CN116260218A - 一种功率变换装置及储能装置 - Google Patents
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Abstract
本申请提供一种功率变换装置及储能装置，功率变换装置包括开关模块、功率变换模块、第一处理模块以及第二处理模块，功率变换模块通过开关模块接收电池的放电或对电池充电，第一处理模块输出第一导通信号及第一启动信号，第二处理模块输出第二导通信号及第二启动信号，开关模块响应于第一导通信号和第二导通信号，开关模块导通功率变换模块和电池的连接；功率变换模块响应于第一启动信号或第二启动信号，功率变换模块启动。在本申请提供的结构中，第一处理模块与第二处理模块相互备份，第一处理模块和第二处理模块正常工作时，能保证功率变换模块的正常启动以及开关模块的零电流导通，从而使得功率变换模块和电池之间的充放电可以安全运行。
Description
技术领域
本申请涉及电池管理领域，特别涉及一种功率变换装置及储能装置。
背景技术
储能装置包括电池、电池管理系统、充放电回路以及功率变换器。其中，电池通常采用锂电池。然而，锂电池发生热失控后可能导致着火、爆炸、释放有毒气体等安全威胁。储能装置通常需要监控电池的过压、过温、过流情况并及时切断充放回路，从而保证储能装置安全运行。
现有的储能装置的电池管理系统通常通过一个处理器根据电池电芯电压、温度、电流信号中的一个或多个参数控制储能装置充放电的启动或停止。电池管理系统的处理器发生异常会导致储能装置无法实现上述功能。如果储能装置进行大电流充放电时发生处理器异常，可能会导致储能装置出现风险。
发明内容
有鉴于此，本申请提供一种功率变换装置和储能装置，功率变换装置的第一处理模块和第二处理模块相互备份。本申请提供的功率变换装置和储能装置中一个处理模块发生异常，另一个处理模块仍可以控制开关模块的导通和断开、功率变换模块的启动和停止，从而保证开关模块的零电流导通和关断，并使得功率变换模块和电池之间的充放电可以安全运行。
第一方面，本申请提供一种功率变换装置，功率变换装置包括开关模块、功率变换模块、第一处理模块以及第二处理模块，功率变换模块通过开关模块接收电池的放电或对电池充电，第一处理模块输出第一导通信号及第一启动信号，第二处理模块输出第二导通信号及第二启动信号。开关模块响应于第一导通信号和第二导通信号，开关模块导通功率变换模块和电池的连接。功率变换模块响应于第一启动信号或第二启动信号，功率变换模块启动。
本申请提供的功率变换装置中需要第一处理模块和第二处理模块一并控制开关模块导通、再通过第一处理模块或第二处理模块中的任一个控制功率变换模块启动，从而保证开关模块的零电流导通以及功率变换模块的正常启动，并使得功率变换模块和电池之间的充放电可以安全运行。
一种实施方式中，第一处理模块用于输出第一断开信号及第一停止运行信号，第二处理模块用于输出第二断开信号及第二停止运行信号，功率变换模块响应于第一停止运行信号或第二停止运行信号，功率变换模块停止运行；开关模块响应于第一断开信号或第二断开信号，开关模块断开功率变换模块和电池的连接。
本申请提供的功率变换装置中通过第一处理模块和第二处理模块中的任一个控制功率变换模块停止运行、再通过第一处理模块或第二处理模块中的任一个控制开关模块断开功率变换模块和电池的连接，从而保证功率变换模块停止运行以及开关模块的零电流断开，并使得功率变换模块和电池之间的充放电可以安全停止。
一种实施方式中，第一处理模块响应于第二处理模块停止运行，第一处理模块先输出第一停止运行信号、再输出第一断开信号；第二处理模块响应于第一处理模块停止运行，第二处理模块先输出第二停止运行信号、再输出第二断开信号。
本申请提供的功率变换装置的第一处理模块确定第二处理模块停止运行时，第一处理模块先控制功率变换模块停止运行、再控制开关模块断开功率变换模块和电池的连接。而第二处理模块确定第一处理模块停止运行时，第二处理模块先控制功率变换模块停止运行、再控制开关模块断开功率变换模块和电池的连接。上述方式保证功率变换装置中任一个处理模块发生异常后，另一个处理模块仍可以控制功率变换模块的停止、并控制开关模块的断开，进而保证开关模块的零电流关断，使得功率变换模块和电池之间的充放电可以安全停止。
一种实施方式中，第一处理模块响应于设定周期内未接收到第二处理模块发送的周期信号，第一处理模块先输出第一停止运行信号、再输出第一断开信号；第二处理模块响应于设定周期内未接收到第一处理模块发送的周期信号，第二处理模块先输出第二停止运行信号、再输出第二断开信号。
本申请提供的功率变换装置的第一处理模块与第二处理模块之间在设定周期内相互发送周期信号，以确定第一处理模块或第二处理模块是否发生异常，从而实现第一处理模块与第二处理模块之间的相互监控。第一处理模块在设定周期内未接收到第二处理模块发送的周期信号，第一处理模块先控制功率变换模块停止运行、再控制开关模块断开功率变换模块和电池的连接。第二处理模块在设定周期内未接收到第一处理模块发送的周期信号，第二处理模块先控制功率变换模块停止运行、再控制开关模块断开功率变换模块和电池的连接。如此，本申请提供的功率变换装置在其中一个处理模块发生异常后，另一个处理模块仍可以控制功率变换模块停止运行以及开关模块断开，使得功率变换模块和电池之间的充放电可以安全停止。
一种实施方式中，第一处理模块响应于电池的充电电流或放电电流高于电流阈值，第一处理模块先输出第一停止运行信号、再输出第一断开信号。
本申请提供的功率变换装置的第一处理模块获取由功率变换模块参数检测电路检测的电池的充电电流或放电电流。第一处理模块确定电池的充电电流或放电电流是否高于电流阈值，第一处理模块若确定电池的充电电流或放电电流高于电流阈值，则第一处理模块先控制功率变换模块停止运行、再控制开关模块断开功率变换模块和电池的连接，从而在功率变换装置进行大电流充放电时，避免功率变换装置发生危险。
