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变流系统及具有其的电池系统的制作方法

文档序号:24942237发布日期:2021-05-04 12:47
变流系统及具有其的电池系统的制作方法

本发明涉及电池技术领域,尤其涉及一种变流系统及具有其的电池系统。



背景技术:

随着技术的进步和对环保要求的提高,电动汽车得到广泛的使用,电动汽车使用充电电池提供电力,随着电动汽车的行驶里程的增加,充电电池的性能出现衰减,即充电电池的充电能力和/或供电电压等都会出现衰减,此时,该充电电池只能退役。该充电电池虽然不能继续给电动汽车使用,但可以作为储能电池或者普通电池使用,例如,给光伏储能、风力储能设备使用,给电动自行车使用等等。

在实际中,退役的充电电池由于老化和使用程度不尽相同,往往充放完电之后的电压也各不相同,可以理解的是,如果多个类似的充电电池串联形成电池组之后,电池组与电池组之间的电压有时会相差几十伏甚至上百伏,这给充电电池梯次利用造成了很大的困难。当不同电压等级的电池组一起放电给用电端使用时,有些可能超过用电电压需求值,有些可能低于用电电压需求值。同应当给不同的电池组充电时,如果使用相同电压充电,会造成低压电池组因压差大而过充,高压电池组因压差小充不满。

因此,设计一种能够充分利用这些性能不一样的充电电池的变流系统,就成为一个亟待解决的问题。



技术实现要素:

本发明的目的在于提供一种变流系统及具有其的电池系统。

为了实现上述发明目的之一,本发明一实施方式提供一种变流系统,包括:n个dc/dc变换器,所述dc/dc变换器具有电池连接端和电气连接端,电池连接端具有第一正极线和第一负极线,电气连接端具有第二正极线和第二负极线,n为自然数;控制器,所述控制器在接收到第一控制指令时,从第一控制指令中获取电气连接端的目标输电电压、以及获取对应的第一dc/dc变换器,并控制第一dc/dc变换器接收充电电池的电能,并将第一dc/dc变换器的电气连接端的电压调整为所述目标输电电压;所述控制器在接收到第二控制指令时,从第二控制指令中获取对应的第二dc/dc变换器,获取第二dc/dc变换器的中的电池连接端所连接的充电电池的充电电压,并控制第二dc/dc变换器的电气连接端接收电能,并将第二dc/dc变换器的电池连接端的电压调整为所述充电电压,并为所述充电电池充电;其中,第一、第二dc/dc变换器均为n个dc/dc变换器的任一。

作为本发明一实施方式的进一步改进,所述dc/dc变换器中设置有第一电压传感器和第二电压传感器,第一电压传感器用于探测第一正连接线和第一负连接线之间的电压差;第二电压传感器用于探测第二正连接线和第二负连接线之间的电压差;第一、第二电压传感器均与所述控制器2电连接。

作为本发明一实施方式的进一步改进,所述dc/dc变换器包括:第一开关管、第二开关管、第三开关管、第四开关管、电感、第一电容和第二电容;其中,第一、第二、第三和第四开关管均包含有第一端口、第二端口和输入端;当输入端被输入第一电压值时、第一、第二端口导通;当输入端被输入第二电压值时,第一、第二端口断开,其中,第一电压值≠第二电压值;第一电容的两端分别电连接第一正极线和第一负极线,第一开关管的第一端口与第一正极线电连接、第二端口与第二开关管的第一端口电连接,第二开关管的第二端口与第一负极线电连接;第二电容的两端分别电连接第二正极线和第二负极线,第三开关管的第一端口与第二正极线电连接、第二端口与第四开关管的第一端口电连接,第四开关管的第二端口与第二负极线电连接;第一负极线和第二负极线电连接,电感的两端口分别电连接到第一开关管的第二端和第三开关管的第二端;第一、第二、第三和第四开关管的输入端均与控制器电连接。

