CN104553809A - 混合动力及纯电动汽车用拖车保护系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种混合动力及纯电动汽车用拖车保护系统，包括诊断模块、主控模块；诊断模块，当车辆被拖动时，输出拖动状态信号；主控模块，当接收到拖动状态信号，控制直流电压变换器开启进入降压式变换；并且，如果电机逆变器的母线电容两端电压小于参考电压，则控制永磁同步电机输出负扭矩，如果电机逆变器的母线电容两端电压大于等于参考电压，则控制永磁同步电机输出正扭矩，如果低压电池电量大于设定电量阀值，则控制直流电压变换器停止对低压电池充电。本发明的拖车保护系统，能避免电机逆变器及电机因过流、过压而损坏的风险，同时可将拖车过程中产生的多余能量进行最大化利用，并且成本低。
Description
技术领域
本发明涉及新能源汽车技术，特别涉及一种混合动力及纯电动汽车用拖车保护系统。
背景技术
混合动力及纯电动汽车的电机控制系统的简化示意图如图l所示，所述电机控制系统包括：
永磁同步电机，其机械输出轴与混合动力及纯电动汽车的传动系统相连，为混合动力及纯电动汽车输出扭矩与功率，当永磁同步电机被混合动力及纯电动汽车的传动系统高速拖动时，也反过来在三相交流电端口生成三相交流电；
高压电池，电压通常在几百伏特以上，作为永磁同步电机的驱动电源；
低压电池，电压一股为几十伏特，例如12V、24V等，用于为低压设备供电；
电机逆变器，直流端与高压电池相连，交流端与永磁同步电机的三相交流电端口相连，驱动永磁同步电机输出扭矩与功率，以及反馈永磁同步电机的制动能量。
直流电压变换器，一端与高压电池及电机逆变器的直流端相连，另一端同低压电池相连。
直流电压变换器的另一端及低压电池为各低压电器供电。
典型的电机逆变器如图2所示,为三相桥式逆变电路，由母线电容Cl和三个桥臂并联组成，每个桥臂由两个功率开关器件串联组成，每个功率开关器件还反向并联一个二极管，常用的功率开关器件包括IGBT器件、MOS管等。
在车辆正常行驶时，高压电池通过电机逆变器驱动永磁同步电机。当混合动力及纯电动汽车出现故障时，为确保安全，HCU(整车控制器)会控制高压电池与电机逆变器的直流侧会断开，而混合动力及纯电动汽车被拖动时，永磁同步电机因拖动而旋转，将会产生反电势，通过电机逆变器的直流端为母线电容C1充电，由于电机逆变器中的母线电容、功率开关器件等均为电压敏感器件并且电机逆变器已同高压电池断开，车辆被拖行时永磁同步电机所产生的反电势可能会对这些电压敏感器件造成损伤。
目前，对于主流的EV/HEV（纯电动/混合动力）等新能源车，当整车下电后，一方面档位要求置于P档(停车挡)，制动棘爪与主动轮啮合，整车机械锁止，从机械上保证了当车辆下电工况下，仅可通过抬起驱动轮拖车，避免了错误的拖车工况对EV/HEV电控制系统的潜在损坏；另一方面EPS（Electric Power Steering，随速助力转向系统）的引入，锁止方向盘，也在一定程度上保证了驱动轮抬起拖车的必要性。因此若整车有驱动轮着地的拖车需求，必然是在钥匙上电过程,EPS解锁及档位脱离P档的整车工况下完成，那么在这种工况下，目前在用的系统安全策略均采取逆变器三相功率器件下短路的保护状态，使得整个电驱动系统（电机逆变器+电机）行成回路，将能量消耗在内部，避免拖车导致过压损坏器件的风险。但该方案存在一定的局限性，只适用于电机短路电流较小的这种系统部件，对于短路电流较大的电机，尤其超过电机逆变器或电机的持续输出能力情况下，若采用主动下短路的策略对于长时间拖车的工况，电机逆变器及电机在拖车过程中会影器件过温、过压损坏，对电驱动系统造成不可逆的损坏，并且拖车阻力过大、车辆抖动，甚至高压触电危及人身安全。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种混合动力及纯电动汽车用拖车保护系统，能避免电机逆变器及电机因过流、过压而损坏的风险，同时可将拖车过程中产生的多余能量进行最大化利用，并且成本低。
为解决上述技术问题，本发明提供的混合动力及纯电动汽车用拖车保护系统，其包括诊断模块、主控模块；
所述诊断模块，当车辆被拖动时，输出拖动状态信号到所述主控模块；
所述主控模块，当接收到所述诊断模块输出的拖动状态信号，控制电机控制系统的直流电压变换器开启进入降压式变换；并且，
