CN104426184A - 一种高压电容电荷泄放系统及其控制方法 - Google Patents
一种高压电容电荷泄放系统及其控制方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明提出了一种高压电容电荷泄放系统，其包括：开关电源模块、泄放电路模块以及控制模块；所述开关电源模块的输入端与高压电容连接，其低压输出端分别与所述泄放电路模块和所述控制模块连接；所述控制模块与所述泄放电路模块连接，所述控制模块接收到泄放信号或碰撞信号时控制所述泄放电路模块进行电荷泄放。本发明的泄放电路模块接在开关电源模块的低压端进行低压泄放，提高了高压电容中电荷泄放的安全性和可靠性。
Description
技术领域
本发明属于高压电容领域，具体涉及一种高压电容电荷泄放系统及其控制方法。
背景技术
车辆的高压电容内存在大量的电荷，若不能迅速将其电荷泄放掉，则对车辆产生一定的安全隐患。现有技术中，快速泄放高压电容两端的电压的方法一般有：被动泄放，其在高压回路上并联多个高阻抗的功率电阻进行泄放；另一种是主动泄放，由控制器简单控制一个或者多个开关把高压电容的电压进行泄放。
以上所述的被动泄放和主动泄放是将泄放电路直接与高压电容连接，以泄放高压电容电荷，这种高压泄放方式对泄放电阻的要求较高，容易使泄放电阻损坏以至损坏整个电机控制器，这种高压泄放的安全性和可靠性较低。
发明内容
为解决目前车辆上的高压电容进行高压电荷泄放时存在的安全性和可靠性较低的问题，本发明提供了一种高压电容电荷泄放系统及其控制方法，提高高压电容中电荷泄放的安全性和可靠性。
本发明通过以下技术方案来实现：
一种高压电容电荷泄放系统，该系统包括：开关电源模块、泄放电路模块以及控制模块；所述开关电源模块的输入端与高压电容连接，其低压输出端分别连接所述泄放电路模块和所述控制模块；所述控制模块与所述泄放电路模块连接，所述控制模块接收到泄放信号或碰撞信号时控制所述泄放电路模块进行电荷泄放。
进一步地，所述泄放电路模块包括泄放反馈单元，所述泄放反馈单元用于反馈泄放电路故障信号到所述控制模块。
进一步地，所述高压电容电荷泄放系统还包括母线电压采集单元，所述母线电压采样单元用于采集母线的电压值并将采集到的电压值输入所述控制模块。
进一步地，所述高压电容电荷泄放系统还包括电机控制器电压采集单元，所述电机控制器电压采集单元用于采集电机控制器的电压值并将采集到的电压值输入所述控制模块。
进一步地，所述高压电容电荷泄放系统还包括碰撞信号采集单元，所述碰撞信号采集单元用于采集碰撞信号并将采集到的碰撞信号输入所述控制模块。
进一步地，所述开关电源模块的低压输出端通过第一开关管与所述电机控制器连接，所述第一开关管与所述控制模块连接。
较佳地，所述泄放电路模块还包括第二开关管和泄放电阻，所述泄放电阻通过所述第二开关管与所述开关电源模块的低压输出端连接，所述控制模块与所述第二开关管连接。
本发明另一方面还提供了一种高压电容电荷泄放系统的控制方法，所述高压电容电荷泄放系统包括：开关电源模块、泄放电路模块以及控制模块；所述开关电源模块的输入端与高压电容连接，其低压输出端分别连接所述泄放电路模块和所述控制模块；所述控制模块与所述泄放电路模块连接；
当所述控制模块接收到泄放信号或碰撞信号时，所述控制模块控制所述泄放电路模块进行电荷泄放。
进一步地，所述泄放电路模块包括泄放反馈单元，当所述泄放电路模块进行电荷泄放时出现泄放电路故障，所述泄放反馈单元将泄放电路故障信号反馈到所述控制模块，所述控制模块发送泄放电路故障报文。
进一步地，所述高压电容电荷泄放系统还包括：电机控制器供电电压采样单元以及分别与所述开关电源模块和电机控制器相连接的第一开关管；
当所述电机控制器供电电压采样单元将采集到的电压值输入所述控制模块，所述控制模块根据所述电压值判断欠压时，控制所述第一开关管导通。
进一步地，所述高压电容电荷泄放系统还包括：母线电压采集单元，所述母线电压采集单元与所述控制模块连接；
当所述母线电压采集单元采集到的母线电压值达到第一电压值时，所述控制模块控制所述泄放电路模块停止泄放。
进一步地，所述高压电容电荷泄放系统还包括：母线电压采集单元，所述母线电压采集单元与所述控制模块连接；
所述母线电压采集单元将采集的母线电压值输入到所述控制模块，所述控制模块判断所述母线电压值是否在△T内下降△U；
如果是，则继续泄放；
如果否，则所述控制模块发送泄放超时报文。
