CN115102250A - 一种充电方法、***、控制装置及计算机可读存储介质 - Google Patents

一种充电方法、***、控制装置及计算机可读存储介质 Download PDF

Info

Publication number
CN115102250A
CN115102250A CN202210763786.7A CN202210763786A CN115102250A CN 115102250 A CN115102250 A CN 115102250A CN 202210763786 A CN202210763786 A CN 202210763786A CN 115102250 A CN115102250 A CN 115102250A
Authority
CN
China
Prior art keywords
charging
battery pack
charge
inductor
state
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN202210763786.7A
Other languages
English (en)
Other versions
CN115102250B (zh
Inventor
张凯
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Suzhou Inspur Intelligent Technology Co Ltd
Original Assignee
Suzhou Inspur Intelligent Technology Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Suzhou Inspur Intelligent Technology Co Ltd filed Critical Suzhou Inspur Intelligent Technology Co Ltd
Priority to CN202210763786.7A priority Critical patent/CN115102250B/zh
Publication of CN115102250A publication Critical patent/CN115102250A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN115102250B publication Critical patent/CN115102250B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/0013—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries acting upon several batteries simultaneously or sequentially
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/44—Methods for charging or discharging
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/44—Methods for charging or discharging
    • H01M10/441—Methods for charging or discharging for several batteries or cells simultaneously or sequentially
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/0029—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries with safety or protection devices or circuits
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/0029—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries with safety or protection devices or circuits
    • H02J7/00304—Overcurrent protection
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/0029—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries with safety or protection devices or circuits
    • H02J7/00309—Overheat or overtemperature protection
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/007—Regulation of charging or discharging current or voltage
    • H02J7/00712—Regulation of charging or discharging current or voltage the cycle being controlled or terminated in response to electric parameters
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J2207/00—Indexing scheme relating to details of circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J2207/20—Charging or discharging characterised by the power electronics converter
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/7072—Electromobility specific charging systems or methods for batteries, ultracapacitors, supercapacitors or double-layer capacitors

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)

Abstract

本申请公开了一种充电方法、***、控制装置及计算机可读存储介质，应用于充电技术领域。充电装置包括处理器、直流电源和N个充电电路，直流电源和电池组之间并联N个充电电路，处理器分别与电池组和N个充电电路连接；其中充电方法为：处理器获取电池组的荷电状态并基于其确定充电电路的开启数量，随着荷电状态的增大，充电电路的开启数量先阶梯式上升，再阶梯式下降；并控制启动开启数量的充电电路。由于电池组在荷电状态较小和较大时均不能承受较大充电电流，因此根据电池组的荷电状态来动态调整充电电路的开启数量，避免在充电过程中全程启动全部充电电路进行大功率充电所造成的发热严重，充电效率低的问题，提高电池组的健康状态和使用寿命。

