多通道电池充放电系统及其控制方法与流程

多通道电池充放电系统及其控制方法
【技术领域】
1.本发明涉及一种电池测试技术领域，尤其涉及一种多通道电池充放电系 统及其控制方法。


背景技术：

2.随着电动汽车的兴起，动力电池的需求量逐渐增大。各大动力电池厂商 对大功率电池充放电测试系统的需求也逐渐增大，因此对着测试使用的电源 以及负载的功率要求也越来越大。但传统电池充放电设备单机输出功率有限 对于高压大电流的电池只能以恒功率的方式工作，无法满足电池恒压恒流的 满功率测试需求。因此需要能够对通道控制更加精准的电池充放电系统。


技术实现要素：

3.为解决现有技术存在的上述问题，本发明提出多通道电池充放电系统及 其控制方法，该系统通过多个dc/ac单元并联再与多个dc/dc并联后串联 实现扩容，同时能够根据指令与当前的电压电流参数，实时调整dc/ac模块 的输出方式，以满足电池的恒压恒流等不同的测试需求。
4.所述多通道电池充放电系统及其控制方法包括：
5.通过参数确定上电时序，根据所述上电时序确定dc/ac单元启动数量与 顺序；
6.采集所述dc/ac单元输入侧的电流电压参数，根据所述参数计算出母线 电压参考值，并计算得出调制电压；
7.dc/dc模块采集母线电压与电流参数，确定当前应该采用的输出模式， 并采集输入电池电压，根据充放电指令及当前电池电压进入对应模式进行输 出。
8.进一步的，所述通过参数确定上电时序的步骤包括：
9.获取当前dc/ac单元的并联参数，并与预设最大并联数进行比对；
10.若比对结果为二者相同，则进一步检测当前dc/ac单元是否满足开机条 件，若不满足，则停止运行；
11.若比对结果为二者不同，则控制当前dc/ac单元停止运行。
12.进一步的，所述检测dc/ac模块是否满足开机条件的步骤之后包括：
13.dc/ac模块进入自检状态，检测采集单元获取到的参数是否满足开机条 件，若满足则开启定时器t；
14.通过采集单元检测母线电压输出值，并判断所述母线电压输出值是否大 于预设的开机电压阈值，若判定母线电压输出值大于开机电压阈值，则在预 设的定时器t的时间内检测当前dc/ac单元运行的模块数是否等于最大并联 数；
15.若当前运行模块数等于最大并联数，则判定当前dc/ac单元进入运行状 态。
16.进一步的，所述采集所述dc/ac单元输入侧的电流电压参数，根据所述 参数计算出母线电压参考值，并计算得出dc/ac模块启动时的调制电压的步 骤包括：
17.通过采集单元获取输入侧的电流电压参数，并根据所述电流电压参数计 算得到母线电压参考值；
18.通过采集单元获取输入侧的电流电压参数，并根据所述电流电压参数计 算出母线电压参考值，通过母线电压参考值计算得到调制电压，控制dc/ac 模块以所述母线电压并网运行并输出；
19.控制单元根据调制电压产生pwm波，控制dc/ac模块并网运行并输出 与母线电压参考值相同的母线电压。
20.进一步的，所述dc/dc模块采集母线电压与电流参数，确定当前应该采 用的输出模式的步骤包括：
21.dc/dc模块采集母线电压值并与预设第二开机电压阈值对比，若母线电 压值小于预设第二开机电压阈值时控制通道关闭开关，并停止运行；
22.若母线电压值大于或等于预设第二开机电压阈值时，dc/dc模块根据当 前电池电压控制通道完成软启动过程；
23.dc/dc模块将当前的电池后端电压与预设电压下限值进行比对；若后端 电压大于预设电压下限值，则控制对应通道进入恒压限流运行模式，否则控 制对应通道进入恒流限压运行模式。
24.本发明多通道电池充放电系统及其控制方法，控制单元同故宫通过监测 各个模块以及各通道的电压电流的相关参数，判断各个通道的运行状态，从 而能够根据各个通道的实际情况进行运行状态的调控，实现对多通道的管理。 并且能够根据指令，控制通道以对应的方式进行输出。
【附图说明】
25.图1为本技术多通道电池充放电系统及其控制方法的系统组成结构示意 图；
26.图2为本技术多通道电池充放电系统及其控制方法第一实施例的步骤流 程图。
【具体实施方式】
27.下面结合附图及具体实施方式对本发明做进一步描述：
28.可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对 本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本 发明相关的部分。此外，在不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中 的特征可以相互组合。
