開關電源及其控制方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及電力電子技術，具體涉及一種開關電源及其控制方法。
【背景技術】
[0002]在通信電源、空間電源、UPS、EPS以及大型電動車等領域需要大量的動力電池組，目前動力電池一般采用串聯方式連接，以達到不同工況下的電壓以及功率的要求。采用電池串聯的方法具有功率密度高、技術相對成熟等優點。因此為提高系統效率、延長電池壽命，串聯電池組充放電的均衡方法是目前研究的熱點。
[0003]現有技術中通過升降壓(buck-boost)、cuk、反激變換器等DC-DC拓撲實現能量均衡策略，已經取得顯著的效果。通過上述均衡電路實現各單體之間相互充放電，雖然防止某些電池的過放或過沖，但一方面容易導致能量在電池之間相互傳遞，降低了系統的效率；另一方面當某個支路中任意個電池出現故障將使整個支路失效，極大影響系統能源的安全。針對一些特殊環境，例如深空探測、水下焊接等領域的供電系統是不具備可維護性的，這就要求電源具有很高冗余性來保證能源安全。
[0004]在實現本發明的過程中，發明人發現現有技術至少存在以下問題:串聯電池組充放電均衡需外加均衡拓撲，增加損耗，并且能量在電池之間傳遞，降低系統整體效率；在串聯電池組中當某個支路中任意一個電池出現故障將使整個支路失效，降低系統冗余性。串聯電池組不適用于上述不具備可維護性的場合。
【發明內容】
[0005]有鑒于此，本發明提供一種開關電源及其控制方法。將電池單體經升壓變換器并聯輸出，代替串聯電池組使用，以提高系統冗余能力；通過控制方法，以使得開關電源可以進行荷電狀態均衡，延長電池壽命，同時維持系統穩定性。
[0006]第一方面，提供一種開關電源，包括:
[0007]N個蓄電池，N為大于等于2的整數；
[0008]N個DC-DC變換器，分別與不同的蓄電池連接，并連接到相同的輸出端；
[0009]N個控制器，分別對應于不同的DC-DC變換器，每個控制器用于在第一狀態下根據第一控制環路和第二控制環路控制對應的DC-DC變換器，在第二狀態下根據第二控制環路控制對應的DC-DC變換器；其中，第一控制環路使得各蓄電池的荷電狀態趨于相同，第二控制環路使得各DC-DC變換器的輸出電流趨于相同；
[0010]電源管理裝置，與每個所述蓄電池連接，用于檢測每個所述蓄電池的荷電狀態(State Of Charge)，在所有蓄電池的荷電狀態相同時，控制N個控制器切換到第二狀態，否則控制N個控制器處于第一狀態。
[0011]優選地，所述電源管理裝置通過檢測各蓄電池的輸出電壓和輸出電流估算對應的荷電狀態。
[0012]優選地，所述N個控制器用于在對應的蓄電池的荷電狀態低于預定閾值時控制對應的DC-DC變換器停止工作。
[0013]優選地，所述第一控制環路以所有蓄電池的荷電狀態的最小值為參考值進行控制;
[0014]所述N個第二控制環路以所有DC-DC變換器的輸出電流的最大值為參考值進行控制。
[0015]優選地，所述控制器在第一狀態下根據第一權值和第二權值分別對第一控制環路和第二控制環路的輸出信號加權后形成對DC-DC變換器的控制型號。
[0016]第二方面提供一種開關電源控制方法，所述開關電源包括并聯連接的多個蓄電池和對應的多個DC-DC變換器，所述方法包括:
[0017]檢測每個所述蓄電池的荷電狀態(State Of Charge)；
[0018]在存在荷電狀態不同的蓄電池時，控制各DC-DC變換器以使得各蓄電池的荷電狀態趨于相同；
[0019]在所有蓄電池的荷電狀態相同時，控制各DC-DC變換器以使得其輸出電流趨于相同。
[0020]優選地，所述檢測每個所述蓄電池的荷電狀態包括:
[0021]通過檢測各蓄電池的輸出電壓和輸出電流估算對應的荷電狀態。
[0022]優選地，所述方法還包括:
