[0001] 本发明涉及一种后备式储能并机系统及其控制方法，通过设计后备式储能系统的连接方式来控制系统的输出功率，属于储能技术领域。

[0002] 后备式储能系统，也叫便携式电源系统或便携式储能系统，是一种当代热门设备，深受国内外人群的喜爱，常被使用于旅游、应急等场景。

[0003] 如图1所示，后备式储能系统一般包括DC接口，AC接口，DC/DC模块，DC/AC模块，MCU模块，储能模块以及其他模块。其中，DC接口是指供直流设备或直流源接入的方式(如直流插座、USB接口、点烟器等)；AC接口模块是指供交流设备或者交流源接入的方式(如两脚插座、三角插座等)；DC/DC模块为直流转直流的拓扑结构(如BUCK，BOOST，LLC，正激，反激等)；储能模块可以是电池或者其他储能设备；DC/AC模块为直流转交流或者交流转直流模块(全波整流、半波整流、推挽、PFC等)；MCU模块用于控制和计算；其他模块包括显示、声音、按键等其余模块。

[0004] 一般而言，后备式储能系统中，从储能模块到交流输出接口需要经过如图3所示的架构，储能模块通过DC/DC模块可以将电压提高到DC/AC模块输入端能使用的电压，再通过 DC/AC模块将直流电转换成交流电从AC接口模块输出。上述后备式储能系统内可以放出的能量完全由电池内储存的能量决定，而系统的输出功率不仅受到储能模块的限制，还受到器件选型的制约。

[0005] 若想要扩大后备式储能系统输出的功率，将两台系统并联在一起输出是一种常用方式，且将两系统直流端并联比较容易，交流端输出并联却比较难以实现，因为既要满足两台机器输出交流电流均流，也要满足两台机器同相位运行。如图2所示，将两个后备式储能系统的交流输出端连接在一起，控制两边交流输出电流，使电流完全相等，如此便需要控制两个后备式储能系统的输出交流电的三要素相等，包括幅值、频率、相位，可见控制方法较为复杂，实现较为困难。

[0006] 由此可见，亟待研发设计出一种新的后备式储能系统并机的方法。

[0053] 为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

[0054] 除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请。

[0055] 首先，如图4所示，本发明包括两个后备式储能系统，每个系统包括依次连接的储能模块、DC/DC模块、DC/AC模块和AC接口，以及MCU模块；且MCU模块分别连接储能模块、 DC/DC模块、DC/AC模块和AC接口。两个系统的DC/DC模块的输出端并联在一起，将交流并联输出转换成直流并联输出。其中，储能模块，DC/DC模块，DC/AC模块内部是包含了检测单元，MCU模块内部包含了控制和计算单元。

[0056] 如图5a‑5d所示，本发明一个实施例中，DC/DC模块为一个FSBB(Four Switch Buck‑Boost)拓扑，两个后备式储能系统的DC/DC模块输出端并联，检测DC/DC模块的输出、入电流和输出、入电压，并传送至MCU模块进行反馈控制。MCU模块用于根据接收到的数据，控制并机系统的输出功率。

[0057] 如图5a所示，后备式储能系统一中DC/DC模块的具体电路为：储能模块的输出正极连接电阻R3一端，电阻R3另一端连接电阻R5一端，电阻R5另一端连接储能模块的输出负极；且电阻R3、R5的公共端连接输入电压检测点；储能模块的输出正极连接电流采样电阻 R1的一端，电流采样电阻R1的另一端经电容C1连接储能模块的输出负极，且电流采样电阻R1的一端连接输入电流检测点+，另一端连接输入电流检测点‑；电流采样电阻R1的另一端经开关K0、K1连接储能模块的输出负极。DC/AC模块的输入正极经连接电阻R2一端，电阻R2另一端连接电阻R4一端，电阻R4另一端连接DC/AC模块的输入负极；且电阻R2、 R4的公共端连接输出电压检测点；DC/AC模块的输入正极连接电流采样电阻R6的一端，电流采样电阻R6的另一端经电容C2连接DC/AC模块的输入负极，且电流采样电阻R1的一端连接输出电流检测点‑，另一端连接输出电流检测点+；电流采样电阻R6的另一端经开关K3、 K2连接DC/AC模块的输入负极以及储能模块的输出负极；且开关K0、K1的公共端经电感 L1连接开关K3、K2的公共端。

