一种双向能量接口装置及其控制方法制造方法及图纸

本申请公开了一种双向能量接口装置及其控制方法，其中所述装置包括H桥电源变换器和电池控制器，H桥电源变换器分别与整流电源和备用电池连接，电池控制器与H桥电源变换器连接并被配置成：计算整流电源输出的直流母线电压实际值与输入电压参考值之间的电压差；根据所述电压差通过第一PI控制器确定第一控制信号；根据第一控制信号及备用电池的各个单体电压确定输出电流参考值；计算所述H桥电源变换器的实际输出电流与输出电流参考值之间的电流差；根据所述电流差通过第二PI控制器确定第二控制信号；对所述第二控制信号取反从而得到控制量；根据所述控制量基于脉宽调制确定驱动H桥电源变换器的脉冲。本发明专利技术能够自动管理备用电池充电与放电过程。

【技术实现步骤摘要】
一种双向能量接口装置及其控制方法
本申请涉及通信系统的备用电池的充放电控制领域，尤其涉及一种双向能量接口装置及其控制方法。
技术介绍
当前通信系统内部通常采用直流供电制式(24V、48V、120V等)，相关直流电通过系统内部的整流电源提供。整流电源将外部市电(通常为AC220V或者380V)变换为直流电压。为保证外部市电中断条件下系统内关键设备供电不中断，通常在直流供电母线上加装储能备用电池系统。但是由于目前整流电源不具备备用电池充、放电的管理功能，因此备用电池存在过冲、过放的情况。
技术实现思路
为了克服现有技术中存在的不足，本专利技术提供一种双向能量接口装置及其控制方法，其能够在维持通信系统直流母线电压稳定的条件下实现对其后部备用电池充电与放电过程的自动管理。为解决上述技术问题，本专利技术的双向能量接口装置，包括H桥电源变换器和电池控制器，其中所述H桥电源变换器的输入端用于与整流电源输出的直流母线连接，所述H桥电源变换器的输出端用于与备用电池连接，所述电池控制器与所述H桥电源变换器的输出端连接并被配置成：计算整流电源输出的直流母线电压实际值与输入电压参考值之间的电压差；根据所述电压差通过第一PI控制器确定第一控制信号；根据第一控制信号及备用电池的各个单体电压确定输出电流参考值；计算所述H桥电源变换器的实际输出电流与所述输出电流参考值之间的电流差；根据所述电流差通过第二PI控制器确定第二控制信号；对所述第二控制信号取反从而得到控制量；根据所述控制量基于脉宽调制确定驱动脉冲，所述驱动脉冲用于驱动所述H桥电源变换器的DCDC功率回路工作。作为本专利技术所述装置的改进，所述H桥电源变换器包括H桥双向DCDC变换器，所述H桥双向DCDC变换器包括四个MOS管，四个MOS管两两串联连接形成两个桥臂，两个桥臂的中点之间连接一电感器，每一MOS管与一续流二极管反并联，每一桥臂与一电容器并联。作为本专利技术所述装置的进一步改进，所述H桥电源变换器的输入端与所述双向DCDC变换器之间串接一电阻器，所述H桥双向DCDC变换器与所述H桥电源变换器的输出端之间串接一电阻器，每一电阻器分别与一开关并联。作为本专利技术所述装置的另一种改进，所述电池控制器被配置成使得：输入电压参考值小于所述直流母线电压实际值，第一PI控制器负饱和，输出电流参考值被给定为最大充电电流，通过第二PI控制器的作用控制实际输出电流跟随输出电流参考值的值，从而对备用电池进行充电；及响应于网侧电压消失，直流母线电压实际值跌落至低于输入电压参考值，第一PI控制器退出负饱和，直至输出电流参考值被给定为正，通过第二PI控制器的作用控制实际输出电流跟随输出电流参考值的值，从而对备用电池进行放电。作为本专利技术所述装置的又一种改进，所述电池控制器被配置成使得输出电流参考值按下式确定：Iout*＝k*PI1out其中Iout*为输出电流参考值，PI1out为所述第一控制信号，k为0～1之间的修正系数。