一种直流双向变换装置对蓄电池充放电的控制方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种直流双向变换装置对蓄电池充放电的控制方法，所述直流双向变换装置包括推挽移相全桥双向DC/DC变换器，推挽移相全桥双向DC/DC变换器的高压侧连接直流母线，低压侧连接蓄电池组；推挽移相全桥双向DC/DC变换器的控制端与驱动放大电路的输出端连接，所述驱动放大电路的输入端连接控制单元的控制信号输出端；所述控制单元的模拟信号采样端分别与蓄电池组电流传感器、蓄电池组电压采样点、直流母线电流传感器和直流母线电压采样点连接。本发明专利技术的直流双向变换器接于蓄电池组和直流母线之间，可进行双向工作模式的切换，即可实现对蓄电池组充电或放电两种模式切换的精确控制。

A Control Method of Charge and Discharge of Battery by DC Bidirectional Converter

The invention discloses a method for controlling charging and discharging of batteries by a DC bidirectional converter. The DC bidirectional converter includes a push-pull phase-shifted full-bridge bidirectional DC/DC converter, a push-pull phase-shifted full-bridge bidirectional DC/DC converter with a high-voltage side connected to a DC bus, a low-voltage side connected to a battery bank, and a control terminal of a push-pull phase-full-bridge bidirectional DC/DC converter and an output terminal of The input end of the driving amplifier circuit is connected with the control signal output end of the control unit, and the analog signal sampling end of the control unit is connected with the current sensor of the battery group, the voltage sampling point of the battery group, the DC bus current sensor and the DC bus voltage sampling point, respectively. The DC bidirectional converter of the invention is connected between the storage battery group and the DC bus, and can switch the bidirectional mode of operation, thus realizing the accurate control of the switch between charging and discharging modes of the storage battery group.