Description

一种充电方法、***、控制装置及计算机可读存储介质
技术领域
本发明涉及充电技术领域，特别是涉及一种充电方法、***、控制装置及计算机可读存储介质。
背景技术
当前，随着石油等传统能源日益匮乏，对新能源及新能源技术的研究变得尤为重要，例如，电动汽车采用蓄电池、燃料电池等新能源作为汽车动力，极大地降低了对化石燃料的依赖，但电动汽车受限于续航里程短、动力电池充电时间长、充电效率低等问题。现有技术中，采用大功率充电器可以实现动力电池的快速充电，但如果在动力电池充电的全过程均采用大功率充电，动力电池不仅发热严重，充电效率低，而且动力电池的健康状态和使用寿命也会受到严重影响。因此，如何高效率的快速充电是本领域技术人员亟待解决的技术问题。
发明内容
本申请的目的是提供一种充电方法、***、控制装置及计算机可读存储介质，该方案应用于充电技术领域。由于电池组在荷电状态较小和较大时均不能承受较大充电电流，因此根据电池组的荷电状态来动态调整充电电路的开启数量，避免在充电过程中全程启动全部充电电路进行大功率充电所造成的发热严重，充电效率低的问题，提高电池组的健康状态和使用寿命。
为解决上述技术问题，本申请提供了一种充电方法，应用于充电装置中的处理器，所述充电装置还包括直流电源和N个充电电路，所述直流电源和电池组之间并联N个所述充电电路，所述处理器分别与所述电池组和N个所述充电电路连接，N大于或等于3；
所述充电方法，包括：
获取所述电池组的荷电状态；
基于所述荷电状态确定所述充电电路的开启数量，随着所述荷电状态的增大，所述充电电路的开启数量先阶梯式上升，再阶梯式下降；
控制启动所述开启数量的所述充电电路为所述电池组充电。
优选的，获取所述电池组的荷电状态，包括：
周期性地获取所述电池组的荷电状态。
优选的，所述充电电路包括可控开关和BUCK电路；
所述直流电源的输出端与所述可控开关的第一端连接，所述可控开关的第二端与所述BUCK电路的输入端连接，所述BUCK电路的输出端与所述电池组连接，所述处理器分别与所述可控开关的控制端、所述BUCK电路的控制端和所述电池组连接；
控制启动所述开启数量的所述充电电路为所述电池组充电，包括：
控制所述开启数量的各所述可控开关闭合；
控制向与各所述可控开关连接的所述BUCK电路发送PWM控制信号。
优选的，所述BUCK电路包括第一电感、第二电感、第一电容、第二电容、第一二极管、第二二极管和NMOS管；所述第一电感的一端分别与所述NMOS管的源极和所述第一二极管的阴极连接且连接的公共端作为所述BUCK电路的输入端，所述第一电感的另一端与所述第一电容的一端连接，所述第一电容的另一端分别与所述NMOS管的漏极和所述第二电容的一端连接且连接的公共端与所述第二电感的一端连接，所述第二电容的另一端分别与所述第一二极管的阳极和所述第二二极管的阴极连接，所述第二二极管的阳极接地，所述第二电感的另一端作为所述BUCK电路的输出端，所述NMOS管的栅极作为所述BUCK电路的控制端；
所述第一二极管、所述第二电容和所述NMOS管，用于在所述NMOS管闭合时，构成第一续流回路；
所述第一电感、所述第一电容和所述NMOS管，用于在所述NMOS管闭合时，构成第二续流回路；
所述第一电感、所述第一电容、所述第二电容和所述第一二极管，用于在所述NMOS管断开时，构成第三续流回路；
所述第二二极管、所述第二电容、所述第二电感和所述第三电容，用于在所述NMOS管断开时，构成第四续流回路；
控制向与各所述可控开关连接的所述BUCK电路发送PWM控制信号，包括：
控制向与各所述可控开关连接的所述NMOS管的栅极发送PWM控制信号。
优选的，所述充电装置还包括与所述电池组并联的第三电容；
所述第一电感的电感量与所述第二电感的电感量的比值的开平方为所述所述第一电感和所述第二电感的耦合系数，所述第一电感的电感量小于所述第二电感的电感量；所述第三电容的电压值与所述直流电源的电压值的比值为所述PWM控制信号的占空比。
优选的，在所述N＝3时，基于所述荷电状态确定所述充电电路的开启数量，随着所述荷电状态的增大，所述充电电路的开启数量先阶梯式上升，再阶梯式下降，包括：
若所述荷电状态小于或等于第一预设值，则确定所述充电电路的开启数量为2；
若所述荷电状态大于所述第一预设值且小于或等于第二预设值，则确定所述充电电路的开启数量为3；
若所述荷电状态大于所述第二预设值，则确定所述充电电路的开启数量为1。
优选的，所述第一预设值为20％，所述第二预设值为80％。
为解决上述技术问题，本申请还提供了一种充电***，应用于充电装置，所述充电装置包括直流电源和N个充电电路，所述直流电源和电池组之间并联N个所述充电电路，所述充电***分别与所述电池组和N个所述充电电路连接，N大于或等于3；
所述充电***，包括：
获取单元，用于获取所述电池组的荷电状态；
开启数量确定单元，用于基于所述荷电状态确定所述充电电路的开启数量，随着所述荷电状态的增大，所述充电电路的开启数量先阶梯式上升，再阶梯式下降；
控制单元，用于控制启动所述开启数量的所述充电电路为所述电池组充电。
为解决上述技术问题，本申请还提供了一种充电控制装置，应用于充电装置，所述充电装置包括直流电源和N个充电电路，所述直流电源和电池组之间并联N个所述充电电路，N大于或等于3；
