一种基于多线程的能量分配系统的制作方法

本实用新型属于电子设备领域，涉及一种基于多线程的能量分配系统。

背景技术：

随着用电技术的发展，在众多的电子设备中，已经有很多采用电池或电池组、电池包供电，使其摆脱有线电源的束傅，拓展了电子设备的使用范围。目前，由于电池容量的限制，不得已需要频繁的向电池进行充放电。

参见图1，现有电池充放电结构下的大功率充放电设备需要配置多组ac/dc功率模块，分别完成对电池的充放电，导致大功率充放电设备体积大，成本高，充放电时间长，效率较低。而且，在现有电池充放电结构下，参见图2，在同一时刻，需要进行多组小功率电池同时充放电，导致具有以下几方面的不足：1、功率配置需要按负载最大功率配置，造成系统总功率过大；2、按通道配置功率模块，造成占用过多的空间，安装难度增大；3、过多的模块、过大的总功率及过多的安装空间造成成本高昂；4、实际使用中，并非所有通道同时运行，导致系统总功率不能有效利用，效率低下，充放电完成时间长；5、单相供电中，由于并非所有电池负载同时运行，并非所有电池负载功率一致，导致功率分配不平衡。综上所述，现有电池充放电结构已经不能满足目前需求。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于克服上述现有技术中大功率充放电设备自身体积过大，且充放电过程中能量使用效率低下的缺点，提供一种基于多线程的能量分配系统。

为达到上述目的，本实用新型采用以下技术方案予以实现：

一种基于多线程的能量分配系统，包括ac/dc功率模块、直流母线以及若干组电池负载，直流母线包括直流正母线和直流负母线；

直流正母线一端连接ac/dc功率模块，另一端与若干组电池负载的正极均连接；直流负母线一端连接ac/dc功率模块，另一端与若干组电池负载的负极均连接；电池负载与直流正母线或直流负母线之间设置开关组件，开关组件与ac/dc功率模块连接。

本实用新型进一步的改进在于：

还包括系统机柜，ac/dc功率模块、直流母线以及若干组电池负载均设置在系统机柜内部。

还包括上位机，上位机与ac/dc功率模块连接，上位机用于设定每组电池负载的地址、每组电池负载的充放电优先级及每组电池负载的一次充放电时长并发送至ac/dc功率模块。

所述ac/dc功率模块与所有电池负载中的功率最大的电池负载的功率相同。

所述开关组件为高压继电器。

所述高压继电器集成在电池负载内部。

还包括功率分配器，功率分配器一端与ac/dc功率模块连接，另一端与所有电池负载的电池管理系统均连接。

所述功率分配器集成在ac/dc功率模块内部。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：

本实用新型能量分配系统，通过直流母线将若干组电池负载并联在ac/dc功率模块的一端，在电池负载与直流正母线或直流负母线之间设置开关组件，开关组件与ac/dc功率模块连接，通过ac/dc功率模块控制开关组件的连通与断开。整个能量分配系统中只需配备一台ac/dc功率模块，减小安装空间；可缩减整个能量分配系统的体积，或者在同体积的情况下增加电池负载的容量，相比于现有充放电方案，需要的模块数量小，整体体积小使得所需的安装空间小，进而节约成本，提高资源利用率；仅通过直流正母线和直流负母线将并联的若干组电池负载与ac/dc功率模块连接即可，接线简便，结构清晰；通过开关组件的连通和断开，可以实现电池负载充放电的切入和切出，进而增加能量分配系统充放电的灵活性，可以实现同一时刻只对一个电池负载充放电，均衡电池负载功率。

进一步的，ac/dc功率模块与所有电池负载中的功率最大的电池负载的功率相同，能量分配系统总功率大小按照最大电池负载功率配置，无需考虑所有电池负载功率之和，在同一时间点，只针对一组电池负载进行充放电，此时ac/dc功率模块满功率工作，即可做到有效利用。

