一种直流变换模组、控制方法及锂电池串联化成用电源技术

本发明专利技术公开了一种直流变换模组、控制方法及锂电池串联化成用电源，包括主控和至少一个直流变换模块，所述直流变换模块的充电输入端与直流母线连接，所述直流变换模块的充电输出端按照极性与串联锂电池组的两极连接，各个所述直流变换模块在所述主控的控制下，能够同时开通，或同时关闭，或交替开通任意数量。本发明专利技术多个直流变换模块组成多相交错并联的输出结构，有利于提高该种直流变换模组输出的连续性，并提高该种直流变换模组输出的增益范围，有效地减小该种直流变换模组的输出纹波。有效地减小该种直流变换模组的输出纹波。有效地减小该种直流变换模组的输出纹波。

【技术实现步骤摘要】
一种直流变换模组、控制方法及锂电池串联化成用电源


[0001]本专利技术涉及直流变换器
，特别涉及一种直流变换模组、控制方法及锂电池串联化成用电源。

技术介绍

[0002]随着电动汽车和储能行业的发展，具有电压高、重量轻、体积小、寿命长、安全性好、无污染、自放电率低及宽范围工作温度等诸多优点的锂电池受到广泛的运用。
[0003]在锂电池的制造过程中，需要完成化成工序，即，在锂电池组装完成后，需要使用一定的电压和电流对锂电池进行一定时间的充电，并经过放电和放置的步骤，使锂电池内部发生一系列化学反应，从而激活锂电池的电芯，使锂电池的性能达到标准。
[0004]传统的并联化成设备是将各个锂电池分为独立的通道进行化成，通过各个锂电池的电流不可能保证完全一致，再加上受到化成设备的输出精度影响，难以保证在化成工序时，各个锂电池的一致性；另外，大功率锂电池在化成时，所需的电流较大，在并联化成时，化成设备的内阻会消耗较大的电能。
[0005]如果将各个锂电池串联起来统一化成，能够使串联后的各个锂电池获得相同的电流，更好地保证了各个锂电池在化成工序时的一致性；此外，串联化成的方式，可以提高化成回路的端口电压，降低电能在化成设备的内阻上的损耗。
[0006]锂电池在化成的过程中，其电压会随化成的进程而变化，单个锂电池的电压范围一般为2.0V
‑
4.2V，多个锂电池串联在一起时，电压变化范围将随锂电池的串联数量增加而成倍增加，因此，如何提供一种宽增益范围的电池化成用电源成为亟待解决的问题。

