CN111799860A - 电化学装置及供电控制方法 - Google Patents

Abstract

一种电化学装置包括供电主回路、预充电电路及控制模块，所述预充电电路包括第一开关及热敏元件，所述第一开关电连接于所述控制模块及所述供电主回路，所述热敏元件电连接于所述第一开关与负载之间，所述控制模块用于控制所述第一开关闭合来导通所述预充电电路，以通过所述预充电电路对用电装置进行预充电。当对所述用电装置的预充电达到预设条件后，所述控制模块控制所述第一开关断开来关断所述预充电电路，以通过所述供电主回路对所述用电装置进行供电。本申请还提供一种电化学装置的供电控制方法。具有集成度高、功耗成本低及可靠性高等优点，可以避免由于预放电电阻的发热而造成电池燃爆的安全问题。

Description

电化学装置及供电控制方法

技术领域

本申请涉及一种电化学装置及电化学装置的供电控制方法。

背景技术

电动汽车控制器内部都有较大的电容，如果没有预充电回路，在对整车进行上电时，电容上往往无电荷或仅有残留的电压，如直接将电池供电接至电容两端相当于瞬间短路，可能会损坏电池及其他的高压器件。因此，预充电回路的作用就是避免上电时的大电流冲击，由此来保护电池及高压器件。

现有技术中通常是使用预放电电阻以及控制开关来实现预充电的功能。然而，预放电电阻在承受一定时间的过载功率时会严重的发热。当回路被外部短路时，预放电电阻发热更为严重。为了保证预放电电阻工作的可靠性，通常需要使用大功率电阻，由此将会占用大量空间，无法在小型化电池结构空间中安装，应用十分受限，特别是当控制开关失效的情况下会造成预放电电阻持续升温，由此将可能会引起器件冒烟及烧毁，甚至会导致电池燃爆的后果。

发明内容

有鉴于此，有必要提供一种电化学装置及电化学装置的供电控制方法，具有集成度高、功耗成本低及可靠性高等优点，可以避免由于预放电电阻的发热而造成电池燃爆的安全问题，并且还能提高用户的使用体验度。

本申请的一实施方式提供一种电化学装置，电连接于用电装置，所述电化学装置包括供电主回路、和预充电电路及控制模块；

所述供电主回路电连接于电池组；

所述预充电电路包括第一开关及热敏元件，所述第一开关电连接于所述控制模块及所述供电主回路，所述热敏元件电连接于所述第一开关与所述负载之间；

所述控制模块用于控制所述第一开关闭合来导通所述预充电电路，以通过所述预充电电路对所述用电装置进行预充电；

当对所述用电装置的预充电达到预设条件后，所述控制模块控制所述第一开关断开来关断所述预充电电路，以通过所述供电主回路对所述用电装置进行供电。

根据本申请的一些实施方式，所述预设条件包括预设时间，当对所述用电装置的预充电达到预设时间后，所述控制模块控制所述第一开关断开来关断所述预充电电路。

根据本申请的一些实施方式，所述预设条件包括预设电流值，当对所述用电装置的预充电流值大于预设电流值时，所述控制模块控制所述第一开关断开，以关断所述预充电电路。

根据本申请的一些实施方式，所述电化学装置还包括电流检测电路，所述电流检测电路电连接于所述预充电电路与所述控制模块之间，以用于检测所述预充电电路的预充电流，并将所检测到的预充电流反馈给所述控制模块。

根据本申请的一些实施方式，所述预充电电路还包括温控开关，所述温控开关电连接于热敏元件与所述第一开关之间，所述温控开关靠近于所述热敏元件设置。

根据本申请的一些实施方式，所述温控开关用于感测所述热敏元件的温度，并在所述热敏元件的温度值大于预设温度值时关断所述预充电电路。

根据本申请的一些实施方式，所述第一开关的第一端电连接于所述控制模块，所述第一开关的第二端电连接于所述温控开关，所述第一开关的第二端电连接于所述电流检测电路。

根据本申请的一些实施方式，所述供电主回路包括第二开关及第三开关，所述第二开关的第一端电连接于所述控制模块，所述第二开关的第二端电连接于所述第三开关的第二端，所述第二开关的第三端电连接于所述第一开关的第三端，所述第三开关的第一端电连接于所述控制模块，所述第三开关的第三端电连接于所述负载的一端。

