CN115411919A - 放电控制方法及电路 - Google Patents

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CN115411919A CN202210998848.2A CN202210998848A CN115411919A CN 115411919 A CN115411919 A CN 115411919A CN 202210998848 A CN202210998848 A CN 202210998848A CN 115411919 A CN115411919 A CN 115411919A
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Abstract

本发明公开了一种放电控制方法及电路，获取双向DC‑DC电源电路模块中输出电解电容的第一电压值，若第一电压值大于放电截止电压值，则控制双向DC‑DC电源电路模块的双向DC‑DC模块处于反向工作状态(放电状态)，反向工作时间等于预设放电时间后，控制双向DC‑DC模块为关机状态，获取输出电解电容的第二电压值，根据第二电压值和第一电压值控制双向DC‑DC电源电路模块的放电状态。本申请基于双向DC‑DC电源电路模块中双向DC‑DC模块可以反向传输能量的特性，充分利用了主功率电路器件(输出电解电容和DC‑DC开关管等)，不需要额外的放电电路，大大简化电路结构(采用更少的电子元器件)，节省成本的同时还能缓解模块空间资源短缺的压力，达到较好的放电效果。

Description

放电控制方法及电路
技术领域
本发明涉及放电控制技术领域，具体为一种放电控制方法及电路。
背景技术
目前，随着微电网技术和储能技术的发展，双向电源电路技术的研究得到了广泛的关注。双向电源电路可用于交流电压与直流电压的双向变换，能够实现交直流侧功率流的双向流动。
在一般情况下，当双向电源电路结束工作时，双向电源电路的电解电容上会有电压残留，单靠电容自然损耗难以将其消耗，安规要求1s内电解电容能够下降至60V以下，残留电压过高可能对人体造成一定伤害。而现有的放电方案为采用一功率电阻对其直接进行放电，需要增加一套额外的放电控制电路，如图1所示。其大致的工作原理为：通过DSP(Digital Signal Processing，译数字信号处理技术)芯片发出控制信号，经驱动电路驱动开关管开通，功率电阻两端产生电位差，进而消耗输出电解电容上的电能，达到放电的目的。
由此可以看出，现有的放电电路所占用的资源包括放电电阻、开关管、驱动电路以及控制芯片的一个信号引脚，这些元器件会占用比较多的资源空间，并且还增加了成本，且进一步导致双向电源电路的复杂化。
因此，现有技术有待于改善。
发明内容
本发明的主要目的在于提出一种放电控制方法及电路，旨在至少解决相关技术中所提供的放电电路中所需元器件过于复杂的技术问题。
本发明的第一方面提供了一种放电控制方法，其应用于双向DC-DC电源电路模块，所述双向DC-DC电源电路模块包括依次连接的供电端、AC-DC模块、输入电解电容、双向DC-DC模块以及输出电解电容，所述放电控制方法包括：
获取所述双向DC-DC电源电路模块中输出电解电容的第一电压值，将所述第一电压值与预设放电截止电压值进行比较；
若所述第一电压值大于所述放电截止电压值，则控制所述DC-DC电源电路模块的双向DC-DC模块处于反向工作状态；
若所述双向DC-DC模块处于反向工作状态所对应的工作时间等于预设放电时间时，获取所述双向DC-DC电源电路模块中输出电解电容的第二电压值；其中，所述预设时间为所述输出电解电容每次放电的时间；
根据所述第二电压值和所述第一电压值控制所述双向DC-DC电源电路模块的放电状态。
本发明的第二方面提供了一种双向DC-DC电源电路模块，双向DC-DC电源电路模块应用如第一方面的放电控制方法。
本发明的放电控制方法及电路，通过获取双向DC-DC电源电路模块中输出电解电容的第一电压值，将第一电压值与预设放电截止电压值进行比较，若第一电压值大于放电截止电压值，则控制DC-DC电源电路模块的双向DC-DC模块处于反向工作状态，若双向DC-DC模块处于反向工作状态所对应的工作时间等于预设放电时间时，获取双向DC-DC电源电路模块中输出电解电容的第二电压值，根据第二电压值和所述第一电压值控制双向DC-DC电源电路模块的放电状态。本发明基于双向DC-DC电源电路模块中双向DC-DC模块可以反向传输能量的特性，充分利用了主功率电路器件(输出电解电容)，不需要额外的放电电路，大大简化电路结构(采用更少的电子元器件)，节省成本的同时还能缓解模块空间资源短缺的压力，达到较好的放电效果。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，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为背景技术中所提及的放电电路的电路连接示意图；
图2为本发明中部分实施例所涉及到的放电控制方法的流程示意图；
图3为本发明中双向DC-DC电源电路模块处于正向工作时的能量流动示意图；
图4为本发明中双向DC-DC电源电路模块处于反向工作时的能量流动示意图.