一种实施方式中，第二处理模块响应于电池电压大于电压阈值或电池温度大于温度阈值，第二处理模块先输出第二停止运行信号、再输出第二断开信号。
本申请提供的功率变换装置的第二处理模块获取由电池参数检测电路检测的电池电压和电池温度。第二处理模块确定电池电压是否大于电压阈值或电池温度是否大于温度阈值。第二处理模块若确定电池电压大于电压阈值或电池温度大于温度阈值，则第二处理模块先控制功率变换模块停止运行、再控制开关模块断开功率变换模块和电池的连接，从而避免电池发生过压或热失控时，功率变换装置发生危险。
一种实施方式中，功率变换装置包括逻辑电路，第一处理模块向逻辑电路输入第一导通信号和第一断开信号，第二处理模块向逻辑电路输入第二导通信号和第二断开信号，逻辑电路向开关模块输入开关模块导通信号或开关模块断开信号；第一导通信号包括导通信号一和导通信号二，第二导通信号包括导通信号三和导通信号四，第一断开信号包括断开信号一和断开信号二，第二断开信号包括断开信号三和断开信号四，逻辑电路响应于导通信号一、导通信号二、导通信号三以及导通信号四，逻辑电路向开关模块输入开关模块导通信号，逻辑电路响应于断开信号一、断开信号二、断开信号三以及断开信号四中的任一或任多信号，逻辑电路向开关模块输入开关模块断开信号。
本申请提供的功率变换装置通过逻辑电路接收第一处理模块以及第二处理模块发送的控制信号，并由逻辑电路控制开关模块。第一处理模块和第二处理模块一并向逻辑电路发送导通信号，使功率变换模块与电池连接，第一处理模块或第二处理模块中的任一个模块向逻辑电路发送断开信号，使开关模块断开功率变换模块和电池的连接。
一种实施方式中，开关模块包括第一开关以及第二开关，第一开关连接电池正极与功率变换模块的第一端，第二开关连接电池负极与功率变换模块的第二端，开关模块导通信号包括第一开关导通信号和第二开关导通信号，开关模块断开信号包括第一开关断开信号和第二开关断开信号，其中：逻辑电路响应于导通信号一以及导通信号三，逻辑电路向第一开关输入第一开关导通信号，逻辑电路响应于导通信号二以及导通信号四，逻辑电路向第二开关输入第二开关导通信号，逻辑电路响应于断开信号一和/或断开信号三，逻辑电路向第一开关输入第一开关断开信号，逻辑电路响应于断开信号二和/或断开信号四，逻辑电路向第二开关输入第二开关断开信号。
本申请提供的功率变换装置中的开关模块包括第一开关以及第二开关，第一开关以及第二开关一并导通后，使功率变换模块和电池连接，第一开关或第二开关中的任一断开后，使功率变换模块和电池断开连接。第一处理模块向逻辑电路发送控制信号以控制第一开关，第二处理模块向逻辑电路发送控制信号以控制第二开关，两个处理模块正常工作，能通过控制第一开关以及第二开关使功率变换模块与电池连接或断开连接，一个处理模块发生异常，另一个处理模块仍可以通过控制第一开关或第二开关使功率变换模块和电池断开连接，避免功率变换装置发生危险。
一种实施方式中，逻辑电路包括第一锁存器、第二锁存器、第三锁存器、第四锁存器、第一与门以及第二与门，第一处理模块向第一锁存器输入导通信号一或断开信号一，第一处理模块向第二锁存器输入导通信号二或断开信号二，第二处理模块向第三锁存器输入导通信号三或断开信号三，第二处理模块向第四锁存器输入导通信号四或断开信号四，第一锁存器接收导通信号一向第一与门输入高电平信号，接收断开信号一向第一与门输入低电平信号，第二锁存器接收导通信号二向第二与门输入高电平信号，接收断开信号二向第二与门输入低电平信号，第三锁存器接收导通信号三向第一与门输入高电平信号，接收断开信号三向第一与门输入低电平信号，第四锁存器接收导通信号四向第二与门输入高电平信号，接收断开信号四向第二与门输入低电平信号，第一与门响应于第一锁存器以及第三锁存器输入的高电平信号，第一与门向第一开关输入第一开关导通信号，第一与门响应于第一锁存器和/或第三锁存器输入的低电平信号，第一与门向第一开关输入第一开关断开信号，第二与门响应于第二锁存器以及第四锁存器输入的高电平信号，第二与门向第二开关输入第二开关导通信号，第二与门响应于第二锁存器和/或第四锁存器输入的低电平信号，第二与门向第二开关输入第二开关断开信号。
本申请提供的功率变换装置中的逻辑电路包括锁存器以及逻辑门电路，处理模块发送的导通信号可以视为上跳沿信号，处理模块发送的断开信号可以视为下跳沿信号。锁存器接收到上跳沿信号后，向对应连接的与门电路发送高电平信号，锁存器接收到下跳沿信号后，向对应连接的与门电路发送低电平信号，与门电路在接收到两个锁存器发送的高电平信号后，控制对应开关导通，与门电路在接收到两个锁存器中的任一个发送的低电平信号后，控制对应开关断开。第一处理模块和第二处理模块一并向逻辑电路输入导通信号，逻辑电路通过锁存器锁存导通信号后，使第一与门控制第一开关导通，第二与门控制第二开关导通，以使功率变换模块与电池连接。第一处理模块或第二处理模块向逻辑电路输入断开信号，逻辑电路通过其中一个锁存器锁存断开信号后，使第一与门控制第一开关断开或第二与门控制第二开关断开，以使功率变换模块与电池断开连接。两个处理模块正常工作，通过控制第一开关以及第二开关使功率变换模块与电池连接，如此，即使一个处理模块发生异常，另一个处理模块仍可以通过控制第一开关或第二开关使功率变换模块和电池断开连接，避免功率变换装置发生危险。
一种实施方式中，功率变换装置包括第一通信总线，第一处理模块通过第一通信总线向第二处理模块传输周期信号，第二处理模块通过第一通信总线向第一处理模块传输周期信号，第一处理模块和第二处理模块通过第一通信总线控制功率变换模块。第一处理模块与第二处理模块通过第一通信总线进行周期通讯，并相互监控对方是否处于正常应答状态。