所述充电控制装置，包括：
存储器，用于存储计算机程序；
处理器，用于执行所述计算机程序以实现所述充电方法的步骤。
为解决上述技术问题，本申请还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现所述充电方法的步骤。
本申请提供了一种充电方法、***、控制装置及计算机可读存储介质，该方案应用于充电技术领域。充电装置包括处理器、直流电源和N个充电电路，直流电源和电池组之间并联N个充电电路，处理器分别与电池组和N个充电电路连接；其中充电方法为：处理器获取电池组的荷电状态并基于其确定充电电路的开启数量，随着荷电状态的增大，充电电路的开启数量先阶梯式上升，再阶梯式下降；并控制启动开启数量的充电电路。由于电池组在荷电状态较小和较大时均不能承受较大充电电流，因此根据电池组的荷电状态来动态调整充电电路的开启数量，避免在充电过程中全程启动全部充电电路进行大功率充电所造成的发热严重，充电效率低的问题，提高电池组的健康状态和使用寿命。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对现有技术和实施例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申请的一些实施例，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获得其他的附图。
图1为本申请提供的一种充电方法的流程示意图；
图2为本申请提供的一种充电装置的结构示意图；
图3为本申请提供的另一种充电装置的结构示意图；
图4为本申请提供的一种充电***的结构示意图；
图5为本申请提供的一种充电控制装置的结构示意图。
具体实施方式
本申请的核心是提供一种充电方法、***、控制装置及计算机可读存储介质，该方案应用于充电技术领域。由于电池组在荷电状态较小和较大时均不能承受较大充电电流，因此根据电池组的荷电状态来动态调整充电电路的开启数量，避免在充电过程中全程启动全部充电电路进行大功率充电所造成的发热严重，充电效率低的问题，提高电池组的健康状态和使用寿命。
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
图1为本申请提供的一种充电方法的流程示意图，图2为本申请提供的一种充电装置的结构示意图，图2中以N＝3为例。充电方法，应用于充电装置中的处理器，充电装置还包括直流电源U1和N个充电电路U2，直流电源U1和电池组U3之间并联N个充电电路U2，处理器分别与电池组U3和N个充电电路U2连接，N大于或等于3；
充电方法，包括：
S11：获取电池组U3的荷电状态；
S12：基于荷电状态确定充电电路U2的开启数量，随着荷电状态的增大，充电电路U2的开启数量先阶梯式上升，再阶梯式下降；
S13：控制启动开启数量的充电电路U2为电池组U3充电。
当前，随着石油等传统能源日益匮乏，对新能源及新能源技术的研究变得尤为重要，例如，电动汽车采用蓄电池、燃料电池等新能源作为汽车动力，极大地降低了对化石燃料的依赖，但电动汽车受限于续航里程短、动力电池充电时间长、充电效率低等问题。现有技术中，采用大功率充电器可以实现动力电池的快速充电，但如果在动力电池充电的全过程均采用大功率充电，动力电池不仅发热严重，充电效率低，而且动力电池的健康状态和使用寿命也会受到严重影响。因此，如何高效率的快速充电是本领域技术人员亟待解决的技术问题。
为解决上述技术问题，本申请根据电池组U3的荷电状态(State Of Charge，SOC，其取值范围为0～1，当SOC＝0时表示电池组U3放电完全，当SOC＝1时表示电池组U3完全充满)实现动态调节充电电路U2的开启数量，进而控制充电电流的大小，减小发热，提高充电效率。
具体的，S11中，直流电源U1用于为电池组U3充电，N个并联的充电电路U2决定了充电电流的大小，处理器可以通过安时积分法估算电池组U3的荷电状态，再以此为依据控制充电电路U2的开启数量。其中，电池组U3可以为蓄电池组。
S12中，考虑到在电池组U3的荷电状态较小时，即趋近于0时，对电池组U3进行大电流的快速充电，会影响低能量状态的电池组U3的健康状态和使用寿命；在电池组U3的荷电状态较大时，即趋近于1时，对电池组U3进行大电流的快速充电，会使电池过热，导致充电效率降低、使用寿命衰减等问题，并且容易导致电池组U3的电压超出充电截止电压范围。因而，在荷电状态较小和较大时，均对电池组U3进行小电流的充电，即控制启动的充电电路U2的开启数量较小。
在电池组U3的荷电状态处于中等大小时，即既不趋近于0也不趋近于1时，控制启动的充电电路U2的开启数量较大，此时对电池组U3进行大电流的快速充电，不会过度发热，减小对电池组U3的使用寿命的影响。
同时，上述在荷电状态处于不同阶段时，分别对充电电路U2的开启数量进行控制，动态的改变充电电流的大小，使整个充电过程具有较高的效率。本申请不但可以应用于电动汽车，还可应用于飞机应急电源、计算机、存储***的备电***领域，在兼顾电池组U3的寿命、健康状态的同时也实现高效率充电。