作为本专利技术所述装置的再进一步改进，k的取值根据备用电池单体充电特性基于备用电池的单体电压Ubat1～Ubatn确定。作为本专利技术所述装置的再一种改进，所述电池控制器被配置成，响应于备用电池放电及所述双向能量接口装置输出至直流母线上的功率低于直流负载所需要的功率，使得第一PI控制器正饱和，所述输出电流参考值使得所述双向能量接口装置一直向直流母线上输出最大可能输出的电流值。为解决上述技术问题，本专利技术的双向能量接口装置的控制方法，所述双向能量接口装置包括H桥电源变换器，所述H桥电源变换器的输入端用于与整流电源输出的直流母线连接，所述H桥电源变换器的输出端用于与备用电池连接，所述方法包括：计算整流电源输出的直流母线电压实际值与输入电压参考值之间的电压差；根据所述电压差通过第一PI控制器确定第一控制信号；根据第一控制信号及备用电池的各个单体电压确定输出电流参考值；计算所述H桥电源变换器的实际输出电流与所述输出电流参考值之间的电流差；根据所述电流差通过第二PI控制器确定第二控制信号；对所述第二控制信号取反从而得到控制量；根据所述控制量基于脉宽调制确定驱动脉冲，所述驱动脉冲用于驱动所述H桥电源变换器的DCDC功率回路工作。通过在整流电源输出的直流母线与备用电池之间加装本专利技术的双向能量接口装置，可控制直流母线向备用电池流动或者备用电池向直流母线流动的双向能量流动过程，从而可实现对备用电池充、放电的主动管理，根据整流电源输出的直流母线电压大小实现备用电池充电、放电过程的自动切换，在备用电池充电、放电过程中能够自动控制充电的电流大小，从而最大程度上优化备用电池使用情况，延长备用电池使用寿命，及在备用电池放电过程中能够自动实现放电电流的限幅，保护双向能量接口装置和备用电池。结合附图阅读本专利技术实施方式的详细描述后，本专利技术的其它特点和优点将变得更加清楚。附图说明图1为根据本专利技术装置的一实施例的结构示意图。图2为图1所示实施例中的H桥电源变换器的内部结构示意图。图3为图1所示实施例中的电池控制器的控制示意图。图4为电池控制器中PWM驱动脉冲产生过程原理图。为清晰起见，这些附图均为示意性及简化的图，它们只给出了对于理解本专利技术所必要的细节，而省略其他细节。具体实施方式下面参照附图对本专利技术的实施方式和实施例进行详细说明。通过下面给出的详细描述，本专利技术的适用范围将显而易见。然而，应当理解，在详细描述和具体例子表明本专利技术优选实施例的同时，它们仅为说明目的给出。图1示出了根据本专利技术的双向能量接口装置在使用场合的结构示意图。双向能量接口装置包括H桥电源变换器和电池控制器，H桥电源变换器主要负责对输入输出电能的处理和变换，电池控制器与H桥电源变换器的输出端连接并控制备用电池的充放电。在使用时，H桥电源变换器的输入端与整流电源输出(如输出DC48V)的直流母线连接，H桥电源变换器的输出端与备用电池连接。图2为电源变换器内部结构，J1为输入端，J2输出端，K1、K2为两个空气开关。R1、R2为电源变换器提供预充电功能，有效保护C1、C2，防止电源接通瞬间，电容短路炸裂。L1为电感器，具有储存电能、缩短MOS管导通时间的作用。Q1～Q4为MOS管，实现整体电路的BUCK、BOOST、BUCK-BOOST三种电路基本原理。图2示出了H桥电源变换器模块的内部结构，该H桥电源变换器包括H桥双向DCDC变换器。MOS管Q1和Q2连接形成第一桥臂，MOS管Q3和Q4连接形成第二桥臂，第一桥臂和第二桥臂的中点之间连接电感器L1，MOS管Q1～Q4中的每一个分别与续流二极管D1～D4反并联，第一和第二桥臂分别与电容器C1和C2并联。前述连接的MOS管Q1～Q4、电感器L1、电容器C1～C2和续流二极管D1～D4形成H桥双向DCDC变换器。Q1和Q2及Q3和Q4分别互补地工作，即在某一时刻Q1和Q2及Q3和Q4中只有其中一个能导通。