29.本发明多通道电池充放电系统的结构示意图参照图1，4台dc/ac模块 交流侧并联输入侧通过一台工频隔离变压器与电网相连，直流侧并联输出， 组成一个dc/ac单元。该dc/ac单元与一台4通道的dc/dc模块变流器串 联，组成一个两级双向的充放电测试系统，该测试系统通过通讯总线接收中 位机下发的控制指令。
30.参照图2，本发明第一实施例提供一种多通道电池充放电系统及其控制方 法，所述多通道电池充放电系统及其控制方法包括：
31.步骤s10，通过参数确定上电时序，根据所述上电时序确定dc/ac单元 启动数量；
32.具体的，通过计算确定上电时序，根据dc/ac模块通过采集单元获取到 的自身电压、电流、温度等参数，以及dc/ac模块能够支持的dc/ac单元 并联数来确定上电时序以及
最终启动的dc/ac单元数量。
33.步骤s20，采集所述dc/ac单元输入侧的电流电压参数，根据所述参数 计算出母线电压参考值，并计算得出dc/ac模块的输出参数。
34.具体的，dc/ac模块通过菜鸡输入交流测电压、电流，然后根据电压电 流的基波正序分量进行派克变换，最终计算得出母线电压参考值。通过母线 电压参考值与预设的各项电压参数的阈值进行比对，从而计算得出dc/ac模 块的具体输出参数。
35.步骤s30，通过母线电压与电流参数，控制通道的输出方式。
36.具体的，将母线电压与预设的开机电压设定值进行比对，根据比对结果 确定模块是否开机启动、启动时的状态以及通道运行的数量。
37.dc/ac模块首先需要确定模块中各个dc/ac单元的上电时序。dc/ac 模块根据获取当前连通的dc/ac单元能够支持的最大并联数nm，再通过轮 询方式获取当前dc/ac单元并联数nc，为了确保获取信息的准确，轮询次数 设置为3nm。然后将nc与nm进行比对，检测到当前dc/ac并联数达到最大 时，进行自检，自检是通过采集单元菜鸡对应的电压、电流、温度等相关参 数，判断是否当前单元是否有故障。dc/ac模块会向通过自检的dc/ac单元 发送开机指令，并启动开机定时器t1。否则判定当前dc/ac单元不满足运 行条件。
38.接收到开机指令的dc/ac单元首先通过对应菜鸡单元采集电压、电流、 温度等相关参数并自检，相关参数满足开机条件后，再根据当前dc/ac单元 母线电压的大小，以及dc/ac单元运行的并联数是否满足条件，判定最终是 否进入运行状态。若当前dc/ac单元不满足运行条件，则停止运行。从而能 够确定dc/ac模块各个dc/ac单元的运行状态与上电时序。
39.确定好上电时序后，进一步需通过确定输出参数来确定最终的通道输出 方式。首先需要计算出母线电压参考值，为了得到更加精确的母线电压参考 值，计算时需要检测输入侧的交流电压与电流，再提取电压电流的基波正序 分量，然后队基波正序分量进行派克变换，将得出的结果与母线电压初始参 考值进行计算得出母线电压参考值，公式：u
ref
＝u
ref0
+k
dp
i'd。
40.计算得到母线电压参考值后，同故宫采集单元获取当前的母线电压输出 值，在计算二者的差值，得到母线电压误差值。将母线电压误差值与预设的 第一误差阈值进行比对，若当前误差值大，则获取当前的母线电压输出值， 计算获得当前的输出值，并进一步计算出当前的瞬时输出功率p
bus
。dc/ac 模块通过采集单元获取输入交流测电压v
ab
、v
bc
、v
ca
，根据v
ab
、v
bc
、v
ca
计 算出当前交流电压最大值v
max
，通过p与v，以公式计算出 当前母线电压外环积分前馈值u
ifb
，再根据公式计算当前母线 电压外环输出值i
*d
。dc/ac模块通过数据采集单元获取当前的母线电压输出 值u
bus
，根据母线电压参考值u
ref
设计基于pi控制的电压外环并将电压外环 的输出值作为电流内环的有功电流分量参考值参考值i
*q
，公式 dc/ac模块根据当前无功功率因数设定值
ф
ref
,计算得到当前电流内环的无功 电流分量参考值i
*q
。公式
41.dc/ac模块根据当前电流内环有功电量分量参考i
*d
及当前无功电流分量 参考值i
*q
，以及对当前的电流ia、ib、ic进行dq变换得到id、iq设计基于pi 控制+实时电网电压正序分量前馈的电流内环，其输出得到v
md
、v
mq
。控制 单元根据调制电压产生pwm波，通过所述pwm波控制dc/ac模块并网运 行并输出与母线电压参考值相同的母线电压，根据电流环的输出v
md
、v
mq
并 进行dq反变换再通过三次谐波注入法得到svpwm得到调制电压v
