CN115347806A - 供电电路的控制方法、供电电路及储能设备 - Google Patents

供电电路的控制方法、供电电路及储能设备 Download PDF

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CN115347806A CN202211012037.7A CN202211012037A CN115347806A CN 115347806 A CN115347806 A CN 115347806A CN 202211012037 A CN202211012037 A CN 202211012037A CN 115347806 A CN115347806 A CN 115347806A
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Abstract

本申请公开了一种供电电路的控制方法、供电电路及储能设备，控制方法包括：在接收到供电指令时，控制第一开关模块导通且保持第二开关模块处于断开，使交流源经过第一开关模块、限流模块以及AC/DC变换模块后给母线电容充电；在母线电容的电压大于第一预设电压时，驱动AC/DC变换模块对限流模块限流后的交流电进行转换后输出至直流母线，并给母线电容充电；在母线电容的电压大于第二预设电压时，控制第二开关模块导通且控制第一开关模块断开，并控制AC/DC变换模块输出目标供电电压；第二预设电压大于交流源的电压。本申请可以避免电路切换过程因较大压差而引起电路中的器件损坏，降低供电电路的故障率，提升供电电路的整体可靠性。

Description

供电电路的控制方法、供电电路及储能设备
技术领域
本申请属于电路技术领域，具体涉及一种供电电路的控制方法、供电电路及储能设备。
背景技术
储能设备是人们日常生活中随处可见的设备。储能设备包括电池模块以及供电电路，通过供电电路实现对电池模块的充放电。在上电时，为了保证电路正常工作，避免电路在启动过程中产生瞬间电流冲击，通常会采用缓启方式进行启动，具体为先控制供电电路工作在预充电模式，进而对直流母线上的电容等储能器件进行预充电，避免上电前期产生过大充电信号而造成器件损坏。
然而，在预充电结束后控制供电电路切换正常供电模式时，由于在不同模式下供电电路具有一定差异，这种差异导致电路中出现较大的电压差，使得流过电路器件的电流较大，从而造成电路器件的损坏，以使储能设备发生故障。
需要说明的是，在上述背景技术部分公开的信息仅用于加强对本申请的背景的理解，因此可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。
发明内容
本申请的目的在于提供一种供电电路的控制方法、供电电路及储能设备，以解决相关技术中在缓启过程中易造成器件损坏的问题。
根据本申请实施例的一个方面，提供一种供电电路的控制方法，所述供电电路包括AC/DC变换模块、第一开关模块、第二开关模块、限流模块以及母线电容，所述AC/DC变换模块的输出端连接在直流母线上，以与后级电路连接；所述母线电容并联在直流母线正负极之间，所述第二开关模块用于连接交流源与所述AC/DC变换模块，所述第一开关模块与所述限流模块串联后并联连接在所述第二开关模块两端；所述控制方法包括：
在接收到供电指令时，控制所述第一开关模块导通且保持所述第二开关模块处于断开，使得所述交流源经过所述第一开关模块、所述限流模块以及所述AC/DC变换模块后输出至所述直流母线，并给所述母线电容充电；
在检测到所述母线电容的电压大于第一预设电压时，驱动所述AC/DC变换模块对所述限流模块限流后的交流电进行转换后输出至所述直流母线，并给所述母线电容充电；
在检测到所述母线电容的电压大于第二预设电压时，控制所述第二开关模块导通且控制所述第一开关模块断开，并根据所述后级电路的目标供电电压以及所述交流源的输入电压对所述AC/DC变换模块进行控制，以输出所述目标供电电压；其中所述第二预设电压大于所述第一预设电压，且所述第二预设电压大于所述交流源的电压。
在本申请的一个实施例中，在所述在检测到所述母线电容的电压大于第一预设电压时，驱动所述AC/DC变换模块对所述限流模块限流后的交流电进行转换后输出至所述直流母线，并给所述母线电容充电的步骤之前，所述方法还包括：在所述第一开关模块的导通时长达到预设时长时，对所述AC/DC变换模块进行短路检测；在确定所述AC/DC变换模块未短路时，检测所述母线电容的电压是否大于所述第一预设电压。短暂闭合所述第一开关模块形成完整回路并且检测所述AC/DC变换模块的电压，确认所述AC/DC变换模块的状态后再进行后续工作步骤。
在本申请的一个实施例中，所述对所述AC/DC变换模块进行短路检测，包括：检测所述AC/DC变换模块的输出端电压是否低于预设电压阈值；在所述AC/DC变换模块的输出端电压低于预设电压阈值时，确定所述AC/DC变换模块短路；在所述AC/DC变换模块的输出端电压大于所述预设电压阈值时，确定所述AC/DC变换模块未短路。执行此步骤，确认所述AC/DC变换模块可以正常工作，而不是处于故障状态。
在本申请的一个实施例中，在所述对所述AC/DC变换模块进行短路检测之后，所述方法还包括：在确定所述AC/DC变换模块短路时，控制所述第一开关模块断开。执行此步骤，切断第一开关模块，防止所述AC/DC变换模块中的电器件在电路短路状态下发生损坏。
在本申请的一个实施例中，在所述在接收到供电指令时，控制所述第一开关模块导通且保持所述第二开关模块处于断开之前，所述方法还包括：对所述交流源进行电压检测，以确定所述交流源的电压是否为有效电压；在确定所述交流源的电压是有效电压时，执行所述在接收到供电指令时，控制所述第一开关模块导通且保持所述第二开关模块处于断开的步骤。执行此步骤，确认所述交流源为有效电压，确保为储能设备充电工作的正常运行。
