CN111193296B - 一种预充电控制装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种预充电控制装置和方法。预充电控制装置包括并联于蓄电池和容性负载之间电阻预充支路、线性预充支路和供电支路；电压采样控制模块分别采集蓄电池端的电压和容性负载端的电压，并根据所采集的电压的变化以分别控制第一驱动信号、第二驱动信号和第三驱动信号；电阻预充支路在第一驱动信号的驱动下接通或关断；线性预充支路在第二驱动信号的驱动下接通或关断；供电支路在第三驱动信号的驱动下接通或关断。本发明的预充电控制装置和方法提高了预充电过程的速度，提高了预充电的效率。

Description

一种预充电控制装置和方法

技术领域

本发明涉及供电控制技术领域，特别涉及一种预充电控制装置和方法。

背景技术

当前，智能移动机器人、电动汽车等采用蓄电池供电的移动设备已经被广泛使用。这些设备多使用较高电压的蓄电池给负载进行供电，在电池供电的瞬间会对设备的负载产生瞬间的很大的充电电流。例如，对于智能移动机器人来说，其使用48V蓄电池给整个回路供电，其中有容量较大的容性负载，在电池供电瞬间，产生很大的充电电流，易造成系统相关器件的损坏。为了解决这个问题，相关技术中提出了一种预充电控制技术方案。

如图1所示，可以采用双继电器电阻方案，其中由预充电阻模块和继电器A串联而组成了预充支路，该预充支路与由继电器B构成的供电支路并联在蓄电池和容性负载之间。在设备上电后，首先闭合继电器A，即开始电阻预充，通过充分延时(即留足充足的预充电时间)的方式保证预充电完成，延时结束后闭合继电器B，然后再打开继电器A，预充电完成。

上述方案采用充分延时的方式，这种方式对于预充电阻模块损坏的情况会形成误判，不能保证预充电过程能够实际真实地完成，再者，预充电的速度完全取决于预充支路的硬件电路，针对不同应用情况的灵活性较差。最主要的是，如图2所示，上述方案随着预充电的进行，电压的上升速度越来越慢，导致了预充电的速度会越来越慢，使得预充电的效率低下。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种预充电控制装置和方法，以提高预充电过程的可靠性和预充电效率。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种预充电控制装置，所述预充电控制装置包括电阻预充支路、线性预充支路、供电支路和电压采样控制模块，所述电阻预充支路、所述线性预充支路和所述供电支路并联于蓄电池和容性负载之间；其中，

所述电阻预充支路在第一驱动信号的驱动下接通或关断；

所述线性预充支路在第二驱动信号的驱动下接通或关断；

所述供电支路在第三驱动信号的驱动下接通或关断；

所述电压采样控制模块分别采集所述蓄电池端的电压和所述容性负载端的电压，并根据所采集的电压分别控制所述第一驱动信号、所述第二驱动信号和所述第三驱动信号。

进一步，所述电阻预充支路、所述线性预充支路和所述供电支路并联于所述蓄电池的第一电极和所述容性负载的第一电极连接端之间；

所述蓄电池的第二电极电连接于所述容性负载的第二电极连接端；

所述电压采样控制模块分别采集所述蓄电池的第一电极端的电压和所述容性负载的第一电极连接端的电压。

进一步，所述电阻预充支路包括：

预充电阻单元，所述预充电阻单元的一端电连接于所述蓄电池；

第一通断控制单元，所述第一通断控制单元具有两个连接端和一个控制端，所述第一通断控制单元的两个连接端分别电连接于所述预充电阻单元的另一端和所述容性负载，所述第一通断控制单元的控制端接收所述第一驱动信号，以在所述第一驱动信号的驱动下导通或关断。

进一步，所述线性预充支路包括：

线性预充单元，所述线性预充单元的一端电连接于所述蓄电池；

第二通断控制单元，所述第二通断控制单元具有两个连接端和一个控制端，所述第二通断控制单元的两个连接端分别电连接于所述线性预充单元的另一端和所述容性负载，所述第二通断控制单元的控制端接收所述第二驱动信号，以在所述第二驱动信号的驱动下导通或关断。

