CN109301812B - 一种基于退役电池的多模块并联dcdc控制方法 - Google Patents

一种基于退役电池的多模块并联dcdc控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及电气控制技术领域，具体地说是一种基于退役电池的多模块并联DCDC控制方法，包括若干电池组，每个电池组的输出端与DCDC变流器串联后并联至直流母线，并根据直流母线电压误差值和每个电池组的电流误差值，计算每个电池组脉冲宽度调节器输入误差值，从而生成脉冲宽度调节信号并输出给每个电池组中的DCDC变流器。本发明同现有技术相比，在退役电池的储能***单个电池组串联DCDC变流器后再并联并结合相应的控制策略，实现电池组均流和单独控制，并减少由于退役电池的不一致性对***的影响。

Description

一种基于退役电池的多模块并联DCDC控制方法
技术领域
本发明涉及电气控制技术领域，具体地说是一种基于退役电池的多模块并联DCDC控制方法。
背景技术
电动汽车动力电池容量衰减至80％的时候，就不再适合继续在电动汽车上使用。
目前有两种可行的处理方法，一种是直接作为工业废品，进行报废和拆解。另一种方式是退役电池梯次利用。考虑退役的动力电池虽然已经不满足汽车的使用条件，但仍然有一定的余能，这些电池的能量完全能继续满足家庭储能、分布式发电、移动电源等使用。
但是退役电池不同于新电池，存在一致性差和故障率较高等问题。这对于储能***的稳定性运行有很大的影响。同时对储能变流器的控制方法和***提出了新的要求。
传统的储能变流器PCS的控制方法和***是基于将几组电池串并联之后接入储能变流器的直流侧，参见图1。但是由于退役电池的不一致性，如当某个电池组的容量比其他电池组的容量低很多时，会严重影响整个***的充放电的容量。而且由于退役电池的故障率高，进而导致整个***不能正常运行。
综上所述，对于退役电池的传统储能变流器的控制方法和***存在以下几个方面的缺陷：1)退役电池的不一致性问题影响储能***的可靠运行；2)不能实现各电池组的均流；3)不能对各电池组实现单独控制。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足，通过在每个电池组中串联一DCDC变流器后再并联的方式来减少退役电池的不一致性对***的影响，并在此基础上提出了相应的控制策略，实现电池组均流和单独控制，进一步减少因退役电池的不一致性对***的影响。
为实现上述目的，设计一种基于退役电池的多模块并联DCDC控制方法，包括：若干电池组，每个电池组的输出端与DCDC变流器串联后并联至直流母线，并采用如下控制方法：
(1)、确认当前在线且可以被单独控制的DCDC变流器的个数k；
(2)、采集每个与在线DCDC变流器连接的电池组的电压Uk，每个电池组的输出电流Ik，以及直流母线电压采样值Ubus；所述的k为≥1的整数；
(3)、根据直流母线电压给定值U0与直流母线电压采样值Ubus，计算直流母线电压误差值eu＝U0-Ubus；
(4)、根据上述直流母线电压误差值eu生成电流误差调整值ei；
(5)、根据给定功率P0，计算电池均流电流给定值
Figure GDA0001922797110000021
(6)、根据电池均流电流给定值I0和每个电池组输出电流采样值Ik，计算各个电池组的电流误差值eik＝I0-Ik；
(7)、根据电流误差调整值ei和每个电池组的电流误差值eik，计算每个电池组脉冲宽度调节器输入误差值ek＝eik+ei；
(8)、根据每个电池组脉冲宽度调节器输入误差值ek生成脉冲宽度调节信号并输出给每个电池组中的DCDC变流器开关管的基极，使直流母线电压稳定在电压给定值U0，每电池组输出电流稳定在电流给定值I0。
进一步的，步骤(1)中所述的确认所述DCDC变流器在线且可以被单独控制的判断逻辑包括充电状态逻辑和放电状态逻辑。
进一步的，所述充电状态逻辑为：当电池组为充电状态时，若该电池组未退出***，且该电池组无故障报警且该电池组的电量未达到最高电量且允许单独控制该电池组充电，则认为DCDC变流器在线且可以被单独控制。
进一步的，所述放电状态逻辑为：当电池组为放电状态时，若该电池组未退出***，且该电池组无故障报警且该电池组电量未达到最低电量且允许单独控制该电池组放电，则认为DCDC变流器在线且可以被单独控制。
进一步的，判断所述电池组未退出***的信号由DCDC变流器中的热插拔模块输出。
进一步的，所述故障报警包括电池故障和DCDC变流器故障；电池电量通过电池组的单体电压和压差判断。
进一步的，步骤(4)中，还包括对所述直流母线电压误差值eu进行PID控制运算以生成电流误差调整值，其中比例积分微分运算式为：
Figure GDA0001922797110000022
