CN104579112A - 电动汽车用辅助动力控制器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电动汽车用辅助动力控制器，包括整流模块、吸收电容模块、高压充电模块、主电容模块、均压吸收模块、控制模块、驱动模块、IGBT模块、霍尔传感模块以及辅助电源模块。发明的电动汽车用辅助动力控制器工作稳定、适应性强、可靠性高且能更好地迎合驾驶员的操控舒适性。

Description

电动汽车用辅助动力控制器
技术领域
本发明涉及电动汽车电控领域，尤其涉及一种电动汽车用辅助动力控制器。
背景技术
在节能降耗不断增强的今天，大力发展电动汽车已是大势所趋。电动汽车因其电控系统比较复杂，对各部件的性能要求非常高，因而不断的技术创新和产品升级是提升产品和赢得市场的重中之重。电动汽车上，除主驱动控制器以外的辅助控制器是控制方向和刹车的核心零部件，在车上起着至关重要的作用。
然而，现有的电动汽车用辅助动力控制器只有驱动板和控制板两大部分，所有高压元件全部集成在驱动板上且高压充电模块中的继电器吸合点固化，不能调整，因而致使不能避开整车电控系统启动时的高压冲击，易使触点烧粘住或烧坏保险丝。而且，现有的电动汽车用辅助动力控制器没有吸收电容模块，抗干扰性差，易受到外部尖峰电流的冲击，致使控制信号出现紊乱，误动作或跳保护。总之，在电动汽车运行时，当控制器输入端的电压不断变动时、受到较大的冲击电流时、系统出现短暂欠压时、司机快速打死方向盘时、车辆在充电站充电时或者车载振动、电磁干扰、动力转向受到外部控制异常时，现有的辅助控制器都很容易因瞬间电流大而跳保护、损坏、出现故障以及出现保险丝熔断，从而导致车辆无法正常运行。
因此，有必要提供一种电动汽车用辅助动力控制器来克服上述缺陷。
发明内容
本发明的目的是提供一种工作稳定、适应性强、可靠性高且能更好地迎合驾驶员的操控舒适性的电动汽车用辅助动力控制器。
为了实现上述目的，本发明提供了一种电动汽车用辅助动力控制器包括整流模块，用于将外部电源提供的三相交流电压信号转换为直流电压信号；吸收电容模块，与整流模块连接，用于对整流模块发送的直流电压信号进行滤波；高压充电模块，与吸收电容模块连接，用于对经过吸收电容模块滤波后的直流电压信号进行再次滤波，并对再次滤波后的直流电压信号进行上电缓冲和升压；主电容模块，与高压充电模块连接，用于对高压充电模块发送的升压后的直流电压信号进行滤波并储存能量；均压吸收模块，与主电容模块连接，用于对主电容模块中的每个电容上的电压进行均等分配，并对经过主电容模块滤波后的直流电压信号进行滤波；控制模块，用于发送脉冲宽度调制脉冲信号；驱动模块，与控制模块连接，用于根据控制模块发送的脉冲宽度调制脉冲信号产生驱动信号；IGBT模块，与均压吸收模块和驱动模块连接，用于根据驱动模块发送的驱动信号将均压吸收模块发送的直流电压信号转换为频率和幅值均可调的交流电压信号；霍尔传感模块，与IGBT模块的交流输出端连接，用于将IGBT模块输出的交流电压信号转换为交流电流信号并检测该交流电流信号的值；以及辅助电源模块，与整流模块、吸收电容模块、高压充电模块、主电容模块、均压吸收模块、IGBT模块、霍尔传感模块、控制模块和驱动模块连接，用于提供电源。
其中，“上电缓冲”是指采用充电电阻对设备上电时的充电电流进行缓冲，避免瞬间电流过大。高压上电时，首先高压电是经过缓冲电阻流入控制器，电阻分压限流使控制器内的电压缓慢上升到正常的电压值，同时阻止瞬间大电流的冲击。待检测到不再有电压爬坡时，则缓冲继电器吸合，则正常接通高压回路，则起到平滑上电的作用。
较佳地，整流模块包括三个并联的二极管组件，三个二极管组件并联，每个二极管组件包括两个串联的二极管。
较佳地，吸收电容模块为吸收电容，吸收电容与整流模块的二极管组件并联。
较佳地，高压充电模块包括充电电阻、接触器和保险管，吸收电容、充电电阻和保险管依次串联，接触器与充电电阻并联。
较佳地，主电容模块包括两个串联的电解电容组件，每个电解电容组件包括两个并联的电解电容。