本发明具有以下优点：从上述技术方案可以得知，本发明的高压电容电荷泄放系统及其控制方法，该高压电容电荷泄放系统包括开关电源模块、泄放电路模块以及控制模块；所述开关电源模块将所述高压电容的高电压转换成低电压，通过所述泄放电路模块泄放，安全性和可靠性更高。
附图说明
图1是本发明一种实施例的高压电容电荷泄放系统的结构框图。
图2是本发明另一种实施例的高压电容电荷泄放系统的结构框图。
图3是本发明一种实施例的高压电容电荷泄放系统的控制方法的流程图。
图4是本发明另一种实施例的高压电容电荷泄放系统的控制方法的流程图。
具体实施方式
为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，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。
以下结合附图对本发明做进一步详细的描述：前面写到各个部分的时候可以说明某个部分带来的优点。
根据本发明的一种实施方式，如图1-2所示，一种高压电容电荷泄放系统，该系统包括：开关电源模块、泄放电路模块以及控制模块；所述开关电源模块的输入端与高压电容连接，其低压输出端分别与所述泄放电路模块和所述控制模块连接；所述控制模块与所述泄放电路模块连接，所述控制模块接收到泄放信号或碰撞信号时控制所述泄放电路模块进行电荷泄放。
在此需要说明的是，所述开关电源模块相当于备用电源，所述开关电源模块对所述高压电容降压，例如可输出12V到电机控制器以及输出5V到所述控制模块。
在此需要说明的是，所述控制模块包括MCU，所述MCU为所述控制模块的控制核心。
进一步需要说明的是，本高压电容电荷泄放系统采用低压泄放，所述开关电源模块相当于降压器，所述高压电容电荷两端的电压通过所述开关电源模块降为低电压，使泄放电路模块中的泄放电阻两端的电压为低电压，所以对泄放电阻的性能要求降低，泄放电阻的耐热、耐流能力更强，且使用寿命更长，具有成本优势。
参考图2所示，所述泄放电路模块包括泄放反馈单元，所述泄放反馈单元用于反馈泄放电路故障信号到所述控制模块。
在此需要说明的是，所述泄放反馈单元的输出端与所述控制模块连接。所述泄放反馈单元在图中为标示出。
在此需要说明的是，当所述泄放反馈单元判断泄放电路正常时，所述控制模块控制泄放电路模块泄放。
具体实施中，所述高压电容电荷泄放系统还包括母线电压采集单元，所述母线电压采样单元用于采集母线的电压值并将采集到的电压值输入所述控制模块。
在此需要说明的是，所述母线电压采集单元由多个分压电阻分压，并通过共模电感及运算放大器采样后将采集的电压值输入所述控制模块。
具体实施中，所述高压电容电荷泄放系统还包括电机控制器电压采集单元，所述电机控制器电压采集单元用于采集电机控制器的电压值并将采集到的电压值输入所述控制模块。
在此需要说明的是，所述电机控制器的供电电压可在一定范围内（如9-15V）正常运行。
在此需要说明的是，所述电机控制器电压采集单元可直接通过分压电阻进行分压将采集的电压值输入所述控制模块。
具体实施中，所述高压电容电荷泄放系统还包括碰撞信号采集单元，所述碰撞信号采集单元用于采集碰撞信号并将采集到的碰撞信号输入所述控制模块。
具体实施中，所述开关电源模块的低压输出端通过第一开关管与所述电机控制器连接，所述第一开关管与所述控制模块连接。
在此需要说明的是，在所述电机控制器欠压时，所述控制模块可控制所述第一开关管的导通，此时所述开关电源模块作为备用电源与电机控制器连接，对电机控制器供电；当所述电机控制器电压正常时，所述控制模块控制所述第一开关管关断。所述第一开关管为第一MOS晶体管。
在此需要说明的是，所述开关电源模块在所述电机控制器欠压时可作为备用电源使用。所述开关电源模块的低压端通过所述第一MOS晶体管连接到所述电机控制器，所述控制模块可控制所述第一MOS晶体管的导通或截止。当所述电机控制器电压采集单元采集到所述电机控制器的电压值，并将所述电压值输入所述控制模块，所述控制模块根据所述电压值判断所述电机控制器欠压，此时所述控制模块控制所述第一MOS晶体管导通，所述开关电源模块作为备用电压对所述电机控制器进行供电，以防止电机失控。
需要说明的是，所述电机控制器的正常工作电压为：9-15V，当所述电机控制器的工作电压小于9V时，可认为所述电机控制器欠压。