在本申请的一个实施例中，所述对所述交流源进行电压检测，以确定所述交流源的电压是否为有效电压，包括：检测所述交流源的电压有效值是否在预设电压范围内，以及检测所述交流源的电压频率是否在预设频率范围内；在所述交流源的电压有效值在预设电压范围内，且所述交流源的电压频率在预设频率范围内时，确定所述交流源的电压是有效电压；在所述交流源的电压有效值不在预设电压范围内时，或，所述交流源的电压频率不在预设频率范围内时，确定所述交流源的电压不是有效电压。
根据本申请实施例的一个方面，提供一种供电电路，包括：AC/DC变换模块、第一开关模块、第二开关模块、限流模块、母线电容和控制模块；
所述AC/DC变换模块的输出端连接在直流母线上，以与后级电路连接；所述母线电容并联在直流母线正负极之间，所述第二开关模块用于连接交流源与所述AC/DC变换模块，所述第一开关模块与所述限流模块串联后并联连接在所述第二开关模块两端；
所述控制模块用于在接收到供电指令时，控制所述第一开关模块导通且保持所述第二开关模块处于断开，使得所述交流源经过所述第一开关模块、所述限流模块以及所述AC/DC变换模块后输出至所述直流母线，并给所述母线电容充电；
所述控制模块还用于在检测到所述母线电容的电压大于第一预设电压时，驱动所述AC/DC变换模块对所述限流模块限流后的交流电进行转换后输出至所述直流母线，并给所述母线电容充电；
所述控制模块还用于在检测到所述母线电容的电压大于第二预设电压时，控制所述第二开关模块导通且控制所述第一开关模块断开，并根据所述后级电路的目标供电电压以及所述交流源的电压对所述AC/DC变换模块进行控制，以输出所述目标供电电压；其中所述第二预设电压大于所述第一预设电压，且所述第二预设电压大于所述交流源的电压。
在本申请的一个实施例中，所述AC/DC变换模块包括整流桥、电感和开关管；
所述整流桥的第一输入端串联所述第二开关模块，以与所述交流源的火线端连接，所述整流桥的第二输入端用于连接所述交流源的零线端，所述整流桥的第一输出端连接所述电感的第一端，所述整流桥的第二输出端连接所述开关管的第二端；
所述电感的第二端连接所述开关管的第一端；所述开关管的控制端与所述控制模块连接；
所述开关管的第一端还连接所述AC/DC变换模块的第一输出端，所述开关管的第二端还连接所述AC/DC变换模块的第二输出端。
在本申请的一个实施例中，所述AC/DC变换模块还包括防反二极管，所述防反二极管的正极连接所述开关管的第一端，所述防反二极管的负极连接所述AC/DC变换模块的第一输出端。
根据本申请实施例的一个方面，提供一种储能设备，包括电池模块和本申请任一实施例提供的供电电路，所述电池模块作为所述供电电路的后级电路。
在本申请实施例提供的技术方案中，供电电路包括AC/DC变换模块、第一开关模块、第二开关模块、限流模块以及母线电容。由于AC/DC变换模块的输出端在直流母线上，以与后级电路连接，母线电容并联在直流母线(BUS+、BUS-)正负极之间，且第二开关模块用于连接交流源与AC/DC变换模块，第一开关模块与限流模块串联后并联连接在第二开关模块两端，因此在接收到供电指令时，通过控制第一开关模块导通且控制第二开关模块断开，使得限流模块、第一开关模块以及AC/DC变换模块组成了交流源与母线电容之间的充电通路，交流源提供的交流电通过限流模块限流后，再经过第一开关模块与AC/DC变换模块输出至直流母线，并对母线电容进行充电。当检测到母线电容的电压大于第一预设电压时，驱动AC/DC变换模块对限流模块限流后的交流电进行转换后输出至直流母线，并给母线电容充电，此时第一开关模块导通，并且AC/DC变换模块在驱动信号的作用下进入升压模式，对限流模块限流后的交流电进行转换后给母线电容充电，使得母线电容的电压随着充电时长增加而增大。在检测到母线电容的电压大于第二预设电压时，控制第二开关模块导通，并控制第一开关模块断开，此时第二开关模块与AC/DC变换模块组成了交流源与母线电容之间的充电通路，实现了在AC/DC变换模块处于升压模式下完成充电通路的切换。最后根据后级电路的目标供电电压以及交流源的输入电压对AC/DC变换模块进行控制，进而通过该充电通路输出目标供电电压。由于第二预设电压大于第一预设电压，且第二预设电压大于交流源的电压，因此在上述充电通路的切换过程中，交流源与母线电容之间不会产生较大的电压差，可以避免电路切换过程因较大压差而引起电路中的器件损坏，降低供电电路的故障率，提升供电电路的整体可靠性。
应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本申请。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本申请的实施例，并与说明书一起用于解释本申请的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，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示意性示出了应用本申请一个实施例提供的供电电路的结构框图。
图2示意性示出了本申请一个实施例提供的供电电路的控制方法的流程图。
图3示意性示出了应用本申请一个实施例提供的供电电路的具体结构框图。
图4示意性示出了本申请一个实施例提供的供电电路的结构框图。
图5示意性地示出了本申请一个实施例提供的供电电路的具体电路图。
图6示意性地示出了图5所示供电电路的工作时序的示意图。
图7示意性地示出了本申请另一个实施例提供的供电电路的具体电路图。
图8示意性地示出了本申请一个实施例提供的储能设备的结构框图。
具体实施方式
现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的范例；相反，提供这些实施方式使得本申请将更加全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。
