开关电源及其控制方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及电力电子技术，具体涉及一种开关电源及其控制方法。
【背景技术】
[0002]在通信电源、空间电源、UPS、EPS以及大型电动车等领域需要大量的动力电池组，目前动力电池一般采用串联方式连接，以达到不同工况下的电压以及功率的要求。采用电池串联的方法具有功率密度高、技术相对成熟等优点。因此为提高系统效率、延长电池寿命，串联电池组充放电的均衡方法是目前研究的热点。
[0003]现有技术中通过升降压(buck-boost)、cuk、反激变换器等DC-DC拓扑实现能量均衡策略，已经取得显著的效果。通过上述均衡电路实现各单体之间相互充放电，虽然防止某些电池的过放或过冲，但一方面容易导致能量在电池之间相互传递，降低了系统的效率；另一方面当某个支路中任意个电池出现故障将使整个支路失效，极大影响系统能源的安全。针对一些特殊环境，例如深空探测、水下焊接等领域的供电系统是不具备可维护性的，这就要求电源具有很高冗余性来保证能源安全。
[0004]在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术至少存在以下问题:串联电池组充放电均衡需外加均衡拓扑，增加损耗，并且能量在电池之间传递，降低系统整体效率；在串联电池组中当某个支路中任意一个电池出现故障将使整个支路失效，降低系统冗余性。串联电池组不适用于上述不具备可维护性的场合。
【发明内容】
[0005]有鉴于此，本发明提供一种开关电源及其控制方法。将电池单体经升压变换器并联输出，代替串联电池组使用，以提高系统冗余能力；通过控制方法，以使得开关电源可以进行荷电状态均衡，延长电池寿命，同时维持系统稳定性。
[0006]第一方面，提供一种开关电源，包括:
[0007]N个蓄电池，N为大于等于2的整数；
[0008]N个DC-DC变换器，分别与不同的蓄电池连接，并连接到相同的输出端；
[0009]N个控制器，分别对应于不同的DC-DC变换器，每个控制器用于在第一状态下根据第一控制环路和第二控制环路控制对应的DC-DC变换器，在第二状态下根据第二控制环路控制对应的DC-DC变换器；其中，第一控制环路使得各蓄电池的荷电状态趋于相同，第二控制环路使得各DC-DC变换器的输出电流趋于相同；
[0010]电源管理装置，与每个所述蓄电池连接，用于检测每个所述蓄电池的荷电状态(State Of Charge)，在所有蓄电池的荷电状态相同时，控制N个控制器切换到第二状态，否则控制N个控制器处于第一状态。
[0011]优选地，所述电源管理装置通过检测各蓄电池的输出电压和输出电流估算对应的荷电状态。
[0012]优选地，所述N个控制器用于在对应的蓄电池的荷电状态低于预定阈值时控制对应的DC-DC变换器停止工作。
[0013]优选地，所述第一控制环路以所有蓄电池的荷电状态的最小值为参考值进行控制;
[0014]所述N个第二控制环路以所有DC-DC变换器的输出电流的最大值为参考值进行控制。
[0015]优选地，所述控制器在第一状态下根据第一权值和第二权值分别对第一控制环路和第二控制环路的输出信号加权后形成对DC-DC变换器的控制型号。
[0016]第二方面提供一种开关电源控制方法，所述开关电源包括并联连接的多个蓄电池和对应的多个DC-DC变换器，所述方法包括:
[0017]检测每个所述蓄电池的荷电状态(State Of Charge)；
[0018]在存在荷电状态不同的蓄电池时，控制各DC-DC变换器以使得各蓄电池的荷电状态趋于相同；
[0019]在所有蓄电池的荷电状态相同时，控制各DC-DC变换器以使得其输出电流趋于相同。
[0020]优选地，所述检测每个所述蓄电池的荷电状态包括:
[0021]通过检测各蓄电池的输出电压和输出电流估算对应的荷电状态。
[0022]优选地，所述方法还包括:
[0023]控制与荷电状态低于预定阈值的蓄电池连接的DC-DC变换器停止工作。
[0024]优选地，所述控制各DC-DC变换器以使得各蓄电池的荷电状态趋于相同包括:
[0025]以所有蓄电池的荷电状态的最低值为参考值进行控制；
[0026]所述控制各DC-DC变换器以使得其输出电流趋于相同包括:
[0027]以所有DC-DC变换器的输出电流最大值为参考值进行控制。
[0028]优选地，所述控制各DC-DC变换器以使得各蓄电池的荷电状态趋于相同包括:
[0029]根据第一权值和第二权值分别对第一控制环路和第二控制环路的输出信号加权后形成对DC-DC变换器的控制信号；
[0030]第一控制环路使得各蓄电池的荷电状态趋于相同，第二控制环路使得各DC-DC变换器的输出电流趋于相同。
[0031]通过将电池并联连接并连接对应的DC-DC变换器，可以形成冗余效应，从而避免防止一路电池损坏导致整个系统不能使用。同时，通过为每个DC-DC变换器配置两个对应的控制环路，第一控制环路在蓄电池荷电状态存在差异时控制DC-DC变换器进行荷电状态均衡，第二控制环路在蓄电池荷电状态均衡完成后控制DC-DC变换器进行均流，由此，可以使得开关电源的蓄电池的荷电状态在运行时趋向于均衡，延长蓄电池的使用寿命，同时维持系统稳定性。
【附图说明】
[0032]通过以下参照附图对本发明实施例的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优点将更为清楚，在附图中:
[0033]图1a是本发明实施例的开关电源的电路示意图；
[0034]图1b是本发明实施例的控制器的信号流图；
[0035]图2是本发明实施例的开关电源的电流仿真波形图；
[0036]图3是本发明实施例的开关电源在第一控制器和第二控制器切换时的电流仿真波形图；
[0037]图4是本发明实施例的开关电源的母线电压误差值的仿真波形图；
[0038]图5是本发明实施例的开关电源的蓄电池的荷电状态仿真波形图；
[0039]图6是本发明实施例的控制方法的流程示意图。
【具体实施方式】
[0040]以下基于实施例对本发明进行描述，但是本发明并不仅仅限于这些实施例。在下文对本发明的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本发明。为了避免混淆本发明的实质，公知的方法、过程、流程、元件和电路并没有详细叙述。
[0041]此外，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的附图都是为了说明的目的，并且附图不一定是按比例绘制的。
[0042]同时，应当理解，在以下的描述中，“电路”是指由至少一个元件或子电路通过电气连接或电磁连接构成的导电回路。当称元件或电路“连接到”另一元件或称元件/电路“连接在”两个节点之间时，它可以是直接耦接或连接到另一元件或者可以存在中间元件，元件之间的连接可以是物理上的、逻辑上的、或者其结合。相反，当称元件“直接耦接到”或“直接连接到”另一元件时，意味着两者不存在中间元件。
[0043]除非上下文明确要求，否则整个说明书和权利要求书中的“包括”、“包含”等类似词语应当解释为包含的含义而不是排他或穷举的含义；也就是说，是“包括但不限于”的含义。
[0044]在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
[0045]图1a是本发明实施例的开关电源的电路示意图。
[0046]如图1a所示，本实施例的开关电源包括N个蓄电池Batteryl-BatteryN、N个DC-DC变换器DC-DC I?DC-DC N，电源管理装置S以及对应于每个DC-DC变换器DC-DC i设置的控制器C1，其中每个控制器包括第一控制环路IjP第二控制环路2i，，i = I, 2，……，N。
[0047]其中，N个DC-DC变换器DC-DC I