一种放电电路及放电控制方法与流程

本发明涉及直流充电领域，尤其涉及一种放电电路及放电控制方法。

背景技术：

在智能群充电系统中，配备了大量的直流充电模块，以实现交流输入向直流的转换，为电动汽车充电提供电能。按照国标要求，有些直流充电模块的输出电压上限比较高，通常可达750v。直流充电模块为减小输出纹波，一般会在其输出端口配置一定容量的滤波电容。但是，该滤波电容器在输出高压空载关机时使得端口电压的自放电速度非常慢，影响到直流充电模块在智能充电系统中的应用，需设计专门的放电电路来完成指定工况下输出端口电压的快速下降。

一般的直流充电模块的放电电路的主要功能有两点：

(1)直流充电模块从充电系统中脱离(被拔出)时，输出端口电压应迅速降低至设定电压以下；

(2)智能充电系统中的直流充电模块应根据所在系统状态，实现直流充电模块位于智能充电系统中时的主动放电，配合智能充电系统实现相关功能。

目前直流充电模块常用的放电电路如图1所示，利用放电使能信号控制放电电路是否动作。当直流充电模块处于系统中时，放电使能信号为低电平，开关管s断开，放电电路不动作；当直流充电模块从系统中脱离时，放电使能信号为高电平，开关管s导通，放电电路动作开始放电。

虽然该放电电路的控制简单，放电速度快。但是，由于输出电压较高，一般直流充电模块输出750v时，电容c1上存储的能量可达134焦尔，放电时放电电阻r1上将承受较大的电流，并在放电电阻r1上产生大量的热积累。这种放电控制方式有两个缺点：

(1)为使放电电阻r1能承受瞬间大电流所产生的热积累，需要选择大功率的电阻器件，这就意味着要选择高成本和大体积的功率电阻，甚至风道设计上也要将放电电阻考虑在内，间接增加了模块设计的复杂程度；

(2)输出放电由硬件放电使能信号控制，仅在模块从系统中脱离时执行放电动作，无法实现处于充电系统中输出端的主动放电，影响系统功能。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种放电电路及放电控制方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种放电控制方法，用于通过放电电阻和开关管对滤波电容上的电压进行放电控制，且所述放电电阻与所述开关管串联后再与所述滤波电容并联，包括：

步骤s10.判断是否满足放电条件，若是，则执行下一步骤；

步骤s20.获取预先设定的脉冲信号，其中，所述预先设定的脉冲信号使得有效脉冲放电时间内放电电阻的泄放能量及放电周期内放电电阻的平均功率均满足放电电阻的降额要求；

步骤s30.向开关管输出所述脉冲信号，以控制所述开关管的通断，实现放电功能。

优选地，

所述脉冲信号为定频定脉宽的脉冲信号；或者，

所述脉冲信号为定频变脉宽的脉冲信号，而且，有效脉冲放电时间随着放电周期个数的增加而增大；或者，

所述脉冲信号为定脉宽变周期的脉冲信号。

优选地，在步骤s30中，每个放电周期进行以下步骤：

步骤s301.判断故障标志位是否置位，若是，则执行步骤s310；若否，则执行步骤s302；

步骤s302.计时器开始计时；

步骤s303.判断计时时间是否到达当前放电周期的有效脉冲放电时间，若否，则执行步骤s304；若是，则执行步骤s305；

步骤s304.输出高电平，以控制开关管导通，然后执行步骤s303；

步骤s305.输出低电平，以控制开关管关断；

步骤s306.判断计时时间是到达到当前放电周期时间，若否，则执行步骤s305；若是，则执行步骤s307；

步骤s307.计时器清零；

步骤s308.获取当前放电周期的放电起始电压和放电截止电压，并判断当前放电周期的放电截止电压与放电起始电压的比值是否大于预设值，若是，则发生外部高压持续施加在输出端口的单一故障，执行步骤s309；若否，则开始进行下一放电周期的步骤；

步骤s309.置位所述故障标志位；

步骤s310.停止放电。

优选地，在所述脉冲信号为定频定脉宽的脉冲信号或定脉宽变周期的脉冲信号时，预先根据公式1设定有效脉冲放电时间：

其中，ton为所设定的有效脉冲放电时间，r为放电电阻的阻值，qrmax为放电电阻可承受的最大泄放能量，kc为降额系数，vmax为所需放电的最高电压。

优选地，在所述脉冲信号为定频变脉宽的脉冲信号时，预先根据以下公式设定有效脉冲放电时间：

其中，toni为所设定的第i个放电周期的有效脉冲放电时间，r为放电电阻的阻值，qrmax为放电电阻可承受的最大泄放能量，kc为降额系数，vi为第i个放电周期开始时的放电电压，且第一个放电周期开始时的放电电压v1为所需放电的最高电压，vi+1为第i个放电周期结束时的放电电压。