储能设备通常会进行预充电，如果预充电电路转换为正式充电主路时，电路器件两端的电压差过大，过大电流经过电路器件，容易导致电路器件损坏、储能设备无法正常工作的问题。
图1示意性示出了应用本申请技术方案的供电电路的结构框图。
如图1所示，本申请实施例提供的供电电路100包括AC/DC变换模块110、第一开关模块120、第二开关模块130、限流模块140以及母线电容150。AC/DC变换模块110的输出端在直流母线(BUS+、BUS-)上，以与后级电路连接(图中未示出)。母线电容150并联在直流母线(BUS+、BUS-)正负极之间，第二开关模块130用于连接交流源200与AC/DC变换模块110，第一开关模块120与限流模块140串联后并联连接在第二开关模块130两端。
在本实施例中，交流源200用于提供交流电，可以是市电电网，也可以为具有交流电输出能力的电源，如蓄电池、发电机等。
作为一个示例，假设交流源200为发电机，在利用发电机为母线电容150充电时，通过供电电路100中的AC/DC变换模块110将发电机提供的交流电转换为直流电，进而该直流电输出至直流母线(BUS+、BUS-)上，从而为连接在直流母线(BUS+、BUS-)上的母线电容150充电，以及向连接在直流母线(BUS+、BUS-)上的后级电路提供供电。
具体地，直流母线(BUS+、BUS-)上的电能可以直接作为后级电路的供电，也可以再经过至少一级DC/DC变换模块后给相应的用电器件作供电。AC/DC变换模块110可以为由整流桥以及升压电路组成的桥式整流电路，比如PFC电路。整流桥可以由二极管组成，能够实现交直流之间的转换，而升压电路可以包括电感以及续流开关等，其能通过对升压电路的续流开关的开关逻辑以及占空比进行控制，从而实现对电压的升压。
可以理解的是，在具体实现时，AC/DC变换模块110还可以选用已有的AC/DC转换电路，如传统的功率因素校正(Power Factor Correction，PFC)电路实现其相关的功能，此处不作限制。
如图1所述，在本实施例中，当第一开关模块120导通，且第二开关模块130断开时，交流源200提供的交流电被限流模块140限流后，通过第一开关模块120传输至AC/DC变换模块110。当第一开关模块120断开，且第二开关模块130导通时，交流源200提供的交流电，通过第二开关模块130传输至AC/DC变换模块110。
在一些实施例中，母线电容150可以为单个电容，也可以是由多个电容并联组成的电容组，此处不作限制。
图2示意性地示出了本申请一个实施例提供的供电电路的控制方法的流程图。图2所示控制方法应用于图1或本申请其他实施例提供的充电电路。在本申请的所有实施例中，供电电路的控制方法的执行主体可以是供电电路中的控制模块(图1中未示出)。具体可以是控制器MCU，还可以是通过复用供电电路中的其他功能模块的MCU作为执行主体。
参阅图1与图2，该供电电路控制方法包括步骤210至步骤230，具体如下：
步骤210、在接收到供电指令时，控制第一开关模块导通且保持第二开关模块处于断开，使得交流源经过第一开关模块、限流模块以及AC/DC变换模块后输出至所述直流母线，并给母线电容充电。
具体地，控制模块可以输出驱动信号以驱动第一开关模块120导通。当第二开关模块130为驱动导通型开关结构时，也即在第二开关模块130没有接收到导通信号时，会处于断开状态，此时，控制模块无需对第二开关模块130进行驱动，不会改变第二开关模块130的状态，从而保持第二开关模块130处于断开状态。
在另外一个实施例中，供电电路100中的控制模块也可以输出用于保持第二开关模块130处于断开状态的驱动信号，从而确保第二开关模块130处于断开状态。
在本实施例中，通过控制第一开关模块120导通且保持第二开关模块130处于断开，使得交流源200依次经过限流模块140、第一开关模块120以及AC/DC变换模块110后给母线电容150充电并输出。由于限流模块140对交流源200提供的交流电具有限流作用，因此能够避免交流源200提供的交流电对供电电路100造成大电流冲击。
具体地，如图1所示的电路结构，当第一开关模块120导通、第二开关模块130断开时，交流源200、第一开关模块120、限流模块140、AC/DC变换模块110和母线电容150形成供电回路，交流源200提供的交流电经过限流模块140和第一开关模块120后输出至AC/DC变换模块110，AC/DC变换模块110对输入的交流电进行交直变换，即将交流电变换为直流电，并通过直流母线(BUS+、BUS-)输出直流电至母线电容150进行充电。同时，AC/DC变换模块110的输出端还通过直流母线(BUS+、BUS-)连接至后级电路，因此AC/DC变换模块110输出的直流电可以为后级电路提供电能。此时，由于控制模块并没有对AC/DC变换模块110中的升压电路进行驱动，因此AC/DC变换模块110仅用于对限流模块140限流后的交流电进行交直流转换后，通过直流母线(BUS+、BUS-)将转换得到的直流电输出至母线电容150与后级电路。
在本申请的所有实施例中，AC/DC变换模块110通过直流母线(BUS+、BUS-)为母线电容150充电时，母线电容150的电压随着充电时长增加而增大，并最终达到目标电压值，即趋于稳态。当母线电容150的电压达到目标电压值时，为了避免母线电容150被烧坏，AC/DC变换模块110不再通过直流母线(BUS+、BUS-)为母线电容150充电，但此时由于直流母线(BUS+、BUS-)还连接有后级电路，且后级电路正常工作，为了保证后级电路的正常工作，此时消耗母线电容150存储的电能为后级电路提供工作电压，使得直流母线(BUS+、BUS-)的电压不会被瞬间拉低，进而起到稳定直流母线(BUS+、BUS-)的作用。
在通过直流母线(BUS+、BUS-)将转换得到的直流电输出至母线电容150后，母线电容150在该直流电的作用下进行充电。控制模块通过对母线电容150的电压进行监测，进而获悉母线电容150的充电情况。在具体实现时，实现对母线电容150的电压进行采样，可以是在母线电容150与控制模块之间设置已有的采样电路实现。
