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CN112366799A - 一种快速限制锂电池充电冲击电流的方法和系统 - Google Patents

一种快速限制锂电池充电冲击电流的方法和系统 Download PDF

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CN112366799A
CN112366799A CN202011321245.6A CN202011321245A CN112366799A CN 112366799 A CN112366799 A CN 112366799A CN 202011321245 A CN202011321245 A CN 202011321245A CN 112366799 A CN112366799 A CN 112366799A
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CN
China
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charging
current
lithium battery
limiting
circuit
Prior art date
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Application number
CN202011321245.6A
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李健
付应礼
李智群
张晋强
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China General Nuclear Power Corp
CGN Power Co Ltd
Suzhou Nuclear Power Research Institute Co Ltd
Original Assignee
China General Nuclear Power Corp
CGN Power Co Ltd
Suzhou Nuclear Power Research Institute Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
Application filed by China General Nuclear Power Corp, CGN Power Co Ltd, Suzhou Nuclear Power Research Institute Co Ltd filed Critical China General Nuclear Power Corp
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Abstract

本发明涉及一种快速限制锂电池充电冲击电流的方法和系统，包括：判断锂电池组是否放电结束；若是，控制充电电路保持开路状态；判断锂电池组是否满足启动充电条件；若是，控制限流电路开启、充电电路保持开路状态，启动限流充电；在限流充电过程中，检测锂电池组是否满足切换条件；若是，控制充电电路开启，由限流充电切换至由充电电路充电。本发明在锂电池充电开始时可快速限制冲击电流，避免充电回路设备烧毁或者保护开关跳闸，限流稳定可靠。

Description

一种快速限制锂电池充电冲击电流的方法和系统
技术领域
本发明涉及UPS后备电源的充电技术领域，更具体地说，涉及一种快速限制锂电池充电冲击电流的方法和系统。
背景技术
目前锂电池正在逐步应用到UPS不间断电源系统以及直流系统，锂电池内阻约为铅酸蓄电池内阻的1/10，同时单节锂电池放电截止电压至充电截止电压范围较铅酸蓄电池宽，因此，在锂电池放电后进行充电的初始时刻，冲击电流可达数千安，如此大的冲击电流很有可能造成整流器内IGBT等功率元件烧毁，引起充电电路断路器开关跳闸。