本申请提供的功率变换装置中的第一处理模块与第二处理模块通过第一通信总线建立通信，第一处理模块与第二处理模块之间通过第一通信总线在设定周期内相互发送周期信号，以确定第一处理模块或第二处理模块是否处于正常应答状态。在其中一个处理模块处于非正常应答状态后，另一个处理模块可以控制功率变换模块停止运行以及开关模块断开。
一种实施方式中，功率变换装置包括功率变换模块参数检测电路以及电池参数检测电路，功率变换模块参数检测电路用于检测电池的充电电流或放电电流，电池参数检测电路用于检测电池电压以及电池温度。功率变换模块参数检测电路用于检测电池的充电电流或放电电流、电池参数检测电路用于检测电池电压以及电池温度。
本申请提供的功率变换装置中的功率变换模块参数检测电路检测电池的充电电流或放电电流，以使第一处理模块或第二处理模块获取并根据电池的充电电流或放电电流确定开关模块或功率变换模块是否正常工作，第一处理模块或第二处理模块确定电池的充电电流或放电电流高于电流阈值，先控制功率变换模块停止运行、再控制开关模块断开功率变换模块和电池的连接。功率变换装置中的电池参数检测电路检测电池温度以及电池电压，以使第一处理模块或第二处理模块获取并根据电池电压以及电池温度，来确定电池是否正常工作，第一处理模块或第二处理模块确定电池电压大于电压阈值或电池温度大于温度阈值，先控制功率变换模块停止运行、再控制开关模块断开功率变换模块和电池的连接。
一种实施方式中，功率变换装置包括第二通信总线，功率变换模块参数检测电路通过第一通信总线通信向第一处理模块传输电池的充电电流或放电电流，电池参数检测电路通过第二通信总线通信向第一处理模块或第二处理模块中的至少一个传输电池电压以及电池温度。
本申请提供的功率变换装置中的第一处理模块还与功率变换模块参数检测电路通过第一通信总线连接，第一处理模块通过第一通信总线接收功率变换模块参数检测电路的检测的电池的充电电流或放电电流。功率变换装置中的第一处理模块以及第二处理模块还与电池参数检测电路通过第二通信总线连接，第一处理模块以及第二处理模块通过第二通信总线接收电池参数检测电路检测的电池电压以及电池温度。通过两个处理模块的互相备份，即使第一处理模块或第二处理模块中的其中一个处理模块出现异常，另一个模块也能在确定电池电压大于电压阈值或电池温度大于温度阈值时，先控制功率变换模块停止运行、再控制开关模块断开功率变换模块和电池的连接。从而在电池发生过压或热失控时，及时零电流的断开功率变换模块和电池的连接，避免功率变换装置出现危险。
第二方面，本申请提供一种储能装置，包括电池以及上述功率变换模块，功率变换模块通过开关模块接收电池的放电或对电池充电，第一处理模块输出第一导通信号及第一启动信号，第二处理模块输出第二导通信号及第二启动信号。其中，开关模块响应于第一导通信号和第二导通信号，开关模块导通功率变换模块和电池的连接；功率变换模块响应于第一启动信号或第二启动信号，功率变换模块启动。
附图说明
图1为本申请提供的储能装置的结构示意图一；
图2为本申请提供的功率变换装置的结构示意图二；
图3为本申请提供的功率变换装置的结构示意图三；
图4为本申请提供的功率变换装置的结构示意图四；
图5为本申请提供的功率变换装置的结构示意图五；
图6为本申请提供的功率变换装置的结构示意图六；
图7为本申请提供的功率变换装置的结构示意图七。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本申请作进一步地详细描述。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实施方式；相反，提供这些实施方式使得本申请更全面和完整，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。在图中相同的附图标记表示相同或类似的结构，因而将省略对它们的重复描述。本申请中所描述的表达位置与方向的词，均是以附图为例进行的说明，但根据需要也可以做出改变，所做改变均包含在本申请保护范围内。本申请的附图仅用于示意相对位置关系不代表真实比例。
为了使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本申请作进一步地详细描述。方法实施例中的具体操作方法也可以应用于装置实施例或系统实施例中。需要说明的是，在本申请的描述中“至少一个”是指一个或多个，其中，多个是指两个或两个以上。鉴于此，本发明实施例中也可以将“多个”理解为“至少两个”。“和/或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，字符“/”，如无特殊说明，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。另外，需要理解的是，在本申请的描述中，“第一”、“第二”等词汇，仅用于区分描述的目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性，也不能理解为指示或暗示顺序。
需要指出的是，本申请实施例中“连接”指的是电连接，两个电学元件连接可以是两个电学元件之间的直接或间接连接。例如，A与B连接，既可以是A与B直接连接，也可以是A与B之间通过一个或多个其它电学元件间接连接，例如A与B连接，也可以是A与C直接连接，C与B直接连接，A与B之间通过C实现了连接。
现有的储能装置中通常通过一个处理器根据电池电芯电压、温度、电流信号中的一个或多个参数控制储能装置充放电的启动或停止。电池管理系统的处理器发生异常会导致储能装置无法实现上述功能。如果储能装置进行大电流充放电时发生处理器异常，可能会导致储能装置出现风险。
有鉴于此，本申请提供一种功率变换装置和储能装置，功率变换装置中一个处理模块发生异常，功率变换装置中另一个处理模块仍可以控制开关模块的导通和断开、功率变换模块的启动和停止，从而保证功率变换装置中开关模块能零电流导通和关断，并使得功率变换模块和电池之间的充放电也可以安全运行。
