一种用于高效储能系统的限流电路、控制方法及系统与流程

1.本发明涉及储能系统领域，尤其涉及一种用于高效储能系统的限流电路、控制方法及系统。


背景技术：

2.在储能系统中，传统限流方式是通过主继电器或配电开关并联继电器和限流电阻组成，传统方式在储能系统大并大串过程中损耗比较大，有较大的能量损失。为解决上述问题，不少厂家都考虑使用新形式的限流电路。
3.中国专利cn216146125u公开了一种双向限流转压电路，包括两个电源，第一电源的正极一端连接有第一绝缘栅双极型晶体管的集电极，所述第一电源的负极一端连接有第一二极管的阳极；第一绝缘栅双极型晶体管，所述第一绝缘栅双极型晶体管的发射极连接有扼流电感的原边一端和第一二极管的阴极；第二电源，所述第二电源的正极一端连接有第二绝缘栅双极型晶体管的集电极，所述第二电源的负极一端连接有第二二极管的阳极。该双向限流转压电路，能够通过两侧电压的强度差，当母线侧电压较高时，对电池侧进行充电，当电池侧电压较高时，对母线侧进行放电，从而自动控制电池侧和母线侧的充放电。
4.中国专利cn103337841a公开了一种基于双向buck变换器的双向限流器，包括双向buck变换器、电流检测电路和控制电路；所述双向buck变换器包括正向buck变换器和负向buck变换器；所述正向buck变换器和所述负向buck变换器反向串联；所述正向buck变换器和所述负向buck变换器共用相同电感l；所述电流检测电路的输入端与所述双向buck变换器的电流输入端连接，所述电流检测电路的输出端与所述控制电路的输入端连接；所述控制电路的控制输出端口与所述双向buck变换器连接。
5.上述现有技术中，为解决储能系统中大并大串过程中的二次保护和防反并联均衡问题，通过两个buck电路实现双向配电，从而使限压电路根据电压差自动控制放电和充电。但是上面两种技术中，用了两个高频pwm开关管，需要两路驱动和两路驱动电源，控制比较复杂，成本比较高。


技术实现要素：

6.为解决背景技术中存在的技术问题，本发明提出一种用于高效储能系统的限流电路、控制方法及系统。
7.本发明提出一种用于高效储能系统的限流电路，包括：第一电池组、第二电池组、限流电路、续流电路、第一电流检测电路、第二电流检测电路、控制电路、第一方向控制电路和第二方向控制电路；所述第一电池组正极与第一方向控制电路输入端连接，所述第二电池组正极与第二方向控制电路输入端连接；所述第一方向控制电路和第二方向控制电路的放电端和充电端分别与限流电路连接；所述限流电路与所述续流电路连接；所述第一电池组负极和第二电池组负极分别与所述续流电路连接；所述第一电流检测电路输入检测所述第一方向控制
电路输入端的电流大小，其输出端与所述控制电路输入端连接；所述第二电流检测电路输入端检测所述第二方向控制电路输入端的电流大小，其输出端与所述控制电路输入端连接；所述控制电路控制端与所述限流电路连接。
8.优选地，所述限流电路包括：所述限流电路包括：开关管、限流电感；所述开关管集电极分别与第一方向控制电路的放电端和第二方向控制电路的放电端连接，其发射极分别与续流电路和限流电感一端连接，其栅极与所述控制电路控制端连接；所述限流电感另一端分别与第一方向控制电路的充电端和第二方向控制电路的充电端连接。
9.优选地，所述续流电路包括续流二极管，所述续流二极管阴极与所述开关管发射极连接，其阳极与所述第一电池组负极和第二电池组负极分别连接；或者所述续流电路包括续流开关管，所述续流开关管集电极与所述限流电路开关管发射极连接，其发射极与所述第一电池组负极和第二电池组负极分别连接。
10.优选地，所述第一方向控制电路和第二方向控制电路分别包括第一二极管、第二二极管和与第一二极管并联的可控开关；所述第一方向控制电路的第一二极管阳极与第一电池组正极连接，其阴极为第一方向控制电路的放电端，第二二极管阴极与第一电池组正极连接，其阳极为第一方向控制电路的充电端；所述第二方向控制电路的第一二极管阳极与第二电池组正极连接，其阴极为第二方向控制电路的放电端；第二二极管阴极与第二电池组正极连接，其阳极为第二方向控制电路的充电端。
11.优选地，所述第一方向控制电路和第二方向控制电路分别包括第一开关管、第二二极管；所述第一方向控制电路中的第一开关管发射极与第一电池组正极连接，其集电极为第一方向控制电路的放电端；第二二极管阴极与第一电池组正极连接，其阳极为第一方向控制电路的充电端；所述第二方向控制电路中的第一开关管发射极与第二电池组正极连接，其集电极为第二方向控制电路的放电端；第二二极管阴极与第二电池组正极连接，其阳极为第二方向控制电路的充电端。