综上，本申请提供了一种充电方法，该方案应用于充电技术领域。充电装置包括处理器、直流电源U1和N个充电电路U2，直流电源U1和电池组U3之间并联N个充电电路U2，处理器分别与电池组U3和N个充电电路U2连接；其中充电方法为：处理器获取电池组U3的荷电状态并基于其确定充电电路U2的开启数量，随着荷电状态的增大，充电电路U2的开启数量先阶梯式上升，再阶梯式下降；并控制启动开启数量的充电电路U2。由于电池组U3在荷电状态较小和较大时均不能承受较大充电电流，因此根据电池组U3的荷电状态来动态调整充电电路U2的开启数量，避免在充电过程中全程启动全部充电电路U2进行大功率充电所造成的发热严重，充电效率低的问题，提高电池组U3的健康状态和使用寿命。
在上述实施例的基础上：
作为一种优选的实施例，获取电池组U3的荷电状态，包括：
周期性地获取电池组U3的荷电状态。
考虑到直流电源U1在对充电组进行充电时，充电组的荷电状态在不断变化，因此需要周期性地去获取电池组U3的荷电状态，保证电池组U3的实时性。其中，可通过安时积分法估算电池组U3的荷电状态；周期的大小也可根据实际情况进行相应调整，此处不做具体限定。
请参照图3，图3为本申请提供的另一种充电装置的结构示意图。
作为一种优选的实施例，充电电路U2包括可控开关S1和BUCK电路；
直流电源U1的输出端与可控开关S1的第一端连接，可控开关S1的第二端与BUCK电路的输入端连接，BUCK电路的输出端与电池组U3连接，处理器分别与可控开关S1的控制端、BUCK电路的控制端和电池组U3连接；
控制启动开启数量的充电电路U2为电池组U3充电，包括：
控制开启数量的各可控开关S1闭合；
控制向与各可控开关S1连接的BUCK电路发送PWM控制信号。
本实施例中，进行充电的充电电路U2由可控开关S1和BUCK电路构成，可控开关S1闭合，表明与其连接的BUCK电路被选中，产生充电电流对电池组U3进行充电；可控开关S1断开，表明与其连接的BUCK电路未被选中，不导通无法产生充电电流对电池组U3进行充电。其中，可控开关S1可以为N沟道的MOS管，此处不做具体限定。
并且在控制可控开关S1闭合时，同时向与其连接的BUCK电路发送PWM控制信号来控制BUCK电路的开启频率。
作为一种优选的实施例，BUCK电路包括第一电感L1、第二电感L2、第一电容C1、第二电容C2、第一二极管D1、第二二极管D2和NMOS管S2；第一电感L1的一端分别与NMOS管S2的源极和第一二极管D1的阴极连接且连接的公共端作为BUCK电路的输入端，第一电感L1的另一端与第一电容C1的一端连接，第一电容C1的另一端分别与NMOS管S2的漏极和第二电容C2的一端连接且连接的公共端与第二电感L2的一端连接，第二电容C2的另一端分别与第一二极管D1的阳极和第二二极管D2的阴极连接，第二二极管D2的阳极接地，第二电感L2的另一端作为BUCK电路的输出端，NMOS管S2的栅极作为BUCK电路的控制端；
第一二极管D1、第二电容C2和NMOS管S2，用于在NMOS管S2闭合时，构成第一续流回路；
第一电感L1、第一电容C1和NMOS管S2，用于在NMOS管S2闭合时，构成第二续流回路；
第一电感L1、第一电容C1、第二电容C2和第一二极管D1，用于在NMOS管S2断开时，构成第三续流回路；
第二二极管D2、第二电容C2、第二电感L2和第三电容C3，用于在NMOS管S2断开时，构成第四续流回路；
控制向与各可控开关S1连接的BUCK电路发送PWM控制信号，包括：
控制向与各可控开关S1连接的NMOS管S2的栅极发送PWM控制信号。
由于充电电路U2存在一定的电压、电流纹波，该纹波也会导致电池组U3发热，影响电池组U3的使用寿命，如果纹波过大，电压纹波瞬时谷值低于电池组U3的单体开路电压时，会导致电池组U3放电，电池组U3会以纹波频率进行充放电循环，加速电池组U3的老化，影响电池组U3的健康状态和使用寿命。
因此，本实施例中，BUCK电路中设置了续流回路，减小在充电过程中产生的纹波对电池组U3的影响。
具体的，以图3中从上到下第一个BUCK电路被选中为例，当NMOS管S2闭合时：第一二极管D1短暂导通，第二二极管D2截止，此时NMOS管S2、第二电容C2、第一二极管D1形成第一续流回路，第一电感L1、第一电容C1和NMOS管S2形成第二续流回路，直流电源U1依次通过可控开关S1、NMOS管S2和第二电感L2对电池组U3进行供电，同时，第二电感L2进行储能，第一续流回路和第二续流回路抑制纹波。
当NMOS管S2断开时：第二二极管D2导通，第一电感L1、第一电容C1、第二电容C2和第一二极管D1形成第三续流回路，第二二极管D2、第二电容C2、第二电感L2和第三电容C3形成第四续流回路，第二电感L2对电池组U3进行供电，同时，第三续流回路和第四续流回路抑制纹波。
其中，N个充电电路U2均具有上述相同设置；PWM控制信号输入至NMOS管S2的栅极来控制其闭合或断开，进而控制BUCK电路的开启频率。
综上，通过上述BUCK电路进行低纹波充电，减小因纹波而导致的电池组U3的充放电循环、加速电池组U3的老化，提高电池组U3的健康状态和使用寿命。
作为一种优选的实施例，充电装置还包括与电池组U3并联的第三电容C3；