图1为本申请提供的储能装置的结构示意图一。本申请实施例提供的储能装置包括功率变换装置100与电池105。其中，电池105包括锂电池、铅酸电池、钠电池、镁电池、铝电池、钾电池、镍镉电池、镍氢电池或锂聚合物电池中的一种或多种。
本申请实施例提供的功率变换装置100包括开关模块101、功率变换模块102、第一处理模块103以及第二处理模块104。如图1所示，开关模块101中包括至少一个开关，功率变换模块102的一端连接交流市电或用电设备，功率变换模块102的另一端通过开关模块101与电池105连接。
示例性的，开关模块101中包括第一开关和第二开关，电池105的正极通过第一开关与功率变换模块102的正端连接，电池105的负极通过第二开关与功率变换模块102的负端连接。
本申请实施例中，功率变换模块102中可以包括交流转直流电路(alternatingcurrent-direct current，AC-DC)以及直流转交流电路(direct current-alternatingcurrent，DC-AC)。功率变换模块102可以利用AC-DC电路对交流市电输入的交流电流进行交流-直流转换，并将转换后的直流电流通过开关模块101提供给电池105，以对电池105实现充电。功率变换模块102还可以利用DC-AC电路对电池105输出的电流进行直流-交流转换，并将转换后交流电流提供给交流市电或用电设备，以对电池105实现放电。
本申请实施例中，第一处理模块103以及第二处理模块104包括通用中央处理器(central processing unit，CPU)、通用处理器、数字信号处理(digital signalprocessing，DSP)、专用集成电路(application specific integrated circuits，ASIC)、现场可编程门阵列(field programmable gate array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、晶体管逻辑器件或硬件部件中的一种或者多种的组合。
本申请实施例中，第一处理模块103以及第二处理模块104可以通过通信总线与开关模块101以及功率变换模块102建立通讯连接，使第一处理模块103通过通信总线向开关模块101发送第一导通信号，向功率变换模块102发送第一启动信号，使第二处理模块104通过通信总线向开关模块101发送第二导通信号，向功率变换模块102发送第二启动信号。
示例性的，第一处理模块103向功率变换模块102发送第一启动信号，功率变换模块102根据第一启动信号可以改变功率变换模块102中的至少一个开关器件的状态，从而启动功率变换模块102。此外，第一处理模块103还可以向功率变换模块102发送电压控制信号，从而调节功率变换模块102的放电电压或充电电压。
本申请实施例中，第一处理模块103以及第二处理模块104之间也可以通过通信总线建立通讯连接，在设定周期内通过通信总线相互发送周期信号，以确定第一处理模块103或第二处理模块104是否发生异常，从而实现第一处理模块103与第二处理模块104之间的相互监控。示例性的，第一处理模块103若在设定周期内未接收到第二处理模块104发送的周期信号，则第一处理模块103能先控制功率变换模块102停止运行、再控制开关模块101断开功率变换模块102和电池105的连接，从而保证功率变换模块102和电池105之间的充放电可以安全运行。
其中，上述实施例所述的通信总线包括但不限于以下总线类型：串行总线、控制器局域网络(controller area network，CAN)以及电力线载波(power line communication，PLC)等类型，这里不做过多限定。
此外，上述实施例中需要建立通讯连接的模块之间还可以采用以下方式建立通讯：有线局域网(local area network，LAN)、6G\5G\4G\3G\2G网络、通用无线分组业务(general packet radio service，GPRS)、无线网络(WiFi)、蓝牙、紫蜂(zigbee)以及红外等方式。
一种实施方式中，开关模块101响应于所述第一导通信号和所述第二导通信号，开关模块101导通所述功率变换模块102和所述电池105的连接；响应于所述第一启动信号或所述第二启动信号，功率变换模块102启动。其中，第一处理模块103输出第一导通信号，第二处理模块104输出第二导通信号，第一处理模块103和第二处理模块104需要一并控制开关模块101导通。第一处理模块103输出第一启动信号，第二处理模块104输出第二启动信号，通过第一处理模块103或第二处理模块104中的任一个能控制功率变换模块启动。示例性的，第一处理模块103和第二处理模块104在上电自检后，第一处理模块103输出第一启动信号，第二处理模块104输出第二启动信号，使功率变换模块102和电池105之间建立电连接，并在第一处理模块103或第二处理模块104中的任一个输出启动信号时，功率变换模块102启动，实现开关模块101的零电流导通，并使得功率变换模块和电池之间的充放电可以安全运行。
一种实施方式中，所述第一处理模块103用于输出第一断开信号及第一停止运行信号，所述第二处理模块104用于输出第二断开信号及第二停止运行信号，功率变换模块102响应于所述第一停止运行信号或所述第二停止运行信号，所述功率变换模块102停止运行；开关模块101响应于所述第一断开信号或所述第二断开信号，所述开关模块101断开所述功率变换模块102和所述电池105的连接。
第一处理模块103或第二处理模块104中的任一个处理模块能控制功率变换模块102停止运行，并且第一处理模块103或第二处理模块104中的任一个控制开关模块101也能断开功率变换模块102和电池105的连接，如此，即使一个处理模块发生异常，另一个正常工作的处理模块仍可以使功率变换模块102停止运行以及开关模块101的零电流断开，并使得功率变换模块102和电池105之间的充放电可以安全停止。