[0058] 后备式储能系统二中DC/DC模块的具体电路与上述相同。当后备式储能系统一、二的 DC/DC模块输出端并联后，后备式储能系统一的电阻R2一端连接后备式储能系统二的电阻R2’一端，后备式储能系统一的电阻R4一端连接后备式储能系统二的电阻R4’一端。

[0059] 如图5b所示，输入电压检测点连接运算放大器U的同相输入端，其反向输入端连接输出端，从而得到输入电压，且运算放大器U的输出端连接MCU模块的输入电压引脚。输出电压检测点连接运算放大器U2的同相输入端，其反向输入端连接输出端，从而得到输出电压，且运算放大器U的输出端连接MCU模块的输出电压引脚。

[0060] 如图5c所示，MCU模块的PWM0‑3引脚分别连接PWM驱动模块的PWM0‑3引脚，PWM驱动模块的K0‑K3引脚分别控制DC/DC模块的开关K0‑K3。因此，MCU模块能够根据DC/DC模块输出、入电流和输出、入电压的大小，控制开关K0‑K3的开关，从而控制本发明并机系统的输出功率。

[0061] 如图5d所示，输入电流检测点+、‑分别连接电路检测放大器INA181A1IDBVR的IN+、 IN‑引脚，并自OUT引脚得到输入电流。输出电流检测点+、‑分别连接另一电路检测放大器 INA181A1IDBVR的IN+、IN‑引脚，并自OUT引脚得到输出电流。输入电流、输出电流连接到MCU模块。

[0062] 其次，本发明扩大其中一个后备式储能系统输出功率的方法有以下几种方式：

[0063] 实施例A、不均流控制方式：

[0064] 如图6所示，先将后备式储能系统一、二的DC/DC模块的输出端连接在一起，并负载接入后备式储能系统一的AC接口输出端。然后通过限制每个DC/DC模块的输出功率，以达到增加并机系统整体输出功率的目的。

[0065] 如图7a所示，采用过流降压法，通过检测两个后备式储能系统的DC/DC模块输出电流的大小，决定DC/DC模块的输出模式为限定电压模式还是限定电流模式，具体步骤如下：

[0066] A1、两个后备式储能系统分别设定DC/DC模块为恒定电压、限制电流的模式，以及DC/DC 模块的额定电流值；

[0067] A2、两个后备式储能系统的DC/DC模块分别运行恒压模式，并检测输出电流的大小，发送至相应的MCU模块；

[0068] A3、两个后备式储能系统的MCU模块分别判断相应的输出电流是否超过额定电流值；

[0069] A4、若是，则MCU模块降低相应的DC/DC模块的输出电压；若否，则返回A2。

[0070] 可见，当DC/DC模块的输出电流较小时，其输出电压为恒定值，输出功率小于限定功率；当DC/DC模块的输出电流增加，但未达到限定值时，其输出电压恒定，输出功率随输出电流的增加而增加，但输出功率也未到限定值；当DC/DC模块输出电流增加到一定值后， DC/DC模块输出电压将在MCU模块的控制下降低，以达到过流降压的目的。

[0071] 实施时，设定DC/DC模块的输出电压为20V，限制电流为10A(虽然输出电压设为20V，但由于线路电阻不同，电源等效电阻不同，实际测到的电压不一定是20V，所以才会造成输出功率不同)，后备式储能系统一的等效内阻为0.1欧姆，后备式储能系统二的等效内阻为 0.2欧姆。当负载为10欧姆时，两个DC/DC模块并联输出的波形如图7b所示，从图中可见：两个系统的输出电流相差很多。当负载为1欧姆时，两个DC/DC模块并联输出的波形如图 
7c所示，从图中可见：系统一的电流限制在10A，DC/DC模块输出电压下降了一点，系统二的电流渐渐增大。

