CN112187044A - 一种集成电池管理***的直流变换器 - Google Patents

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陈宁
梁建钢
张光昕
赵志军
朱常在
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Abstract

本发明属于储能***发电领域，具体涉及到一种集成电池管理***的直流变换器。直流变换器控制电路包括控制核、输入接口电路、输出接口电路以及通信链路。电池管理***包括控制核、输入接口电路、输出接口电路以及通信链路。直流变换器控制电路与电池管理***共享输入接口电路和输出接口电路，并且直流变换器控制核与电池管理***控制核直接通信，交互数据，确保直流变换器与电池管理***对电池安全进行数据共享以及保护机制互相备份，从而提高***安全性。

Description

一种集成电池管理***的直流变换器
技术领域
本发明属于储能***发电领域，具体涉及到一种集成电池管理***的直流变换器。
背景技术
随着分布式发电技术的发展，微电网作为传统电网向智能电网过渡的电力网络，逐渐成为人们关注的热点，其中蓄电池储能***是其中至关重要的组成部分。蓄电池储能***主要包括蓄电池、直流变换器、电池管理***以及辅助配电***，针对不同的组成部分，国内外已经进行了相当深入的研究，促进着储能***的发展。
但是由于直流变换器与电池管理***分属两个不同的领域，长时间以来都由不同的研究人员进行研究升级，在实际储能***应用开发过程中，需要花费大量的时间进行技术沟通以及技术对接，大大影响开发的效率；并且还可能因为沟通不畅导致电池出现安全隐患；由于直流变换器与电池管理***需要共享部分信息，所有***设计时往往需要配置双份的采集***，导致资源配置冗余，影响***开发的经济性。
本发明所述的一种集成电池管理***的直流变换器，是将直流变换器与电池管理***相结合，开发出具备电池管理功能的直流变换器，在实现电能变换的同时进行电池管理，既满足电力电子电能变换的需求，又满足电池数据采集、处理、数据估算、电池安全保护等的需求因此，发明一种集成电池管理***的直流变换器显得非常必要。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明的目的在于克服分离的直流变换器与电池管理***产品成组***时技术沟通复杂、资源配置冗余、沟通不畅会导致电池安全隐患的缺点而提出的一种集成电池管理***的直流变换器。
本发明提供一种集成电池管理***的直流变换器，集成电池管理***的直流变换器将电力电子变换器与电池管理***相结合，在实现电能变换的同时对电池进行管理，直流变换器包括直流变换器主电路、直流变换器控制电路以及电池管理***；
所述的直流变换器主电路包括直流输入/输出开关、DC/DC变换单元以及传感器；直流变换器主电路实现电池与直流母线之间的电能变换，并向控制***反馈运行数据；
所述的直流变换器控制电路包括控制核、输入接口电路、输出接口电路以及通信链路；输入接口电路采集电池以及直流母线的电压和电流数据，进行处理后分别传送给直流变换器控制核和电池管理***控制核；直流变换器控制核则根据实时的电压和电流数据计算DC/DC变换单元的占空比，生成驱动脉冲后经过输出接口电路输出控制DC/DC工作，实现电池与直流母线之间的电能变换；通信链路负责直流变换器与电池管理***之间的数据交互，确保直流变换器与电池管理***对电池安全进行数据共享以及保护机制互相备份；
所述的电池管理***包括控制核、输入接口电路、输出接口电路以及通信链路；实现对电池单体电压、电池模组温度、电池总电压、电池回路电流的检测及处理，与直流变换器交互信息，对电池的荷电状态（SOC）、剩余电量（SOE）进行估算，对电池故障进行监测、保护及动作处理，确保电池安全。
