电源的控制方法

相关申请的交叉引用

本申请要求2019年7月25日递交韩国知识产权局的韩国专利申请No.10-2019-0090489的权益，其公开内容通过引用整体合并于此。

技术领域

一个或多个实施例涉及电源的控制方法。

背景技术

用作移动设备、电动车辆、混合动力车辆、电动自行车或不间断电源的能源的电源可以包括与不能充电的一次电池不同的可重复充电和放电的二次电池。根据应用了电源的外部设备的类型，这样的电源可以包括仅单个电池或者多个电池彼此连接为单元的电池模块。

与各自使用单个电池可操作特定时间段的诸如蜂窝电话的小型移动设备不同，诸如具有长操作时间且消耗大量电力的电动车辆或混合动力车辆的设备可能偏爱各自包括多个电池的电池模块以处理与功率和容量有关的问题，并且电源的输出电压或输出电流可以通过调整包括在每个电源中的电池的数量来增大。

发明内容

一个或多个实施例包括电源控制方法，用于计算在充电和放电时用作电源的电池和外部负载之间的缓冲器的链路电容器的电容。

另外的方面被部分地记载在随后的描述中，并且部分地根据描述显而易见，或者可以通过实践本公开呈现的实施例而获知。

根据一个或多个实施例，提供一种电源的控制方法，在该电源中，链路电容器可以连接在外部负载和包括预充电电阻器的功率继电器组件(PRA)之间，功率继电器组件用于控制电池和外部负载之间的功率流动，该控制方法包括：

启动预充电；

在预充电的启动之后，通过在不同的第一时间T1、第二时间T2和第三时间T3测量链路电容器的第一电压V1、第二电压V2和第三电压V3，来测量链路电容器的电压；

使用第一电压V1、第二电压V2和第三电压V3计算链路电容器的电容C；以及

终止预充电。

例如，第二时间T2和第三时间T3可以是选择的自第一时间T1起具有预设时间间隔Δt的相继的时间。

例如，第一电压V1、第二电压V2和第三电压V3的测量可以包括：

在预充电的启动之后，在第一时间T1测量第一电压V1；

在自第一时间T1起预设时间间隔Δt之后的第二时间T2测量第二电压V2；以及

在自第二时间T2起预设时间间隔Δt之后的第三时间T3测量第三电压V3。

例如，在链路电容器的电容C的计算中，控制单元可以通过使用电压升高率X计算链路电容器的电容C，电压升高率X被定义为第一电压V1、第二电压V2和第三电压V3之间的相继的电压差的比率。

例如，电压升高率X可以通过以下等式计算：

例如，链路电容器的电容C可以通过将电压升高率X、预充电电阻器的电阻R以及预设时间间隔Δt输入至以下等式来计算：

例如，PRA可以包括：

第一主继电器，连接至电池的负极端子；

第二主继电器，连接至电池的正极端子；以及

预充电继电器，并联连接至第二主继电器，并串联连接至预充电电阻器。

例如，在预充电的启动中，控制单元可以输出接通预充电继电器的继电器控制信号。

例如，在预充电的启动中，控制单元可以在接通预充电继电器之前输出接通第一主继电器的继电器控制信号。

例如，在预充电的终止中，控制单元可以输出接通第二主继电器的继电器控制信号。

例如，在预充电的终止中，控制单元可以在接通第二主继电器之后输出断开预充电继电器的继电器控制信号。

例如，主充电可以通过旁路预充电电阻器而与预充电的终止同步执行。

例如，在第一电压V1、第二电压V2和第三电压V3的测量之后，该控制方法可以进一步包括：

测量链路电容器的电压和电池的电压；以及

通过将测量的链路电容器的电压与测量的电池的电压进行比较，来确定预充电的终止时间。

例如，在预充电的终止时间的确定中，在当测量的链路电容器的电压可以等于或大于测量的电池的电压的大约95％至大约97％时的时间，可以执行至预充电的终止的转变。

例如，第一电压V1、第二电压V2和第三电压V3的测量可以在预充电的启动和预充电的终止之间执行。

例如，控制单元可以通过检测使用过程中发生的链路电容器的电容减小，根据计算的链路电容器的电容C，来确定链路电容器的更换时间。

例如，控制单元可以将计算的链路电容器的电容C下降至链路电容器的初始电容的预设百分比以下时的时间确定为链路电容器的更换时间，并且控制单元可以产生与更换时间对应的警报。

