一种蓄电池供能系统及其控制方法与流程

本发明涉及电力技术领域，尤其是一种蓄电池供能系统及其控制方法。

背景技术

目前车辆的动力电池是由多个电池模组串并联组成，经过dc/dc变换输出至直流母线。在小功率运行时，dc/dc始终处于小功率工作状态，输出效率较低。现有技术中的多组蓄电池接入电路时，并未将dc/dc转换效率纳入考虑范围。现有技术主要着眼于电池模块的接入和断开的控制，而并没有采用主动提高单个蓄电池的输出功率来提升dc/dc转换效率的角度来提升总体能量转化率。

有鉴于此，特提出本发明。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题在于克服现有技术的不足，提供一种蓄电池供能系统的控制方法，将各蓄电池先级联双向dc\dc变换器，再将多个双向dc\dc输出并联，统一输出至直流母线。在处于小功率运行时，可以关闭一组或多组蓄电池，提升剩余工作部分的蓄电池的转换效率，进而提升整个系统的效率节约了能源。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案的基本构思是：

一种蓄电池供能系统的控制方法，蓄电池供能系统包括连接牵引电机的供电电路、若干蓄电池和控制器，各蓄电池分别通过dc/dc变换器接入供电电路，所述控制方法包括：控制器根据牵引电机的总需求功率和各dc/dc变换器的功率与转换效率的对应关系，优化蓄电池供电组合，提高供能系统的转换效率。

在上述方案中，将dc/dc转换效率纳入考虑范围。采用主动改变单个蓄电池的输出功率来提升dc/dc转换效率的角度来提升总体能量转化率。

优选的，所述供能系统共包括n组蓄电池，所述控制器分别计算不同数量的蓄电池接入所述供电电路对应的供能系统总转换效率，从而确定供能系统最高的总转换效率对应的蓄电池数量，其中，接入到供电电路的各蓄电池均分所述总需求功率。

在上述方案中，接入供电电路的各蓄电池均分总需求功率，该控制方式简单，适于推广，再者功能系统的蓄电池组数量不会太多，因此，分别计算不同数量的蓄电池接入供电电路对应的总转换效率该过程简单实用，数据处理快可满足实际需求。

优选的，控制器根据牵引电机的总需求功率和各dc/dc变换器的功率与转换效率的对应关系，分别分配接入供电电路的各蓄电池输出的功率，以提高供能系统的整体转换效率。

在上述方案中，因为影响dc/dc变换器转换效率的主要因素为蓄电池输出的功率，因此通过分配各蓄电池输出的功率，可达到提高功能系统整体转换效率的作用。

优选的，控制器先确定接入供电电路的蓄电池的数量，再分别分配各蓄电池输出的功率；

优选的，控制器存储有dc/dc变换器的功率与转换效率的对应关系，接入供电电路的蓄电池的数量的确定方法为：控制器由所述的对应关系选取最高的转换效率对应的功率，并将总需求功率与所选取的功率相除，若相除后的计算结果为整数则该整数为需要接入供电电路的蓄电池数量，否则，根据所述计算结果确定最接近的整数值m，该整数值m即为需要接入供电电路的蓄电池数量。

在上述方案中，控制器存储的为dc/dc变换器的功率-效率曲线，以功率为横坐标，以效率为纵坐标的曲线。再者，同时调整接入供电电路的蓄电池数量和各蓄电池输出的功率，则可以得到供能系统转换效率最高的供电组合。

优选的，控制器优先分配部分蓄电池输出的功率为dc/dc变换器最高的转换效率对应的功率，分配剩余蓄电池输出的功率为总需求功率的剩余功率；

在上述方案中，先分配部分蓄电池输出dc/dc变换器最高的转换效率对应的功率，再将无法以dc/dc变换器最高的转换效率对应的功率输出的剩余总需求功率分配给一个或多个蓄电池，从而实现整体上供能系统转换效率最高。

优选的，控制器分配m-1组蓄电池的输出的功率均为所述dc/dc变换器最高的转换效率对应的功率，分配剩余1组蓄电池输出的功率为总需求功率的剩余功率。

在上述方案中，考虑到dc/dc变换器的功率-效率曲线为先升高后下降的弧线，因此将总需求功率的剩余功率分配给一个蓄电池，整个系统中，仅仅是该一个蓄电池未以转化效率最高的功率输出，而整体系统整体上转换效率高，且控制多数的蓄电池输出的功率相同，该控制过程也比较容易。

优选的，控制器判断供能系统的总蓄电池数量是否大于所述的m，若是，则由总蓄电池中选取m组蓄电池接入所述的供电电路，否则，控制供能系统全部的蓄电池接入所述的供电电路。

在上述方案中，当供能系统中所有电池均以相应dc/dc转化效率最高对应的功率输出时还无法达到需求的总功率，则此时直接控制所有电池均接入供电电路并均分总需求功率，从而可提高整个供能系统的转换效率。