进一步，所述供电支路包括：

第三通断控制单元，所述第三通断控制单元具有两个连接端和一个控制端，所述第三通断控制单元的两个连接端分别电连接于所述蓄电池和所述容性负载，所述第三通断控制单元的控制端接收所述第三驱动信号，以在所述第三驱动信号的驱动下导通或关断。

进一步，所述第一通断控制单元包括第一MOS管，所述第一MOS管的源极和漏极分别电连接于所述预充电阻单元的另一端和所述容性负载，所述第一MOS管的栅极接收所述第一驱动信号。

进一步，所述第二通断控制单元包括第二MOS管，所述第二MOS管的源极和漏极分别电连接于所述线性预充单元的另一端和所述容性负载，所述第二MOS管的栅极接收所述第二驱动信号。

进一步，所述第三通断控制单元包括继电器，所述继电器的一对常开触点分别电连接于所述蓄电池和所述容性负载，所述继电器的控制端接收所述第三驱动信号。

一种预充电控制方法，采用如上任一项所述的预充电控制装置，所述预充电控制方法包括：

当接收到预充电指令时，接通所述电阻预充支路；

当容性负载端电压参考值大于第一设定阈值且小于第二阈值时，接通所述线性预充支路；

当所述容性负载端电压参考值大于第二设定阈值时，接通所述供电支路并关断所述电阻预充支路和所述线性预充支路；

或者，

当接收到预充电指令时，接通所述电阻预充支路；

当容性负载端电压参考值大于第一设定阈值且小于第二阈值时，接通所述线性预充支路并关断所述电阻预充支路；

当所述容性负载端电压参考值大于第二设定阈值时，接通所述供电支路并关断所述线性预充支路；

其中，采用如下方法获取所述容性负载端电压参考值：

采集所述容性负载端电压和所述蓄电池端电压，并根据所采集的所述容性负载端电压和所述蓄电池端电压，计算所述容性负载端电压参考值。

可选地，可以通过以下方式计算所述容性负载端电压参考值：将所述容性负载端电压和所述蓄电池端电压相除的结果，作为所述容性负载端电压参考值。

进一步，所述第一设定阈值根据阻性预充电和线性预充电的速度需求确定；

所述第二设定阈值小于100％。

进一步，在接通所述电阻预充支路之前，所述方法还包括：

检测所述容性负载端的电压，若所述容性负载端的电压不为零，则发出预警提示，并停止预充电。

进一步，从接通所述线性预充支路开始计时，若从接通所述线性预充支路开始后的第二时间阈值范围内，所述容性负载端电压参考值未达到第二设定阈值，则发出预警提示，并停止预充电。

进一步，从接通所述电阻预充支路开始计时，若从接通所述电阻预充支路开始后的第一时间阈值范围内，所述容性负载端电压参考值未达到第一设定阈值，则发出预警提示，并停止预充电。

从上述方案可以看出，本发明的预充电控制装置和方法，在进行预充电的过程中，首先进行电阻预充电过程，当电压采样控制模块所采集的电压达到第一设定阈值，开启线性预充电过程，由于线性预充电的过程和电阻预充电的过程相比，预充电电压的变化与时间的变化成正比，因此随着时间的推移，电压上升的速度不会减慢，因此，相比于现有的预充电方案来说，提高了预充电过程的速度，提高了预充电的效率。

附图说明

图1为现有技术中的预充电方案电路原理图；

图2为图1方案的充电特性曲线图；

图3为本发明实施例的预充电控制装置示意图；

图4A为本发明实施例的预充电控制方法流程图；

图4B为本发明实施例的另一种预充电控制方法流程图；

图5为本发明实施例中的各个状态的切换流程示意图；

图6A为本发明实施例中的预充电过程的充电特性曲线图；

图6B为电阻预充电和线性预充电的电压随时间变化的充电特性曲线图；

图7为本发明实施例中分别采用两种第一设定阈值的预充电过程的充电特性曲线对比图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对本发明作进一步详细说明。