作为本发明一实施方式的进一步改进,所述dc/dc变换器还包括:电流传感器,所述电流传感器设置于第一开关管的第二端口和电感之间。

作为本发明一实施方式的进一步改进,所述控制器设置有n个第一输出端和n个第二输出端,n个第一输出端分别对应到不同的dc/dc变换器,并且n个第二输出端分别对应到不同的dc/dc变换器;每个dc/dc变换器中的第一开关管的输入端均电连接到对应的第一输出端、且第二开关管的输入端与对应的第一输出端之间通过第一反相器电连接;每个dc/dc变换器中的第三开关管的输入端均电连接到对应的第二输出端、且第四开关管的输入端与对应的第二输出端之间通过第二反相器电连接;当接收的电压为第一电压值时,第一、第二反相器均输出第二电压值;当接收的电压为第二电压值时,第一、第二反相器均输出第一电压值。

作为本发明一实施方式的进一步改进,所述控制器在接收到第一控制指令,且目标输电电压>充电电池的供电电压时,控制与第一dc/dc变换器对应的第一输出端输出第二电压值,控制与第一dc/dc变换器对应的第二输出端输出矩形波,所述矩形波的两个电平分别为第一、二电压值,且基于所述目标输电电压和供电电压设置所述矩形波的占空比。

作为本发明一实施方式的进一步改进,所述控制器在接收到第一控制指令,且目标输电电压<充电电池的供电电压时,控制与第一dc/dc变换器对应的第二输出端输出第二电压值,控制与第一dc/dc变换器对应的第一输出端输出矩形波,所述矩形波的两个电平分别为第一、二电压值,且基于所述目标输电电压和供电电压设置所述矩形波的占空比。

作为本发明一实施方式的进一步改进,所述控制器在接收到第二控制指令,获取第二dc/dc变换器的电气连接端的输入电压,当输入电压<充电电池的充电电压时,控制与第二dc/dc变换器对应的第二输出端输出第二电压值,控制与第二dc/dc变换器对应的第一输出端输出矩形波,所述矩形波的两个电平分别为第一、二电压值,且基于所述输入电压和充电电压设置所述矩形波的占空比。

作为本发明一实施方式的进一步改进,所述控制器在接收到第二控制指令,获取与第二dc/dc的电气连接端的输入电压,当输入电压>充电电池的充电电压时,控制与第二dc/dc变换器对应的第一输出端第二电压值,控制与第二dc/dc变换器对应的第二输出端输出矩形波,所述矩形波的两个电平分别为第一、二电压值,且基于所述输入电压和充电电压设置所述矩形波的占空比。

本发明实施例还提供了一种电池系统,包括:上述的变流系统,所述dc/dc变换器中的电池连接端电连接有充电电池。

相对于现有技术,本发明的技术效果在于:本发明实施例提供一种变流系统及具有其的电池系统,包括:dc/dc变换器和控制器,控制器在接收到第一控制指令时,从第一控制指令中获取电气连接端的目标输电电压、以及获取对应的第一dc/dc变换器,并控制第一dc/dc变换器接收充电电池的电能,并将第一dc/dc变换器的电气连接端的电压调整为目标输电电压;控制器在接收到第二控制指令时,从第二控制指令中获取对应的第二dc/dc变换器,获取第二dc/dc变换器的中的电池连接端所连接的充电电池的充电电压,并控制第二dc/dc变换器的电气连接端接收电能,并将第二dc/dc变换器的电池连接端的电压调整为充电电压,并为充电电池充电;从而能够充分利用退役充电电池。

附图说明

图1是本发明实施例中的变流系统的结构图;

图2是本发明实施例中的双向dc/dc变换器的结构图。

具体实施方式

以下将结合附图所示的各实施方式对本发明进行详细描述。但这些实施方式并不限制本发明,本领域的普通技术人员根据这些实施方式所做出的结构、方法、或功能上的变换均包含在本发明的保护范围内。