优选的，直流变换器控制核与电池管理***控制核共享输入接口电路和输出接口电路，输入接口电路包括电池总电压、输出电压、电池回路电流和输出电流的模拟量采集电路以及输入/输出开关的信号反馈电路；电池总电压和电池回路电流的模拟量采集信息经过处理后一分为二，一路送入直流变换器控制核，一路送入电池管理***控制核，其余采集的信息经过处理后都送入直流变换器控制核；输出接口电路包括DC/DC驱动脉冲电路和输入/输出开关控制电路，电池侧的输入开关由直流变换器和电池管理***共同协调控制，提高电池的安全性；输出开关和DC/DC驱动脉冲由直流变换器控制。
优选的，直流变换器控制核与电池管理***控制核直接通信，交互数据；直流变换器控制核会向电池管理***控制核上传DC/DC运行数据，电池管理***根据DC/DC运行数据，优化电池荷电状态（SOC）估算方法，动态校正估算的结果；电池管理***控制核会向直流变换器控制核下发电池安全运行允许的工作曲线，直流变换器根据电池曲线实时调整DC/DC运行状态，确保电池充放电功率、充放电电压以及充放电容量均在允许的范围内，保障***安全稳定运行。
附图说明
图1：一种集成电池管理***的直流变换器组成的储能***电气连接图。
图2：一种集成电池管理***的直流变换器电气示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明做进一步描述：
如图1-图2所示，本发明公开了一种集成电池管理***的直流变换器。
一种集成电池管理***的直流变换器将电力电子变换器与电池管理***相结合，在直流变换器基础上集成电池管理***功能，在实现电能变换的同时对电池进行管理。集成电池管理***的直流变换器包括直流变换器主电路、直流变换器控制电路以及电池管理***。
直流变换器主电路包括直流输入/输出开关、DC/DC变换单元以及电压电流传感器。蓄电池与直流变换器输入侧相连，直流变换器输出侧与直流母线相连。电池的电化学能通过输入侧开关、DC/DC变换单元、输出侧开关输送至直流母线。电压和电流传感器串接在直流变换器主电路中，采集运行数据。直流变换器主电路实现电池与直流母线之间的电能变换，并通过传感器采集电压和电流数据反馈给控制***。多个直流变换器可以并联接入直流母线，分别独立控制，构成大规模储能***。
直流变换器控制电路包括控制核、输入接口电路、输出接口电路以及通信链路。输入接口电路采集电池侧和直流母线侧的电压和电流数据，进行处理后分别传送给直流变换器控制核和电池管理***控制核，直流变换器控制核则根据实时的电压和电流数据计算DC/DC变换单元的半导体开关管占空比，生成驱动脉冲后经过输出接口处理后输出，控制DC/DC变换单元工作，实现电池与直流母线之间的电能变换。通信链路负责直流变换器与电池管理***之间的数据交互，确保直流变换器与电池管理***对电池安全进行数据共享以及保护机制互相备份。
电池管理***包括控制核、输入接口电路、输出接口电路以及通信链路。输入接口电路主要采集电池总电压、电池回路电流；同时采集线束直接与电池相连，采集电池的单体电压和电池的模组温度，对每个电池单体进行监测。输出接口回路控制电池侧输入开关的通断。电池管理***实现对电池单体电压、电池模组温度、电池总电压、电池回路电流的检测及处理，与直流变换器交互信息，对电池的荷电状态（SOC）、剩余电量（SOE）进行估算，对电池故障进行监测保护及动作，确保电池安全。
直流变换器控制电路与电池管理***中的输入接口电路、输出接口电路共享。输入接口电路包括电池总电压、输出电压、电池回路电流和输出电流的模拟量采集电路以及输入/输出开关的信号反馈电路；电池总电压和电池回路电流的模拟量采集信息经过处理后一分为二，一路送入直流变换器控制核，一路送入电池管理***控制核，其余采集的模拟量信息则经过处理后都送入直流变换器控制核，控制核对这些信息进行转换以及相应的计算；输入/输出开关的信号反馈电路实时反馈开关的工作状态，防止开关出现控制故障。输出接口电路包括DC/DC驱动脉冲电路和输入/输出开关控制电路，电池侧的输入开关由直流变换器和电池管理***共同协调控制，当直流变换器出现故障或电池异常时，可以由直流变换器或电池管理***分别独立切断输入开关，确保***尤其是电池的安全。直流母线侧输出开关和DC/DC驱动脉冲由直流变换器控制。