如果电机逆变器的母线电容两端电压小于参考电压，则输出电机控制信号，控制电机控制系统的永磁同步电机输出负扭矩；
如果电机逆变器的母线电容两端电压大于等于参考电压，则输出电机控制信号，控制电机控制系统的永磁同步电机输出正扭矩；
如果电机控制系统的低压电池电量大于设定电量阀值，则控制直流电压变换器停止对低压电池充电。
较佳的，所述混合动力及纯电动汽车的电机控制系统，包括永磁同步电机、高压电池、低压电池、电机逆变器、直流电压变换器；
所述永磁同步电机，其机械输出轴与混合动力及纯电动汽车的传动系统相连；
所述高压电池，额定电压大于200伏特；
所述低压电池，额定电压小于50伏特；
所述电机逆变器，直流端与高压电池相连，交流端与永磁同步电机的三相交流电端口相连；
所述直流电压变换器，高压端与所述高压电池及电机逆变器的直流端相连，低压端同所述低压电池相连；
所述直流电压变换器的低压端及低压电池为车辆的低压电器供电。
较佳的，所述电机逆变器,为三相桥式逆变电路，由母线电容和三个桥臂并联组成，每个桥臂由两个功率开关器件串联组成，每个功率开关器件还反向并联一个二极管。
较佳的，所述主控模块，当接收到所述诊断模块输出的拖动状态信号，还同时控制混合动力及纯电动汽车的冷却系统的低压电器开始工作。
较佳的，混合动力及纯电动汽车的冷却系统，包括水泵、风扇、空调。
本发明的混合动力及纯电动汽车用拖车保护系统，当诊断模块判断车辆处于被拖动状态时，输出拖动状态信号；主控模块，当所述诊断模块输出拖动状态信号，控制直流电压变换器进入降压式变换；并且根据电机逆变器的母线电容两端电压高低控制永磁同步电机输出负扭矩或者输出正扭矩，使永磁同步电机相应工作在发电模式或放电模式；并根据低压电池电量的大小控制直流电压变换器是否对低压电池充电。本发明的混合动力及纯电动汽车用拖车保护系统，电机逆变器母线电容电压稳定在预设的参考电压附近，保证了电机逆变器及电机在拖车过程中不会因器件过温、过压损坏，并且不会对拖车工况产生瞬时的加速冲击。本发明的混合动力及纯电动汽车用拖车保护系统，在车辆被拖动时，通过系统策略对电机逆变器母线电容电压的闭环控制，避免了电机逆变器及电机因过流、过压而损坏的风险，同时可将拖车过程中产生的多余能量进行最大化利用。诊断模块、主控模块可以通过软件实现，无需增加额外硬件控制电路成本。
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是混合动力及纯电动汽车的电机控制系统的简化示意图；
图2是典型的电机逆变器示意图；。
图3是本发明的混合动力及纯电动汽车用拖车保护系统一实施方式示意图。
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。
混合动力及纯电动汽车用拖车保护系统一实施方式如图3所示,包括诊断模块、主控模块；
所述诊断模块，当车辆被拖动时，输出拖动状态信号到所述主控模块；
所述主控模块，当接收到所述诊断模块输出的拖动状态信号，控制电机控制系统的直流电压变换器开启进入降压式变换（Buck）；并且，
如果电机逆变器的母线电容两端电压小于参考电压，则输出电机控制信号，控制电机控制系统的永磁同步电机输出负扭矩，使永磁同步电机工作在发电模式；
如果电机逆变器的母线电容两端电压大于等于参考电压，则输出电机控制信号，控制电机控制系统的永磁同步电机输出正扭矩，使永磁同步电机工作在放电模式；由于电机逆变器中的功率器件的开关速频率达10kHz，会在毫秒级别将母线电容电压瞬间放掉，因此拖车时母线电容电压不会对拖车工况产生瞬时的加速冲击。
如果电机控制系统的低压电池电量大于设定电量阀值，则控制直流电压变换器停止对低压电池充电。
较佳的，所述主控模块，当接收到所述诊断模块输出的拖动状态信号，还同时控制混合动力及纯电动汽车的冷却系统的低压电器（水泵、风扇、空调等）开始工作，从而在拖车期间，剩余能量可通过直流电压变换器对低压电池进行充电并同时消耗在冷却系统上。
较佳的，所述主控模块，当接收到所述诊断模块输出的拖动状态信号，还同时控制点亮指示灯。
较佳的，所述电量阀值，为低压电池额定电量的80%。
混合动力及纯电动汽车的电机控制系统，包括：
永磁同步电机，其机械输出轴与混合动力及纯电动汽车的传动系统相连，为混合动力及纯电动汽车输出扭矩与功率，当永磁同步电机被混合动力及纯电动汽车的传动系统高速拖动时，也反过来在三相交流电端口生成三相交流电；