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
应当理解，此处所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。
需要注意的是，相关术语如“第一”、“第二”等可以用于描述各种组件，但是这些术语并不限制该组件。这些术语仅用于区分一个组件和另一组件。例如，不脱离本发明的范围，第一组件可以被称为第二组件，并且第二组件类似地也可以被称为第一组件。术语“和/或”是指相关项和描述项的任何一个或多个的组合。
相关技术中，大多数的放电方案采用一功率电阻对其直接进行放电，即需要增加一套额外的放电控制电路(如图1所示)，该放电控制电路包括放电电阻R0，开关管Q0，驱动电路以及控制芯片，其大致的工作原理为：通过DSP(Digital Signal Processing，译数字信号处理技术)芯片发出控制信号，经驱动电路驱动开关管Q0开通，功率电阻R0两端产生电位差，进而消耗输出电解电容C2上的电能，达到放电的目的。由此可以看出，放电电路所占用的资源有放电电阻R0、开关管Q0、驱动电路以及控制芯片的一个信号引脚，这些元器件会占用比较多的资源空间，并且还增加了成本，存在所需元器件较多、过于复杂的技术问题。
请参考图2，本申请为了解决上述技术问题，提供了一种放电控制方法，该放电控制方法应用于双向DC-DC电源电路模块，该双向DC-DC电源电路模块包括依次连接的供电端、AC-DC模块、输入电解电容(图3、图4中的C1)、双向DC-DC模块以及输出电解电容(图3、图4中的C2)，该放电控制方法包括：
步骤S201，获取双向DC-DC电源电路模块中输出电解电容的第一电压值，将第一电压值与预设放电截止电压值进行比较；
具体的，当双向DC-DC电源电路模块关机后，获取双向DC-DC电源电路模块中输出电解电容的第一电压值，将第一电压值与预设放电截止电压值进行比较；其中，该第一电压值表示双向DC-DC电源电路模块中输出电解电容放电之前的电压值；在得到第一电压值之后，需要比较第一电压值和放电截止电压值，从而便于判定双向DC-DC电源电路模块是否存在电压残留问题。其中，放电截止电压值通常可以设置为50-60V，其具体与安规要求相关。
步骤S202，若第一电压值大于放电截止电压值，则控制双向DC-DC电源电路模块的双向DC-DC模块处于反向工作状态(即放电状态)；
具体的，当第一电压值大于放电截止电压值，则表示双向DC-DC电源电路模块存在电压残留问题，这种情况下单靠电容自然损耗难以将其消耗，且残留电压过高容易对人体造成一定伤害。由此，通过控制双向DC-DC电源电路模块的双向DC-DC模块处于反向工作状态。
需要说明的是，当双向DC-DC模块处于反向工作状态时，能量或者电压的流向是从双向DC-DC模块的输出端流向输入端；其中，双向DC-DC模块的输出端是靠近输出电解电容的一端，双向DC-DC模块的输入端是靠近输入电解电容的一端。
步骤S203，若双向DC-DC模块处于反向工作状态所对应的工作时间等于预设放电时间时，获取双向DC-DC电源电路模块中输出电解电容的第二电压值；
具体的，当双向DC-DC模块处于反向工作状态所对应的工作时间等于预设放电时间时，则表明双向DC-DC模块中的输出电解电容在预设放电时间内进行了一部分电压的放电，从而能够降低所残留的电压，最终是为了使得所残留的电压尽量是低于放电截止电压值，来满足安规要求，避免对人体造成一定伤害。其中，预设放电时间为输出电解电容每次放电的时间。在输出电解电容进行预设时间的放电之后，是需要获取双向DC-DC电源电路模块中输出电解电容的第二电压值。
步骤S204，获取双向DC-DC电源电路中输出电解电容的第二电压值，计算第一电压值和第二电压值的差值。根据第二电压值和第一电压值控制双向DC-DC电源电路模块的放电状态。
具体的，当得到第二电压值和第一电压值之后，根据第二电压值和第一电压值来控制双向DC-DC电源电路模块的放电状态。例如，将第二电压值和第一电压值进行计算，得到差值或者比值，然后根据差值或者比值最终控制双向DC-DC电源电路模块继续放电或者停止放电。由此，本发明基于双向DC-DC电源电路模块中双向DC-DC模块可以反向传输能量的特性，充分利用了主功率电路器件(输出电解电容、双向DC-DC模块中DC-DC开关管)，不需要额外的放电电路，大大简化电路结构(采用更少的电子元器件)，节省成本的同时还能缓解模块空间资源短缺的压力，并且可以检测到电池突然接入和断开的情况，达到较好的放电效果。
