CN104057838A - 电动车驱动系统及其母线电容放电方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电动车驱动系统及其母线放电方法，该电动车驱动系统包括：电机控制器、动力电源、控制电源、电机和整车控制器；电机控制器包括电机主控单元、母线电容和三相全桥功率模块；母线电容并联在动力电源的直流母线上，电机主控单元在开机时由控制电源供电并控制三相全桥功率模块将母线电容的直流电逆变成交流电输出给电机；该电机控制器还包括电压转换单元；电机主控单元在接收到整车控制器发送的放电指令时发送使能信号给电压转换单元，电压转换单元用于将母线电容的直流电转换为工作电压为电机主控单元供电。本发明使母线电容能量通过主动消耗的形式快速释放，节约了能耗，且电机主控单元可以延时下电有利于数据的保存。

Description

电动车驱动系统及其母线电容放电方法

技术领域

本发明涉及电力电子技术领域，更具体地说，涉及一种电动车驱动系统及其母线电容放电方法。

背景技术

如图1所示，现有的电动车驱动系统主要包括电机控制器10、动力电源20、控制电源30、电机40和整车控制器50。其中，动力电源20为低压蓄电池，控制电源30为高压蓄电池。电机控制器10包括电机主控单元11和功率部分。控制电源30为电机主控单元11提供控制电，电机主控单元11接收整车控制器50的控制信号控制功率部分的运行。电机控制器10的功率部分包括母线电容12、三相全桥功率模块13和吸收电路等电气电子器件。母线电容12并联在动力电源20的直流母线上用于稳定直流母线电压，提供足够的纹波电流。在电动车开机正常运行时，电机主控单元11由控制电源30供电，并向三相全桥功率模块13发送开关管控制信号控制桥臂导通，将母线电容12的直流电逆变成交流电提供给电机40。当电动车停机时，整车控制器50发出停机指令，动力电源20切断输出回路，控制电源30也停止向电机主控单元11供电，电机主控单元11停止运行，三相全桥功率模块13也停止逆变。由于母线电容12的电压高、容量大，当电动车停机时，母线电容12内的电荷无法得到有效地泄放。尤其是电动车的电机控制器10需要定期做检查维护，当电动车停机后，母线电容12储存的能量大，维护人员出于安全考虑，需要等母线电容12内的电荷泄放至安全电压以下。

现有技术主要存在两种方案来解决该问题。第一种方案是在停机时通过在母线电容12两端接入额外的电阻元件来消耗母线电容能量，该方案所需的电阻元件阻值大，放电时间长，且属于被动消耗能量方式，能量被消耗在电阻元件上造成浪费。第二种方案是在停机时启动三相全桥功率模块13将母线电容12接入电机40的定子绕组，通过电机40的绕线阻抗来消耗母线电容12的能量，该方案也属于被动消耗能量方式，造成电池能量浪费。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有电动车驱动系统的母线电容采用被动放电方式造成能量浪费的缺陷，提供一种将母线电容主动转换为控制电为电机主控单元供电的电动车驱动系统及其母线电容放电方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种电动车驱动系统，包括：电机控制器、动力电源、控制电源、电机和整车控制器；所述电机控制器包括电机主控单元、母线电容和三相全桥功率模块；所述母线电容并联在动力电源的直流母线上，所述电机主控单元在开机时由所述控制电源供电并控制三相全桥功率模块将母线电容的直流电逆变成交流电输出给电机；所述电机控制器还包括电压转换单元；所述电机主控单元在接收到整车控制器发送的放电指令时发送使能信号给所述电压转换单元，所述电压转换单元用于将母线电容的直流电转换为工作电压为所述电机主控单元供电。

在根据本发明所述的电动车驱动系统中，所述放电指令为整车控制器发送的停机指令或碰撞紧急信号。

在根据本发明所述的电动车驱动系统中，所述电机主控单元还在接收到整车控制器的开机指令时禁止电压转换单元工作。

在根据本发明所述的电动车驱动系统中，所述电动车驱动系统还包括整车仪表，所述电机主控单元还通过所述电压转换单元测量所述母线电容的电压值并发送至整车仪表。

在根据本发明所述的电动车驱动系统中，所述电机主控单元还将所述母线电容的电压值与安全值进行比较，在所述母线电容的电压值高于安全值时发送告警信号给所述整车仪表，在所述母线电容的电压值不高于安全值时发送安全信号给所述整车仪表。