第一电感L1的电感量与第二电感L2的电感量的比值的开平方为第一电感L1和第二电感L2的耦合系数，第一电感L1的电感量小于第二电感L2的电感量；第三电容C3的电压值与直流电源U1的电压值的比值为PWM控制信号的占空比。
本实施例中，为了尽可能的减小纹波，因而对第一电感L1和第二电感L2的耦合系数和PWM控制信号的占空比进行相应的设置。
具体的，以图3中从上到下第一个BUCK电路被选中为例，该BUCK电路具有低纹波电源输出，工作原理如下：
1)当第一电感L1和第二电感L2没有磁耦合时：若输出电容，即第三电容C3的两端的电压纹波为0，则施加在两个电感上的电压相同，证明如下：
当NMOS管S2导通，第二电感L2两端的电压为VL2-on＝Vg-VC3，Vg为直流电源U1的电压，VC3为第三电容C3的电压；第一电感L1两端的电压为：VL1-on＝VC1，VC1为第一电容C1的电压。
当NMOS管S2闭合，第二电感L2两端的电压为VL2-off＝-VC3-VC2，VC2为第二电容C2的电压；第一电感L1两端的电压为：VL1-off＝VC1-VC2-Vg。
根据基尔霍夫电压定律Vg＝-VL1+VC1+VL2+VC3，VL1为第一电感L1某一时刻的电压，VL2为第二电感L2某一时刻的电压。
若忽略电容电压纹波，则电容电压近似为直流电压值，电感电压的直流值明显为0，则等式Vg＝-VL1+VC1+VL2+VC3可近似等于Vg＝VC1+VC3，即VC1＝Vg-VC3，代入NMOS管S2导通时的VL2-on＝Vg-VC3和VL1-on＝VC1，可得VL2-on＝VL1-on；代入NMOS管S2闭合时的VL2-off＝-VC3-VC2和VL1-off＝VC1-VC2-Vg，可得VL2-off＝VL1-off。
通过VL2-on＝VL1-on和VL2-off＝VL1-off可以得出结论，在第一电感L1和第二电感L2没有磁耦合的任一时刻，若输出电容，即第三电容C3两端的电压纹波为0，则施加在第一电感L1和第二电感L2上的电压均相同。
2)当第一电感L1和第二电感L2磁耦合时：M为互感系数，k为耦合系数，则
Figure BDA0003724832880000101
L1-1为第一电感L1的电感量，L1-2为第二电感L2的电感量；第一电感L1两端的电压为VL1＝L1-1*(diL1/dt)+M*(diL2/dt)，VL2＝L1-2*(diL2/dt)+M*(diL1/dt)，t为时间，iL1为第一电感L1的电流，iL2为第二电感L2的电流；可得到如下线性***方程：
Figure BDA0003724832880000102
并且由于1)中的结论第一电感L1和第二电感L2上的电压均相同，即VL1＝VL2，对上式进行简化得到：
Figure BDA0003724832880000103
将
Figure BDA0003724832880000104
代入即可得到：
Figure BDA0003724832880000105
当通过第二电感L2的电流不存在纹波时，意味着
Figure BDA0003724832880000106
即第一电感L1和第二电感L2的耦合系数
Figure BDA0003724832880000107
并且由于k需小于1，由此可得L1-2＞L1-1，输出纹波近似为0。
若PWM控制信号的占空比为D，由电感伏秒积平衡可得：D*(Vg-VC3)+(1-D)*(-VC3-VC2)＝0，在NMOS管S2断开时，第二电容C2的电压通过第二二极管D2放电至0，若第二电容C2的纹波很小，则可以忽略不计，则VC2近似为0，则D＝VC3/Vg。
每个BUCK电路的工作原理相同，其中两个电感的耦合系数和PWM控制信号的占空比的设置也均相同。
综上，一方面，通过BUCK电路可输出低纹波的电压电流进行充电，避免电池组U3因充电纹波导致的发热问题，同时避免电池组U3以纹波频率进行充放电循环，加速电池组U3的老化，影响电池组U3的健康状态和使用寿命；另一方面，基于电池组U3的荷电状态控制BUCK电路的开启数量，使N个低纹波的BUCK电路交错工作，在兼顾电池组U3健康状态和使用寿命的同时，实现电池组U3快速、高效率充电，解决了因快速充电导致的电池组U3快速老化、使用寿命缩短的问题。
作为一种优选的实施例，在N＝3时，基于荷电状态确定充电电路U2的开启数量，随着荷电状态的增大，充电电路U2的开启数量先阶梯式上升，再阶梯式下降，包括：
若荷电状态小于或等于第一预设值，则确定充电电路U2的开启数量为2；
若荷电状态大于第一预设值且小于或等于第二预设值，则确定充电电路U2的开启数量为3；
若荷电状态大于第二预设值，则确定充电电路U2的开启数量为1。
本实施例中，对N＝3时，荷电状态和充电电路U2的开启数量之间的关系进行了限定。
具体的，当电池组U3的荷电状态处于0到第一预设值之间时，若对电池组U3进行快速充电，大电流会影响低能量状态电池组U3的健康状态和使用寿命，此范围适合对电池组U3进行中等程度的充电，此时，可以控制任意两个可控开关S1闭合，选中两个充电电路U2工作，对电池组U3充电。
当电池组U3的荷电状态处于第一预设值到第二预设值之间时，此范围适合对电池组U3进行快速充电，此时，可以控制三个可控开关S1均闭合，选中三个充电电路U2工作，对电池组U3进行大电流、高效率充电。