如图3所示，本发明的预充电控制装置1设置于蓄电池2和容性负载3之间。其中，预充电控制装置1包括电阻预充支路11、线性预充支路12、供电支路13和电压采样控制模块(图中未示出)，电阻预充支路11、线性预充支路12和供电支路13并联于蓄电池2和容性负载3之间。其中，电阻预充支路11在第一驱动信号的驱动下接通或关断，线性预充支路12在第二驱动信号的驱动下接通或关断，供电支路在13第三驱动信号的驱动下接通或关断。电压采样控制模块分别采集蓄电池2端的电压和容性负载3端的电压，并根据所采集的电压分别控制第一驱动信号、第二驱动信号和第三驱动信号。

进一步地，本发明实施例中，电阻预充支路11、线性预充支路12和供电支路13并联于蓄电池2的第一电极和容性负载3的第一电极连接端之间，蓄电池2的第二电极电连接于容性负载3的第二电极连接端。电压采样控制模块分别采集蓄电池2的第一电极端的电压和容性负载3的第一电极连接端的电压，例如，如图3所示，本发明实施例中，电压采样控制模块分别采集第一电压采样点的电压和第二电压采样点的电压，其中，第一电压采样点直接电连接于蓄电池2的第一电极，第二电压采样点直接电连接于容性负载3的第一电极连接端。

在本发明实施例中，第一电极为正极，第二电极为负极，第一电极连接端为正极连接端，第二电极连接端为负极连接端。在其他实施例中，第一电极可以为负极，对应地，第二电极为正极，第一电极连接端为负极连接端，第二电极连接端为正极连接端。

在图3所示实施例中，蓄电池2的第二电极(负极)通过预充电控制装置1电连接至容性负载3的第二电极连接端(负极连接端)，相应地，预充电控制装置1提供了连接于蓄电池2的第二电极的端口和连接于容性负载3的第二电极连接端的端口，并且在预充电控制装置1的内部直接将该两个端口进行电连接。在其他实施例中，蓄电池2的第二电极和容性负载3的第二电极连接端可以不经过预充电控制装置1而直接电连接。

如图3所示，在一个可选实施例中，电压采样控制模块的一端电连接于第一电压采样点以采集蓄电池端的电压，电压采样控制模块的另一端电连接于第二电压采样点以采集容性负载端的电压。在一个可选实施例中，电压采样控制模块可以根据所采集的容性负载端的电压(第二电压采样点的电压)与蓄电池端的电压(第一电压采样点的电压)的比值分别控制第一驱动信号、第二驱动信号和第三驱动信号，例如比值达到第一设定阈值时，控制第二驱动信号接通线性预充支路12，比值达到第二设定阈值时，控制第一驱动信号和第二驱动信号关断电阻预充支路11和线性预充支路12，并控制第三驱动信号接通供电支路。

在本发明实施例中，电阻预充支路11包括预充电阻单元111和第一通断控制单元112。其中，预充电阻单元111的一端电连接于蓄电池2(例如第一电极)。第一通断控制单元112具有两个连接端和一个控制端，第一通断控制单元112的两个连接端分别电连接于预充电阻单元111的另一端和容性负载3(例如第一电极连接端)，第一通断控制单元112的控制端接收第一驱动信号，以在第一驱动信号的驱动下导通或关断。这样，便可在第一驱动信号的控制下实现电阻预充支路11的通断，在需要接通或者需要关断电阻预充支路11时利用第一驱动信号进行相应的操作。

在本发明实施例中，线性预充支路12包括线性预充单元121和第二通断控制单元122。其中，线性预充单元121的一端电连接于蓄电池2(例如第一电极)。第二通断控制单元122具有两个连接端和一个控制端，第二通断控制单元122的两个连接端分别电连接于线性预充单元121的另一端和容性负载3(例如第一电极连接端)，第二通断控制单元122的控制端接收第二驱动信号，以在第二驱动信号的驱动下导通或关断。这样，便可在第二驱动信号的控制下实现线性预充支路12的通断，在需要接通或者需要关断线性预充支路12时利用第二驱动信号进行相应的操作。