本发明还提供了一种电动车驱动系统的母线电容放电方法，其中所述电动车驱动系统包括：电机控制器、动力电源、控制电源、电机和整车控制器；所述电机控制器包括电机主控单元、母线电容和三相全桥功率模块；所述母线电容并联在动力电源的直流母线上，所述电机主控单元在开机时由所述控制电源供电并控制三相全桥功率模块将母线电容的直流电逆变成交流电输出给电机；所述方法包括以下步骤：

放电指令检测步骤：电机主控单元检测是否接收到放电指令，如果检测到放电指令则转电压转换步骤，否则继续检测；

电压转换步骤：电机主控单元发送使能信号给电机控制器内增设的电压转换单元,电压转换单元在接收到使能信号后将母线电容的直流电转换为工作电压为所述电机主控单元供电。

在根据本发明所述的电动车驱动系统的母线电容放电方法中，所述放电指令为整车控制器发送的停机指令或碰撞紧急信号。

在根据本发明所述的电动车驱动系统的母线电容放电方法中，所述方法还包括停止转换步骤：电机主控单元在接收到整车控制器的开机指令时禁止电压转换单元工作。

在根据本发明所述的电动车驱动系统的母线电容放电方法中，所述方法还包括电压值反馈步骤，所述电机主控单元通过所述电压转换单元测量所述母线电容的电压值并发送至整车仪表。

在根据本发明所述的电动车驱动系统的母线电容放电方法中，所述方法还包括电压状态反馈步骤：所述电机主控单元将所述母线电容的电压值与安全值进行比较，在所述母线电容的电压值高于安全值时发送告警信号给所述整车仪表，在所述母线电容的电压值不高于安全值时发送安全信号给所述整车仪表。

实施本发明的电动车驱动系统及其母线电容放电方法，具有以下有益效果：本发明通过在电机控制器中增设电压转换单元，在启动放电时将母线电容的直流电转换为工作电压为电机主控单元供电，使母线电容能量能够通过主动消耗的形式快速释放，节约了能耗，且电机主控单元可以延时下电有利于数据的保存。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是现有的电动车驱动系统的模块框图；

图2为根据本发明的电动车驱动系统的第一实施例的模块框图；

图3为根据本发明的电动车驱动系统的第二实施例的模块框图；

图4为根据本发明的电动车驱动系统的母线电容放电方法流程图。

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。

请参阅图2，为根据本发明的电动车驱动系统的第一实施例的模块框图。如图2所示，该实施例提供的电动车驱动系统包括电机控制器10、动力电源20、控制电源30、电机40和整车控制器50。其中动力电源20为低压蓄电池，控制电源30为高压蓄电池。电机控制器10包括电机主控单元11和功率部分。控制电源30为电机主控单元11提供控制电，电机主控单元11接收整车控制器的控制信号控制功率部分的运行。电机控制器10的功率部分至少包括母线电容12和三相全桥功率模块13，以及其它本领域技术人员熟知的电气电子器件，如吸收电路等。母线电容12并联在动力电源20的直流母线上，用于稳定直流母线电压，提供足够的纹波电流。

在电动车开机正常运行时，电机主控单元11由控制电源30提供工作电压，电机主控单元11发送开关管控制信号控制三相全桥功率模块13的桥臂导通，将母线电容12的直流电逆变成交流电提供给电机40。当电动车停机时，整车控制器50发出停机指令，动力电源20切断输出回路，控制电源30也停止向电机主控单元11供电，电机主控单元11停止向三相全桥功率模块13发送开关管控制信号使其逆变。

本发明的独特之处在于在电机控制器中增设电压转换单元14作为下电装置。电机主控单元11在接收到整车控制器50发送的放电指令时发送使能信号给电压转换单元14，电压转换单元14在接收到使能信号时将母线电容12的直流电转换为工作电压为电机主控单元11供电。母线电容12为高压直流电如360V，通过该电压转换单元14可以将母线电容12的高压直流电转换为低压直流电如24V，从而作为电机主控单元11的芯片工作电压提供给电机主控单元11，使其延迟下电。电机主控单元11在电动车正常开机运行后，接收到整车控制器50的开机指令，禁止电压转换单元14工作。电机主控单元11可以通过例如CAN通讯的方式禁止或者使能电压转换单元14。通过本发明的放电方式，一方面使得母线电容12储存的能量通过主动消耗的形式释放，其放电快，安全性高，节能环保；另一方面，电机主控单元11能够延迟下电，防止突然掉电导致的数据丢失。

