一种软启动电路及软启动方法和直流充电桩与流程

本发明涉及新能源汽车充电技术领域，具体地，涉及一种软启动电路，对应的软启动方法，以及采用该软启动电路和方法的直流充电桩。

背景技术：

直流充电桩当中常用的启动充电方案，主要是通过控制器与电池包管理系统(BMS)通讯，并获得电池包当前电压、最高允许充电电压和初始充电电流(一般是电池包最大充电电流)，控制器以此作为整流模组启动时的电压和电流目标值。在整流模组启动时，输出电压迅速上升，当输出电压超过电池包电压时，由于充电回路限流电阻非常小，电流也迅速上升，在达到限流值之前，整流模组输出电压继续快速上升，导致产生浪涌电流；如果开关闭合时间不合适，将加剧此浪涌电流。可见这种方法单纯依靠整流模组的限流速度和精度，难于有效抑制或消除浪涌电流，容易造成充电回路各部件寿命缩短或损坏。

技术实现要素：

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种软启动电路及软启动方法和直流充电桩，能够抑制启动充电过程中的浪涌电流，避免浪涌电流对电器件造成冲击损坏，通过对开关装置时序的控制，避免了其触点黏连的情况。

为实现以上目的，本发明通过以下方案实现：

根据本发明的一个方面，提供一种软启动电路，包括：控制器、整流模组、第一开关、第二开关、防倒灌二极管，所述第一开关和所述第二开关均包括控制端和一个触点，所述整流模组包括正、负输出端和控制端，其中：

所述第一开关的控制端、所述第二开关的控制端、所述整流模组的控制端分别与所述控制器电连接，所述整流模组的正输出端与所述防倒灌二极管的阳极相连，所述防倒灌二极管的阴极与所述第一开关的触点相连，所述整流模组的负输出端与所述第二开关的触点相连；

所述控制器实时采集第一检测点、第二检测点、第三检测点的测量值，并从车辆电池管理系统BMS获得电池包充电电压和电流的信息，所述第一检测点检测所述整流模组正输出端与负输出端之间的电压，所述第二检测点检测检测充电桩输出正、负端的电压，所述第三检测点位于整流模组负输出端与第二开关的触点之间，第三检测点用于检测充电桩和整流模组的输出电流；为了提供电池包需求的充电电压和电流，所述控制器通过调节整流模组的输出电压和电流，以及控制第一开关和第二开关的通断时序，使得在启动充电过程中，避免了浪涌电流的产生。

根据本发明的第二方面，提供一种采用上述电路的软启动方法，所述方法包括如下步骤：

步骤1：控制器实时监测第一检测点和第二检测点的电压，第一检测点和第二检测点的电压测量误差精度分别为±M₁％、±M₂％，实时监测第三检测点的电流，此刻测得第二检测点的电压为V₂；

步骤2：控制器设定整流模组输出电压目标值为零，设定整流模组输出电流限值为零；控制器启动整流模组输出，同时控制整流模组输出电压目标值由零以正常速率C₁上升为

步骤3：当第一检测点的电压达到步骤2中的电压目标值时，保持电压目标值不变、步骤2中的输出电流限值不变，控制器控制第一开关和第二开关闭合；

步骤4：当控制器检测到第一开关和第二开关闭合后，在步骤2中电压目标值基础上，以速率C₂增加整流模组的输出电压，同时控制整流模组输出电流限值由零跳变为I₁；

步骤5：当第三检测点的电流值大于等于电流限值I₁时，控制器以速率B₁增加整流模组输出电流限值，直到整流模组输出电流限值增加到BMS请求充电电流I0；同时，整流模组的目标电压继续增加；

步骤6：当整流模组的目标电压增加到时，控制器控制整流模组的输出目标电压跳变为BMS请求的电池包最高允许充电电压Vbat；

至此，软启动充电过程结束，进入正常充电过程。

优选地，步骤1中，所述M₁％＜1％，所述M₂％＜5％。

优选地，步骤2和步骤4中，所述速率C₁≥5倍的速率C₂。

优选地，步骤5中，所述电流限值I₁为5～10A；所述速率B₁，推荐4A/S≤B₁≤25A/S，在符合启动时间要求的条件下，尽量选择低速率。

根据本发明的第三方面，提供一种包含上述软启动电路和采用上述软启动方法的直流充电桩。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

本发明采用上述软启动方案，在其适用的充电回路中，有效抑制了启动充电时的浪涌电流，避免了因浪涌电流冲击而造成的电器件损坏，通过对开关装置时序的控制，避免了其触点黏连的情况。

本发明采用上述软启动方案，能够很好的适用于直流充电桩中。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明一实施例的软启动充电电路框图；

图2为本发明一实施例的软启动充电流程图；

图3为本发明一实施例的软启动充电过程各点波形时序图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

如图1所示，一种软启动电路，包括控制器、整流模组、第一开关K1、第二开关K2、防倒灌二极管D1，所述第一开关K1、所述第二开关K2各包括控制端和一个触点，所述整流模组包括正负输出端和控制端；所述控制器连接第一检测点、第二检测点、第三检测点，其中：

所述第一开关K1的控制端、所述第二开关K2的控制端、所述整流模组的控制端分别与所述控制器电连接，所述整流模组的正极与所述防倒灌二极管D1的阳极相连，所述防倒灌二极管D1的阴极与所述第一开关K1的触点相连；所述整流模组的负极与所述第二开关K2的触点相连；