12.优选地，所述第一方向控制电路和第二方向控制电路分别包括第一开关管、第二开关管；所述第一方向控制电路的第一开关管发射极与第一电池组正极连接，其集电极为第一方向控制电路的放电端；所述第二开关管集电极与第一电池组正极连接，其发射极为第一方向控制电路的充电端；所述第二方向控制电路的第一开关管发射极与第二电池组正极连接，其集电极为第二方向控制电路的放电端；所述第二开关管集电极与第二电池组正极连接，其发射极为第二方向控制电路的充电端。
13.优选地，还包括可控开关；所述可控开关一端与第一电池组的正极连接，其另一端与第二电池组的正极连接；所述第一方向控制电路和第二方向控制电路分别包括第一二极管、第二二极管；所述第一方向控制电路的第一二极管阳极与第一电池组正极连接，其阴极为第一
方向控制电路放电端，第二二极管阴极与第一电池组正极连接，其阳极为第一方向控制电路充电端；所述第二方向控制电路的第一二极管阳极与第二电池组正极连接，其阴极为第二方向控制电路的放电端，第二二极管阴极与第二电池组正极连接，其阳极为第二方向控制电路的充电端。
14.本发明还提出一种用于高效储能系统的限流电路的控制方法，包括：检测第一电池组的第一电压值和第二电池组的第二电压值；响应于所述第一电压值和第二电压值的电压差值大于第一预设阈值，pwm控制所述限流电路中的开关管处于在开通状态和关断状态之间进行周期性切换的状态；响应于所述第一电压值和第二电压值电压差值小于第一预设阈值，控制所述限流电路中的开关管保持关断状态。
15.优选地，所述pwm控制所述限流电路中的开关管处于在开通状态和关断状态之间进行周期性切换的状态，具体包括：若所述第一电压值大于第二电压值，当所述开关管切换为开通状态时，所述第一电池组正极输出电流依次通过第一方向控制电路的输入端和放电端，所述限流电路的开关管、限流电感，所述第二电池组方向控制电路的充电端和输入端流向第二电池组的正极。
16.优选地，pwm控制所述限流电路中的开关管处于在开通状态和关断状态之间进行周期性切换的状态还包括：当所述开关管切换为关断状态时，所述电流依次通过所述限流电路中的续流二极管、限流电感、第二电池组方向控制电路中的充电端与输入端流向第二电池组正极。
17.本发明还提出一种用于高效储能系统的限流电路的控制系统，包括存储器和处理器，所述存储器用于存储包括程序指令的信息，所述处理器用于控制程序指令的执行，所述程序指令被处理器加载并执行时实现上述的方法。
18.本发明还提出一种计算机存储介质，所述存储介质包括存储的程序，其中，处理器执行所述程序以实现上述的方法。
19.本发明中，所提出的限流电路结构简单，可靠，有效实现了失配电池的能量转换和电压转换，同时，实现了进一步降低储能系统电池组并联过程的能量损失；相比较现有技术，电路结构更加简单，实现成本更低，控制方法更加高效。
附图说明
20.图1为本发明实施例中用于高效储能系统的限流电路结构示意图；图2为本发明第一实施例中所提出电路的电路示意图；图3为本发明第二实施例中所提出电路的电路示意图；图4为本发明第三实施例中所提出电路的电路示意图；图5为本发明第四实施例中所提出电路的电路示意图；图6为本发明第一实施例中控制过程中电流流向示意图；图7为本发明第一实施例中控制过程中电流流向示意图。
具体实施方式
21.现在将参照附图更充分地描述本发明，所述附图中显示了本发明的示例性实施例。然而，该发明能够以多种不同的形式实施，而不应当理解为限于文中列举的实施例。更确切而言，提供这些实施例是为了使公开能够彻底及完整，并且能向本领域技术人员充分表达出本发明的范围。
22.如图1所示，图1为本发明第一实施例的用于高效储能系统的限流电路及系统；参照图1，一种用于高效储能系统的限流电路及系统，其特征在于，包括：第一电池组bat1、第二电池组bat2、限流电路、续流电路、第一电流检测电路、第二电流检测电路、控制电路、第一方向控制电路b1和第二方向控制电路b2；所述第一电池组bat1正极与第一方向控制电路输入端连接，所述第二电池组bat2正极与第二方向控制电路输入端连接；所述第一方向控制电路b1和第二方向控制电路b2的放电端和充电端分别与限流电路连接；所述限流电路与所述续流电路连接；所述第一电池组bat1负极和第二电池组bat2负极分别与所述续流电路连接；所述第一电流检测电路输入检测所述第一方向控制电路b1输入端的电流大小，其输出端与所述控制电路输入端连接；所述第二电流检测电路输入端检测所述第二方向控制电路b2输入端的电流大小，其输出端与所述控制电路输入端连接；所述控制电路控制端与所述限流电路连接。