较佳地，均压吸收模块包括吸收电容和两个均压电阻，两个均压电阻串联且两个均压电阻分别与两个电解电容组件并联，吸收电容与两个均压电阻并联。
较佳地，IGBT模块包括三个并联的IGBT组件，每个IGBT组件包括两个串联的IGBT子组件，每个IGBT子组件包括双极型三极管和绝缘栅型场效应管，双极型三极管与绝缘栅型场效应管并联。
较佳地，控制模块具有双CPU。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
第一，整流模块能够钳制住车载运行中的电控系统产生的各种干扰波形(如反向电压等)，同时在控制器上电过程中防止高脉冲电流的冲击。
第二，由于整车的电控系统在车载运行中环境较复杂，各种波形相互影响甚至叠加，特别是在混合动力和交流充电中更加明显，而吸收电容模块能对整流模块输出的直流电压进行滤波，去除杂波，防止强干扰造成参数紊乱丢失。
第三，高压充电模块是将外部电源和控制器内部电源进行平滑过渡的模块，能防止开机上电瞬间主电容模块对地短路，烧坏主电容模块。开机前主电容模块的电压为0V，所以在上电(开机)的瞬间主电容模块对地为短路状态。如果没有充电模块，在整流模块与主电容模块之间，则相当于车载高压(如DC570V电源)直接对地短路，瞬间整流模块无穷大的电流会导致整流模块炸掉。该模块也有电压保护、耐雷击要求、安规测试、过热保护等(如遇到雷雨于充电没有该模块则控制板会直接烧毁)。通过控制其内部元件的动作时间和动作电压阀值，避开外部的冲击造成的控制器上电故障。另外，经过整流模块整流后得到的直流波形因受到整车电控系统其他器件的影响会有比较顽固的交流杂波没有完全滤除掉，进入高压充电模块后吸收电容先对杂波进行处理，这样就得到了较纯净的直流波形。直流电经先过充电电阻进行缓冲上电，进行平滑过渡升压，驱动板检测到电压上升到某个电压值后控制接触器闭合，这样就可以避开上电时外部电压变化的影响，也就是达不到设定的某个电压值就不会接触器正常上电吸合。若是电压值设定的不好，外部的电压变化很恶劣时，则上电过程中保险管也会起保护作用。这样就是在正常的电压值快要达到正常的工作电压值时才会正常的接通电路。再者，通过控制板的程序控制高压充电模块上电时的时间和导通的动作阀值，使得电源流入主电容模块时外部电源没有较大的dv/dt，即冲击电流，即解决了不同电动汽车的控制系统在上电时控制器端出现很大冲击电流的工况。
第四，主电容模块在电路中用于储能和滤波，其电容的结构决定着控制器的耐压等级，电容容量决定着抗过载的能力。而且，控制器适应外部电源电压变化的能力由电容板决定。由于模块中的电容板相对独立，根据不同的车载电控系统设计专门的结构布局，这样就可以避开外部的干扰冲击，使得产品的稳定性和使用寿命在汽车行业更具有竞争力。
第五，由于当输入电压在较宽的范围变化时(如DC260V～DC800V之间不断地、随意变化的车载环境中)，控制器很容易报警跳机，而且，由于主电容模块中的每个电容不可能做成完全一致，这样每个电容上所承受的电压就可能不同，承受电压高的发热严重(电容里面有等效串联电阻)或超过耐压值而损坏，均压吸收模块可防止由于主电容模块储能电压的不均烧坏主电容模块，吸收IGBT模块的过流与过压能量，从而当电池电压变化时，能保持IGBT模块输出电压恒定。
第六，控制模块也叫CPU板，相当人的大脑，能处理各种信号以及控制程序等部分，如与外界的连接的通讯，扩展连接等。
第七，驱动模块将控制板生成的脉冲宽度调制(Pulse Width Modulation，PWM)脉冲经驱动电路产生符合要求的驱动信号激励IGBT输出电压。
第八，IGBT模块是构成逆变电路的主要器件，也是控制器的核心部件，把直流电逆变频率，幅值都可调的交流电，同时也为电机在制动过程中产生的再生电流返回给电池提供通道。
第九，本发明的吸收电容模块能滤除车载电控系统的杂波干扰，几乎不会受到外部的影响，因而不会误动作如跳保护，而高压充电模块能根据车载电控系统上电特性调整继电器的最佳吸合电压值和时间点，避开尖峰电流冲击，不会出现烧保险，烧粘住继电器触点，或是电容开裂鼓包。双CPU控制，控制响应时间更快，保护动作的时间更短。