直流变换器控制核与电池管理***控制核直接通信，交互数据。直流变换器控制核会向电池管理***控制核上传DC/DC运行数据，包括工作状态、故障数据等，电池管理***根据DC/DC运行数据，在原有荷电状态（SOC）估算方法的基础上进行优化，动态校正估算的结果；电池管理***控制核会向直流变换器控制核下发电池安全运行允许的工作曲线，直流变换器根据电池曲线实时调整DC/DC运行状态，确保电池充放电功率、充放电电压以及充放电容量均在允许的范围内，保障***安全稳定运行。
利用本发明所述的技术方案，或本领域的技术人员在本发明技术方案的启发下，设计出类似的技术方案，而达到上述技术效果的，均是落入本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种集成电池管理***的直流变换器，其特征在于：集成电池管理***的直流变换器将电力电子变换器与电池管理***相结合，在实现电能变换的同时对电池进行管理，直流变换器包括直流变换器主电路、直流变换器控制电路以及电池管理***；
所述的直流变换器主电路包括直流输入/输出开关、DC/DC变换单元以及传感器；直流变换器主电路实现电池与直流母线之间的电能变换，并向控制***反馈运行数据；
所述的直流变换器控制电路包括控制核、输入接口电路、输出接口电路以及通信链路；输入接口电路采集电池以及直流母线的电压和电流数据，进行处理后分别传送给直流变换器控制核和电池管理***控制核；直流变换器控制核则根据实时的电压和电流数据计算DC/DC变换单元的占空比，生成驱动脉冲后经过输出接口电路输出控制DC/DC工作，实现电池与直流母线之间的电能变换；通信链路负责直流变换器与电池管理***之间的数据交互，确保直流变换器与电池管理***对电池安全进行数据共享以及保护机制互相备份；
所述的电池管理***包括控制核、输入接口电路、输出接口电路以及通信链路；实现对电池单体电压、电池模组温度、电池总电压、电池回路电流的检测及处理，与直流变换器交互信息，对电池的荷电状态（SOC）、剩余电量（SOE）进行估算，对电池故障进行监测、保护及动作处理，确保电池安全。
2.根据权利要求1所述的一种集成电池管理***的直流变换器，其特征在于：直流变换器控制核与电池管理***控制核共享输入接口电路和输出接口电路，输入接口电路包括电池总电压、输出电压、电池回路电流和输出电流的模拟量采集电路以及输入/输出开关的信号反馈电路；电池总电压和电池回路电流的模拟量采集信息经过处理后一分为二，一路送入直流变换器控制核，一路送入电池管理***控制核，其余采集的信息经过处理后都送入直流变换器控制核；输出接口电路包括DC/DC驱动脉冲电路和输入/输出开关控制电路，电池侧的输入开关由直流变换器和电池管理***共同协调控制，提高电池的安全性；输出开关和DC/DC驱动脉冲由直流变换器控制。
3.根据权利要求1所述的一种集成电池管理***的直流变换器，其特征在于：直流变换器控制核与电池管理***控制核直接通信，交互数据；直流变换器控制核会向电池管理***控制核上传DC/DC运行数据，电池管理***根据DC/DC运行数据，优化电池荷电状态（SOC）估算方法，动态校正估算的结果；电池管理***控制核会向直流变换器控制核下发电池安全运行允许的工作曲线，直流变换器根据电池曲线实时调整DC/DC运行状态，确保电池充放电功率、充放电电压以及充放电容量均在允许的范围内，保障***安全稳定运行。
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