CN102897114A - 混合动力车辆中的残余高压的放电技术及其方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种混合动力车辆的残余高压的放电技术，其包括高压电池和控制高压电池的电池控制器，连接于高压电池以对高压电池充电或放电的高压DC-DC转换器(HDC)，以及连接于高压DC-DC转换器以控制至少一个电动机的电动机控制器。放电控制单元连接于电动机控制器以通过电动机将残余高压放电，并且当放电控制终止时，关断控制单元关闭高压DC-DC转换器和电动机控制器。该系统使用电动机将放电时间减少至数毫秒内，同时也减少热生成，并可控制应用大容量电容器的系统内每小时的放电量，以便能够减少放电时间。

Description

混合动力车辆中的残余高压的放电技术及其方法
技术领域
本发明涉及车辆的残余高压的放电系统及其方法。更具体地，本发明涉及运行电动机的混合动力车辆的残余高压的放电系统及其方法。
背景技术
按照惯例，在燃料电池车辆的情形中，当设置有包括制动寄存器(braking register)、斩波器、“超级电容器”等的燃料电池“超级电容器”系统的燃料电池车辆需要维护检查时，从驾驶者输入单独的信号以在关闭车辆运行之前将斩波器的放电开关接通至100％占空比，此后，“超级电容器”的电能通过制动寄存器减少，直到其电压减小至预定值为止，斩波器控制对“超级电容器”放电。韩国专利公开第2008-0054292号中描述了该实施例，该专利文献通过引用结合于此。
此外，在同样通过引用结合的韩国专利第0802679号中，当混合动力车辆关闭时，使用对来自混合逆变器的DC链路电压放电的系统。具体地，将DC链路电压对12V辅助电池充电，该辅助电池通过从电动机控制器(MCU)向LDC(低压DC-DC转换器)传输电压放电信号的逻辑单元来放电。
与使用例如放电电阻器的无源元件(即，可花费几十秒至数百秒)的放电方法相比，使用例如常规LDC的DC-DC转换器开关的放电方法可减少时间(至几秒内)和热生成。然而在上述实施例中，当内部电容器的电容大而12V电池的电容小，或者电子器件的能耗量小时，上述方法的时间可增加，且热生成也可增加。
在本背景技术部分中公开的上述信息仅用于增强对发明背景的理解，因此其可包含不构成本国内本领域的普通技术人员已知的现有技术的信息。
发明内容
本发明已努力提供一种具有以下优点的系统和方法，其通过经电动机对混合高压元件之间的残余高压放电，而防止驾驶者和车辆操作者在例如高压元件维护或车辆碰撞期间面临险情。
根据本发明的示例性实施例的混合动力车辆的残余高压的放电系统可包括：高压电池和配置成控制高压电池的电池控制器；高压DC-DC转换器(HDC)，其连接于高压电池以便对高压电池充电或放电；电动机控制器，其连接于高压DC-DC转换器以便控制至少一个电动机；放电控制单元，其连接于电动机控制器以便通过电动机将残余高压放电；以及关断(shutdown)控制单元，其在放电控制终止时关闭高压DC-DC转换器和电动机控制器。
放电控制单元可包括放电控制性能确定器，其在两个电动机设置在车辆中时选择执行放电控制的电动机。放电控制单元包括放电控制结束单元，其将放电时间和内部残余电压与预定值比较并终止放电控制。在一些实施例中，关断控制单元可配置成终止电动机控制器的操作以及高压DC-DC转换器的控制以便完成关断序列。
根据本发明的示例性实施例的混合动力车辆的残余高压的放电方法可包括：确定车辆关闭；阻断高压电池的输入和输出电力；通过闭合高压DC-DC转换器的放电开关将残余高压放电；以及当放电控制终止时控制关断。此外，可通过操作至少一个电动机将残余高压放电。在安装有一个以上电动机的车辆中，可在将残余高压放电之前确定要操作哪个电动机。
该系统还可配置成在将残余高压放电时，确定放电时间是否长于预定值；以及在将残余高压放电时，确定残余电压是否大于预定值。
在本发明的一些示例性实施例中，关断控制可终止电动机控制器的电流控制以及高压DC-DC转换器的控制，并可相应地关闭电动机控制器和高压DC-DC转换器。
本发明的示例性实施例使用电动机将放电时间减少至数毫秒内且同时减少热生成。此外，本发明还可控制应用大容量电容器的系统内每小时放电的电压量，以便能够减少放电时间。
而且，因为要放电的内部残余高压是能量源，所以系统可在放电控制完成后直接进入断电状态。此外，当混合动力车辆使用至少两个电动机时，即使其中一个电动机或其控制器存在问题，也可仅通过一个电动机执行放电控制。