优选地，所述预先设定的脉冲信号使得有效脉冲放电时间内所述放电电阻的泄放能量及放电周期内所述放电电阻的平均功率均满足所述放电电阻的降额要求，具体为：

有效脉冲放电时间及放电周期时间满足以下条件：

而且，

其中，qi为第i个放电周期的有效脉冲放电时间内放电电阻的泄放能量，toni为第i个放电周期的有效脉冲放电时间，vi为第i个放电周期开始时的放电电压，且第一个放电周期开始时的放电电压v1为所需放电的最高电压，vi+1为第i个放电周期结束时的放电电压，τ为充放电时间常数，且为放电电阻阻值与滤波电容容值的乘积，pi为第i个放电周期的平均功率，ti为第i个放电周期的放电周期时间，k为预先确定的第i个放电周期内放电电阻可承受的最大脉冲功率倍数，p为放电电阻额定功率，kc为降额系数，r为所述放电电阻的阻值，qrmax为所述放电电阻可承受的最大泄放能量。

本发明还构造一种放电电路，与滤波电容相连，包括放电电阻、开关管和控制器，其中，所述放电电阻的第一端连接所述滤波电容的第一端，所述放电电阻的第二端连接所述开关管的第一端，所述开关管的第二端连接所述滤波电容的第二端；而且，

所述控制器，用于在判断出满足放电条件时，获取预先设定的脉冲信号，并向所述开关管输出所述脉冲信号，以控制所述开关管的通断，实现放电功能，其中，所述预先设定的脉冲信号使得有效脉冲放电时间内所述放电电阻的泄放能量及放电周期内所述放电电阻的平均功率均满足所述放电电阻的降额要求。

优选地，所述脉冲信号为定频定脉宽的脉冲信号；或者，

所述脉冲信号为定频变脉宽的脉冲信号，而且，有效脉冲放电时间随着放电周期个数的增加而增大；或者，

所述脉冲信号为定脉宽变周期的脉冲信号。

优选地，所述控制器，还用于在每个放电周期结束时，判断当前放电周期内放电截止电压与放电起始电压的比值是否大于预设值，若是，则发生外部高压持续施加在输出端口的单一故障，停止输出所述脉冲信号。

优选地，在所述脉冲信号为定频定脉宽的脉冲信号或定脉宽变周期的脉冲信号时，预先根据公式1设定有效脉冲放电时间：

其中，ton为有效脉冲放电时间，r为放电电阻的阻值，qrmax为放电电阻可承受的最大泄放能量，kc为降额系数，vmax为所需放电的最高电压；

在所述脉冲信号为定频变脉宽的脉冲信号时，预先根据以下公式设定有效脉冲放电时间：

其中，toni为所设定的第i个放电周期的有效脉冲放电时间，r为放电电阻的阻值，qrmax为放电电阻可承受的最大泄放能量，kc为降额系数，vi为第i个放电周期开始时的放电电压，且第一个放电周期开始时的放电电压v1为所需放电的最高电压，vi+1为第i个放电周期结束时的放电电压。

实施本发明的技术方案，控制器中存储有预先设定的脉冲信号，且该脉冲信号使得有效脉冲放电时间内放电电阻的泄放能量及放电周期内放电电阻的平均功率均满足放电电阻的降额要求。当控制器判断满足放电条件时，便通过输出该脉冲信号控制开关管间断导通，可避免放电电阻上因承受瞬间大电流而所产生的热积累，在保证直流充电模块的放电电路可靠工作的同时，快速降低直流充电模块输出端口的电压。而且，这种放电控制方式适用于直流充电模块的所有输出电压等级，在放电控制过程中无需对输出电压进行检测，控制方法简单。另外，这种放电控制方式除了应用在直流充电模块从充电系统中脱离(被拔出)时的情况外，还能根据充电系统的状态实现直流充电模块的主动放电，扩展了应用范围。

