一种充电控制器对蓄电池充电的控制方法
【专利摘要】一种充电控制器对蓄电池充电的控制方法，内环为直流电流环控制，外环为直流电压环控制。该直流电压环控制根据双模式逆变器的并离网状态和蓄电池的状态，选择光伏电池板直流电压外环控制或蓄电池直流电压外环控制。当双模式逆变器并网运行，或者离网运行且蓄电池处于恒流充电状态时，充电控制器采用光伏电池板直流电压外环和直流电流环同时工作的控制方式；当双模式逆变器离网运行且蓄电池处于恒压充电状态时，充电控制器采用蓄电池电压外环和直流电流环同时工作的控制方式。两种直流电压环为一套PI调节器，光伏电池板直流电压外环控制和蓄电池直流电压外环控制切换时在直流电压的给定和反馈之间切换。所述的充电控制器采用三相交错调制。
【专利说明】-种充电控制器对蓄电池充电的控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种蓄电池充电的控制方法。
【背景技术】
[0002] 充电控制器是连接光伏电池板与用电负载的枢纽。由于光伏电池板输出电压不稳 定，所以不能直接将光伏电池板应用于负载，需要将太阳能转变为电能后存储到蓄电池中， 再由蓄电池向负载供电。充电控制器实时检测蓄电池的状态，按照优化控制策略对蓄电池 进行充电。
[0003] 在集中式大功率光储一体化应用系统中，光伏电池板通过充电控制器给蓄电池组 充电，并通过蓄电池组组建直流母线（DC-Link)，后接双模式逆变器。该双模式逆变器根据 光伏电站的工作状态信息，需在并网和离网控制模式间切换工作。通过在双模式逆变器和 光伏充电控制器间建立通讯连接，由逆变器给出充电控制器电网状态信息。充电控制器和 双模式逆变器通过蓄电池完全解耦，充电控制器可根据双模式逆变器的并离网状态，采取 最优的控制策略稳定运行，实现对蓄电池组的充电。并网时为了保持充分利用光资源，在蓄 电池已满的情况下，需将光伏能量直接并入电网。具体控制框图如图2所示。
[0004] 目前，充电控制器大多利用传统Buck、Boost电路作为主回路，实现能量交换只能 依赖于若干并联的IGBT和很大的电感来保证所要求的大电流，造成功率器件中很高的开 关损耗。由于效率和开关频率较低，输出端就必须采用更大的电感，导致瞬态响应速度变 慢、若提高响应速度就必须减小电感值，但这将产生很大的输出电流尖峰。另外，采用传统 的涓流充电、快速充电、吸收充电、浮充充电四段式充电方式进行控制时，各个模式间需要 实现灵活平滑切换策略处理，控制较为繁琐，所以迫切需要一种统一的控制方法以实现上 述功能。
[0005] CN2〇1310〇6〇267《一种光伏充电控制器的充电控制方法》根据充电模式控制器的 控制指令，利用MPPT控制器、蓄电池电压控制器、直流电流控制器相结合的方式，实现对蓄 电池的充电控制。但没有具体给出充电模式控制器的具体工作原理及模式判定方法，导致 各个控制器的工作不明确，另外该控制策略中采用三环控制较繁琐。
【发明内容】
[0006]本发明的目的是克服现有充电控制器对蓄电池充电的控制时，多个状态间不能平 滑切换，且控制策略复杂的缺点，提出一种适用于充电控制器对蓄电池充电的双环控制方 法。本发明根据双模式逆变器并离网状态及蓄电池状态的不同，采用光伏电池板直流电压 夕卜环和蓄电池直流电压外环的平滑切换控制方法，能够最大限度的利用光能，控制方法简 单，灵活切换无冲击。
[0007]本发明的技术方案如下：