本文使用的例如“上”、“上方”、“下”、“下方”等表示空间相对位置的术语是出于便于说明的目的来描述如附图中所示的一个单元或特征相对于另一个单元或特征的关系。空间相对位置的术语可以旨在包括设备在使用或工作中除了图中所示方位以外的不同方位。例如,如果将图中的设备翻转,则被描述为位于其他单元或特征“下方”或“之下”的单元将位于其他单元或特征“上方”。因此,示例性术语“下方”可以囊括上方和下方这两种方位。设备可以以其他方式被定向(旋转90度或其他朝向),并相应地说明本文使用的与空间相关的描述语。

并且,应当理解的是尽管术语第一、第二等在本文中可以被用于描述各种元件或结构,但是这些被描述对象不应受到这些术语的限制。这些术语仅用于将这些描述对象彼此区分开。例如,第一正极线可以被称为第二正极线,并且类似地第二正极线也可以被称为第一正极线,这并不背离本申请的保护范围。

本实施例中一种变流系统,如图1所示,包括:

n个双向dc(directcurrent,直流电)/dc变换器1,所述dc/dc变换器1具有电池连接端1a和电气连接端1b,电池连接端1a具有第一正极线1a1和第一负极线1a2,电气连接端1b具有第二正极线1b1和第二负极线1b2,n为自然数;这里,电池连接端1a用于与充电电池连接,电气连接端1b用于与用电装置连接;该dc/dc变换器1具有两个功能:(1)通过电池连接端1a从充电电池中获取电能,然后从电气连接端1b输出;(2)从电气连接端1b获取电能,然后充电池连接端1a输出,并给充电电池充电。

这里,dc/dc变换器1能够实现直流电能双向流动的装置,其能够实现恒压充、放电及转换,恒功率充、放电及转换等。

控制器2,所述控制器2在接收到第一控制指令时,从第一控制指令中获取电气连接端1b的目标输电电压、以及获取对应的第一dc/dc变换器,并控制第一dc/dc变换器接收充电电池的电能,并将第一dc/dc变换器的电气连接端1b的电压调整为所述目标输电电压;这里,该控制器2能够控制任一的dc/dc变换器1从其电池连接端1a获取电能,并能够在电气连接端1b输出预设电压的电能。

所述控制器2在接收到第二控制指令时,从第二控制指令中获取对应的第二dc/dc变换器,获取第二dc/dc变换器的中的电池连接端1a所连接的充电电池的充电电压,并控制第二dc/dc变换器的电气连接端1b接收电能,并将第二dc/dc变换器的电池连接端1a的电压调整为所述充电电压,并为所述充电电池充电;其中,第一、第二dc/dc变换器均为n个dc/dc变换器1的任一。这里,该控制器2能够控制任一的dc/dc变换器1从其电气连接端1b获取电能,并能够在电池连接端1a输出预设电压(该电压为充电电池的充电电压)的电能,并能够给充电电池充电。

这里,由于该变流系统具有n个dc/dc变换器1,因此,在实际使用时,可以将退役的充电电池进行分类,在同一分类中,充电电池老化和使用程度均相似,然后将每个分类中的充电电池进行串联或并联,然后接入到同一个dc/dc变换器1的电池连接端1a,极端的情况是,每个分类中仅仅具有一个充电电池。可以理解的是,此时,该变流系统能够适应多种用途,如果有多个用电器,用电器的输入电压不一样,则可以将用电器接入到不同的dc/dc变换器的电气连接端1b;如果一个用电器的功率比较高,一个分类中的充电电池的功率之和也不能满足要求,则可以选择多个dc/dc变换器1,并将多电气连接端1b中第二正极线1b1电连接后再接入用电器的正极输入端、第二负极线1b2电连接后再接入用电器的负极输入端,于是,功率和电压都满足要求了,且能够对充电电池进行充电。

这里,在实际使用中,可以给每个dc/dc变换器1都设置有唯一标识符,此外,该变流系统中可以设置有一个上位机,该上位机可以接收用户的控制,从而该上位机能够向控制器2发送第一控制指令(至少包括目标输电电压和唯一标识符)或者第二控制指令(至少包括唯一标识符),可以理解的是,该上位机可以与该变流系统不处于同一个位置,从而便于用户远程控制;此外,该上位机可以替换为一个输入设备,例如,若干按键,触摸屏等等。

