CN102832596A

CN102832596A - 低压电动车驱动器保护电路及方法

Info

Publication number: CN102832596A
Application number: CN2012103192061A
Authority: CN
Inventors: 张昊; 杨睿诚
Original assignee: Suzhou Inovance Technology Co Ltd; Shenzhen Inovance Technology Co Ltd; Suzhou Monarch Control Technology Co Ltd
Priority date: 2012-08-31
Filing date: 2012-08-31
Publication date: 2012-12-19
Anticipated expiration: 2032-08-31
Also published as: CN102832596B

Abstract

本发明提供了一种低压电动车驱动器保护电路，包括电池电压检测单元、电容电压检测单元、上电缓冲单元及切换控制单元，其中：所述上电缓冲单元包括并联的电阻串MOS支路和MOS串联支路；所述切换控制单元在电池电压与直流母线电容电压的差值小于第三阈值时使上电缓冲单元切换到MOS串联支路、在所述直流母线电容电压超过第一阈值时使所述MOS串联支路断开并在所述直流母线电容电压回落到第二阈值以下时使MOS串联支路导通。本发明还提供了一种对应的方法。本发明根据直流母线电容电压的值避免在超过电池最大电压时，向电池反馈充电，从而避免了电池电压频繁在最大电压点波动，延长了电池的使用寿命。

Description

低压电动车驱动器保护电路及方法

技术领域

本发明涉及电动车驱动器领域，更具体地说，涉及一种低压电动车驱动器保护电路。

背景技术

经过十余年的发展，中国电动车行业（例如电动自行车、电动摩托车、电动叉车等）从小到大，已经形成一个规模庞大的产业群，尤其是进入二十一世纪以后，整个产业呈现高速发展态势。

由于电动车的形式环境多样，因此电动车驱动器的工作环境相对复杂，例如需要频繁的进行放电、充电（例如电动车下坡过程中的能量回馈）作业。为了保证驱动器相关器件的使用寿命，必须对驱动器采用相应地保护措施。

目前的低压电动车驱动器多数只有一路电压检测，仅起到基本的过压，欠压保护作用，无法对电池做充电过压保护。当处于能量回馈状态时，可能会出现电池电压频繁在最大电压点波动，对电池的过压保护不可靠，将严重影响电池的使用寿命。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对上述电动车驱动器对电池的过压保护不可靠的问题，提供一种低压电动车驱动器保护电路及方法。

本发明解决上述技术问题的技术方案是，提供一种低压电动车驱动器保护电路，包括电池电压检测单元、电容电压检测单元、上电缓冲单元及切换控制单元，其中：所述电池电压检测单元，用于实时检测电池电压；所述电容电压检测单元，用于实时检测直流母线电容电压；所述上电缓冲单元串接于直流母线上并包括并联的电阻串MOS支路和MOS串联支路；所述切换控制单元在电池电压与直流母线电容电压的差值小于第三阈值时使上电缓冲单元由电阻串MOS支路切换到MOS串联支路，并使MOS串联支路导通、在所述直流母线电容电压超过第一阈值时使所述MOS串联支路断开并在所述直流母线电容电压回落到第二阈值以下时使MOS串联支路导通，所述第一阈值大于电池最大电压且第二阈值小于电池最大电压。

在本发明所述的低压电动车驱动器保护电路中，所述MOS串联支路串接于正直流母线并包括分别接有续流二极管的第二MOS管、第三MOS管、第四MOS管、第五MOS管，其中第二MOS管、第四MOS管串接后与串接的第三MOS管、第五MOS管并联连接，所述第二MOS管和第三MOS管的漏极分别连接直流母线的电池侧、源极接地；所述第四MOS管和第五MOS管的漏极分别连接直流母线的直流母线电容侧、源极接地。

在本发明所述的低压电动车驱动器保护电路中，所述电阻串MOS支路包括串接的第一电阻及接有续流二极管的第一MOS管，所述第一MOS管的源极接地、漏极经由第一电阻连接到正直流母线的电池侧。