在本发明实施例中，供电支路13包括第三通断控制单元131，第三通断控制单元131具有两个连接端和一个控制端，第三通断控制单元131的两个连接端分别电连接于蓄电池2(例如第一电极)和容性负载3(例如第一电极连接端)，第三通断控制单元131的控制端接收第三驱动信号，以在第三驱动信号的驱动下导通或关断。这样，便可在第三驱动信号的控制下实现供电支路13的通断，在需要接通或者需要关断供电支路13时利用第三驱动信号进行相应的操作。

在一个可选实施例中，第一通断控制单元112包括第一MOS(Metal-Oxide-Semiconductor，金属氧化物半导体)管，第一MOS管的源极和漏极分别电连接于预充电阻单元111的另一端和容性负载3，第一MOS管的栅极接收第一驱动信号。

在一个可选实施例中，第二通断控制单元122包括第二MOS管，第二MOS管的源极和漏极分别电连接于线性预充单元121的另一端和容性负载3，第二MOS管的栅极接收第二驱动信号。

在一个可选实施例中，第三通断控制单元131包括继电器，继电器的一对常开触点分别电连接于蓄电池2和容性负载3，继电器的控制端接收第三驱动信号。

本发明实施例还提供一种预充电控制方法，采用如上所述的预充电控制装置1，如图4A所示，该预充电控制方法包括：

步骤1、当接收到预充电指令时，接通电阻预充支路；

步骤2、当容性负载端电压参考值大于第一设定阈值且小于第二阈值时，接通线性预充支路；

步骤3、当容性负载端电压参考值大于第二设定阈值时，接通供电支路并关断电阻预充支路和线性预充支路。

其中，第一设定阈值小于第二设定阈值。第一阈值根据阻性预充电和线性预充电的速度需求确定。

这里的容性负载端电压参考值，可以通过以下方式获得：采集容性负载端电压和蓄电池端电压，并根据所采集的容性负载端电压和蓄电池端电压，计算容性负载端电压参考值。

例如，在一个可选实施例中，可以将容性负载端电压和蓄电池端电压相除的结果，作为容性负载端电压参考值。基于此，第二设定阈值可以是小于100％的数值。

在可选实施例中，本发明还提供另外一种预充电控制方法，采用如上所述的预充电控制装置1，如图4B所示，包括：

步骤1’、当接收到预充电指令时，接通电阻预充支路；

步骤2’、当容性负载端电压参考值大于第一设定阈值且小于第二阈值时，接通线性预充支路并关断电阻预充支路；

步骤3’、当容性负载端电压参考值大于第二设定阈值时，接通供电支路并关断线性预充支路。

在本发明实施中，第一设定阈值根据阻性预充电和线性预充电的速度需求确定。可参照图6B所示，图6B示出了电阻预充电和线性预充电的电压随时间化的充电特性曲线。从图6B可以看出，单纯采用电阻预充电和单纯采用线性预充电相比：

(1)单纯采用电阻预充电的方式在预充电开始的前期阶段上升的电压，高于单纯采用线性预充电的方式在预充电开始的前期阶段上升的电压，这说明在预充电开始的前期阶段，单纯采用电阻预充电的方式的电压上升速度明显高于单纯采用线性预充电的方式的电压上升速度；

(2)单纯采用电阻预充电的方式在预充电的后期阶段上升的电压，低于单纯采用线性预充电的方式在预充电的后期阶段上升的电压，这说明在预充电的后期阶段，单纯采用电阻预充电的方式的电压上升速度明显低于单纯采用线性预充电的方式的电压上升速度。

考虑到上述，电阻预充电和线性预充电的电压随时间化的充电特性，本发明实施例采用了电阻预充电和线性预充电相结合的方式，在预充电的前期主要采用电阻预充电的方式，在预充电的后期主要采用线性预充电的方式。

综上所述，在本发明实施中，第一设定阈值是根据阻性预充和线性预充两种方式的预充电速度需求而确定的，在小于第一设定阈值时阻性预充速度基本大于线性预充速度，在大于第一设定阈值时线性预充速度基本大于阻性预充速度。在可选实施例中，第一设定阈值可设置为40％～60％。