当电池组U3的荷电状态处于第二预设值到1之间时，需要对电池组U3进行慢速充电，此时，可以控制任一可控开关S1闭合，只选中一个充电电路U2工作，此范围内需避免快速充电使电池组U3过热，导致充电效率降低、使用寿命衰减等问题，同时容易保证电池组U3的电压在充电截止电压范围内。
综上，三个充电电路U2并联，基于电池组U3的荷电状态，控制三个充电电路U2交错工作，在兼顾电池组U3的健康状态和使用寿命的同时，实现电池组U3快速、高效率充电，解决了因快速充电导致的电池组U3快速老化、使用寿命缩短的问题。
作为一种优选的实施例，第一预设值为20％，第二预设值为80％。
本实施例中，第一预设值可以为20％，第二预设值可以为80％，当然也可以为其他数值，根据实际应用情况而定，此处不做具体限定。
请参照图4，图4为本申请提供的一种充电***的结构示意图，应用于充电装置，充电装置包括直流电源U1和N个充电电路U2，直流电源U1和电池组U3之间并联N个充电电路U2，充电***分别与电池组U3和N个充电电路U2连接，N大于或等于3；
充电***，包括：
获取单元21，用于获取电池组U3的荷电状态；
开启数量确定单元22，用于基于荷电状态确定充电电路U2的开启数量，随着荷电状态的增大，充电电路U2的开启数量先阶梯式上升，再阶梯式下降；
控制单元23，用于控制启动开启数量的充电电路U2为电池组U3充电。
对于本申请提供的一种充电***的介绍，请参照上述实施例，本申请此处不再赘述。
作为一种优选的实施例，获取单元21，具体用于：
周期性地获取电池组U3的荷电状态。
作为一种优选的实施例，充电电路U2包括可控开关S1和BUCK电路；
直流电源U1的输出端与可控开关S1的第一端连接，可控开关S1的第二端与BUCK电路的输入端连接，BUCK电路的输出端与电池组U3连接，处理器分别与可控开关S1的控制端、BUCK电路的控制端和电池组U3连接；
控制单元23，包括：
可控开关控制单元，用于控制开启数量的各可控开关S1闭合；
BUCK电路控制单元，用于控制向与各可控开关S1连接的BUCK电路发送PWM控制信号。
作为一种优选的实施例，BUCK电路包括第一电感L1、第二电感L2、第一电容C1、第二电容C2、第一二极管D1、第二二极管D2和NMOS管S2；第一电感L1的一端分别与NMOS管S2的源极和第一二极管D1的阴极连接且连接的公共端作为BUCK电路的输入端，第一电感L1的另一端与第一电容C1的一端连接，第一电容C1的另一端分别与NMOS管S2的漏极和第二电容C2的一端连接且连接的公共端与第二电感L2的一端连接，第二电容C2的另一端分别与第一二极管D1的阳极和第二二极管D2的阴极连接，第二二极管D2的阳极接地，第二电感L2的另一端作为BUCK电路的输出端，NMOS管S2的栅极作为BUCK电路的控制端；
第一二极管D1、第二电容C2和NMOS管S2，用于在NMOS管S2闭合时，构成第一续流回路；
第一电感L1、第一电容C1和NMOS管S2，用于在NMOS管S2闭合时，构成第二续流回路；
第一电感L1、第一电容C1、第二电容C2和第一二极管D1，用于在NMOS管S2断开时，构成第三续流回路；
第二二极管D2、第二电容C2、第二电感L2和第三电容C3，用于在NMOS管S2断开时，构成第四续流回路；
BUCK电路控制单元，具体用于：
控制向与各可控开关S1连接的NMOS管S2的栅极发送PWM控制信号。
作为一种优选的实施例，充电装置还包括与电池组U3并联的第三电容C3；
第一电感L1的电感量与第二电感L2的电感量的比值的开平方为第一电感L1和第二电感L2的耦合系数，第一电感L1的电感量小于第二电感L2的电感量；第三电容C3的电压值与直流电源U1的电压值的比值为PWM控制信号的占空比。
作为一种优选的实施例，在N＝3时，开启数量确定单元22，包括：
第一开启数量确定单元，用于若荷电状态小于或等于第一预设值，则确定充电电路U2的开启数量为2；
第二开启数量确定单元，用于若荷电状态大于第一预设值且小于或等于第二预设值，则确定充电电路U2的开启数量为3；
第三开启数量确定单元，用于若荷电状态大于第二预设值，则确定充电电路U2的开启数量为1。
作为一种优选的实施例，第一预设值为20％，第二预设值为80％。
请参照图5，图5为本申请提供的一种充电控制装置的结构示意图，应用于充电装置，充电装置包括直流电源U1和N个充电电路U2，直流电源U1和电池组U3之间并联N个充电电路U2，N大于或等于3；
充电控制装置，包括：
存储器31，用于存储计算机程序；
处理器32，用于执行计算机程序以实现充电方法的步骤。
对于本申请提供的一种充电控制装置的介绍，请参照上述实施例，本申请此处不再赘述。
本申请提供了一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现充电方法的步骤。
对于本申请提供的一种计算机可读存储介质的介绍，请参照上述实施例，本申请此处不再赘述。