在本实施例中，根据第二电压值和第一电压值控制双向DC-DC电源电路模块的放电状态具体可以包括以下步骤：步骤S205，若差值大于或等于预设阈值，则控制双向DC-DC模块为反向工作状态(放电状态)，反向工作的时间等于预设时间时，控制双向DC-DC模块为关机状态，并返回至步骤S201；若差值小于预设阈值，则控制双向DC-DC模块为停止放电状态。
请参考图3-图4，当双向DC-DC电源电路模块在处于正向工作模式时，能量流向为依次经过输入电解电容C1、双向DC-DC模块、输出电解电容C2；当双向DC-DC电源电路模块在处于反向工作模式(放电状态)时，能量流向为依次经过输出电解电容C2、双向DC-DC模块、输入电解电容C1。
应当理解的是，当双向DC-DC电源电路模块正向工作且双向DC-DC模块关机时，让双向DC-DC模块反向工作一段时间，即双向DC-DC电源电路模块工作在主功率放电模式，以此来消耗输出电解电容C2的电能，来达到简便、快速的放电效果，也即基于双向DC-DC模块可以反向传输能量的特性，充分利用了主功率电路器件(输出电解电容、双向DC-DC模块中的DC-DC开关管)，不需要额外的放电电路，大大简化电路结构(采用更少的电子元器件)，节省成本的同时还能缓解模块空间资源短缺的压力，并且可以检测到电池突然接入和断开的情况，达到较好的放电效果。
在本实施例中，在若双向DC-DC模块处于反向工作状态所对应的工作时间等于预设时间时的步骤之后，还包括：控制双向DC-DC模块为关机状态，并执行获取双向DC-DC电源电路模块中输出电解电容的第二电压值的步骤。即通过控制双向DC-DC模块为关机状态时，才获取双向DC-DC电源电路模块中输出电解电容的第二电压值，来保证所获取的第二电压值是输出电解电容C2进行预设时间放电后所对应的电压值。若放电后不关闭双向DC-DC模块，则有可能输出电解电容C2还在放电过程时就去获取电压值，这会导致第二电压值的不准确，相应的导致整个放电的控制精度低。
在本实施例中，根据第二电压值和第一电压值控制双向DC-DC电源电路模块的放电状态的步骤，具体包括：计算第一电压值与第二电压值的差值，若差值大于预设阈值，则控制双向DC-DC电源电路模块的放电状态为继续放电，并返回获取双向DC-DC电源电路模块中输出电解电容的第一电压值的步骤，若差值小于或者等于预设阈值，则控制双向DC-DC电源电路模块的放电状态为停止放电。即在获得第二电压值和第一电压值之后，可以通过计算第一电压值与第二电压值的差值，并将差值与预设阈值进行对比，根据对比结果来确定双向DC-DC电源电路模块的放电状态是停止放电还是继续放电。其中，所述预设阈值为用于判断下一阶段是否进行放电的判定值。
下面对于本申请中涉及到的计算公式、原理分析进行阐述说明：
具体的，当双向DC-DC电源电路模块在处于主功率放电模式时，双向DC-DC模块的能量传递满足预设第一计算公式，该第一计算公式如下：
Figure BDA0003806742090000061
其中，P表示放电时的功率，Δt表示输出电解电容每次放电的时间，U2表示第一电压值，C2表示输出电解电容的电容值，U2_down表示第二电压值，ΔU2表示第一电压值与第二电压值的差值，U1表示放电前输入电解电容C1的电压值，U1_up表示放电Δt时间后输入电解电容C1的电压值，Qswitch表示双向DC-DC模块的开关管损耗，QMag表示双向DC-DC模块的电路磁件损耗，Qother表示其他杂散损耗(例如辅源损耗、电容损耗等)。
结合实际的应用场景，考虑两种情况，第一种情况是DC端口接有电池，第二种情况是DC端口未接负载时，下面会对于这两种情况下双向DC-DC电源电路模块在处于主功率放电模式时所满足的能量传递进行说明：
(1)DC端口接有电池时，即带有电池且处于主功率放电模式时，输出电解电容C2的电压值基本固定，
Figure BDA0003806742090000071