为了在第一处理模块103或第二处理模块104出现异常后，功率变换装置100能及时安全的断开功率变换模块102和电池105的连接，一种实施方式中，第一处理模块103响应于所述第二处理模块104停止运行，所述第一处理模块103先输出所述第一停止运行信号、再输出所述第一断开信号；第二处理模块104响应于所述第一处理模块103停止运行，所述第二处理模块104先输出所述第二停止运行信号、再输出所述第二断开信号。
第一处理模块103确定第二处理模块104停止运行时，第一处理模块103可以先控制功率变换模块102停止运行、再控制开关模块101断开功率变换模块102和电池105的连接。而第二处理模块104确定第一处理模块103停止运行时，第二处理模块104也可以先控制功率变换模块102停止运行、再控制开关模块101断开功率变换模块102和电池105的连接。从而保证功率变换装置100中任一个处理模块发生异常，另一个处理模块仍可以控制功率变换模块102的停止、控制开关模块101的断开，并保证开关模块101能零电流关断，使得功率变换模块102和电池105之间的充放电可以安全停止。
为了及时监控第一处理模块103以及第二处理模块104是否出现异常，一种实施方式中，第一处理模块103响应于设定周期内未接收到所述第二处理模块104发送的周期信号，所述第一处理模块103先输出所述第一停止运行信号、再输出所述第一断开信号；第二处理模块104响应于设定周期内未接收到所述第一处理模块103发送的周期信号，所述第二处理模块104先输出所述第二停止运行信号、再输出所述第二断开信号。
在采用第一处理模块和第二处理模块相互备份的情况下，能实现当任意一个处理模块(第一处理模块103或第二处理模块104)异常时间超过安全处理时间(表明处理模块出现硬失效)后，另一个处理模块能不带电的断开功率变换模块102和电池105的连接。示例性的，第一处理模块103在设定周期内未若接收到第二处理模块104发送的周期信号，第一处理模块则能先控制功率变换模块102停止运行、再控制开关模块101断开功率变换模块102和电池105的连接，以使得功率变换模块102和电池105之间的充放电可以安全运行。
由于第一处理模块103或第二处理模块104可以尝试自动复位重启，在第一处理模块103或第二处理模块104的异常时间小于安全处理时间(表明处理模块出现软失效)，则仍能使功率变换装置100维持在工作状态，从而避免功率变换装置100频繁启动与关闭。一种实施方式中，所述设定周期的时长为安全处理时间(process safety time，PST)，其中，安全处理时间是指在控制系统中发生的可能导致危险事件的故障与控制系统中必须完成措施以防止危险事件发生的时间之间的过程安全时间段。
一种实施方式中，第一处理模块103响应于所述电池105的充电电流或放电电流高于电流阈值，第一处理模块103先输出所述第一停止运行信号、再输出所述第一断开信号。
第一处理模块103用于监测电池105的充放电情况，第一处理模块103获取由功率变换模块参数检测电路检测的电池105的充电电流或放电电流。第一处理模块103确定电池105的充电电流或放电电流是否高于电流阈值，若确定电池105的充电电流或放电电流高于电流阈值，则第一处理模块103先控制功率变换模块102停止运行、再控制开关模块101断开功率变换模块102和电池105的连接，在功率变换装置100的充放电电流过大时，由第一处理模块103控制功率变换模块102停止运行以及开关模块101的零电流断开，使得功率变换模块102和电池105之间的充放电可以安全停止，避免发生危险。
一种实施方式中，第二处理模块104响应于所述电池105电压大于电压阈值或所述电池105温度大于温度阈值，所述第二处理模块104先输出所述第二停止运行信号、再输出所述第二断开信号。
第二处理模块104用于监测电池105是否出现热失控或过压问题，第二处理模块104获取由电池参数检测电路检测的电池电压和电池温度。第二处理模块104确定电池电压是否大于电压阈值或电池温度是否大于温度阈值。若确定电池电压大于电压阈值或电池温度大于温度阈值，则第二处理模块104先控制功率变换模块102停止运行、再控制开关模块101断开功率变换模块102和电池105的连接。从而避免电池105发生过压或热失控时，功率变换装置100发生危险。
一种实施方式中，所述功率变换装置100包括逻辑电路，所述第一处理模块103向所述逻辑电路输入所述第一导通信号和所述第一断开信号，所述第二处理模块104向所述逻辑电路输入所述第二导通信号和所述第二断开信号，所述逻辑电路向所述开关模块101输入所述开关模块101导通信号或所述开关模块101断开信号。
图2为本申请提供的功率变换装置的结构示意图二。如图2所示，第一处理模块103向所述逻辑电路200输入所述第一导通信号和所述第一断开信号，所述第二处理模块104向所述逻辑电路200输入所述第二导通信号和所述第二断开信号，所述逻辑电路200向所述开关模块101输入所述开关模块101导通信号或所述开关模块101断开信号。
第一导通信号包括导通信号一和导通信号二，第二导通信号包括导通信号三和导通信号四，所述第一断开信号包括断开信号一和断开信号二，所述第二断开信号包括断开信号三和断开信号四，其中：逻辑电路200响应于所述导通信号一、所述导通信号二、所述导通信号三以及所述导通信号四，所述逻辑电路200向所述开关模块101输入所述开关模块101导通信号，逻辑电路200响应于所述断开信号一、所述断开信号二、所述断开信号三以及所述断开信号四中的任一或任多信号，所述逻辑电路200向所述开关模块101输入所述开关模块101断开信号。
