一种开关模块及其控制方法

技术领域

本发明涉及开关技术领域，尤其涉及一种开关模块及其控制方法。

背景技术

充电设施是电动汽车规模化和产业化发展的重要基础设施之一。目前，充电设施的功率密度越来越高，单个充电设备对应多个充电回路的应用越来越多，各充电接口之间通过开关模块进行功率切换，开关模块成为充电设备的核心单元之一。现有技术一般采用高压开关器件分立安装在充电机柜内部或简单堆叠集成在一起，开关模块的集成度、结构工艺性和电气连接之间的耦合关联性较大，但开关模块内部缺乏更精确的状态监测和控制，不具备分析处理能力，长时间使用同一开关回路致使劣化速度相对较快，导致开关模块的可靠性和使用寿命下降快。

发明内容

本发明提供了一种开关模块及其控制方法，以提高开关模块的使用寿命和工作可靠性。

根据本发明的一方面，提供了一种开关模块控制方法包括：

随机采集所述开关模块中部分开关回路的基础参数；

根据所述基础参数计算所述开关回路的中间参数；其中，所述中间参数包括所述开关回路的热稳定参数、动作参数和电气寿命参数；

根据所述中间参数评估对应的所述开关回路的综合性能；

根据所述综合性能，由所述部分开关回路中选择需要导通的所述开关回路。

可选地，所述开关回路的基础参数包括：所述开关回路的温度、所述开关器件的动作时间和所述开关器件的动作次数中的至少一种；

其中，所述开关回路的温度包括开关器件表面温度和接线端子表面温度。

可选地，根据所述基础参数计算所述开关回路的中间参数的步骤还包括：

根据第一预设关系、第二预设关系和所述开关回路的温度计算所述热稳定参数；

其中，第一预设关系为开关器件的热稳定参数、开关器件表面温度和开关器件的温度限定值之间的系数关系；第二预设关系为接线端子的热稳定参数、接线端子表面温度和接线端子的温度限定值之间的系数关系。

可选地，根据所述基础参数计算所述开关回路的中间参数的步骤还包括：

根据第三预设关系和所述开关器件的动作时间计算所述动作参数；

其中，第三预设关系为开关器件的动作参数、开关器件的动作时间和开关器件的设计时间之间的系数关系。

可选地，根据所述基础参数计算所述开关回路的中间参数的步骤还包括：

根据第四预设关系和所述开关器件的动作次数计算所述电气寿命参数；

其中，第四预设关系为开关器件的电气寿命参数、开关器件的动作次数和开关器件的设计次数间的系数关系。

可选地，根据所述中间参数评估对应的所述开关回路的综合性能的步骤包括：

根据第一预设参数和所述热稳定参数判断所述开关回路的热稳定性能；

根据第二预设参数和所述动作参数判断所述开关回路的动作性能；

根据第三预设参数和所述电气寿命参数判断所述开关回路的电气寿命性能；

根据所述热稳定性能、所述动作性能和所述电气寿命性能评估所述开关回路的综合性能。

可选地，根据所述综合性能，由所述部分开关回路中选择需要导通的所述开关回路的步骤包括：

将所述开关回路的综合性能进行等级划分，所述等级包括优良、合格和不合格；

选择优良和合格的所述开关回路导通；若无优良和合格的所述开关回路，则中止执行。

可选地，选择优良和合格的所述开关回路导通；若无优良和合格的所述开关回路，则中止执行的步骤包括：

若当前所述开关回路的综合性能为优良，则导通当前所述开关回路；

若当前所述开关回路的综合性能为合格，则判断所述开关模块中是否存在综合性能为优良的回路；若所述开关模块中存在综合性能为优良的回路，则导通优良的所述开关回路；若所述开关模块中不存在所述综合性能为优良的回路，则导通合格的所述开关回路；

若当前所述开关回路的综合性能为不合格，则判断所述开关模块中是否存在所述综合性能为优良或合格的回路；若所述开关模块中存在综合性能为优良或合格的回路，则导通优良或合格的所述开关回路；若所述开关模块中不存在综合性能为优良或合格的回路，则终止执行并故障报警。