根据本申请的一些实施方式，所述供电主回路包括第一电阻，所述第一电阻的第一端电连接于所述电池组的负极，所述第一电阻的第二端电连接于所述第一开关的第三端及所述第二开关的第三端，所述电流检测电路电连接于所述第一电阻的第一端及第二端。

根据本申请的一些实施方式，所述电化学装置还包括熔断器，所述熔断器的第一端电连接于所述电池组的正极，所述熔断器的第二端电连接于所述供电主回路的输入端。

本申请的一实施方式还提供一种电化学装置的供电控制方法，包括：控制第一开关闭合以导通包括热敏元件的预充电电路，通过所述预充电电路对用电装置进行预充电；以及当对所述用电装置的预充电达到预设条件后，控制所述第一开关断开来关断所述预充电电路，以通过所述供电主回路对所述用电装置进行供电。

根据本申请的一些实施方式，具体包括：所述预设条件包括预设时间，当对所述用电装置的预充电达到预设时间后，控制所述第一开关断开来关断所述预充电电路。

根据本申请的一些实施方式，具体包括：所述预设条件包括预设电流值，当对所述用电装置的预充电流值大于预设电流值时，控制所述第一开关断开，以关断所述预充电电路。

根据本申请的一些实施方式，还包括：当对所述用电装置的预充电达到预设时间后，控制所述第一开关断开来关断所述预充电电路，并控制所述第二开关导通，以通过所述供电主回路对所述用电装置进行供电

根据本申请的一些实施方式，在所述控制所述第一开关断开，以关断所述预充电电路之前，还包括：判断所述第一开关是否失效；若所述第一开关处于失效状态，所述热敏元件的温度升高，以使得所述热敏元件的阻抗增大来减小预充电电路的预充电流值，直到所述热敏元件的温度值达到预设温度值，通过温控开关来关断所述预充电电路。

本申请实施方式提供的电化学装置及供电控制方法，通过预充电电路对用电装置的电容充电及对部分小功率负载供电，解决了直接闭合主回路开关带来的用电装置上电瞬间由于过流保护导致无法正常工作的问题，通过采用温控开关串入热敏元件回路及电流检测电路对预放电回路的多重控制及检测，在不改变回路连接方式的前提下可以实现预放电回路对用电装置中的小功率电路模块的供电功能，并避免了普通纯电阻式预充回路因为过载或控制预放电回路失效造成的安全风险。

附图说明

图1为本申请一实施方式的电化学装置的示意图。

图2为本申请另一实施方式的电化学装置的示意图。

图3为本申请电化学装置的第一实施方式的电路图。

图4为本申请电化学装置的第二实施方式的电路图。

图5为本申请供电控制方法的第一实施方式的流程图。

图6为本申请供电控制方法的第二实施方式的流程图。

主要元件符号说明

电化学装置 100

用电装置 200

电池组 10

预充电电路 20

供电主回路 30

控制模块 40

熔断器 50

电流检测电路 60

负载 210

电压转换模块 220

第一开关 Q1

第二开关 Q2

第三开关 Q3

第四开关 S1

第五开关 S2

第六开关 S3

热敏元件 F1

温控开关 T1

第一电阻 R1

第二电阻 R2

第一电容 C1

第一功率元件 L1

第二功率元件 L2

如下具体实施方式将结合上述附图进一步详细说明本申请。

具体实施方式

下面将结合本申请实施方式中的附图，对本申请实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本申请一部分实施方式，而不是全部的实施方式。

基于本申请中的实施方式，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都是属于本申请保护的范围。

请参阅图1及图2，本申请的实施方式提供一种电化学装置100，所述电化学装置100电连接于用电装置200，用于为用电装置200提供电力。可以理解，本申请的实施方式中的所述电化学装置100可以为电池装置，所述用电装置200可以为电动汽车。