进一步需要说明的是，当电机在高速运转时，如果所述电机控制器供电电压过低，至使所述电机控制器无法正常工作，使整车的动力失去控制，因此引用所述开关电源模块作为备用电源，可防止电机控制器供电电压异常时而导致整车动力失控。
具体实施中，所述泄放电路模块还包括第二开关管和泄放电阻，所述泄放电阻通过所述第二开关管与所述开关电源模块的低压输出端连接，所述控制模块与所述第二开关管连接。
在此需要说明的是，所述第二开关管为第二MOS晶体管，所述泄放电阻为大功率电阻，其中在所述大功率电阻上放置外加铝块并具有快速传递热量的散热片。
进一步需要说明的是，所述泄放电阻使用散热器进行散热，可以长时间泄放电荷并不会损坏器件。
如图3、图4所示，一种高压电容电荷泄放系统的控制方法，所述高压电容电荷泄放系统包括：开关电源模块、泄放电路模块以及控制模块；所述开关电源模块的输入端与高压电容连接，其低压输出端分别连接所述泄放电路模块和所述控制模块；所述控制模块与所述泄放电路模块连接；
当所述控制模块接收到泄放信号或碰撞信号时，所述控制模块控制所述泄放电路模块进行电荷泄放。
具体实施中，所述泄放电路模块包括泄放反馈单元，
当所述泄放电路模块进行电荷泄放时出现泄放电路故障，所述泄放反馈单元将泄放电路故障信号反馈到所述控制模块，所述控制模块发送泄放电路故障报文。
具体实施中，所述高压电容电荷泄放系统还包括：电机控制器供电电压采样单元以及分别与所述开关电源模块和电机控制器相连接的第一开关管；
当所述电机控制器供电电压采样单元将采集到的电压值输入所述控制模块，所述控制模块根据所述电压值判断欠压时，控制所述第一开关管导通。
具体实施中，所述高压电容电荷泄放系统还包括：母线电压采集单元，所述母线电压采集单元与所述控制模块连接；
当所述母线电压采集单元采集到的母线电压值达到第一电压值时，所述控制模块控制所述泄放电路模块停止泄放。
具体实施中，所述高压电容电荷泄放系统还包括：母线电压采集单元，所述母线电压采集单元与所述控制模块连接；
所述母线电压采集单元将采集的母线电压值输入到所述控制模块，所述控制模块判断所述母线电压值是否在△T内下降△U；
如果是，则继续泄放；
如果否，则所述控制模块发送泄放超时报文。
在此需要说明的是，△T为一个时间段或一个时间间隔，设t1为高压电容电荷泄放的一时间点，t2为高压电容电荷泄放的另一个时间点，△T为t2与t1的差值（所述△T可为：1S-5S）；△U为电压差，即：t1时高压电容电压为U1，t2时高压电容电压为U2，△U为U2与U1的差值。
在此需要说明的是，所述母线电压采集单元、所述电机控制器电压采集单元以及所述碰撞信号采集单元通过整车CAN通讯网络与所述控制模块进行通信，形成独立的智能控制系统。
进一步需要说明的是，当所述控制模块中的泄放控制板的CAN通信单元接收到所述电机控制器的CAN泄放命令，或者BMS的CAN泄放命令，或者检测到PWM碰撞信号，或者接收到碰撞CAN信号时开启所述第二MOS晶体管进行泄放。
进一步需要说明的是，所述控制模块控制所述第二MOS晶体管导通，通过整车的CAN通信发送“正常泄放状态”到所述控制模块，由所述控制模块实时监控母线电压变化的情况，判断母线电压是否小于第一电压值，是则停止泄放；否则继续泄放。
在此需要说明的是，所述第一电压值可为60V。
更进一步需要说明的是，所述控制模块实时监控母线电压，通过在一定泄放时间内母线电压的电压变化量判断泄放电路是否异常，如下为其中的一实施例：
若所述泄放电路模块泄放1S后，所述控制模块监测到母线电压是否下降了20%：
是则继续泄放；
否则认为泄放超时，由所述控制模块发送泄放超时报文。
若所述控制模块监测到母线电压在5S内电压值未达到60Ｖ，也认为泄放超时，所述控制模块发送泄放超时报文。
所述控制单元将所述泄放反馈单元输入的信号与第二MOS晶体管的开通/截止信号比较：当所述泄放反馈单元输入的信号与第二MOS晶体管的开通/截止信号一致时，认为泄放电路正常；否则认为泄放电路故障。
进一步需要说明的是，当所述电机控制器供电电压采样单元将采集到的电压值输入所述控制模块，所述控制模块根据所述电压值判断欠压时，同时泄放超时，所述控制模块控制所述第一开关管导通（所述第一开关管为第一MOS晶体管），由所述开关电源模块作为备用电源对所述电机控制器供电，防止在正常泄放过程中由于所述电机控制器的欠压突然掉电而存在失控的风险。本发明的高压电容电荷泄放系统，通过所述开关电源模块对所述高压电容电压进行降压后，其低压端与所述泄放电路模块连接，从而使高压电容电荷通过低压泄放，大大提高了泄放电路的安全性和可靠性；同时，当电机控制器在泄放电路进行泄放的过程中欠压时，开关电源模块可以作为备用电源，直接通过所述第一MOS晶体管与所述电机控制器连接，大大提高了电机运行的安全性；再者，所述泄放电路模块可通过所述泄放反馈单元反馈所述泄放电路模块信息，所述控制模块根据所述泄放反馈单元反馈的泄放电路模块信息判断所述泄放电路模块是否发生泄放电路故障，提高了泄放系统的安全性。