的值为0，因此通过预设第二计算公式和预设第三算公式可以计算出输入电解电容电压的上升值ΔU1，该第三二计算公式和第三计算公式分别如下：
Figure BDA0003806742090000072
Figure BDA0003806742090000073
其中，损耗Qswitch+QMag+Qother可根据主功率电路拓扑的实际工作情况进行评估(例如双向DC-DC模块的工作效率为η，那么Qswitch+QMag+Qother＝(1-η)PΔt)，当输入电解电容C1与放电前输入电解电容C1的电压值U1确定时，放电时输入电解电容电压上升值ΔU1取决于功率给定P和放电时间Δt，选取合适的P与Δt，即可控制母线电压的上升值在合理的范围内。也就是说，当得知残留电压较大时，可以通过选取数值更大的P与Δt，从而在双向DC-DC电源电路模块在处于主功率放电模式时进行快速放电，大大减少放电次数以及放电所需要花费的总时间。
(2)DC端口未接负载时，即DC端口不接电池和其他负载时，每次放电消耗的都是输出电解电容C2的电能，此时可得到预设第四计算公式，该第四算公式如下：
Figure BDA0003806742090000074
同时，该第二计算公式联立第三计算公式可推导得出第五计算公式如下：
Figure BDA0003806742090000081
即第一电压值与第二电压值的差值ΔU2可以通过放电时的功率P、输出电解电容每次放电的时间Δt、第一电压值U2计算出来。当C2与U2确定时，第一电压值与第二电压值的差值ΔU2取决于功率给定P和放电时间Δt。
需要说明的是，接有电池时，若输出电解电容放电Δt时间，电压值基本稳定，ΔU2趋近于0；不接负载时，若输出电解电容放电Δt时间，其电压值会下降，下降的差值可由公式
Figure BDA0003806742090000082
计算得到。因此，预设阈值应当选取在这两个ΔU2之间，便能区分出是否接有电池，进而确定下一阶段是否需要放电。其中，放电功率P、每次放电时间Δt、预设阈值的值可以自行确定，不一定每次放电时都选取同样的值，实际可变化。
由此，对于一个已经确定的具有双向DC-DC模块的双向DC-DC电源电路模块，只要选取了放电时的功率给定P和放电时间Δt，就可以计算出放电前后输入电解电容电压的上升值ΔU1和第一电压值与第二电压值的差值ΔU2，另外，当端口接有电池时，为了不过度消耗电池的电量，可利用带电池时端口电容电压基本稳定的特性来实现电池的检测。
在本实施例种，当端口不接电池时，输出电解电容的电压会断断续续地放到放电截止电压值，基于每次放电的时间为Δt，由于每次放电后U2的值发生了改变，因此只能计算出大致的放电次数
Figure BDA0003806742090000083
(Uoff表示放电截止电压)，总放电时间为
Figure BDA0003806742090000084
DC端口接有电池时，只放电一次，基本不消耗电池电量，即本申请的放电控制方法能够在不消耗电池电量的情况下进行放电。
下面以具体参数来对具体放电控制过程的描述：
各参数选取如下：放电时的给定功率P为200W，每次放电时间Δt为50ms；输入电解电容C1的电压值U1＝370V，输入电解电容C1＝1500uF；输出电解电容的电压(第一电压值)U2＝500V，输出电解电容C2＝200uF；
在进行放电时，由于此工况相当于空载，效率趋于0，取η为5％，因此Qswitch+QMag+Qother＝(1-η)PΔt＝0.95PΔt＝9.5J，放电截止电压设置为Uoff＝50V，判定阈值(预设阈值)选取为Uth＝10V，由第三计算公式可以计算出每次放电Δt时间，输入电解电容电压的上升值ΔU1为0.9V。端口带电池时，DC端口输出电解电容的电压U2恒定，因此差值ΔU2＝0<Uth＝10V，停止放电，电池损耗的能量为PΔt＝10J。端口未接负载时，由第一计算公式可以计算出第一电压值与第二电压值的差值ΔU2为113V，明显大于预设阈值，因此会重复放电过程，大致的放电次数
Figure BDA0003806742090000091
总放电时间大约为t＝nΔt＝0.2s，即0.2s就能将输出电解电容的电压从500V降到50V以下，达到快速放电的技术效果。