附图说明
本发明的以上和其他目的和特征从以下结合附图给出的实施例的说明中将更加明显，其中：
图1是根据本发明的示例性实施例的系统的示意图。
图2是示出根据本发明的示例性实施例的放电控制的流程图。
图3是根据本发明的示例性实施例的放电控制性能确定器和放电控制结束确定器的控制流程图。
图4是根据本发明的示例性实施例的关断控制单元的控制流程图。
具体实施方式
以下将参照附图说明本发明，以便本领域技术人员能够实施本发明。
应该理解的是，本文所使用的术语“车辆”或“车辆的”或者其他类似术语包括通常的机动车辆，例如包括运动型多用途车(SUV)、公共汽车、卡车、各种商用车辆在内的客运车辆，包括各种艇和船在内的水运工具，以及飞行器，等等，并且包括混合动力车辆、电动车辆、插电式混合电动车辆、氢动力车辆和其他代用燃料车辆(例如，从石油之外的资源取得的燃料)。如本文所提及的，混合动力车辆是具有两种或更多种动力源的车辆，例如同时具有汽油动力和电动力的车辆。
作为说明，本发明的示例性实施例包括通过使用电动机快速将残余高压放电而没有显著热生成，将混合动力车辆的残余高压放电的系统、方法、装置和计算机可读介质。
图1是根据本发明的示例性实施例的示意图，以下将参照该图说明本发明。该系统包括高压电池100和控制高压电池100的充电和放电的电池控制器150，连接于高压电池100以对其升压或降压使得高压电池100被充电或放电的高压DC-DC转换器200，连接于高压DC-DC转换器200以操作至少一个电动机使得残余高压被放电的电动机控制器300，配置成将残余高压放电的放电控制单元400，以及配置成当放电控制终止时关断高压DC-DC转换器200和电动机控制器300的关断控制单元500。
高压电池100包括选择性地连接或阻断电力输入和输出的主继电器110，并且电池控制器(例如电池管理系统，BMS)150控制主继电器110对高压电池100充电或放电。BMS 150检测高压电池100的电压、电流、温度等以便控制SOC(充电状态)以及充电和放电的电流量，并将相关信息传输至主控制单元，例如HCU(混合动力控制单元)。
而且，高压DC-DC转换器200包括例如充电开关240和放电开关220的多个电力模块。电动机控制器300连接于高压DC-DC转换器200并且包括第一电动机电力模块320和第二电动机电力模块340，这些模块包括例如多个晶体管和二极管的电力模块。
根据本发明的示例性实施例，至少一个电动机是放电所必须的，并且在本发明的示例性实施例中准备了两个电动机，虽然本发明不限于此。两个电动机是由第一电动机电力模块320和第二电动机电力模块340操作的第一电动机310和第二电动机330。当安装有数个电动机时，选择其中一个电动机，并且放电控制性能确定器420执行选择功能。然而，两个电动机也可同时用于执行放电。
而且，在通过第一电动机310和第二电动机330执行放电的同时，监测流入各电动机的电流幅值。有利地，当通过第一和第二电动机310、330进行高电流放电时，放电需要较少的时间，但随着电流幅值增加，热生成也会增加，因此可通过将放电电流幅值控制在预定范围内来调节每小时放电量。而且，放电控制单元400连接于电动机控制器300以便能够控制电动机310和330。
在执行放电控制的同时，将放电时间和内部残余电压与系统内的预定值(Tp，Ip)比较，并且在已经过预定时间(Tp)时，可以假定高压电池100的主继电器110闭合，而该比较防止这种状况的发生。将内部残余电压与预定值(Ip)比较，因为在电压低于预定值(Ip)时无需对电池放电。根据本发明的示例性实施例的放电控制使用被放电的电池的内部残余高压作为能量源。在放电控制结束后，系统可立即进入断电阶段。上述实施例中的残余电压表示高压DC-DC转换器200的输入侧高压(图1中的“a”点的电压，Va)和电动机控制器300的输入侧高压(图1中的“b”点的电压，Vb)。
以下，将更具体地说明根据本发明的示例性实施例的混合动力车辆内保持的高压的放电过程。根据本发明的示例性实施例，当点火关闭时，执行放电过程，而无论驾驶者的意图都不再进一步运行，并且当检测到碰撞或者高压输入连接器断开时，也执行放电过程。