附图说明

根据结合附图的以下描述，本公开的某些实施例的上述和其他方面、特征和优点将变得更加显而易见，附图中：

图1是示意性地示出适用于实施例的电源的图；

图2是示出预充电启动之后链路电容器的电压的增大的电压曲线图；

图3是示出用于计算链路电容器的电容的电压测量值的图；以及

图4A和图4B是控制单元通过根据实施例的电源的控制方法执行的操作的流程图。

具体实施方式

现在将详细参考实施例，实施例的示例示于附图中，其中相同的附图标记始终指代相同的元件。就这一点而言，目前的实施例可以具有不同的形式，并且不应该被解释为限于本文所记载的描述。因此，以下仅仅通过参考附图来描述实施例，以解释本描述的各方面。本文所使用的词语“和/或”包括所列出的关联项目中的一个或多个的任意组合和所有组合。在整个公开中，“a、b和c中的至少一个”的表述指示仅a、仅b、仅c、a和b两者、a和c两者、b和c两者、a、b和c的全部或其变形。

在下文中，将参考附图根据实施例描述电源的控制方法。

图1是示意性地示出适用于实施例的电源的图。

参考图1，电源可以包括：电池10，被配置为将存储的电力作为驱动功率供给至外部负载30；功率继电器组件(PRA)，被提供在电池10与外部负载30之间，并且被配置为对来自电池10的功率流动执行接通/断开控制；以及链路电容器20，连接在PRA和外部负载30之间。另外，电源可以包括被配置为将继电器控制信号S1、S2和S3输出至PRA的控制单元50。

电池10可以包括彼此电连接的多个电池单元，并且可以将高电压驱动功率提供至外部负载30。在实施例中，例如，外部负载30可以是电动车辆的功率转换设备，并且电池10可以提供约200V至约500V的电压水平的高电压功率。

PRA可以包括多个继电器，诸如第一主继电器SW1、第二主继电器SW2和预充电继电器SW3。PRA可以进一步包括串联连接至预充电继电器SW3的预充电电阻器R3。

第一主继电器SW1可以连接至电池10的负极端子B-，并且第二主继电器SW2可以连接至电池10的正极端子B+。电池10和外部负载30可以通过第一主继电器SW1和第二主继电器SW2彼此连接。预充电继电器SW3可以并联连接至第二主继电器SW2，并且可以提供旁路第二主继电器SW2的路径。当功率从电池10供给至外部负载30时，预充电继电器SW3和第二主继电器SW2可以被依次操作，并且在功率通过第二主继电器SW2从电池10供给之前，功率可以通过预充电电阻器R3从电池10供给，使得在电池10放电的初始阶段，可以防止过电流或浪涌电流的发生。

控制单元50可以通过首先接通预充电继电器SW3并且然后在链路电容器20被充分充电之后接通第二主继电器SW2，来依次控制PRA的诸如第一主继电器SW1、第二主继电器SW2和预充电继电器SW3的继电器，使得在电池10的放电初始阶段中，功率可以通过预充电电阻器R3从电池10供给，以防止在第二主继电器SW2接通时过电流或浪涌电流的发生以及电弧的发生。

例如，当电动车辆的点火开关接通时，控制单元50可以将接通预充电继电器SW3和第一主继电器SW1的继电器控制信号S1和S3输出至PRA。此时，电池10的功率可以流过连接至电池10的正极端子B+的预充电继电器SW3以及连接至电池10的负极端子B-的第一主继电器SW1，并且电池10和外部负载30可以通过预充电继电器SW3和第一主继电器SW1彼此连接。此时，功率可以从电池10供给至外部负载30，同时在预充电电阻器R3处具有电压降，并且链路电容器20可以开始充电。如上所述，由于在电池10的放电的初始阶段中功率通过预充电电阻器R3从电池10供给，因此可以防止过电流或浪涌电流的发生，并且当第二主继电器SW2接通时，可以防止电弧的发生。

当链路电容器20被充分充电时，控制单元50可以输出接通第二主继电器SW2的继电器控制信号S2。此时，电池10和外部负载30可以通过第一主继电器SW1和第二主继电器SW2连接，并且当第二主继电器SW2接通时，已经流过预充电继电器SW3的电池10的功率可以流过具有相对低的电阻的第二主继电器SW2。在第二主继电器SW2接通之后，控制单元50可以输出断开预充电继电器SW3的继电器控制信号S3。