示例性的，可以利用采样电阻组成的采样单元对母线电容150进行电压采样，再通过放大单元对采样得到的电信号进行放大后，提供给控制模块，以便控制模块实现对母线电容150的电压监测。
容易理解的是，在具体实现时，控制模块还可以利用其他已有的方式实现对母线电容150的电压监测，如电压传感器等，此处不作限制。
步骤220、在检测到母线电容的电压大于第一预设电压时，驱动AC/DC变换模块对限流模块限流后的交流电进行转换后输出至所述直流母线，并给母线电容充电。
结合图1，在本实施例中，第一预设电压可以根据需要进行设置，该第一预设电压需要确保在开启第二开关模块130时，电路中不会存在过大的压差，进而避免由于压差带来的冲击电流。
在本实施例中，由于在第一预充阶段并不会对AC/DC变换模块110进行驱动，因此其仅仅发挥交直流转换功能，也即利用AC/DC变换模块110中的整流桥来实现。当整流桥为MOS管构成时，则可以由MOS管的体二极管构成整流桥。具体地，第一预设电压比交流源200提供的交流电的电压小预设值。比如该预设值可以为30V。
需要说明的是，在母线电容150的电压小于或等于第一预设电压时，AC/DC变换模块110并未被驱动，因此交流源200提供的交流电依次经过限流模块140、第一开关模块120以及AC/DC变换模块110至母线电容150。
具体地，当第一开关模块120导通后，交流源200、限流模块140、第一开关模块120、AC/DC变换模块110和母线电容150形成了预充电回路，该预充电回路用于对母线电容140进行预充电，使母线电容150的电压能够到达一定值。在母线电容150的电压大于第一预设电压时，向AC/DC变换模块110发送控制信号，该控制信号用以驱动AC/DC变换模块110对限流模块140限流后的交流电进行转换后给母线电容150充电并输出，此过程将对母线电容150的电压起到进一步提升作用，实现对母线电容150的进一步升压操作。
可以理解，在本申请的所有实施例中，无论是在检测到母线电容150的电压小于或等于第一预设电压时，还是在检测到母线电容150的电压大于第一预设电压时，均保持第一开关模块120的导通状态。
图3示出了应用本申请一个实施例提供的供电电路的具体结构框图。如图3所示，在本申请的一个实施例中，AC/DC变换模块110包括整流单元111、蓄能单元112和开关单元113。整流单元111的第一端连接蓄能单元112的第一端，蓄能单元112的第二端与开关单元113的第一端连接，开关单元113的第二端与整流单元111的第二端连接。开关单元113与母线电容150并联连接。在母线电容150的电压大于第一预设电压时，向AC/DC变换模块110中的开关单元113发送一控制信号，该控制信号按照一定的频率控制开关单元113的通断。当开关单元113导通时，交流源200、限流模块140、第一开关模块120、整流单元111、蓄能单元112和开关单元113形成回路，整流单元111对限流模块140限流后的交流电进行转换后，给到蓄能单元112进行充电，母线电容150由于被短接而不能够充电。当开关单元113断开时，交流源200、限流模块140、第一开关模块120、整流单元111、蓄能单元112和母线电容150形成回路，整流单元111对限流模块140限流后的交流电进行转换后所输出的直流电，和蓄能单元112的续流放电一起为母线电容150充电，实现对母线电容150的升压。
步骤230、在检测到母线电容的电压大于第二预设电压时，控制第二开关模块导通且控制第一开关模块断开，并根据后级电路的目标供电电压以及交流源的输入电压对AC/DC变换模块进行控制，以输出目标供电电压；其中第二预设电压大于第一预设电压，且第二预设电压大于交流源的电压。
具体地，在驱动AC/DC变换模块110对限流模块140限流后的交流电进行转换后给母线电容150充电后，母线电容150的电压不断提升，当检测到母线电容150的电压大于第二预设电压时，控制第二开关模块130导通，并控制第一开关模块120断开，那么交流源200与AC/DC变换模块110之间的连接线路将由第一开关模块120所在线路切换至第二开关模块130。即交流源200、第二开关模块130、AC/DC变换模块110和母线电容150形成充电回路。此时，根据目标供电电压以及交流源200的电压，控制AC/DC变换模块110对交流源200的电压进行变换，以输出目标供电电压。
需要说明的是，目标供电电压指的是后级电路所需的电压值，同时也是母线电容150被配置的在充电过程中充电电压达到的目标电压值。目标供电电压并非母线电容150可充电的最大电压值。在实际应用中，该目标供电电压的大小配置，可以依据后级电路的的电压需求以及母线电容150的蓄电能力而定，此处不作限定。
在本申请实施例中，交流源200、第一开关模块120、限流模块140、AC/DC变换模块110和母线电容150形成的供电回路为缓起供电回路，交流源200、第二开关模块130、AC/DC变换模块110和母线电容150形成的充电回路为主供电回路。由于第二预设电压大于交流源200的电压，在从缓起供电回路切换为主供电回路时，母线电容150的电压已经大于交流源200提供的交流电的电压，那么从交流源200到母线电容150不会形成正向压降，从而使得切换后的电路不会对母线电容150造成较大冲击。
在本申请的一个实施例中，在步骤210之前，还包括交流源的有效性检测步骤，具体为：
对交流源进行电压检测，以确定交流源的电压是否为有效电压；在确定交流源的电压是有效电压时，执行控制第一开关模块导通且控制第二开关模块断开的步骤。