附图说明

为了更清楚地说明本发明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。附图中：

图1是现有技术中的一种直流充电模块输出端口滤波电容及放电电路的电路图；

图2是本发明直流充电模块输出端口滤波电容及放电电路实施例一的电路图；

图3是本发明放电控制方法实施例一的流程图；

图4是在脉冲信号为定频定脉宽的脉冲信号时直流充电模块输出端口的电压实施例一的示意图；

图5是放电电阻的脉冲功率特性曲线图；

图6是在脉冲信号为定频定脉宽的脉冲信号时放电电阻上消耗的能量实施例一的示意图；

图7是在使用定频定脉宽的脉冲信号对750v电压进行放电控制时直流充电模块输出端口的电压和放电电阻上消耗的能量实施例一的示意图；

图8是在使用定频变脉宽的脉冲信号进行放电控制时直流充电模块输出端口的电压实施例二的示意图；

图9是在脉冲信号为定频变脉宽的脉冲信号时直流充电模块输出端口的电压和放电电阻上消耗的能量实施例二的示意图；

图10是在使用定频变脉宽的脉冲信号进行放电控制时起始放电电压分别为750v和600v时的直流充电模块输出端口的电压实施例二的示意图；

图11是本发明放电控制方法的步骤s30实施例一的流程图。

具体实施方式

图2是本发明直流充电模块输出端口滤波电容及放电电路实施例一的电路图，该实施例的直流充电模块包括电压转换电路(未示出)、滤波电容c1及放电电路，其中，电压转换电路用于将交流市电转换成直流电，并为电动汽车提供电能。滤波电容c1设定在直流充电模块的输出端口处，且用于减小输出电压的纹波。放电电路包括放电电阻r1、开关管s和控制器u1。其中，放电电阻r1优选有一定具有一定抗冲击能力的功率电阻，且该放电电阻r1的第一端连接滤波电容c1的第一端，放电电阻r1的第二端连接开关管s的第一端，开关管s的第二端连接滤波电容c1的第二端，控制器u1连接开关管s的控制端，而且，控制器u1用于在检测到满足放电条件时，获取预先设定的脉冲信号，并向开关管s输出脉冲信号，以驱动开关管s的导通和关断，实现放电功能，具体地：当该脉冲信号为高电平时，开关管s导通，放电电路开始放电；当该脉冲信号为低电平时，开关管s关断，放电电路停止放电。而且，所设定的脉冲信号使得有效脉冲放电时间内放电电阻r1的泄放能量及放电周期内放电电阻r1的平均功率均满足放电电阻r1的降额要求。

在该实施例中，放电条件例如包括：直流充电模块从充电系统中脱离(被拔出)且其输出端口的电压大于设定电压；或者，直流充电模块根据充电系统需求进行主动放电，例如，该直流充电模块所在系统要求模块电压迅速降低以完成某种特定功能。

在设定脉冲信号时，有效脉冲放电时间和放电脉冲间隔时间的设计思路是：有效脉冲放电时间内放电电阻r1的泄放能量和放电周期(有效脉冲放电时间加上放电脉冲间隔时间)内的平均功率需满足降额要求，即，满足以下两个条件：有效脉冲放电时间内放电电阻r1的泄放能量不超过放电电阻r1的最大承受能量；放电周期内放电电阻r1的平均功率不超过放电电阻r1的脉冲功率降额。

在上述实施例中，上述脉冲信号为定频定脉宽的脉冲信号；或者，上述脉冲信号为定频变脉宽的脉冲信号，而且，有效脉冲放电时间随着放电周期个数的增加而增大；或者，上述脉冲信号为定脉宽变周期的脉冲信号，而且，放电周期时间可随着放电周期个数的增加而增加，也可随着放电周期个数的增加而减小。

实施该实施例的技术方案，控制器中存储有预先设定的脉冲信号，且该脉冲信号使得有效脉冲放电时间内放电电阻r1的泄放能量及放电周期内放电电阻r1的平均功率均满足放电电阻r1的降额要求。当控制器u1判断满足放电条件时，便通过输出该脉冲信号控制开关管s间断导通，可避免放电电阻r1上因承受瞬间大电流而所产生的热积累，在保证直流充电模块的放电电路可靠工作的同时，快速降低直流充电模块输出端口的电压，另外，这种放电控制方式除了应用在直流充电模块从充电系统中脱离(被拔出)时的情况外，还能根据充电系统的需求实现直流充电模块的主动放电，扩展了应用范围。

优选地，控制器u1还用于在每个放电周期结束时，判断当前放电周期内放电截止电压(当前放电周期结束时直流充电模块输出端口的电压)与放电起始电压(当前放电周期开始时直流充电模块输出端口的电压)的比值是否大于预设值，若是，则停止输出脉冲信号，以停止直流充电模块的端口放电。

在此需说明的是，上述实施例均是以放电电路应用在直流充电模块为例进行说明的，应理解，本发明的放电电路还可应用在其它带滤波电容的装置中，当需要使滤波电容上的电压快速下降时，可使用该放电电路对滤波电容上的电压进行放电控制。

图3是本发明放电控制方法实施例一的流程图，用于通过放电电阻和开关管对滤波电容上的电压进行放电控制，且放电电阻与开关管串联后再与滤波电容并联，结合图2，该实施例的放电控制方法包括：

步骤s10.判断是否满足放电条件，若是，则执行下一步骤；

步骤s20.获取预先设定的脉冲信号，其中，预先设定的脉冲信号使得有效脉冲放电时间内放电电阻的泄放能量及放电周期内放电电阻的平均功率均满足放电电阻的降额要求；

步骤s30.向开关管输出脉冲信号，以控制开关管的通断，实现放电功能。

在步骤s20中，预先设定的脉冲信号为定频定脉宽的脉冲信号；或者，预先设定的脉冲信号为定频变脉宽的脉冲信号，而且，有效脉冲放电时间随着放电周期个数的增加而增大；或者，预先设定的脉冲信号为定脉宽变周期的脉冲信号，而且，在一个实施例中，放电周期时间可随着放电周期个数的增加而减小，在另一个实施例中，放电周期时间也可随着放电周期个数的增加而减小。