高压电池，额定电压通常在几百伏特（如200伏特）以上，作为永磁同步电机的驱动电源；
低压电池，额定电压一般小于几十伏特（如50伏特），例如12V、24V等，用于为低压电器供电；
电机逆变器，直流端与高压电池相连，交流端与永磁同步电机的三相交流电端口相连，用于驱动永磁同步电机输出扭矩与功率，以及反馈永磁同步电机的制动能量；
直流电压变换器，高压端与所述高压电池及电机逆变器的直流端相连，低压端同所述低压电池相连；
直流电压变换器的低压端及低压电池为各低压电器供电；
电机逆变器,为三相桥式逆变电路，由母线电容Cl和三个桥臂并联组成，每个桥臂由两个功率开关器件串联组成，每个功率开关器件还反向并联一个二极管，功率开关器件可以为IGBT器件、MOS管等。
本发明的混合动力及纯电动汽车用拖车保护系统，当诊断模块判断车辆处于被拖动状态时，输出拖动状态信号；主控模块，当所述诊断模块输出拖动状态信号，控制直流电压变换器进入降压式变换；并且根据电机逆变器的母线电容两端电压高低控制永磁同步电机输出负扭矩或者输出正扭矩，使永磁同步电机相应工作在发电模式或放电模式；并根据低压电池电量的大小控制直流电压变换器是否对低压电池充电。本发明的混合动力及纯电动汽车用拖车保护系统，电机逆变器母线电容电压稳定在预设的参考电压附近，保证了电机逆变器及电机在拖车过程中不会因器件过温、过压损坏，并且不会对拖车工况产生瞬时的加速冲击。本发明的混合动力及纯电动汽车用拖车保护系统，在车辆被拖动时，通过系统策略对电机逆变器母线电容电压的闭环控制，避免了电机逆变器及电机因过流、过压而损坏的风险，同时可将拖车过程中产生的多余能量进行最大化利用。诊断模块、主控模块可以通过软件实现，无需增加额外硬件控制电路成本。
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 (7)
1.一种混合动力及纯电动汽车用拖车保护系统，其特征在于,包括诊断模块、主控模块；
所述诊断模块，当车辆被拖动时，输出拖动状态信号到所述主控模块；
所述主控模块，当接收到所述诊断模块输出的拖动状态信号，控制电机控制系统的直流电压变换器开启进入降压式变换；并且，
如果电机逆变器的母线电容两端电压小于参考电压，则输出电机控制信号，控制电机控制系统的永磁同步电机输出负扭矩；
如果电机逆变器的母线电容两端电压大于等于参考电压，则输出电机控制信号，控制电机控制系统的永磁同步电机输出正扭矩；
如果电机控制系统的低压电池电量大于设定电量阀值，则控制直流电压变换器停止对低压电池充电。
2.根据权利要求1所述的混合动力及纯电动汽车用拖车保护系统，其特征在于,
所述混合动力及纯电动汽车的电机控制系统，包括永磁同步电机、高压电池、低压电池、电机逆变器、直流电压变换器；
所述永磁同步电机，其机械输出轴与混合动力及纯电动汽车的传动系统相连；
所述高压电池，额定电压大于200伏特；
所述低压电池，额定电压小于50伏特；
所述电机逆变器，直流端与高压电池相连，交流端与永磁同步电机的三相交流电端口相连；
所述直流电压变换器，高压端与所述高压电池及电机逆变器的直流端相连，低压端同所述低压电池相连；
所述直流电压变换器的低压端及低压电池为车辆的低压电器供电。
3.根据权利要求2所述的混合动力及纯电动汽车用拖车保护系统，其特征在于,
所述电机逆变器,为三相桥式逆变电路，由母线电容和三个桥臂并联组成，每个桥臂由两个功率开关器件串联组成，每个功率开关器件还反向并联一个二极管。
4.根据权利要求1、2或3所述的混合动力及纯电动汽车用拖车保护系统，其特征在于,
所述主控模块，当接收到所述诊断模块输出的拖动状态信号，还同时控制混合动力及纯电动汽车的冷却系统的低压电器开始工作。
5.根据权利要求4所述的混合动力及纯电动汽车用拖车保护系统，其特征在于,
混合动力及纯电动汽车的冷却系统，包括水泵、风扇、空调。
6.根据权利要求4所述的混合动力及纯电动汽车用拖车保护系统，其特征在于,
所述主控模块，当接收到所述诊断模块输出的拖动状态信号，还同时控制点亮指示灯。
7.根据权利要求4所述的混合动力及纯电动汽车用拖车保护系统，其特征在于,
所述电量阀值，为低压电池额定电量的80%。
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