当前已有的技术方法是锂电池系统与整流器装置进行通讯，检测到大冲击电流后，调低充电器输出电压，以减小充电电流，此技术不足之处为从电流检测到输出电压限制减小，时间较长。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种快速限制锂电池充电冲击电流的方法和系统。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种快速限制锂电池充电冲击电流的方法，包括：
判断锂电池组是否放电结束；
若是，控制充电电路保持开路状态；
判断所述锂电池组是否满足启动充电条件；
若是，控制限流电路开启、所述充电电路保持开路状态，启动限流充电；
在限流充电过程中，检测所述锂电池组是否满足切换条件；
若是，控制所述充电电路开启，由限流充电切换至由所述充电电路充电。
优选地，所述判断锂电池组是否放电结束包括：
获取所述锂电池组的放电电压；
若所述锂电池组的放电电压小于预设值，则判断所述锂电池组放电结束。
优选地，所述充电电路包括：充电开关；
所述控制充电电路保持开路状态包括：
控制所述充电开关断开，使所述充电电路保持开路状态。
优选地，所述判断所述锂电池组是否满足启动充电条件之前包括：
获取UPS系统的第一直流母线电压和锂电池组的第一端电压；
所述判断所述锂电池组是否满足启动充电条件包括：
根据所述UPS系统的第一直流母线电压和所述锂电池组的第一端电压，判断所述锂电池组是否满足启动充电条件。
优选地，所述根据所述UPS系统的第一直流母线电压和所述锂电池组的第一端电压，判断所述锂电池组是否满足启动充电条件包括：
将所述UPS系统的第一直流母线电压与所述锂电池组的第一端电压作差，获得第一直流母线电压与第一端电压的第一差值；
将所述第一直流母线电压与第一端电压的第一差值与设定值进行比较；
若所述第一直流母线电压与第一端电压的第一差值大于或者等于所述设定值，则所述锂电池组满足启动充电条件；若所述第一直流母线电压与第一端电压的第一差值小于所述设定值，则所述锂电池组不满足启动充电条件。
优选地，所述限流电路包括：限流开关和限流电阻；
所述控制限流电路开启、所述充电电路保持开路状态，启动限流充电包括：
控制所述限流开关闭合，以控制所述限流电路开启；
控制所述充电开关保持断开，使所述充电电路保持开路状态；
通过所述限流开关和所述限流电阻进行限流充电。
优选地，所述充电开关和所述限流开关均为接触器。
优选地，所述限流电路与所述充电电路并联设置。
优选地，所述在限流充电过程中，检测所述锂电池组是否满足切换条件包括：
在限流充电过程中：
获取UPS系统的第二直流母线电压和锂电池组的第二端电压；
根据所述UPS系统的第二直流母线电压和所述锂电池组的第二端电压，检测所述锂电池组是否满足切换条件。
优选地，所述根据所述UPS系统的第二直流母线电压和所述锂电池组的第二端电压，检测所述锂电池组是否满足切换条件包括：
将所述UPS系统的第二直流母线电压与所述锂电池组的第二端电压作差，获得第二直流母线电压与第二端电压的第二差值；
将所述第二直流母线电压与第二端电压的第二差值与限流充电限值进行比较；
若所述第二直流母线电压与第二端电压的第二差值小于所述限流充电限值，则满足切换条件，否则不满足切换条件。
优选地，所述方法还包括：
在限流充电过程中，检测限流充电的充电电流；
判断所述充电电流是否大于所述锂电池组的充电阈值；
若是，控制所述限流充电的充电电流降低至所述充电阈值以内。
优选地，所述方法还包括：
在切换至由所述充电电路充电后，检测所述限流电路的开启时间；
若所述开启时间达到预设时间，则控制所述限流电路关闭，使所述限流电路处于开路状态。
优选地，所述限流电路在所述充电电路开启之后关闭。
本发明还提供一种快速限制锂电池充电冲击电流的系统，包括：锂电池系统；
所述锂电池系统包括：
用于向后级负载供电的锂电池组；
用于在限流充电时给所述锂电池组限流充电的限流电路；
用于在正常充电时给所述锂电池组充电的充电电路；以及BMS控制系统；
所述BMS控制系统用于：
判断锂电池组是否放电结束；
若是，控制充电电路保持开路状态；
判断所述锂电池组是否满足启动充电条件；
若是，控制限流电路开启、所述充电电路保持开路状态，启动限流充电；
在限流充电过程中，检测所述锂电池组是否满足切换条件；
若是，控制所述充电电路开启，由限流充电切换至由所述充电电路充电。
优选地，所述限流电路与所述充电电路并联设置。