技术实现思路

[0007]为了克服现有技术的上述缺点与不足，本专利技术的目的在于提供一种直流变换模组及控制方法，能够提供宽增益范围的输出电压。
[0008]本专利技术的另一个目的是提供一种锂电池串联化成用电源，能够自动化地实现串联蓄电池构成的各个化成工艺流程。
[0009]本专利技术的目的通过以下技术方案实现：
[0010]一种直流变换模组，包括主控和至少一个直流变换模块，所述直流变换模块的充电输入端与直流母线连接，所述直流变换模块的充电输出端按照极性与串联锂电池组的两极连接，各个直流变换模块在主控的控制下，同时开通，同时关闭或交替开通任意数量。
[0011]进一步，所述直流变换模块包括开关器件Q1、开关器件Q2、开关器件Q3、开关器件Q4、电感L1以及电感L2；开关器件Q1的第一极与直流母线连接，开关器件Q1的第二极与电感L1的一端连接，电感L1的另一端与串联锂电池组的正极连接，串联锂电池组的负极与电感L2的一端连接，电感L2的另一端与开关器件Q3的第一极连接，开关器件Q3的第二极与GND端连接；开关器件Q4的第一极与直流母线连接，开关器件Q4的第二极与电感L2的另一端连接，电感L1的另一端与开关器件Q2的第一极连接，开关器件Q2的第二极与GND端连接；开关器件
Q1、开关器件Q2、开关器件Q3以及开关器件Q4的控制极均与主控的PWM输出端连接。
[0012]进一步，
[0013]来自直流母线的第一方向电流依次经过开关器件Q1、电感L1、串联锂电池组、电感L2以及开关器件Q3后，从GND端流出，或从GND端流入，依次经过所述开关器件Q2、所述电感L1、所述串联锂电池组、所述电感L2以及所述开关器件Q4后，流出回至直流母线，构成串联锂电池组的正压充电回路；
[0014]来自直流母线和/或串联锂电池组的第二方向电流依次经过开关器件Q4、电感L2、串联锂电池组、电感L1以及开关器件Q2后，从GND端流出，或从GND端流入，依次经过所述开关器件Q3、所述电感L1、所述串联锂电池组、所述电感L2以及所述开关器件Q1后，流出回至直流母线，从而构成串联锂电池组的正压放电回路、零压放电回路或负压放电回路。
[0015]进一步，所述直流变换模块还包括滤波电容C1和滤波电容C2，滤波电容C1连接在GND端与接入开关器件Q1的直流母线之间，滤波电容C2连接在GND端与接入开关器件Q4的直流母线之间。
[0016]进一步，所述直流变换模块还包括输出电容C3，所述输出电容C3并联在串联锂电池组的正负极。
[0017]进一步，所述主控集成电流采样反馈模块及电压采样反馈模块，所述电流采样反馈模块用于采样经过各个直流变换模块的电感L1或电感L2的输出电流，电压采样反馈模块用于采样输出至串联锂电池组两极之间的输出电压。
[0018]进一步，通过向主控给定参考电压v
ref
(s)，从而控制第一PWM信号和第二PWM信号的占空比，即可控制输出至串联锂电池组两极之间的输出电压，实现n个直流变换模块同时开通或同时关闭或交替开通任意数量；
[0019]所述第一PWM信号用于控制n个直流变换模块中开关器件Q1和开关器件Q3的开通和关断；
[0020]所述第二PWM信号用于控制n个直流变换模块的开关器件Q2和开关器件Q4的开通和关断。
[0021]进一步，n个直流变换模块中，相邻的直流变换模块所接收的第一PWM信号之间具有的相位差，且相邻的直流变换模块所接收的第二PWM信号之间也具有的相位差；不同相位的第一PWM信号和第二PWM信号驱动各个直流变换模块组成多相交错并联的输出结构。
[0022]进一步，在频域上，向所述主控给定一参考电压v
ref
(s)后，所述参考电压v
ref
(s)与所述串联锂电池组两极之间的输出电压v
out
(s)之间依次包括：
[0023]第一PI控制器、第二PI控制器以及控制对象，且所述第二PI控制器与所述控制对象之间设有零位输出占空比补偿环节，且所述参考电压v
ref
(s)经过一前馈补偿器，以正相比较的方式补偿至所述第二PI控制器与所述控制对象之间；
[0024]所述第一PI控制器的传递函数为
[0025]所述第二PI控制器的传递函数为
[0026]所述控制对象的传递函数为
[0027]所述零位输出占空比补偿环节的传递函数为D(s)；
[0028]所述前馈补偿器的传递函数为
[0029]式中，K
P1
和K
P2
均为比例环节系数，K
I1
和K
I2
均为积分环节系数，K
ff
为所述前馈补偿器的调整系数，K
ff
的取值范围为(0,1)；
[0030]V
bus
为所述直流母线的输入电压，R为所述直流变换模组的负载为电阻时的阻抗，L为所述电感L1和所述电感L2的电感量之和，C为所述输出电容C3的电容量；
[0031]所述直流变换模组对称时，D(s)恒等于0.5。
[0032]进一步，输出电流i(t)变换至频域后，通过一内环反馈环节反馈至所述第一PI控制器与所述第二PI控制器之间；所述内环反馈环节的传递函数为G
h
(s)＝RCs本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种直流变换模组，其特征在于，包括主控和至少一个直流变换模块，所述直流变换模块的充电输入端与直流母线连接，所述直流变换模块的充电输出端按照极性与串联锂电池组的两极连接，各个直流变换模块在主控的控制下，同时开通，同时关闭或交替开通任意数量。2.根据权利要求1所述的直流变换模组，其特征在于，所述直流变换模块包括开关器件Q1、开关器件Q2、开关器件Q3、开关器件Q4、电感L1以及电感L2；开关器件Q1的第一极与直流母线连接，开关器件Q1的第二极与电感L1的一端连接，电感L1的另一端与串联锂电池组的正极连接，串联锂电池组的负极与电感L2的一端连接，电感L2的另一端与开关器件Q3的第一极连接，开关器件Q3的第二极与GND端连接；开关器件Q4的第一极与直流母线连接，开关器件Q4的第二极与电感L2的另一端连接，电感L1的另一端与开关器件Q2的第一极连接，开关器件Q2的第二极与GND端连接；开关器件Q1、开关器件Q2、开关器件Q3以及开关器件Q4的控制极均与主控的PWM输出端连接。3.根据权利要求2所述的直流变换模组，其特征在于，来自直流母线的第一方向电流依次经过开关器件Q1、电感L1、串联锂电池组、电感L2以及开关器件Q3后，从GND端流出，或从GND端流入，依次经过所述开关器件Q2、所述电感L1、所述串联锂电池组、所述电感L2以及所述开关器件Q4后，流出回至直流母线，构成串联锂电池组的正压充电回路；来自直流母线和/或串联锂电池组的第二方向电流依次经过开关器件Q4、电感L2、串联锂电池组、电感L1以及开关器件Q2后，从GND端流出，或从GND端流入，依次经过所述开关器件Q3、所述电感L1、所述串联锂电池组、所述电感L2以及所述开关器件Q1后，流出回至直流母线，从而构成串联锂电池组的正压放电回路、零压放电回路或负压放电回路。4.根据权利要求2所述的直流变换模组，其特征在于，所述直流变换模块还包括滤波电容C1和滤波电容C2，滤波电容C1连接在GND端与接入开关器件Q1的直流母线之间，滤波电容C2连接在GND端与接入开关器件Q4的直流母线之间。5.根据权利要求2
‑
4任一项所述的直流变换模组，其特征在于，所述直流变换模块还包括输出电容C3，所述输出电容C3并联在串联锂电池组的正负极。6.根据权利要求1所述的直流变换模组，其特征在于，所述主控集成电流采样反馈模块及电压采样反馈模块，所述电流采样反馈模块用于采样经过各个直流变换模块的电感L1或电感L2的输出电流，电压采样反馈模块用于采样输出至串联锂电池组两极之间的输出电压。7.一种基于权利要求1
‑
6任一项所述的直流变换模组的控制方法，其特征在于，通过向主控给定参考电压v
ref
(s)，从而控制第一PWM信号和第二PWM信号的占空比，即可控制输出至串联锂电池组两极之间的输出电压，实现n个直流变换模块同时开通或同时关闭或交替开通任意...

【专利技术属性】
技术研发人员：石永华，唐郁滔，谢桢，梁明，詹家通，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：