而且，有效脉冲放电时间及放电周期时间满足以下条件：

而且，

其中，qi为第i个放电周期的有效脉冲放电时间内放电电阻的泄放能量，toni为第i个放电周期的有效脉冲放电时间，vi为第i个放电周期开始时的放电电压，且第一个放电周期开始时的放电电压v1为所需放电的最高电压，vi+1为第i个放电周期结束时的放电电压，即，第i+1个放电周期开始时的放电电压，τ为充放电时间常数，且为放电电阻阻值与滤波电容容值的乘积，pi为第i个放电周期的平均功率，ti为第i个放电周期的放电周期时间，k为预先确定的第i个放电周期内放电电阻可承受的最大脉冲功率倍数，p为放电电阻额定功率，kc为降额系数，r为放电电阻的阻值，qrmax为放电电阻可承受的最大泄放能量。

关于k的取值，需说明的是，当脉冲信号为定频定脉宽的脉冲信号或定频变脉宽的脉冲信号时，可根据预先确定的放电周期时间来确定k的取值。当脉冲信号为定脉宽变周期的脉冲信号时，可根据预先估计的放电周期时间来确定k的取值。

在一个可选实施例中，预先设定的脉冲信号为定频定脉宽的脉冲信号，结合图4，t为该定频定脉宽的脉冲信号的放电周期时间，ton为有效脉冲放电时间，toff为放电脉冲间隔时间，即，t＝ton+toff，而且，

ton＝t2-t1＝t4-t3＝t6-t5＝…

toff＝t3-t2＝t5-t4＝t7-t6＝…

控制器在t1时刻发出高电平信号，在有效脉冲放电时间ton内开关管s持续导通，直到t2时刻直流充电模块的输出端口电压由v1下降到v2，此时该定频定脉宽的脉冲信号由高电平变为低电平，开关管s关断，直流充电模块输出端口的电压在放电脉冲间隔时间toff内保持v2不变，直到下一个放电周期到来。

结合图2，若直流充电模块的输出端口的滤波电容c1的容量为c，直流充电模块输出端口的最高电压为vmax，则直流充电模块的输出端口的滤波电容c1所存储的能量qmax最高可达：

放电时上述能量只能通过放电电阻r1以热能的形式泄放掉，因此一般采用具有一定抗冲击能力的功率电阻作为直流充电模块的放电电阻r1。

假定放电电阻r1的额定功率为p，则结合图5所示的放电电阻脉冲功率特性曲线，设计满足放电电阻r1降额的脉冲放电策略。在图5中，横轴t为放电脉冲时间(即放电周期时间)，纵轴k为放电脉冲t时间内放电电阻r1可承受的脉冲功率倍数，由此可见，放电脉冲时间越短，放电电阻r1可承受的脉冲功率倍数越大，但放电脉冲时间内放电电阻r1上泄放的能量不变(即k*p*t为常数)，为放电电阻r1可承受的最大泄放能量。

根据图5所示的放电电阻的脉冲功率特性曲线，可计算出放电过程中放电电阻可承受的最大泄放能量qrmax为：

qrmax＝k×p×t

对于已选定型号的放电电阻r1而言，其可承受的最大泄放能量是固定的，即qrmax是常数。考虑到最高电压vmax持续施加在直流充电模块的输出端口的故障工况，放电控制过程中需保证出现该故障时在有效脉冲放电时间ton内放电电阻r1不损坏。若出现外部高压持续施加在直流充电模块输出端口的故障工况，则单个放电脉冲内在放电电阻r1上消耗的能量qmax为：

其中，r为放电电阻r1的阻值。

若放电电阻r1的降额系数为kc，则可预先根据公式1来设定有效脉冲放电时间：

其中，ton为所设定的有效脉冲放电时间，r为放电电阻的阻值，qrmax为放电电阻可承受的最大泄放能量，kc为降额系数，vmax为所需放电的最高电压。

由上述内容可知，模块输出端出现外部高压持续施加在输出端口的故障工况时，在短时间内即使以有效脉冲放电时间ton进行脉冲放电，放电电阻仍满足能量和功率降额，不会导致放电电阻损坏。

另外，可根据直流充电模块的硬件参数(例如，滤波电容c1的电容值c，放电电阻r1的阻值r等)设定放电周期时间t。

当设定了定频定脉宽的脉冲信号所对应的放电周期时间t及有效脉冲放电时间ton后，还要保证所设定的放电周期时间t及有效脉冲放电时间ton满足放电电阻的降额要求。验证过程具体如下：

首个放电周期开始时的放电电压v1为所需放电的最高电压vmax，例如，为图2中直流充电模块输出端口的最高电压，则有效脉冲放电时间ton内放电电阻r1的泄放能量q1为：