可选的,该控制器2可以为一个mcu(microcontrollerunit,微控制单元)或多个mcu共同组成的。

本实施例中,如图2所示,所述dc/dc变换器1中设置有第一电压传感器161和第二电压传感器162,第一电压传感器161用于探测第一正连接线1a1和第一负连接线1a2之间的电压差;第二电压传感器162用于探测第二正连接线1b1和第二负连接线1b2之间的电压差;第一、第二电压传感器均与所述控制器2电连接。这里,第一、第二电压传感器中均设置有两个接线端;对于第一电压传感器161而言,其两个接线端可以分别电连接第一正连接线1a1和第一负连接线1a2;对于第二电压传感器162而言,其两个接线端可以分别电连接第二正连接线1b1和第二负连接线1b2。

这里,控制器2在接收到第一控制指令时,从第一控制指令中获取电气连接端1b的目标输电电压、以及获取对应的第一dc/dc变换器,并控制第一dc/dc变换器接收充电电池的电能,并将所述第一dc/dc变换器的电气连接端1b的电压调整为所述目标输电电压;可以理解的是,在实际的工作中,电气连接端1b的电压不可能严格的等于目标输电电压,因此,当电气连接端1b的电压位于[目标输电电压-δv,目标输电电压+δv]之间,即可,其中,δv>0;此时,需要从第二电压传感器162中获取电气连接端1b中的正、负连接线之间的电压,当电压<目标输电电压-δv或目标输电电压+δv<电压时,则需要对第一dc/dc变换器的进行控制,确保目标输电电压-δv≤电压≤目标输电电压+δv。

与此类似,控制器2在接收到第二控制指令时,从第二控制指令中获取对应的第二dc/dc变换器,获取第二dc/dc变换器的中的电池连接端1a所连接的充电电池的充电电压,并控制所述第二dc/dc变换器的电气连接端接收电能,并将第二dc/dc变换器的电池连接端1a的电压调整为所述充电电压,且为所述充电电池充电;可以理解的是,在实际的工作中,电池连接端1a的电压不可能严格的等于充电电压,因此,当电池连接端1a的电压位于[充电电压-δu,充电电压+δu]之间即可,其中,δu>0;此时,需要从第一电压传感器161中获取电池连接端1中的正、负连接线之间的电压,当电压<充电电压-δu或充电电压+δu<电压时,则需要对第一dc/dc变换器的进行控制,确保充电电压-δu≤电压≤充电电压+δu。

这里,第一、第二电压传感器中电压采样模块采集到的电压有可能是模拟信号,此时,需要在控制器2中设置有a(analog,模拟)/d(digit,数字)转换器,该a/d转换器可以将模拟信号转换成数字信号,然后再发送给控制器2。

本实施例中,所述dc/dc变换器1包括:第一开关管11、第二开关管12、第三开关管13、第四开关管14、电感16、第一电容c1和第二电容c2;其中,第一、第二、第三和第四开关管均包含有第一端口、第二端口和输入端;当输入端被输入第一电压值时、第一、第二端口导通;当输入端被输入第二电压值时,第一、第二端口断开,其中,第一电压值≠第二电压值;这里,第一、第二、第三和第四开关管可以为晶体管、三极管或二极管等等,也可以为一个由若干电子元器件组成的电路。

第一电容c1的两端分别电连接第一正极线1a1和第一负极线1a2,第一开关管11的第一端口与第一正极线1a1电连接、第二端口与第二开关管12的第一端口电连接,第二开关管12的第二端口与第一负极线1a2电连接;第二电容c2的两端分别电连接第二正极线1b1和第二负极线1b2,第三开关管13的第一端口与第二正极线1b1电连接、第二端口与第四开关管14的第一端口电连接,第四开关管14的第二端口与第二负极线1b2电连接;第一负极线1a2和第二负极线1b2电连接,电感16的两端口分别电连接到第一开关管11的第二端和第三开关管13的第二端;第一、第二、第三和第四开关管的输入端均与控制器2电连接。