优选地，还包括：UPS系统；所述锂电池系统还包括：开关电路；
所述充电电路包括：充电开关；所述限流电路包括：限流开关和限流电阻；
所述开关电路的第一端与所述UPS系统的直流母线连接、第二端与所述充电开关的第一端连接，所述充电开关的第二端与所述锂电池组连接；
所述限流开关与所述限流电阻串联后与所述充电开关并联。
优选地，所述UPS系统包括：整流器和逆变器；
所述整流器依次设置在UPS的直流母线的输入端和输出端之间，所述开关电路的第一端连接在所述整流器与所述逆变器之间的直流母线上。
优选地，所述充电开关和所述限流开关均为接触器。
实施本发明的快速限制锂电池充电冲击电流的方法和系统，具有以下有益效果：包括：判断锂电池组是否放电结束；若是，控制充电电路保持开路状态；判断锂电池组是否满足启动充电条件；若是，控制限流电路开启、充电电路保持开路状态，启动限流充电；在限流充电过程中，检测锂电池组是否满足切换条件；若是，控制充电电路开启，由限流充电切换至由充电电路充电。本发明在锂电池充电开始时可快速限制冲击电流，避免充电回路设备烧毁或者保护开关跳闸，限流稳定可靠。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是本发明实施例提供的快速限制锂电池充电冲击电流的方法的流程示意图；
图2是本发明本发明实施例提供的快速限制锂电池充电冲击电流的系统的结构示意图。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。
参考图1，图1是本发明提供的快速限制锂电池充电冲击电流的方法各个实施例一可选实施例的流程示意图。
如图1所示，该快速限制锂电池充电冲击电流的方法包括：步骤S101、步骤S102、步骤S103、步骤S104、步骤S105和步骤S106。
步骤S101、判断锂电池组204是否放电结束。
具体的，本发明实施例中，判断锂电池组204是否放电结束包括：获取锂电池组204的放电电压；若锂电池组204的放电电压小于预设值，则判断锂电池组204放电结束。可选的，预设值可根据锂电池组204的性能确定，本发明不作具体限定。
步骤S102、若是，控制充电电路201保持开路状态。
本发明实施例中，充电电路201包括：充电开关。其中，控制充电电路201保持开路状态包括：控制充电开关断开，使充电电路201保持开路状态。
可选的，该充电开关可以为接触器。具体的，在锂电池组204放电结束后，即控制接触器断开，以使充电电路201保持开路状态，避免充电开始瞬间通过充电电路201给锂电池组204充电时，产生瞬间大冲击电流而损坏锂电池、接触器，或者引起保护开关跳闸等。
步骤S103、判断锂电池组204是否满足启动充电条件。
进一步地，在判断锂电池组204是否满足启动充电条件之前包括：获取UPS系统10的第一直流母线电压和锂电池组204的第一端电压；进而根据UPS系统10的第一直流母线电压和锂电池组204的第一端电压，判断锂电池组204是否满足启动充电条件。
具体的，根据UPS系统10的第一直流母线电压和锂电池组204的第一端电压，判断锂电池组204是否满足启动充电条件包括：
将UPS系统10的第一直流母线电压与锂电池组204的第一端电压作差，获得第一直流母线电压与第一端电压的第一差值；将第一直流母线电压与第一端电压的第一差值与设定值进行比较；若第一直流母线电压与第一端电压的第一差值大于或者等于设定值，则锂电池组204满足启动充电条件；若第一直流母线电压与第一端电压的第一差值小于设定值，则锂电池组204不满足启动充电条件。
步骤S104、若是，控制限流电路203开启、充电电路201保持开路状态，启动限流充电。
本发明实施例中，限流电路203包括：限流开关和限流电阻。
其中，控制限流电路203开启、充电电路201保持开路状态，启动限流充电包括：控制限流开关闭合，以控制限流电路203开启；控制充电开关保持断开，使充电电路201保持开路状态；通过限流开关和限流电阻进行限流充电。