其中Rt是输出值，et为输入的电压误差值，kP、Ti、Td为参数；在步骤(4)中误差值eu为et，电流误差调整值ei为Rt。
进一步的，步骤(8)中，将步骤(7)中计算出的每个电池组脉冲宽度调节器输入误差值ek作为PID运算公式中的et，分别计算出对应的脉冲宽度调节值，输出给每个电池组中的DCDC变流器的开关管的基极。
进一步的，所述的直流母线通过PCS与负载连接。
本发明同现有技术相比，在退役电池的储能***中将多个电池组直接并联的方式改为单个电池组串联DCDC变流器后再并联的方式，减少了由于退役电池的不一致性对***的影响；并在此结构的基础上提出了一种控制策略，可实现电池组均流和单独控制，并进一步减少由于退役电池的不一致性对***的影响。
附图说明
图1为原有的储能***的连接框图示意图；
图2为本发明中储能***的连接框图示意图；
图3为本发明中控制方法的流程框图。
图4为本发明实施例中储能***的连接框图示意图。
具体实施方式
现结合附图及实施例对本发明作进一步地说明。
实施例1
参见图2，本发明一种基于退役电池的多模块并联DCDC控制方法，包括：若干电池组，每个电池组的输出端与DCDC变流器串联后并联至直流母线；本案中如果储能***输出的是直流，则直流母线可以直接接负载；如果储能***输出的是交流，则需要在直流母线与负载之间设逆变器PCS。
参见图3和图4，其采用如下控制方法实现对每个电池组的单独控制、使每个电池组的电流大小相同及每个电池组的投切不影响功率输出。现以PCS连接4个电池组为例进行详细描述。每个电池组中有27个单体电池。每个DCDC变流器的功率为2kW。直流母线电压为48V，单相交流输出220V。***开机后，首先检测电池组在线组数，包括是否接入***、有无故障报警、是否允许充放电。然后等待充放电和功率命令，或者根据电价的峰平谷自动进行充放电。工作时，具体为后台控制***向储能***下发充电命令，且功率为3kW，然后进行如下处理步骤：
(1)***检测充电模式下电池在线组数，如4组电池都已接入***，且无故障报警，且允许充放电。但是第4组电池电量已达到最高，不可以再充电，则充电模式下在线组数为3；
(2)采样3个电池组电压U1＝92V、U2＝86V、U3＝88V，各个电池组输出的电流I1＝0A、I2＝0A、I3＝0A以及直流母线电压Ubus＝0V；
(3)计算直流母线电压给定值Ubusr＝48V与直流母线电压采样值Ubus的误差值eu；
(4)根据上述直流母线电压误差值eu，并生成电流误差调整值ei＝1；进一步的，本步骤中，还包括对所述直流母线电压误差值eu进行PID控制运算以生成电流误差调整值，其中比例积分微分运算式为：
Figure GDA0001922797110000041
其中Rt是输出值，et为输入的电压误差值，kP、Ti、Td为参数，这样在本步骤中误差值eu为et，电流误差调整值ei为Rt；
(5)根据给定功率P0，计算电池均流电流给定值
Figure GDA0001922797110000042
(6)根据电池均流电流给定值11.28A和各个电池组输出电流采样值I1＝0A、I2＝0A、I3＝0A，计算各个电池组的误差值eik；
(7)根据电流误差调整值ei和每个电池组的电流误差值eik，计算每个电池组脉冲宽度调节器输入误差值ek＝eik+ei；
(8)根据每个电池组脉冲宽度调节器输入误差值ek生成脉冲宽度调节信号并输出给编号为1、2、3的DCDC变换器的开关管的基极；进一步的，本步骤中还包括将步骤(7)中计算出的每个电池组脉冲宽度调节器输入误差值ek作为PID运算公式中的et，分别计算出对应的脉冲宽度调节值，输出给每个电池组中的DCDC变流器的开关管的基极；
(9)***重复执行(2)-(8)步骤，使直流母线电压稳定在电压给定值U0，每电池组输出电流稳定在电流给定值I0；
(10)当在上述充电过程中出现一个电池组故障或者充满，则自动改变电池组在线的组数为2，将3kW的功率按照上述步骤(6)的步骤分配给在线的2个电池组。
放电模式与上述充电模式类似，仅充放电的命令不同。
可见，本案中确认所述DCDC变流器在线且可以被单独控制的判断逻辑包括充电状态逻辑和放电状态逻辑。
进一步的，所述充电状态逻辑为：当电池组为充电状态时，若该电池组未退出***，且该电池组无故障报警且该电池组的电量未达到最高电量且允许单独控制该电池组充电，则认为DCDC变流器在线且可以被单独控制。
所述放电状态逻辑为：当电池组为放电状态时，若该电池组未退出***，且该电池组无故障报警且该电池组电量未达到最低电量且允许单独控制该电池组放电，则认为DCDC变流器在线且可以被单独控制。
所述故障报警包括电池故障和DCDC变流器故障；电池电量通过电池组的单体电压和压差判断。
进一步的，判断所述电池组未退出***的信号由DCDC变流器中的热插拔模块输出。

Claims (7)