具体而言，交流源的有效性检测，实际上是对交流源200的电压进行检测，以确定该交流源200是否能够匹配供电电路100进行工作。当交流源200的电压为有效电压时，则说明该交流源200是有效电源，可以为供电电路100提供有效的交流电，那么供电电路100在连接交流源200之后，就可以获得有效输入的交流电，进而执行步骤210，为母线电容150进行预充电。当交流源200的电压不是有效电压时，表明交流源200不适配于供电电路100的工作需求。例如，可能是交流源200发生损坏，也可以是交流源200所输出的交流电不适用于供电电路100。
可以理解的是，在确定交流源的电压不是有效电压时，禁止执行控制第一开关模块导通且控制第二开关模块断开的步骤。
本实施例通过对交流源进行电压检测，能够在确定交流源200的电压是有效电压时才执行控制第一开关模块120导通且控制第二开关模块130断开的步骤，能够在交流源200提供的交流电电压不稳定或者与供电电路100不适配时，避免了对供电电路100造成故障或损耗的风险，进一步提高了供电电路100的安全性与可靠性。
容易理解的是，由于在实际应用中，交流电通常包括两个方面的参数：电压值和电压频率，因此，可以通过对交流电的这两个参数进行检测来确定交流源是否能够输出有效电压。
在本申请的一个实施例中，上述对交流源进行电压检测的步骤可以包括：
检测交流源的电压有效值是否在预设电压范围内，以及检测交流源的电压频率是否在预设频率范围内；在交流源的电压有效值在预设电压范围内，且交流源的电压频率在预设频率范围内时，确定交流源的电压是有效电压；在交流源的电压有效值不在预设电压范围内时，或，交流源的电压频率不在预设频率范围内时，确定交流源的电压不是有效电压。
具体地，分别对交流源200输出的交流电的电压有效值和电压频率进行检测，当交流源200输出的交流电的电压有效值在预设电压范围内，且交流源200的电压频率在预设频率范围内时，则可以认为该交流源200能够输出有效电压。
在本实施例中，预设电压范围和预设频率范围是与供电电路100所需交流电相适配的电压范围和频率范围。当交流源200输出的交流电的电压有效值和电压频率这两个参数中有一个不满足对应的条件时，即交流源200的电压有效值不在预设电压范围内，或，交流源200的电压频率不在预设频率范围内，则认为交流源200输出的电压不是有效电压。
容易理解的是，在具体应用时可以根据交流源200的规格或者供电电路100的实际工作需求，配置能够适配供电电路100的电压范围与频率范围分别作为预设电压范围与预设频率范围。
示例性的，供电电路100所需要的交流电的电压有效值为Y1～Y2(V)，电压频率为Z1～Z2(Hz)，即：预设电压范围为Y1～Y2(V)，预设频率范围为Z1～Z2(Hz)。那么，当交流源200提供的交流电符合电压有效值在Y1～Y2(V)的范围内，且电压频率在Z1～Z2(Hz)的范围内，则认为该交流源200的电压是有效电压。当这两个条件中的任一个不满足，则认为该交流源200的电压不是有效电压。
在本申请的一个实施例中，在控制第一开关模块120导通且保持第二开关模块130处于断开之后，且在步骤S220之前，还可以对AC/DC变换模块110的输出端进行短路检测，以确保供电电路100所连接的后级电路处于正常工作状态，具体步骤包括：
在第一开关模块的导通时长达到预设时长时，对AC/DC变换模块进行短路检测；在确定AC/DC变换模块未短路时，检测母线电容的电压是否大于第一预设电压。
具体地，短暂导通第一开关模块120后，对AC/DC变换模块110进行短路检测。当检测到AC/DC变换模块110未短路时，保持第一开关模块120的导通状态，交流源200提供的交流电经限流模块140和AC/DC变换模块110的作用后给母线电容150充电，促使母线电容150的电压上升，直至达到第一预设电压，执行步骤220。
在本实施例中，在对AC/DC变换模块进行短路检测时，第一开关模块120导通所达到的预设时长，根据限流模块140所能够承受的功率及热损耗等确定。当AC/DC变换模块110短路时，电路中将形成较大的电流，大电流将导致限流模块140产生较大的功率和热损耗，预设时长设置得越大，限流模块140的热损耗就越大，因此，预设时长的设置应满足限流模块140在该预设时长内所产生的热损耗在限流模块140所能承受的热损耗范围内，否则，当限流模块140实际产生的热损耗超过其所能承受的热损耗时，限流模块140将会被烧毁。
可以理解，在确定AC/DC变换模块110短路时，为了保证电路的安全性及避免电路中元器件的损坏，此时控制第一开关模块120断开，使供电电路100停止工作。在这种情况下，还可以生成短路提示信息，以便根据该提示信息对短路原因进行分析，待修复短路故障后，重新执行步骤210。
在本申请的一个实施例中，对AC/DC变换模块110进行短路检测的具体步骤包括：
检测AC/DC变换模块的输出端电压是否低于预设电压阈值；在AC/DC变换模块的输出端电压低于预设电压阈值时，确定AC/DC变换模块短路；在AC/DC变换模块的输出端电压大于预设电压阈值时，确定AC/DC变换模块未短路。
结合图1，如果AC/DC变换模块110短路，AC/DC变换模块110相当于被短接，那么AC/DC变换模块110的输出端电压会很小，因此可以通过检测AC/DC变换模块110的输出端电压确认AC/DC变换模块110是否短路。如果AC/DC变换模块110的输出端电压低于预设电压阈值，说明AC/DC变换模块110短路，需要控制第一开关模块120断开。如果AC/DC变换模块110的输出端电压大于预设电压阈值，说明AC/DC变换模块110未短路，此时保持第一开关模块120导通，对母线电容150预充电。
可以理解的是，在AC/DC变换模块110的输出端电压等于预设电压阈值时，由于AC/DC变换模块110的输出端电压不小于预设电压阈值，因此可以确定AC/DC变换模块未短路。
示例性的，在对AC/DC变换模块110进行短路检测的过程中，当第一开关模块120的导通时长达到N(ms)后，AC/DC变换模块110的输出端电压进行采样。当AC/DC变换模块110的输出端电压小于交流源200提供的交流电幅值的10％时，则认为AC/DC变换模块110短路。假设交流源200提供X(V)交流电，则其幅值为