可选的，本发明实施例中，限流开关为接触器。当满足锂电池组204满足充电时，在开始充电瞬间先控制限流开关闭合，从而控制限流电路203开启，且由于限流电路203中限流电阻的存在，可以在充电初始时刻使整个充电回路的限流电流大大降低。具体的，在限流充电过程中，整个充电回路的限流电流可根据UPS系统10直流母线电压与锂电池组204的电压差、锂电池组204内阻、限流电阻计算得到，因此，通过设置合适的限流电阻，可以使得该限流电流在整个充电回路的可承受范围内，也不会引起充电回路中的其他保护开关跳闸。
步骤S105、在限流充电过程中，检测锂电池组204是否满足切换条件。
具体的，在限流充电过程中：获取UPS系统10的第二直流母线电压和锂电池组204的第二端电压；根据UPS系统10的第二直流母线电压和锂电池组204的第二端电压，检测锂电池组204是否满足切换条件。
步骤S106、若是，控制充电电路201开启，由限流充电切换至由充电电路201充电。
其中，根据UPS系统10的第二直流母线电压和锂电池组204的第二端电压，检测锂电池组204是否满足切换条件包括：
将UPS系统10的第二直流母线电压与锂电池组204的第二端电压作差，获得第二直流母线电压与第二端电压的第二差值；将第二直流母线电压与第二端电压的第二差值与限流充电限值进行比较；若第二直流母线电压与第二端电压的第二差值小于限流充电限值，则满足切换条件，否则不满足切换条件。
进一步地，在限流充电过程中，还需要检测限流充电的充电电流；判断充电电流是否大于锂电池组204的充电阈值；若是，控制限流充电的充电电流降低至充电阈值以内。其中，充电阈值为锂电池组204充电的额定电流。若在限流充电过程中，充电电流大于锂电池组204的额定电流，则需降低输出电压，以减小充电电流并控制在锂电池组204的额定电流以内。其中，对于限流充电的充电电流的检测可由UPS系统10中的整流器检测，即在限流充电过程中，整流器实时检测限流充电的充电电流，当限流充电的充电电流大于或者等于锂电池组204的额定电流时，整流器即降低其输出电压，从而达到减小充电电流的目的，以使充电电流在额定电流以内。
进一步地，在切换至由充电电路201充电后，检测限流电路203的开启时间；若开启时间达到预设时间，则控制限流电路203关闭，使限流电路203处于开路状态。其中，限流电流的开启时间即为限流开关的闭合时间。可选的，限流开关的闭合时间取决于限流电阻在限流电流时所能够承受的时间。例如，设限流电流为Ic，UPS系统10的直流母线电压为U1，锂电池组204的端电压为Ub，则限流充电时：
Figure BDA0002792955780000081
上式中，R1为锂电池组204内阻，R2为限流电阻的阻值。
因此，假设限流电阻在Ic时能够承受的时间为ts，则t1＝80％ts。
进一步地，本发明实施例中，限流电路203在充电电路201开启之后关闭。
参考图2，图2为本发明提供的快速限制锂电池充电冲击电流的系统各个实施例一可选实施例的结构示意图。其中，该快速限制锂电池充电冲击电流的系统可以用于实现本发明实施例公开的快速限制锂电池充电冲击电流的方法。
如图2所示，在该实施例中，该快速限制锂电池充电冲击电流的系统包括UPS系统10和锂电池系统20。其中，锂电池系统20用于作为UPS系统10的后备电源。当UPS系统10异常或者失电时，即可通过锂电池系统20对负载供电。
如图2所示，该锂电池系统20包括：用于向后级负载供电的锂电池组204；用于在限流充电时给锂电池组204限流充电的限流电路203；用于在正常充电时给锂电池组204充电的充电电路201；以及BMS控制系统205。其中，限流电路203与充电电路201并联设置。
进一步地，锂电池系统20还包括：开关电路；充电电路201包括：充电开关；限流电路203包括：限流开关和限流电阻。开关电路的第一端与UPS系统10的直流母线连接、第二端与充电开关的第一端连接，充电开关的第二端与锂电池组204连接；限流开关与限流电阻串联后与充电开关并联。可选的，本发明实施例中，该限流开关与充电开关均可以采用接触器。
进一步地，本发明实施例中，该UPS系统10包括：整流器和逆变器。
整流器依次设置在UPS的直流母线的输入端和输出端之间，开关电路的第一端连接在整流器与逆变器之间的直流母线上。
进一步地，如图2所示，该开关电路包括第一断路器和第二断路器。其中，第二断路器和第一断路器依次设置在UPS的直流母线与充电开关之间。