1.一种基于退役电池的多模块并联DCDC控制方法，其特征在于，包括，
若干电池组，每个电池组的输出端与DCDC变流器串联后并联至直流母线，并采用如下控制方法：
（1）、确认当前在线的DCDC变流器的个数k；
（2）、采集每个与在线DCDC变流器连接的电池组的电压Uk，每个电池组的输出电流Ik，以及直流母线电压采样值Ubus；所述的k为≥1的整数；
（3）、根据直流母线电压给定值U0与直流母线电压采样值Ubus，计算直流母线电压误差值
Figure 667614DEST_PATH_IMAGE001
；
（4）、根据上述直流母线电压误差值
Figure 53596DEST_PATH_IMAGE002
生成电流误差调整值
Figure 817022DEST_PATH_IMAGE003
；进一步的，本步骤中，还包括对所述直流母线电压误差值
Figure 681072DEST_PATH_IMAGE002
进行PID控制运算以生成电流误差调整值，其中比例积分微分运算式为：
Figure 964286DEST_PATH_IMAGE004
，其中
Figure 521170DEST_PATH_IMAGE005
是输出值，
Figure 257044DEST_PATH_IMAGE006
为输入的电压误差值，
Figure 941098DEST_PATH_IMAGE007
、
Figure 78818DEST_PATH_IMAGE008
、
Figure 806603DEST_PATH_IMAGE009
为参数，这样在本步骤中误差值
Figure 29774DEST_PATH_IMAGE002
为
Figure 501206DEST_PATH_IMAGE006
，电流误差调整值
Figure 742701DEST_PATH_IMAGE010
为
Figure 641386DEST_PATH_IMAGE005
；
（5）、根据给定功率
Figure 617433DEST_PATH_IMAGE011
，计算电池均流电流给定值
Figure 361398DEST_PATH_IMAGE012
；
（6）、根据电池均流电流给定值
Figure 739289DEST_PATH_IMAGE013
和每个电池组输出电流采样值
Figure 305749DEST_PATH_IMAGE014
，计算各个电池组的电流误差值
Figure 503512DEST_PATH_IMAGE015
；
（7）、根据电流误差调整值
Figure 316747DEST_PATH_IMAGE010
和每个电池组的电流误差值
Figure 283566DEST_PATH_IMAGE016
，计算每个电池组脉冲宽度调节器输入误差值
Figure 789634DEST_PATH_IMAGE017
；
（8）、根据每个电池组脉冲宽度调节器输入误差值
Figure 474693DEST_PATH_IMAGE018
生成脉冲宽度调节信号并输出给每个电池组中的DCDC变流器开关管的基极，使直流母线电压稳定在电压给定值
Figure 75307DEST_PATH_IMAGE019
，每电池组输出电流稳定在电流给定值
Figure 162212DEST_PATH_IMAGE020
。
2.如权利要求1所述的一种基于退役电池的多模块并联DCDC控制方法，其特征在于，步骤（1）中所述的确认所述DCDC变流器在线且可以被单独控制的判断逻辑包括充电状态逻辑和放电状态逻辑，所述充电状态逻辑为：当电池组为充电状态时，若该电池组未退出***，且该电池组无故障报警且该电池组的电量未达到最高电量且允许单独控制该电池组充电，则认为DCDC变流器在线且可以被单独控制；所述放电状态逻辑为：当电池组为放电状态时，若该电池组未退出***，且该电池组无故障报警且该电池组电量未达到最低电量且允许单独控制该电池组放电，则认为DCDC变流器在线且可以被单独控制。
3.如权利要求2所述的一种基于退役电池的多模块并联DCDC控制方法，其特征在于，判断所述电池组未退出***的信号由DCDC变流器中的热插拔模块输出。
4.如权利要求2所述的一种基于退役电池的多模块并联DCDC控制方法，其特征在于，所述故障报警包括电池故障和DCDC变流器故障；电池电量通过电池组的单体电压和压差判断。
5.如权利要求1所述的一种基于退役电池的多模块并联DCDC控制方法，其特征在于，步骤（4）中，还包括对所述直流母线电压误差值
Figure 308023DEST_PATH_IMAGE002
进行PID控制运算以生成电流误差调整值，其中比例积分微分运算式为：
Figure 480378DEST_PATH_IMAGE004
，其中
Figure 120569DEST_PATH_IMAGE021
是输出值，
Figure 327559DEST_PATH_IMAGE006
为输入的电压误差值，
Figure 909850DEST_PATH_IMAGE007
、
Figure 569502DEST_PATH_IMAGE008
、
Figure 262651DEST_PATH_IMAGE009
为参数；在步骤（4）中误差值
Figure 58569DEST_PATH_IMAGE002
为
Figure 61029DEST_PATH_IMAGE006
，电流误差调整值
Figure 207977DEST_PATH_IMAGE010
为
Figure 704817DEST_PATH_IMAGE021
。
6.如权利要求5所述的一种基于退役电池的多模块并联DCDC控制方法，其特征在于，步骤（8）中，将步骤（7）中计算出的每个电池组脉冲宽度调节器输入误差值
Figure 620820DEST_PATH_IMAGE018
作为PID运算公式中的
Figure 279335DEST_PATH_IMAGE006
，分别计算出对应的脉冲宽度调节值，输出给每个电池组中的DCDC变流器的开关管的基极。
7.如权利要求1所述的一种基于退役电池的多模块并联DCDC控制方法，其特征在于，所述的直流母线通过PCS与负载连接。
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