在本发明实施例中，如果将容性负载端电压和蓄电池端电压相除的结果作为容性负载端电压参考值，则第二设定阈值可以设置为小于100％。因为预充电控制装置的存在，在预充电过程中因为电阻预充支路和线性预充支路的接通而使得容性负载端的电压永远无法达到蓄电池端的电压，所以设置第二设定阈值，当达到该第二设定阈值时，断开电阻预充支路和线性预充支路并接通供电支路以正常供电。考虑到断开电阻预充支路和线性预充支路并接通供电支路时电压跳变对容性负载的冲击，第二设定阈值尽量使得容性负载端的电压靠近蓄电池端的电压，容性负载端的电压靠近蓄电池端的电压，在可选实施例中，第二设定阈值可设置为90％～95％。

在一个可选实施例中，执行预充电控制方法的机构包括如上所述的预充电控制装置，而指令执行预充电控制方法的模块例如主控制模块，其中，主控制模块可以是采用蓄电池供电的设备中的主控制模块，例如，对于电动汽车来说，主控制模块可以是电动汽车中的VCU(Vehicle control unit，车辆控制单元)。预充电指令由主控制模块下发至预充电控制装置中的电压采样控制模块。

在一个可选实施例中，步骤1中，主控制模块下发预充电指令，当电压采样控制模块接收到预充电指令时，利用第一驱动信号接通电阻预充支路。

在一个可选实施例中，步骤2中，电压采样控制模块在第二电压采样点和第一电压采样点采集电压(例如周期性的采集)，并获得容性负载端电压参考值，将容性负载端电压参考值与第一设定阈值进行比较，当容性负载端电压参考值大于第一设定阈值时，电压采样控制模块便利用第二驱动信号接通线性预充支路。

在一个可选实施例中，步骤3中，电压采样控制模块在第二电压采样点和第一电压采样点采集电压(例如周期性的采集)，并获得容性负载端电压参考值，将容性负载端电压参考值与第二设定阈值进行比较，当容性负载端电压参考值大于第二设定阈值时，电压采样控制模块便利用第二驱动信号接通线性预充支路。

在本发明实施例中，考虑到蓄电池端的电压并非固定不变，而是会随着预充电的进行而产生变化，即蓄电池端电压会随着预充电的进行而降低，因此，容性负载端电压参考值采用相对值的形式。在本发明实施例中，可以采用如下方法获取容性负载端电压参考值：

监控容性负载端电压和蓄电池端电压；

将容性负载端电压和蓄电池端电压相除的结果，作为容性负载端电压参考值。

其中，结合图3所示，本发明实施例中，容性负载端电压(Vcap)可在图中的第二电压采样点采集，蓄电池端电压(Vp)可在图中的第一电压采样点采集。

在一个可选实施例中，在接通电阻预充支路之前，所述的预充电控制方法还包括：

检测容性负载端的电压，若容性负载端的电压不为零，则发出预警提示，并停止预充电。

在该可选实施例中，是在初始阶段中当第一通断控制单元112的第一MOS管、第二通断控制单元122的第二MOS管和第三通断控制单元131的继电器均处于断开状态时，通过对第二电压采样点电压的采集来判断第一MOS管、第二MOS管和/或继电器是否存在异常，如果此时第二电压采样点的电压大于零，则说明在尚未上电时，容性负载端就已经存在电压，就可能存在蓄电池和容性负载之间存在漏电情况，这种情况可能是由第一MOS管、第二MOS管和/或继电器的短路故障所导致的。

在一个可选实施例中，从接通线性预充支路开始计时，若从接通线性预充支路开始后的第二时间阈值范围内，容性负载端电压参考值未达到第二设定阈值，则发出预警提示，并停止预充电。

在一个可选实施例中，从接通电阻预充支路开始计时，若从接通电阻预充支路开始后的第一时间阈值范围内，容性负载端电压参考值未达到第一设定阈值，则发出预警提示，并停止预充电。

其中，第一时间阈值和第二时间阈值的设定是根据电阻预充阶段和线性预充阶段的实际需要时间和增加允许的冗余时间来确定，例如，第一时间阈值可设置为电阻预充阶段的实际需要时间的2至3倍，第二时间阈值可设置为线性预充阶段的实际需要时间的2至3倍。

