CN113675908B - 充电控制装置及电源设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种充电控制装置及电源设备。该装置包括采集模块、门限模块、限幅模块和控制模块；采集模块，用于采集充电线路向外部负载充电的当前充电电流值，将当前充电电流值发送至门限模块；门限模块，用于将当前充电电流值与预设增量相加，以得到电流门限值，并将电流门限值发送至限幅模块；限幅模块，用于根据目标充电电流值和电流门限值，确定调整值，并将调整值发送至控制模块；控制模块，用于控制充电线路向外部负载充电的充电电流向调整值调整。本发明能够提高向外部负载充电的可靠性。

Description

充电控制装置及电源设备

技术领域

本发明涉及充电技术领域，尤其涉及一种充电控制装置及电源设备。

背景技术

电池作为一种储能负载，在工业、航天等领域越来越受到重视，应用广泛。现技术一般由电压外环、电流内环组成电池充电控制环路对电池充电。

然而，在给电池充电过程中，在电池容量突然增加时，若继续使用传统充电控制方式，可能导致电池充电控制环路的充电电流超调，进而引起相应充电电路的开关器件会承受更多的反峰应力、电流应力，影响电源设备的可靠性。

发明内容

本发明实施例提供了一种充电控制装置及电源设备，以解决现有技术电池充电控制方式会影响电源设备可靠性的问题。

第一方面，本发明实施例提供了一种充电控制装置，包括采集模块、门限模块、限幅模块和控制模块；

采集模块，用于采集充电线路向外部负载充电的当前充电电流值，将当前充电电流值发送至门限模块；

门限模块，用于将当前充电电流值与预设增量相加，以得到电流门限值，并将电流门限值发送至限幅模块；

限幅模块，用于根据目标充电电流值和电流门限值，确定调整值，并将调整值发送至控制模块；其中，在目标充电电流值与电流门限值不相等时，调整值为目标充电电流值和电流门限值中的较小者；在目标充电电流值与电流门限值相等时，调整值为目标充电电流值；

