发明实施例中，当一个电源发生故障时，则控制与发生故障的电源对应的控制器关闭，并重新计算其它电源的输出电流比例，出现故障的电源会自动退出该均流控制***，不会影响其它电源的供电，也不会导致其它的电源需要承担所有负载所需的电流而使电源供电电流过大。由于整个均流控制过程是实时控制的，随着每个电源的供电情况的变化而变化，进行实时监控，使每个电源基本同时达到欠压保护，不会发生某个电源输出电流过大而影响其使用寿命和稳定性。如此，能够实时调整并联电源的输出电流，使每个电源的剩余容量可以同时为零，并且当其中有电源损坏时，不影响其它电源供电，能够提高并联电源供电***的稳定性和使用寿命。
综上所述，本发明通过多个采样模块采样并获取对应的电源的当前输出电流，通过多个控制器控制对应的电源的输出电流，处理器根据多个采样模块所获取的对应的电源的当前输出电流得到对应的电源的剩余容量，并根据剩余容量分别发出控制信号至多个控制器，以分别通过多个控制器控制每个电源的输出电流，使每个电源的输出电流与其剩余容量成正比，如此，能够实时调整并联电源的输出电流，使每个电源的剩余容量可以同时为零，当其中有电源损坏时，不影响其它电源供电，能够提高并联电源供电***的稳定性和使用寿命。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (8)

1.一种均流控制***，用于控制至少两组彼此并联的电源的输出电流，其特征在于，所述均流控制***包括：
多个采样模块，其中，每个采样模块连接一个对应的电源，以对所述对应的电源进行采样并获取所述对应的电源的当前输出电流；
多个控制器，其中，每个控制器连接一个对应的电源，以控制所述对应的电源的输出电流；
处理器，连接所述多个采样模块和所述多个控制器，其中，所述处理器根据所述多个采样模块所获取的所述对应的电源的当前输出电流得到所述对应的电源的剩余容量，并根据所述剩余容量分别发出控制信号至所述多个控制器，以分别通过所述多个控制器控制每个电源的输出电流，使所述每个电源的输出电流与其剩余容量成正比；
所述处理器根据所述对应的电源的剩余容量得到所述对应的电源的输出电流比例；所述处理器根据所述输出电流比例和负载所需要的负载电流实时控制所述多个控制器分别调整其输出电压，以控制每个所述电源的输出电流。
2.根据权利要求1所述的均流控制***，其特征在于，所述处理器通过CAN总线与所述多个控制器进行信息交互。
3.根据权利要求1所述的均流控制***，其特征在于，所述处理器根据所述对应的电源的剩余容量根据以下关系式得到所述对应的电源的输出电流比例：
其中，D为所述对应的电源的输出电流比例，并联电源的总容量为每个所述电源的剩余容量之和。
4.根据权利要求1所述的均流控制***，其特征在于，当一个所述电源发生故障时，所述处理器控制与发生故障的所述电源对应的所述控制器关闭，并重新计算其余所述电源的输出电流比例。
5.根据权利要求1所述的均流控制***，其特征在于，所述控制器为DC/DC控制器。
6.一种均流控制方法，用于控制至少两组彼此并联的电源的输出电流，其特征在于，所述均流控制方法包括：
分别对每个所述电源进行采样，获取每个所述电源的当前输出电流；
根据采样的每个所述电源的当前输出电流获得每个所述电源的剩余容量；
根据每个所述电源的剩余容量控制每个所述电源的输出电流，使每个所述电源的输出电流与其剩余容量成正比；
步骤根据每个所述电源的剩余容量而控制每个所述电源的输出电流，使每个所述电源的输出电流与其剩余容量成正比，包括：根据每个所述电源的剩余容量计算每个所述电源的输出电流比例；根据每个所述电源的输出电流比例和负载所需要的负载电流计算每个所述电源需要输出的输出电流，并分别控制每个所述电源输出所述输出电流。
7.根据权利要求6所述的均流控制方法，其特征在于，步骤根据每个所述电源的剩余容量计算每个所述电源的输出电流比例，是根据以下关系式得到每个所述电源的输出电流比例：
其中，D为一个对应的所述电源的输出电流比例，并联电源的总容量为每个所述电源的剩余容量之和。
8.根据权利要求7所述的均流控制方法，其特征在于，当一个所述电源发生故障时，控制与发生故障的所述电源对应的控制器关闭，并重新计算其余所述电源的输出电流比例。
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