当Q2和Q3导通时，作为BOOST(升压)电路工作，对电池模块进行充电。当Q1和Q4导通时，作为BUCK(降压)电路工作，对电池模块进行放电。输入端J1与H桥双向DCDC变换器之间串接一电阻器R1，H桥双向DCDC变换器与输出端J2之间串接一电阻器R2。电阻器R1、R2分别与空气开关K1、K2并联。空气开关K1、K2在开始时本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种双向能量接口装置，其特征在于，所述双向能量接口装置包括H桥电源变换器和电池控制器，其中所述H桥电源变换器的输入端用于与整流电源输出的直流母线连接，所述H桥电源变换器的输出端用于与备用电池连接，所述电池控制器与所述H桥电源变换器的输出端连接并被配置成：计算整流电源输出的直流母线电压实际值与输入电压参考值之间的电压差；根据所述电压差通过第一PI控制器确定第一控制信号；根据第一控制信号及备用电池的各个单体电压确定输出电流参考值；计算所述H桥电源变换器的实际输出电流与所述输出电流参考值之间的电流差；根据所述电流差通过第二PI控制器确定第二控制信号；对所述第二控制信号取反从而得到控制量；根据所述控制量基于脉宽调制确定驱动脉冲，所述驱动脉冲用于驱动所述H桥电源变换器的DCDC功率回路工作。

【技术特征摘要】
1.一种双向能量接口装置，其特征在于，所述双向能量接口装置包括H桥电源变换器和电池控制器，其中所述H桥电源变换器的输入端用于与整流电源输出的直流母线连接，所述H桥电源变换器的输出端用于与备用电池连接，所述电池控制器与所述H桥电源变换器的输出端连接并被配置成：计算整流电源输出的直流母线电压实际值与输入电压参考值之间的电压差；根据所述电压差通过第一PI控制器确定第一控制信号；根据第一控制信号及备用电池的各个单体电压确定输出电流参考值；计算所述H桥电源变换器的实际输出电流与所述输出电流参考值之间的电流差；根据所述电流差通过第二PI控制器确定第二控制信号；对所述第二控制信号取反从而得到控制量；根据所述控制量基于脉宽调制确定驱动脉冲，所述驱动脉冲用于驱动所述H桥电源变换器的DCDC功率回路工作。2.根据权利要求1所述的双向能量接口装置，其特征在于，所述H桥电源变换器包括H桥双向DCDC变换器，所述H桥双向DCDC变换器包括四个MOS管，四个MOS管两两串联连接形成两个桥臂，两个桥臂的中点之间连接一电感器，每一MOS管与一续流二极管反并联，每一桥臂与一电容器并联。3.根据权利要求2所述的双向能量接口装置，其特征在于，所述H桥电源变换器的输入端与所述双向DCDC变换器之间串接一电阻器，所述H桥双向DCDC变换器与所述H桥电源变换器的输出端之间串接一电阻器，每一电阻器分别与一开关并联。4.根据权利要求1所述的双向能量接口装置，其特征在于，所述电池控制器被配置成使得：输入电压参考值小于所述直流母线电压实际值，第一PI控制器负饱和，输出电流参考值被给定为最大充电电流，通过第二PI控制器的作用控制实际输出电流跟随输出电流参考值的值，从而对备用电池进行充电；及响应于网侧电压消失，直流母线电压实际值跌落至低于输入电压参考值，第一PI控制器退出负饱和，直至输出电流参考值被给定为正，通过第二PI控制器的作用控制实际输出电流跟随输出电流参考值的值，从而对备用电池进行放电。5.根据权利要求1或4所述的双向能量接口装置，其特征在于，所述电池控制器被配置成使得输出电流参考值按下式确定：Iout*...

【专利技术属性】
技术研发人员：孟盟，牛利勇，王磊，戚慧源，客小健，马辉，
申请(专利权)人：北京知行新能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11