一种新型的电池充电控制电路及方法与流程

本发明属于直流电源系统控制装置的供配电领域，具体涉及一种新型的电池充电控制电路及方法。

背景技术：

当前直流不间断供电系统在各行业得到了广泛的应用，变电站中应用电力操作电源确保站内控制设备、照明设备的可靠供电；数据中心采用高压直流电源确保服务器的可靠供电；通信基站中应用低压通信电源确保通信设备的可靠供电。直流不间断供电系统的电池是实现可靠供电的关键部件，在系统长期的运行过程中，需要实时监测电池的工作状态，当电池容量过低的情况下，需要及时对其充电。目前行业内对电池充电管理的方法多采用调节电源系统内的整流装置的输出电压或输出电流，实现对电池的充电。通过调整整流装置输出电压的方案称之为调压策略，通过调整整流装置输出电流的方案称之为限流策略。直流不间断电源系统的架构如图1所示。

调压策略以固定步进电压逐步调节，达到控制电池充电电流的目的，为了抑制充电电流的波动，步进电压一般设置很小，电池充电的响应时间很长，同时，随着电池在使用过程中的不断老化，步进电压的设置量需要人为不断修正，浪费了大量的人力。

限流策略通过实时采集负载电流，依据电池充电电流的目标值，计算出整流装置的输出总电流，通过直接控制整流装置的输出总电流限值，间接达到控制电池充电电流的目的，但是，整流装置在限流状态下，输出的纹波较大，会影响到后端设备的正常运行，同时，当负载电流发生突变时，电池的充电电流会发生突变，会造成电池的冲击，降低电池的使用寿命。

技术实现要素：

本发明提出一种新型的电池充电控制方法，该方法结合调压策略和限流策略各自的优势，并规避其各自的劣势，引入了pi动态控制策略，提高了电池充电控制的动态响应性能，抑制了充电电流的冲击现象，并加入了对两种控制策略的协调机制，使控制系统最终稳定在调压模式下，抑制了整流装置的输出纹波，提高了后端负载运行的稳定性。

本发明公开了一种电池充电控制电路及方法，包括：

电压控制环，用于实时采集电池电流is，依据电池电流目标值ic，计算出电池电流误差ierr，电池电流误差ierr通过电压控制环节vloop的动态计算，得出设置电压vtr；

电流超前控制环，用于通过采集负载电流il，并叠加电池电流目标值ic，得出总电流目标值it；

协调环，用于实时计算电流超前控制环输出的总电流目标值it和扰动电流△i之和，得出设置电流itr；

通过电压控制环节的扰动电流的控制协调机制，逐步退出电流超前控制环，最终实现系统的调压控制，减小了整流装置输出纹波。

附图说明

图1是现有技术中的直流不间断电源系统；

图2是根据本发明的电池充电控制方法框图；

图3是根据本发明的电池充电控制方法的控制框图；

图4是根据本发明的电池充电控制效果；

图5是根据本发明的电池充电控制流程图。

具体实施方式

本发明提出的一种新型的电池充电控制方法，通过加入协调控制机制和积分控制策略，结合调压策略和限流策略的优点，实现了电池充电的更快的响应速度，更小的充电超调量，更高的充电电流精度，降低了整流装置的输出纹波，提高了负载运行的可靠性。此控制方法的基本框图如图2所示。

图3为电池充电控制方法的控制框图。本发明结合调压策略和限流策略的各自优势，加入了协调控制机制控制策略，提出了一种新型的电池充电控制方法。

本发明提出的电池充电控制方法主要包含电压控制环、电流超前控制环、协调环三个部分。此控制方法结合了调压策略和限流策略的优势，并在调压控制环节中引入了积分环节，实现了电池充电控制的更快的响应速度和更精准的控制效果，增加了电压控制环节的扰动电流的控制协调机制，逐步退出电流环控制，最终实现系统的调压控制策略，减小了整流装置输出纹波，提高了负载运行的可靠性。图4为此控制方法的控制效果图。

通过电池充电控制效果图可以看出，采用本发明提出的一种新型的电池充电控制方法，可以实现更快的响应时间tr，更小的充电电流超调量mr，更小的充电电流误差值ierr。

本发明提出的一种新型的电池充电控制方法，如图5所示，具体实施过程如下：

(1)依据电池本身的特性，先设置电池电流目标值ic。

(2)电流超前控制环通过采集负载电流il，并叠加电池电流目标值ic，得出总电流目标值it。

(3)电流超前控制环仅在电池充电启动瞬间计算一次，并一直保持总电流目标值it。

(4)电压控制环实时采集电池电流is，依据电池电流目标值ic，计算出电池电流误差ierr，电池电流误差ierr通过电压控制环节vloop的动态计算，得出设置电压vtr。