进一步地，如图2所示，该锂电池系统20还包括：与充电电路201并联设置的放电电路202。本发明实施例中，放电电路202包括放电二极管。其中，放电二极管的阳极与锂电池组204的正极连接，放电二极管的阴极与第一断路器连接。
如图2所示，UPS系统10中Q1、Q30、003JA均为断路器，K7为断路器或者接触器，001CC为转换开关，SBS为静态转换开关。001JA为第一断路器，002JA为第二断路器，001VD为放电二极管，001KM为充电开关，002KM为限流开关，002RS为限流电阻，001BT为锂电池组204。
如图2所示UPS系统10正常运行时，Q1、K7、003JA闭合，001CC切换至与K7连通，001K断开，001VD处于截止状态；UPS输入端接入的交流电依次经过Q1、整流器、逆变器、K7、001CC、003JA输出至UPS输出端(图2中的OUTPUT)，给负荷提供电能。当UPS系统10的直流母线失电时，001VD导通，锂电池组204输出的放电电压通过001VD、001JA、002JA、直流母线、逆变器、K7、001CC、003JA输出至UPS输出端，由锂电池组204给负荷提供电能。如图2所示，本发明实施例中，锂电池系统20将放电电路202与充电电路201分开设置，可以防止整流器持续给锂电池组204充电，并保证锂电池组204在事故工况下可应急供电。
进一步地，本发明实施例中，BMS控制系统205具体用于：
判断锂电池组204是否放电结束；
若是，控制充电电路201保持开路状态；
判断锂电池组204是否满足启动充电条件；
若是，控制限流电路203开启、充电电路201保持开路状态，启动限流充电；
在限流充电过程中，检测锂电池组204是否满足切换条件；
若是，控制充电电路201开启，由限流充电切换至由充电电路201充电。
本发明实施例的快速限制锂电池充电冲击电流的方法和系统限制速度非常快，即在充电开始时间即采用限流电流限流充电，不受输出反馈的限制和影响，而且由于限流电阻的存在，在充电瞬间即可将充电电流限制在要求值范围内，避免锂电池系统20中的设备烧毁或者保护开关跳闸(如图2中的第一断路器、第二断路器)。
进一步地，整流器与锂电池系统20相互独立，不通讯，可避免由于通讯故障导致限流失效。而且本发明实施例的快速限制锂电池充电冲击电流的方法和系统设计简单、元件可靠、安装方便、维护便利，成本低，适用范围广，可适用于新增系统或者改扩建系统。
以上实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据此实施，并不能限制本发明的保护范围。凡跟本发明权利要求范围所做的均等变化与修饰，均应属于本发明权利要求的涵盖范围。

Claims (18)

1.一种快速限制锂电池充电冲击电流的方法，其特征在于，包括：
判断锂电池组是否放电结束；
若是，控制充电电路保持开路状态；
判断所述锂电池组是否满足启动充电条件；
若是，控制限流电路开启、所述充电电路保持开路状态，启动限流充电；
在限流充电过程中，检测所述锂电池组是否满足切换条件；
若是，控制所述充电电路开启，由限流充电切换至由所述充电电路充电。
2.根据权利要求1所述的快速限制锂电池充电冲击电流的方法，其特征在于，所述判断锂电池组是否放电结束包括：
获取所述锂电池组的放电电压；
若所述锂电池组的放电电压小于预设值，则判断所述锂电池组放电结束。
3.根据权利要求1所述的快速限制锂电池充电冲击电流的方法，其特征在于，所述充电电路包括：充电开关；
所述控制充电电路保持开路状态包括：
控制所述充电开关断开，使所述充电电路保持开路状态。
4.根据权利要求1所述的快速限制锂电池充电冲击电流的方法，其特征在于，所述判断所述锂电池组是否满足启动充电条件之前包括：
获取UPS系统的第一直流母线电压和锂电池组的第一端电压；
所述判断所述锂电池组是否满足启动充电条件包括：
根据所述UPS系统的第一直流母线电压和所述锂电池组的第一端电压，判断所述锂电池组是否满足启动充电条件。
5.根据权利要求4所述的快速限制锂电池充电冲击电流的方法，其特征在于，所述根据所述UPS系统的第一直流母线电压和所述锂电池组的第一端电压，判断所述锂电池组是否满足启动充电条件包括：
将所述UPS系统的第一直流母线电压与所述锂电池组的第一端电压作差，获得第一直流母线电压与第一端电压的第一差值；
将所述第一直流母线电压与第一端电压的第一差值与设定值进行比较；