控制模块，用于控制充电线路向外部负载充电的充电电流向调整值调整。

在一种可能的实现方式中，限幅模块包括电压外环单元和限幅单元；

采集模块，还用于采集充电线路向外部负载充电的当前充电电压值，并将当前充电电压值发送至电压外环单元；

电压外环单元，用于根据当前充电电压值和预设给定电压值生成目标充电电流值，并将目标充电电流值发送至限幅单元；

限幅单元，用于根据目标充电电流值和电流门限值，确定调整值，并将调整值发送至控制模块。

在一种可能的实现方式中，电压外环单元包括第一减法器和电压PI控制器；

第一减法器，用于根据当前电充电压值和预设给定电压值生成电压信号，并将电压信号发送至电压PI控制器；

电压PI控制器，用于根据第一减法器发送的电压信号生成目标充电电流值，并将目标充电电流值发送至限幅单元。

在一种可能的实现方式中，限幅单元包括电流限幅器。

在一种可能的实现方式中，门限模块包括加法器和滤波器；

滤波器，用于对当前充电电流值进行滤波，并将滤波后的当前充电电流值发送至加法器；

加法器，用于将滤波后的当前充电电流值和预设增量相加，以得到电流门限值，并将电流门限值发送至限幅模块。

在一种可能的实现方式中，控制模块包括第二减法器和电流PI控制器；

第二减法器，用于根据限幅模块发送的调整值和采集模块发送的当前充电电流值生成电流信号，并将电流信号发送至电流PI控制器；

电流PI控制器，用于根据电流信号生成控制信号，以控制充电线路向外部负载充电的充电电流向调整值调整。

在一种可能的实现方式中，控制装置还包括输入模块；

输入模块，用于向门限模块提供预设增量。

在一种可能的实现方式中，预设增量小于或等于充电线路中开关器件可承受的单次最大增长电流值。

在一种可能的实现方式中，控制模块，用于生成控制信号，控制信号用于控制充电线路向外部负载充电的充电电流向调整值调整；

控制信号为PWM控制信号，PWM控制信号用于控制充电线路中的开关管，以指示充电线路向外部负载供电。

第二方面，本发明实施例提供了一种电源设备，包括如上第一方面的充电控制装置和充电线路。

本发明实施例提供一种充电控制装置及电源设备，该充电控制装置包括采集模块、门限模块、限幅模块和控制模块；通过采集模块采集充电线路向外部负载充电的当前充电电流值，将当前充电电流值发送至门限模块；门限模块将当前充电电流值与预设增量相加，以得到电流门限值，并将电流门限值发送至限幅模块；限幅模块根据目标充电电流值和电流门限值，确定调整值，并将调整值发送至控制模块；其中，在目标充电电流值与电流门限值不相等时，调整值为目标充电电流值和电流门限值中的较小者；在目标充电电流值与电流门限值相等时，调整值为目标充电电流值；控制模块控制充电线路向外部负载充电的充电电流向调整值调整。本发明实施例通过将当前电流值与预设增量相加，不断更新电流门限值，以使充电线路向外部负载的充电电流缓慢增长，进而降低充电线路中器件单次承受过大电流，延长各个器件的使用寿命，降低器件承受的电压应力，提高向外部负载充电的可靠性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的一种充电控制装置的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的另一种充电控制装置的结构示意图；

图3是本发明实施例提供的充电控制装置的环路示意图。

具体实施方式

以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定***结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本发明实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本发明。在其它情况中，省略对众所周知的***、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本发明的描述。

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图通过具体实施例来进行说明。

对于电池模组，其包括多个并联、可热插拔的电池，在通过充电器(包括UPS(Uninterruptible Power Supply，不间断电源)、充电桩等)向电池模组充电，电池模组可能会突然增加电池数量时，充电器的输出电流会迅速增大，以保证恒压对电池模组充电。而输出电流短时间迅速增大，充电器中开关器件会承受更大的反峰应力和电流应力，进而影响充电器设备的使用寿命，现有技术未考虑此情况。本发明实施例提供充电控制装置及电源设备用于解决上述问题。

图1为本发明实施例提供的一种充电控制装置的结构示意图。如图1所示，一种充电控制装置，可以包括采集模块10、门限模块11、限幅模块12和控制模块13。

采集模块10，用于采集充电线路20向外部负载30充电的当前充电电流值，将当前充电电流值发送至门限模块11。

门限模块11，用于将当前充电电流值与预设增量相加，以得到电流门限值，并将电流门限值发送至限幅模块12。

限幅模块12，用于根据目标充电电流值和电流门限值，确定调整值，并将调整值发送至控制模块13；其中，在目标充电电流值与电流门限值不相等时，调整值为目标充电电流值和电流门限值中的较小者；在目标充电电流值与电流门限值相等时，调整值为目标充电电流值。

控制模块13，用于控制充电线路20向外部负载30充电的充电电流向调整值调整。

可选的，本发明实施例提供的充电控制装置用于控制充电线路，以使充电线路向外部负载充电。采集模块10可以为采集电路或者电流传感器等，采集充电线路20输出端电流值的作为当前充电电流值，或者采集外部负载20输入端的电流值作为当前充电电流值，具体采集位置可以根据实际需要选取。

可选的，电流门限值为当前充电电流值与预设增量相加，一般情况下，预设增量可以预先设置在门限模块中，为定值，也可以是一个动态调整的变化量。而当前充电电流值一直变化，在当前充电电流值变化时，电流门限值也将变化。即本发明实施例提供的电流门限值可以根据当前充电电流值实时变化。

可选的，在目标充电电流值与电流门限值不相等时，表示充电线路20输出的充电电流还在上升，此时调整值为目标充电电流值和电流门限值中的较小者；在目标充电电流值与电流门限值相等时，表示充电线路20输出的充电电流基本不变化，此时调整值为目标充电电流值。

示例性的，本发明实施例提供的充电控制装置工作原理如下：

首先，采集模块10采集当前的充电电流值，并将当前的充电电流值发送至门限模块11。其次，门限模块11将当前电流值与预设增量相加，以得到电流门限值，并将电流门限值发送至限幅模块12。再次，限幅模块12将目标充电电流值和电流门限值作比较，确定调整值，并将调整值发送至控制模块13。最后，控制模块13控制充电线路向所述外部负载充电的充电电流向所述调整值调整。每次采集模块采集当前充电电流值后均会更新电流门限值，通过不断更新电流门限值延缓充电电流的增长趋势，进而实现向外部负载充电可靠。

本发明实施例通过采集模块采集充电线路向外部负载充电的当前充电电流值，将当前充电电流值发送至门限模块；门限模块将当前充电电流值与预设增量相加，以得到电流门限值，并将电流门限值发送至限幅模块；限幅模块根据目标充电电流值和电流门限值，确定调整值，并将调整值发送至控制模块；其中，在目标充电电流值与电流门限值不相等时，调整值为目标充电电流值和电流门限值中的较小者；在目标充电电流值与电流门限值相等时，调整值为目标充电电流值；控制模块控制充电线路向外部负载充电的充电电流向调整值调整。通过不同的门限限制充电线路的充电电流的增长趋势，可以提高充电线路中器件的使用寿命，提高向外部负载充电的可靠性。