[0008]本发明充电控制器对蓄电池充电采用双环控制方法：内环为直流电流环控制，夕卜 环为直流电压环控制。该直流电压环控制根据双模式逆变器的并离网状态和蓄电池的状 选择光伏电池板直流^压外环控制或蓄电池直流电压外环控制。当双模式逆变器并网 运行，或者双模式逆变器禺网运行且蓄电池处于恒流充电状态时，充电控制器同时采用光 伏电池板直流电压外环控制和直流电流环控制的方式；当双模式逆变器离网运行且蓄电池 处于恒压充电状态时，充电控制器同时采用蓄电池直流电压外环控制和直流电流环控制的 方式。所述的两种直流电压环共用一套P〗调节器，光伏电池板直流电压外环控制和蓄电池 直流电压外环控制切换时时仅在直流电压的给定和反馈之间切换，无需特殊切换策略即能 保证直流电压环的平滑切换无冲击。所述的充电控制器采用三相交错调制，降低了电压、电 流的纹波。本发明控制方法极大地提高了光能的利用率，使蓄电池充电达到最优，控制方法 简单灵活，响应速度快。
[0009]本发明的具体控制方法如下：
[0010]充电控制器采用双环控制方法，内环为直流电流环控制，外环为直流电压环控制。 其中直流电压环控制包括两种方式：一种是光伏电池板直流电压外环控制，另一种是蓄电 池直流电压外环控制。所述的直流电压环控制方法的选择原则是：如果双模式逆变器处于 并网运行状态，充电控制器采用光伏电池直流电压外环控制；如果双模式逆变器处于离网 运行状态，充电控制器根据蓄电池的充电状态，选择光伏电池直流电压外环控制或蓄电池 直流电压外环控制。
[0011]当双模式逆变器处于并网运行状态，或者双模式逆变器处于离网运行状态且蓄电 池处于恒流充电状态时，充电控制器同时采用光伏电池板直流电压外环控制和直流电流环 控制的方式，以保证光能最大利用率。光伏电池板直流电压外环的输出经过直流电流限幅 值限幅后，作为直流电流给定。
[0012]当双模式逆变器处于离网运行状态且蓄电池处于恒压充电状态时，充电控制器同 时采用蓄电池电压外环控制和直流电流环控制的方式。蓄电池直流电压外环的输出经过直 流电流限幅值的限幅后，作为直流电流给定。
[0013] 蓄电池的恒流充电状态包括涓流充电和恒流限压充电状态；蓄电池的恒压充电状 态包括恒压充电状态和浮充恒压充电状态。
[0014] 两种所述的直流电压环共用一套PI控制器。两种直流电压环之间的切换在于直 流电压环的给定和反馈之间的切换。当光伏电池板直流电压外环控制时，将最大功率点跟 踪扰动后的电压值作为直流电压给定，光伏电池板的电压作为反馈，光伏电池板的电压和 该直流电压给定之间的误差值作为PI调节器的输入；当蓄电池电压外环控制时，将蓄电池 恒压充电电压值作为直流电压给定，蓄电池的电压作为反馈，蓄电池的电压和该直流电压 给定之间的误差值作为PI调节器的输入。
[0015] 根据双模式逆变器并离网状态和蓄电池电压的不同，直流电流给定限幅值不同。 当双模式逆变器处于离网运行状态且蓄电池电压低于电池电压阈值一，所述的电池电压阈 值一低于电池电压阈值二，依据蓄电池特性，此时直流电流给定限幅值受涓流充电限幅值 限制。当蓄电池电压高于电池电压阈值一，或双模式逆变器工作在并网状态时，直流电流给 定限幅值受充电控制器最大充电电流的限制，该最大充电电流值由充电控制器本身参数决 定。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]图1本发明充电控制器整体控制框图；
[0017]图2光储一体化应用框图；
[0018] 图3蓄电池充电控制策略流程图。
【具体实施方式】
[0019]下面结合附图和【具体实施方式】对本发明做进一步描述。
[0020] 如图1所示，本发明控制方法具体如下：
[0021]光伏电池板输出的电压、电流和蓄电池的电压、输出电流分另！j由充电控制器直流 侧的电压传感器和电流传感器测得。
