1.一种最少开关的充放电限流电池组并联控制装置,包括第一一次电源(1)、第一直流电源(2)、负载(4)、第一电池组(6)、第二一次电源(7)、第二直流电源(8)、第M一次单元(10)、第M直流电源(11)、第二电池组(14)、第N电池组(16),M和N为大于1的整数,其特征在于,还包括第一防反二极管(3)、第一并联单元(5)、第二防反二极管(9)、第M防反二极管(12)、第一并联单元(5)、第二并联单元(13)、第N并联单元(15);所述第一并联单元(5)、第二并联单元(13)、第N并联单元(15)包括母线负端(101)、母线正端(102)、电池负端(103)、电池正端(104);
所述第一一次电源(1)与第一直流电源(2)输入相连,第一防反二极管(3)的阴极与第一直流电源(2)的输出负极相连,第二一次电源(7)与第二直流电源(8)输入相连,第二防反二极管(9)的阴极与第二直流电源(8)的输出负极相连,第M一次电源(10)与第M直流电源(11)输入相连,第M防反二极管(12)的阴极与第M直流电源(11)的输出负极相连;
所述第一并联单元(5)、第二并联单元(13)、第N并联单元(15)的电池负端(103)、电池正端(104)分别与第一电池组(6)、第二电池组(14)、第N电池组(16)的正负极相连;
所述第一防反二极管(3)、第二防反二极管(9)、第M防反二极管(12)的阳极与第一并联单元(5)、第二并联单元(13)、第N并联单元(15)的母线负端(101)和负载(4)的负端通过负直流母线连接到一起;第一直流电源(2)、第二直流电源(8)、第M直流电源(11)的正输出端与第一并联单元(5)、第二并联单元(13)、第N并联单元(15)的母线正端(102)和负载(4)的正端过正直流母线连接到一起;
所述第一并联单元(5)、第二并联单元(13)、第N并联单元(15)由双向DC/DC变换器构成,能够实现充电控制、放电控制、充电限流、放电限流。
2.如权利要求1所述的一种最少开关的充放电限流电池组并联控制装置,其特征在于,所述第一并联单元(5)、第二并联单元(13)、第N并联单元(15)有双开关和三开关两种模式。
3.如权利要求2所述的一种最少开关的充放电限流电池组并联控制装置,其特征在于,所述双开关模式的第一并联单元(5)、第二并联单元(13)、第N并联单元(15)还包括控制器(100)、第一功率开关(105)、第二功率开关(106)、第一二极管(107)、第二二极管(108)、电感(109);
所述第一功率开关(105)、第二功率开关(106)可以由MOSFET或者IGBT等电力电子可控器件组成,以MOSFET为例,第一功率开关(105)的漏极与母线正端(102)相连,母线负端(101)与第二功率开关(106)的漏极以及第一二极管(107)和第二二极管(108)的阳极连接在一起,第二功率开关(106)的源极与电池负端(103)连接,第一二极管(107)的阴极与第一功率开关(105)的源极以及电感(109)相连,电感(109)的另外一端与第二二极管(108)的阴极和电池正端(104)连接;
所述第一并联单元(5)、第二并联单元(13)、第N并联单元(15)仅由两个全控型功率器件和两个功率二极管组成,可以对电池进行充放电进行起停控制,以及充电限流和放电限流的分别控制,通过改变第一功率开关(105)、第二功率开关(106)的占空比可以分别控制充电电流和放电电流的大小,占空比的取值范围分别是0-100%。
4.如权利要求2所述的一种最少开关的充放电限流电池组并联控制装置,其特征在于,所述三开关模式的第一并联单元(5)、第二并联单元(13)、第N并联单元(15)还包括控制单元(200)、第一功率开关管(201)、第二功率开关管(202)、第三功率开关管(203)、电感(204);
所述第一功率开关管(201)、第二功率开关管(202)、第三功率开关管(203)可以由MOSFET或者IGBT等电力电子可控器件组成,以MOSFET为例,第一功率开关管(201)、第二功率开关管(202)、第三功率开关管(203)首尾串联连接,即源极与漏极相连,第一功率开关管(201)的漏极与母线正端(102)连接,第一功率开关管(201)的源极、第二功率开关管(202)的漏极、电感(204)连在一起,电感的另外一端连电池正端(104),第二功率开关管(202)的源极、第三功率开关管(203)的漏极、母线负端(101)连在一起,第三功率开关管(203)的源极连接电池负端(103);
所述第一并联单元(5)、第二并联单元(13)、第N并联单元(15)仅由三个全控型功率器件组成,可以对电池进行充放电进行起停控制,以及充电限流和放电限流的分别控制,通过改变第一功率开关管(201)、第二功率开关管(202)的占空比可以分别控制充电电流和放电电流的大小,占空比的取值范围分别是0-100%,第三功率开关管(203)的占空比的取值只有两个0和100%,控制电池的接通和断开。