Figure BDA0003811290340000141
预设电压阈值为
Figure BDA0003811290340000142
也就是说，当第一开关模块120的导通时长达到N(ms)后，测量AC/DC变换模块110的输出端电压大于
Figure BDA0003811290340000143
则AC/DC变换模块110未短路，否则，AC/DC变换模块110短路。
图4示意性示出了本申请一个实施例提供的供电电路的结构框图，该供电电路可以实施本申请任意实施例提供的供电电路的控制方法。
如图4所示，本申请实施例体用的供电电路100包括：AC/DC变换模块110、第一开关模块120、第二开关模块130、限流模块140、母线电容150和控制模块160。AC/DC变换模块110的输出端连接直流母线(BUS+、BUS-)上，以与后级电路(图中未示出)连接。母线电容150并联在直流母线(BUS+、BUS-)正负极之间。第二开关模块130用于连接交流源200与AC/DC变换模块110。第一开关模块120与限流模块140串联后并联连接在第二开关模块130两端。控制模块160连接AC/DC变换模块110、第一开关模块120、第二开关模块130和母线电容150。
控制模块160用于，在接收到供电指令时，控制第一开关模120导通且保持第二开关模块130处于断开，使得交流源200经过第一开关模块120、限流模块140以及AC/DC变换模块110后输出至所述直流母线，并给母线电容150充电。
控制模块160还用于，在检测到储能模:150的电压大于第一预设电压时，驱动AC/DC变换模块110对限流模块140限流后的交流电进行转换后给母线电容150充电并输出。
控制模块160还用于，在检测到母线电容150的电压大于第二预设电压时，控制第二开关模块130导通且控制第一开关模块120断开，并根据所述后级电路的目标供电电压以及交流源200的电压对AC/DC变换模块110进行控制，以输出目标供电电压；其中第二预设电压大于第一预设电压，且第二预设电压大于交流源的电压。
控制模块160相关功能的具体实现过程及细节已经在对应的实施例中进行了详细的描述，此处不再赘述。
可以理解的是，本实施例提供的供电电路100在具体实现时，AC/DC变换模块110也可以选用如图3中AC/DC变换模块110的具体结构。如图3所示，AC/DC变换模块110可以包括整流单元111、蓄能单元112以及开关单元113。
整流单元111的第一输入端分别连接第一开关模块120和第二开关模块130，整流单元111的第二输入端用于连接交流源200的零线端，整流单元111的第一输出端连接蓄能单元112的第一端，整流单元111的第二输出端连接AC/DC变换模块110的第二输出端。蓄能单元112的第二端连接AC/DC变换模块110的第一输出端。开关单元113的第一端连接AC/DC变换模块110的第一输出端，开关单元113的第二端连接AC/DC变换模块110的第二输出端。
这里，由于整流单元111、蓄能单元112以及开关单元113的具体连接关系在图3对应的实施例部分已经详细说明，故此处不再赘述。
以图4提供的供电电路的具体结构框图为基础，图5示意性地示出了本申请一个实施例提供的供电电路的具体电路图。
示例性的，以交流源200为市电AC为例，市电AC的火线L用于连接供电电路100中的第一输入节点，市电AC的零线N用于连接供电电路100中的第二输入节点。
结合图4与图5，第一开关模块120包括第一继电器S1。限流模块140包括限流电阻R。第二开关模块130包括第二继电器S2。母线电容150包括储能电容C。AC/DC变换模块110包括整流桥111、电感L和开关管Q。
整流桥111的第一输入端串联第二开关模块130，即整流桥111的第一输入端串联第二继电器S2，以与交流源200的火线L端连接。整流桥111的第二输入端用于连接交流源200的零线端N，整流桥111的第一输出端连接电感L的第一端，整流桥111的第二输出端连接开关管Q的第二端q2。电感L的第二端连接开关管Q的第一端q1。开关管Q的控制端q3与控制模块160连接。开关管Q的第一端q1还连接AC/DC变换模块110的第一输出端，开关管Q的第二端q2还连接AC/DC变换模块111的第二输出端。
在具体实现时，控制模块160可以采用已有的MCU(Microcontroller Unit，微控制单元)(图5中未示出)，控制模块160与其他各模块的连接关系及其相关功能可以参考前述实施例的描述，此处不再赘述。
如图5所示，限流电阻R的第一端作为供电电路100中的第一输入节点，用于连接市电AC的火线L。第一继电器S1的第一端与限流电阻R的第二端连接，第一继电器S1的第二端与第二继电器S2的第一端相连，第二继电器S2的第二端与限流电阻R的第一端相连。
在图5中，整流桥111包括第一二级管D2、第二二级管D3、第三二级管D4以及第四二级管D5。其中，第一二级管D2的阳极与第二二级管D3的阴极共接于第一继电器S1的第二端，第一二级管D2的阴极与第三二级管D4的阴极相连形成的节点，作为整流桥111的第一输出端，与电感L的第一端连接。第三二级管D4的阳极与第四二级管D5的阴极相连后，用于连接至市电AC的零线N。第二二级管D3的阳极与第四二级管D5的阳极相连形成的节点，作为整流桥的第二输出端，与开关管Q的第二端q2连接。电感L的第二端与连接开关管Q的第一端q1共接储能电容C的第一端，储能电容C的第二端与开关管Q的第二端连接。
在具体实现时，开关管Q是可以根据控制信号导通或断开的开关管器件，如三极管、晶体管、场效应管等。开关管Q的第一端q1与储能电容C的第一端连接至直流母线的正极BUS+。开关管Q的第二端q2与储能电容C的第二端连接至直流母线的负极BUS-。开关管Q的第二端q2还连接至整流桥111的第二输出端。开关单元Q还具备一控制端q3，该控制端q3可以连接控制模块160，以从控制模块160接收控制信号，根据控制信号使开关管Q的第一端q1和第二端q2导通。
