CN104113263B - 新能源车用电驱动系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种新能源车用电驱动系统，包括高压动力电池、直流支撑电容、第一Y电容、第二Y电容、电机控制器、三相交流电机、第一电容保护装置、第二电容保护装置；直流支撑电容，并联在高压动力电池正极和负极两端；电机控制器，两输入端并联在直流支撑电容两端，三输出端分别连接三相交流电机的三相输入线；三相交流电机，外壳直接搭接于车身地上；第一Y电容和第一电容保护装置串联连接于高压动力电池正极和车身地之间；第二Y电容和第二电容保护装置串联连接于高压动力电池负极和车身地之间。本发明的新能源车用电驱动系统，电机某相绕阻对外壳短路或者绝缘失效时，能对电驱动系统中的Y电容进行保护，并且不会影响Y电容的滤波效果。

Description

新能源车用电驱动系统

技术领域

本发明属于新能源汽车技术领域，具体涉及一种新能源车用电驱动系统。

背景技术

安规电容是指用于这样的场合，即电容器失效后，不会导致电击，不危及人身安全。

根据IEC60384-14，安规电容分为X电容及Y电容两种类型，X电容是跨接在电力线两线(L-N)之间的电容，一般选用金属薄膜电容；Y电容是分别跨接在电力线两线和地之间(L-E，N-E)的电容，一般是成对出现。基于漏电流的限制，Y电容值不能太大，一般X电容是uF级，Y电容是nF级。X电容及Y电容用在电源滤波器里,起到电源滤波作用,分别对共模(Y电容),差模(X电容)干扰起滤波作用，X电容抑制差模干扰，Y电容抑制共模干扰。

当前新能源汽车(EV&HEV，纯电动汽车和混合电动汽车)，大多采用高压电驱动系统(>60V)，在该类系统的高压电源端往往需要采用Y电容，以对共模干扰起滤波作用，从而也使得整个系统电磁兼容(EMC)得到改善。

现有的新能源车用高压电驱动系统，主要由高压动力电池、电机控制器(逆变器)、电机等组成，在高压动力电池两端有一个直流支撑电容和两个Y电容，直流支撑电容直接跨接在高压动力电池正极和负极之间，两个Y电容分别跨接于高压动力电池正极和车身地以及高压动力电池负极和车身地之间。然而上述高压电驱动系统在实际应用中发生了以下故障：电机运行中，电机控制器处于正常工作模式，此时电机三相(UVW三相)中有一相(U或V或W相)突然对地短路，由于电机运行中，上层系统或电机控制器并不能检测到电机某相对地短路故障，不能让电机停止工作，从而造成Y电容上流经异常大电流，发热严重最终导致Y电容短路损坏。

综上可知，现有的新能源车用高压电驱动系统存在如下问题：1).当高压电驱动系统工作时无法通过上层系统或电机控制器本身来诊断电机某相对车身地或者绝缘失效故障；2).电机某相对车身地或者绝缘失效故障发生时，没有有效的Y电容保护措施，最终导致Y电容短路损坏。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种新能源车用电驱动系统，能在三相交流电机某一相绕阻对三相交流电机外壳短路或者绝缘失效时，对电驱动系统中的Y电容进行保护，并且不会影响Y电容的滤波效果。

为解决上述技术问题，本发明提供的新能源车用电驱动系统，包括高压动力电池、直流支撑电容、第一Y电容、第二Y电容、电机控制器、三相交流电机、第一电容保护装置、第二电容保护装置；所述直流支撑电容，并联在高压动力电池正极和负极两端；所述电机控制器，两输入端并联在所述直流支撑电容两端，三输出端分别连接三相交流电机的三相输入线；所述三相交流电机，外壳直接搭接于车身地上或者通过中间介质间接搭接于车身地上；

所述第一Y电容和第一电容保护装置串联连接形成一组，跨接于高压动力电池正极和车身地之间；

所述第二Y电容和第二电容保护装置串联连接形成一组，跨接于高压动力电池负极和车身地之间。

较佳的，所述第一电容保护装置、第二电容保护装置，为正温度系数热敏电阻；

所述正温度系数热敏电阻，当温度低于一定值时，其电阻值小且变化很小，当温度升高到一定值后，其电阻值迅速增大。

较佳的，所述Y电容保护装置，是断路器；

所述断路器，当流经的电流小于等于设定值，处于常闭合状态；当流经的电流大于设定值时，自动断开。

较佳的，所述断路器，能通过手动或电动控制恢复至常闭合状态。

较佳的，新能源车用电驱动系统，还包括上层系统；

所述上层系统，当新能源车用电驱动系统下电或上电时，检测三相交流电机的某相绕阻是否存在对三相交流电机外壳短路或者绝缘失效故障，如果存在，则报出相应故障，控制新能源车用电驱动系统停止工作。