[0072] 此外，由于后备式储能系统一、二并机运行，哪一个系统输出电压值高，哪一个系统的输出电流值就大，不存在均流模式。常见的情况为：当接入超过一个后备式储能系统的负载时，一个系统的功率为满载，另一个系统为轻载。该方法不对每个后备式储能系统进行均流控制，也不需要连接通讯线。

[0073] 实施例B、非通讯均流控制方式：

[0074] 本实施例的连接方式与实施例A相同。如图6所示，后备式储能系统一、二的DC/DC 输出端连接在一起，负载接入后备式储能系统一的AC接口模块输出端，通过限制每个DC/DC 模块的输出功率以达到输出功率增加的目的。

[0075] 如图8a所示，采用输出电压扰动法，使两个后备式储能系统的输出电流相接近，具体步骤如下：

[0076] B1、两个后备式储能系统分别设定DC/DC模块的参考电压值Uref，以及输出电压扰动量ΔU＝k*I，其中k为扰动系数，I为输出电流；

[0077] B2、两个后备式储能系统分别检测DC/DC模块输出电流的大小，发送至相应的MCU模块；

[0078] B3、两个后备式储能系统的MCU模块分别计算输出电压扰动量ΔU；

[0079] B4、两个后备式储能系统的MCU模块分别计算Uref‑ΔU，并将结果作为开关电源控制环路的输入电压，然后返回B2。

[0080] 实施时，设定DC/DC模块的输出电压为20V，输出电流扰动系数k为0.1，负载为1欧姆，两系统并联后的输出情况如图8b所示，两系统的输出电流比较相近，但是不完全相等， k设置越大，两个系统的输出电流越接近，但是DC/DC模块的输出电压会下降更多。

[0081] 该方法是根据两个DC/DC模块的输出电压越高，所承受的负载越大的特点，使得输出电流大的系统的输出电压降低更多，输出电流小的系统的输出电压降低更少，以达到均流的目的。且该方法为一种开环方法，不需要两个后备式储能系统相互通讯。

[0082] 实施例C、通讯均流控制方式：

[0083] 如图9所示，本实施例的并机系统与实施例A不同之处在于，两个MCU模块通过通讯线连接。该通讯方式一般为RS232或者RS485等。

[0084] 如图10a所示，以通讯均流控制方式，采用从机通讯均流法，使两个后备式储能系统的输出电流相接近，该控制方法采用一个后备式储能系统运行电压环，一个后备式储能系统运行电流环。相当于一个后备式储能系统作为主机正常运行，另一个接收主机传送过来的电流信息，将并联电流值当做控制环路的输入值。具体步骤如下：

[0085] C1、设定其中一个后备式储能系统为主机，并使其正常运行；设置另一个后备式储能系统为从机；

[0086] C2、主机检测DC/DC模块输出电流的大小，并发送给从机，且从机的MCU模块接收上述输出电流信号；

[0087] C3、从机检测DC/DC模块输出电流的大小；

[0088] C4、从机的MCU模块判断主机的输出电流是否大于从机的输出电流；

[0089] C5、若是，则从机的MCU模块提高从机的输出电压，并返回C2；

[0090] 若否，则从机的MCU模块降低从机的输出电压，并返回C2。

[0091] 实施时，设置两个后备式储能系统的输出电压为20V，负载为1欧姆。带通信时，两个后备式储能系统的电流输出情况如图10b所示，可见两个系统的均流效果很好。

[0092] 可见，从机运行流程为：接收主机发送过来的电流信号，根据主机发送的电流信号调整自身输出电压，以控制主、从机的输出电流均流。该方式的均流能力强，输出电压不会被拉低。且由于方法本身为一种开环的控制方式，输出均流的效果完全受到DC/DC输出端初始电压和扰动系数决定，且受负载影响很大。

[0093] 以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

[0094] 以上该实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。