如图5所示，供电电路100还包括防雷二极管D1，该防雷二极管D1的正极连接第二继电器S2的第二端，防雷二极管D1的负极连接输出节点O。
结合图4与图5，以交流源200位市电AC为例，对本实施例提供的供电电路100的工作原理进行说明如下。控制模块160控制第一继电器S1导通、第二继电器S2断开，此时市电AC、限流电阻R、第一继电器S1、整流单元111、电感L以及储能电容C组成回路，市电AC提供的交流电经过限流电阻R、第一继电器S1、整流单元111和电感L给储能电容C预充电。
在控制模块160控制第一继电器S1导通前，控制模块160还可以对市电AC提供的交流电的电压进行有效性检测，具体可以参考前文方法实施例中的相关描述，在此不再赘述。
在为储能电容C预充电的过程中，当控制模块160检测到储能电容C的电压大于第一预设电压时，控制模块160驱动AC/DC变换模块110对限流电阻R限流后的交流电进行转换后给储能电容C充电并输出。
具体地，控制模块160向开关管Q的控制端q3输出一控制信号，该控制信号用于控制开关管Q按照一定的频率导通和断开。当开关管Q导通时，储能电容C被短路。市电AC、限流电阻R、第一继电器S1、整流单元111、电感L和开关管Q形成回路，整流单元111对限流电阻R限流后的交流电进行转换后，给到电感L进行充电，储能电容C由于被短接而不能够被充电。当开关管Q断开时，市电AC、限流电阻R、第一继电器S1、整流单元111、电感L和储能电容C形成回路，整流单元111对限流电阻R限流后的交流电进行转换后所输出的直流电，连同电感L的续流放电一起为储能电容C充电，实现对储能电容C的升压。
控制单元160在对储能电容C的电压是否大于第一预设电压进行检测之前，还可以对AC/DC变换模块110进行短路检测，具体可以参考前文方法实施例中的相关描述，在此不再赘述。
在储能电容C的升压过程中，当控制单元160检测到储能电容C的电压大于第二预设电压时，控制单元160控制第二继电器S2导通，并控制第一继电器S1断开，完成充电回路的切换，交流源AC、第二继电器S2、AC/DC变换模块110和储能电容C形成充电回路。由于第二预设电压大于交流源AC的电压，那么开关切换后，防雷二极管D1两端不会产生正向压降，从而保证了开关切换后防雷二极管D1的反向截止，避免防雷二极管D1中流通大电流而使防雷二极管D1烧毁，降低供电电路的故障率，提升供电电路的整体可靠性。
在切换开关后，根据目标供电电压对AC/DC变换模块110进行调控，使AC/DC变换模块110对交流源AC的电压进行变换后输出目标供电电压。
在本申请的一个实施例中，图6示意性地示出了图5所示供电电路的工作时序的示意图。如图6所示，控制器16在t1时刻控制第一继电器S1导通，第二继电器S2断开，储能电容C进行预充电，储能电容C的电压(也就是输出节点O的电压)不断提升。在检测到储能电容C的电压值大于第一预设电压时，驱动AC/DC变换模块110，也即向开关管Q发送控制信号。这里，第一预设电压可以为市电AC电压幅值，例如，市电AC提供220V交流电，其幅值为
Figure BDA0003811290340000181
在图6中，在t2时刻，储能电容C的电压大于310V给开关管Q发送控制信号，使储能电容C的电压继续提升。在t2时刻后，对储能电容C的电压进行检测，判断储能电容C的电压是否到达第二预设电压。在t3时刻检测到储能电容C的电压大于第二预设电压，进行开关切换，即控制第一继电器S1断开，控制第二继电器S2导通。第二预设电压大于市电AC的电压，例如，设置为360V。在控制第二继电器S2导通后，可以控制输出节点O的电压达到目标供电电压，例如，目标供电电压为450V。
作为本申请的另一个实施例中，为了防止电流倒灌，供电电路100还包括防反二级管。
图7示意性地示出了本申请另一个实施例提供的供电电路的具体电路图。如图7所示，为了防止电流倒灌，供电电路100还包括防反二级管D6。
在图7中，防反二极管D6的正极连接开关管Q的第一端q1，防反二极管D6的负极连接AC/DC变换模块110的第一输出端。
图8示意性地示出了本申请一个实施例提供的储能设备的结构框图。
如图8所示，该储能设备800包括电池模块810和供电电路100。
在本实施例中，供电电路100可以是本申请任意实施例提供的供电电路100。电池模块810作为供电电路100的后级电路，供电电路100可以根据本申请任意实施提供的供电电路的控制方法为电池模块810充电。需要说明的是，电池模块810作为供电电路100的后级电路，因此在为电池模块810充电时，可以直接利用直流母线(BUS+、BUS-)上的电压实现，也可以是在电池模块810与直流母线(BUS+、BUS-)之间加入DC/DC变换模块，通过该DC/DC变换模块对直流母线(BUS+、BUS-)上的电压进行变换后，输出至电池模块810进行充电。
容易理解的是，在具体实现时，DC/DC变换模块可以选用已有的LLC电路实现，此处不再赘述。
本申请实施例提供的储能设备，供电电路100在切换供电回路的过程中可以避免电路切换过程因较大压差而引起电路中的器件损坏，使得电池模块810的充电过程更加稳定，降低储能设备的故障率。
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本申请的其它实施方案。本申请旨在涵盖本申请的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本申请的一般性原理并包括本申请未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。