其中，逻辑电路200接收第一处理模块103以及第二处理模块104发送的控制信号，并由逻辑电路200控制开关模块101。第一处理模块103向逻辑电路200发送第一导通信号，第二处理模块104向逻辑电路200发送第二导通信号后，逻辑电路200响应于第一导通信号包括的导通信号一、导通信号二，以及第一导通信号包括的导通信号三、导通信号四，来控制开关模块101导通，第一处理模块103向逻辑电路200发送第一断开信号，或，第二处理模块104向逻辑电路200发送第二断开信号后，逻辑电路200响应于第一断开信号包括的断开信号一或断开信号二、第一断开信号包括的断开信号三或断开信号四中的任一个信号，来控制开关模块101断开。
图3为本申请提供的功率变换装置的结构示意图三。如图3所示，一种实施方式中，所述开关模块101包括第一开关301以及第二开关302，所述第一开关301连接所述电池105正极与所述功率变换模块102的第一端，所述第二开关302连接所述电池105负极与所述功率变换模块102的第二端，所述开关模块101导通信号包括第一开关301导通信号和第二开关302导通信号。
逻辑电路200响应于所述导通信号一以及所述导通信号三，向所述第一开关301输入所述第一开关301导通信号，逻辑电路200响应于所述导通信号二以及所述导通信号四，向所述第二开关302输入所述第二开关302导通信号，逻辑电路200响应于所述断开信号一和/或所述断开信号三，向所述第一开关301输入所述第一开关301断开信号，逻辑电路200响应于所述断开信号二和/或所述断开信号四，向所述第二开关302输入所述第二开关302断开信号。
其中，第一开关301连接在电池105正极与功率变换模块102的第一端，第二开关302连接电池105负极与功率变换模块102的第二端，在电池105正极、电池105负极与功率变换模块102导通时，功率变换模块102能接收电池105的放电或对电池105充电。因此，在第一开关301以及第二开关302一并导通后，能使功率变换模块102和电池105连接，第一开关301或第二开关302中的任一断开后，使功率变换模块102和电池105断开连接。第一处理模块103向逻辑电路200发送控制信号以控制第一开关301，第二处理模块104向逻辑电路发送控制信号以控制第二开关302，两个处理模块正常工作，第一处理模块103通过控制第一开关301，或第二处理模块104通过控制第二开关302，能使功率变换模块102与电池105连接或断开连接，如此，在一个处理模块发生异常后，另一个处理模块仍可以通过控制第一开关301或第二开关302使功率变换模块102和电池105断开连接，避免功率变换装置100发生危险。
图4为本申请提供的功率变换装置的结构示意图四。如图4所示，一种实施方式中，所述逻辑电路200包括第一锁存器401、第二锁存器402、第三锁存器403、第四锁存器404、第一与门405以及第二与门406，所述第一处理模块103向所述第一锁存器401输入所述导通信号一或所述断开信号一，所述第一处理模块103向所述第二锁存器402输入所述导通信号二或所述断开信号二，所述第二处理模块104向所述第三锁存器403输入所述导通信号三或所述断开信号三，所述第二处理模块104向所述第四锁存器404输入所述导通信号四或所述断开信号四。
第一锁存器401接收所述导通信号一向所述第一与门405输入高电平信号，接收所述断开信号一向所述第一与门405输入低电平信号，所述第二锁存器402接收所述导通信号二向所述第二与门406输入高电平信号，接收所述断开信号二向所述第二与门406输入低电平信号，所述第三锁存器403接收所述导通信号三向所述第一与门405输入高电平信号，接收所述断开信号三向所述第一与门405输入低电平信号，所述第四锁存器404接收所述导通信号四向所述第二与门406输入高电平信号，接收所述断开信号四向所述第二与门406输入低电平信号。
第一与门405响应于第一锁存器401以及第三锁存器403输入的高电平信号，第一与门405向第一开关301输入第一开关导通信号，第一与门405响应于第一锁存器401和/或第三锁存器403输入的低电平信号，第一与门405向第一开关301输入第一开关断开信号，第二与门406响应于第二锁存器402以及第四锁存器404输入的高电平信号，第二与门406向第二开关302输入第二开关导通信号，第二与门406响应于第二锁存器402和/或第四锁存器404输入的低电平信号，第二与门406向第二开关302输入第二开关断开信号。
示例性的，处理模块向锁存器发送导通信号一～导通信号四，可以等同于处理模块向锁存器输入上跳沿信号，处理模块向锁存器发送断开信号一～断开信号四，可以等同于处理模块向锁存器输入下跳沿信号，在第一锁存器401～第四锁存器404接收到处理模块发送的上跳沿信号后，将上跳沿信号锁存为高电平状态，而在第一锁存器401～第四锁存器404接收到处理模块发送的下跳沿信号后，将下跳沿信号锁存为低电平状态，与门电路在接收到两个锁存器发送的高电平信号后，向开关输入开关导通信号，从而控制对应开关导通，与门电路在接收到两个锁存器中的任一个发送的低电平信号后，向开关输入开关断开信号，从而控制对应开关断开。
第一处理模块103和第二处理模块104一并向逻辑电路200输入导通信号后，逻辑电路200通过锁存器锁存高电平信号后，使第一与门405控制第一开关301导通，第二与门406控制第二开关302导通，以使功率变换模块102与电池105连接。第一处理模块103或第二处理模块104向逻辑电路200输入断开信号，逻辑电路200通过至少一个锁存器锁存低电平信号后，使第一与门405控制第一开关301断开或第二与门406控制第二开关302断开，从而使功率变换模块102与电池105断开连接。基于上述对于锁存器与门电路的描述，本申请提供的逻辑电路200对应的逻辑电路真值表符合如下表1所示。
表1逻辑电路真值表