若所述第一直流母线电压与第一端电压的第一差值大于或者等于所述设定值，则所述锂电池组满足启动充电条件；若所述第一直流母线电压与第一端电压的第一差值小于所述设定值，则所述锂电池组不满足启动充电条件。
6.根据权利要求3所述的快速限制锂电池充电冲击电流的方法，其特征在于，所述限流电路包括：限流开关和限流电阻；
所述控制限流电路开启、所述充电电路保持开路状态，启动限流充电包括：
控制所述限流开关闭合，以控制所述限流电路开启；
控制所述充电开关保持断开，使所述充电电路保持开路状态；
通过所述限流开关和所述限流电阻进行限流充电。
7.根据权利要求6所述的快速限制锂电池充电冲击电流的方法，其特征在于，所述充电开关和所述限流开关均为接触器。
8.根据权利要求1所述的快速限制锂电池充电冲击电流的方法，其特征在于，所述限流电路与所述充电电路并联设置。
9.根据权利要求1所述的快速限制锂电池充电冲击电流的方法，其特征在于，所述在限流充电过程中，检测所述锂电池组是否满足切换条件包括：
在限流充电过程中：
获取UPS系统的第二直流母线电压和锂电池组的第二端电压；
根据所述UPS系统的第二直流母线电压和所述锂电池组的第二端电压，检测所述锂电池组是否满足切换条件。
10.根据权利要求9所述的快速限制锂电池充电冲击电流的方法，其特征在于，所述根据所述UPS系统的第二直流母线电压和所述锂电池组的第二端电压，检测所述锂电池组是否满足切换条件包括：
将所述UPS系统的第二直流母线电压与所述锂电池组的第二端电压作差，获得第二直流母线电压与第二端电压的第二差值；
将所述第二直流母线电压与第二端电压的第二差值与限流充电限值进行比较；
若所述第二直流母线电压与第二端电压的第二差值小于所述限流充电限值，则满足切换条件，否则不满足切换条件。
11.根据权利要求1所述的快速限制锂电池充电冲击电流的方法，其特征在于，所述方法还包括：
在限流充电过程中，检测限流充电的充电电流；
判断所述充电电流是否大于所述锂电池组的充电阈值；
若是，控制所述限流充电的充电电流降低至所述充电阈值以内。
12.根据权利要求11所述的快速限制锂电池充电冲击电流的方法，其特征在于，所述方法还包括：
在切换至由所述充电电路充电后，检测所述限流电路的开启时间；
若所述开启时间达到预设时间，则控制所述限流电路关闭，使所述限流电路处于开路状态。
13.根据权利要求12所述的快速限制锂电池充电冲击电流的方法，其特征在于，所述限流电路在所述充电电路开启之后关闭。
14.一种快速限制锂电池充电冲击电流的系统，其特征在于，包括：锂电池系统；
所述锂电池系统包括：
用于向后级负载供电的锂电池组；
用于在限流充电时给所述锂电池组限流充电的限流电路；
用于在正常充电时给所述锂电池组充电的充电电路；以及BMS控制系统；
所述BMS控制系统用于：
判断锂电池组是否放电结束；
若是，控制充电电路保持开路状态；
判断所述锂电池组是否满足启动充电条件；
若是，控制限流电路开启、所述充电电路保持开路状态，启动限流充电；
在限流充电过程中，检测所述锂电池组是否满足切换条件；
若是，控制所述充电电路开启，由限流充电切换至由所述充电电路充电。
15.根据权利要求14所述快速限制锂电池充电冲击电流的系统，其特征在于，所述限流电路与所述充电电路并联设置。
16.根据权利要求14所述快速限制锂电池充电冲击电流的系统，其特征在于，还包括：UPS系统；所述锂电池系统还包括：开关电路；
所述充电电路包括：充电开关；所述限流电路包括：限流开关和限流电阻；
所述开关电路的第一端与所述UPS系统的直流母线连接、第二端与所述充电开关的第一端连接，所述充电开关的第二端与所述锂电池组连接；
所述限流开关与所述限流电阻串联后与所述充电开关并联。
17.根据权利要求16所述快速限制锂电池充电冲击电流的系统，其特征在于，所述UPS系统包括：整流器和逆变器；
所述整流器依次设置在UPS的直流母线的输入端和输出端之间，所述开关电路的第一端连接在所述整流器与所述逆变器之间的直流母线上。
18.根据权利要求16所述快速限制锂电池充电冲击电流的系统，其特征在于，所述充电开关和所述限流开关均为接触器。
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