【技术实现步骤摘要】
一种直流双向变换装置对蓄电池充放电的控制方法
本专利技术涉及一种直流双向变换装置对蓄电池充放电的控制方法，属于电力自动化

技术介绍
在直流微电网中，一般包括直流源、直流母线、直流负载、直流变换器以及蓄电池组等，其中蓄电池组是直流微电网的重要组成部分，是直流微电网的事故保障电源；但是在现有的系统中对蓄电池的充放电管理是粗放的，电池组基本处于在浮充电状态，电池组放电是直接放电，无法精确控制其放电功率，造成对蓄电池的维护不周，影响电池组的使用寿命以及直流微电网的安全稳定运行。另外，现有的一些直流双向变换器不是一级DC/DC变换构成的，是由两个DC/DC变换器反并联构成的，其体积较大，控制复杂。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种直流双向变换装置对蓄电池充放电的控制方法，该方法可实现对蓄电池组充电或放电两种模式切换的精确控制，且模式切换时间短，提高了系统的智能化程度；同时，通过对蓄电池组充放电的精准控制，保证了直流母线电压不会出现较大的电压波动，同时也提高了蓄电池组的使用寿命，保证了直流微电网系统的安全稳定运行。为解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案为：一种直流双向变换装置对蓄电池充放电的控制方法，所述直流双向变换装置包括推挽移相全桥双向DC/DC变换器，推挽移相全桥双向DC/DC变换器的高压侧连接直流母线，低压侧连接蓄电池组；推挽移相全桥双向DC/DC变换器的控制端与驱动放大电路的输出端连接，驱动放大电路的输入端连接控制单元的控制信号输出端；控制单元的模拟信号采样端还分别与蓄电池组电流传感器、蓄电池组电压采样点、直流母线电流传感器和直流母线电压采样点连接；上述直流双向变换装置对蓄电池充放电的控制方法，具体包括如下步骤：步骤1，分别采集蓄电池组侧和直流母线侧的电流和电压；步骤2，对直流母线侧的电压进行判断，当直流母线侧的电压大于充电阈值电压时，执行步骤3；当直流母线侧的电压小于放电阈值电压时，执行步骤4；其他情况保持原有状态，返回步骤1；步骤3，关闭蓄电池组侧驱动信号，开启直流母线侧驱动信号，双向DC/DC变换器进入充电模式，给蓄电池组充电，将直流母线多余的能量储存在蓄电池组中；在充电模式下，启动电压控制环节对直流母线侧驱动信号进行控制，保证直流母线侧输出稳定的充电电压和电流，实现对蓄电池组充电的精准控制；步骤4，关闭直流母线侧驱动信号，开启蓄电池组侧驱动信号，双向DC/DC变换器进入放电模式，蓄电池组通过双向DC/DC变换器给直流母线放电，保证直流母线电压的稳定；在放电模式下，启动电压控制环节对蓄电池组侧的驱动信号进行控制，保证高压侧的输出电压稳定，实现对蓄电池组放电的精准控制。所述电压控制环节的控制方法为：根据数字PI调节器的控制算法的差分方程，得到数字PI调节器输出的变化量：Δu(k)＝kp[e(k)-e(k-1)]+kie(k)(1)增量式数字PI调节器的输出为：u(k)＝u(k-1)+Δu(k)(2)其中，e(k)，e(k-1)分别是k、k-1时刻的电压误差信号值，kp、ki分别表示比例系数、积分系数，其数值分别为0.62、0.032；给定电压控制环节的电压给定值后，通过电压采样连续采集k与k-1时刻双向DC/DC变换器输出电压值，将其与电压给定值进行比较，即给定值减去电压采样值得到误差信号e(k)，e(k-1)，将其代入(1)式来计算电压调节器输出的变化量Δu(k)，再利用(2)式来计算电压控制环节的输出值u(k)；当实际输出电压增加并超过设定电压时，控制PWM驱动信号的占空比减小，输出电压就会下降，直至稳定在设定值；反之，如果实际输出电压下降，小于设定电压，则控制PWM驱动信号的占空比增加，使输出电压增加，直至稳定在输出值。其中，所述推挽移相全桥双向DC/DC变换器包含高频隔离变压器，高频隔离变压器两端分别连接高压侧和低压侧，变压器低压侧两端分别串联有MOS管Q1和MOS管Q2；变压器低压侧中间引线串联有电感L1，变压器低压侧还并联有滤波电容CL；变压器高压侧设有两两串联后再并联的四个MOS管Q3、Q4、Q5、Q6，变压器高压侧两端分别连接串联MOS管的中间位置；变压器高压侧还并联有滤波电容CH；变压器高压侧一端还串联有谐振电感Lr和隔直电容Cr。其中，所述控制单元包含ARM处理器，所述ARM处理器PWM信号输出端分别连接MOS管Q1、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6的控制端，所述ARM处理器的模拟信号采样端分别通过电阻分压的形式连接蓄电池组电流传感器、蓄电池组电压采样点、直流母线电流传感器和直流母线电压采样点。其中，所述驱动电路包括光电耦合器，所述光电耦合器输入端连接ARM处理器的PWM信号输出端连接，PWM信号输出端串联有驱动电阻，PWM信号输出端还并联有稳压管。其中，所述控制单元还分别连接有串行通信接口和人机交互设备，所述人机交互设备还与外部监控系统通过网络连接。其中，所述MOS管Q1、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6的型号为SPW17N80C3，所述滤波电容CL的型号为CD135450V/3000uF，隔直电容Cr的型号为TC86-305K。其中，所述ARM处理器采用STM32F101RC单片机。其中，所述光电耦合器的型号为HCPL3180，所述稳压管的型号为1N4747。本专利技术控制方法由两个基本的控制部分构成：1、电压控制部分，即根据给定电压和输出电压反馈值调节MOS管的开通和关断时间，实现对输出电压的闭环控制；2、双向切换控制部分，即根据高压侧电压的大小，来控制直流双向变换器的电流流向，实现双向工作模式的自动切换(对蓄电池充电或蓄电池放电)。相比于现有技术，本专利技术技术方案具有的有益效果为：本专利技术通过控制推挽移相全桥双向DC/DC变换器的MOS管工作，实现双向工作模式的切换，即实现对蓄电池组充电或放电两种模式切换的控制，且模式切换时间短，提高了系统的智能化程度；通过对蓄电池组充放电的精准控制，保证了直流母线电压不会出现较大的电压波动，同时也提高了蓄电池组的使用寿命，保证了直流微电网系统的安全稳定运行；最后，相对于非隔离的直流双向变换器，该装置的高频变压器实现了原副边的电气隔离，同时实现了直流母线和蓄电池组的电气隔离，即直流母线的接地故障不会传递到蓄电池组一侧，蓄电池组一侧的接地故障也不能传递到直流母线一侧，提高了系统安全性，相对于两个DC/DC变换器反并联构成的双向变换器，本专利技术直流双向变换装置体积小，控制简单。附图说明图1为本专利技术直流双向变换装置的结构示意图；图2为本专利技术直流双向变换装置在系统中的工作示意图；图3为本专利技术直流双向变换装置的推挽移相全桥双向DC/DC变换器电路图；图4为本专利技术直流双向变换装置的控制单元电路图；图5为本专利技术直流双向变换装置驱动电路的电路图；图6为本专利技术直流双向变换装置对蓄电池充放电控制方法的流程图；图7为本专利技术直流双向变换装置电压控制环节的闭环控制流程图。具体实施方式根据下述实施例，可以更好地理解本专利技术。然而，本领域的技术人员容易理解，实施例所描述的内容仅用于说明本专利技术，而不应当也不会限制权利要求书中所详细描述的本专利技术。如图1～7所示，本专利技术直流双向变换装置，包括推挽移相全桥双向DC/DC变换器，推挽移相全桥双向DC/DC变换器的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种直流双向变换装置对蓄电池充放电的控制方法，其特征在于：所述直流双向变换装置包括推挽移相全桥双向DC/DC变换器，推挽移相全桥双向DC/DC变换器的高压侧连接直流母线，低压侧连接蓄电池组；推挽移相全桥双向DC/DC变换器的控制端与驱动放大电路的输出端连接，驱动放大电路的输入端连接控制单元的控制信号输出端；控制单元的模拟信号采样端还分别与蓄电池组电流传感器、蓄电池组电压采样点、直流母线电流传感器和直流母线电压采样点连接；上述直流双向变换装置对蓄电池充放电的控制方法，具体包括如下步骤：步骤1，分别采集蓄电池组侧和直流母线侧的电流和电压；步骤2，对直流母线侧的电压进行判断，当直流母线侧的电压大于充电阈值电压时，执行步骤3；当直流母线侧的电压小于放电阈值电压时，执行步骤4；其他情况保持原有状态，返回步骤1；步骤3，关闭蓄电池组侧驱动信号，开启直流母线侧驱动信号，双向DC/DC变换器进入充电模式，给蓄电池组充电，将直流母线多余的能量储存在蓄电池组中；在充电模式下，启动电压控制环节对直流母线侧驱动信号进行控制，保证直流母线侧输出稳定的充电电压和电流，实现对蓄电池组充电的精准控制；步骤4，关闭直流母线侧驱动信号，开启蓄电池组侧驱动信号，双向DC/DC变换器进入放电模式，蓄电池组通过双向DC/DC变换器给直流母线放电，保证直流母线电压的稳定；在放电模式下，启动电压控制环节对蓄电池组侧的驱动信号进行控制，保证高压侧的输出电压稳定，实现对蓄电池组放电的精准控制。...