由上可知，本发明的高压电容电荷泄放系统可应用于车辆，当然，其不局限于应用在车辆上，还可应用于任一具有高压电容且需要泄放高压电容电荷的设备。
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作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (12)
1.一种高压电容电荷泄放系统，其特征在于，包括：开关电源模块、泄放电路模块以及控制模块；
所述开关电源模块的输入端与高压电容连接，其低压输出端分别与所述泄放电路模块和所述控制模块连接；
所述控制模块与所述泄放电路模块连接，所述控制模块接收到泄放信号或碰撞信号时控制所述泄放电路模块进行电荷泄放。
2.根据权利要求1所述的高压电容电荷泄放系统，其特征在于，所述泄放电路模块包括泄放反馈单元，所述泄放反馈单元用于反馈泄放电路故障信号到所述控制模块。
3.根据权利要求1所述的高压电容电荷泄放系统，其特征在于，所述高压电容电荷泄放系统还包括母线电压采集单元，所述母线电压采样单元用于采集母线的电压值并将采集到的电压值输入所述控制模块。
4.根据权利要求1所述的高压电容电荷泄放系统，其特征在于，所述高压电容电荷泄放系统还包括电机控制器电压采集单元，所述电机控制器电压采集单元用于采集电机控制器的电压值并将采集到的电压值输入所述控制模块。
5.根据权利要求1所述的高压电容电荷泄放系统，其特征在于，所述高压电容电荷泄放系统还包括碰撞信号采集单元，所述碰撞信号采集单元用于采集碰撞信号并将采集到的碰撞信号输入所述控制模块。
6.根据权利要求4所述的高压电容电荷泄放系统，其特征在于，所述开关电源模块的低压输出端通过第一开关管与所述电机控制器连接，所述第一开关管与所述控制模块连接。
7.根据权利要求2所述的高压电容电荷泄放系统，其特征在于，所述泄放电路模块还包括第二开关管和泄放电阻，所述泄放电阻通过所述第二开关管与所述开关电源模块的低压输出端连接，所述控制模块与所述第二开关管连接。
8.一种高压电容电荷泄放系统的控制方法，所述高压电容电荷泄放系统包括：开关电源模块、泄放电路模块以及控制模块；所述开关电源模块的输入端与高压电容连接，其低压输出端分别连接所述泄放电路模块和所述控制模块；所述控制模块与所述泄放电路模块连接，其特征在于，
当所述控制模块接收到泄放信号或碰撞信号时，所述控制模块控制所述泄放电路模块进行电荷泄放。
9. 根据权利要求8所述的高压电容电荷泄放系统的控制方法，其特征在于，所述泄放电路模块包括泄放反馈单元，
当所述泄放电路模块进行电荷泄放时出现泄放电路故障，所述泄放反馈单元将泄放电路故障信号反馈到所述控制模块，所述控制模块发送泄放电路故障报文。
10.根据权利要求8所述的高压电容电荷泄放系统的控制方法，其特征在于，所述高压电容电荷泄放系统还包括：电机控制器供电电压采样单元以及分别与所述开关电源模块和电机控制器相连接的第一开关管；
当所述电机控制器供电电压采样单元将采集到的电压值输入所述控制模块，所述控制模块根据所述电压值判断欠压时，控制所述第一开关管导通。
11.根据权利要求8所述的高压电容电荷泄放系统的控制方法，其特征在于，所述高压电容电荷泄放系统还包括：母线电压采集单元，所述母线电压采集单元与所述控制模块连接；
当所述母线电压采集单元采集到的母线电压值达到第一电压值时，所述控制模块控制所述泄放电路模块停止泄放。
12.根据权利要求8所述的高压电容电荷泄放系统的控制方法，其特征在于，所述高压电容电荷泄放系统还包括：母线电压采集单元，所述母线电压采集单元与所述控制模块连接；
所述母线电压采集单元将采集的母线电压值输入到所述控制模块，所述控制模块判断所述母线电压值是否在△T内下降△U；
如果是，则继续泄放；
如果否，则所述控制模块发送泄放超时报文。
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