电池化成分容控制方法与流程

1.本发明涉及锂电池化成分容电源技术领域，尤其涉及到一种电池化成分容控制方法。


背景技术：

2.锂电池化成分容中涉及多通道锂电池充放电，每个通道可能存在运行状态不一致，有的通道可能运行完成充放电，有的通道可能还在正常工作。虽然在装置启动或停止时加入了电流缓升、缓降措施，但工作电流大，电流上升和下降有一定速率，会在靠近功率线缆的导线上产生感应电压，产生磁场耦合。
3.以半径r=5mm导线a载流i=120a，在δt=14.2ms内电流由120a线性下降到0a，另外一根细导线b在距a导线表面并行l=1m作为参数，计算得到的细导线b上在14.2ms内感应到的电压：导线b切割磁感线的磁通量δφ=μ0*i/2/pi*(ln40r
‑
lnr)*l，其中μ0为真空磁导率，其值为μ0=4π
×
10
‑
7牛顿/安培
²
，pi为圆周率π；则导线b上的感应电压u=δφ/δt=6.23mv；上述计算表明功率线对检测回路影响比较大，电池化成分容中功率线与电压检测线同时从装有电池的针床到电源柜中，在针床外面的线路功率线与电压检测线可以独立分开以及双绞，将磁场耦合减小到最小，由于结构及维护原因，针床内部电池电压检测线与功率线不能完全隔开以及双绞，会导致电池电压检测线与功率回路在一起受到磁场耦合较大影响。
4.目前电池化成分容的电压控制策略，是基于电压电流双环pi控制策略，由于电压检测回路受到干扰，导致电流控制出现较大的波动，严重影响控制电流精度。锂电池化成分容电源对电流的控制精度要求极高，行业内要求万分之五以内，一旦检测电压出现磁场耦合出现幅值较大以及时间达到毫秒级干扰影响，通过滤波手段无法很好解决电流控制精度的误差。


技术实现要素：

5.针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种电池化成分容控制方法、一种电池化成分容控制装置和一种电池化成分容控制系统以及一种计算机可读存储介质，其可以解决电池化成分容过程中功率电路对电压检测电路造成磁场耦合影响，导致电流控制出现较大的波动，严重影响控制电流精度的问题。
6.一方面，本发明实施例提供了一种电池化成分容控制方法，包括：由控制模块连接目标通道电池的两端，按预设采样频率获取所述目标通道电池在化成分容过程中的检测电压；计算所述控制模块的电压外环设置的恒压参考值与所述检测电压之间的电压差值；根据所述电压差值将外环控制的积分环节进行变积分处理，得到并输出所述控制模块的电流内环的控制电流。
7.在本发明的一个实施例中，所述根据所述电压差值将外环控制的积分环节进行变积分处理，包括：根据计算的所述电压差值判断对应的所述检测电压是否超出预设阈值，当判断为否且所述积分环节的积分系数处于积分阈值范围时，按照预设步长减小所述积分系数，当判断为是且所述积分环节的积分系数处于积分阈值范围时，按照预设步长增大所述积分系数，并且当所述积分系数达到所述积分阈值范围边界时，停止改变所述积分系数。
8.在本发明的一个实施例中，在所述获取所述目标通道电池在化成分容过程中的检测电压之后，还包括：对所述检测电压进行均值滤波得到均值电压。
9.在本发明的一个实施例中，在所述计算所述控制模块的电压外环设置的恒压参考值与所述检测电压之间的电压差值之后，还包括：对所述电压差值进行限幅；在得到所述控制电流之后，还包括：对所述控制电流进行限幅。
10.在本发明的一个实施例中，在得到所述控制电流之后，还包括：根据所述控制电流对内环电流控制加直流母线前馈。
11.另一方面，本发明实施例提出一种电池化成分容控制装置，包括：检测电压获取模块，用于由控制模块连接目标通道电池的两端，按预设采样频率获取所述目标通道电池在化成分容过程中的检测电压；电压差值计算模块，用于计算所述控制模块的电压外环设置的恒压参考值与所述检测电压之间的电压差值；控制电流得到模块，用于根据所述电压差值将外环控制的积分环节进行变积分处理，得到并输出所述控制模块的电流内环的控制电流。
12.在本发明的一个实施例中，所述控制电流得到模块具体用于：根据计算的所述电压差值判断对应的所述检测电压是否超出预设阈值，当判断为否且所述积分环节的积分系数处于积分阈值范围时，按照预设步长减小所述积分系数，当判断为是且所述积分环节的积分系数处于积分阈值范围时，按照预设步长增大所述积分系数，并且当所述积分系数达到所述积分阈值范围边界时，停止改变所述积分系数。
13.在本发明的一个实施例中，所述电池化成分容控制装置还包括：电压限幅模块，用于在所述计算所述控制模块的电压外环设置的恒压参考值与所述检测电压之间的电压差值之后，对所述电压差值进行限幅；电流限幅模块，用于在得到所述控制电流之后，对所述控制电流进行限幅。
14.再一方面，本发明实施例提出一种电池化成分容控制系统，包括：存储器和连接所述存储器的一个或多个处理器，存储器存储有计算机程序，处理器用于执行所述计算机程序以实现如上述中任意一个实施例所述的电池化成分容控制方法。