23.具体的，如图2所示，在本实施中，所述限流电路包括：开关管q1、限流电感l；所述开关管q1集电极分别与第一方向控制电路b1的放电端和第二方向控制电路b2的放电端连接，其发射极分别与续流电路和限流电感l一端连接，其栅极与所述控制电路控制端连接；所述限流电感l另一端分别与第一方向控制电路b1的充电端和第二方向控制电路b2的充电端连接。
24.需要说明的是，本实施例中，第一电流检测电路和第二电流检测电路分别检测第一电池组bat1与第二电池组bat2的电流，后送给控制电路，控制电路根据电流的大小输出pwm信号，控制限流电路的开关管q1。
25.需要说明的是，本实施例中，开关管q1为高频开关管，其可以为mos管、igbt或其他类似高频管。
26.具体地，如图2所示，在本实施例中，所述续流电路包括续流二极管d5，所述续流二极管d5阴极与所述开关管q1发射极连接，其阳极与所述第一电池组bat1负极和第二电池组bat2负极分别连接；需要说明的是，在本发明其他实施例中，续流二极管可更换为开关管；所述续流电路包括续流开关管，所述续流开关管集电极与所述开关管发射极连接，其发射极与所述第一电池组bat1负极和第二电池组bat2负极分别连接。
27.如图2所示，在本发明第一实施例中，还包括可控开关k1；所述可控开关k1一端与第一电池组bat1的正极连接，其另一端与第二电池组bat2的正极连接；所述第一方向控制电路b1和第二方向控制电路b2分别包括第一二极管、第二二极管；所述第一方向控制电路的第一二极管阳极与第一电池组正极连接，其阴极为第一方向控制电路放电端，第二二极管阴极与第一电池组正极连接，其阳极为第一方向控制电路充电端；
所述第二方向控制电路的第一二极管阳极与第二电池组正极连接，其阴极为第二方向控制电路的放电端，第二二极管阴极与第二电池组正极连接，其阳极为第二方向控制电路的充电端。
28.具体地，如图2所示，所述第一方向控制电路b1包括二极管d1、二极管d2，二极管d1阳极与第一电池组bat1正极连接，其阴极为放电端，二极管d2阴极与第一电池组bat1正极连接，其阳极为充电端；第二方向控制电路b2包括二极管d3、二极管d4，二极管d3阳极与第二电池组bat2正极连接，其阴极为放电端，二极管d4阴极与第二电池组bat2正极连接，其阳极为充电端。
29.需要说明的是，在本实施例中，当两路电池的电压差小于第二预设阈值时，电压基本均衡后，吸合k1，从而使k1吸合的冲击电流极大地缩小，k1的使用寿命得到提高。
30.需要说明的是，在本发明其他实施例中，方向控制电路和可控开关可以依据实际使用情况调整其元件或者连接方式。
31.如图3所示，本发明第二实施例中，所述第一方向控制电路和第二方向控制电路分别包括第一二极管、第二二极管和与第一二极管并联的可控开关；所述第一方向控制电路的第一二极管阳极与第一电池组正极连接，其阴极为第一方向控制电路的放电端，第二二极管阴极与第一电池组正极连接，其阳极为第一方向控制电路的充电端；所述第二方向控制电路的第一二极管阳极与第二电池组正极连接，其阴极为第二方向控制电路的放电端；第二二极管阴极与第二电池组正极连接，其阳极为第二方向控制电路的充电端。
32.具体地，如图3所示，所述第一方向控制电路b1包括二极管d1、二极管d2，可控开关k1，可控开关k1与二极管d1并联，二极管d1阳极与第一电池组bat1正极连接，其阴极为放电端，二极管d2阴极与第一电池组bat1正极连接，其阳极为充电端；第二方向控制电路b2包括二极管d3、二极管d4，可控开关k2，可控开关k2与二极管d3并联，二极管d3阳极与第二电池组bat2正极连接，其阴极为放电端，二极管d4阴极与第二电池组bat2正极连接，其阳极为充电端。
33.需要说明的是，本实施例中，在第一方向控制电路和第二方向控制电路均设置可控开关，该电路在限流电路工作期间，可以通过闭合一个可控开关，将该路并联的二极管旁路，使效率进一步提高。
34.如图4所示，本发明第三实施例中，所述第一方向控制电路和第二方向控制电路分别包括第一开关管、第二二极管；所述第一方向控制电路中的第一开关管发射极与第一电池组正极连接，其集电极为第一方向控制电路的放电端；第二二极管阴极与第一电池组正极连接，其阳极为第一方向控制电路的充电端；所述第二方向控制电路中的第一开关管发射极与第二电池组正极连接，其集电极为第二方向控制电路的放电端；第二二极管阴极与第二电池组正极连接，其阳极为第二方向控制电路的充电端。