其中，τ为充放电时间常数，且τ＝rc。

在放电周期t内放电电阻r1的平均功率p1为：

而且，q1、p1要要满足以下条件：

其中，k为第一个放电周期内放电电阻r1可承受的最大脉冲功率倍数。

结合图6，直流充电模块的输出端口若无外部高压持续施加的故障时，输出端口的电压随着放电周期个数的增加而降低，且在首个放电周期内放电电阻r1上消耗的能量最大，之后逐周期减小。由于首个放电周期内放电电阻r1上消耗的能量最大，之后逐周期减小，所以，只要保证首个放电周期内放电电阻r1上的平均功率满足降额要求，其它周期内放电电阻r1上的平均功率也会满足降额要求。

在一个具体实施例中，假定直流充电模块的滤波电容c1的电容值为c＝475uf，放电周期t选取0.2s，放电电阻r1的阻值r＝440ohm，放电电阻r1的额定功率p＝12w，200ms内放电电阻r1可承受的最大脉冲功率倍数k＝20，则放电过程中放电电阻r1可承受的最大泄放能量为：

qrmax＝k·p·t＝20*12w*200ms＝48j

在该实例中，取放电电阻r1的降额系数kc＝0.8，直流充电模块输出端口的最高电压vmax＝750v，则根据下面公式确定有效脉冲放电时间ton：

因此，可设定有效脉冲放电时间ton为30ms，另外，由于所设定的定频定脉宽的脉冲信号的放电周期时间为200ms，所以，放电脉冲间隔时间toff为170ms。当然，在其它实施例中，也可设定有效脉冲放电时间ton小于30ms，例如25ms，此时，放电脉冲间隔时间toff为175ms，这也在本发明的保护范围内。

当使用该定频定脉宽的脉冲信号对750v电压进行放电控制时，直流充电模块输出端口的电压和放电电阻r1上消耗的能量如图7所示，其中，vo0(t)为放电过程中的直流充电模块输出端口的电压，qc0(t)为放电周期内放电电阻r1上泄放的能量。由图7可知，首个放电周期的放电起始电压最高，放电电阻r1上消耗的能量也最大，随着放电周期的增加，直流充电模块输出端口的电压逐渐减小，放电电阻r1上消耗的能量也相应减小。

而且，正常放电时，首个放电周期结束时的放电电压v2，即第二个放电周期开始时的放电电压为：

由于第一个放电周期开始时的放电电压v1为vmax，因此，放电电阻r1上泄放的能量q1为：

由此可确定，放电电阻r1上泄放的能量q1(33.374j)小于放电电阻r1可承受的最大泄放能量qrmax的80％降额，即小于38.4j(48j*0.8)。

另外，放电周期t内放电电阻r1的平均功率p1为：

即，放电周期内放电电阻r1的平均功率p1(166.87w)小于放电电阻r1的80％脉冲功率降额要求，即小于192w。

在上述具体实施例中，放电电路可对直流充电模块所输出750v电压进行正常放电，而且，由于随着放电周期个数的增加，放电周期开始时的放电电压会越来越小，因此，若首个放电周期内放电电阻r1上消耗的能量和平均功率均满足放电电阻r1的降额要求，则在整个放电周期内放电电阻r1都不存在过功率的风险。

采用上述定频定脉宽脉冲放电控制方法，可有效提高输出放电电路的可靠性，当直流充电模块电路参数固定时，根据模块输出的最高电压计算得到的脉冲放电时间适用于所有输出电压等级，有效脉冲放电时间在整个放电过程中固定不变，控制方法简单。

在另一个可选实施例中，预先设定的脉冲信号为定频变脉宽的脉冲信号，即，在整个放电过程中放电周期t固定不变，放电周期t内有效脉冲放电时间ton可变。

结合图8，定频变脉宽的脉冲放电过程与定频定脉宽的脉冲放电过程类似，随着放电周期个数的增加，直流充电模块输出端口的电压也会由v1下降到v2、v3等，不同之处在于，在整个放电过程中，有效脉冲放电时间ton随着放电周期个数的增加而不断增加，而放电脉冲间隔时间toff则不断减小，即：

ton:ton1＝t2-t1,ton2＝t4-t3,ton3＝t6-t5,…，ton1＜ton2＜ton3＜...

toff:toff1＝t3-t2,toff2＝t5-t4,toff3＝t7-t6,…，toff1＞toff2＞toff3＞...