电源可以进一步包括电池管理系统(BMS)55。BMS 55可以具有监控电池10的状态以使用监控的结果来估计电池10的荷电状态(SOC)和健康状态(SOH)的功能、执行平衡操作以解决电池10的单电池的不平衡充电/放电状态的功能、以及在诸如过电压、过电流或过热等故障的情况下执行电池10的保护操作的功能。在实施例中，BMS 55可以与控制PRA的诸如第一主继电器SW1、第二主继电器SW2和预充电继电器SW3的继电器的操作的控制单元50分立地提供。然而，在另一实施例中，控制单元50可以具有控制PRA的继电器的操作的功能，并且还可以具有像BMS 55一样的控制电池10的充电/放电操作的功能。

电源可以进一步包括电压测量单元51。电压测量单元51可以使用连接在电池10和外部负载30之间的测量端子A、B和C来测量链路电容器20的电压和电池10的电压。例如，电压测量单元51可以在预充电期间的不同时间测量链路电容器20的电压，并且可以将测量的电压信息传输至控制单元50。控制单元50可以根据由电压测量单元51测量的链路电容器20的电压来计算链路电容器20的电容。稍后将描述链路电容器20的电容的计算。

另外，在预充电期间，为了确定是否终止预充电，电压测量单元51可以测量链路电容器20的电压和电池10的电压，并且可以将测量的电压信息传输至控制单元50。控制单元50可以通过将从电压测量单元51获得的链路电容器20的电压与电池10的电压进行比较，来确定预充电的终止时间。在这种情况下，控制单元50可以基于实时测量的电压信息来确定预充电的终止时间，并且可以通过接通第二主继电器SW2来终止预充电。

在实施例中，当链路电容器20的电压等于或大于电池10的电压的大约95％至大约97％时，控制单元50可以终止预充电。例如，当通过接通预充电继电器SW3启动预充电时，链路电容器20的电压逐渐接近电池10的电压，并且当链路电容器20的电压等于或大于电池10的电压的大约95％至大约97％时，控制单元50可以通过接通第二主继电器SW2来终止预充电。在这种情况下，由于在预充电终止时链路电容器20被充分充电至等于或大于电池10的电压的大约95％至大约97％的电压水平，因此虽然第二主继电器SW2被接通以通过旁路预充电电阻器R3而执行主充电，也可以防止过电流或浪涌电流的发生，并且可以减小链路电容器20的电压的变化。在实施例中，当链路电容器20的电压等于或大于电池10的电压的大约97％时，可以终止预充电，并且此时，可以接通第二主继电器SW2。

在实施例中，外部负载30可以是提供在电动车辆中的将电池10的功率转换为具有另一水平的功率的功率转换设备，并且例如，外部负载30可以是被配置为将电池10的DC功率转换为用于操作电动车辆的驱动电机M的三相AC功率的逆变器。然而，本公开的技术范围不限于此，并且例如，外部负载30可以对应于被配置为控制电动车辆的驱动电机M的电机控制单元(MCU)。此外，在本公开中，术语“外部负载”可以是广义术语，其涵盖电动车辆和能够从电池10接收功率作为驱动功率的任何其他设备。

链路电容器20可以并联连接至外部负载30。链路电容器20从外部负载30的视角可以具有功率整流功能，从电池10的视角可以具有应对外部负载30的突然功率变化状态的功能，并且在充电和放电时可以具有电池10和外部负载30之间的缓冲器功能。链路电容器20可以被物理地提供在电池10或诸如功率转换设备(例如，逆变器)的外部负载30中，并且即使在这种情况下，在包括电池10和外部负载30的系统中，链路电容器20也可以被视为电源的元件。

例如，电解电容器可以被用作链路电容器20，并且在这种情况下，由于电解电容器具有安全事故(诸如由于使用过程中的劣化和温度升高而引起的电解质蒸发)的风险，所以可能需要预先确定随着时间而老化的链路电容器20的更换时间。控制单元50可以通过计算链路电容器20的电容并检测链路电容器20的电容的减小来确定链路电容器20的老化程度，并且可以提供关于链路电容器20的更换时间的信息。