需要说明的是，在本说明书中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其他实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种充电方法，其特征在于，应用于充电装置中的处理器，所述充电装置还包括直流电源和N个充电电路，所述直流电源和电池组之间并联N个所述充电电路，所述处理器分别与所述电池组和N个所述充电电路连接，N大于或等于3；
所述充电方法，包括：
获取所述电池组的荷电状态；
基于所述荷电状态确定所述充电电路的开启数量，随着所述荷电状态的增大，所述充电电路的开启数量先阶梯式上升，再阶梯式下降；
控制启动所述开启数量的所述充电电路为所述电池组充电。
2.如权利要求1所述的充电方法，其特征在于，获取所述电池组的荷电状态，包括：
周期性地获取所述电池组的荷电状态。
3.如权利要求1所述的充电方法，其特征在于，所述充电电路包括可控开关和BUCK电路；
所述直流电源的输出端与所述可控开关的第一端连接，所述可控开关的第二端与所述BUCK电路的输入端连接，所述BUCK电路的输出端与所述电池组连接，所述处理器分别与所述可控开关的控制端、所述BUCK电路的控制端和所述电池组连接；
控制启动所述开启数量的所述充电电路为所述电池组充电，包括：
控制所述开启数量的各所述可控开关闭合；
控制向与各所述可控开关连接的所述BUCK电路发送PWM控制信号。
4.如权利要求3所述的充电方法，其特征在于，所述BUCK电路包括第一电感、第二电感、第一电容、第二电容、第一二极管、第二二极管和NMOS管；所述第一电感的一端分别与所述NMOS管的源极和所述第一二极管的阴极连接且连接的公共端作为所述BUCK电路的输入端，所述第一电感的另一端与所述第一电容的一端连接，所述第一电容的另一端分别与所述NMOS管的漏极和所述第二电容的一端连接且连接的公共端与所述第二电感的一端连接，所述第二电容的另一端分别与所述第一二极管的阳极和所述第二二极管的阴极连接，所述第二二极管的阳极接地，所述第二电感的另一端作为所述BUCK电路的输出端，所述NMOS管的栅极作为所述BUCK电路的控制端；
所述第一二极管、所述第二电容和所述NMOS管，用于在所述NMOS管闭合时，构成第一续流回路；
所述第一电感、所述第一电容和所述NMOS管，用于在所述NMOS管闭合时，构成第二续流回路；
所述第一电感、所述第一电容、所述第二电容和所述第一二极管，用于在所述NMOS管断开时，构成第三续流回路；
所述第二二极管、所述第二电容、所述第二电感和所述第三电容，用于在所述NMOS管断开时，构成第四续流回路；
控制向与各所述可控开关连接的所述BUCK电路发送PWM控制信号，包括：
控制向与各所述可控开关连接的所述NMOS管的栅极发送PWM控制信号。
5.如权利要求4所述的充电方法，其特征在于，所述充电装置还包括与所述电池组并联的第三电容；
所述第一电感的电感量与所述第二电感的电感量的比值的开平方为所述所述第一电感和所述第二电感的耦合系数，所述第一电感的电感量小于所述第二电感的电感量；所述第三电容的电压值与所述直流电源的电压值的比值为所述PWM控制信号的占空比。
6.如权利要求1至5任一项所述的充电方法，其特征在于，在所述N＝3时，基于所述荷电状态确定所述充电电路的开启数量，随着所述荷电状态的增大，所述充电电路的开启数量先阶梯式上升，再阶梯式下降，包括：
若所述荷电状态小于或等于第一预设值，则确定所述充电电路的开启数量为2；
若所述荷电状态大于所述第一预设值且小于或等于第二预设值，则确定所述充电电路的开启数量为3；
若所述荷电状态大于所述第二预设值，则确定所述充电电路的开启数量为1。
7.如权利要求6所述的充电方法，其特征在于，所述第一预设值为20％，所述第二预设值为80％。
8.一种充电***，其特征在于，应用于充电装置，所述充电装置包括直流电源和N个充电电路，所述直流电源和电池组之间并联N个所述充电电路，所述充电***分别与所述电池组和N个所述充电电路连接，N大于或等于3；
所述充电***，包括：
获取单元，用于获取所述电池组的荷电状态；
开启数量确定单元，用于基于所述荷电状态确定所述充电电路的开启数量，随着所述荷电状态的增大，所述充电电路的开启数量先阶梯式上升，再阶梯式下降；
控制单元，用于控制启动所述开启数量的所述充电电路为所述电池组充电。
9.一种充电控制装置，其特征在于，应用于充电装置，所述充电装置包括直流电源和N个充电电路，所述直流电源和电池组之间并联N个所述充电电路，N大于或等于3；
所述充电控制装置，包括：
存储器，用于存储计算机程序；
处理器，用于执行所述计算机程序以实现如权利要求1至7任一项所述充电方法的步骤。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至7任一项所述充电方法的步骤。
CN202210763786.7A 2022-06-30 2022-06-30 一种充电方法、***、控制装置及计算机可读存储介质 Active CN115102250B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210763786.7A CN115102250B (zh) 2022-06-30 2022-06-30 一种充电方法、***、控制装置及计算机可读存储介质