{ton1，ton2，ton3，...}即为有效放电脉冲的时间数组，当满足放电条件时，不论直流充电模块输出端口的电压是多少，都固定以ton1作为首个放电周期的有效脉冲放电时间，而以ton2作为第二个放电周期的有效脉冲放电时间，以此类推，直到直流充电模块输出端口的电压下降到设定电压以下，放电电路停止动作。

结合图2，假定直流充电模块输出端口的滤波电容c1的电容量为c，直流充电模块输出端口的最高电压为vmax，放电电阻r1的阻值为r，放电电阻r1的额定功率为p，根据图5得到放电电阻r1可承受的最大泄放能量为qrmax(与上述实施例方案类似，在此不再赘述)，取放电电阻r1的降额系数为kc。考虑到直流充电模块可能出现外部最高电压vmax持续施加在输出端口的故障工况，放电控制过程需保证出现该故障时在每个放电周期内放电电阻r1均不损坏。

具体地，在脉冲信号为定频变脉宽的脉冲信号时，预先根据以下公式设定有效脉冲放电时间：

其中，toni为所设定的第i个放电周期的有效脉冲放电时间，vi为第i个放电周期开始时的放电电压，且第一个放电周期开始时的放电电压v1为所需放电的最高电压，即，v1＝vmax，vi+1为第i个放电周期结束时的放电电压，vi+1也为第i+1个放电周期开始时的放电电压。

例如，在首个放电周期内，第一个放电周期开始时的放电电压v1＝vmax，因此，第一个放电周期的有效脉冲放电时间为：

首个放电周期结束时的放电电压v2，即第二个放电周期开始时的放电电压为：

第二个放电周期的有效脉冲放电时间为：

第二个放电周期结束时的放电电压v3，即第三个放电周期开始时的放电电压为：

同理，可计算出后续每个放电周期内的有效脉冲放电时间，由此可组成定频变脉宽的有效脉冲放电时间数组{ton1，ton2，ton3，ton4，ton5，...}。

另外，可根据直流充电模块的硬件参数(例如，滤波电容c1的电容值c，放电电阻r1的阻值r等)设定放电周期时间t。

在得到有效脉冲放电时间数组后，需核算每个放电周期内放电电阻r1上泄放的能量和平均功率，具体为：

首个放电周期开始时的放电电压v1为直流充电模块输出端口的最高电压vmax，放电电阻r1上泄放的能量q1为：

首个放电周期内放电电阻r1的平均功率p1为：

第二个放电周期开始时的放电电压v2为首个放电周期结束时的放电电压，放电电阻r1上泄放的能量q2为：

第二个放电周期内放电电阻r1的平均功率p2为：

同理，可计算出每个放电周期内放电电阻r1上泄放的能量和平均功率，且每个放电周期内放电电阻r1上泄放的能量和平均功率均需满足放电电阻r1的最大降额要求，即，每个放电周期内放电电阻r1上泄放的能量q1、q2、…均小于qrmax×kc，每个放电周期内放电电阻r1的平均功率p1、p2、…均小于k×p×kc。

在使用定频变脉宽的脉冲信号进行放电控制时，结合图8，电压越高，有效脉冲放电时间ton越短；反之，电压越低，有效脉冲放电时间ton越长。

在一个具体例子中，假定滤波电容c1的电容c＝475uf，放电周期t＝0.2s，放电电阻r1＝440ohm，放电电阻r1额定功率p＝12w，200ms内放电电阻r1可承受的最大脉冲功率倍数k＝20，则放电过程中电阻可承受的最大泄放能量为：

qrmax＝k·p·t＝20*12w*200ms＝48j

若取放电电阻r1的降额系数kc＝0.8，所需放电的最高电压为750v，则在进行放电控制时，

首个放电周期内有效脉冲放电时间ton1为：

首个放电周期结束时直流充电模块输出端口的电压，即首个放电周期结束时的放电电压v2为：

第二个放电周期内的有效脉冲放电时间ton2为：

第二个放电周期结束时直流充电模块输出端口的电压，即第二个放电周期结束时的放电电压v3为：

第三个放电周期内的有效脉冲放电时间ton3为：

第三个放电周期结束时直流充电模块输出端口的电压，即第三个放电周期结束时的放电电压v4为：

第四个放电周期内的有效脉冲放电时间ton4为：

第四个放电周期结束时直流充电模块输出端口的电压，即第四个放电周期结束时的放电电压v5为：

第五个放电周期内的有效脉冲放电时间ton5为：

至此，由于计算得到的第五个放电周期内有效脉冲放电时间(276ms)已超过放电周期(200ms)的放电脉冲周期时间，说明此时即使开关管s持续导通，以对输出端口进行持续放电，放电电阻r1也不会过功率，因此取第五个放电周期内的脉冲宽度ton5为200ms，即满占空比放电，而且，第五个放电周期结束时直流充电模块输出端口的电压v6为：

第五个放电周期结束时直流充电模块输出端口的电压v6为94.993v，仍高于设定电压(50v)，因此继续执行第六个放电周期。

由于第五个放电周期为满占空比放电，则第六个放电周期时仍为满占空比放电，即：

ton6＝200ms

第六个放电周期结束时直流充电模块输出端口的电压，即第六个放电周期结束时的放电电压v7为：

至此，经过六个放电周期放电电压才可低于50v的设定电压。

由此便得到对应该实施例的上述电路参数的有效脉冲放电时间数组为：{30ms，40ms，59ms，103ms，200ms，200ms}。以每个放电周期内放电电阻r1上泄放的能量和平均功率对有效脉冲放电时间和放电周期进行核算。六个放电脉冲周期内，在放电电阻r1上泄放的能量和电阻的平均功率如表1所示。