进一步的，设置功率分配器，通过功率分配器控制ac/dc功率模块给每组电池负载配置合适的功率，可适配各种功率大小的电池负载，灵活配置电池负载功率。

附图说明

图1为现有技术中能量分配电路拓扑图；

图2为现有技术中能量分配时序图；

图3为本实用新型实例中能量分配电路拓扑图；

图4为本实用新型实例中能量分配时序图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型方案，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都应当属于本实用新型保护的范围。

需要说明的是，本实用新型的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

下面结合附图对本实用新型做进一步详细描述：

参见图3，本实用新型基于多线程的能量分配系统，包括系统机柜、ac/dc功率模块、直流总线、功率分配器、上位机以及若干组电池负载，直流总线包括直流正母线和直流负母线。

直流正母线一端连接ac/dc功率模块，另一端与若干组电池负载的正极均连接；直流负母线一端连接ac/dc功率模块，另一端与若干组电池负载的负极均连接；电池负载与直流正母线或直流负母线之间设置开关组件，开关组件与ac/dc功率模块连接；开关组件选择高压继电器，高压继电器一端连接电池，另一端连接直流正母线或直流负母线，用于断开或连接直流正母线或直流负母线与电池负载，或者，也可以将高压继电器直接集成在电池负载内部。ac/dc功率模块、直流母线以及若干组电池负载均设置在系统机柜内部，通过系统机柜收纳并保护ac/dc功率模块、直流母线以及若干组电池负载。

通过ac/dc功率模块控制高压继电器的连通与断开，通过高压继电器的连通与断开实现电池负载的连通与断开。通过上位机给不同的电池负载分配地址，电池负载与连接的高压继电器共享一个地址，通过地址进行充放电优先级的设置，可手动或自动设置充放电优先级。通过设定高压继电器的断开和连通的时间，实现电池负载一次充放电时间或总的充放电时长。完成系统接线后，可通过上位机手动或自动设置充放电时长。系统工作后，充放电在若干电池负载中高频循环进行，多线程同时运行，完成充放电需求。

功率分配器与电池负载的电池管理系统bms连接，确定电池负载的充放电功率，通过功率分配器控制ac/dc功率模块分配合适的功率至电池负载，可适配各种功率大小的电池负载，灵活配置。或者，也可以将功率分配器直接集成在功率模块内部。

其中，ac/dc功率模块的功率大小与功率最大的电池负载的功率相同。即，根据能量需求量，配置ac/dc功率模块；根据若干负载电池的最高功率配置ac/dc功率模块，在同一各时间点，只针对一组电池进行充放电，此时ac/dc功率模块满功率工作，即可做到有效利用。按照直流总线结构，完成接线，只需要一组ac/dc功率模块即可，不需要匹配额外的功率模块，若干组电池负载也不必分通道安装，完全并联安装即可，减小安装空间，可缩减能量分配系统体积或增加电池负载容量。

如果充放电过程中，有电池负载已至充满或放空状态，可自动切出充满或放空状态的电池负载，自动调节分段时刻，功率分配器根据电池bms提供的电池信息及上位机设定的充放电优先级综合考虑，计算出针对每组电池负载一次充放电所需要的时间长度，然后按计算出的时长下发控制指令，完成对剩余电池负载的充放电，提高充电效率。如果针对某个特定的电池负载需要快速完成充放电，可调节对应电池负载的分段时长，完成优先级设置，以满足需求。

本实用新型能量分配系统的具体过程，包括以下步骤：

步骤1：给每组电池负载分配地址，设定充放电总时长。

步骤2：根据电池负载地址设定每组电池负载的一次充放电时长；如果针对某个特定的负载需要快速完成充放电，可调节对应负载的分段时长和充放电顺序，完成优先级设置，以满足需求。

