CN103738197B - 一种电动汽车用母线电容器的放电方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了电力电子技术领域的一种电动汽车用母线电容器的放电方法。该方法通过控制功率模块的开关，将母线电容器存储的电荷快速消耗在功率模块上.不增加任何额外零件，在降低成本的前提下，能够快速完成母线电容放电；同时，在放电过程中，三个下半桥臂处于开通的状态，此时电机的状态是三相短路，不会在直流母线上产生反相电动势，解决了新能源车辆的永磁同步电机在旋转过程中会对母线电容器进行充电的问题。

Description

一种电动汽车用母线电容器的放电方法

技术领域

本发明属于电力电子技术领域，尤其涉及一种电动汽车用母线电容器的放电方法。

背景技术

在新能源车辆中,在传动系统中添加电驱动系统或者直接用电驱动系统完全代替传动系统,以期获得更好的排放和油耗。一般电驱动系统由蓄电池/电机/电机控制器组成。电机控制器功率部分由母线电容器,三相全桥功率模块,吸收电路等电力电子部件。母线电容器的作用是滤波，来平滑母线电压。当电驱动系统的额定电压超过60V时,即使蓄电池断开高压回路,电容器由于电容器的储能特性,电容器两端的电压对操作或者维修人员存在高压风险。因此在车辆停机后,系统需要迅速将电容器两端的电压放电到小于60V。根据GB18488的法规要求:快速放电需要在5s内完成。

另外,不同于工业用电驱动系统,新能源车辆对电机和电机控制器都有着严格的体积和功率密度要求。为了满足这一要求,新能源车辆用电机通常是永磁同步电机。永磁体在旋转过程中产生的反相电动势，会通过三相全桥内部的二极管对母线电容器进行充电,也可能产生潜在的高压风险。

母线电容器放电通常的做法是在电容器两端,并联可断开的放电回路。放电回路由开关元件和放电元件组成。开关元件在系统工作时断开,在需要进行放电时将放电回路并联到电容器两端。放电元件在放电过程中将电容器存储的能量转化成热量消耗在自身本体上,通常是大功率电阻或者大功率正温度系数(PTC)电阻。由于放电元件需要吸收电容器的所有能量,因此放电元件的设计需要考虑体积、散热、功耗等因素。

发明内容

针对背景技术中提到的现有母线电容器放电方法需要设计放电回路，增加成本；同时，新能源车辆的永磁同步电机在旋转过程中会对母线电容器进行充电,产生潜在的高压风险的问题，本发明提出了一种电动汽车用母线电容器的放电方法。

一种电动汽车用母线电容器的放电方法，在已有的电力电子零件上，对母线电容器进行放电；所述电力电子零件包括电机控制器、蓄电池管理系统、三相全桥上桥臂和三相全桥下桥臂；其特征在于，所述方法具体包括以下步骤：

步骤1：电机控制器检测放电指令，如果检测到放电指令，则进入步骤2；否则，电机控制器继续进行检测；

步骤2：蓄电池管理系统检测主接触器是否断电，如果是，则执行放电，进入步骤3；否则，蓄电池管理系统继续进行检测；

步骤3：电机控制器控制三相全桥下桥臂开关全部导通；

步骤4：电机控制器控制三相全桥上桥臂开关三相依次间隔导通；

步骤5：电机控制器检测母线电容器两端电压是否产生压降，若无，则认为蓄电池主接触器未断开，退出放电过程；若存在压降，则进入步骤6；

步骤6：判断母线电容器两端的电压压降是否低于设定的阈值，若是，则执行步骤7；否则，返回执行步骤4；

步骤7：退出放电过程，系统下电。

所述三相全桥上桥臂的导通时间为200～300纳秒。

所述三相全桥上桥臂开关的导通间隔为100～500微秒。

本发明所提供的方法的优势为，在电容器母线放电过程中没有额外添加的电路，成本低；同时，在放电过程中，三个下半桥臂处于开通的状态，此时电机的状态是三相短路；不会在直流母线上产生反相电动势，解决了新能源车辆的永磁同步电机在旋转过程中会对母线电容器进行充电的问题。

附图说明

图1是本发明提供的电驱动系统示意图；

图2是本发明提供的母线电容放电方法流程图；

图3是本发明提供的电容器放电方法示意简图；

其中，1-蓄电池主接触器；2-母线电容器；3-三相全桥下桥臂开关；4-三相全桥上桥臂开关；5-电机。

具体实施方式

下面结合附图，对优选实施例作详细说明。应该强调的是下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本发明的范围及其应用。