图2是根据本发明的示例性实施例的控制放电的流程图。图3是根据本发明的示例性实施例的通过电动机进行的放电控制性能确定器420和控制结束确定器440的控制流程图，且图4是根据本发明的示例性实施例的关断控制单元500的控制流程图。以下将参照图2至图4说明本发明。
首先，在S100中，车辆被驾驶者停车，且钥匙被从钥匙孔拔出以便关闭车辆。在点火关闭后，在S200中电动机的转矩被控制为0，以便使电动机的充电/放电功率也为0。结果，当在S300中高压电池100的输入侧和输出侧被阻断时，高压电池100的主继电器110不被熔断。主继电器110的熔断表示在主继电器110操作时，主继电器110被电弧熔断并且使继电器110贴合于连接部。如果电动机转矩未被控制为0，且充电/放电功率未变为0，则充电电流可通过主继电器110供应，且主继电器110可因此被熔断。
在高压电池100的主继电器110被阻断后，在S400中高压DC-DC转换器200的放电开关220被接通。该操作对组件应用高压路径，在该组件中驻存有例如DC/DC转换器和逆变器的高压组件的电压。因此，当残余电流被放电时，其中驻存有该电压的组件被同时放电。
在S500中，由放电控制单元400执行残余高压的放电，且放电控制单元400通过放电控制性能确定器420确定哪个电动机将进行操作。
参照图3将更具体地说明该原理。
首先，在S510中确定第一和第二电动机310、330是否有故障，并且当在S520中确定第一电动机310正常操作时，在S530中使用第一电动机310通过电流控制将电流放电。然而，当第一电动机310异常操作或有故障时，确定第二电动机330是否正常操作，并且当在S540中确定第二电动机正常操作时，在S550中使用第二电动机330通过电流控制将电流放电。此外，当确定第一和第二电动机均异常操作或有故障时，在S580中终止放电控制，且激活给驾驶者的警告信号。
以上说明了第一电动机310或第二电动机330被操作将残余电流放电的情况，然而，如前所述，第一和第二电动机310、330可一同操作将残余电流放电。而且，当系统设置有两个以上电动机时，所有或部分电动机可进行操作将残余电流放电。
根据本发明的示例性实施例的使用电动机的放电控制使用电流控制方法，该方法使用本领域技术人员公知的同步参考坐标系，其中输入D轴电流和Q轴电流以计算作为电压级(voltage order)的Vds和Vqs，且通过坐标系变化转换为应用于三相电气系统的电压，其中流动的电流不产生电动机转矩。该转换系统是本领域技术人员熟知的，因此将省略其详细说明。
在选择了操作放电控制的电动机且放电控制开始后，放电控制结束确定器440确定放电控制是否已完成。
参照图3，在S560中将放电时间与预定值(Tp)比较，当放电时间小于预定时间时，确定放电控制已正常完成，并且在S570中将残余电压与预定值(Ip)比较。此外，当残余电压没有在预定时间内下降至低于预定值的电压时，确定高压电池100的电压已被放电且放电控制已结束，从而防止高压电池100的主继电器110被熔断。
当残余电压小于预定值时，确定放电控制正常运行且在S580中结束放电控制。当放电控制结束时，执行关断控制，其中将参照图4说明关断控制，图4示出根据本发明的示例性实施例的关断控制单元500的流程图。
关断控制单元500是通过电动机控制器300和高压DC-DC转换器200的控制而运行的。如果在S710中放电控制终止，则在S720中电动机控制器300的电流控制也终止，且脉冲宽度调制器(PWM)的开关关断。此后，PWM开关关断以在S730中终止通过放电开关220的放电控制。也就是，高压DC-DC转换器200的控制终止。
此后，电动机控制器300和高压DC-DC转换器200的电力模块(220、240、320和340)在S740和S770中关闭，以便控制完成。在该情形中，在电动机控制器300和高压DC-DC转换器200的电力模块(220、240、320和340)关闭后，出现直到可产生实际断电条件(阶段)为止的延迟时间，并且在S750和S780中确认电力模块(220、240、320和340)的断电条件，并确认电动机控制器300和高压DC-DC转换器200的断电条件后，在S760和S790中将电动机控制器300和高压DC-DC转换器200断电。
由此完成所有放电控制。
根据本发明的示例性实施例，因为分别使用至少两个电动机和电力模块，所以即使其中一个电动机或电力模块操作异常或有故障，也可执行放电控制。