以下结合一个具体的实施例，对上述可选实施例进行进一步说明。

如图5所示，本发明实施例中，整个预充电控制装置的工作状态包括六个状态：初始检测状态、待机状态、阻性预充状态、线性预充状态、正常供电状态(预充电完成)和异常状态。在一个具体实施例中，各个工作状态的控制，可利用电压采样控制模块实现。

图5中，(1)表示系统上电，其中，系统为采用本发明实施例的预充电控制装置和方法的系统，若本发明实施例的预充电控制装置和方法应用于电动汽车，则系统为电动汽车的系统，例如包含了电动汽车动力电池所供电的后级电路，而本发明实施例的预充电控制装置是电动汽车动力电池的总正开关，在一个可选实施例中，系统特指前述中的主控制模块；(2)表示初始检测正常(第一MOS管、第二MOS管和继电器均正常)；(3)表示电压采样控制模块收到主控制模块发出的预充电开始命令；(4)表示第二电压采样点(Vcap)电压参考值达到第一设定阈值；(5)表示第二电压采样点(Vcap)电压参考值达到第二设定阈值；(6)表示电压采样控制模块收到主控制模块发出的停止供电的命令；(7)表示初始检测异常(第一MOS管或第二MOS管或继电器异常)；(8)表示阻性预充超时(此时预充电阻单元异常)；(9)表示线性预充超时(此时线性预充单元异常)。

初始检测状态：系统上电(例如主控制模块上电)后，首先进入到初始检测状态，此时继电器前级电压(即第一电压采样点的电压)即为蓄电池电压(V_bat)，电压采样控制模块通过判断继电器后级电压(即第二电压采样点的电压)是否有为零即可判断系统开关(第一MOS管、第二MOS管和继电器)是否正常，若继电器后级电压为零则正常，若继电器后级电压不为零则异常，若异常则跳转异常状态，发出预警提示，禁止预充电。

待机状态：当初始检测正常时，跳转到待机状态，等待主控制模块的预充电命令。

阻性预充状态：当电压采样控制模块收到主控制模块的预充电开启命令之后首先进行阻性预充，此时电压采样控制模块将第一驱动信号加载至第一MOS管的栅极使得第一MOS管导通从而接通电阻预充支路11，电阻预充支路的预充电的特性曲线如图6A中的电阻预充段曲线，初始阶段充电电流较大，预充速度较快，随着预充进程的时间推移，预充速度越来越慢。在电阻预充允许时间内，预充电压达到切换电压V_switch时进入线性预充阶段，否则表示预充电阻单元异常，跳转异常状态，停止预充电。在此，电阻预充允许时间即为前述中的第一时间阈值，若从第一MOS管导通开始并且在第一时间阈值范围内，预充电压(容性负载端电压参考值)达到了切换电压V_switch，则进入线性预充阶段，若从第一MOS管导通开始一直到第一时间阈值时，预充电压(容性负载端电压参考值)始终未达到切换电压V_switch，则跳转到异常状态(报警)，停止预充电。

线性预充状态：进入线性预充阶段时，电压采样控制模块将第二驱动信号加载至第二MOS管的栅极使得第二MOS管导通从而接通线性预充支路12，系统恒定以切换电压V_switch点的当前的电流进行预充电，即实现线性预充，其预充电特性如图6A中的线性预充段曲线，整个预充电速度是恒定值，在线性预充的允许时间内达到目标电压V_end时，则表示预充电完毕，否则表示线性预充单元异常，跳转异常状态，停止预充电。在此，线性预充的允许时间即为前述中的第二时间阈值，若从第二MOS管导通开始并且在第二时间阈值范围内，预充电压(容性负载端电压参考值)达到了目标电压V_end，则预充完毕并进入正常供电阶段，若从第二MOS管导通开始一直到第二时间阈值时，预充电压(容性负载端电压参考值)始终未达到目标电压V_end，则跳转到异常状态(报警)，停止预充电。

正常供电状态：进入正常供电阶段时，电压采样控制模块将第三驱动信号加载到继电器使得继电器闭合，并停止第一驱动信号和第二驱动信号的加载以切断电阻预充支路11和线性预充支路12从而禁止阻性预充和线性预充功能，保持系统正常供电。