稍后将描述链路电容器20的电容的计算。

图2是示出预充电启动之后链路电容器20的电压的增大的电压曲线图。图3是示出用于计算链路电容器20的电容的电压测量值的图。

当预充电继电器SW3接通时，预充电启动以对链路电容器20充电。控制单元50可以在预充电的启动和终止之间的预充电时间段内的不同的第一时间T1、第二时间T2和第三时间T3，测量链路电容器20的第一电压V1、第二电压V2和第三电压V3，并且可以基于在不同的第一时间T1、第二时间T2和第三时间T3测量的第一电压V1、第二电压V2和第三电压V3，来计算链路电容器20的电容。也就是说，在实施例中，电池10的功率可以通过包括预充电电阻器R3的延迟电路逐渐供给，以防止在电池10放电的初始阶段中过电流或浪涌电流的发生，并且与此同时，链路电容器20的电容可以使用预充电电阻器R3和链路电容器20的电阻器电容器(RC)延迟来计算，以提供关于链路电容器20的更换时间的信息。链路电容器20的电容可以提供关于链路电容器20的老化程度的信息以及关于链路电容器20的更换时间的信息，并且是否更换链路电容器20可以通过检测链路电容器20的电容随着时间的降低(例如通过将计算的链路电容器20的电容与链路电容器20的初始电容进行比较)来确定。例如，控制单元50可以计算链路电容器20的电容，将计算的链路电容器20的电容下降至链路电容器20的初始电容的预设百分比以下时的时间确定为链路电容器20的更换时间，并向用户提供与更换时间对应的警报。

控制单元50可以通过在预充电时间段内相继的并且之间具有预设时间间隔Δt的第一时间T1、第二时间T2和第三时间T3测量链路电容器20的第一电压V1、第二电压V2和第三电压V3，并且使用分别在第一时间T1、第二时间T2和第三时间T3测量的第一电压V1、第二电压V2和第三电压V3计算链路电容器20的电容，来计算链路电容器20的电容。也就是说，控制单元50可以使用以下等式1，根据在第一时间T1测量的第一电压V1、在自第一时间T1起预设时间间隔Δt之后的第二时间T2测量的第二电压V2以及在自第二时间T2起预设时间间隔Δt之后的第三时间T3测量的第三电压V3，计算链路电容器20的电容。

[等式1]

其中，C是指链路电容器20的电容，Δt是指预设时间间隔，并且R是指预充电电阻器R3的电阻。在上面的等式1中，X是指第一电压V1、第二电压V2和第三电压V3之间的相继的电压差的比率，并且现在将被称为电压升高率X。电压升高率X由以下等式2定义。

[等式2]

在上面的等式2中，第一电压V1、第二电压V2和第三电压V3是指在不同的第一时间T1、第二时间T2和第三时间T3测量的链路电容器20的电压。

当链路电容器20的预充电被启动时，链路电容器20的电压至最终电压Vf的增大根据由预充电电阻器R3的电阻R和链路电容器20的电容C确定的时间常数RC而延迟，并且链路电容器20的电压从初始电压Vi增大至最终电压Vf。链路电容器20的电压V可以由以下等式3表示。

[等式3]

由等式2定义的电压升高率X可以通过使用由等式3表示的链路电容器20的电压V由以下等式4表示。

[等式4]

在上面的等式4中，第一电压V1、第二电压V2和第三电压V3分别是在相继的并且之间具有预设时间间隔Δt的第一时间T1、第二时间T2和第三时间T3测量的电压，并且第一时间T1、第二时间T2和第三时间T3可以由以下等式5表示。

[等式5]

T2＝T1+Δt

T3＝T2+Δt＝T1+2Δt

由等式1表示的关于链路电容器20的电容C的函数关系可以使用等式4和等式5获得，并且如上所述，控制单元50可以通过输入分别在相继的并且之间具有预设时间间隔Δt的第一时间T1、第二时间T2和第三时间T3测量的链路电容器20的第一电压V1、第二电压V2和第三电压V3，使用等式1的函数关系，来计算链路电容器20的电容C。

在实施例中，用于计算链路电容器20的电容C的函数关系可以通过使用在相继的并且之间具有预设时间间隔Δt的第一时间T1、第二时间T2和第三时间T3测量的第一电压V1、第二电压V2和第三电压V3来简化(参考等式1)。也就是说，由于使用在相继的并且之间具有预设时间间隔Δt的第一时间T1、第二时间T2和第三时间T3测量的第一电压V1、第二电压V2和第三电压V3，而不是使用在不同的任意时间测量的电压，因此链路电容器20的电容C可以使用简单的函数关系计算，并且因此控制单元50的计算负担可以减小。