本发明中电机主控单元11接收到的放电指令可以为整车控制器50在停机时发送的停机指令，或者为整车控制器50在发送碰撞事故时发生的碰撞紧急信号。当发生碰撞事故时，控制电源30可能掉电，电机主控单元11发送使能信号给电压转换单元14迅速消耗母线电容12内的能量，且提供能量到电机主控单元11完成停机操作，以避免车辆动力丢失或者母线电容、功率器件爆炸等灾难发生。

请参阅图3，为根据本发明的电动车驱动系统的第二实施例的模块框图。如图3所示，第二实施例提供的电动车驱动系统与第一实施例的区别在于：还包括整车仪表60。电机主控单元11还通过电压转换单元14测量母线电容12的电压值并发送至整车仪表60。通过该过程，用户就能实时地掌握母线电容12的电压值情况，以确定下一步操作。此外，电机主控单元11还可以进一步将母线电容12的电压值与安全值进行比较获得电压状态，在母线电容12的电压值高于安全值时发送告警信号给整车仪表60，以提醒驾驶人员电机控制器10完成下电。电机主控单元11在母线电容12的电压值等于或低于安全值时发送安全信号给整车仪表60，以提醒驾驶员车辆处于危险状态。该安全值可以为24V。电机主控单元11可以通过CAN通讯的方式将母线电容12的电压值和/或电压状态发送给整车仪表60。该电压状态是指前述安全信号或者告警信号。

请参阅图4，为根据本发明的电动车驱动系统的母线电容放电方法流程图。该实施例提供的电动车驱动系统的母线电容放电方法中，电动车驱动系统可以采用前述如图2或图3所示的电动车驱动系统，其包括：电机控制器10、动力电源20、控制电源30、电机40和整车控制器50。电机控制器10包括电机主控单元11、母线电容12和三相全桥功率模块13。母线电容12并联在动力电源20的直流母线上，电机主控单元11在开机时由控制电源30供电并控制三相全桥功率模块13将母线电容的直流电逆变成交流电输出给电机40。

如图4所示，该实施例提供的电动车驱动系统的母线电容放电方法包括以下步骤：

首先，在步骤S401中，流程开始。

随后，在步骤S402中，执行放电指令检测步骤，由电机主控单元11检测是否接收到放电指令，如果检测到放电指令则转步骤S403，否则转步骤S402继续检测。该放电指令可以为整车控制器50发送的停机指令或者碰撞紧急信号。

随后，在步骤S403中，执行电压转换步骤，电机主控单元11发送使能信号给电机控制器10内增设的电压转换单元14，电压转换单元14在接收到使能信号后将母线电容12的直流电转换为工作电压为电机主控单元11供电。母线电容12为高压直流电如360V，通过该步骤电压转换单元14可以将母线电容12的高压直流电转换为低压直流电如24V，从而作为电机主控单元11的芯片工作电压提供给电机主控单元11，使其延迟下电。该步骤中电机主控单元11可以通过例如CAN通讯的方式使能电压转换单元14。

最后，在步骤S404中，流程结束。

在本发明的优选实施例中，该电动车驱动系统的母线电容放电方法还包括停止转换步骤：电机主控单元11在接收到整车控制器50的开机指令时禁止电压转换单元14工作。这样在电动车正常开机运行后，电机主控单元11仍由控制电源30供电。

在本发明的优选实施例中，该电动车驱动系统的母线电容放电方法还包括电压值反馈步骤：由电机主控单元11通过电压转换单元14测量母线电容12的电压值并发送至整车仪表60。在本发明的另一优选实施例中，该电动车驱动系统的母线电容放电方法还包括电压状态反馈步骤：由电机主控单元11将母线电容12的电压值与安全值进行比较获得电压状态，在母线电容12的电压值高于安全值时发送告警信号给整车仪表60，在母线电容12的电压值等于或低于安全值时发送安全信号给整车仪表60。前述步骤中电机主控单元11可以通过CAN通讯的方式将母线电容12的电压值和/或电压状态发送给整车仪表60。该电压状态是指前述安全信号或者告警信号。