图5为本申请提供的功率变换装置的结构示意图五。如图5所示，一种实施方式中，所述功率变换装置100包括第一通信总线501，所述第一处理模块103通过所述第一通信总线501向所述第二处理模块104传输周期信号，所述第二处理模块104通过所述第一通信总线501向所述第一处理模块103传输周期信号，所述第一处理模块103和所述第二处理模块104通过所述第一通信总线501控制所述功率变换模块102。
功率变换装置100中的第一处理模块103与第二处理模块104通过第一通信总线501建立通信，第一处理模块103与第二处理模块104之间通过第一通信总线501在设定周期内相互发送周期信号，以确定第一处理模块103或第二处理模块104是否处于正常应答状态。在其中一个处理模块处于非正常应答状态后，另一个处理模块可以控制功率变换模块102停止运行以及开关模块101断开。
图6为本申请提供的功率变换装置的结构示意图六，如图6所示，一种实施方式中，所述功率变换装置100包括功率变换模块参数检测电路601以及电池参数检测电路602，所述功率变换模块参数检测电路601用于检测所述电池105的充电电流或放电电流，所述电池参数检测电路602用于检测所述电池105电压以及所述电池105温度。
功率变换模块参数检测电路601检测电池的充电电流或放电电流，使第一处理模块103或第二处理模块104获取电池105的充电电流或放电电流，并根据电池105的充电电流或放电电流确定开关模块101或功率变换模块102是否正常工作，第一处理模块103或第二处理模块104确定电池105的充电电流或放电电流高于电流阈值，能先控制功率变换模块102停止运行、再控制开关模块101断开功率变换模块102和电池105的连接，保证开关模块101能零电流关断，使得功率变换模块102和电池105之间的充放电可以安全停止。
功率变换装置100中的电池参数检测电路602检测电池温度以及电池电压，使第一处理模块103或第二处理模块104获取电池温度以及电池电压，并根据电池电压以及电池温度，来确定电池105是否正常工作，第一处理模块103或第二处理模块104确定电池电压大于电压阈值或电池温度大于温度阈值，先控制功率变换模块102停止运行、再控制开关模块101断开功率变换模块102和电池105的连接，保证开关模块101能零电流关断，使得功率变换模块102和电池105之间的充放电可以安全停止。
此外，第一处理模块103或第二处理模块104还可以利用从电池参数检测电路602获取到的电池电压以及电池温度，对电池105的荷电状态(sate of charge，SOC)进行估算，从而确定电池105是否正常工作。
图7为本申请提供的功率变换装置的结构示意图七，如图7所示，所述功率变换装置100包括第二通信总线701，所述功率变换模块参数检测电路601通过所述第一通信总线501通信向所述第一处理模块103传输所述电池105的充电电流或放电电流，所述电池参数检测电路602通过第二通信总线701通信向所述第一处理模块103或所述第二处理模块104中的至少一个传输所述电池105电压以及所述电池105温度。
其中，第一处理模块103还与功率变换模块参数检测电路601通过第一通信总线501建立通讯连接，第一处理模块103通过第一通信总线501接收功率变换模块参数检测电路601的检测的电池105的充电电流或放电电流。在第一处理模块103确定电池105的充电电流或放电电流高于电流阈值，则第一处理模块103先控制功率变换模块102停止运行、再控制开关模块101断开功率变换模块102和电池105的连接，从而在功率变换装置100的充放电电流过大时，及时断开功率变换模块102和电池105的连接，避免功率变换装置100发生危险。
第一处理模块103以及第二处理模块104还与电池参数检测电路602通过第二通信总线701连接，第一处理模块103以及第二处理模块104通过第二通信总线701接收电池参数检测电路602检测的电池电压以及电池温度。通过两个处理模块的互相备份，即使第一处理模块103或第二处理模块104中的其中一个处理模块出现异常，另一个模块也能在确定电池电压大于电压阈值或电池温度大于温度阈值时，先控制功率变换模块102停止运行、再控制开关模块101断开功率变换模块102和电池105的连接，从而在电池105发生过压或热失控时，功率变换装置100能及时断开功率变换模块102和电池105的连接，避免功率变换装置100出现风险。
本申请提供的功率变换装置中的第一处理模块与第二处理模块相互备份，在第一处理模块和第二处理模块正常工作时，能保证开关模块的零电流导通以及功率变换模块的正常启动，使得功率变换模块和电池之间的充放电可以安全运行。而在其中一个处理模块发生异常时，另一个处理模块仍可以控制功率变换模块停止运行并使开关模块的零电流断开，使得功率变换模块和电池之间的充放电可以安全停止。此外，在电池温度、电池电压、充电电流或放电电流中任一个参数超出相应的阈值时，第一处理模块或第二处理模块也能及时的切断电池与功率变换模块的连接，避免因电池过充、过放、短路以及热失控的问题导致功率变换装置出现危险。
显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (13)
1.一种功率变换装置，其特征在于，所述功率变换装置包括开关模块、功率变换模块、第一处理模块以及第二处理模块，所述功率变换模块通过所述开关模块接收电池的放电或对所述电池充电，所述第一处理模块输出第一导通信号及第一启动信号，所述第二处理模块输出第二导通信号及第二启动信号，其中：
响应于所述第一导通信号和所述第二导通信号，所述开关模块导通所述功率变换模块和所述电池的连接；
响应于所述第一启动信号或所述第二启动信号，所述功率变换模块启动。
2.根据权利要求1所述的功率变换装置，其特征在于，所述第一处理模块用于输出第一断开信号及第一停止运行信号，所述第二处理模块用于输出第二断开信号及第二停止运行信号，其中：