[0023]控制與荷電狀態低于預定閾值的蓄電池連接的DC-DC變換器停止工作。
[0024]優選地，所述控制各DC-DC變換器以使得各蓄電池的荷電狀態趨于相同包括:
[0025]以所有蓄電池的荷電狀態的最低值為參考值進行控制；
[0026]所述控制各DC-DC變換器以使得其輸出電流趨于相同包括:
[0027]以所有DC-DC變換器的輸出電流最大值為參考值進行控制。
[0028]優選地，所述控制各DC-DC變換器以使得各蓄電池的荷電狀態趨于相同包括:
[0029]根據第一權值和第二權值分別對第一控制環路和第二控制環路的輸出信號加權后形成對DC-DC變換器的控制信號；
[0030]第一控制環路使得各蓄電池的荷電狀態趨于相同，第二控制環路使得各DC-DC變換器的輸出電流趨于相同。
[0031]通過將電池并聯連接并連接對應的DC-DC變換器，可以形成冗余效應，從而避免防止一路電池損壞導致整個系統不能使用。同時，通過為每個DC-DC變換器配置兩個對應的控制環路，第一控制環路在蓄電池荷電狀態存在差異時控制DC-DC變換器進行荷電狀態均衡，第二控制環路在蓄電池荷電狀態均衡完成后控制DC-DC變換器進行均流，由此，可以使得開關電源的蓄電池的荷電狀態在運行時趨向于均衡，延長蓄電池的使用壽命，同時維持系統穩定性。
【附圖說明】
[0032]通過以下參照附圖對本發明實施例的描述，本發明的上述以及其它目的、特征和優點將更為清楚，在附圖中:
[0033]圖1a是本發明實施例的開關電源的電路示意圖；
[0034]圖1b是本發明實施例的控制器的信號流圖；
[0035]圖2是本發明實施例的開關電源的電流仿真波形圖；
[0036]圖3是本發明實施例的開關電源在第一控制器和第二控制器切換時的電流仿真波形圖；
[0037]圖4是本發明實施例的開關電源的母線電壓誤差值的仿真波形圖；
[0038]圖5是本發明實施例的開關電源的蓄電池的荷電狀態仿真波形圖；
[0039]圖6是本發明實施例的控制方法的流程示意圖。
【具體實施方式】
[0040]以下基于實施例對本發明進行描述，但是本發明并不僅僅限于這些實施例。在下文對本發明的細節描述中，詳盡描述了一些特定的細節部分。對本領域技術人員來說沒有這些細節部分的描述也可以完全理解本發明。為了避免混淆本發明的實質，公知的方法、過程、流程、元件和電路并沒有詳細敘述。
[0041]此外，本領域普通技術人員應當理解，在此提供的附圖都是為了說明的目的，并且附圖不一定是按比例繪制的。
[0042]同時，應當理解，在以下的描述中，“電路”是指由至少一個元件或子電路通過電氣連接或電磁連接構成的導電回路。當稱元件或電路“連接到”另一元件或稱元件/電路“連接在”兩個節點之間時，它可以是直接耦接或連接到另一元件或者可以存在中間元件，元件之間的連接可以是物理上的、邏輯上的、或者其結合。相反，當稱元件“直接耦接到”或“直接連接到”另一元件時，意味著兩者不存在中間元件。
[0043]除非上下文明確要求，否則整個說明書和權利要求書中的“包括”、“包含”等類似詞語應當解釋為包含的含義而不是排他或窮舉的含義；也就是說，是“包括但不限于”的含義。
[0044]在本發明的描述中，需要理解的是，術語“第一”、“第二”等僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性。此外，在本發明的描述中，除非另有說明，“多個”的含義是兩個或兩個以上。
[0045]圖1a是本發明實施例的開關電源的電路示意圖。
[0046]如圖1a所示，本實施例的開關電源包括N個蓄電池Batteryl-BatteryN、N個DC-DC變換器DC-DC I?DC-DC N，電源管理裝置S以及對應于每個DC-DC變換器DC-DC i設置的控制器C1，其中每個控制器包括第一控制環路IjP第二控制環路2i，，i = I, 2，……，N。
[0047]其中，N個DC-DC變換器DC-DC I