在实施例中，用于计算链路电容器20的电容C的函数关系可以通过引入新的参数而不直接使用第一电压V1、第二电压V2和第三电压V3来简化，新的参数即是电压升高率X，其被定义为在不同的第一时间T1、第二时间T2和第三时间T3测量的第一电压V1、第二电压V2和第三电压V3之间的相继的电压差的比率。如等式3所表示的，链路电容器20的电压V至最终电压Vf的增大根据由预充电电阻器R3的电阻R和链路电容器20的电容C确定的时间常数RC而延迟，并且链路电容器20的电压从初始电压Vi增大至最终电压Vf。在这种情况下，变量Vi和Vf可以通过引入新的参数而不直接使用第一电压V1、第二电压V2和第三电压V3而从等式4去掉，新的参数即是电压升高率X，其被定义为在不同的第一时间T1、第二时间T2和第三时间T3测量的第一电压V1、第二电压V2和第三电压V3之间的相继的电压差的比率。也就是说，在实施例中，链路电容器20的电容C可以仅使用在第一时间T1、第二时间T2和第三时间T3测量的第一电压V1、第二电压V2和第三电压V3来计算，而不必找到链路电容器20的初始电压Vi和最终电压Vf。

图4A和图4B是控制单元50通过根据实施例的电源的控制方法执行的操作的流程图。

参考图4A和图4B，首先，控制单元50确定预充电启动条件是否满足(S10)。例如，当电动车辆的点火开关接通时，控制单元50可以根据先前针对预充电的启动输入的条件来启动预充电。也就是说，当电动车辆的点火开关接通时，控制单元50可以将继电器控制信号S1和S3输出至PRA，以接通连接至电池10的负极端子B-的第一主继电器SW1(S20)，然后接通连接至电池10的正极端子B+的预充电继电器SW3(S30)。然后，电池10的功率可以流过预充电继电器SW3和第一主继电器SW1，并且由于电池10和外部负载30通过预充电继电器SW3和第一主继电器SW1彼此连接，所以可以启动预充电。此时，功率可以从电池10供给至外部负载30，同时在预充电电阻器R3处具有电压降，并且链路电容器20可以开始充电。

在预充电启动之后，控制单元50在不同的时间测量链路电容器20的电压。也就是说，控制单元50在预充电启动之后的第一时间T1测量第一电压V1(S40)，并且在自第一时间T1起预设时间间隔Δt之后的第二时间T2测量第二电压V2(S50)。然后，控制单元50继续在自第二时间T2起预设时间间隔Δt之后的第三时间T3测量第三电压V3(S60)。

当在第一时间T1、第二时间T2和第三时间T3测量第一电压V1、第二电压V2和第三电压V3之后，控制单元50通过使用由以下等式6表示的函数关系根据第一电压V1、第二电压V2和第三电压V3计算电压升高率X(S70)。

[等式6]

在计算出电压升高率X之后，控制单元50通过使用由以下等式7表示的函数关系，根据电压升高率X、预设时间间隔Δt和预充电电阻器R3的电阻R来计算链路电容器20的电容C(S80)。

[等式7]

在计算链路电容器20的电容C之后，控制单元50确定预充电终止条件是否满足(S90)。例如，控制单元50可以通过测量链路电容器20的电压和电池10的电压并将测量的链路电容器20的电压与测量的电池10的电压进行比较，来确定预充电的终止时间。例如，根据针对预充电的终止预设的条件，控制单元50可以将链路电容器20的电压等于或大于电池10的电压的大约95％至大约97％时的时间确定为预充电的终止时间。

控制单元50可以在预充电的终止时间接通第二主继电器SW2(S100)。当第二主继电器SW2接通时，已经流过预充电继电器SW3的电池10的功率流过具有相对低的电阻的第二主继电器SW2，并且因此预充电可以终止。此时，电池10的功率流过连接至电池10的正极端子B+的第二主继电器SW2以及连接至电池10的负极端子B-的第一主继电器SW1，并且由于电池10和外部负载30通过第二主继电器SW2和第一主继电器SW1彼此连接，因此主充电可以启动。在第二主继电器SW2接通之后，控制单元50可以输出断开预充电继电器SW3的继电器控制信号S3(S110)。

如上所述，根据实施例，电池10的功率可以通过包括预充电电阻器R3的延迟电路逐渐供给，以防止在电池10放电的初始阶段中过电流或浪涌电流的发生，并且与此同时，链路电容器20的电容可以使用预充电电阻器R3和链路电容器20的RC延迟来计算，以提供关于链路电容器20的老化程度和更换时间的信息。

应当理解的是，本文所描述的实施例应当只被认为是描述意义，而不为限制的目的。每个实施例内的特征或方面的描述通常应当被认为可用于其他实施例中的其他类似的特征或方面。尽管已参考附图描述了一个或多个实施例，但是本领域普通技术人员会理解，可以在不超出所附权利要求所限定的精神和范围的情况下，对其进行形式上和细节上的各种改变。