优选的，当需要接入供电电路的蓄电池数量少于蓄电池供能系统的总蓄电池数量时，控制器优先选择电压或电能存储量大蓄电池接入到所述的供电电路。

在上述方案中，当通过计算得出的需要接入供电电路的蓄电池数量小于总蓄电池数量时，控制器优先选择电压或电能存储量大的蓄电池接入供电电路，从而保证了整个系统中各蓄电池电能存储量均衡，有利于系统稳定的运行。

优选的，蓄电池供能系统中包括有不同型号的dc/dc变换器，各dc/dc变换器的功率与转换效率的对应关系不同，控制器分别根据各dc/dc变换器的功率与转换效率的对应关系确定接入供电电路的蓄电池数量和各蓄电池输出的功率。

优选的，控制器根据供能系统中各蓄电池的电能存储量由大到小的顺序依次分配各蓄电池输出其相应dc/dc变换器转换效率最高对应的功率，直至将所述的总需求功率分配完。

在上述方案中，控制器按照各蓄电池的存储量控制各蓄电池接入供电电路的优先级，从而无论各dc/dc变换器是否相同，控制器均能有序合理的分配任务。

本发明的另一目的在于提供一种采用上述控制方法的蓄电池供能系统，包括连接牵引电机的供电电路、若干蓄电池和控制器，各蓄电池分别连接一dc/dc构成一供电支路，各支路分别连接所述的供电电路，每一支路上均设置有开关，各开关分别电连接所述的控制器，控制器根据牵引电机的总需求功率和各dc/dc变换器的功率与转换效率的对应关系，控制不同开关开启/断开，和/或控制不同的蓄电池输出不同的功率，以提高供能系统的转换效率。

采用上述技术方案后，本发明与现有技术相比具有以下有益效果：

本发明提供一种蓄电池供能系统的控制方法，蓄电池供能系统包括连接牵引电机的供电电路、若干蓄电池和控制器，各蓄电池分别通过dc/dc变换器接入供电电路，所述控制方法包括：控制器根据牵引电机的总需求功率和各dc/dc变换器的功率与转换效率的对应关系，优化蓄电池供电组合，提高供能系统的转换效率。本发明中，各蓄电池先级联双向dc\dc变换器，再将多个双向dc\dc输出并联，统一输出至直流母线。在处于小功率运行时，可以关闭一组或多组蓄电池，提升剩余工作部分的蓄电池的转换效率，进而提升整个系统的效率节约了能源。

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的描述。

附图说明

附图作为本申请的一部分，用来提供对本发明的进一步的理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但不构成对本发明的不当限定。显然，下面描述中的附图仅仅是一些实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。在附图中：

图1是本发明的蓄电池供能系统的示意图；

图2是dc/dc变换器的功率-效率曲线。

需要说明的是，这些附图和文字描述并不旨在以任何方式限制本发明的构思范围，而是通过参考特定实施例为本领域技术人员说明本发明的概念。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例一

参见图1和图2所示，本实施例一提供一种蓄电池供能系统的控制方法，蓄电池供能系统包括连接牵引电机的供电电路、若干蓄电池和控制器，各蓄电池分别通过dc/dc变换器接入供电电路，所述控制方法包括：控制器根据牵引电机的总需求功率和各dc/dc变换器的功率与转换效率的对应关系，优化蓄电池供电组合，提高供能系统的转换效率。

在上述方案中，将dc/dc转换效率纳入考虑范围。采用主动改变单个蓄电池的输出功率来提升dc/dc转换效率的角度来提升总体能量转化率。

例如：参见图1所示，供能系统具有四组蓄电池和dc/dc变换器的级联，假设每组最大功率100kw，总共能为牵引电机提供400kw功率。若小功率运行，牵引电机只需要100kw功率，则四组每组分到25kw，根据dc/dc变换器效率-功率曲线得知，25kw时dc/dc变换器效率较低，那么关闭其中两个dc/dc变换器，则剩下的两组dc/dc变换器每组分到50kw，此时dc/dc变换器的效率就提升了。

优选的，所述供能系统共包括n组蓄电池，所述控制器分别计算不同数量的蓄电池接入所述供电电路对应的供能系统总转换效率，从而确定供能系统最高的总转换效率对应的蓄电池数量，其中，接入到供电电路的各蓄电池均分所述总需求功率。

在上述方案中，接入供电电路的各蓄电池均分总需求功率，该控制方式简单，适于推广，再者功能系统的蓄电池组数量不会太多，因此，分别计算不同数量的蓄电池接入供电电路对应的总转换效率该过程简单实用，数据处理快可满足实际需求。

优选的，控制器根据牵引电机的总需求功率和各dc/dc变换器的功率与转换效率的对应关系，分别分配接入供电电路的各蓄电池输出的功率，以提高供能系统的整体转换效率。

在上述方案中，因为影响dc/dc变换器转换效率的主要因素为蓄电池输出的功率，因此通过分配各蓄电池输出的功率，可达到提高功能系统整体转换效率的作用。

优选的，控制器先确定接入供电电路的蓄电池的数量，再分别分配各蓄电池输出的功率；

优选的，控制器存储有dc/dc变换器的功率与转换效率的对应关系，接入供电电路的蓄电池的数量的确定方法为：控制器由所述的对应关系选取最高的转换效率对应的功率，并将总需求功率与所选取的功率相除，若相除后的计算结果为整数则该整数为需要接入供电电路的蓄电池数量，否则，根据所述计算结果确定最接近的整数值m，该整数值m即为需要接入供电电路的蓄电池数量。