5.基于如权利要求1-4中任意一项所述的一种最少开关的充放电限流电池组并联控制装置,其通过所述第一并联单元(5)、第二并联单元(13)、第N并联单元(15)实现的控制方法包括双开关模式充电限流控制策略、双开关模式放电限流控制策略、三开关模式充电限流控制策略、三开关模式放电限流控制策略。
6.如权利要求5所述的一种最少开关的充放电限流电池组并联控制装置的实现方法,其特征在于,所述双开关模式充电限流控制策略实现步骤如下:步骤A-1:控制器(100)检测电池组(6、14、16)参数,需要进行充电控制时,控制第二功率开关(106)始终关断;
步骤A-2:控制器(100)检测电池组(6、14、16)的充电电流,并根据充电电流设定值控制第一功率开关(105)的占空比,使充电电流检测值跟踪充电电流设定值;
步骤A-3:当控制器(100)控制第一功率开关(105)导通时,电流经过直流电源(2、8、11)正极、第一功率开关(105)、电感(109)、电池组(6、14、16)、第二功率开关(106)体内反并联二极管、防反二极管(3、9、12)到直流电源(2、8、11)负极形成回路;
步骤A-4:当控制器(100)控制第一功率开关(105)关断时,电流经过电感(109)、电池组(6、14、16)、第二功率开关(106)体内反并联二极管、第一二极管(107)到电感(109)另外一端形成回路;
步骤A-5:当充电完成时,控制器(100)控制第一功率开关(105)和第二功率开关(106)关断。
7.如权利要求5所述的一种最少开关的充放电限流电池组并联控制装置的实现方法,其特征在于,所述双开关模式放电限流控制策略实现步骤如下:步骤B-1:控制器(100)检测电池组(6、14、16)参数,需要进行放电控制时,控制第一功率开关(105)始终关断;
步骤B-2:控制器(100)检测电池组(6、14、16)的放电电流,并根据放电电流设定值控制第二功率开关(106)的占空比,使放电电流检测值跟踪放电电流设定值;
步骤B-3:当控制器(100)控制第二功率开关(106)导通时,电流经过电池组(6、14、16)正极、电感(109)、第一功率开关(105)体内反并联二极管、负载(4)、第二功率开关(106)到电池组(6、14、16)负极形成回路;
步骤B-4:当控制器(100)控制第二功率开关(106)关断时,电流经过电感(109)、第一功率开关(105)体内反并联二极管、负载(4)、第二二极管(108)到电感(109)另外一端形成回路;
步骤B-5:当放电完成时,控制器(100)控制第一功率开关(105)和第二功率开关(106)关断。
8.如权利要求5所述的一种最少开关的充放电限流电池组并联控制装置的实现方法,其特征在于,所述三开关模式充电限流控制策略实现步骤如下:步骤C-1:控制单元(200)检测电池组(6、14、16)参数,需要进行充电控制时,控制第二功率开关管(202)和第三功率开关管(203)始终关断;
步骤C-2:控制单元(200)检测电池组(6、14、16)的充电电流,并根据充电电流设定值控制第一功率开关管(201)的占空比,使充电电流检测值跟踪充电电流设定值;
步骤C-3:当控制单元(200)控制第一功率开关管(201)导通时,电流经过直流电源(2、
8、11)正极、第一功率开关管(201)、电感(204)、电池组(6、14、16)、第三功率开关管(203)体内反并联二极管、防反二极管(3、9、12)到直流电源(2、8、11)负极形成回路;
步骤C-4:当控制单元(200)控制第一功率开关管(201)关断时,电流经过电感(204)、电池组(6、14、16)、第三功率开关管(203)体内反并联二极管、第二功率开关管(202)体内反并联二极管到电感(204)另外一端形成回路;
步骤C-5:当充电完成时,控制单元(200)控制第一功率开关管(201)、第二功率开关管(202)、第三功率开关管(203)关断。
9.如权利要求5所述的一种最少开关的充放电限流电池组并联控制装置的实现方法,其特征在于,所述三开关模式放电限流控制策略实现步骤如下:步骤D-1:控制单元(200)检测电池组(6、14、16)参数,需要进行放电控制时,控制第一功率开关管(201)始终关断,同时控制第三功率开关管(203)始终导通;
步骤D-2:控制单元(200)检测电池组(6、14、16)的放电电流,并根据放电电流设定值控制第二功率开关管(202)的占空比,使放电电流检测值跟踪放电电流设定值;
步骤D-3:当控制单元(200)控制第二功率开关管(202)导通时,电流经过电池组(6、14、
16)正极、电感(204)、第二功率开关管(202)、第三功率开关管(203)到电池组(6、14、16)负极形成回路;
步骤D-4:当控制单元(200)控制第二功率开关管(202)关断时,电流经过电池组(6、14、
16)正极、电感(204)、第一功率开关管(201)体内反并联二极管、负载(4)、第三功率开关管(203)到电池组(6、14、16)负极形成回路;
步骤D-5:当放电完成时,控制单元(200)控制第一功率开关管(201)、第二功率开关管(202)、第三功率开关管(203)关断。