这里,由于第一、第二、第三和第四开关管的输入端均与控制器2电连接,因此,控制器2可以控制这些开关管的第一、第二端口之间的导通或断开。

本实施例中,所述dc/dc变换器1还包括:电流传感器15,所述电流传感器15设置于第一开关管11的第二端口和电感16之间。这里,可以理解的是,在获知电池连接端1a和电气连接端1b的电压时,如果获得了第一开关管11的第二端口和电感16之间的电流值,就能够获得第一开关管11的第二端口的电压。

本实施例中,所述控制器2设置有n个第一输出端和n个第二输出端,n个第一输出端分别对应到不同的dc/dc变换器1,并且n个第二输出端分别对应到不同的dc/dc变换器1;这里,n个第一输出端和n个dc/dc变换器1之间有一一对应关系,n个第二输出端和n个dc/dc变换器1之间也有一一对应关系。

每个dc/dc变换器1中的第一开关管的输入端均电连接到对应的第一输出端、且第二开关管的输入端与对应的第一输出端之间通过第一反相器171电连接;每个dc/dc变换器1中的第三开关管的输入端均电连接到对应的第二输出端、且第四开关管的输入端与对应的第二输出端之间通过第二反相器172电连接;当接收的电压为第一电压值时,第一、第二反相器均输出第二电压值;当接收的电压为第二电压值时,第一、第二反相器均输出第一电压值。

本实施例中,所述控制器2在接收到第一控制指令,且目标输电电压>充电电池的供电电压时,控制与第一dc/dc变换器对应的第一输出端输出第二电压值,控制与第一dc/dc变换器对应的第二输出端输出矩形波,所述矩形波的两个电平分别为第一、二电压值,且基于所述目标输电电压和供电电压设置所述矩形波的占空比。

这里,电池连接端1a接入充电电池,且通过电气连接端1b向外输出电能,且电气连接端1b的目标输电电压>充电电池的供电电压,即dc/dc变换器1要进行升压操作,其具体操作为:控制第二开关管12的第一、第二端口断开(即向第二开关管12输入第二电压值),控制第一开关管11的第一、第二端口导通(即向第一开关管12输入第一电压值)。此时,需要分别向第三开关管13输入第一矩形波,向第四开关管14第二矩形波,在第一、第二矩形波中,当第一矩形波为第一电压值时,第二矩形波为第二电压值;当第一矩形波为第二电压值时,第二矩形波为第一电压值,即第一、第二矩形波是相反的。此时,当第四开关管14的第一、第二端口连通时,第三开关管13的第一、第二端口断开,电感16存储能量;当第四开关管14的第一、第二端口断开时,第三开关管13的第一、第二端口连通,电感16与充电电池一起向电气连接端1b输出电能,从而使得电气连接端1b的电压升高,可以理解的是,通过调节第一矩形波的占空比,可以调节电气连接端1b的电压。

本实施例中,所述控制器2在接收到第一控制指令,且目标输电电压<充电电池的供电电压时,控制与第一dc/dc变换器对应的第二输出端输出第二电压值,控制与第一dc/dc变换器对应的第一输出端输出矩形波,所述矩形波的两个电平分别为第一、二电压值,且基于所述目标输电电压和供电电压设置所述矩形波的占空比。

这里,电池连接端1a接入充电电池,且通过电气连接端1b向外输出电能,且电气连接端1b的目标输电电压<充电电池的供电电压,即dc/dc变换器1要进行降压操作,其具体操作为:控制第四开关管14的第一、第二端口断开(即向第四开关管14输入第二电压值),控制第三开关管13的第一、第二端口导通(即向第三开关管13输入第一电压值)。此时,需要分别向第一开关管11输入第一矩形波,向第二开关管12第二矩形波,当第一矩形波为第一电压值时,第二矩形波为第二电压值;当第一矩形波为第二电压值时,第二矩形波为第一电压值,即第一、第二矩形波是相反的。此时,当第一开关管11的第一、第二端口连通时,第二开关管12的第一、第二端口断开,电感16存储能量;当第一开关管11的第一、第二端口断开时,第二开关管12的第一、第二端口连通,电感16单独的向电气连接端1b输出电能,且第二开关管12处于续流状态,供电电压降低,可以理解的是,通过调节第一矩形波的占空比,可以调节电气连接端1b的电压。