本发明的新能源车用电驱动系统，Y电容和电容保护装置串联连接于高压动力电池正极(或负极)和车身地之间，电容保护装置能抑制流经Y电容的电流，避免Y电容烧坏。该电驱动系统，在发生三相交流电机某一相绕阻对三相交流电机外壳短路或者绝缘失效故障后，尽管运行中不能被检测到，但当电驱动系统下电或上电时，上层系统(比如电池管理系统BMS)可以通过绝缘检测来诊断该故障，从而命令电驱动系统停止工作，并定位故障类别。本发明的新能源车用电驱动系统，工作过程中通过电容保护装置，下电或上电时通过上层系统的绝缘检测，构成在发生三相交流电机某一相绕阻对三相交流电机外壳短路或者绝缘失效故障时对Y电容的完整保护，一方面能够降低所述故障的破坏性，另一方面还能有效定位该类故障，而且不会影响Y电容的滤波效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面对本发明所需要使用的附图作简单的介绍，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。

图1是本发明的新能源车用电驱动系统一实施例电路图；

图2是本发明的新能源车用电驱动系统一实施例的电流回路示意图；

图3是本发明的新能源车用电驱动系统另一实施例的电流回路示意图。

具体实施方式

下面将结合附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一

新能源车用电驱动系统，如图1所示，包括高压动力电池1、直流支撑电容6，第一Y电容4、第二Y电容10、第一电容保护装置3、第二电容保护装置11、电机控制器(逆变器)7、三相交流电机8；

所述直流支撑电容6，并联在高压动力电池1正极和负极两端；

所述电机控制器7，两输入端并联在直流支撑电容6两端，三输出端UVW分别连接三相交流电机8的三相输入线；

所述三相交流电机8，外壳802直接搭接于车身地上或者通过其它中间介质间接搭接于车身地上；

所述第一Y电容4和第一电容保护装置3串联连接形成一组，跨接于高压动力电池1正极和车身地之间；

所述第二Y电容10和第二电容保护装置11串联连接形成一组，跨接于高压动力电池1负极和车身地之间。

较佳的，所述电机控制器7，包括6个绝缘栅双极型晶体管(IGBT)S1，S2，...，S6。

较佳的，新能源车用电驱动系统，还包括上层系统(比如电池管理系统BMS)；所述上层系统，当新能源车用电驱动系统下电或上电时，检测三相交流电机某相绕阻是否存在对三相交流电机外壳短路或者绝缘失效故障，如果存在，则报出相应故障，控制新能源车用电驱动系统停止工作。

实施例一的新能源车用电驱动系统，两个Y电容分别跨接于高压动力电池1正/负极与车身地之间，因此两个Y电容的一端以及三相交流电机8外壳802最终都共同接到车身地上，实际是将两个Y电容的一端连接在一起并共同与三相交流电机8外壳802连接。当电驱动系统处于运行模式，三相交流电机运行，三相交流电机某一相绕阻801对三相交流电机外壳短路或者绝缘失效时，如果上层系统和电机控制器在电驱动系统工作中都不进行绝缘检测，未能检测出该种故障，电机控制器仍然按照正常工作指令执行(6个IGBT正常导通和关断)，此时电路中产生交流电经由电机壳体、车身地进入到Y电容，如果没有电容保护装置，会出现由于Y电容中流经大电流导致发热而被损坏的现象。

实施例一的新能源车用电驱动系统，Y电容和电容保护装置串联连接于高压动力电池正极(或负极)和车身地之间，电容保护装置能抑制流经Y电容的电流，避免Y电容烧坏。该电驱动系统，在发生三相交流电机某一相绕阻对三相交流电机外壳短路或者绝缘失效故障后，尽管运行中不能被检测到，但当电驱动系统下电或上电时，上层系统(比如电池管理系统BMS)能够通过绝缘检测来诊断该故障，从而命令电驱动系统停止工作，并定位故障类别。实施例一的新能源车用电驱动系统，工作过程中通过电容保护装置，下电或上电时通过上层系统的绝缘检测，构成在发生三相交流电机某一相绕阻对三相交流电机外壳短路或者绝缘失效故障时对Y电容的完整保护，一方面能够降低所述故障的破坏性，另一方面还能有效定位该类故障，而且不会影响Y电容的滤波效果。