需要说明的是，对于前述的各方法实施例，为了简便描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本申请并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本申请，某些步骤可以采用其它顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于优选实施例，所涉及的动作和模块并不一定都是本申请所必须的。
在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其它实施例的相关描述。
以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (8)

1.一种放电控制方法，其特征在于，应用于双向DC-DC电源电路模块，所述双向DC-DC电源电路模块包括依次连接的供电端、AC-DC模块、输入电解电容、双向DC-DC模块以及输出电解电容，所述放电控制方法包括：
获取所述双向DC-DC电源电路模块中输出电解电容的第一电压值，将所述第一电压值与预设放电截止电压值进行比较；
若所述第一电压值大于所述放电截止电压值，则控制所述DC-DC电源电路模块的双向DC-DC模块处于反向工作状态；
若所述双向DC-DC模块处于反向工作状态所对应的工作时间等于预设放电时间时，获取所述双向DC-DC电源电路模块中输出电解电容的第二电压值；其中，所述预设时间为所述输出电解电容每次放电的时间；
根据所述第二电压值和所述第一电压值控制所述双向DC-DC电源电路模块的放电状态。
2.如权利要求1所述放电控制方法，其特征在于，所述放电控制方法还包括：
若所述双向DC-DC电源电路模块处于正向工作模式，检测所述双向DC-DC电源电路模块的双向DC-DC模块是否处于关机状态；
若所述双向DC-DC模块处于关机状态，则执行所述获取所述双向DC-DC电源电路模块输出电解电容的第一电压值的步骤。
3.如权利要求1所述放电控制方法，其特征在于，在所述将所述第一电压值与预设放电截止电压值进行比较的步骤之后，还包括：
若所述第一电压值小于所述放电截止电压值，则控制所述双向DC-DC电源电路模块的放电状态为停止放电。
4.如权利要求1所述放电控制方法，其特征在于，在所述若所述双向DC-DC模块处于反向工作状态所对应的工作时间等于预设时间时的步骤之后，还包括：
控制所述双向DC-DC模块处于关机状态，并执行所述获取所述双向DC-DC电源电路模块中输出电解电容的第二电压值的步骤。
5.如权利要求1所述放电控制方法，其特征在于，所述根据所述第二电压值和所述第一电压值控制所述双向DC-DC电源电路模块的放电状态的步骤，具体包括：
计算所述第一电压值与所述第二电压值的差值；
若所述差值大于或者等于预设阈值，则控制所述双向DC-DC电源电路模块处于反向工作状态，当反向工作时间等于所述预设时间时，则控制所述双向DC-DC模块处于关机状态，并返回所述获取所述双向DC-DC电源电路模块中输出电解电容的第一电压值的步骤；其中，所述预设阈值为用于判断下一阶段是否进行放电的判定值；
若所述差值小于所述预设阈值，则控制所述双向DC-DC电源电路模块的放电状态为停止放电。
6.如权利要求5所述放电控制方法，其特征在于，在所述计算所述第一电压值与所述第二电压值的差值的步骤之后，还包括：
若所述差值大于或者等于预设阈值，则判定输出电解电容端未接有电池；
若所述差值小于预设阈值，则判定输出电解电容端接有电池。
7.如权利要求1或6所述放电控制方法，其特征在于，所述计算所述第一电压值与所述第二电压值的差值的步骤具体包括：
根据公式
Figure FDA0003806742080000021
计算所述第一电压值与所述第二电压值的差值；P表示放电时的功率，Δt表示所述输出电解电容每次放电的时间，即所述预设时间，U2表示第一电压值，C2表示输出电解电容的电容值，U2_down表示第二电压值，ΔU2表示第一电压值与第二电压值的差值。
8.一种双向DC-DC电源电路，其特征在于，所述双向DC-DC电源电路应用如权利要求1-7任一项所述放电控制方法。
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