表1

由上表，在采用定频变脉宽脉冲进行放电控制时，在整个放电过程中放电电阻r1上泄放的能量均小于38.4j(48j*0.8，即，放电电阻r1可承受的最大泄放能量qrmax的80％降额)，放电电阻r1的平均功率均小于192w(20×12w×0.8，即，放电电阻r1的80％脉冲功率降额)，由此得到的有效脉冲放电时间数组{30ms，40ms，59ms，103ms，200ms，200ms}适用于直流充电模块输出端口全电压等级的脉冲放电工况。即直流充电模块满足输出放电条件时，不考虑输出放电起始电压，均以30ms作为首个放电周期内的有效脉冲放电时间，以40ms作为第二个放电周期内的有效脉冲放电时间，以此类推，直至输出端口电压下降至50v设定电压以内。

采用该定频变脉宽的脉冲信号对750v的直流充电模块输出端口电压进行放电控制，该输出端口的电压波形和放电周期内放电电阻r1上泄放的能量如图9所示，由图可得，相对于采用定频定脉宽的脉冲信号，采用定频变脉宽的脉冲信号进行放电控制，在同样的电路参数下脉冲放电时间显著缩短，且每个放电周期内放电电阻r1上泄放的能量和平均功率均满足降额要求，在保证放电电路可靠性的同时，提高了放电电阻r1的利用率，缩短脉冲放电时间。

只要满足放电条件时，控制器均以时间数组对应的值作为当前放电周期的有效脉冲放电时间进行放电控制，而不管直流充电模块输出端口的电压等级是多少，当采用以上时间数组分别对750v和600v的输出端口电压进行脉冲放电控制时，端口电压的波形如图10所示，由此可得，直流充电模块输出端口的最高电压为750v时的脉冲放电时间最长，脉冲个数也最多，而放电起始电压越低，脉冲放电时间越短和脉冲个数也越少。该实例的核心点在于以输出最高电压750v时的脉冲放电作为最恶劣工况，计算得到适用于模块输出全电压范围的有效放电脉冲序列。

采用上述的定频变脉宽脉冲放电控制方法，以有效脉冲放电时间数组取代固定脉宽的放电脉冲，可在保证放电电路可靠性的前提下，减小脉冲放电时间，且无需对输出电压进行检测，控制方法简单。此外，在整个放电过程中，有效脉冲放电时间ton是根据模块输出最高电压脉冲放电过程(最恶劣工况)预先设定的时间数组，适用于模块输出全电压等级的脉冲放电过程，在相同电路参数和处理器开销不变的情况下，可大大减小总的脉冲放电时间。

在一个可选实施例中，预先设定的脉冲信号为定脉宽变周期的脉冲信号，即，在整个放电过程中放电周期时间t可变，但每个放电周期内的有效脉冲放电时间ton不变。该定脉宽变周期的脉冲信号与定频定脉宽的脉冲放电过程类似，随着放电周期个数的增加，直流充电模块输出端口的电压也会逐渐下降，不同之处在于，在整个放电过程中，有效脉冲放电时间ton不变，而放电周期时间t则随着放电周期个数的增加而改变，可选地，放电周期时间t可以随着放电周期个数的增加而不断减小。

结合图2，若滤波电容c1的容量为c，该直流充电模块输出端口的最高电压为vmax，放电电阻r1的阻值为r，放电电阻r1的额定功率为p，根据图5得到放电电阻r1可承受的最大泄放能量为qrmax，放电电阻的降额系数为kc。考虑到直流充电模块可能出现外部最高电压vmax持续施加在输出端口的故障工况，在该放电控制方法中，需保证出现该故障时在每个放电周期内放电电阻r1均不损坏。