ma
、v
mb
、 v
mc
最终控制dc/ac模块的输出。
42.本发明多通道电池充放电系统及其控制方法，通过测量dc/ac模块的各 项参数，并于对应预设参数进行比对分析，从而判断当前dc/ac模块运行环 境。并且根据得到的比对结果队dc/ac模块的运行状态进行调整，或者对 dc/ac模块中的dc/ac单元进行精准控制。从而使dc/ac模块使用满足使 用要求的输出方式进行工作，包括恒流恒压的输出方式。
43.步骤s10通过参数确定上电时序的步骤包括：
44.步骤s11，获取dc/ac模块的当前并联参数，并与预设最大并联数进行 比对，
45.步骤s12，若二者相同，则检测dc/ac模块是否满足开机条件，若不满 足，则停止运行；
46.步骤s13，若二者不同，则停止运行。
47.具体的，通过dc/ac模块的采集到的电压、电流、温度等运行参，能够 确定dc/ac模块是否满足开机所需的条件。而根据连接的并联数与预设并联 数的比对结果，来决定dc/ac模块的启动状态。
48.为了确保dc/ac模块安全、高效的运行，运行之前需要进行检测，包括 采集电压、电流、温度的等数据，满足开机条件后dc/ac模块才控制对应的 dc/ac单元开启。dc/ac模块检测当前dc/ac单元当前并联数n1与预设 的最大并联数n2进行对比，若n1等于n2，且参数满运行所需，则判定dc/ac 单元满足开机条件，控制dc/ac单元开机运行。通过采集模块采集dc/ac 单元的运行参数，能够快速便捷的判断dc/ac单元的当前状态是否需要启动。
49.步骤s12，检测dc/ac单元是否满足开机条件的步骤之后包括：
50.步骤s14，dc/ac单元进入自检状态，检测采集单元获取到的参数是否 满足开机条件，若满足则开启定时器t；
51.步骤s15，检测母线电压输出值是否大于预设开机电压阈值，若大于，则 进入并机运行状态，同时在定时器t设定的时间段内运行的模块数是否等于 最大并联数；
52.步骤s16，若当前运行模块数等于最大并联数，则判定dc/ac进入运行 状态。
53.具体的，为了进一步的确定dc/ac模块中dc/ac单元的上电时序以及 正常运行，满足开机条件的dc/ac单元，还需要通过检测母线电压输出值以 及在设定的定时器时间内运行的模块数书否为最大并联数来确定是否开启运 行。
54.dc/ac单元满足开机条件之后，首先需要检测母线电压输出值，并判断 母线电压输出值是否大于预设的开机电压阈值，母线电压输出值不大于开机 电压阈值则控制当前dc/ac单元停止运行。再判断当前进入运行状态的模块 数量是否与当前dc/ac单元所支持的最大并联数相同，若相同，则判定 dc/ac单元进入运行状态，从而确定dc/ac模块中各个
单元的上电时序。
55.进一步的，步骤s20，所述计算得出dc/ac模块的输出参数的步骤包括：
56.步骤s21，通过采集单元获取输入侧的电流电压参数，并根据所述电流电 压参数计算出母线电压参考值，通过母线电压参考值计算得到调制电压，控 制dc/ac模块以所述母线电压并网运行并输出；
57.步骤s22，控制单元根据所述调制电压产生pwm波控制dc/ac模块并 网运行并输出与母线电压参考值相同的母线电压。
58.具体的，通过测量母线点参考值，再通过测量与计算得出输出电压、输 出功率等参数，计算母线电压参考值需要测量交流测电压电流，并且根据基 波正序分量以及派克变换(dq变换)来计算得到。计算得出母线电压参考值 之后，通过母线电压参考值，使用对应计算公式计算得到滤波输出电压、顺 势输出功率、母线外环输出值。并且经过对应公式计算最终得出调制电压， 并控制dc/ac模块根据调制电压进行输出。
59.dc/ac模块通过数据采集单元获取输入交流侧电压v
ab
、v
bc
、v
ca
，电流 ia、ib、ic。dc/ac模块在运行状态下利用如下方法提取电压电流的基波正序 分量v
′
ab
、v
′
bc
、v
′
ca
，i
′a、i
′b、i
′c。并对当前的基波正序分量v
′
ab
、v
′
bc
、v
′
ca
，i
′a、i
′b、i
′c进行dq变换得到v
′d、v
′q，i
′d、i
′q。计算公式为：
60.其中k为增益系数；w为输 入频率值；s为复频率。
61.dc/ac模块根据当前设定的母线电压初始参考值u
ref0
及当前交流输入侧 电流基波正序有功分量i
′d计算当前运行状态下，输出电流对应的母线电压参 考值u
ref
。公式为：u
ref
＝u
ref0
+k
dp
i'd。
62.然后dc/ac模块采集当前的母线电压输出值u
bus