根据本发明的另一方面，提供了一种开关模块，该开关模块能够执行以上任一项实施例所述的开关模块控制方法。

本发明实施例采用随机选取的策略对开关模块中的开关回路进行选取，采集选中的开关回路的基础参数，通过采集的基础参数计算开关回路的中间参数，并且通过计算的中间参数对开关回路进行热稳定、动作和电气寿命三个方面的性能评估；通过开关回路三个方面的性能评估结果进行综合性能评估，并根据开关回路的综合性能在选中的开关回路中选择适宜的回路导通。与现有技术相比，本发明实施例的控制方法采用随机选取的策略保证开关回路的使用概率相同，并在此前提下对开关回路的综合性能进行评估。因此，本发明实施例有利于提高开关模块的使用寿命和工作可靠性。

应当理解，本部分所描述的内容并非旨在标识本发明的实施例的关键或重要特征，也不用于限制本发明的范围。本发明的其它特征将通过以下的说明书而变得容易理解。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例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发明的一些实施例，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是本发明实施例提供的一种开关模块控制方法的流程图；

图2是本发明实施例提供的另一种开关模块控制方法的流程图；

图3是本发明实施例提供的又一种开关模块控制方法的流程图；

图4是本发明实施例提供的又一种开关模块控制方法的流程图；

图5是本发明实施例提供的又一种开关模块控制方法的流程图；

图6是本发明实施例提供的又一种开关模块控制方法的流程图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

本发明提供了一种开关模块控制方法，该控制方法的实现依赖于相应的硬件配置，在实际应用时需要与硬件配置相结合。除此以外，该控制方法的应用场景也具有多样化的特点，本实施例在此示例性地说明该控制方法可以应用于汽车充电设备中。图1是本发明实施例提供的一种开关模块控制方法的流程图。参照图1，该开关模块控制方法包括：

S110、随机采集开关模块中部分开关回路的基础参数。

具体地，开关模块包括多个开关回路。示例性地，各开关回路可以设置在开关模块的供电输入口与供电输出口之间，也可以设置在开关模块的各个供电支路之间，开关回路的具体设置形式应根据实际应用场景进行设置，本实施例对此不做限制。

在充电设备连接到汽车时，充电设备读取到汽车的充电需求。充电设备依据该充电需求，在可用的开关回路中部分开关回路，并采集被选中的开关回路的基础参数。由于开关模块中往往具有多个开关回路，因此充电设备采用随机选取的策略选取部分开关回路并对选中的开关回路的基础参数进行采集。由于随机选取不具有针对性，因此，各开关回路被选中的概率大致相同，以使各开关回路的损耗程度较为均一。由于开关模块中所具有的开关回路的数量并非是固定的，开关模块中的开关回路数量与实际应用的场景相关，在开关模块中开关回路的数量较多时，充电设备所需计算的数据量是十分庞大的，并且充电设备在进行计算时所用的时间也会随着开关回路的数量而增加，这无疑对充电设备算力提出了重大的考验。因此，在确保各开关回路的损耗程度较为均一以及降低充电设备硬件需求的前提下，本实施例采用选择部分开关回路而非全部开关回路的方式采集开关回路的基础参数。

S120、根据基础参数计算开关回路的中间参数；其中，中间参数包括开关回路的热稳定参数、动作参数和电气寿命参数。

具体地，在充电设备采集到的被选中的开关回路的基础参数后，依据该基础参数对开关回路的中间参数进行计算。需要说明的是，开关回路的中间参数是反映开关回路性能的重要参考量。其中，热稳定参数表征开关回路工作时的热稳定性；动作参数表征开关回路工作时的动作性能；电气寿命参数表征开关回路的电气寿命余量。

S130、根据中间参数评估对应的开关回路的综合性能。

具体地，在对开关回路进行综合性能评估前，首先对开关回路三个方面的性能进行评估。依据开关回路中间参数的计算结果，开关回路三个方面的性能均可以划分为富足、不足以及异常三个等级。其中，富足表明开关回路此方面的性能良好，在短期内无需检修，可随时投入工作；不足表明开关回路此方面的性能一般，需要减少开关回路的工作频次，可以安排检修；异常表明开关回路此方面的性能较差，开关回路需停止投入工作并及时安排检修。在对开关回路三个方面的性能进行评估，充电设备根据开关回路的三个方面的性能对开关回路的综合性能进行评估。需要说明的是，在开关回路的任一方面的中间参数的评估结果为异常时，充电设备都会发出报警信息，并拒绝该开关回路的工作请求。