首先，以直流充电模块输出最大电压的最恶劣工况设计有效脉冲放电时间ton，则有：

若出现外部高压持续施加在直流充电模块输出端口的故障工况，则单个放电周期内在放电电阻r1上消耗的能量为常数：

此时的放电周期时间t需保证电阻上的平均功率满足降额要求。取放电电阻可承受的最大脉冲功率倍数为k，则有：

即，

通过上述公式可得到首个放电周期的放电周期时间t1。

首个放电周期结束时的放电电压v2为：

第二个放电周期内的放电周期时间为：

第二个放电周期结束时的放电电压v3为：

同理，可计算出后续每个放电周期内的放电周期时间，由此可组成定脉宽变周期的放电周期时间数组{t1，t2，t3，t4，t5，...}。

在得到放电周期时间数组后，需核算每个放电周期内放电电阻r1上泄放的能量和平均功率，具体为：

在首个放电周期内，放电周期开始时的放电电压v1为放电所需的最高电压vmax，即，图2中直流充电模块输出端口的最高电压，放电电阻r1上泄放的能量q1为：

首个放电周期内放电电阻r1的平均功率p1为：

在第二个放电周期内，放电周期开始时的放电电压v2为第一个放电周期结束时放电电压，因此，放电电阻r1上泄放的能量q2为：

第二个放电周期内放电电阻r1的平均功率p2为：

同理，可计算出每个放电周期内放电电阻r1上泄放的能量和平均功率，且每个放电周期内放电电阻r1上泄放的能量和平均功率均需满足放电电阻r1的最大降额要求，即，每个放电周期内放电电阻r1上泄放的能量q1、q2、…均小于qrmax×kc，每个放电周期内放电电阻r1的平均功率p1、p2、…均小于k×p×kc。

图11是本发明放电控制方法的步骤s30实施例一的流程图，在步骤s30中，每个放电周期进行以下步骤：

步骤s301.判断故障标志位是否置位，若是，则执行步骤s310；若否，则执行步骤s302；

步骤s302.计时器开始计时；

步骤s303.判断计时时间是否到达当前放电周期的有效脉冲放电时间，若否，则执行步骤s304；若是，则执行步骤s305；

步骤s304.输出高电平，以控制开关管导通，然后执行步骤s303；

步骤s305.输出低电平，以控制开关管关断；

步骤s306.判断计时时间是到达到当前放电周期时间，若否，则执行步骤s305；若是，则执行步骤s307；

步骤s307.计时器清零；

步骤s308.获取当前放电周期的放电起始电压和放电截止电压，并判断当前放电周期的放电截止电压与放电起始电压的比值是否大于预设值，若是，则发生外部高压持续施加在输出端口的单一故障，执行步骤s309；若否，则开始进行下一放电周期的步骤；

步骤s309.置位故障标志位；

步骤s310.停止放电。

关于步骤s308中的预设值，在此需说明的是：

当直流充电模块出现外部高压持续施加在其输出端口的单一故障时，即使输出端口的放电电路经过一个放电周期，其输出端口的电压仍然保持v0不变，未出现预期的输出端口电压下降的情况，则可判断此时直流充电模块发生了外部高压持续施加在输出端口的单一故障，此时应禁止放电电路动作。

当直流充电模块的输出端口在正常放电时，在有效脉冲放电时间ton内，直流充电模块的输出端口的电压由放电起始电压v1逐渐减小到v2，且三者满足下式关系：

由上式可知，在放电周期内，放电截止电压与放电起始电压的比值与有效脉冲放电时间ton有关，ton时间越长，则放电截止电压与放电起始电压的比值越小。

对于使用定频定脉宽或定脉宽变周期的脉冲信号进行放电控制的情况，有效脉冲放电时间ton固定不变，因此整个放电过程中，放电截止电压与放电起始电压的比值也固定不变，例如，在有效脉冲放电时间ton固定为30ms时，每个放电周期内的放电截止电压与放电起始电压的比值均为0.866。因此，这种情况下，可直接参照放电截止电压与放电起始电压的比值来设定预设值，例如设置为0.866，或，为留有足够裕量，将其设置为大于0.866的值)。

对于使用定频变脉宽的脉冲信号进行放电控制的情况，首个放电周期内的有效脉冲放电时间ton最短，放电截止电压与放电起始电压的比值也最大，随着放电周期的增加，该比值逐渐减小。例如，首个放电周期内的放电截止电压与放电起始电压的比值为0.866，随后的放电周期内随着放电周期的增加，放电周期内放电截止电压与放电起始电压的比值也随之减小。因此，这种情况下，可参照放电截止电压与放电起始电压比值的最大值来设定预设值，例如，预设值设定为0.9。

若kf为所设定的预设值，每个放电周期结束时，将该放电周期内的放电截止电压与放电起始电压进行比较，若大于放电起始电压的kf倍，则认为直流充电模块发生了放电失效故障，此时，相关标志置位，禁止下一放电周期的脉冲放电。该故障检测逻辑嵌套在脉冲放电控制中执行。

在一个具体实施例中，结合图2，若直流充电模块发生外部高压持续施加在其输出端口的单一故障时，经过首个有效脉冲放电时间ton，输出端口电压仍保持750v不变，在首个有效脉冲放电时间内，放电电阻r1上泄放的能量为：

若取放电电阻的降额系数kc＝0.8，放电电阻r1上的平均功率为：

即使直流充电模块发生外部高压持续施加的单一故障，直流充电模块在进行放电控制时，首个放电周期内仍满足放电电阻r1的降额要求，因此只要能及时判断故障的发生，放电电阻r1就没有风险。

综上，通过在放电周期结束时通过判断该放电周期内放电截止电压与放电起始电压的比值是否超过预设值来进行故障诊断，可有效提高脉冲放电电路的可靠性，避免放电电阻r1的过热损坏。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何纂改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。