异常状态：禁止预充电功能，同时停止第三驱动信号的加载以切断继电器从而停止对容性负载的供电，并将相应的异常原因上报主控制模块进行显示交互。

由于蓄电池电压是变化的，是一种特殊的直流电源，为了提高对蓄电池这种特性的适用性，本发明实施例的整个预充过程中用到的切换电压和目标电压都是以第二电压采样点和第一电压采样点的采样值直接相除取百分比实现的(不直接采用电压数值进行判断)。同时，通过这种方式可以实现多种不同电压标准的蓄电池的供电控制，不仅可针对48V蓄电池，也可兼容24V蓄电池的控制，提高了整个控制系统的适用范围，支持较宽范围的直流源的供电控制。

切换电压和目标电压的选取决定整个系统的预充电速度，预充电速度太快对应较大的预充电电流，预充电速度太慢对应较低的预充电效率，为了提高本预充电控制装置的对不同预充电性能要求的适应性，本发明实施例开放切换电压(第一设定阈值)和目标电压(第二设定阈值)的设置接口，由于目标电压对充电速度的影响较小，本发明实施例将目标电压(第二设定阈值)设定为固定阈值(一般取蓄电池电压V_bat的90％～95％，优选为95％)。在不改变硬件特性的情况下，通过改变切换电压(第一设定阈值)的大小改变整个系统的预充电速度，使得预充电速度可调节，分别以方案1(第一设定阈值为40％)和方案2(第一设定阈值为60％)进行预充电，两种方案的预充电过程对比示意图如图7所示，由图7可以看出，方案1的预充电速度明显大于方案2。在一个实施例中，可在电压采样控制模块中设定第一设定阈值和第二设定阈值。

本发明实施例的预充电控制装置和方法具有以下有益效果：

可靠性高：可通过实际的继电器后级电压(容性负载端电压)的实时采样判断预充电的进展，同时通过超时机制可判断出预充电控制装置的健康状态，可靠性高。

预充电速度可调：预充电速度不完全受硬件限制，可调整控制线性预充的切换电压以及目标电压的百分比大小实现预充电速度的调节。

预充电效率较高：通过电阻预充和线性预充的结合，充分利用两种预充电形式的特性，提高了预充电效率。

支持较宽范围的电源输入：考虑到供电电源是电压动态变化的蓄电池，因此需要支持不同电压时的预充电操作，本发明中的电压采样都未采用实际电压值，而是以电池电压采样值的百分比进行比较，整个预充电控制系统针对不同电源的适用性较好。

支持上电初始阶段的自检，自检继电器后级电压是否为零，若继电器后级电压不为零则做出反馈，禁止预充电。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。

Claims (12)

1.一种预充电控制装置，其特征在于：

所述预充电控制装置包括电阻预充支路、线性预充支路、供电支路和电压采样控制模块，所述电阻预充支路、所述线性预充支路和所述供电支路并联于蓄电池和容性负载之间；其中，

所述电阻预充支路在第一驱动信号的驱动下接通或关断；

所述线性预充支路在第二驱动信号的驱动下接通或关断；

所述供电支路在第三驱动信号的驱动下接通或关断；

所述电压采样控制模块分别采集所述蓄电池端的电压和所述容性负载端的电压，并将所述容性负载端电压和所述蓄电池端电压相除的结果，作为所述容性负载端电压参考值，并根据容性负载端电压参考值分别控制所述第一驱动信号、所述第二驱动信号和所述第三驱动信号；其中，电压采样控制模块当接收到预充电指令时，接通所述电阻预充支路；当容性负载端电压参考值大于第一设定阈值且小于第二阈值时，接通所述线性预充支路，或者接通所述线性预充支路并关断所述电阻预充支路；从接通所述线性预充支路开始计时，若从接通所述线性预充支路开始后的第二时间阈值范围内，所述容性负载端电压参考值未达到第二设定阈值，则发出预警提示，并停止预充电；