15.又一方面，本发明实施例提出一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机可执行指令，所述计算机可执行指令用于执行如上述中任意一个实施例所述的电池化成分容控制方法。
16.由上可知，通过本发明所构思的上述方案与现有技术相比，可以具有如下一个或多个有益效果：（1）通过获取电池在化成分容过程中的检测电压，计算电压外环设置的恒压参考值与检测电压之间的电压差值，根据得到的电压差值将电压外环控制的积分环节进行变积分处理，能够实现动态改变pi控制器的响应速度，在检测电压收到干扰时，最大程度上减小干扰影响，保证电池化成分容过程对电流的精度要求；
（2）在恒压阶段对计算得到的电压差值进行限幅，能够进一步削弱检测电压干扰影响，对电流环的控制电流进行限幅，能够根据系统控制要求，进一步精准控制电流输出；（3）通过根据控制电流参考值对内环电流控制加直流母线前馈，能够调节电源模块控制的响应速度，避免直流母线带载的电池数量变化造成的电压影响。
17.通过以下参考附图的详细说明，本发明的其他方面的特征变得明显。但是应当知道，该附图仅仅为解释的目的设计，而不是作为本发明的范围的限定。还应当知道，除非另外指出，不必要依比例绘制附图，它们仅仅力图概念地说明此处描述的结构和流程。
附图说明
18.此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：图1为本发明实施例提供的电池化成分容控制方法的流程图；图2为本发明实施例提供的电池化成分容电路的结构示意图；图3为本发明实施例提供的电池电压受干扰时的瞬时值波动示意图；图4a为本发明实施例提供的采用积分系数1000调整电压时的电流跳变幅度示意图；图4b为本发明实施例提供的采用积分系数200调整电压时的电流跳变幅度示意图；图5a为本发明实施例提供的未采用电流变积分处理的电流跳变示意图；图5b为本发明实施例提供的采用电流变积分处理的电流跳变示意图；图6为本发明实施例提供的电池化成分容控制方法的具体控制逻辑示意图；图7a为本发明实施例提供的电池化成分容控制装置的一种结构示意图；图7b为本发明实施例提供的电池化成分容控制装置的另一种结构示意图；图8为本发明实施例提供的电池化成分容控制系统的结构示意图；图9为本发明实施例提供的计算机可读存储介质的结构示意图。
19.附图标记说明s11至s13：电池化成分容控制方法的步骤；20：电池化成分容控制装置；201：检测电压获取模块；202：电压差值计算模块；203：控制电流得到模块；204：电压限幅模块；205：电流限幅模块；30：电池化成分容控制系统；31：处理器；32：存储器；40：计算机可读存储介质。
具体实施方式
20.需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以互相组合。下面将参考附图并结合实施例来说明本发明。
21.为了使本领域普通技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例，都应当属于本发明的保护范围。
22.需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第
二”等适用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应当理解这样使用的术语在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外。术语“包括”和“具有”以及它们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备国有的其它步骤或单元。
23.还需要说明的是，本发明中多个实施例的划分仅是为了描述的方便，不应构成特别的限定，各种实施例中的特征在不矛盾的情况下可以相结合，相互引用。
24.【第一实施例】如图1所示，本发明第一实施例提出一种电池化成分容控制方法，包括如下步骤：步骤s11由控制模块连接目标通道电池的两端，按预设采样频率获取所述目标通道电池在化成分容过程中的检测电压；步骤s12计算所述控制模块的电压外环设置的恒压参考值与所述检测电压之间的电压差值；步骤s13根据所述电压差值将外环控制的积分环节进行变积分处理，得到并输出所述控制模块的电流内环的控制电流。
25.在步骤s11中，提到的控制模块例如为pi控制器（proportional integralcontroller，比例积分控制器），由pi控制器通过电压检测电路获取多个通道电池中的目标通道电池在化成分容过程中的检测电压。具体的电池化成分容电路如图2所示，直流母线连接多路ac/dc模块用于输入电流，以及连接多路dc/dc模块用于分别带载电池进行充放电，dc/dc模块由该pi控制器控制输出，当任意一路dc/dc模块启动或者断开时，其功率线电流的上升或下降与邻近的其它dc/dc模块的电压检测线之间产生感应电压，产生磁场耦合干扰。