而且，上述过程和方法可通过控制逻辑执行，其可实施为包含由处理器、控制器等执行的可执行程序指令的计算机可读介质。计算机可读介质的实例包括但不限于ROM、RAM、光盘(CD)-ROM、磁带、软盘、闪存、智能卡和光学数据存储设备。计算机可读记录介质也可分布在网络连接的计算机系统中，以便计算机可读介质以分布方式存储并执行，例如通过远程信息处理技术服务器。
虽然已结合目前被认为是实用的示例性实施例说明了本发明，但是应该理解本发明不限于所公开的实施例。相反，本发明意在涵盖包括在所附权利要求的精神和范围内的各种改型和等效结构。
<附图标记>
100：高压电池
110：主继电器
150：电池控制器(BMS)
200：高压DC/DC转换器
220：放电开关
240：充电开关
300：电动机控制器(MCU)
310：第一电动机
320：第一电动机电力模块
330：第二电动机
340：第二电动机电力模块
400：放电控制单元
420：放电控制性能确定器
440：放电控制结束确定器
500：关断控制单元

Claims (17)

1.一种混合动力车辆的残余高压的放电系统，包括：
高压电池和配置成控制所述高压电池的电池控制器；
高压DC-DC转换器(HDC)，其连接于所述高压电池并配置成对所述高压电池充电或放电；
电动机控制器，其连接于所述高压DC-DC转换器以控制至少一个电动机；
放电控制单元，其连接于所述电动机控制器以通过所述电动机将所述残余高压放电；以及
关断控制单元，其在放电控制终止时关闭所述高压DC-DC转换器和所述电动机控制器。
2.根据权利要求1所述的残余高压的放电系统，其中所述放电控制单元包括放电控制性能确定器，其配置成在两个电动机安装在所述混合动力车辆中时选择用于执行放电控制的电动机。
3.根据权利要求1所述的残余高压的放电系统，其中所述放电控制单元包括放电控制结束单元，其配置成将放电时间和内部残余电压与预定值比较并终止放电控制。
4.根据权利要求1所述的残余高压的放电系统，其中所述关断控制单元配置成终止所述电动机控制器的操作和所述高压DC-DC转换器的控制，以完成关断序列。
5.一种混合动力车辆的残余高压的放电方法，包括：
通过控制单元确定所述混合动力车辆关闭；
通过继电器阻断高压电池的输入和输出电力；
通过闭合高压DC-DC转换器的放电开关，通过第一单元将残余高压放电；以及
当放电控制终止时，通过第二单元控制控制器和所述高压DC-DC转换器的关断。
6.根据权利要求5所述的残余高压的放电方法，其中通过操作至少一个电动机将所述残余高压放电。
7.根据权利要求6所述的残余高压的放电方法，还包括在将所述残余高压放电之前，确定要操作哪个电动机。
8.根据权利要求5所述的残余高压的放电方法，还包括在将所述残余高压放电时，确定放电时间是否长于预定值。
9.根据权利要求5所述的残余高压的放电方法，还包括在将所述残余高压放电时，确定残余电压是否大于预定值。
10.根据权利要求5所述的残余高压的放电方法，其中关断控制步骤终止电动机控制器的电流控制和所述高压DC-DC转换器的控制，并且关闭所述电动机控制器和所述高压DC-DC转换器。
11.一种包含由控制器执行的程序指令的计算机可读介质，所述计算机可读介质包括：
一旦车辆关闭或碰撞发生，则控制继电器阻断高压电池的输入和输出电力的程序指令；
通过闭合高压DC-DC转换器的放电开关将残余高压放电的程序指令；以及
在放电控制终止时，控制控制器和所述高压DC-DC转换器的关断的程序指令。
12.根据权利要求11所述的计算机可读介质，其中通过操作至少一个电动机将所述残余高压放电。
13.根据权利要求12所述的计算机可读介质，还包括在将所述残余高压放电之前，确定要操作哪个电动机的程序指令。
14.根据权利要求11所述的计算机可读介质，还包括在将所述残余高压放电时，确定放电时间是否长于预定值的程序指令。
15.根据权利要求11所述的计算机可读介质，还包括在将所述残余高压放电时，确定残余电压是否大于预定值的程序指令。
16.根据权利要求11所述的计算机可读介质，其中控制关断的所述程序指令终止电动机控制器的电流控制和所述高压DC-DC转换器的控制，并且关闭所述电动机控制器和所述高压DC-DC转换器。
17.根据权利要求11所述的计算机可读介质，还包括在应用高容量电容器时，监测通过电动机被放电的电流并控制每小时放电量的程序指令。
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