实施例二

基于实施例一的新能源车用电驱动系统，如图2所示，所述第一电容保护装置3、第二电容保护装置11，是正温度系数热敏电阻(PTC)等具有变阻值性质的电阻器；

所述正温度系数热敏电阻，当温度低于一定值时，其电阻值小且变化很小，当温度升高到一定值后，其电阻值迅速增大。

以电机W相绕阻对地短路为例，电驱动系统处于运行模式下，当三相交流电机三相绕阻801中的W相对三相交流电机外壳802短路或者绝缘失效时，由于上层系统(比如电池管理系统)和电机控制器7都未能检测出该故障，因此电机控制器7的6个绝缘栅双极型晶体管(IGBT)导通和关断仍然按照正常工作指令执行，比如执行工作指令使S1、S4、S5导通，S2、S3、S6关断，此时对应的电流回路之一如图2中带箭头线所示，同理可得到6个IGBT执行其它导通关断指令时的电流回路，在此不再赘述。以图2中的电流回路，由高压动力电池1正极出发经由S1→U相线→W相线→电机壳体802→车身地→第二Y电容10→第二正温度系数热敏电阻11→高压动力电池1负极，此处电流之所以能够流经第二Y电容10，主要是因为6个IGBT的导通关断控制回路中产生交流电，符合电容通交流隔直流的工作特性。假设正温度系数热敏电阻3，11电阻值突变的临界突变温度为T1，初始时刻，所述第二正温度系数热敏电阻11的温度小于T1，表现出电阻值很小的特性，所述电流回路中有较大电流流过，第二Y电容10和第二正温度系数热敏电阻11发热升温，运行一段时间后，当第二正温度系数热敏电阻11的温度大于等于T1，第二正温度系数热敏电阻11的电阻值迅速大幅升高，反过来降低所述电流回路中的电流，如此反复循环，保证回路上的第二Y电容10的温度始终维持在临界损坏温度T2以下，所述临界损坏温度T2指一旦第二Y电容10的温度升高到T2，第二Y电容10就有被损坏的风险。所述临界突变温度T1需要结合第二Y电容10的临界损坏温度T2以及实际应用情况来选定。

实施例三

基于实施例一的新能源车用电驱动系统，如图3所示，所述第一电容保护装置3、第二电容保护装置11，是断路器等具有过流断开功能的开关元器件；所述断路器，当流经的电流小于等于设定值，处于常闭合状态；当流经的电流大于设定值，自动断开；所述断路器，能通过手动或电动控制重新恢复至正常的常闭合状态，重新恢复至正常的常闭合状态。

图3所示新能源车用电驱动系统，所述第一断路器3与第一Y电容4串联连接形成一组，跨接于高压动力电池1正极和车身地之间；第二断路器11与第二Y电容10串联连接形成另一组，跨接于高压动力电池1负极和车身地之间。以电机W相绕阻对地短路为例，电驱动系统处于运行模式下，三相交流电机三相绕阻801中的W相对三相交流电机外壳802短路或者绝缘失效时，所述电流回路由高压动力电池1正极出发经由S1→U相线→W相线→电机壳体802→车身地→第二Y电容10→第二断路器11→高压动力电池1负极。假设断路器3，11的临界断开电流阈值为I，一旦电机某一相绕阻对地短路故障或绝缘失效，流经第二断路器11的电流超出阈值I，第二断路器11断开，不再形成流经第二Y电容10的电流回路，从而有效保护了第二Y电容10。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。

Claims (5)

1.一种新能源车用电驱动系统，包括高压动力电池、直流支撑电容、第一Y电容、第二Y电容、电机控制器、三相交流电机；所述直流支撑电容，并联在高压动力电池正极和负极两端；所述电机控制器，两输入端并联在所述直流支撑电容两端，三输出端分别连接三相交流电机的三相输入线；所述三相交流电机，外壳直接搭接于车身地上或者通过中间介质间接搭接于车身地上；其特征在于，新能源车用电驱动系统还包括第一电容保护装置、第二电容保护装置；

所述第一Y电容和第一电容保护装置串联连接形成一组，跨接于高压动力电池正极和车身地之间；

所述第二Y电容和第二电容保护装置串联连接形成一组，跨接于高压动力电池负极和车身地之间。

2.根据权利要求1所述的新能源车用电驱动系统，其特征在于，

所述第一电容保护装置、第二电容保护装置，为正温度系数热敏电阻；

所述正温度系数热敏电阻，当温度低于一定值时，其电阻值小且变化很小，当温度升高到一定值后，其电阻值迅速增大。

3.根据权利要求1所述的新能源车用电驱动系统，其特征在于，

电容保护装置是断路器；

所述断路器，当流经的电流小于等于设定值，处于常闭合状态；当流经的电流大于设定值时，自动断开。

4.根据权利要求3所述的新能源车用电驱动系统，其特征在于，

所述断路器，能通过手动或电动控制恢复至常闭合状态。

5.根据权利要求1到4任一项所述的新能源车用电驱动系统，其特征在于，

新能源车用电驱动系统，还包括上层系统；

所述上层系统，当新能源车用电驱动系统下电或上电时，检测三相交流电机的某相绕阻是否存在绝缘失效故障，如果存在，则报出相应故障，控制新能源车用电驱动系统停止工作。