图1是本发明提供的电驱动系统示意图，如图1所示的电驱动系统,蓄电池与电机控制器之间存在主接触器用来断开蓄电池的高压输出,控制高压风险区域。该主接触器的控制和检测由蓄电池管理系统完成.蓄电池管理系统需要将蓄电池主接触器的状态发送给电机控制器。

当电机控制器检测到放电指令或者因为自身故障而要求放电时，通过检查蓄电池主接触器的状态判断是否激活放电功能。只有在蓄电池主接触器断开的情况下,才容许激活放电功能。

针对特殊故障情况,如蓄电池管理系统发给蓄电池主接触器已断开的状态而主接触器在物理上仍闭合.此时放电回路对蓄电池持续放电,会在放电回路上累积大量的热能，损坏放电回路。因此在放电过程中，需要实时检测电容器两端的电压，判断放电过程是否工作或者放电回路是否故障。当电容器两端的电压在特定时间内不产生下降趋势或者不达到预定电压值，电机控制器需要退出放电过程。

图2是本发明提供的母线电容放电方法流程图。图2中，所述的母线电容放电方法具体包括以下步骤：

步骤1：电机控制器检测放电指令，如果检测到放电指令，则进入步骤2；否则，电机控制器继续进行检测；

步骤2：蓄电池管理系统检测主接触器是否断电，如果是，则执行放电，进入步骤3；否则，蓄电池管理系统继续进行检测。

步骤3：控制三相全桥下桥臂开关全部导通；

步骤4：控制三相全桥上桥臂开关三相依次间隔导通，三相全桥上桥臂的导通时间为百纳秒级别；所述三相全桥上桥臂的导通时间为200～300纳秒；三相全桥上桥臂开关的导通间隔为100微秒；

步骤5：电机控制器检测母线电容器两端电压是否产生压降，若无，则认为蓄电池主接触器未断开，退出放电过程；若存在压降，则进入步骤6；

步骤6：判断母线电容器两端的电压压降是否低于设定的阈值，若是，则执行步骤7；否则，返回执行步骤4；

步骤7：退出放电过程，系统下电。

图3是本发明提供的电容器放电方法示意简图。图3中，控制半桥开关(例如IGBT)的瞬时开通与关断，同时，下桥臂一直处于开通状态。当进行放电时，将上桥臂开通，这样就实现了桥臂直通。关断时，只需要关断上桥臂的开关，开通和关断过程一次或多次切换，直至放电完成。通过主动短路以及开关切换的方式将母线电容的电荷通过开关和导通损耗释放掉，使得电荷损耗在开关本体上，毋需增加额外部件。

在此过程中，需要精确控制开关的上下短路电流，使得电流小于开关器件的安全电流。同时在该过程中，开关的驱动电路中不需要激活过流保护(DESAT)，同时由于存在驱动芯片的最小开通时间，需要对于开通信号进行补偿，目标是维持开通时间在一定时间以上。

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 (3)

1.一种电动汽车用母线电容器的放电方法，在已有的电力电子零件上，对母线电容器进行放电；所述电力电子零件包括电机控制器、蓄电池管理系统、蓄电池主接触器、三相全桥上桥臂和三相全桥下桥臂；其特征在于，所述方法具体包括以下步骤：

步骤1：电机控制器检测放电指令，如果检测到放电指令，则进入步骤2；否则，电机控制器继续进行检测；

步骤2：蓄电池管理系统检测主接触器是否断电，如果是，则执行放电，进入步骤3；否则，蓄电池管理系统继续进行检测；

步骤3：电机控制器控制三相全桥下桥臂开关全部导通；

步骤4：电机控制器控制三相全桥上桥臂开关三相依次间隔导通；

步骤5：电机控制器检测母线电容器两端电压是否产生压降，若无，则认为蓄电池主接触器未断开，退出放电过程；若存在压降，则进入步骤6；

步骤6：判断母线电容器两端的电压压降是否低于设定的阈值，若是，则执行步骤7；否则，返回执行步骤4；

步骤7：退出放电过程，系统下电。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述三相全桥上桥臂的导通时间为200～300纳秒。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述三相全桥上桥臂开关的导通间隔为100～500微秒。