在本发明所述的低压电动车驱动器保护电路中，所述电容电压检测电路包括串接于直流母线电容两端的多个分压电阻及连接到其中一个分压电阻连接点的电容电压输出端。

在本发明所述的低压电动车驱动器保护电路中，所述电池电压检测电路包括串接于电池两端的多个分压电阻及连接到其中一个分压电阻连接点的电池电压输出端。

在本发明所述的低压电动车驱动器保护电路中，所述第三阈值为电池电压的5%。

本发明还提供一种低压电动车驱动器保护方法，所述驱动器包括串接在直流母线的MOS串联支路及与所述MOS串联支路并联连接的电阻串MOS支路，该方法包括以下步骤：

（a）实时检测电池电压及直流母线电容电压，并在电池电压与直流母线电容电压的差值小于第三阈值时，使上电缓冲单元由电阻串MOS支路切换到MOS串联支路，并使MOS串联支路导通；

（b）在所述直流母线电容电压超过第一阈值时通过MOS串联支路使直流母线断开，所述第一阈值大于电池最大电压；

（c）在所述直流母线电容电压回落到第二阈值以下时通过MOS串联支路使直流母线导通，所述第二阈值小于电池最大电压。

在本发明所述的低压电动车驱动器保护方法中，所述MOS串联支路串接于正直流母线并包括分别接有续流二极管的第二MOS管、第三MOS管、第四MOS管、第五MOS管，其中第二MOS管、第四MOS管串接后与串接的第三MOS管、第五MOS管并联连接，所述第二MOS管和第三MOS管的漏极分别连接直流母线连接电池的一侧、源极接地；所述第四MOS管和第五MOS管的漏极分别连接直流母线连接直流母线电容的一侧、源极接地。

在本发明所述的低压电动车驱动器保护方法中，所述电阻串MOS支路包括串接的第一电阻及接有续流二极管的第一MOS管，所述第一MOS管的源极接地、漏极经由第一电阻连接到正直流母线的电池侧。

本发明的低压电动车驱动器保护电路及方法，根据直流母线电容电压的值确定是否向电池反馈充电，从而避免了电池电压频繁在最大电压点波动，延长了电池的使用寿命。

附图说明

图1是本发明低压电动车驱动器保护电路实施例的框图。

图2是图1低压电动车驱动器保护电路的部分电路图。

图3是本发明低压电动车驱动器保护方法实施例的流程示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示，是本发明低压电动车驱动器保护电路实施例的示意图。在本实施例中，低压电动车驱动器保护电路包括电池电压检测单元12、电容电压检测单元14、上电缓冲单元17及切换控制单元13。电池电压检测单元12的两端分别连接在电池11的两端，以实时检测电池电压；电容电压检测单元14的两端分别连接到直流母线电容15的两端，以实时检测直流母线电容电压；上电缓冲单元17串接于直流母线上并包括并联连接的电阻串MOS支路172和MOS串联支路171；切换控制单元13的输入端连接到电容电压检测单元14及电池电压检测单元12的输出端且该切换控制单元13的输出端连接到上电缓冲单元14的控制信号输入端。

在电池上电起始阶段（此时电池电压与直流母线电容电压的差值大于第三阈值，该第三阈值可以根据需要设定，例如为电池电压的5%），切换控制单元13使上电缓冲单元17工作于电阻串MOS支路172（此时MOS串联支路171断开）；随着直流母线电容电压持续上升，电池电压与直流母线电容电压的差值小于第三阈值，此时切换控制单元13使上电缓冲单元17切换到MOS串联支路171，即断开电阻串联支路172并使MOS串联支路171导通，并在电池11重新上电之前保持电阻串联支路172断开。

在电机能量回馈过程中（例如电动车处于下坡路段），直流母线电容15储存逆变模块16产生的电能，从而其电压持续升高。此时切换控制单元13根据电容电压检测单元14检测获得的直流母线电容电压的大小，控制上电缓冲单元17的MOS串联支路171断开或导通（该过程中电阻串联支路172保持断开），以避免电池11两端电压过高，损坏电池寿命。

具体地，在电机能量反馈初期，直流母线电容电压小于第一阈值，切换控制单元17使MOS串联支路171导通以使直流母线电容15为电池11充电；在直流母线电容电压超过第一阈值时，切换控制单元13使MOS串联支路171断开从而使直流母线断路，停止直流母线电容15对电池11的充电，其中上述第一阈值大于电池最大电压（电池最大电压为电池11工作的最大电压，是电池11的一个固有参数）；在直流母线电容电压回落到第二阈值以下时，切换控制单元13使MOS串联支路171导通，从而直流母线导通，电池11重新为直流母线电容15充电，其中上述第二阈值小于电池最大电压。