当所述电压参考值达到所述第二设定阈值时，断开电阻预充支路和线性预充支路并接通供电支路以正常供电。

2.根据权利要求1所述的预充电控制装置，其特征在于：

所述电阻预充支路、所述线性预充支路和所述供电支路并联于所述蓄电池的第一电极和所述容性负载的第一电极连接端之间；

所述蓄电池的第二电极电连接于所述容性负载的第二电极连接端；

所述电压采样控制模块分别采集所述蓄电池的第一电极端的电压和所述容性负载的第一电极连接端的电压。

3.根据权利要求1所述的预充电控制装置，其特征在于，所述电阻预充支路包括：

预充电阻单元，所述预充电阻单元的一端电连接于所述蓄电池；

第一通断控制单元，所述第一通断控制单元具有两个连接端和一个控制端，所述第一通断控制单元的两个连接端分别电连接于所述预充电阻单元的另一端和所述容性负载，所述第一通断控制单元的控制端接收所述第一驱动信号，以在所述第一驱动信号的驱动下导通或关断。

4.根据权利要求1所述的预充电控制装置，其特征在于，所述线性预充支路包括：

线性预充单元，所述线性预充单元的一端电连接于所述蓄电池；

第二通断控制单元，所述第二通断控制单元具有两个连接端和一个控制端，所述第二通断控制单元的两个连接端分别电连接于所述线性预充单元的另一端和所述容性负载，所述第二通断控制单元的控制端接收所述第二驱动信号，以在所述第二驱动信号的驱动下导通或关断。

5.根据权利要求1所述的预充电控制装置，其特征在于，所述供电支路包括：

第三通断控制单元，所述第三通断控制单元具有两个连接端和一个控制端，所述第三通断控制单元的两个连接端分别电连接于所述蓄电池和所述容性负载，所述第三通断控制单元的控制端接收所述第三驱动信号，以在所述第三驱动信号的驱动下导通或关断。

6.根据权利要求3所述的预充电控制装置，其特征在于：

所述第一通断控制单元包括第一MOS管，所述第一MOS管的源极和漏极分别电连接于所述预充电阻单元的另一端和所述容性负载，所述第一MOS管的栅极接收所述第一驱动信号。

7.根据权利要求4所述的预充电控制装置，其特征在于：

所述第二通断控制单元包括第二MOS管，所述第二MOS管的源极和漏极分别电连接于所述线性预充单元的另一端和所述容性负载，所述第二MOS管的栅极接收所述第二驱动信号。

8.根据权利要求5所述的预充电控制装置，其特征在于：

所述第三通断控制单元包括继电器，所述继电器的一对常开触点分别电连接于所述蓄电池和所述容性负载，所述继电器的控制端接收所述第三驱动信号。

9.一种预充电控制方法，采用如权利要求1至8任一项所述的预充电控制装置，所述预充电控制方法包括：

当接收到预充电指令时，接通所述电阻预充支路；

当容性负载端电压参考值大于第一设定阈值且小于第二阈值时，接通所述线性预充支路；

当所述容性负载端电压参考值大于第二设定阈值时，接通所述供电支路并关断所述电阻预充支路和所述线性预充支路；

或者，

当接收到预充电指令时，接通所述电阻预充支路；

当容性负载端电压参考值大于第一设定阈值且小于第二阈值时，接通所述线性预充支路并关断所述电阻预充支路；

当所述容性负载端电压参考值大于第二设定阈值时，接通所述供电支路并关断所述线性预充支路。

10.根据权利要求9所述的预充电控制方法，其特征在于：

所述第一设定阈值根据阻性预充电和线性预充电的速度需求确定；

所述第二设定阈值小于100％。

11.根据权利要求9所述的预充电控制方法，其特征在于，在接通所述电阻预充支路之前，所述方法还包括：

检测所述容性负载端的电压，若所述容性负载端的电压不为零，则发出预警提示，并停止预充电。

12.根据权利要求9所述的预充电控制方法，其特征在于，所述方法还包括：

从接通所述电阻预充支路开始计时，若从接通所述电阻预充支路开始后的第一时间阈值范围内，所述容性负载端电压参考值未达到第一设定阈值，则发出预警提示，并停止预充电。

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