具体到本申请的实施方式中，所述电化学装置100包括电池组10、预充电电路20、供电主回路30及控制模块40。

所述电池组10的输出端电连接于熔断器50的输入端，所述熔断器50的输出端电连接于所述供电主回路30的输入端，所述供电主回路30的输出端电连接于所述用电装置200。

所述预充电电路20的输入端电连接于所述电池组10的输出端，所述预充电电路20的输出端电连接于所述用电装置200。

所述控制模块40电连接于所述预充电电路20及所述供电主回路30，以用于控制所述供电主回路30及所述预充电电路20的导通与断开。

具体地，本申请实施方式中，所述预充电电路20包括第一开关Q1，所述第一开关Q1电连接于所述控制模块40及所述供电主回路30。所述预充电电路20还包括与所述第一开关Q1串接的热敏元件F1。

所述控制模块40用于控制所述第一开关Q1闭合来导通所述预充电电路20，由此来通过所述预充电电路20对用电装置200进行预充电。当所述用电装置200的预充电达到预设条件后，所述控制模块40控制所述第一开关Q1断开来关断所述预充电电路20，由此来通过所述供电主回路30对所述用电装置200进行供电。

本申请的实施方式中，所述用电装置200的输入端可以设有负载210。所述供电主回路30的输出端电连接于所述负载210的输入端，所述预充电电路20的输出端电连接于所述负载210的输入端。具体地，当对所述负载210的预充电达到预设时间后，所述控制模块40控制所述第一开关Q1断开来关断所述预充电电路20。当对所述负载210的预充电流值大于预设电流值时，所述控制模块40控制所述第一开关Q1断开，以关断所述预充电电路20。

本申请的实施方式中，所述电化学装置100还可包括电流检测电路60。所述电流检测电路60电连接于所述预充电电路20与所述控制模块40，所述电流检测电路60用于检测所述预充电电路20的预充电流，并将所检测到的预充电流实时地反馈给所述控制模块40。由此，所述控制模块40可以根据所述电流检测电路60所反馈的预充电流来对预充电电路20及所述供电主回路30进行控制。

具体地，当所述预充电流值大于预设电流值时，所述控制模块40将会控制所述第一开关Q1断开，由此来关断所述预充电电路20。例如，若所述用电装置200发生如短路等的异常情况，此时，所述预充电电路20的预充电流将会大于预设电流值时，由此，所述控制模块40可以输出控制信号给所述第一开关Q1，以断开所述第一开关来关断所述预充电电路20。

请参阅图3，为本申请的电化学装置100与用电装置200连接的第一实施方式的电路图。

本申请的实施方式中，所述预充电电路20包括第一开关Q1以及热敏元件F1。所述供电主回路30包括第二开关Q2、第三开关Q3及第一电阻R1。

所述第一开关Q1的第一端电连接于所述控制模块40的第一引脚1，所述第一开关Q1的第二端电连接于所述热敏元件F1的第一端，所述第一开关Q1的第三端电连接于所述电流检测电路60及所述第一电阻R1的第二端，所述第一电阻R1的第一端电连接于所述电池组10的负极B-，所述电池组10的正极B+电连接于所述熔断器50的输入端，所述熔断器50的输出端电连接于所述负载210的输入端及所述供电主回路30的输入端。

所述电流检测电路60电连接于所述第一电阻R1的第一端及第二端，所述电流检测电路60还电连接于所述控制模块40的第三引脚3，由此，所述电流检测电路可以通过检测所述第一电阻R1两端的电压来获取所述预充电电路的预充电流，并将获取到的预充电流反馈给所述控制模块40。

所述第二开关Q2的第一端电连接于所述控制模块40的第二引脚2，所述第二开关Q2的第二端电连接于所述第三开关Q3的第二端，所述第二开关Q2的第三端电连接于所述第一开关Q1的第三端及所述第一电阻R1的第二端，所述第三开关Q3的第一端电连接于所述控制模块的第四引脚4，所述第三开关Q3的第三端电连接于所述负载210的一端。