综上所述，本发明通过巧妙的系统设计，将电机控制器10中母线电容12储存的能量转化为主动释放的方式，其下电快，且可靠性高。同时通过与整车仪表60的信息交互，可以实现对电机控制器10内母线电容12储能状态的反馈。电机主控单元11可以实时控制电压转换单元14的使能，大大降低了系统的能量损耗。同时相对于现有的被动泄放母线电容能量的方式，本发明提高了电动车电机控制器10检修的便利性。本发明还有另外一个重要的优势，当电动车在正常行驶过程中突发异常，控制电掉线或者车辆发生碰撞等事故时，本发明的电压转换单元14可以迅速启动并提供控制电源给电机主控单元11，以确保车辆安全停车，避免车祸发生。

本发明是根据特定实施例进行描述的，但本领域的技术人员应明白在不脱离本发明范围时，可进行各种变化和等同替换。此外，为适应本发明技术的特定场合或材料，可对本发明进行诸多修改而不脱离其保护范围。因此，本发明并不限于在此公开的特定实施例，而包括所有落入到权利要求保护范围的实施例。

Claims (10)

1.一种电动车驱动系统，包括：电机控制器、动力电源、控制电源、电机和整车控制器；所述电机控制器包括电机主控单元、母线电容和三相全桥功率模块；所述母线电容并联在动力电源的直流母线上，所述电机主控单元在开机时由所述控制电源供电并控制三相全桥功率模块将母线电容的直流电逆变成交流电输出给电机；其特征在于：

所述电机控制器还包括电压转换单元；所述电机主控单元在接收到整车控制器发送的放电指令时发送使能信号给所述电压转换单元，所述电压转换单元用于将母线电容的直流电转换为工作电压为所述电机主控单元供电。

2.根据权利要求1所述的电动车驱动系统，其特征在于，所述放电指令为整车控制器发送的停机指令或碰撞紧急信号。

3.根据权利要求1所述的电动车驱动系统，其特征在于，所述电机主控单元还在接收到整车控制器的开机指令时禁止电压转换单元工作。

4.根据权利要求1所述的电动车驱动系统，其特征在于，所述电动车驱动系统还包括整车仪表，所述电机主控单元还通过所述电压转换单元测量所述母线电容的电压值并发送至整车仪表。

5.根据权利要求4所述的电动车驱动系统，其特征在于，所述电机主控单元还将所述母线电容的电压值与安全值进行比较，在所述母线电容的电压值高于安全值时发送告警信号给所述整车仪表，在所述母线电容的电压值不高于安全值时发送安全信号给所述整车仪表。

6.一种电动车驱动系统的母线电容放电方法，其中所述电动车驱动系统包括：电机控制器、动力电源、控制电源、电机和整车控制器；所述电机控制器包括电机主控单元、母线电容和三相全桥功率模块；所述母线电容并联在动力电源的直流母线上，所述电机主控单元在开机时由所述控制电源供电并控制三相全桥功率模块将母线电容的直流电逆变成交流电输出给电机；其特征在于，所述方法包括以下步骤：

放电指令检测步骤：电机主控单元检测是否接收到放电指令，如果检测到放电指令则转电压转换步骤，否则继续检测；

电压转换步骤：电机主控单元发送使能信号给电机控制器内增设的电压转换单元，电压转换单元在接收到使能信号后将母线电容的直流电转换为工作电压为所述电机主控单元供电。

7.根据权利要求6所述的电动车驱动系统的母线电容放电方法，其特征在于，所述放电指令为整车控制器发送的停机指令或碰撞紧急信号。

8.根据权利要求6所述的电动车驱动系统的母线电容放电方法，其特征在于，所述方法还包括停止转换步骤：电机主控单元在接收到整车控制器的开机指令时禁止电压转换单元工作。

9.根据权利要求6所述的电动车驱动系统的母线电容放电方法，其特征在于，所述方法还包括电压值反馈步骤，所述电机主控单元通过所述电压转换单元测量所述母线电容的电压值并发送至整车仪表。

10.根据权利要求9所述的电动车驱动系统的母线电容放电方法，其特征在于，所述方法还包括电压状态反馈步骤：所述电机主控单元将所述母线电容的电压值与安全值进行比较，在所述母线电容的电压值高于安全值时发送告警信号给所述整车仪表，在所述母线电容的电压值不高于安全值时发送安全信号给所述整车仪表。