S140、根据综合性能，由部分开关回路中选择需要导通的开关回路。

具体地，充电设备根据开关回路的综合性能的评估结果，在选中的开关回路中选择综合性能评估结果适宜的开关回路导通。可以理解，充电设备随机选取的开关回路的数量可以与充电设备充电时需要的回路数量相同，也可以大于充电设备充电时需要的回路数量。在随机选择部分开关回路的基础上，根据综合性能选择导通的开关回路，进一步使得各开关模块的损耗较为均一。

本发明实施例采用随机选取的策略对开关模块中的开关回路进行选取，采集选中的开关回路的基础参数，通过采集的基础参数计算开关回路的中间参数，并且通过计算的中间参数对开关回路进行热稳定、动作和电气寿命三个方面的性能评估；通过开关回路三个方面的性能评估结果进行综合性能评估，并根据开关回路的综合性能在选中的开关回路中选择适宜的回路导通。与现有技术相比，本发明实施例的控制方法采用随机选取的策略保证开关回路的使用概率相同，并在此前提下对开关回路的综合性能进行评估。因此，本发明实施例有利于提高开关模块的使用寿命和工作可靠性。

可选地，在上述实施例的基础上，开关回路的基础参数包括：开关回路的温度、开关器件的动作时间和开关器件的动作次数中的至少一种；其中，开关回路的温度包括开关器件表面温度和接线端子表面温度。

可以理解，开关回路的温度是通过实时监测的方式进行采集，示例性地，开关回路的温度采集方式可以是温度传感器。开关器件的动作时间和开关器件的动作次数可以通过开关器件此前的动作记录进行采集，即，充电设备读取开关器件动作的历史记录。除此以外，开关器件的动作时间也可以通过实时监测的方式进行采集。示例性地，开关器件的动作时间的采集方式可以是动作传感器。

图2是本发明实施例提供的另一种开关模块控制方法的流程图。可选地，在上述各实施例的基础上，参照图2，根据基础参数计算开关回路的中间参数的步骤包括：

S121、根据第一预设关系、第二预设关系和开关回路的温度计算热稳定参数；其中，第一预设关系为开关器件的热稳定参数、开关器件表面温度和开关器件的温度限定值之间的系数关系；第二预设关系为接线端子的热稳定参数、接线端子表面温度和接线端子的温度限定值之间的系数关系。

具体地，第一预设关系为为α＝ta/Ta，其中，α为开关器件的热稳定参数，ta为开关器件表面温度，Ta为开关器件的温度限定值；第二预设关系为β＝tf/Tf，其中，β为接线端子的热稳定参数，tf为接线端子表面温度，Tf为接线端子的温度限定值。

S122、根据第三预设关系和开关器件的动作时间计算动作参数；其中，第三预设关系为开关器件的动作参数、开关器件的动作时间和开关器件的设计时间之间的系数关系。

具体地，第三预设关系为γ＝t0/T0，其中，γ为开关器件的动作参数，t0为开关器件的动作时间，T0为开关器件的设计时间。

S123、根据第四预设关系和开关器件的动作次数计算电气寿命参数；其中，第四预设关系为开关器件的电气寿命参数、开关器件的动作次数和开关器件的设计次数间的系数关系。

具体地，第四预设关系为δ＝n/N，其中，δ为开关器件的电气寿命参数，n为开关器件的动作次数，N为开关器件的设计次数。

图3是本发明实施例提供的又一种开关模块控制方法的流程图。可选地，在上述各实施例的基础上，参照图3，根据中间参数评估对应的开关回路的综合性能的步骤包括：

S131、根据第一预设参数和热稳定参数判断开关回路的热稳定性能。

具体地，第一预设参数是根据开关器件正常工作时的温度计算出的一组的标准参数，其用于判断开关器件的热稳定性能。可以理解，不同的开关器件的第一预设参数是不同的，在实际应用时应考虑开关器件的类型或型号进行计算。示例性地，第一预设参数为0.8和0.9，在开关器件的热稳定参数和线端子的热稳定参数均小于0.8时，则认为开关回路的热稳定性能富足，短期不用检修；在开关器件的热稳定参数和线端子的热稳定参数的任一项在0.8和0.9之间时，则认为开关回路的热稳定性能不足，需减少开关回路的工作频次，可以安排检修；在开关器件的热稳定参数和线端子的热稳定参数的任一项大于0.9时，则认为开关回路的热稳定性能异常，需发出报警信息，并及时安排检修。