，计算u
ref
与u
bus
的差 得到误差值u
err
，并与预设第一误差阈值进行比对，根据结果不同，使用不同 的方式计算当前的无功电流分量参考值i
*q
。
63.若u
err
大于第一误差阈值，则dc/ac模块通过数据采集单元获取当前的 母线电压电流输出值u
bus
、i
bus
。根据当前母线电压输出值u
bus
，计算当前母 线电压输出值u
bus
的滤波输出值u
′
bus
，根据当前母线电压输出值u
′
bus
、i
bus
的计算当前瞬时输出功率p
bus
，dc/ac模块通过数据采集单元获取输入交流 侧电压v
ab
、v
bc
、v
ca
，根据当前v
ab
、v
bc
、v
ca
计算当前交流电压最大值v
max
， dc/ac模块根据当前瞬时输出功率p
bus
及当前交流电压最大值v
max
，计算当 前母线电压外环积分前馈值u
ifb
，根据当前母线电压外环积分前馈值u
ifb
，计 算当前母线电压外环输出值i*d根作为电流内环参考值。计算公式为：
64.其中wc为截止频率值； k
p
为比例系数；k
fb
为反馈系数；s为复频率。
65.若u
err
小于第一误差阈值，dc/ac模块通过数据采集单元获取当前的母 线电压输出值u
bus
，根据母线电压参考值u
ref
设计基于pi控制的电压外环并 将电压外环的输出值作
为电流内环的有功电流分量参考值参考值i*q，dc/ac 模块根据当前无功功率因数设定值ф
ref
，计算得到当前电流内环的无功电流分 量参考值i*q。计算公式为：
[0066][0067]
dc/ac模块根据当前电流内环有功电量分量参考i*d及当前无功电流分 量参考值i*q，以及对当前的电流ia、ib、ic进行dq变换得到id、iq设计基于pi控制+实时电网电压正序分量前馈的电流内环，其输出得到v
md
、v
mq
。根 据电流环的输出v
md
、v
mq
并进行dq反变换再通过三次谐波注入法得到 svpwm得到调制电压v
ma
、v
mb
、v
mc
。通过母线电压参考值计算得到调制电 压，控制dc/ac模块以所述母线电压并网运行并输出。控制单元根据调制电 压产生pwm波，控制dc/ac模块并网运行并输出与母线电压参考值相同的 母线电压。
[0068]
进一步的，步骤s30，dc/dc模块采集母线电压与电流参数，确定当前 应该采用的输出模式的步骤包括：
[0069]
步骤s31，dc/dc模块采集母线电压值并与预设第二开机电压阈值对比， 若母线电压值小于预设第二开机电压阈值时控制通道关闭开关，并停止运行；
[0070]
步骤s32，若母线电压值大于或等于预设第二开机电压阈值时，dc/dc 模块根据当前电池电压控制通道完成软启动过程；
[0071]
步骤s33，dc/dc模块将所述电池后端电压与预设电压下限值进行比对； 若后端电压大于预设电压下限值，则控制对应通道进入恒压限流运行模式， 否则控制对应通道进入恒流限压运行模式。
[0072]
具体的，通过母线电压与计算得到的电流参数，通过母线电压参考值在 定时器时间内的变化状态来确定控制开关的开启与闭合，通过开关的开启与 闭合控制开关后端电压的大小，从而确定通道以恒压或恒流模式运行。
[0073]
通过数据采集单元采集输入侧母线电压、电流值ubus、ibus。模块在接 收到通道开机指令后，检测母线电压是否大于预设的第二开机电压设定阈值， 在预设的持续时间t2，该检测过程一直持续，知道检测到小于或者持续时间 结束。若检测到在t2时间内，母线电压均直大于第二开机电压设定阈值，则 dc/dc模块进入开机软启动状态，否则停止dc/dc模块的运行。
[0074]
进入开机软启动状态后，通过数据采集单元采集输出侧通道电流i
bat
、开 关c前端电压u
bat1
及开关c后端电压u
bat2
。当开关c前端电压u
bat1
与开关c 后端电压u
bat2
差值小于第二误差设定阈值时，控制开关c闭合，该通道进入 运行状态。控制dc/dc模块接收到充放电指令后，对进入运行状态的通道进 行充放电测试。微控制器判断通道开关c后端电压u
bat2
小于电池电压上限值 或开关c后端电压u
bat2
大于电池电压下限值时，该通道进入恒压限流运行模 式、否则该通道进入在恒流限压运行模式。
[0075]
本发明多通道电池充放电系统及其控制方法，控制单元同故宫通过监测 各个模块以及各通道的电压电流的相关参数，判断各个通道的运行状态，从 而能够根据各个通道的实际情况进行运行状态的调控，实现对多通道的管理。 并且能够根据指令，控制通道以对应的方式进行输出。