上述第一阈值和第二阈值存储于切换控制单元13中，例如第一阈值可以为电池最大电压+5V，第二阈值可以为电池最大电压-5V。在具体实现时，上述切换控制单元13可由一块控制芯片构成，第一阈值和第二阈值存储在该控制芯片的内部缓存中。而上电缓冲单元17可串接于正直流母线，也可以串接于负直流母线。

如图2所示，是图1中低压电动车驱动器保护电路的部分电路图。在该电路图中，MOS串联支路171串接于正直流母线P并包括分别接有续流二极管的第二MOS管Q2、第三MOS管Q3、第四MOS管Q4、第五MOS管Q5，其中第二MOS管Q2、第四MOS管Q4串接后与串接的第三MOS管Q3、第五MOS管Q5并联连接，第二MOS管Q2和第三MOS管Q3的漏极分别连接直流母线P的电池侧、源极接地；第四MOS管Q4和第五MOS管Q5的漏极分别连接直流母线的直流母线电容侧（图中未示出直流母线电容）、源极接地。

电阻串MOS支路172包括串接的第一电阻R123及接有续流二极管的第一MOS管Q1，该第一MOS管Q1的源极接地、漏极经由第一电阻R123连接到正直流母线的电池侧。

上述第一MOS管Q1、第二MOS管Q2、第三MOS管Q3、第四MOS管Q4、第五MOS管Q5的栅极连接切换控制单元23的控制信号输出端，切换控制单元13通过输出到MOS管的驱动信号DR1、DR2实现对MOS串联支路171和电阻串MOS支路172的通断控制。

在上述电路中，电容电压检测电路24包括串接于直流母线电容两端的多个分压电阻R69、R71、R77及连接到其中一个分压电阻连接点（例如图中示出的分压电阻R71、R77的连接点）的电容电压输出端U2。相应地，电池电压检测电路包括串接于电池两端的多个分压电阻R125、R126、R82及连接到其中一个分压电阻连接点（例如图中示出的分压电阻R126、R82的连接点）的电池电压输出端U1。

当电动车正常运行时，电池通过反串联的第二MOS管Q2、第三MOS管Q3、第四MOS管Q4、第五MOS管Q5供电。当第二MOS管Q2、第三MOS管Q3、第四MOS管Q4、第五MOS管Q5关断时，第二MOS管Q2和第四MOS管Q4的续流二极管，第三MOS管Q3和第五MOS管Q5的续流二极管是反串联模式，根据二极管单向导通特性，无论两端电压的高低，此处都不会形成通路，二者起到一个互锁的作用。

当驱动器处于能量回馈时，回馈能量向直流母线电容充电，直流母线电容电压会升高，有可能高于电池最高电压。为了对电池进行可靠的过压保护，在能量回馈时，当检测到电容两端电压U2高于电池最大电压5V（即U2>Umax+5V），输入第二MOS管Q2、第三MOS管Q3、第四MOS管Q4、第五MOS管Q5栅极的驱动信号DR2关闭，从而切断直流母线电容向电池反向充电的通路，防止电池过压损伤。经过一段电动模式，回馈能量杯消耗后，检测到电容两端电压低于电池最大电压5V（即U2<Umax-5V）后，输入第二MOS管Q2、第三MOS管Q3、第四MOS管Q4、第五MOS管Q5栅极的驱动信号DR2开启，电池重新向直流母线电容供电。

如图3所示，是本发明低压电动车驱动器保护方法实施例的流程示意图。本实施例中低压电动车驱动器包括串接在直流母线的MOS串联支路及与MOS串联支路并联连接的电阻串MOS支路。在具体实现时，MOS串联支路串接于正直流母线并包括分别接有续流二极管的第二MOS管、第三MOS管、第四MOS管、第五MOS管，其中第二MOS管、第四MOS管串接后与串接的第三MOS管、第五MOS管并联连接，第二MOS管和第三MOS管的漏极分别连接直流母线连接电池的一侧、源极接地；第四MOS管和第五MOS管的漏极分别连接直流母线连接直流母线电容的一侧、源极接地；电阻串MOS支路包括串接的第一电阻及接有续流二极管的第一MOS管，其中第一MOS管的源极接地、漏极经由第一电阻连接到正直流母线的电池侧。该方法包括以下步骤：