所述用电装置200包括电极控制器、电压转换模块220、第四开关S1、第五开关S2、第六开关S3、第一电容C1、第二电阻R2、第一功率元件L1及第二功率元件L2。

所述第一电容C1的第一端、第二电阻R2的第一端及第四开关S1的第一端均电连接于所述熔断器50的输出端，所述电压转换模块220电连接于所述第四开关S1的第一端与所述第五开关S2的第一端之间，所述电压转换模块220电连接于所述第三开关Q3的第三端。所述第一电容C1的第二端、第二电阻R2的第二端及电机控制器的第二端电连接于所述第三开关Q3的第三端，所述第四开关S1的第二端电连接于所述电机控制器的第一端，所述第一功率元件L1电连接于所述第五开关S2的第二端与所述第三开关Q3的第三端之间，所述第六开关S3电连接于所述第二功率元件L2的第一端与所述电压转换模块220之间，所述第二功率元件L2的第二端电连接于所述第三开关Q3的第三端。

本申请的实施方式中，所述第一开关Q1、所述第二开关Q2及所述第三开关Q3均可以为N型场效应管。所述第一开关Q1、所述第二开关Q2及所述第三开关Q3的第一端均对应于所述N型场效应管的栅极，所述第一开关Q1、所述第二开关Q2及所述第三开关Q3的第二端对应于所述N型场效应管的漏极，所述第一开关Q1、所述第二开关Q2及所述第三开关Q3的第三端对应于所述N型场效应管的源极。

本申请的实施方式中，所述热敏元件F1为cPTC器件。即所述cPTC器件的阻抗可以随温度的升高而升高。

请参阅图4，为本申请的电化学装置100与用电装置200连接的第二实施方式的电路图。

本申请第二实施方式中的电化学装置100与第一实施方式中的电化学装置100的区别在于：

本申请第二实施方式中的预充电电路20还包括温控开关T1，本实施方式中的所述温控开关T1电连接于所述第一开关Q1的第二端与所述热敏元件F1之间。

所述温控开关T1靠近于所述热敏元件F1设置。所述温控开关T1用于感测所述热敏元件F1的温度，并在所述热敏元件F1的温度值大于预设温度值时关断所述预充电电路20。

下面将以图4示出的电路对本申请的用电装置200的工作原理进行说明。

使用时，当所述控制模块40上电时，所述控制模块40的第一引脚1将输出第一信号给所述第一开关Q1，以导通所述第一开关。此时，第二开关Q2及第三开关Q3均断开，即所述预充电电路20开始为用电装置中的负载进行预充电。经过一定时间的预充电，所述控制模块40通过控制所述第二开关Q2及所述第三开关的状态来控制所述供电主回路来为所述用电装置200供电。

在预充电过程中，当所述用电装置200发生异常(如短路)时，所述电流检测电路60检测到预充电流超出电流阈值，所述控制模块40的第一引脚1将会输出第二信号给所述第一开关Q1，以断开所述Q1来关断所述预充电电路20，从而结束预充电动作。然而，若所述第一开关Q1失效，即所述第一开关Q1无法断开时，所述热敏元件F1与所述温控开关T1的结合可以预防第一开关失效而造成的后果。即，此时所述热敏元件F1因阻抗特性会使得温度升高，当温度上升到居里温度点时，所述热敏元件F1的阻抗将会增大，根据欧姆定律，回路电流将会得到限制。然而此时的热敏元件并不能完全切断该预充电流，所述温控开关T1将实时感测所述热敏元件F1的温度。在所述热敏元件F1的温度大于预设温度值时，即所述热敏元件F1的温度达到了居里温度点时，所述温控开关T1将会断开，进而断开所述预充电电路20，结束预充电动作。

由此，本申请的技术方案，具有功耗成本低及可靠性高等优点，可以避免由于预放电电阻的发热而造成电池燃爆的安全问题，并且还能提高用户的使用体验度。

由于所述热敏元件的过流将会自动转变成高阻态，移除过流状态且本体温度下降之后又能够恢复原阻抗的特性，当外部需要持续预充电流时，可通过选择热敏元件的阻抗与功率进行匹配，保证了对外部供电能力的同时也起到了对外部负载短路状态进行保护的作用。相比常规同等功率的预充电电路，本申请的技术方案安装空间小且集成度高。