第一检测点检测所述整流模组正输出端与负输出端之间的电压，第二检测点检测检测充电桩输出正、负端的电压，第三检测点位于整流模组负输出端与第二开关的触点之间，第三检测点用于检测充电桩和整流模组的输出电流。所述控制器从车辆电池管理系统BMS获得电池包充电电压和电流的信息，所述控制器实时采集第一检测点、第二检测点、第三检测点的测量值。

为了提供电池包需求的充电电压和电流，所述控制器通过调节整流模组的输出电压和电流，以及控制第一开关和第二开关的通断时序，使得在启动充电过程中，避免了浪涌电流的产生。

在本发明另一实施例中，采用上述电路进行软启动，其步骤为：

步骤1：控制器实时监测第一检测点和第二检测点的电压，第一检测点和第二检测点的电压测量误差精度分别为±M₁％、±M₂％；实时监测第三检测点的电流，此刻测得第二检测点的电压为V₂；

步骤2：控制器设定整流模组输出电压目标值为零，设定整流模组输出电流限值为零。控制器启动整流模组输出，同时控制整流模组输出电压目标值由零以正常速率C1上升为

步骤3：当第一检测点的电压达到步骤2中的电压目标值时，保持电压目标值不变、步骤2中的输出电流限值不变，控制第一开关和第二开关闭合；

步骤4：当检测到第一开关和第二开关闭合后，在步骤2中电压目标值基础上，以速率C2增加整流模组的输出电压，同时控制整流模组输出电流限值由零跳I₁；

步骤5：当第三检测点的电流值大于、等于电流限值I₁时，以速率B 1增加整流模组输出电流限值，直到整流模组输出电流限值增加到BMS请求充电电流I0；同时，整流模组的目标电压继续增加；

步骤6：当整流模组的目标电压增加到时，控制整流模组的输出目标电压跳变为BMS请求的电池包最高允许充电电压Vbat；

至此，软启动充电过程结束，进入正常充电过程。

在本发明另一实施例中，采用上述电路和方法，用于直流充电桩充电，充电桩具体的工作过程如下：

首先，充电桩自检完成，并与车辆电池管理系统(BMS)握手成功，充电桩从BMS获得电池最高允许充电电压Vbat、请求充电电流I0；车辆进入充电准备就绪状态。以下进入软启动充电阶段：

步骤1：控制器实时监测第一检测点1和第二检测点2的电压，其测量误差精度分别为±M₁％、±M₂％；实时监测第三检测点3的电流，此刻测得第二检测点2的电压为V₂。

步骤2：控制器控制整流模组输出电压目标值由零以速率C₁上升为并启动整流模组输出，同时控制整流模组输出电流限值为零；若以此刻为t₀时刻，以t表示t₀时刻之后的任意时刻，则第一检测点1的电压与时间的关系可表达为：v_O(t)＝C₁×(t-t₀)。

步骤3：t₁时刻，第一检测点1的电压达到步骤2中的目标电压时，保持目标电压值不变，电流限值不变，第一开关K1、第二开关K2闭合。

步骤4：当检测到第一开关K1、第二开关K2闭合后，在步骤2中目标电压基础上、以速率C₂增加输出电压，同时控制输出电流限值由零跳变为I₁，以此刻为t₂，则第一检测点1的电压跟随整流模组输出电压，第一检测点的电压与时间的关系可表达为：v_O(t)＝C₁×(t₁-t₀)+C₂×(t-t₂)。所述电流限值I₁尽量小，比如I₁可以为5～10A。

步骤5：t₃时刻，第三检测点3的电流值等于步骤4中所述电流限值I₁，以低速率B₁增加电流限值，直到电流限值增加到BMS请求充电电流I₀，则第三检测点3的电流值与时间的关系可以表达为：i_O(t)＝B₁×(t-t₃)+I₁；同时，整流模组的目标电压继续以低速率C₂增加，但是第一检测点1的电压在t₃时刻后不再跟随目标电压增加，而是随着电池电压缓慢增加。

t₄时刻，第三检测点3的电流达到BMS请求充电电流I0。

步骤6：t₆时刻，整流模组目标电压增加到控制整流模组的输出目标电压跳变为BMS请求的电池包最高允许充电电压Vbat；至此，软启动充电过程结束，进入正常充电过程。

作为一优选的实施方式，所述速率C₁≥5C2，t0～t4控制在8～10S；4A/S≤B₁≤25A/S，在符合启动时间要求的条件下，尽量选择低速率。

作为一优选的实施方式，步骤1中，所述第一检测点1和第二检测点2的测量误差精度电压M₁、M₂尽量小，M₂％＜5％，M₁％＜1％。

从第三检测点3的电流的表达公式可以看到，整个启动过程有效抑制了浪涌电流，避免了因浪涌电流冲击而造成的电器件损坏，通过对开关装置时序的控制，避免了其触点黏连的情况。

以上阶段各点的波形时序图，参照图3。

本发明在其适用的充电回路中，有效抑制了启动充电时的浪涌电流，避免了因浪涌电流冲击而造成的电器件损坏，通过对开关装置时序的控制，避免了其触点黏连的情况。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。