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210763786.7A CN115102250B (zh) 2022-06-30 2022-06-30 一种充电方法、***、控制装置及计算机可读存储介质

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN115102250A true CN115102250A (zh) 2022-09-23
CN115102250B CN115102250B (zh) 2024-01-12

Family

ID=83295175

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202210763786.7A Active CN115102250B (zh) 2022-06-30 2022-06-30 一种充电方法、***、控制装置及计算机可读存储介质

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN115102250B (zh)

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105471044A (zh) * 2015-12-31 2016-04-06 普天新能源有限责任公司 充电***控制方法和装置
CN113386632A (zh) * 2021-07-30 2021-09-14 东南大学 一种基于多堆燃料电池的电动汽车动力***

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105471044A (zh) * 2015-12-31 2016-04-06 普天新能源有限责任公司 充电***控制方法和装置
CN113386632A (zh) * 2021-07-30 2021-09-14 东南大学 一种基于多堆燃料电池的电动汽车动力***

Also Published As

Publication number Publication date
CN115102250B (zh) 2024-01-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Khaligh et al. A multiple-input DC–DC converter topology
US8853888B2 (en) Multiple-input DC-DC converter
CN108988634B (zh) 一种三相交错式双向大变比dcdc变换器及其控制方法
CN102904450A (zh) 电流型绝缘转换器
Keyhani et al. A ZVS single-inductor multi-input multi-output DC-DC converter with the step up/down capability
CN105939112A (zh) 一种高增益准开关升压dc-dc变换器
CN105939107A (zh) 一种混合型准开关升压dc-dc变换器
Khaligh A multiple-input dc-dc positive buck-boost converter topology
CN115514219A (zh) 带飞跨电容的三电平dcdc变换器、***及控制方法
Chen et al. A new bidirectional DC-DC converter with a high step-up/down conversion ratio for renewable energy applications
CN113630009B (zh) 一种高性能非隔离双向直流变换器及其控制方法
KR101560792B1 (ko) 배터리용 직류변환장치 및 그의 제어방법
CN114744876B (zh) 光伏发电用零电流纹波Buck-Boost变换器
CN115102250A (zh) 一种充电方法、***、控制装置及计算机可读存储介质
Kajiwara et al. Performance Mechanism of Active Clamp Resonant SEPIC Converter in Renewable Energy Systems
Rakesh et al. Analysis of bidirectional DC-DC converter with wide voltage gain for charging of electric vehicle
CN110460234B (zh) 一种高降压比的交错并联dc-dc变换器
CN113346755A (zh) 一种车载隔离式双向dcdc变换器
CN217883224U (zh) 一种dc-dc电源电路
CN111697824B (zh) 一种级联梯形拓扑结构的电场感应取能电源电路
CN117748690B (zh) 电池的充放电电路和电池的充放电方法
CN212012472U (zh) 一种母线电容平衡装置及电动汽车充电电源
CN117060707B (zh) 单级单相无桥Zeta型PFC变换器
Raja et al. An efficient high-step-up interleaved with a common active clamp DC-DC converter for electric vehicle
Mathuria et al. Effect of non-idealistic parameters on the performance of dc-dc converter for EV applications

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant