CN111627735A - 混合开关装置的控制方法、装置、设备和介质 - Google Patents

Abstract

本申请公开了混合开关装置的控制方法、装置、设备和介质，涉及电力电子领域。该方法包括：确定混合开关装置进入输电模式；在开关导通阶段，在第一机械开关单元处于断开状态的条件下，控制第二机械开关单元和半导体开关单元依次导通；在输电阶段，控制第一机械开关单元处于导通状态且控制半导体开关单元处于断开状态；在开关断开阶段，在第一机械开关单元处于断开状态的条件下，控制半导体开关单元和第二机械开关单元依次断开。本申请实施例提供的混合开关装置的控制方法、装置、设备和介质，可以提高开关装置的安全性。

Description

混合开关装置的控制方法、装置、设备和介质

技术领域

本申请涉及电力电子领域，尤其涉及混合开关装置的控制方法、装置、设备和介质。

背景技术

随着电力电子领域的快速发展，对电路的控制需求越来越多，特别是对高压大电流电路。

现阶段，往往利用开关器件控制电路中电流的传输，开关器件可以中断电流或者允许电流流过。由于开关器件往往影响着用电安全性且决定着电子器件的控制灵敏度，开关器件的安全性也至关重要。然而，开关器件的安全性往往会因为瞬间大电流的冲击或者热失效等原因受到影响。

发明内容

本申请实施例提供的混合开关装置的控制方法、装置、设备和介质，可以提高开关装置的安全性。

第一方面，本申请实施例提供了一种混合开关装置的控制方法，混合开关装置包括：第一支路，第一支路包括第一机械开关单元；第二支路，第二支路包括相串联的第二机械开关单元和半导体开关单元；以及缓冲保护单元，缓冲保护单元与半导体开关单元并联，缓冲保护单元用于减缓浪涌电流对半导体开关单元的冲击；方法包括：确定混合开关装置进入输电模式，输电模式按照先后次序包括开关导通阶段、输电阶段和开关断开阶段；在开关导通阶段，在第一机械开关单元处于断开状态的条件下，控制第二机械开关单元和半导体开关单元依次导通；在输电阶段，控制第一机械开关单元处于导通状态且控制半导体开关单元处于断开状态；在开关断开阶段，在第一机械开关单元处于断开状态的条件下，控制半导体开关单元和第二机械开关单元依次断开。

在一种可选的实施方式中，输电模式还包括第一过渡阶段，第一过渡阶段处于开关导通阶段与输电阶段之间；方法还包括：在第一过渡阶段，先控制第一机械开关单元导通，再控制半导体开关单元断开。

在一种可选的实施方式中，输电模式还包括第二过渡阶段，第二过渡阶段处于输电阶段与开关断开阶段之间；方法还包括：在第二过渡阶段，先控制半导体开关单元导通，再控制第一机械开关单元断开。

在一种可选的实施方式中，输电模式还包括预充阶段，预充阶段处于开关导通阶段与输电阶段之间；方法还包括：在预充阶段，在第一机械开关单元处于断开状态且第二机械开关单元处于导通状态的条件下，控制半导体开关单元间隔性导通。

在一种可选的实施方式中，在开关导通阶段，在第一机械开关单元处于断开状态的条件下，控制第二机械开关单元和半导体开关单元依次导通，具体包括：在确定混合开关装置进入输电模式之后，进入开关导通阶段；若总电流和第二支路的电流均等于0，控制第二机械开关单元导通，其中，总电流为第一支路与第二支路的电流之和；在第二机械开关单元导通预设时长之后，控制半导体开关单元导通。

在一种可选的实施方式中，在开关断开阶段，在第一机械开关单元处于断开状态的条件下，控制半导体开关单元和第二机械开关单元依次断开，具体包括：在第一机械开关单元处于断开状态的条件下，若总电流和第二支路的电流均等于期望输电电流，控制半导体开关单元断开，其中，总电流为第一支路与第二支路的电流之和；在控制半导体开关单元断开之后，若总电流和第二支路的电流均等于0，控制第二机械开关单元断开。

在一种可选的实施方式中，在第一过渡阶段，先控制第一机械开关单元导通，再控制半导体开关单元断开，具体包括：若总电流和第二支路的电流均等于期望输电电流，控制第一机械开关单元导通，其中，总电流为第一支路与第二支路的电流之和；在控制第一机械开关单元导通之后，若总电流等于期望输电电流且第二支路的电流等于目标电流，则控制半导体开关单元断开，其中，目标电流小于期望输电电流。

在一种可选的实施方式中，在第二过渡阶段，先控制半导体开关单元导通，再控制第一机械开关单元断开，具体包括：在接收到关断指令之后，进入第二过渡阶段；若总电流等于期望输电电流且第二支路的电流等于0，控制半导体开关单元导通，其中，总电流为第一支路与第二支路的电流之和；在控制半导体开关单元导通之后，若总电流等于期望输电电流且第二支路的电流等于目标电流，控制第一机械开关单元断开，其中，目标电流小于期望输电电流。

第二方面，本申请实施例提供了一种混合开关装置的控制装置，包括：第一支路，第一支路包括第一机械开关单元；第二支路，第二支路包括相串联的第二机械开关单元和半导体开关单元，以及缓冲保护单元，缓冲保护单元与半导体开关单元并联，缓冲保护单元用于减缓浪涌电流对半导体开关单元的冲击；控制装置包括：确定模块，用于确定混合开关装置进入输电模式，输电模式按照先后次序包括开关导通阶段、输电阶段和开关断开阶段；控制模块，用于在开关导通阶段，还用于在第一机械开关单元处于断开状态的条件下，控制第二机械开关单元和半导体开关单元依次导通；以及，还用于在输电阶段，控制第一机械开关单元处于导通状态且控制半导体开关单元处于断开状态；以及，还用于在开关断开阶段，在第一机械开关单元处于断开状态的条件下，控制半导体开关单元和第二机械开关单元依次断开。

第三方面，本申请实施例提供一种混合开关系统，包括：

第二方面提供的混合开关装置，和，第二方面或第二方面的任一可选的实施方式提供的混合开关装置的控制装置。

第四方面，提供一种混合开关装置的控制设备，包括：存储器，用于存储程序；处理器，用于运行存储器中存储的程序，以执行第一方面或第一方面的任一可选的实施方式提供的混合开关装置的控制方法。

第五方面，提供一种计算机存储介质，计算机存储介质上存储有计算机程序指令，计算机程序指令被处理器执行时实现第一方面或第一方面的任一可选的实施方式提供的混合开关装置的控制方法。

根据本申请实施例中的混合开关装置的控制方法、装置、设备和介质，在进入输电模式之后，可以依次进入开关导通阶段、输电阶段和开关断开阶段。其中，在开关导通阶段控制半导体开关单元后于第二机械开关单元闭合，以及在开关断开阶段控制半导体开关单元先于第二机械开关单元断开，能够利用半导体开关单元承受混合开关装置导通或闭合时产生的浪涌电流，由于半导体开关单元串联有缓冲保护单元，能够有效防止混合开关装置导通时的浪涌电流对混合开关装置的冲击。以及，在输电阶段控制第一机械开关单元处于导通状态且控制半导体开关单元处于断开状态，在利用第一机械开关单元输电的同时能够防止半导体开关单元因升温导致的热失效问题。因此，本申请实施例提供的混合开关装置的控制方法、装置、设备和介质，可以提高开关装置的安全性。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本申请实施例提供的一种示例性的电池输电电路的结构示意图；

图2是本申请实施例提供的一种混合开关装置的结构示意图；

图3是本申请实施例提供的一种混合开关装置的控制方法；

图4是本申请实施例提供的输电过程中一种示例性的开关控制时序和混合开关装置内部电流的示意图；

图5是本申请实施例提供的另一种混合开关装置的控制方法的流程示意图；

图6是本申请实施例提供的又一种混合开关装置的控制方法的流程示意图；

图7是本申请实施例提供的又一种混合开关装置的控制方法的流程示意图；

图8是本申请实施例提供的一种混合开关装置的控制装置的结构示意图；

图9是本申请实施例提供的一种混合开关系统的结构示意图；

图10是本申请实施例提供的一种混合开关装置的控制设备的示例性硬件架构的结构图。

具体实施方式

下面将详细描述本申请的各个方面的特征和示例性实施例，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，对本申请进行进一步详细描述。应理解，此处所描述的具体实施例仅被配置为解释本申请，并不被配置为限定本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以在不需要这些具体细节中的一些细节的情况下实施。下面对实施例的描述仅仅是为了通过示出本申请的示例来提供对本申请更好的理解。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括……”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

现阶段，可以使用传统机械式开关控制电路通断。然而，在大电流带载切断情况下，瞬间大电流产生的拉弧现象会对传统机械式开关的触头进行烧蚀或熔接。以继电器为例，每年电池管理系统平台市场继电器失效案例居高不下，经调查发现继电器容性带载闭合及带载切断为主要失效原因。

为了解决拉弧现象对开关的影响，在一种相关技术中，可以对传统机械式开关进行结构优化。这种方式在一定程度上能够改善这一情况的发生，但是增加了成本和体积且无法从根本上解决这一问题。

在另一种相关技术中，可以使用半导体开关来避免拉弧的产生，但是半导体开关也带来了下述问题：（1）导通损耗增大的问题；（2）热失控风险增高的问题；（3）需要增加散热结构以防止热失效及成本大大增加的问题；（4）半导体开关无法满足车规级的隔离标准。

基于现有开关存在的上述问题，本申请实施例提供了一种混合开关装置。

首先，为了充分了解混合开关装置，本申请实施例先结合电池输电电路对混合开关装置的应用场景进行具体说明。

图1是本申请实施例提供的一种示例性的电池输电电路的结构示意图。

如图1所示，电池输电电路包括：混合开关装置10、电池20。电池输电电路可以将电池20的电能传输至负载端，也就是说电池20处于放电模式。此时电池输电电路通过端口A₁、A₂与负载端连接。其中，负载端可以包括负载31和/或负载电容32。此外，电池输电电路还可以通过端口A₁、A₂接收外部电源输入的电能，此时电池20处于充电模式。

其中，混合开关装置10可以控制电池输电电路的通断。具体地，混合开关装置10可以设置在正极输电线路上，也就是说混合开关装置10与电池20的正极连接。混合开关装置10也可以设置在负极输电线路上，也就是说混合开关装置10与电池20的负极连接，对混合开关装置10的具体设置位置不作具体限制。

其中，电池20可以是电池包、电池模组或者单体电芯等能够将其他形式的能量转换为电能，并向外传输的储能单元。本申请实施例对电池20的具体结构不作限制。

可选地，电池输电电路还可以包括预充回路。比如，预充回路可以包括预充电容，预充电容的一端连接至正极输电线路，预充电容的另一端连接至负极输电线路。

其次，为了充分了解混合开关装置10，本申请下述部分将结合附图对其具体结构进行具体说明。

图2是本申请实施例提供的一种混合开关装置的结构示意图。如图2所示，混合开关装置10包括：第一支路11和第二支路12。第一支路11的一端和第二支路12的一端交汇于节点B₁，第一支路11的另一端和第二支路12的另一端交汇于节点B₂。需要说明的是，图2中的较粗的线条表示输电干路40。混合开关装置10通过输电干路40与电池20连接。图2中的输电干路即为图1中的正极输电线路或者负极输电线路。当第一支路11和第二支路12中至少一条支路导通时，混合开关装置10导通；当第一支路11和第二支路12均断开时，混合开关装置10断开。

首先，对于第一支路11，第一支路11包括第一机械开关单元K1。继续参见图2，第一机械开关单元K1的一端与半导体开关单元Q1的一端相连，第一机械开关单元K1的另一端与第二机械开关单元K2的另一端相连。其中，半导体开关单元Q1的另一端与第二机械开关单元K2的一端相连。

其中，第一机械开关单元K1采用机械触碰方式改变电路的通断。此外，第一机械开关单元K1还具备电气隔离的作用。示例性地，第一机械开关单元K1可以采用继电器，或者是其他机械式开关，对此不做限制。

其次，对于第二支路12，第二支路12包括：第二机械开关单元K2、半导体开关单元Q1和缓冲保护单元121。其中，继续参见图2，第二机械开关单元K2与半导体开关单元Q1相串联。

第二机械开关单元K2与第一机械开关单元K1的结构和类型相同，在此不再赘述。

半导体开关单元Q1表示以半导体为材料的开关。示例性地，半导体开关单元Q1可以具体实现为三级管、金氧半场效晶体管（Metal-Oxide-Semiconductor Field-EffectTransistor，MOSFET）、绝缘栅双极型晶体管（Insulated Gate Bipolar Transistor，IGBT），对半导体开关单元Q1的具体类型不作限制。

缓冲保护单元121与半导体开关单元Q1并联，也就是说，缓冲保护单元121的一端连接半导体开关单元Q1的一端，缓冲保护单元121的另一端连接半导体开关单元Q1的另一端。

缓冲保护单元121用于减缓浪涌电流对半导体开关单元Q1的冲击，也就是说，能够使半导体开关单元Q1避免因过电压或过电流所造成的损坏。此外，缓冲保护单元121能够消耗半导体开关单元Q1的电路中的多余能量。示例性地，缓冲保护单元121可以具体实现为RCD吸收电路、或者RC缓冲电路、或者C缓冲电路等。

需要说明的是，由于机械开关单元具备电气隔离特性，混合开关装置10的两个支路中各自包括一个机械开关单元，混合开关装置10也具备电气隔离特征，从而使得混合开关装置10能够满足车规级的隔离标准。

在一些实施例中，混合开关装置10的各组件可以集成在同一电路板上。也就是说，第一机械开关单元K1、第二机械开关单元K2、半导体开关单元Q1和缓冲保护单元121等器件可以集成在同一电路板上。

此外，对于混合开关装置10，结合特定的控制方法，混合开关装置10可以兼具半导体开关和机械式开关的优点，降低开关的能量损耗并提高开关的稳定性和可靠性。具体来说，结合特定的控制方法，混合开关装置10可以利用并联有缓冲保护单元121的半导体开关单元Q1来承受电路开启和关断过程中产生的浪涌电流的冲击，避免机械开关中流过大电流，从而避免电弧火花造成的机械开关的触电熔接问题，减少机械开关的失效问题。同时，又可以利用机械式开关的低导通损耗，降低混合开关装置10在导通过程中的能量损耗，减少热量的产生，有效降低了因半导体开关散热不畅所带来的热失效问题。

本申请实施例的下述部分将结合附图对混合开关装置10的控制方法进行具体解释说明。

图3是本申请实施例提供的一种混合开关装置的控制方法。如图3所示，混合开关装置的控制方法300可以具体包括如下步骤S310至S340。在一些实施例中，可选地，各步骤的执行主体可以是微控制器（Micro Control Unit，MCU）。

S310，确定混合开关装置10进入输电模式。其中，输电模式按照先后次序包括开关导通阶段、输电阶段和开关断开阶段。

在本步骤中，若电池20需要充放电时，需要混合开关装置10导通，此时混合开关装置10需要先后经历三个阶段。第一阶段，开关导通阶段，此时，混合开关装置10需要从断开状态切换至导通状态。第二阶段，输电阶段，此时混合开关装置10需要持续导通。第三阶段，开关断开阶段，此时混合开关装置10需要从导通状态切换至断开状态。

在一些实施例中，若接收到外部发送的开启指令，则可以确定混合开关装置10进入输电模式，并立即或者间隔预设时长后自动进入开关导通阶段。可选地，开启指令可以是由电池管理系统（Battery Management System，BMS）发送的。比如，由BMS中的高压配电盒（Power Distribution Unit，PDU）发送。其中，开启指令用于控制方法300的执行主体控制混合开关装置10导通。

在一些实施例中，除了上述三个阶段之外，输电模式还可以包括其他阶段，比如位于开关导通阶段与输电阶段之间的第一过渡阶段。又比如，位于输电阶段与开关断开阶段之间的第二过渡阶段。又比如，位于开关导通阶段与输电阶段之间的预充阶段。

示例性地，图4是本申请实施例提供的输电过程中一种示例性的开关控制时序和混合开关装置内部电流的示意图。如图4所示，在时间段t0~t7之间混合开关装置10处于输电模式。其中，时间段t0~t1对应开关导通阶段，时间段t1~t3对应第一过渡阶段，时间段t3~t4对应输电阶段，时间段t4~t6对应第二过渡阶段，时间段t6~t7对应开关断开阶段。其中，图4未示出预充阶段。

在确定混合开关装置10进入输电模式之后，可以利用图4示出的各开关单元的控制信号的时序图对各开关单元的通断进行控制。其中，当控制信号为高电平时，开关单元导通；当控制信号为低电平时，开关单元断开。

S320，在开关导通阶段，在第一机械开关单元K1处于断开状态的条件下，控制第二机械开关单元K2和半导体开关单元Q1依次导通。

在本步骤中，在混合开关装置10从断开状态切换至导通状态的瞬间，浪涌电流会对瞬时导通的开关进行冲击。为了防止第一机械开关单元K1受到冲击，在开关导通阶段，特别是在混合开关装置10从断开状态切换至导通状态的瞬间，需要控制第一机械开关单元K1处于断开状态。

另外，在本步骤中，第二机械开关单元K2先于半导体开关单元Q1导通，在半导体开关单元Q1导通的瞬间混合开关装置10导通，此时会有浪涌电流对半导体开关单元Q1进行冲击，由于半导体开关单元Q1两端并联有缓冲保护单元121，半导体开关单元Q1可以承受浪涌电流的冲击。

在一些实施例中，在开关导通阶段，可以根据输电干路40的总电流或者第二支路12的电流控制各开关的导通。此时，S320的具体实施方式包括步骤a1-步骤a3。

步骤a1，在确定混合开关装置进入输电模式之后，进入开关导通阶段。

可选地，在接收到开启指令后，可以确定混合开关装置10进入输电模式，在进入充电模式后立即或者间隔预设时长后自动进入开关导通阶段。

示例性地，继续参见图4，在t0时刻接收到开启指令后，确定进入输电模式并直接进入开关导通阶段t0~t1。

步骤a2，若总电流和第二支路12的电流均等于0，控制第二机械开关单元K2导通。其中，总电流为第一支路与第二支路的电流之和。

可选地，可以在输电干路40设置电流采集单元来采集总电流。可以在第二支路12设置电流采集单元来采集第二支路12的电流。其中，可以选用分流电阻式电流采集装置（shunt）采集支路和干路电流。

示例性地，继续参见图4，在t0时刻接收到开启指令后，干路总电流和第二支路的电流均等于0，此时将K2控制信号调制为高电平信号，从而控制K2导通。

需要说明的是，电流值等于0仅是理想状态下的数值，在实际应用场景中可以考虑一定程度的裕量。也就是说，若总电流和第二支路电流均处于预设裕量区间内，控制第二机械开关单元K2导通。该预设裕量区间包括0在内。也就是说，只要电流落入该裕量区间，均可以认为电流值等于0。

步骤a3，在第二机械开关单元K2导通预设时长之后，控制半导体开关单元导通。

其中，预设时长可以是第二机械开关单元K2的反应时间，例如，10ms。示例性地，继续图4，在t2时刻，第二机械开关单元K2导通时长达到预设时长，此时将Q控制信号调制为高电平信号，从而控制半导体开关单元Q1导通。

通过本实施例的调制方式，外部单元仅需发送一个开启指令，即可根据电流变化和导通时长控制相应地开关导通，实现了输电过程的自动化控制。

S330，在输电阶段，控制第一机械开关单元K1处于导通状态且控制半导体开关单元Q1处于断开状态。

在本步骤中，在输电阶段，电流持续从混合开关装置10的导通支路流过。考虑到机械开关的热量损耗低于半导体开关，为了降低混合开关装置10的热量损耗，以及降低因热量损耗所导致的热失控风险，在输电阶段，应保证半导体开关单元Q1上没有电流流经。也就是说，电流需要从第一支路11上流过，第二支路12上的电流应为0。因此，在S330中需要控制第一机械开关单元K1导通且半导体开关单元Q1断开。

示例性地，继续参见图4，在输电阶段，即时间段t3~t4，K2控制信号保持高电平不变，Q控制信号保持低电平不变。此时，K1控制信号可以维持前一阶段的状态。

S340，在开关断开阶段，在第一机械开关单元K1处于断开状态的条件下，控制半导体开关单元Q1和第二机械开关单元K2依次断开。

在本步骤中，在开关断开阶段，此时混合开关装置10需要从导通状态切换至断开状态。在装置从导通状态切换至断开状态的瞬间，浪涌电流会对瞬时关闭的开关进行冲击。为了防止第一机械开关单元K1受到冲击，在开关断开阶段，特别是在混合开关装置10从导通状态切换至断开状态的瞬间，需要控制第一机械开关单元K1处于断开状态。

另外，在本步骤中，半导体开关单元Q1先于第二机械开关单元K2断开，在半导体开关单元Q1断开的瞬间混合开关装置10断开，此时会有浪涌电流对半导体开关单元Q1进行冲击，由于半导体开关单元Q1两端并联有缓冲保护单元121，半导体开关单元Q1可以承受浪涌电流的冲击。

在一些实施例中，在开关断开阶段，可以根据输电干路40的总电流或者第二支路的电流控制各开关的导通。S340的具体实施方式包括步骤b1和步骤b2。

步骤b1，在第一机械开关单元K1处于断开状态的条件下，若总电流和第二支路的电流均等于期望输电电流，控制半导体开关单元Q1断开。

其中，期望输电电流可以是正常情况下电池20输出的电流，可以用I_work表示。需要说明的是，电流值仅是理想状态下等于I_work，在实际应用场景中可以考虑一定程度的裕量。也就是说，在预设裕量区间内，均可以认为电流值近似等于I_work。

在步骤b1中，总电流和第二支路12的电流均等于期望输电电流，则表征第一支路11上无电流，也就是说第一机械开关单元K1已断开。在第一机械开关单元K1断开的前提下，闭合半导体开关单元Q1，能够避免在第一机械开关单元K1产生浪涌电流。

步骤b2，在控制半导体开关单元Q1断开之后，若总电流和第二支路的电流均等于0，控制第二机械开关单元K2断开。

在本步骤中，总电流和第二支路12的电流均等于0，则表征第二支路12无电流，此时断开第二机械开关单元K2，则不会在第二机械开关单元K2上产生浪涌电流，保证了第二机械开关单元K2的安全性。

此外，第二机械开关单元K2断开之后，可以向外部控制模块发送表征输电模式结束的反馈信息。

根据本申请实施例中的混合开关控制方法，在进入输电模式之后，可以依次进入开关导通阶段、输电阶段和开关断开阶段。其中，在开关导通阶段控制半导体开关单元后于第二机械开关单元闭合，以及在开关断开阶段控制半导体开关单元先于第二机械开关单元断开，能够利用半导体开关单元承受混合开关装置导通或闭合时产生的浪涌电流，由于半导体开关单元并联有缓冲保护单元，能够有效防止混合开关装置导通时的浪涌电流对混合开关装置的冲击。以及，在输电阶段控制第一机械开关单元处于导通状态且控制半导体开关单元处于断开状态，在利用第一机械开关单元输电的同时能够防止半导体开关单元因升温导致的热失效问题。因此，本申请实施例提供的混合开关控制方法，可以提高开关装置的安全性。

由于在开关导通阶段时第二支路12导通，输电阶段时第一支路11导通，考虑到直接从开关导通阶段切换至输电阶段两个支路的电流变化较大，为了防止过大电流对开关单元的损坏。可以在开关导通阶段与输电阶段之间设置一个用于过渡的第一过渡阶段。

本申请实施例的下述部分将结合附图，对第一过渡阶段展开具体描述。

图5是本申请实施例提供的另一种混合开关装置的控制方法的流程示意图。如图5所示，方法500中的S510-S520、S540-S550基本相同于方法300中的S310-S340，在此不再赘述。不同之处在于，S520和S540之间，混合开关装置的控制方法还包括S530。

S530，在第一过渡阶段，先控制第一机械开关单元K1导通，再控制半导体开关单元Q1断开。

也就是说，在第一过渡阶段，混合开关装置10状态为：第二支路12导通→第一支路11和第二支路12均导通→第一支路11导通。

具体地，在第一过渡阶段，先控制第一机械开关单元K1导通，可以使得第一支路11的电流逐步升高至目标电流，第二支路12的电流从期望工作电流逐步降低至目标电流。此时，再控制半导体开关单元Q1断开，第一支路11的电流从目标电流逐步升高至期望工作电流，第二支路12的电流从目标电流逐步降低至零。从而，第一支路11的电流可以从0逐渐上升至期望工作电流，第二支路12的电流可以从期望工作电流逐渐下降至0，避免了瞬间大电流的产生，进一步提高了混合开关装置10的安全性。

在一些实施例中，S530的具体实施方式包括步骤c1和步骤c2。

步骤c1，若总电流和第二支路12的电流均等于期望输电电流，控制第一机械开关单元K1导通。

继续参见图4，在t1时刻半导体开关单元Q1闭合之后，第二支路的电流并非迅速升高至期望工作电流，而是逐渐上升至期望工作电流。因此，在第一过渡阶段t1~t3，在电流稳定后，即总电流和第二支路的电流均等于期望输电电流时，在时刻t2将K1控制信号调制为高电平信号，第一机械开关单元K1导通。

步骤c2，在控制第一机械开关单元K1导通之后，若总电流等于期望输电电流且第二支路的电流等于目标电流，则控制半导体开关单元Q1断开。

其中，目标电流小于期望输电电流。其中，目标电流是指混合开关装置10的两条支路均导通、且电流值稳定之后，第二支路的电流值。

继续参见图4，第一机械开关单元K1在时刻t2导通之后，混合开关装置10的两条支路均导通，此时干路总电流的一部分电流会逐步分流至第一支路11。当两条支路的电流稳定之后，即总电流等于期望输电电流且第二支路12的电流等于目标电流之后，在时刻t3控制半导体开关单元Q1断开。

在一些实施例中，在时刻t3控制半导体开关单元Q1断开之后，可以向外部控制模块，例如BMS发送表征混合开关装置10完成开关闭合的消息。

由于在输电阶段时第一支路11导通，开关断开阶段时第二支路12导通，考虑到直接从输电阶段切换至开关断开阶段时两条支路的电流变化较大，为了防止过大电流对开关单元的损坏。可以在输电阶段与开关断开阶段之间设置一个用于过渡的第二过渡阶段。

图6是本申请实施例提供的又一种混合开关装置的控制方法的流程示意图。如图6所示，方法600中的S610-S630、S650基本相同于方法300中的S310-S340，在此不再赘述，不同之处在于，S630和S650之间，混合开关装置的控制方法还包括S640。

S640，在第二过渡阶段，先控制半导体开关单元Q1导通，再控制第一机械开关单元K1断开。

也就是说，在第二过渡阶段，混合开关装置10状态为：第一支路11导通→第一支路11和第二支路12均导通→第二支路12导通。

具体地，在第二过渡阶段，先控制半导体开关单元Q1导通，可以使得第二支路12的电流逐步升高至目标电流，第一支路11的电流从期望工作电流逐步降低至目标电流。此时，再控制第一机械开关单元K1断开，第二支路12的电流从目标电流逐步升高至期望工作电流，第一支路11的电流从目标电流逐步降低至零。从而，第二支路12的电流可以从0逐渐上升至期望工作电流，第一支路11的电流可以从期望工作电流逐渐下降至0，避免了瞬间大电流的产生，进一步提高了混合开关装置10的安全性。

在一些实施例中，S640的具体实施方式包括步骤d1和步骤d2。

步骤d1，在接收到关断指令之后，进入第二过渡阶段。

在一些实施例中，关断指令可以是BMS等外部控制模块发送的。比如，BMS在接收到表征混合开关装置10完成开关闭合的通知消息之后，经过预设时长，发送用于指示方法600各步骤执行主体关断混合开关装置10的信息。

步骤d2，若总电流等于期望输电电流且第二支路的电流等于0，控制半导体开关单元Q1导通。

继续参见图4，在时刻t4总电流等于期望输电电流且第二支路12的电流等于0，且干路电流和支路电流均处于稳定状态。此时，在时刻t4将Q控制信号调制为高电平信号，控制半导体开关单元Q1导通。

步骤d3，在控制半导体开关单元Q1导通之后，若总电流等于期望输电电流且第二支路的电流等于目标电流，控制第一机械开关单元K1断开。

继续参见图4，半导体开关单元Q1在时刻t4导通之后，混合开关装置10的两条支路均导通，此时干路总电流的一部分电流会逐步分流至第二支路11。当两条支路的电流稳定之后，即总电流等于期望输电电流且第二支路12的电流等于目标电流之后，在时刻t5控制第一机械开关单元K1断开。

此外，若直接从开关导通阶段进入输电模式，电池20直接进入快速放电模式，会影响电池使用寿命或损坏电池。为了解决该问题，输电模式还可以包括预充阶段，预充阶段位于开关导通阶段与输电阶段之间。示例性地，若输电模式还包括第一过渡阶段，为了简化控制策略，预充阶段可以在开关导通阶段与第一过渡阶段之间。

图7是本申请实施例提供的又一种混合开关装置的控制方法的流程示意图。如图7所示，方法700中的S710-S720、S740-S750基本相同于方法300中的S310-S340，在此不再赘述，不同之处在于，S720和S740之间，混合开关装置的控制方法还包括S730。

S730，在预充阶段，在第一机械开关单元K1处于断开状态且第二机械开关单元K2处于导通状态的条件下，控制半导体开关单元Q1间隔性导通。

示例性地，在S730中可以控制半导体开关单元Q1周期性通断。具体地，采用脉冲宽度调制（Pulse Width Modulation，PWM）信号来控制半导体开关单元Q1的通断来对预充回路进行预充，在减少预充支路消耗的同时，缩短了预充时间，保证了电池输电电路的安全性。

示例性地，可以根据负载电容的参数及预充时间要求，计算得到在所要求的预充时间内，电容被充电至供电电源电压的95%及以上时所需要的PWM信号的周期T和占空比duty。然后在电路电流保持在安全范围内时，通过PWM控制单元输出这个特定周期T和特定占空比duty的PWM信号。PWM信号可以输出至半导体开关单元Q1的控制端，例如半导体开关的栅极。此外，PWM信号还可以同步传输至MCU。

需要说明的是，本实施例在实现预充的同时，由于混合开关装置10间隔性通断是因为半导体开关单元Q1在间隔性通断，因此，能够利用半导体开关单元Q1承受混合开关装置10导通或闭合时产生的浪涌电流，由于半导体开关单元Q1并联有缓冲保护单元121，能够有效防止混合开关装置10导通时的浪涌电流对混合开关装置10的冲击。

基于相同的申请构思，本申请实施例除了提供了混合开关装置的控制方法之外，还提供了与之对应的混合开关装置的控制装置。下面结合附图，详细介绍根据本申请实施例的装置。

图8是本申请实施例提供的一种混合开关装置的控制装置的结构示意图。如图8所示，混合开关装置的控制装置80包括确定模块81和控制模块82。

确定模块81用于确定混合开关装置进入输电模式，输电模式按照先后次序包括开关导通阶段、输电阶段和开关断开阶段。

控制模块82用于在开关导通阶段，还用于在第一机械开关单元处于断开状态的条件下，控制第二机械开关单元和半导体开关单元依次导通。

以及，控制模块82还用于在输电阶段，控制第一机械开关单元处于导通状态且控制半导体开关单元处于断开状态；

以及，控制模块82还用于在开关断开阶段，在第一机械开关单元处于断开状态的条件下，控制半导体开关单元和第二机械开关单元依次断开。

在一些实施例中，输电模式还包括第一过渡阶段，第一过渡阶段处于开关导通阶段与输电阶段之间。

控制模块82还用于：在第一过渡阶段，先控制第一机械开关单元导通，再控制半导体开关单元断开。

在一些实施例中，输电模式还包括第二过渡阶段，第一过渡阶段处于输电阶段与开关断开阶段之间。

控制模块82还用于：在第二过渡阶段，先控制半导体开关单元导通，再控制第一机械开关单元断开。

在一些实施例中，输电模式还包括预充阶段，预充阶段处于开关导通阶段与输电阶段之间。

控制模块82还用于：在预充阶段，在第一机械开关单元处于断开状态且第二机械开关单元处于导通状态的条件下，控制半导体开关单元间隔性导通。

在一些实施例中，在开关导通阶段，控制模块82具体用于：若总电流和第二支路的电流均等于0，则控制第二机械开关单元导通。以及，在第二机械开关单元导通预设时长之后，控制半导体开关单元导通。

在一些实施例中，在开关断开阶段，控制模块82具体用于：在第一机械开关单元处于断开状态的条件下，若总电流和第二支路的电流均等于期望输电电流，则控制半导体开关单元断开。以及，在控制半导体开关单元断开之后，若总电流和第二支路的电流均等于0，控制第二机械开关单元断开。

在一些实施例中，在第一过渡阶段，控制模块82具体用于：若总电流和第二支路的电流均等于期望输电电流，则控制第一机械开关单元导通。以及，在控制第一机械开关单元导通之后，若总电流等于期望输电电流且第二支路的电流等于目标电流，则控制半导体开关单元断开，其中，目标电流小于期望输电电流。

在一些实施例中，在第二过渡阶段，控制模块82具体用于：在接收到关断指令之后，进入第二过渡阶段。以及，若总电流等于期望输电电流且第二支路的电流等于0，则控制半导体开关单元导通。以及，在控制半导体开关单元导通之后，若总电流等于期望输电电流且第二支路的电流等于目标电流，则控制第一机械开关单元断开，其中，目标电流小于期望输电电流。

根据本申请实施例中的混合开关装置的控制装置，在进入输电模式之后，可以依次进入开关导通阶段、输电阶段和开关断开阶段。其中，在开关导通阶段控制半导体开关单元后于第二机械开关单元闭合，以及在开关断开阶段控制半导体开关单元先于第二机械开关单元断开，能够利用半导体开关单元承受混合开关装置导通或闭合时产生的浪涌电流，由于半导体开关单元串联有缓冲保护单元，能够有效防止混合开关装置导通时的浪涌电流对混合开关装置的冲击。以及，在输电阶段控制第一机械开关单元处于导通状态且控制半导体开关单元处于断开状态，在利用第一机械开关单元输电的同时能够防止半导体开关单元因升温导致的热失效问题。因此，本申请实施例提供的混合开关装置的控制装置，可以提高开关装置的安全性。

根据本申请实施例的混合开关装置的控制装置的其他细节，与以上结合图1至图7所示实例描述的混合开关装置的控制方法类似，并能达到其相应的技术效果，为简洁描述，在此不再赘述。

基于相同的申请构思，本申请实施例还提供了一种混合开关系统。图9是本申请实施例提供的一种混合开关系统的结构示意图。如图9所示，混合开关系统9包括：混合开关装置10，和混合开关装置的控制装置80。

其中，混合开关装置10和混合开关装置的控制装置80可参见本申请上述实施例的相关描述，对此不再赘述。

在一些实施例中，混合开关装置的控制装置80可以和混合开关装置10集成在一起。

在另一些实施例中，混合开关装置的控制装置80可以集成在电源分配单元（PowerDistribution Unit，PDU）中。

图10是本申请实施例提供的一种混合开关装置的控制设备的示例性硬件架构的结构图。

如图10所示，混合开关装置的控制设备1000包括输入设备1001、输入接口1002、中央处理器1003、存储器1004、输出接口1005、以及输出设备1006。其中，输入接口1002、中央处理器1003、存储器1004、以及输出接口1005通过总线1010相互连接，输入设备1001和输出设备1006分别通过输入接口1002和输出接口1005与总线1010连接，进而与混合开关装置的控制设备1000的其他组件连接。

具体地，输入设备1001接收来自外部的输入信息，并通过输入接口1002将输入信息传送到中央处理器1003；中央处理器1003基于存储器1004中存储的计算机可执行指令对输入信息进行处理以生成输出信息，将输出信息临时或者永久地存储在存储器1004中，然后通过输出接口1005将输出信息传送到输出设备1006；输出设备1006将输出信息输出到混合开关装置的控制设备1000的外部供用户使用。

也就是说，图10所示的混合开关装置的控制设备也可以被实现为包括：存储有计算机可执行指令的存储器；以及处理器，该处理器在执行计算机可执行指令时可以实现结合图1至图7描述的混合开关装置的控制设备的方法。

在一个实施例中，图10所示的混合开关装置的控制设备1000可以被实现为一种设备，该设备可以包括：存储器，用于存储程序；处理器，用于运行存储器中存储的程序，以执行本申请实施例的混合开关装置的控制方法。

本申请实施例还提供了一种计算机存储介质，计算机存储介质上存储有计算机程序指令，计算机程序指令被处理器执行时实现本申请实施例的混合开关装置的控制方法。

需要明确的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同或相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。其中方法实施例描述得比较简单，相关之处请参见系统实施例的说明部分。本申请并不局限于上文所描述并在图中示出的特定步骤和结构。本领域的技术人员可以在领会本申请的精神之后，作出各种改变、修改和添加，或者改变步骤之间的顺序。并且，为了简明起见，这里省略对已知方法技术的详细描述。

上述实施例中的功能模块（如储能模块、均衡模块、第一电阻模块、检测模、第二电阻模块、第三电阻模块、开关单元和电阻单元）可以实现为硬件、软件、固件或者它们的组合。当以硬件方式实现时，其可以例如是电子电路、专用集成电路（ASIC）、适当的固件、插件、功能卡等等。当以软件方式实现时，本申请的元素是被用于执行所需任务的程序或者代码段。程序或者代码段可以存储在机器可读介质中，或者通过载波中携带的数据信号在传输介质或者通信链路上传送。“机器可读介质”可以包括能够存储或传输信息的任何介质。

Claims (11)

1.一种混合开关装置的控制方法，其特征在于，所述混合开关装置包括：第一支路，所述第一支路包括第一机械开关单元；第二支路，所述第二支路包括相串联的第二机械开关单元和半导体开关单元；以及缓冲保护单元，所述缓冲保护单元与所述半导体开关单元并联，所述缓冲保护单元用于减缓浪涌电流对所述半导体开关单元的冲击；

所述方法包括：

确定所述混合开关装置进入输电模式，所述输电模式按照先后次序包括开关导通阶段、输电阶段和开关断开阶段；

在所述开关导通阶段，在所述第一机械开关单元处于断开状态的条件下，控制所述第二机械开关单元和所述半导体开关单元依次导通；

在所述输电阶段，控制第一机械开关单元处于导通状态且控制所述半导体开关单元处于断开状态；

在所述开关断开阶段，在所述第一机械开关单元处于断开状态的条件下，控制所述半导体开关单元和所述第二机械开关单元依次断开。

2.根据权利要求1所述的混合开关装置的控制方法，其特征在于，所述输电模式还包括第一过渡阶段，所述第一过渡阶段处于所述开关导通阶段与所述输电阶段之间；

所述方法还包括：

在所述第一过渡阶段，先控制所述第一机械开关单元导通，再控制所述半导体开关单元断开。

3.根据权利要求1所述的混合开关装置的控制方法，其特征在于，所述输电模式还包括第二过渡阶段，所述第二过渡阶段处于所述输电阶段与所述开关断开阶段之间；

所述方法还包括：

在所述第二过渡阶段，先控制所述半导体开关单元导通，再控制所述第一机械开关单元断开。

4.根据权利要求1所述的混合开关装置的控制方法，其特征在于，

所述输电模式还包括预充阶段，所述预充阶段处于所述开关导通阶段与所述输电阶段之间；

所述方法还包括：

在所述预充阶段，在所述第一机械开关单元处于断开状态且所述第二机械开关单元处于导通状态的条件下，控制所述半导体开关单元间隔性导通。

5.根据权利要求1所述的混合开关装置的控制方法，其特征在于，

所述在所述开关导通阶段，在所述第一机械开关单元处于断开状态的条件下，控制所述第二机械开关单元和所述半导体开关单元依次导通，具体包括：

在确定所述混合开关装置进入所述输电模式之后，进入所述开关导通阶段；

若总电流和所述第二支路的电流均等于0，控制所述第二机械开关单元导通，其中，所述总电流为所述第一支路与所述第二支路的电流之和；

在所述第二机械开关单元导通预设时长之后，控制所述半导体开关单元导通。

6.根据权利要求1所述的混合开关装置的控制方法，其特征在于，

所述在所述开关断开阶段，在所述第一机械开关单元处于断开状态的条件下，控制所述半导体开关单元和所述第二机械开关单元依次断开，具体包括：

在所述第一机械开关单元处于断开状态的条件下，若总电流和所述第二支路的电流均等于期望输电电流，控制所述半导体开关单元断开，其中，所述总电流为所述第一支路与所述第二支路的电流之和；

在控制所述半导体开关单元断开之后，若所述总电流和所述第二支路的电流均等于0，控制所述第二机械开关单元断开。

7.根据权利要求2所述的混合开关装置的控制方法，其特征在于，

所述在所述第一过渡阶段，先控制所述第一机械开关单元导通，再控制所述半导体开关单元断开，具体包括：

若总电流和所述第二支路的电流均等于期望输电电流，控制所述第一机械开关单元导通，其中，所述总电流为所述第一支路与所述第二支路的电流之和；

在控制所述第一机械开关单元导通之后，若所述总电流等于期望输电电流且所述第二支路的电流等于目标电流，则控制所述半导体开关单元断开，其中，所述目标电流小于所述期望输电电流。

8.根据权利要求3所述的混合开关装置的控制方法，其特征在于，

所述在所述第二过渡阶段，先控制所述半导体开关单元导通，再控制所述第一机械开关单元断开，具体包括：

在接收到关断指令之后，进入所述第二过渡阶段；

若总电流等于期望输电电流且所述第二支路的电流等于0，控制所述半导体开关单元导通，其中，所述总电流为所述第一支路与所述第二支路的电流之和；

在控制半导体开关单元导通之后，若所述总电流等于期望输电电流且所述第二支路的电流等于目标电流，控制所述第一机械开关单元断开，其中，所述目标电流小于所述期望输电电流。

9.一种混合开关装置的控制装置，其特征在于，所述混合开关装置包括：第一支路，所述第一支路包括第一机械开关单元；第二支路，所述第二支路包括相串联的第二机械开关单元和半导体开关单元，以及缓冲保护单元，所述缓冲保护单元与所述半导体开关单元并联，所述缓冲保护单元用于减缓浪涌电流对所述半导体开关单元的冲击；

所述控制装置包括：

确定模块，用于确定所述混合开关装置进入输电模式，所述输电模式按照先后次序包括开关导通阶段、输电阶段和开关断开阶段；

控制模块，用于在所述开关导通阶段，还用于在所述第一机械开关单元处于断开状态的条件下，控制所述第二机械开关单元和所述半导体开关单元依次导通；以及，还用于在所述输电阶段，控制第一机械开关单元处于导通状态且控制所述半导体开关单元处于断开状态；以及，还用于在所述开关断开阶段，在所述第一机械开关单元处于断开状态的条件下，控制所述半导体开关单元和所述第二机械开关单元依次断开。

10.一种混合开关系统，其特征在于，所述混合开关系统包括：

如权利要求9所述的混合开关装置，和，如权利要求9所述的混合开关装置的控制装置。

11.一种混合开关装置的控制设备，其特征在于，所述设备包括：

存储器，用于存储程序；

处理器，用于运行所述存储器中存储的所述程序，以执行权利要求1-8任一权利要求所述的混合开关装置的控制方法。

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