步骤3：将当前电池负载的开关组件连通，连通时间为当前电池负载地址对应的一次充放电时长，其余电池负载的开关组件断开。

步骤4：依次对每组电池负载进行步骤3；如果充放电过程中，有负载已至充满或放空状态，可自动切出充满或放空状态的负载，自动调节分段时刻，完成对剩余负载的充放电，提高充电效率，即，当当前电池负载充放电完成时，持续断开当前电池负载的开关组件。

步骤5：重复步骤3和4至达到充放电总时长。

通过给每组电池负载分配地址，实现对每组电池负载切入切出的精确控制，通过将当前电池负载的开关组件连通，连通时间为当前电池负载地址对应的一次充放电时长，其余电池负载的开关组件断开，实现在同一时刻仅对一个电池负载充放电，均衡电池负载的充放电功率；同时，根据电池负载地址设定每组电池负载的一次充放电时长，分时段进行充放电，可以防止对同一电池负载持续充放电导致电池负载温度过高，不得不停止充放电进行等待温度下降，进而造成充放电时长的延长的情况，提高充电效率，有效的缩短了充放电总时长。通过根据电池负载地址设定电池负载充放电的优先级，根据电池负载充放电的先级从高至低的顺序进行充放电，可以对某个特定的电池负载完成快速充放电。

实施例

本实施例中选取了四组电池负载，电池负载的选择一般根据需求分析，获得系统需求定义，完成选择，此时设计者不需要面对需求的设计难度及复杂度，计算出电池负载所需总功率大小，选择合适的ac/dc功率模块，ac/dc功率模块的功率大小与最大电池负载的功率相同，不需要针对每一组电池负载分别计算功率，不需要考虑如何均衡每组电池负载，不再局限于硬件安装尺寸。

按照图3中所示接线，提供一台可满足功率大小要求的ac/dc功率模块；4组电池负载并联接到ac/dc功率模块的输出总线上，完成接线，每一组电池负载的电池管理系统bms均与ac/dc功率模块连接，完成与电池负载之间的通讯。ac/dc功率模块与电池管理系统bms经过协议通讯，电池管理系统bms提供电池组及电芯的信息给ac/dc功率模块，包括soc、电压、充电时的需求电压、电流、电池最大允许的电压、电流及额定容量等，ac/dc功率模块下发控制指令，控制电池负载的高压继电器的通断。

通过控制高压继电器的断开和连通，实现电池负载动态切换接入系统。参见图4，在0至t0时刻，完成系统设置，启动；在t0至t1时刻，将电池负载bat1连接的高压继电器连通，其余高压继电器断开，实现对电池负载bat1进行充放电操作；在t1至t2时刻，将电池负载bat2连接的高压继电器连通，其余高压继电器断开，实现对电池负载bat2进行充放电操作；在t2至t3时刻，将电池负载bat3连接的高压继电器连通，其余高压继电器断开，实现对电池负载bat3进行充放电操作；在t3至t4时刻，将电池负载bat4连接的高压继电器连通，其余高压继电器断开，实现对电池负载bat4进行充放电操作；即t0至t4时刻完成一个充放电周期，实现对所有电池负载完成一次充放电，经过重复完成t0至t4时刻充放周期，完成整个系统所设计的充放功能，显然可以得到的，如果所接入电池负载数量与实例所示数量不一致时，可调整分时时段，完成对所有电池负载的操作。

本实用新型基于多线程的能量分配系统，与现有的电池充放电结构相比，具有以下优点：1、系统总功率大小按照最大电池负载功率配置，无需考虑所有电池负载功率之和。2、系统中只需配备一台ac/dc功率模块，减小安装空间；可缩减系统体积或增加电池负载容量；3、接线简便，结构清晰；4、相比于现有充放电结构，系统体积小、功率能够合理应用且安装空间需求小，进而节约成本，提高资源利用率；5、可适配各种功率大小的电池负载，灵活配置；6、增加充放电的灵活性，均衡电池负载。

以上内容仅为说明本实用新型的技术思想，不能以此限定本实用新型的保护范围，凡是按照本实用新型提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本实用新型权利要求书的保护范围之内。