请参阅图5所示，为本申请的供电控制方法的流程图，所述供电控制方法的流程图包括以下步骤：

步骤S41，控制第一开关闭合以导通预充电电路，并通过所述预充电电路对用电装置进行预充电。

步骤S42，判断所述预充电电路的预充电流值是否大于预设电流值，若是，则进入步骤S45，否则进入步骤S43。

当所述预充电电路的预充电流小于或等于所述预充电流时，即所述预充电电路可以正常地为所述用电装置进行预充电。

步骤S43，判断预充电时间是否达到预设时间，若是，则进入步骤S44，否则返回步骤S42。

步骤S44，控制供电主回路中的第二开关及第三开关的状态，以控制所述供电主回路对用电装置进行供电。

当对所述用电装置的预充电时间到预设时间时，即已经完成所述用电装置的预充电动作。

步骤S45，控制第一开关断开以关断所述预充电电路。

当所述预充电电路的预充电流大于所述预充电流时，即所述用电装置发生异常，此时需要控制所述第一开关断开来关断所述预充电电路，进而结束预充电。

由此，根据本申请的电化学装置的供电控制方法，在正常供电前能够预先对元件进行较小电流充电，避免直充因电容引起瞬间短路进而损坏电池和其它元件。

请参阅图6，图6是根据一示例性实施方式示出的另一种电化学装置的供电控制方法的流程图。与图5所示的方法不同之处在于，图6示出的方法进一步提供了对第一开关失效情况下的供电方法。图6示出的供电控制方法可以包括以下步骤：

步骤S51，控制第一开关闭合以导通预充电电路，并通过所述预充电电路对用电装置进行预充电。

步骤S52，判断所述预充电电路的预充电流值是否大于预设电流值，若是，则进入步骤S55，否则进入步骤S53。

步骤S53，判断预充电时间是否达到预设时间，若是，则进入步骤S54，否则返回步骤S52。

步骤S54，控制供电主回路中的第二开关及第三开关的状态，以控制所述供电主回路对用电装置进行供电。

步骤S55，控制所述第一开关断开。

本申请实施方式中，当所述用电装置异常，即所述预充电流值大于预设电流值时，控制模块将会输出信号给所述第一开关，以控制所述第一开关断开。

步骤S56，判断第一开关是否失效，若所述第一开关已经失效，则进入步骤S57，否则进入步骤S510。

步骤S57，热敏元件温度升高以对预充电流进行限制。

步骤S58，温控开关实时感测热敏元件的温度。

步骤S59，温控开关是否断开，若断开，则进入步骤S510，否则返回步骤S58。

本申请的实施方式中，当热敏元件的温度高于预设温度值时，即所述热敏元件的温度值达到居里温度点时，所述温控开关将会自动断开。当所述热敏元件的温度低于预设温度值时，所述温控开关不会断开，即所述温控开关将会继续感测热敏元件的温度。

步骤S510，当所述温控开关断开时，即可关断所述预充电回路，结束预充电动作。

通过使用基于热敏元件的预充电电路及供电主回路，取代了大功率预充电阻的预充电路，安装上实现了BMS的小型化，功能上实现了预充电及小功率供电功能并且同时避免了预放电电阻发热可能造成电池燃爆的问题。

本技术领域的普通技术人员应当认识到，以上的实施方式仅是用来说明本申请，而并非用作为对本申请的限定，只要在本申请的实质精神范围之内，对以上实施例所作的适当改变和变化都落在本申请要求保护的范围之内。

Claims (15)