图2是本发明实施例提供的另一种充电控制装置的结构示意图。如图2所示，在本发明的一些实施例中，限幅模块12包括电压外环单元121和限幅单元122。

采集模块10，还用于采集充电线路20向外部负载30充电的当前充电电压值，并将当前充电电压值发送至电压外环单元121。

电压外环单元121，用于根据当前充电电压值和预设给定电压值生成目标充电电流值，并将目标充电电流值发送至限幅单元122。

限幅单元122，用于根据目标充电电流值和电流门限值，确定调整值，并将调整值发送至控制模块13。

可选的，预设给定点电压值可以为在向外部负载进行恒压充电时给定的电压值，如220V或者380V等。目标充电电流值为理论上向外部负载充电的电流值。

可选的，一般情况下，充电通过双环控制，即电压外环和电流内环，用于控制充电线路向外部负载提供电压或者电流。电压外环的输出值可以作为电流内环的电流给定值。本发明实施例的电压外环单元121用于生成目标充电电流值，并将目标充电电流值发送至限幅单元122，向限幅单元提供一个比较电流值。

可选的，限幅单元122可以通过限制电流的幅值限制输出电流。

图3是本发明实施例提供的充电控制装置的环路示意图。如图3所示，在本发明的一些实施例中，电压外环单元121包括第一减法器1211和电压PI控制器1212；

第一减法器1211，用于根据当前电充电压值和预设给定电压值生成电压信号，并将电压信号发送至电压PI控制器1212；

电压PI控制器1212，用于根据第一减法器发送的电压信号生成目标充电电流值，并将目标充电电流值发送至限幅单元122。

可选的，Uref为预设给定电压值，Ufdb为当前电充电压值。

在本发明的一些实施例中，如图3所示，限幅单元122包括电流限幅器1221。

可选的，Iref为调整值。

在本发明的一些实施例中，如图3所示，门限模块11包括加法器111和滤波器112；

滤波器111，用于对当前充电电流值进行滤波，并将滤波后的当前充电电流值发送至加法器112；

加法器112，用于将滤波后的当前充电电流值和预设增量相加，以得到电流门限值，并将电流门限值发送至限幅模块12。

可选的，滤波器111可以为LPF(Low pass filter，低通滤波器)滤波器或者其他用于对电流信号进行滤波的器件。加法器111的预设增量可以为2。

在本发明的一些实施例中，如图3所示，控制模块13包括第二减法器131和电流PI控制器132；

第二减法器131，用于根据限幅模块12发送的调整值和采集模块发送的当前充电电流值生成电流信号，并将电流信号发送至电流PI控制器131；

电流PI控制器132，用于根据电流信号生成控制信号，以控制充电线路20向外部负载30充电的充电电流向调整值调整。

在本发明的一些实施例中，控制装置还包括输入模块；

输入模块，用于向门限模块11提供预设增量。

可选的，参见图3，输入模块还可以向限幅模块12提供预设给定电压值。

具体的，输入模块向第一减法器1211提供预设给定电压值，向加法器112提供预设增量，还可以向滤波器111和第二减法器131提供当前充电电流值iL。

在本发明的一些实施例中，预设增量小于或等于充电线路中开关器件可承受的单次最大增长电流值。

可选的，一般情况下，开关器件可承受的单次最大增长电流值小于或等于开关器件的峰值电流值，开关器件可以为开关管，如果通过开关管增加的单次电流超出开关管的可承受的单次最大增长电流值，会影响开关器件的寿命。

在本发明的一些实施例中，参见图1，控制模块13，用于生成控制信号，控制信号用于控制充电线20向外部负载30充电的充电电流向调整值调整；

控制信号为PWM控制信号，PWM控制信号用于控制充电线路20中的开关管，以指示充电线路20向外部负载30供电。

示例性的，以充电电流由20A增至40A为例进行说明，本发明实施例可以延缓电流增长的趋势。

突变前，电压外环单元输出的目标充电电流值i1＝20A，采集的当前充电电流值iL＝20A，iL经过滤波器LPF滤波，再经过加法器(预设+2)，得到电流门限值i2＝22A，i1小于iL，输出调整值i3＝20A；

突变后，第一周期，电压环给定电流值可能会变成i1＝25A，此时限幅值为突变前的限幅值i2＝22A，i1大于i2，此时输出调整值i3＝22A；

突变后，第二周期，电压外环单元输出的目标充电电流值可能会变成i1＝27A，此时采集的当前充电电流值iL＝22A(实际上，可能会为20～22A之间的任意值)，经滤波器和加法器(预设+2)，得到电流门限值i2＝24A(范围为22A～24A之间的值，和实际采集值有关)，i1大于i2，此时输出调整值i3＝24A；

......