本实施例中,所述控制器2在接收到第二控制指令,获取第二dc/dc变换器的电气连接端1b的输入电压,当输入电压<充电电池的充电电压时,控制与第二dc/dc变换器对应的第二输出端输出第二电压值,控制与第二dc/dc变换器对应的第一输出端输出矩形波,所述矩形波的两个电平分别为第一、二电压值,且基于所述输入电压和充电电压设置所述矩形波的占空比。

这里,电池连接端1a接入充电电池,且通过电气连接端1b接收外界的电能,且充电电池的充电电压>电气连接端1b的输入电压,即dc/dc变换器1要进行升压操作,其具体操作为:控制第四开关管14的第一、第二端口断开(即向第四开关管14输入第二电压值),控制第三开关管13的第一、第二端口导通(即向第三开关管13输入第一电压值)。此时,需要分别向第一开关管11输入第一矩形波,向第二开关管12第二矩形波,在第一、第二矩形波中,且当第一矩形波为第一电压值时,第二矩形波为第二电压值;当第一矩形波为第二电压值时,第二矩形波为第一电压值,即第一、第二矩形波是相反的。此时,当第二开关管12的第一、第二端口连通时,第一开关管11的第一、第二端口断开,电感16存储能量;当第二开关管12的第一、第二端口断开时,第一开关管11的第一、第二端口连通,电感16与外界的电能一起向电池连接端1a输出电能,从而使得电池连接端1a的电压升高,可以理解的是,通过调节第一矩形波的占空比,可以调节电池连接端1a的电压。

本实施例中,所述控制器2在接收到第二控制指令,获取与第二dc/dc的电气连接端1b的输入电压,当输入电压>充电电池的充电电压时,控制与第二dc/dc变换器对应的第一输出端第二电压值,控制与第二dc/dc变换器对应的第二输出端输出矩形波,所述矩形波的两个电平分别为第一、二电压值,且基于所述输入电压和充电电压设置所述矩形波的占空比。

电池连接端1a接入充电电池,且通过电气连接端1b接收外界的电能,且充电电池的充电电压<电气连接端1b的输入电压,即dc/dc变换器1要进行降压操作,其具体操作为:控制第二开关管12的第一、第二端口断开(即向第二开关管12输入第二电压值),控制第一开关管11的第一、第二端口导通(即向第一开关管11输入第一电压值)。此时,需要分别向第三开关管13输入第一矩形波,向第二开关管14第二矩形波,在第一、第二矩形波中,当第一矩形波为第一电压值时,第二矩形波为第二电压值;当第一矩形波为第二电压值时,第二矩形波为第一电压值,即第一、第二矩形波是相反的。此时,当第三开关管13的第一、第二端口连通时,第二开关管14的第一、第二端口断开,电感16存储能量;当第三开关管13的第一、第二端口断开时,第二开关管14的第一、第二端口连通,电感16单独的向电池连接端1a输出电能,且第二开关管14处于续流状态,供电电压降低,可以理解的是,通过调节第一矩形波的占空比,可以调节电池连接端1a的电压。

本发明实施例二提供了一种电池系统,包括:实施例一中的变流系统,所述dc/dc变换器1中的电池连接端1a电连接有充电电池。

应当理解,虽然本说明书按照实施方式加以描述,但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案,说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见,本领域技术人员应当将说明书作为一个整体,各实施方式中的技术方案也可以经适当组合,形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说明,它们并非用以限制本发明的保护范围,凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本发明的保护范围之内。

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