35.具体地，如图4所示，所述第一方向控制电路b1包括开关管q2、二极管d1，开关管q2发射极与第一电池组bat1正极连接，其集电极为放电端，二极管d1阴极与第一电池组bat1正极连接，其阳极为充电端；
第二方向控制电路b2包括开关管q3、二极管d2；开关管q3发射极与第二电池组bat2正极连接，其集电极为放电端，二极管d2阴极与第二电池组bat2正极连接，其阳极为充电端。
36.需要说明的是，本实施例中，省去了可控开关，进一步降低了电路的体积，同时，通过控制开关管q2与开关管q3，旁路体二极管，进一步提高限流电路工作时的效率。
37.如图5所示，本发明第四实施例中，所述第一方向控制电路和第二方向控制电路分别包括第一开关管、第二开关管；所述第一方向控制电路的第一开关管发射极与第一电池组正极连接，其集电极为第一方向控制电路的放电端；所述第二开关管集电极与第一电池组正极连接，其发射极为第一方向控制电路的充电端；所述第二方向控制电路的第一开关管发射极与第二电池组正极连接，其集电极为第二方向控制电路的放电端；所述第二开关管集电极与第二电池组正极连接，其发射极为第二方向控制电路的充电端。
38.具体地，如图5所示，所述第一方向控制电路b1包括开关管q2、开关管q4；开关管q2发射极与第一电池组bat1正极连接，其集电极为放电端，开关管q4集电极与第一电池组bat1正极连接，其发射极为充电端；所述第二方向控制电路b2包括开关管q3、开关管q5；开关管q3发射极与第二电池组bat2正极连接，其集电极为放电端，开关管q4集电极与第二电池组bat2正极连接，其发射极为充电端。
39.需要说明的是，在本实施例中，通过设置四个开关管，使得该电路适合更大功率的场合，电池组并联后，最终方向控制电路的所有开关管均开通，进一步降低系统损耗。
40.本发明第五实施例提出一种用于高效储能系统的限流电路的控制方法，应用上述的双向限流电路，包括：步骤s1：检测第一电池组的第一电压值和第二电池组的第二电压值；步骤s2：响应于所述第一电压值和第二电压值的电压差值大于第一预设阈值，pwm控制所述限流电路中的开关管处于在开通状态和关断状态之间进行周期性切换的状态；需要说明的是，在本实施例中，开关管处于pwm控制状态时，在开通和关断之间进行高频切换，周期很短。
41.具体地，在本实施例中，若所述第一电压值和大于第二电压值，当所述开关管切换为开通状态时，所述第一电池组正极输出电流依次通过第一方向控制电路的输入端和放电端，所述限流电路的开关管、限流电感，所述第二电池组方向控制电路的充电端和输入端流向第二电池组的正极；当所述开关管切换为关断状态时，由于电感电流无法突变，所述电流依次通过所述限流电路中的续流二极管、限流电感、第二电池组方向控制电路中的充电端与输入端流向第二电池组正极。
42.步骤s3：响应于所述第一电压值和第二电压值电压差值小于第一预设阈值，控制所述限流电路中的开关管保持关断状态。
43.以下以第一实施例电路为例，说明上述控制流程：需要说明的是，检测电路通过检测电流确定电压差值，控制电路根据电压差值发送控制信号，控制电路发送的控制信号为pwm脉冲信号。
44.当bat1的电压大于bat2的电压时，d1与d4导通，d2与d3反向截止，pwm控制闭合所
述限流电路中的开关管q1在开通状态和关断状态之间进行高频切换；如图6所示，当所述开关管q1切换为开通状态时，所述第一电池组bat1正极输出电流依次通过第一方向控制电路的输入端和放电端，期间通过二极管d1，所述限流电路的开关管q1、限流电感l，所述第二方向控制电路的充电端，期间通过二极管d4，最终流向第二电池组bat2的正极；如图7所示，当所述开关管q1切换为关断状态时，由于电感电流不能突变，续流二极管d5导通，所述电流依次通过所述限流电路中的续流二极管d5、限流电感l、第二方向控制电路中的充电端和输入端，期间通过二极管d4，最终流向第二电池组正极。
45.需要说明的是，当bat1的电压小于bat2的电压时，d1与d4反向截止，d2与d3导通，原理上述相同，不再赘述。
46.本发明第六实施例提出一种用于高效储能系统的限流电路的控制系统，包括存储器和处理器，所述存储器用于存储包括程序指令的信息，所述处理器用于控制程序指令的执行，所述程序指令被处理器加载并执行时实现上述的方法。
47.本发明第七实施例提出一种计算机存储介质，所述存储介质包括存储的程序，其中，处理器执行所述程序以实现上述的方法。
48.以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。