[0022]充电控制器采用双环控制方法，内环为直流电流环控制，外环为直流电压环控制。 其中直流电压环控制包括两种方式：一种是光伏电池板直流电压外环控制，另一种是蓄电 池直流电压外环控制。所述的直流电压环控制方法的选择原则是：如果双模式逆变器处于 并网运行状态，充电控制器采用光伏电池板直流电压外环控制方式；如果双模式逆变器处 于呙网运行状态，充电控制器根据蓄电池的充电状态，选择光伏电池板直流电压外环控制 或蓄电池直流电压外环控制方式。
[0023]双模式逆变器并网运行状态下，或者双模式逆变器处于离网运行状态且蓄电池处 于恒流充电状态时，充电控制器同时采用光伏电池板直流电压外环控制和直流电流环控 制，光伏电池板直流电压外环的给定和反馈由光伏电池板直流电压外环控制器101给出。 [00 24] 光伏电池板直流电压外环控制所需的直流电压的给定值，主要利用最大功率点跟 踪方法，通过扰动观察法实现。扰动观察法的原理是：根据光伏电池板的P-V特性，通过扰 动端电压来寻找最大功率点MPP，即周期性地扰动太阳能电池的工作电压值（v+AV)，再比 较其扰动如后的功率变化，若输出功率值增加，贝U表示扰动方向正确，可朝同一方向（+aV) 扰动；若输出功率值减小，则往相反（-AV)方向扰动。通过不断扰动使太阳能电池输出功 率趋于最大。光伏电池板直流电压外环控制所需的直流电压反馈值为光伏电池板的电压 值。
[0025] 当双模式逆变器离网运行且蓄电池处于恒压限流充电状态时，充电控制器同时采 用蓄电池直流电压外环控制和直流电流环控制。
[0026]所述蓄电池的状态是依据蓄电池特性和传统四段式充电控制方式，结合蓄电池的 当前电压值，判定蓄电池所处的充电状态。传统四段式充电控制方式分为涓流充电、恒流限 压充电、恒压限流充电，以及浮充恒压充电；不同的控制方式对应不同的蓄电池充电状态： 其中涓流充电状态和恒流限压充电状态，统称为恒流充电状态；恒压限流充电状态和浮充 恒压充电状态，统称为恒压充电状态。具体的蓄电池充电控制策略如图3所示。
[0027] 当蓄电池电压低于电池电压阈值二，蓄电池处于涓流充电状态或恒流限压充电状 态，充电控制器采用光伏电池板直流电压外环控制和直流电流环控制；当蓄电池电压高于 电池电压阈值二，蓄电池处于恒压限流充电状态或浮充恒压充电状态，充电控制器采用蓄 电池直流电压外环控制和直流电流环控制。直流电压环的输出经过直流电流给定限幅后， 再作为直流电流环的给定。
[0028] 所述的直流电流给定限幅，也根据双模式逆变器的并离网状态和蓄电池状态的不 同而不同。当双模式逆变器处于离网运行状态且蓄电池电压低于电池电压阈值一，所述的 电池电压阈值一低于电池电压阈值二，依据蓄电池特性，此时直流电流给定限幅值受涓流 充电限幅值限制。当蓄电池电压高于电池电压阈值一，或在双模式逆变器工作在并网状态 时，直流电流给定限幅值受充电控制器最大充电电流的限制，该最大充电电流值由充电控 制器本身参数决定。电池电压阈值一和电池电压阈值二由蓄电池特性决定。
[0029] 所述的两种直流电压环共用一套PI控制器，两种直流电压环之间的切换，实质是 直流电压环的给定和反馈之间的切换。当光伏电池板直流电压外环控制时，将最大功率点 跟踪扰动后的电压值作为直流电压给定，光伏电池板的电压作为反馈；当蓄电池直流电压 外环控制时，将蓄电池恒压充电电压值作为直流电压给定，蓄电池的电压作为反馈。
[0030]直流电压环的给定和反馈的差值用于直流电流的控制，PI调节器输出值经过直流 电流限幅处理，得到直流电流环的给定值/^，直流电流环控制器103的反馈值为三相电抗 器的电流和，再经过直流电流环PI调节器，输出三相cmpr值，然后利用三相交错并联技术， 经过PWM调制，得到充电控制器主电路IGBT开关的PWM控制信号，驱动其实现充电控制器 对蓄电池进行充电控制。