在上述方案中，参见图2所示，控制器存储的为dc/dc变换器的功率-效率曲线，以功率为横坐标，以效率为纵坐标的曲线。再者，同时调整接入供电电路的蓄电池数量和各蓄电池输出的功率，则可以得到供能系统转换效率最高的供电组合。

优选的，控制器优先分配部分蓄电池输出的功率为dc/dc变换器最高的转换效率对应的功率，分配剩余蓄电池输出的功率为总需求功率的剩余功率；

在上述方案中，先分配部分蓄电池输出dc/dc变换器最高的转换效率对应的功率，再将无法以dc/dc变换器最高的转换效率对应的功率输出的剩余总需求功率分配给一个或多个蓄电池，从而实现整体上供能系统转换效率最高。

优选的，控制器分配m-1组蓄电池的输出的功率均为所述dc/dc变换器最高的转换效率对应的功率，分配剩余1组蓄电池输出的功率为总需求功率的剩余功率。

在上述方案中，考虑到dc/dc变换器的功率-效率曲线为先升高后下降的弧线，因此将总需求功率的剩余功率分配给一个蓄电池，整个系统中，仅仅是该一个蓄电池未以转化效率最高的功率输出，而整体系统整体上转换效率高，且控制多数的蓄电池输出的功率相同，该控制过程也比较容易。

优选的，控制器判断供能系统的总蓄电池数量是否大于所述的m，若是，则由总蓄电池中选取m组蓄电池接入所述的供电电路，否则，控制供能系统全部的蓄电池接入所述的供电电路。

在上述方案中，当供能系统中所有电池均以相应dc/dc转化效率最高对应的功率输出时还无法达到需求的总功率，则此时直接控制所有电池均接入供电电路并均分总需求功率，从而可提高整个供能系统的转换效率。

优选的，当需要接入供电电路的蓄电池数量少于蓄电池供能系统的总蓄电池数量时，控制器优先选择电压或电能存储量大蓄电池接入到所述的供电电路。

在上述方案中，当通过计算得出的需要接入供电电路的蓄电池数量小于总蓄电池数量时，控制器优先选择电压或电能存储量大的蓄电池接入供电电路，从而保证了整个系统中各蓄电池电能存储量均衡，有利于系统稳定的运行。

优选的，蓄电池供能系统中包括有不同型号的dc/dc变换器，各dc/dc变换器的功率与转换效率的对应关系不同，控制器分别根据各dc/dc变换器的功率与转换效率的对应关系确定接入供电电路的蓄电池数量和各蓄电池输出的功率。

优选的，控制器根据供能系统中各蓄电池的电能存储量由大到小的顺序依次分配各蓄电池输出其相应dc/dc变换器转换效率最高对应的功率，直至将所述的总需求功率分配完。

在上述方案中，控制器按照各蓄电池的存储量控制各蓄电池接入供电电路的优先级，从而无论各dc/dc变换器是否相同，控制器均能有序合理的分配任务。

实施例二

本实施例提供蓄电池供能系统的另一种控制方法，在该实施例中，蓄电池功能系统包括有数据库，存储有不同总需求功率与蓄电池供电组合的对应关系，所述蓄电池供电组合包括蓄电池接入供电电路的数量和各蓄电池输出的功率，如此则在实际工作中，控制器可根据总需求功率由所述的数据库中直接调取结果，而不需要进行数据处理，该控制过程更为简单快速，数据库中存储的为总需求功率与相应的需要接入供电电路的数量和各蓄电池输出的功率，控制器根据所述数量可合理选择具体需要接入供电电路的蓄电池，例如让电能存储量大的蓄电池优先接入供电电路，保证各蓄电池电能存储量均衡。

再者，关于数据库内数据来源，可以是预先计算确定的若干组数据，也可以是在历史工作中，控制器将每次工作中总需求功率与实际蓄电池供电组合的数据存储积累在数据库内，因为实际工作中总需求功率重复性较高或者总需求功率接近的概率大，因此以历史工作中的实际参数建立的数据库实用性较高。当实际需求功率与数据库中的历史需求功率接近时，则参考其蓄电池供电组合，简单调整部分蓄电池输出的功率即可。

实施例三

参见图1所示，本实施例提供一种采用上述实施例一或二中的控制方法的蓄电池供能系统，包括连接牵引电机的供电电路、若干蓄电池和控制器，各蓄电池分别连接一dc/dc构成一供电支路，各支路分别连接所述的供电电路，每一支路上均设置有开关，各开关分别电连接所述的控制器，控制器根据牵引电机的总需求功率和各dc/dc变换器的功率与转换效率的对应关系，控制不同开关开启/断开，和/或控制不同的蓄电池输出不同的功率，以提高供能系统的转换效率。

以上所述仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专利的技术人员在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述提示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明方案的范围内。