S132、根据第二预设参数和动作参数判断开关回路的动作性能。

具体地，第二预设参数是根据开关器件正常工作时的动作时间计算出的一组的标准参数，其用于判断开关器件的动作性能。可以理解，不同的开关器件的第二预设参数是不同的，在实际应用时应考虑开关器件的类型或型号进行计算。示例性地，第二预设参数为0.7和1，在开关器件的动作参数小于0.7时，则认为开关回路的动作性能富足，短期不用检修；在开关器件的动作参数在0.7和1之间时，则认为开关器件的动作性能不足，需减少开关回路的工作频次，可以安排检修；在开关器件的动作参数大于1时，则认为开关回路的动作性能异常，需发出报警信息，并及时安排检修。

S133、根据第三预设参数和电气寿命参数判断开关回路的电气寿命性能。

具体地，第三预设参数是根据开关器件正常工作时的动作时间计算出的一组的标准参数，其用于判断开关器件的动作性能。可以理解，不同的开关器件的第三预设参数是不同的，在实际应用时应考虑开关器件的类型或型号进行计算。示例性地，第三预设参数为0.8和0.95，在开关器件的电气寿命参数小于0.8时，则认为开关回路的电气寿命性能富足，短期不用检修；在开关器件的电气寿命参数在0.8和0.95之间时，则认为开关回路的电气寿命性能不足，需减少开关回路的工作频次，可以安排检修；在开关器件的电气寿命参数大于0.95时，则认为开关回路的电气寿命性能异常，需发出报警信息，并及时安排检修。

S134、根据热稳定性能、动作性能和电气寿命性能评估开关回路的综合性能。

具体地，开关回路的综合性能表征开关回路的整体性能。开关回路的整体性能由开关回路的热稳定性能、动作性能和电气寿命性能等决定。开关回路任一方面的性能均对开关回路的综合性能产生影响。正如木桶的短板效应一般，其中任一方面的性能较差都会拉低开关回路的整体性能。即，开关器件的任一方面的性能为异常时，开关回路的综合性能也会为异常。

图4是本发明实施例提供的又一种开关模块控制方法的流程图。可选地，在上述各实施例的基础上，参照图4，根据综合性能，由部分开关回路中选择需要导通的开关回路的步骤包括：

S141、将开关回路的综合性能进行等级划分，等级包括优良、合格和不合格。

具体地，在开关回路的三个方面的性能评估等级均为富足时，则认为开关回路的综合性能为优良；在开关回路三个方面的性能评估存在富足和不足两个等级时，则认为开关回路的综合性能为合格；在开关回路三个方面的性能评估存在至少一个异常等级时，则认为开关回路的综合性能为不合格。

S142、选择优良和合格的开关回路导通；若无优良和合格的开关回路，则中止执行。

具体地，在对开关回路的综合性能进行评估后，优先选择综合性能为优良的回路导通。在选中的开关回路中没有综合性能为优良的回路时，则选择综合性能为合格的回路导通。当开关回路中既没有综合性能为优良的回路也没有综合性能为合格的回路时，则中止执行。

图5是本发明实施例提供的又一种开关模块控制方法的流程图。可选地，在上述各实施例的基础上，参照图5，选择优良和合格的开关回路导通；若无优良和合格的开关回路，则中止执行的步骤包括：

S210、若当前开关回路的综合性能为优良，则导通当前开关回路。

具体地，当被选中的开关回路的综合性能均为优良，或，被选中的开关回路中综合性能为优良的回路数量能够满足充电需求时，则导通当前开关回路。需要说明的是，当被选中的开关回路的综合性能均为优良且被选中的开关回路的数量大于充电需求的数量时，则随机选取开关回路进行导通。

S220、若当前开关回路的综合性能为合格，则判断开关模块中是否存在综合性能为优良的回路；若开关模块中存在综合性能为优良的回路，则导通优良的开关回路；若开关模块中不存在综合性能为优良的回路，则导通合格的开关回路。