26.在步骤s12中，dc/dc模块的工作模式例如包括恒流模式和恒压模式，电池刚进入工作状态时采用恒流模式进行充放电，当充放电快结束时进入恒压模式，电压控制外环设置一个恒压参考值，由dc/dc模块输出该恒压参考值。具体的，当刚进入恒压模式时，dc/dc模块输出的电压并不稳定，需要根据电压检测电路的检测电压不断调整，以控制电流内环输出相应的控制电流，在本发明的实施方式中，通过计算电压外环设置的恒压参考值与检测电压之间的电压差值作为电流内环的输出标准。
27.在步骤s13中，pi控制器进行电压外环控制时包括对获取的检测电压进行积分控制，由于电压积分调节的特性，其控制效果只能逐渐反应出来，调节反应速度与积分系数相关，因此根据步骤s12得到的电压差值将电压外环控制的积分环节进行变积分处理，能够实现动态改变pi控制器的响应速度，在检测电压收到干扰时，最大程度上减小干扰影响，保证电池化成分容过程对电流的精度要求。
28.进一步的，pi控制器例如以按预设的一定频率获取检测电压，在分别根据每次获取的检测电压计算出与恒压参考值之间的电压差值之后，例如根据该电压差值判断对应的检测电压是否超出预设阈值，当判断为是时，检测电压收到干扰，则按照预设步长逐渐增大电压控制的积分系数，以调节所述干扰电压控制的响应速度。当所述电压差值减小并趋于稳定，即判断电压差值小于预设阈值时，则检测电压未受到干扰，相应的按照预设步长逐渐减小所述积分系数，保证调节的准确度，减小静差。并且，积分系数的调节设置有积分阈值范围，当所述积分系数达到所述积分阈值范围边界时，停止改变所述积分系数。
29.具体的，如图3所示为电池电压受干扰时的瞬时值波动波形，例如最大波动4mv，持续时间14ms左右，与120a恒流充电工步电流启动时间相符，则可以确定这个干扰就是其它通道工步停止时电流下降产生的影响。图4a和图4b所示为恒压阶段采用不同积分系数ki调整电压时的电流跳变幅度，可以看出减小ki值可以减小恒压阶段电流跳变幅度，为此提出变积分控制策略：在恒流转恒压阶段，在此阶段电流下降速度比较快，相应需要一个大的电流积分ki值，根据电池的容量特性，设置一个最大的积分值，随着恒压阶段电流下降速度越来越慢，直至稳定后设定一个最小的积分值，并且在此期间根据电压误差值不断改变积分ki值。
30.举例而言，当电压误差大于2mv时，积分值不变维持最大值，当电压误差小于2mv时，每隔20ms调整一次积分值，积分值每次减4，当误差大于2mv，积分值每次加1，直到最大值。当恒压阶段稳定后，电压误差值会越来越小，随后调整变积分策略，例如当电压误差小于
‑
0.4mv时，积分值每隔20ms加2，当误差小于
‑
0.3mv，每隔20ms加1，当误差大于0v，每隔20ms减2，当误差大于
‑
1，每隔20ms减1。积分值变化过程中需要限制幅度为不能超过最大积分值以及小于最小电流积分值。
31.如图5a和图5b所示为sense线（电压检测线）受干扰情况下，是否采用变积分处理取得的效果对比图，图5a中表示无电流变积分处理的恒压阶段电流跳变值（前一时刻减去后一时刻电流之差），图5b中表示有电流变积分处理的恒压阶段电流跳变值，与图5a的方案相比明显改善了电流调节效果，很好的避免了电池化成分容过程中磁场耦合造成的电压干扰问题。
32.进一步的，由于电压检测电路按照一定频率连续抽样获得对应电池的检测电压，用户例如可以自行选取一个时间段内的检测电压，由控制器对该时间段内获取的检测电压进行均值滤波，即取平均值得到均值电压，后续根据该均值电压作为检测电压计算得到电压差值，能够初步对干扰电压进行滤波，保证后续pi控制环节的准确性。
33.进一步的，如图6所示为pi控制器的具体控制逻辑示意图，vset为dc/dc输出的恒压参考值，vbat为检测电压反馈值，两者之间进行加减运算得到电压差值，在计算得到该电压差值之后例如还包括：对所述电压差值进行限幅，例如限制电压差值不超过2.5mv，需要说明的是，锂电池在化成分容中恒压控制一般要求不超过2.5mv，如果在恒压阶段检测到电压超过此值将其限制在其内，进而削弱检测电压干扰影响。此外，根据所述电压差值进行积分得到电流内环的控制电流后，也进行控制电流限幅，能够根据系统控制要求，进一步精准控制电流输出。
34.进一步的，iout为变积分控制的内环控制电流参考值，由于积分系数根据检测电压受到干扰的情况自动调整，进而改变后续电流控制环参考值的响应速度，实现快速消除干扰影响。根据上述方式得到内环控制电流参考值之后，例如根据所述控制电流参考值对内环电流控制加直流母线前馈，具体的，通过计算控制电流参考值与电感电流的检测值之间的电流差值，然后进行pi控制运算得到前馈电压vbus，将该运算结果除以直流母线电压，限幅后进行pwm（pulse width modulation，脉冲宽度调制）输出控制。如此一来，能够调节电源模块控制的响应速度，避免直流母线带载的电池数量变化造成的电压影响。
35.综上所述，本发明实施例提出的一种电池化成分容控制方法，通过获取电池在化成分容过程中的检测电压，计算电压外环设置的恒压参考值与检测电压之间的电压差值，