【权利要求】
1. 一种充电控制器对蓄电池充电的控制方法，其特征是，所述的充电控制器采用双环 控制方法：内环控制为直流电流环控制，外环控制为直流电压环控制；所述的直流电压环 控制是根据双模式逆变器的并离网状态和蓄电池的状态，选择光伏电池板直流电压外环控 制或蓄电池直流电压外环控制：当双模式逆变器并网运行，或者双模式逆变器离网运行且 蓄电池处于恒流充电状态时，充电控制器同时采用光伏电池板直流电压环控制和直流电流 环控制的方式；当双模式逆变器离网运行且蓄电池处于恒压充电状态时，充电控制器同时 采用蓄电池直流电压外环控制和直流电流环控制的方式；所述的两种直流电压环控制为一 套PI调节器，光伏电池板直流电压外环控制和蓄电池直流电压外环控制转换时仅在直流 电压的给定和反馈之间切换。
2. 根据权利要求1所述的充电控制器对蓄电池充电的控制方法，其特征是，所述的外 环控制方法的选择原则是：如果双模式逆变器处于并网运行状态，充电控制器采用光伏电 池直流电压外环控制；如果双模式逆变器处于离网运行状态，充电控制器根据蓄电池的充 电状态，选择光伏电池板直流电压外环控制或蓄电池直流电压外环控制。
3. 根据权利要求1或2所述的充电控制器对蓄电池充电的控制方法，其特征是，所述的 充电控制器依据蓄电池特性和传统四段式充电控制方式，结合蓄电池的当前电压，判定蓄 电池所处的充电状态；所述的传统四段式充电控制方式为涓流充电、恒流限压充电、恒压限 流充电，以及浮充恒压充电；不同的控制方式对应不同的蓄电池充电状态：所述的涓流充 电状态和恒流限压充电状态，统称为恒流充电状态；所述的恒压限流充电状态和浮充恒压 充电状态，统称为恒压充电状态； 当蓄电池电压低于电池电压阈值二，蓄电池处于恒流充电状态，充电控制器对蓄电池 采用光伏电池板直流电压外环控制和直流电流环控制；当蓄电池电压高于电池电压阈值 二，蓄电池处于恒压充电状态，充电控制器对蓄电池采用蓄电池直流电压外环控制和直流 电流环控制；直流电压环的输出经过直流电流给定限幅后，再作为直流电流给定。
4. 根据权利要求3所述的充电控制器对蓄电池充电的控制方法，其特征是，蓄电池电 压和双模式逆变器并离网状态不同，直流电流给定限幅不同： 当双模式逆变器处于离网运行状态且蓄电池电压低于电池电压阈值一，所述的电池电 压阈值一低于电池电压阈值二，依据蓄电池特性，此时直流电流给定限幅值受涓流充电限 幅值限制；当蓄电池电压高于电池电压阈值一，或双模式逆变器工作在并网状态时，直流电 流给定限幅值受充电控制器最大充电电流的限制，该最大充电电流值由充电控制器本身参 数决定。
5. 根据权利要求1所述的充电控制器对蓄电池充电的控制方法，其特征是，两种直流 电压环控制时在直流电压的给定和反馈之间切换的控制逻辑为：当光伏电池板直流电压环 控制时，将最大功率点跟踪扰动后的电压值作为直流电压给定，光伏电池板的电压作为反 馈，光伏电池板电压和该直流电压给定之间的误差值作为PI调节器的输入；当蓄电池电压 外环控制时，将蓄电池恒压充电电压值作为直流电压给定，蓄电池的电压作为反馈，蓄电池 的电压和该直流电压给定之间的误差值作为PI调节器的输入。
6. 根据权利要求1所述的充电控制器对蓄电池充电的控制方法，其特征是，所述的充 电控制器采用三相交错调制。
【文档编号】H02J3/38GK104300579SQ201410546641
【公开日】2015年1月21日 申请日期:2014年10月15日 优先权日:2014年10月15日
【发明者】高俊娥, 吉靳刚, 玉珍, 杨跃晶, 洛松泽仁, 洪亮, 李海东, 林资旭, 张雷, 许洪华 申请人:北京科诺伟业科技股份有限公司, 西藏自治区能源研究示范中心