具体地，当被选中的开关回路的综合性能均为合格时，或，被选中的开关回路中既有综合性能为优良也有综合性能为合格的开关回路时，则对开关模块的其他开关回路进行综合性能评估。当其他开关回路中存在综合性能为优良的开关回路时，则选择综合性能为优良的开关回路导通；当其他开关回路中不存在综合性能为优良的开关回路且综合性能为合格的开关回路的数量满足充电需求时，则随机选取开关回路进行导通；当其他开关回路中不存在综合性能为优良的开关回路且综合性能为合格的开关回路的数量不满足充电需求时，则中止执行并故障报警。

S230、若当前开关回路的综合性能为不合格，则判断开关模块中是否存在综合性能为优良或合格的回路；若开关模块中存在综合性能为优良或合格的回路，则导通优良或合格的开关回路；若开关模块中不存在综合性能为优良或合格的回路，则终止执行并故障报警。

具体地，当被选中的开关回路中存在综合性能为不合格的回路时，则对开关模块的其他开关回路进行综合性能评估。当其他开关回路中存在综合性能为优良的开关回路时，则选择综合性能为优良的开关回路导通；当其他开关回路中不存在综合性能为优良的开关回路且综合性能为合格的开关回路的数量满足充电需求时，则随机选取开关回路进行导通；当其他开关回路中不存在综合性能为优良的开关回路且综合性能为合格的开关回路的数量不满足充电需求时，则中止执行并故障报警。需要说明的是，故障报警的形式可以为输出报警信息，也可以为声光报警，本实施例对此不作限制。

图6是本发明实施例提供的又一种开关模块控制方法的流程图。参照图6，该开关模块控制方法的步骤如下：

S110、随机采集开关模块中部分开关回路的基础参数；

S121、根据第一预设关系、第二预设关系和开关回路的温度计算热稳定参数；其中，第一预设关系为开关器件的热稳定参数、开关器件表面温度和开关器件的温度限定值之间的系数关系；第二预设关系为接线端子的热稳定参数、接线端子表面温度和接线端子的温度限定值之间的系数关系；

S122、根据第三预设关系和开关器件的动作时间计算动作参数；其中，第三预设关系为开关器件的动作参数、开关器件的动作时间和开关器件的设计时间之间的系数关系；

S123、根据第四预设关系和开关器件的动作次数计算电气寿命参数；其中，第四预设关系为开关器件的电气寿命参数、开关器件的动作次数和开关器件的设计次数间的系数关系；

S131、根据第一预设参数和热稳定参数判断开关回路的热稳定性能；

S132、根据第二预设参数和动作参数判断开关回路的动作性能；

S133、根据第三预设参数和电气寿命参数判断开关回路的电气寿命性能；

S134、根据热稳定性能、动作性能和电气寿命性能评估开关回路的综合性能；

S141、将开关回路的综合性能进行等级划分，等级包括优良、合格和不合格；

S210、若当前开关回路的综合性能为优良，则导通当前开关回路；

S220、若当前开关回路的综合性能为合格，则判断开关模块中是否存在综合性能为优良的回路；若开关模块中存在综合性能为优良的回路，则导通优良的开关回路；若开关模块中不存在综合性能为优良的回路，则导通合格的开关回路；

S230、若当前开关回路的综合性能为不合格，则判断开关模块中是否存在综合性能为优良或合格的回路；若开关模块中存在综合性能为优良或合格的回路，则导通优良或合格的开关回路；若开关模块中不存在综合性能为优良或合格的回路，则终止执行并故障报警。

需要说明的是，本发明实施例提供的开关模块控制方法可以适用于多种电路结构的开关模块。

本发明实施例还提供了一种开关模块，其能够执行以上任意实施例通过的开关模块控制方法。本实施例提供的开关模块具有以上任意实施例提供的开关模块控制方法的有益效果，在此不再赘述。

应该理解，可以使用上面所示的各种形式的流程，重新排序、增加或删除步骤。例如，本发明中记载的各步骤可以并行地执行也可以顺序地执行也可以不同的次序执行，只要能够实现本发明的技术方案所期望的结果，本文在此不进行限制。

上述具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限制。本领域技术人员应该明白的是，根据设计要求和其他因素，可以进行各种修改、组合、子组合和替代。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明保护范围之内。