步骤S31：在电池上电时，通过电阻串MOS支路使直流母线导通，从而电池为直流母线电容充电。此时MOS串联支路断开。

步骤S32：检测电池电压及直流母线电容电压。

步骤S33：判断电池电压与直流母线电容电压的差值是否小于第三阈值（该第三阈值可以根据需要设定，例如为电池电压的5%），并在上述差值小于第三阈值时执行步骤S34，否则返回步骤S32。

步骤S34：断开电阻串MOS支路（此后电阻串MOS支路保持断开），并通过MOS串联支路使直流母线导通。

步骤S35：判断直流母线电容电压是否超过第一阈值，并在直流母线电容电压超过第一阈值时执行步骤S36，否则返回步骤S34继续保持MOS串联支路导通，其中第一阈值大于电池最大电压。

步骤S36：通过断开MOS串联支路使直流母线断开（此时电阻串MOS支路保持断开）。

步骤S37：判断直流母线电容电压是否小于第二阈值，并在直流母线电容电压小于第二阈值时执行步骤S34使MOS串联支路导通，从而通过电池为支直流母线电容充电；否则返回步骤S36继续保持MOS串联支路断开，其中第二阈值小于电池最大电压。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims

1.一种低压电动车驱动器保护电路，其特征在于：包括电池电压检测单元、电容电压检测单元、上电缓冲单元及切换控制单元，其中：所述电池电压检测单元，用于实时检测电池电压；所述电容电压检测单元，用于实时检测直流母线电容电压；所述上电缓冲单元串接于直流母线上并包括并联的电阻串MOS支路和MOS串联支路；所述切换控制单元在电池电压与直流母线电容电压的差值小于第三阈值时使上电缓冲单元由电阻串MOS支路切换到MOS串联支路，并使MOS串联支路导通、在所述直流母线电容电压超过第一阈值时使所述MOS串联支路断开并在所述直流母线电容电压回落到第二阈值以下时使MOS串联支路导通，所述第一阈值大于电池最大电压且第二阈值小于电池最大电压。

2.根据权利要求1所述的低压电动车驱动器保护电路，其特征在于：所述MOS串联支路串接于正直流母线并包括分别接有续流二极管的第二MOS管、第三MOS管、第四MOS管、第五MOS管，其中第二MOS管、第四MOS管串接后与串接的第三MOS管、第五MOS管并联连接，所述第二MOS管和第三MOS管的漏极分别连接直流母线的电池侧、源极接地；所述第四MOS管和第五MOS管的漏极分别连接直流母线的直流母线电容侧、源极接地。

3.根据权利要求1或2所述的低压电动车驱动器保护电路，其特征在于：所述电阻串MOS支路包括串接的第一电阻及接有续流二极管的第一MOS管，所述第一MOS管的源极接地、漏极经由第一电阻连接到正直流母线的电池侧。

4.根据权利要求1或2所述的低压电动车驱动器保护电路，其特征在于：所述电容电压检测电路包括串接于直流母线电容两端的多个分压电阻及连接到其中一个分压电阻连接点的电容电压输出端。

5.根据权利要求1或2所述的低压电动车驱动器保护电路，其特征在于：所述电池电压检测电路包括串接于电池两端的多个分压电阻及连接到其中一个分压电阻连接点的电池电压输出端。

6.根据权利要求1或2所述的低压电动车驱动器保护电路，其特征在于：所述第三阈值为电池电压的5%。

7.一种低压电动车驱动器保护方法，其特征在于：所述驱动器包括串接在直流母线的MOS串联支路及与所述MOS串联支路并联连接的电阻串MOS支路，该方法包括以下步骤：

8.根据权利要求7所述的低压电动车驱动器保护方法，其特征在于：所述MOS串联支路串接于正直流母线并包括分别接有续流二极管的第二MOS管、第三MOS管、第四MOS管、第五MOS管，其中第二MOS管、第四MOS管串接后与串接的第三MOS管、第五MOS管并联连接，所述第二MOS管和第三MOS管的漏极分别连接直流母线连接电池的一侧、源极接地；所述第四MOS管和第五MOS管的漏极分别连接直流母线连接直流母线电容的一侧、源极接地。

9.根据权利要求7所述的低压电动车驱动器保护方法，其特征在于：所述电阻串MOS支路包括串接的第一电阻及接有续流二极管的第一MOS管，所述第一MOS管的源极接地、漏极经由第一电阻连接到正直流母线的电池侧。

10.根据权利要求7所述的低压电动车驱动器保护方法，其特征在于：所述第三阈值为电池电压的5%。