通过以下的描述并结合附图，本发明将变得更加清晰，这些附图用于解释本发明的实施例。
附图说明
图1为本发明电动汽车用辅助动力控制器与整车控制器、触摸屏和电池连接时的结构示意图。
图2为本发明电动汽车用辅助动力控制器的电路图。
具体实施方式
现在参考附图描述本发明的实施例，附图中类似的元件标号代表类似的元件。
如图1所示，本实施例电动汽车用辅助动力控制器包括整流模块10、吸收电容模块11、高压充电模块12、主电容模块13、均压吸收模块14、控制模块15、驱动模块16、IGBT模块17、霍尔传感模块18和辅助电源模块19。吸收电容模块11与整流模块10连接，高压充电模块12与吸收电容模块11连接，主电容模块13与高压充电模块12连接，均压吸收模块14与主电容模块13连接，驱动模块16与控制模块15连接，霍尔传感模块18与IGBT模块17的交流输出端连接，IGBT模块17还与均压吸收模块14和驱动模块16连接，辅助电源模块19与整流模块10、吸收电容模块11、高压充电模块12、主电容模块13、均压吸收模块14、IGBT模块17、霍尔传感模块18、控制模块15和驱动模块16连接，控制模块15还与整车控制器20和触摸屏24连接，整车控制器20与电池管理系统21和高压管理系统22连接。外部电池V0、电池管理系统21和高压管理系统22依次连接，高压管理系统22与整流模块10连接。
参考图2，整流模块10用于将外部电源提供的三相交流电压信号转换为直流电压信号。吸收电容模块11用于对整流模块10发送的直流电压信号进行滤波。高压充电模块12用于对经过吸收电容模块11滤波后的直流电压信号进行再次滤波，并对再次滤波后的直流电压信号进行上电缓冲和升压。主电容模块13用于对高压充电模块12发送的升压后的直流电压信号进行滤波并储存能量。均压吸收模块14用于对主电容模块13中的每个电容上的电压进行均等分配，并对经过主电容模块13滤波后的直流电压信号进行滤波。控制模块15用于发送脉冲宽度调制脉冲信号。驱动模块16用于根据控制模块15发送的脉冲宽度调制脉冲信号产生驱动信号。IGBT模块17用于根据驱动模块16发送的驱动信号将均压吸收模块14发送的直流电压信号转换为频率和幅值均可调的交流电压信号。霍尔传感模块18用于将IGBT模块17输出的交流电压信号转换为交流电流信号并检测该交流电流信号的值。辅助电源模块19用于提供电源。
具体地，参考图2，整流模块10包括三个并联的二极管组件，三个二极管组件并联，每个二极管组件包括两个串联的二极管D1。吸收电容模块11为吸收电容C1，吸收电容C1与整流模块10的二极管组件并联。高压充电模块12包括充电电阻R1、接触器M和保险管F，吸收电容C1、充电电阻R1和保险管F依次串联，接触器M与充电电阻R1并联。主电容模块13包括两个串联的电解电容组件，每个电解电容组件包括两个并联的电解电容C0。均压吸收模块14包括吸收电容C2和两个均压电阻R0，两个均压电阻串联且两个均压电阻分别与两个电解电容组件并联，吸收电容与两个均压电阻并联。IGBT(Insulated GateBipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管)模块17包括三个并联的IGBT组件，每个IGBT组件包括两个串联的IGBT子组件，每个IGBT子组件包括双极型三极管T0和绝缘栅型场效应管D0，双极型三极管T0与绝缘栅型场效应管D0并联。控制模块15具有双CPU。
本发明经过以下两个实际应用的验证，证明本发明检修和扩展方便、适应性强且工作稳定。
应用实例1
本发明的南京的6129纯电动车型，电池电压DC564V，在系统上电时因大功率机器(如主驱动控制器)后于小功率机器(如转向油泵控制器)上电造成短时间内很大dv/dt，冲击电流约150A以上，致使控制器的输入端BUSSMANFWP-50A的保险丝经常损坏，控制器内的继电器触点粘连，一上电就烧保险。通过将控制器内的继电器的吸合准位电压由250V调整至450V，则成功避开冲击，用示波器测得冲击电流峰值降至20A以内。