1.一种电化学装置，电连接于用电装置，，其特征在于，所述电化学装置包括供电主回路、和预充电电路及控制模块；

所述供电主回路电连接于电池组；

所述预充电电路包括第一开关及热敏元件，所述第一开关电连接于所述控制模块及所述供电主回路，所述热敏元件电连接于所述第一开关与所述用电装置之间；

所述控制模块用于控制所述第一开关闭合来导通所述预充电电路，以通过所述预充电电路对所述用电装置进行预充电；

当对所述用电装置的预充电达到预设条件时，所述控制模块控制所述第一开关断开来关断所述预充电电路，以通过所述供电主回路对所述用电装置进行供电。

2.如权利要求1所述的电化学装置，其特征在于，所述预设条件包括预设时间，当对所述用电装置的预充电达到预设时间后，所述控制模块控制所述第一开关断开来关断所述预充电电路。

3.如权利要求1所述的电化学装置，其特征在于，所述预设条件包括预设电流值，当对所述用电装置的预充电流值大于预设电流值时，所述控制模块控制所述第一开关断开，以关断所述预充电电路。

4.如权利要求3所述的电化学装置，其特征在于，所述电化学装置还包括电流检测电路，所述电流检测电路电连接于所述预充电电路与所述控制模块之间，以用于检测所述预充电电路的预充电流，并将所检测到的预充电流值反馈给所述控制模块。

5.如权利要求4所述的电化学装置，其特征在于，所述预充电电路还包括温控开关，所述温控开关电连接于热敏元件与所述第一开关之间，所述温控开关靠近于所述热敏元件设置。

6.如权利要求5所述的电化学装置，其特征在于，所述温控开关用于感测所述热敏元件的温度，并在所述热敏元件的温度值大于预设温度值时关断所述预充电电路。

7.如权利要求5所述的电化学装置，其特征在于，所述第一开关的第一端电连接于所述控制模块，所述第一开关的第二端电连接于所述温控开关，所述第一开关的第三端电连接于所述电流检测电路。

8.如权利要求7所述的电化学装置，其特征在于，所述供电主回路包括第二开关及第三开关，所述第二开关的第一端电连接于所述控制模块，所述第二开关的第二端电连接于所述第三开关的第二端，所述第二开关的第三端电连接于所述第一开关的第三端，所述第三开关的第一端电连接于所述控制模块，所述第三开关的第三端电连接于所述负载的一端。

9.如权利要求8所述的电化学装置，其特征在于，所述供电主回路还包括第一电阻，所述第一电阻的第一端电连接于所述电池组的负极，所述第一电阻的第二端电连接于所述第一开关的第三端及所述第二开关的第三端，所述电流检测电路电连接于所述第一电阻的第一端及第二端。

10.如权利要求1所述的电化学装置，其特征在于，所述供电主回路还包括熔断器，所述熔断器的第一端电连接于所述电池组的正极，所述熔断器的第二端电连接于所述供电主回路的输入端。

11.一种电化学装置的供电控制方法，其特征在于，包括：

控制第一开关闭合以导通包括热敏元件的预充电电路，通过所述预充电电路对用电装置进行预充电；

当对所述用电装置的预充电达到预设条件后，控制所述第一开关断开来关断所述预充电电路，以通过所述供电主回路对所述用电装置进行供电。

12.如权利要求11所述的电化学装置的供电控制方法，其特征在于，具体包括：

所述预设条件包括预设时间，当所述用电装置的预充电达到预设时间后，控制所述第一开关断开来关断所述预充电电路。

13.如权利要求11所述的电化学装置的供电控制方法，其特征在于，具体包括：

所述预设条件包括预设电流值，当所述用电装置的预充电流值大于预设电流值时，控制所述第一开关断开，以关断所述预充电电路。

14.如权利要求12所述的电化学装置的供电控制方法，其特征在于，还包括：

当对所述用电装置的预充电达到预设时间后，控制所述第一开关断开来关断所述预充电电路，并控制所述第二开关导通，以通过所述供电主回路对所述用电装置进行供电。

15.如权利要求13所述的电化学装置的供电控制方法，其特征在于，在所述控制所述第一开关断开，以关断所述预充电电路之前，还包括：

判断所述第一开关是否失效；

若所述第一开关处于失效状态，所述热敏元件的温度升高，以使得所述热敏元件的阻抗增大来减小预充电电路的预充电流值，直到所述热敏元件的温度值达到预设温度值，通过温控开关来关断所述预充电电路。

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