【技术特征摘要】
1.一种直流双向变换装置对蓄电池充放电的控制方法，其特征在于：所述直流双向变换装置包括推挽移相全桥双向DC/DC变换器，推挽移相全桥双向DC/DC变换器的高压侧连接直流母线，低压侧连接蓄电池组；推挽移相全桥双向DC/DC变换器的控制端与驱动放大电路的输出端连接，驱动放大电路的输入端连接控制单元的控制信号输出端；控制单元的模拟信号采样端还分别与蓄电池组电流传感器、蓄电池组电压采样点、直流母线电流传感器和直流母线电压采样点连接；上述直流双向变换装置对蓄电池充放电的控制方法，具体包括如下步骤：步骤1，分别采集蓄电池组侧和直流母线侧的电流和电压；步骤2，对直流母线侧的电压进行判断，当直流母线侧的电压大于充电阈值电压时，执行步骤3；当直流母线侧的电压小于放电阈值电压时，执行步骤4；其他情况保持原有状态，返回步骤1；步骤3，关闭蓄电池组侧驱动信号，开启直流母线侧驱动信号，双向DC/DC变换器进入充电模式，给蓄电池组充电，将直流母线多余的能量储存在蓄电池组中；在充电模式下，启动电压控制环节对直流母线侧驱动信号进行控制，保证直流母线侧输出稳定的充电电压和电流，实现对蓄电池组充电的精准控制；步骤4，关闭直流母线侧驱动信号，开启蓄电池组侧驱动信号，双向DC/DC变换器进入放电模式，蓄电池组通过双向DC/DC变换器给直流母线放电，保证直流母线电压的稳定；在放电模式下，启动电压控制环节对蓄电池组侧的驱动信号进行控制，保证高压侧的输出电压稳定，实现对蓄电池组放电的精准控制。2.根据权利要求1所述的直流双向变换装置对蓄电池充放电的控制方法，其特征在于：所述电压控制环节的控制方法为：根据数字PI调节器的控制算法的差分方程，得到数字PI调节器输出的变化量：Δu(k)＝kp[e(k)-e(k-1)]+kie(k)(1)增量式数字PI调节器的输出为：u(k)＝u(k-1)+Δu(k)(2)其中，e(k)，e(k-1)分别是k、k-1时刻的电压误差信号值，kp、ki分别表示比例系数、积分系数，其数值分别为0.62、0.032；给定电压控制环节的电压给定值后，通过电压采样连续采集k与k-1时刻双向DC/DC变换器输出电压值，将其与电压给定值进行比较，即给定值减去电压采样值得到误差信号e(k)，e(k-1)，将其代入(1)式来计算电压调节器输出的变化量Δu(k)，再利用(2)式来计算电压控制环节的输出...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈文波，邹学毅，张保，
申请(专利权)人：南京国臣信息自动化技术有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32