应当理解的是，本申请并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本申请的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (10)

1.一种供电电路的控制方法，其特征在于，所述供电电路包括AC/DC变换模块、第一开关模块、第二开关模块、限流模块以及母线电容，所述AC/DC变换模块的输出端连接在直流母线上，以与后级电路连接；所述母线电容并联在直流母线正负极之间，所述第二开关模块用于连接交流源与所述AC/DC变换模块，所述第一开关模块与所述限流模块串联后并联连接在所述第二开关模块两端；所述控制方法包括：
在接收到供电指令时，控制所述第一开关模块导通且保持所述第二开关模块处于断开，使得所述交流源经过所述第一开关模块、所述限流模块以及所述AC/DC变换模块后输出至所述直流母线，并给所述母线电容充电；
在检测到所述母线电容的电压大于第一预设电压时，驱动所述AC/DC变换模块对所述限流模块限流后的交流电进行转换后输出至所述直流母线，并给所述母线电容充电；
在检测到所述母线电容的电压大于第二预设电压时，控制所述第二开关模块导通且控制所述第一开关模块断开，并根据所述后级电路的目标供电电压以及所述交流源的输入电压对所述AC/DC变换模块进行控制，以输出所述目标供电电压；其中所述第二预设电压大于所述第一预设电压，且所述第二预设电压大于所述交流源的电压。
2.根据权利要求1所述的供电电路的控制方法，其特征在于，在所述在检测到所述母线电容的电压大于第一预设电压时，驱动所述AC/DC变换模块对所述限流模块限流后的交流电进行转换后输出至所述直流母线，并给所述母线电容充电的步骤之前，所述方法还包括：
在所述第一开关模块的导通时长达到预设时长时，对所述AC/DC变换模块进行短路检测；
在确定所述AC/DC变换模块未短路时，检测所述母线电容的电压是否大于所述第一预设电压。
3.根据权利要求2所述的供电电路的控制方法，其特征在于，所述对所述AC/DC变换模块进行短路检测，包括：
检测所述AC/DC变换模块的输出端电压是否低于预设电压阈值；
在所述AC/DC变换模块的输出端电压低于预设电压阈值时，确定所述AC/DC变换模块短路；
在所述AC/DC变换模块的输出端电压大于所述预设电压阈值时，确定所述AC/DC变换模块未短路。
4.根据权利要求2所述的供电电路的控制方法，其特征在于，在所述对所述AC/DC变换模块进行短路检测之后，所述方法还包括：
在确定所述AC/DC变换模块短路时，控制所述第一开关模块断开。
5.根据权利要求1所述的供电电路的控制方法，其特征在于，在所述在接收到供电指令时，控制所述第一开关模块导通且保持所述第二开关模块处于断开之前，所述方法还包括：
对所述交流源进行电压检测，以确定所述交流源的电压是否为有效电压；
在确定所述交流源的电压是有效电压时，执行所述在接收到供电指令时，控制所述第一开关模块导通且保持所述第二开关模块处于断开的步骤。
6.根据权利要求5所述的供电电路的控制方法，其特征在于，所述对所述交流源进行电压检测，以确定所述交流源的电压是否为有效电压，包括：
检测所述交流源的电压有效值是否在预设电压范围内，以及检测所述交流源的电压频率是否在预设频率范围内；
在所述交流源的电压有效值在预设电压范围内，且所述交流源的电压频率在预设频率范围内时，确定所述交流源的电压是有效电压；
在所述交流源的电压有效值不在预设电压范围内时，或，所述交流源的电压频率不在预设频率范围内时，确定所述交流源的电压不是有效电压。
7.一种供电电路，其特征在于，包括：AC/DC变换模块、第一开关模块、第二开关模块、限流模块、母线电容和控制模块；
所述AC/DC变换模块的输出端连接在直流母线上，以与后级电路连接；所述母线电容并联在直流母线正负极之间，所述第二开关模块用于连接交流源与所述AC/DC变换模块，所述第一开关模块与所述限流模块串联后并联连接在所述第二开关模块两端；
所述控制模块用于在接收到供电指令时，控制所述第一开关模块导通且保持所述第二开关模块处于断开，使得所述交流源经过所述第一开关模块、所述限流模块以及所述AC/DC变换模块后输出至所述直流母线，并给所述母线电容充电；
所述控制模块还用于在检测到所述母线电容的电压大于第一预设电压时，驱动所述AC/DC变换模块对所述限流模块限流后的交流电进行转换后输出至所述直流母线，并给所述母线电容充电；
所述控制模块还用于在检测到所述母线电容的电压大于第二预设电压时，控制所述第二开关模块导通且控制所述第一开关模块断开，并根据所述后级电路的目标供电电压以及所述交流源的电压对所述AC/DC变换模块进行控制，以输出所述目标供电电压；其中所述第二预设电压大于所述第一预设电压，且所述第二预设电压大于所述交流源的电压。
8.根据权利要求7所述的供电电路，其特征在于，所述AC/DC变换模块包括整流桥、电感和开关管；
所述整流桥的第一输入端串联所述第二开关模块，以与所述交流源的火线端连接，所述整流桥的第二输入端用于连接所述交流源的零线端，所述整流桥的第一输出端连接所述电感的第一端，所述整流桥的第二输出端连接所述开关管的第二端；
所述电感的第二端连接所述开关管的第一端；所述开关管的控制端与所述控制模块连接；
所述开关管的第一端还连接所述AC/DC变换模块的第一输出端，所述开关管的第二端还连接所述AC/DC变换模块的第二输出端。
9.根据权利要求8所述的供电电路，其特征在于，所述AC/DC变换模块还包括防反二极管，所述防反二极管的正极连接所述开关管的第一端，所述防反二极管的负极连接所述AC/DC变换模块的第一输出端。
10.一种储能设备，其特征在于，包括电池模块和权利要求7-9任一项所述的供电电路，所述电池模块作为所述供电电路的后级电路。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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