突变后，第n周期，电压外环单元输出的目标充电电流值可能会变成i1＝40A，此时采集的当前充电电流值iL＝38A，经滤波器和加法器(预设+2)，得到限幅值i2＝40A，相等，此时输出调整值i3＝40A，至此，突变电流缓增长完成。

本发明实施例还提供了一种电源设备，包括如上的充电控制装置和充电线路。

本发明可实现在突加突卸电池负载时，电池充电开启电流自动缓启，充电电流波形平滑过渡，电压不过充，减小充电电路IGBT的电压电流应力，有效解决充电电流的过充问题。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种充电控制装置，其特征在于，包括采集模块、门限模块、限幅模块和控制模块；

所述采集模块，用于采集充电线路向外部负载充电的当前充电电流值，将所述当前充电电流值发送至所述门限模块；

所述门限模块，用于将所述当前充电电流值与预设增量相加，以得到电流门限值，并将所述电流门限值发送至所述限幅模块；预设增量为预先设置在门限模块中的值或由输入模块向门限模块提供的值；

所述限幅模块，用于根据目标充电电流值和所述电流门限值，确定调整值，并将所述调整值发送至所述控制模块；其中，在所述目标充电电流值与所述电流门限值不相等时，所述调整值为所述目标充电电流值和所述电流门限值中的较小者；在所述目标充电电流值与所述电流门限值相等时，所述调整值为所述目标充电电流值；目标充电电流值是根据当前充电电压值和预设给定电压值生成的；

所述控制模块，用于控制所述充电线路向所述外部负载充电的充电电流向所述调整值调整。

2.根据权利要求1所述的充电控制装置，其特征在于，所述限幅模块包括电压外环单元和限幅单元；

所述采集模块，还用于采集充电线路向外部负载充电的当前充电电压值，并将所述当前充电电压值发送至所述电压外环单元；

所述电压外环单元，用于根据所述当前充电电压值和预设给定电压值生成所述目标充电电流值，并将所述目标充电电流值发送至所述限幅单元；

所述限幅单元，用于根据所述目标充电电流值和所述电流门限值，确定所述调整值，并将所述调整值发送至所述控制模块。

3.根据权利要求2所述的充电控制装置，其特征在于，所述电压外环单元包括第一减法器和电压PI控制器；

所述第一减法器，用于根据所述当前充电电压值和所述预设给定电压值生成电压信号，并将所述电压信号发送至所述电压PI控制器；

所述电压PI控制器，用于根据所述第一减法器发送的所述电压信号生成所述目标充电电流值，并将所述目标充电电流值发送至所述限幅单元。

4.根据权利要求2所述的充电控制装置，其特征在于，所述限幅单元包括电流限幅器。

5.根据权利要求1所述的充电控制装置，其特征在于，所述门限模块包括加法器和滤波器；

所述滤波器，用于对所述当前充电电流值进行滤波，并将滤波后的当前充电电流值发送至所述加法器；

所述加法器，用于将所述滤波后的当前充电电流值和所述预设增量相加，以得到电流门限值，并将所述电流门限值发送至所述限幅模块。

6.根据权利要求1所述的充电控制装置，其特征在于，所述控制模块包括第二减法器和电流PI控制器；

所述第二减法器，用于根据所述限幅模块发送的所述调整值和所述采集模块发送的所述当前充电电流值生成电流信号，并将所述电流信号发送至所述电流PI控制器；

所述电流PI控制器，用于根据所述电流信号生成控制信号，以控制所述充电线路向所述外部负载充电的充电电流向所述调整值调整。

7.根据权利要求1所述的充电控制装置，其特征在于，所述控制装置还包括输入模块；

所述输入模块，用于向所述门限模块提供所述预设增量。

8.根据权利要求1所述的充电控制装置，其特征在于，所述预设增量小于或等于所述充电线路中开关器件可承受的单次最大增长电流值。

9.根据权利要求1至8任一项所述的充电控制装置，其特征在于，

所述控制模块，用于生成控制信号，所述控制信号用于控制所述充电线路向所述外部负载充电的充电电流向所述调整值调整；

所述控制信号为PWM控制信号，所述PWM控制信号用于控制所述充电线路中的开关管，以指示所述充电线路向所述外部负载供电。

10.一种电源设备，其特征在于，包括如权利要求1至9任一项所述的充电控制装置和充电线路。