响应于所述第一停止运行信号或所述第二停止运行信号，所述功率变换模块停止运行；
响应于所述第一断开信号或所述第二断开信号，所述开关模块断开所述功率变换模块和所述电池的连接。
3.根据权利要求1或2所述的功率变换装置，其特征在于，响应于所述第二处理模块停止运行，所述第一处理模块先输出所述第一停止运行信号、再输出所述第一断开信号；
响应于所述第一处理模块停止运行，所述第二处理模块先输出所述第二停止运行信号、再输出所述第二断开信号。
4.根据权利要求1-3任一所述的功率变换装置，其特征在于，响应于设定周期内未接收到所述第二处理模块发送的周期信号，所述第一处理模块先输出所述第一停止运行信号、再输出所述第一断开信号；
响应于设定周期内未接收到所述第一处理模块发送的周期信号，所述第二处理模块先输出所述第二停止运行信号、再输出所述第二断开信号。
5.根据权利要求1-4任一所述的功率变换装置，其特征在于，响应于所述电池的充电电流或放电电流高于电流阈值，所述第一处理模块先输出所述第一停止运行信号、再输出所述第一断开信号。
6.根据权利要求1-5任一所述的功率变换装置，其特征在于，响应于所述电池电压大于电压阈值或所述电池温度大于温度阈值，所述第二处理模块先输出所述第二停止运行信号、再输出所述第二断开信号。
7.根据权利要求1-6任一所述的功率变换装置，其特征在于，所述功率变换装置包括逻辑电路，所述第一处理模块向所述逻辑电路输入所述第一导通信号和所述第一断开信号，所述第二处理模块向所述逻辑电路输入所述第二导通信号和所述第二断开信号，所述逻辑电路向所述开关模块输入所述开关模块导通信号或所述开关模块断开信号；
所述第一导通信号包括导通信号一和导通信号二，所述第二导通信号包括导通信号三和导通信号四，所述第一断开信号包括断开信号一和断开信号二，所述第二断开信号包括断开信号三和断开信号四，其中：
响应于所述导通信号一、所述导通信号二、所述导通信号三以及所述导通信号四，所述逻辑电路向所述开关模块输入所述开关模块导通信号，响应于所述断开信号一、所述断开信号二、所述断开信号三以及所述断开信号四中的任一或任多信号，所述逻辑电路向所述开关模块输入所述开关模块断开信号。
8.根据权利要求7所述的功率变换装置，其特征在于，所述开关模块包括第一开关以及第二开关，所述第一开关连接所述电池正极与所述功率变换模块的第一端，所述第二开关连接所述电池负极与所述功率变换模块的第二端，所述开关模块导通信号包括第一开关导通信号和第二开关导通信号，所述开关模块断开信号包括第一开关断开信号和第二开关断开信号，其中：
响应于所述导通信号一以及所述导通信号三，所述逻辑电路向所述第一开关输入所述第一开关导通信号，响应于所述导通信号二以及所述导通信号四，所述逻辑电路向所述第二开关输入所述第二开关导通信号，响应于所述断开信号一和/或所述断开信号三，所述逻辑电路向所述第一开关输入所述第一开关断开信号，响应于所述断开信号二和/或所述断开信号四，所述逻辑电路向所述第二开关输入所述第二开关断开信号。
9.根据权利要求8所述的功率变换装置，其特征在于，所述逻辑电路包括第一锁存器、第二锁存器、第三锁存器、第四锁存器、第一与门以及第二与门，所述第一处理模块向所述第一锁存器输入所述导通信号一或所述断开信号一，所述第一处理模块向所述第二锁存器输入所述导通信号二或所述断开信号二，所述第二处理模块向所述第三锁存器输入所述导通信号三或所述断开信号三，所述第二处理模块向所述第四锁存器输入所述导通信号四或所述断开信号四，
所述第一锁存器接收所述导通信号一向所述第一与门输入高电平信号，接收所述断开信号一向所述第一与门输入低电平信号，所述第二锁存器接收所述导通信号二向所述第二与门输入高电平信号，接收所述断开信号二向所述第二与门输入低电平信号，所述第三锁存器接收所述导通信号三向所述第一与门输入高电平信号，接收所述断开信号三向所述第一与门输入低电平信号，所述第四锁存器接收所述导通信号四向所述第二与门输入高电平信号，接收所述断开信号四向所述第二与门输入低电平信号，
响应于所述第一锁存器以及所述第三锁存器输入的高电平信号，所述第一与门向所述第一开关输入所述第一开关导通信号，响应于所述第一锁存器和/或所述第三锁存器输入的低电平信号，所述第一与门向所述第一开关输入所述第一开关断开信号，响应于所述第二锁存器以及所述第四锁存器输入的高电平信号，所述第二与门向所述第二开关输入所述第二开关导通信号，响应于所述第二锁存器和/或所述第四锁存器输入的低电平信号，所述第二与门向所述第二开关输入所述第二开关断开信号。
10.根据权利要求1-9任一所述的功率变换装置，其特征在于，所述功率变换装置包括第一通信总线，所述第一处理模块通过所述第一通信总线向所述第二处理模块传输周期信号，所述第二处理模块通过所述第一通信总线向所述第一处理模块传输周期信号，所述第一处理模块和所述第二处理模块通过所述第一通信总线控制所述功率变换模块。
11.根据权利要求10所述的功率变换装置，其特征在于，所述功率变换装置包括功率变换模块参数检测电路以及电池参数检测电路，所述功率变换模块参数检测电路用于检测所述电池的充电电流或放电电流，所述电池参数检测电路用于检测所述电池电压以及所述电池温度。
12.根据权利要求11所述的功率变换装置，其特征在于，所述功率变换装置包括第二通信总线，所述功率变换模块参数检测电路通过所述第一通信总线通信向所述第一处理模块传输所述电池的充电电流或放电电流，所述电池参数检测电路通过第二通信总线通信向所述第一处理模块或所述第二处理模块中的至少一个传输所述电池电压以及所述电池温度。
13.一种储能装置，其特征在于，所述储能装置包括电池及如权1-12任一项所述的功率变换模块。
Priority Applications (2)
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