应用实例2
南京6118车型的纯电动旅游车，在本产品装车至运营期间，因输入线束短路烧保险丝，烧熔化了金属材质的航空接头，即使出现输入端直流正负极接反，其他厂家的控制器直接烧坏，而我们的产品依然正常无损。输出端的线束现场即使出现了短路的情况，也得到了及时的保护，从实际的验证中可以看出，本产品的设计理念非常成功。
以上结合最佳实施例对本发明进行了描述，但本发明并不局限于以上揭示的实施例，而应当涵盖各种根据本发明的本质进行的修改、等效组合。

Claims (8)

1.一种电动汽车用辅助动力控制器，其特征在于，包括：
整流模块(10)，用于将外部电源提供的三相交流电压信号转换为直流电压信号；
吸收电容模块(11)，与整流模块(10)连接，用于对整流模块(10)发送的直流电压信号进行滤波；
高压充电模块(12)，与吸收电容模块(11)连接，用于对经过吸收电容模块(11)滤波后的直流电压信号进行再次滤波，并对再次滤波后的直流电压信号进行上电缓冲和升压；
主电容模块(13)，与高压充电模块(12)连接，用于对高压充电模块(12)发送的升压后的直流电压信号进行滤波并储存能量；
均压吸收模块(14)，与主电容模块(13)连接，用于对主电容模块(13)中的每个电容上的电压进行均等分配，并对经过主电容模块(13)滤波后的直流电压信号进行滤波；
控制模块(15)，用于发送脉冲宽度调制脉冲信号；
驱动模块(16)，与控制模块(15)连接，用于根据控制模块(15)发送的脉冲宽度调制脉冲信号产生驱动信号；
IGBT模块(17)，与均压吸收模块(14)和驱动模块(16)连接，用于根据驱动模块(16)发送的驱动信号将均压吸收模块(14)发送的直流电压信号转换为频率和幅值均可调的交流电压信号；
霍尔传感模块(18)，与IGBT模块(17)的交流输出端连接，用于将IGBT模块(17)输出的交流电压信号转换为交流电流信号并检测该交流电流信号的值；以及
辅助电源模块(19)，与整流模块(10)、吸收电容模块(11)、高压充电模块(12)、主电容模块(13)、均压吸收模块(14)、IGBT模块(17)、霍尔传感模块(18)、控制模块(15)和驱动模块(16)连接，用于提供电源。
2.如权利要求1所述的电动汽车用辅助动力控制器，其特征在于，整流模块(10)包括三个并联的二极管组件，三个二极管组件并联，每个二极管组件包括两个串联的二极管(D1)。
3.如权利要求2所述的电动汽车用辅助动力控制器，其特征在于，吸收电容模块(11)为吸收电容(C1)，吸收电容(C1)与整流模块(10)的二极管组件并联。
4.如权利要求3所述的电动汽车用辅助动力控制器，其特征在于，高压充电模块(12)包括充电电阻(R1)、接触器(M)和保险管(F)，吸收电容(C1)、充电电阻(R1)和保险管(F)依次串联，接触器(M)与充电电阻(R1)并联。
5.如权利要求4所述的电动汽车用辅助动力控制器，其特征在于，主电容模块(13)包括两个串联的电解电容组件，每个电解电容组件包括两个并联的电解电容(C0)。
6.如权利要求5所述的电动汽车用辅助动力控制器，其特征在于，均压吸收模块(14)包括吸收电容(C2)和两个均压电阻(R0)，两个均压电阻(R0)串联且两个均压电阻(R0)分别与两个电解电容组件并联，吸收电容(C2)与两个均压电阻(R0)并联。
7.如权利要求6所述的电动汽车用辅助动力控制器，其特征在于，IGBT模块(17)包括三个并联的IGBT组件，每个IGBT组件包括两个串联的IGBT子组件，每个IGBT子组件包括双极型三极管(T0)和绝缘栅型场效应管(D0)，双极型三极管(T0)与绝缘栅型场效应管(D0)并联。
8.如权利要求6所述的电动汽车用辅助动力控制器，其特征在于，控制模块(15)具有双CPU。
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