根据得到的电压差值将电压外环控制的积分环节进行变积分处理，能够实现动态改变pi控制器的响应速度，在检测电压收到干扰时，最大程度上减小干扰影响，保证电池化成分容过程对电流的精度要求；在恒压阶段对计算得到的电压差值进行限幅，能够进一步削弱检测电压干扰影响，对电流环的控制电流进行限幅，能够根据系统控制要求，进一步精准控制电流输出；根据控制电流参考值对内环电流控制加直流母线前馈，能够调节电源模块控制的响应速度，避免直流母线带载的电池数量变化造成的电压影响。
36.【第二实施例】如图7a所示，本发明第二实施例提出了一种电池化成分容控制装置，例如包括：检测电压获取模块201、电压差值计算模块202和控制电流得到模块203。
37.其中，检测电压获取模块201用于由控制模块连接目标通道电池的两端，按预设采样频率获取所述目标通道电池在化成分容过程中的检测电压。电压差值计算模块202用于计算所述控制模块的电压外环设置的恒压参考值与所述检测电压之间的电压差值。控制电流得到模块203用于根据所述电压差值将外环控制的积分环节进行变积分处理，得到并输出所述控制模块的电流内环的控制电流。
38.进一步的，控制电流得到模块203具体用于：根据计算的所述电压差值判断对应的所述检测电压是否超出预设阈值，当判断为否且所述积分环节的积分系数处于积分阈值范围时，按照预设步长减小所述积分系数，当判断为是且所述积分环节的积分系数处于积分阈值范围时，按照预设步长增大所述积分系数，并且当所述积分系数达到所述积分阈值范围边界时，停止改变所述积分系数。
39.进一步的，如图7b所示，电池化成分容控制装置20还包括：电压限幅模块204，用于在所述计算所述控制模块的电压外环设置的恒压参考值与所述检测电压之间的电压差值之后，对所述电压差值进行限幅；以及电流限幅模块205，用于在得到所述控制电流之后，对所述控制电流进行限幅。
40.本发明第二实施例公开的电池化成分容控制装置20所实现的电池化成分容控制方法如前述第一实施例所述，故在此不再进行详细讲述。可选地，第二实施例中的各个模块和上述其他操作或功能分别为了实现第一实施例所述的方法，且本实施例的有益效果同前述第一实施例的有益效果相同，为了简洁，不在此赘述。
41.【第三实施例】如图8所示，本发明第三实施例提出一种电池化成分容控制系统30，例如包括：存储器32和连接存储器32的一个或多个处理器31。存储器32存储有计算机程序，处理器31用于执行所述计算机程序以实现如第一实施例所述的电池化成分容控制方法。具体的电池化成分容控制方法可参考第一实施例所述的方法，为了简洁在此不再赘述，且本实施例提供的电池化成分容控制系统30的有益效果与第一实施例提供的电池化成分容控制方法的有益效果相同。
42.【第四实施例】如图9所示，本发明第四实施例提出一种计算机可读存储介质40，计算机可读存储介质40为非易失性存储器且存储有计算机可读指令，当所述计算机可读指令被一个或多个处理器执行时，例如使得所述一个或多个处理器执行前述第一实施例所述的电池化成分容控制方法。具体方法可参考第一实施例所述的方法，为了简洁在此不再赘述，且本实施例提
供的计算机可读存储介质40的有益效果同第一实施例提供的电池化成分容控制方法的有益效果相同。
43.此外，可以理解的是，前述各个实施例仅为本发明的示例性说明，在技术特征不冲突、结构不矛盾、不违背本发明的发明目的前提下，各个实施例的技术方案可以任意组合、搭配使用。
44.在本发明所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统，装置和/或方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元/模块的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多路单元或模块可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
45.所述作为分离部件说明的单元/模块可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元/模块显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多路网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元/模块来实现本实施例方案的目的。
46.另外，在本发明各个实施例中的各功能单元/模块可以集成在一个处理单元/模块中，也可以是各个单元/模块单独物理存在，也可以两个或两个以上单元/模块集成在一个单元/模块中。上述集成的单元/模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用硬件加软件功能单元/模块的形式实现。
47.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。