(5)电压控制环节vloop必须包含积分环节，通常采用pi环节或pid环节，其他包含积分环节效果的控制环节亦可。

(6)电压控制环在计算的同时，以一定的步进量不断对扰动电流△i进行增量式运算，扰动电流△i在每次的电池充电启动瞬间复位为0，扰动电流△i最大值为整流装置的最大输出电流。

(7)协调环实时计算电流超前控制环输出的总电流目标值it和扰动电流△i之和，得出设置电流itr。其中扰动电流△i一般选择最大电流的1%~5%。

(8)通过以上计算，控制系统得出设置电压vtr和设置电流itr，并下发给整流装置，间接实现了对电池充电电流icr的控制。

上述实施方式仅是示例性的示出本发明，并不企图限制本发明。另外对于没有详细描述的步骤属于本领域技术人员熟知的技术内容。对于涵盖在本发明构思内的相应的变换和更改均在本发明范围内。

技术特征：

1.一种电池充电控制电路，包括：

电压控制环，用于实时采集电池电流is，依据电池电流目标值ic，计算出电池电流误差ierr，电池电流误差ierr通过电压控制环节vloop的动态计算，得出设置电压vtr；

电流超前控制环，用于通过采集负载电流il，并叠加电池电流目标值ic，得出总电流目标值it；

协调环，用于实时计算电流超前控制环输出的总电流目标值it和扰动电流△i之和，得出设置电流itr；

通过电压控制环节的扰动电流的控制协调机制，逐步退出电流超前控制环，最终实现系统的调压控制，减小了整流装置输出纹波。

2.根据权利要求1所述的控制电路，其中电流超前控制环仅在电池充电启动瞬间计算一次，并一直保持总电流目标值it。

3.根据权利要求1所述的控制电路，其中电压控制环节vloop必须包含积分环节。

4.根据权利要求1所述的控制电路，其中电压控制环在计算的同时，以一定的步进量不断对扰动电流△i进行增量式运算，扰动电流△i在每次的电池充电启动瞬间复位为0，扰动电流△i最大值为整流装置的最大输出电流。

5.根据权利要求3所述的控制电路，其中积分环节包括pi环节或pid环节，或其他包含积分环节效果的控制环节。

6.一种电池充电控制方法，结合调压策略和限流策略，引入动态控制策略，并加入对调压和限流两种策略的协调机制，包括：

电流超前控制环通过采集负载电流il，并叠加电池电流目标值ic，得出总电流目标值it；

电压控制环实时采集电池电流is，依据电池电流目标值ic，计算出电池电流误差ierr，电池电流误差ierr通过电压控制环节vloop的动态计算，得出设置电压vtr；

协调环实时计算电流超前控制环输出的总电流目标值it和扰动电流△i之和，得出设置电流itr；

通过电压控制环节的扰动电流的控制协调机制，逐步退出电流超前控制环，最终实现系统的调压控制，减小了整流装置输出纹波。

7.根据权利要求6所述的控制方法，其中电流超前控制环仅在电池充电启动瞬间计算一次，并一直保持总电流目标值it；和/或

其中电压控制环节vloop必须包含积分环节。

8.根据权利要求6所述的控制方法，其中电压控制环在计算的同时，以一定的步进量不断对扰动电流△i进行增量式运算，扰动电流△i在每次的电池充电启动瞬间复位为0，扰动电流△i最大值为整流装置的最大输出电流。

9.根据权利要求7所述的控制方法，其中积分环节包括pi环节或pid环节，或其他包含积分环节效果的控制环节。

10.根据权利要求6所述的控制方法，还包括

依据电池本身的特性，设置电池电流目标值ic；

得出设置电压vtr和设置电流itr，下发给整流装置，间接实现了对电池充电电流icr的控制。

技术总结
本发明提出的一种新型的电池充电控制方法，通过加入协调控制机制和积分控制策略，结合调压策略和限流策略的优点，实现了电池充电的更快的响应速度，更小的充电超调量，更高的充电电流精度，降低了整流装置的输出纹波，提高了负载运行的可靠性。

技术研发人员：张金磊;朱建国;刘涛;刘友恒;吴国华
受保护的技术使用者：深圳市永联科技股份有限公司
技术研发日：2020.09.04
技术公布日：2020.10.23