CN104600761B - 逆变器电容预充电的控制方法及具有其的汽车 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种逆变器电容预充电的控制方法。预充电电路包括：逆变器电容、电池包、第一继电器、第二继电器和预充电电阻,其中，预充电电阻与第二继电器并联之后与逆变器电容、电池包、第一继电器串联形成回路。该控制方法为：首先比较电池包电压的大小。当电压较小时进闭合第一继电器以进行预充电，结束预充电后闭合第二继电器，进入正常工作状态。当电压较大时相继闭合第二继电器和第一继电器，直接进入正常工作状态。当电压过大时发出逆变器电容过压警报，禁止闭合第一继电器或第二继电器。本发明的逆变器电容预充电的控制方法具有简单易行，安全可靠的优点。本发明还公开了一种具有逆变器电容预充电的控制方法的汽车。

Description

逆变器电容预充电的控制方法及具有其的汽车

技术领域

本发明属于汽车电子领域，具体涉及一种逆变器电容预充电的控制方法及具有其的汽车。

背景技术

在电动汽车或混合动力汽车中，电池包与逆变器之间通过高压继电器相连。当高压继电器闭合时，电池包与逆变器连通，电池包给与逆变器配合的大电容（简称逆变器电容）充电。由于初始状态下大电容两端电压为零，使得继电器闭合瞬间电流过大，可能达到几百安培甚至上千安培。如此高的电流一方面增加了继电器接触时的拉弧，影响继电器寿命，另一方面也极易造成逆变器电容的损坏。

发明内容

本发明旨在解决现有技术中存在的继电器寿命缩短和逆变器电容受损的技术问题。为此，本发明的一个目的在于提出一种逆变器电容预充电的控制方法。本发明的另一目的在于提出一种具有上述逆变器电容预充电的控制方法的汽车。

为了实现上述目的，根据本发明一个方面的实施例的逆变器电容预充电的控制方法，所述逆变器电容的预充电电路包括：所述逆变器电容、电池包、第一继电器、第二继电器，和预充电电阻，其中，所述预充电电阻与所述第二继电器并联之后与逆变器电容、电池包、第一继电器串联形成回路，该控制方法包括以下步骤：A.比较所述电池包的电压Ubat和所述逆变器电容的电压Uinv的大小，当Uinv＜k1*Ubat时进入步骤B，当k1*Ubat≤Uinv≤k2*Ubat时进入步骤C，当Uinv＞k2*Ubat时进入步骤D，其中k1和k2分别为第一比例系数和第二比例系数，0＜k1＜1＜k2；B.闭合所述第一继电器以对所述逆变器电容进行预充电，结束所述预充电后闭合所述第二继电器，随后所述逆变器电容进入正常工作状态；C.相继闭合所述第二继电器和所述第一继电器，随后所述逆变器电容直接进入正常工作状态；以及D.发出逆变器电容过压警报，禁止闭合所述第一继电器或第二继电器。

根据本发明实施例的逆变器电容预充电的控制方法在电池包与逆变器连接之前引入预充电过程，并且针对逆变器电容电压初始状态所有可能的情况，采用不同的操作，减少了对继电器和电池包的伤害，具有简便易行，安全可靠的优点。

另外，根据本发明实施例的逆变器电容预充电的控制方法可以具有如下附加技术特征：

在本发明的一个实施例中，所述步骤B具体包括：B1.判断所述预充电电阻的温度是否小于电阻温度阈值，如果小于则允许进行所述预充电，当大于或等于则发出超温警报并且不允许进行所述预充电；B2.闭合所述第一继电器以对所述逆变器电容进行所述预充电，B3.等待所述逆变器电容的电压逐渐升高，直至满足预充电完成条件；以及B4.闭合所述第二继电器,所述逆变器电容进入正常工作状态。

在本发明的一个实施例中，t时刻所述预充电电阻的温度temp_Rpre_t为：

其中temp_Rpre_0为所述预充电电阻的初始温度，所述A为电阻发热系数，所述Iact为所述预充电时所述预充电电阻中的电流，t-start为预充电开始的时刻，t-end为预充电结束的时刻，所述为进行预充电的电流对时间的积分，所述B为电阻降温系数，所述Δt₁为不进行预充电的时间长度。

在本发明的一个实施例中，所述预充电完成条件为：所述逆变器电容的电压Uact达到预充电电压阈值并且所述预充电电阻中的电流Iact小于预充电电流阈值。

在本发明的一个实施例中，所述预充电电压阈值为k3*Ubat，其中k3为第三比例系数。

在本发明的一个实施例中，第三比例系数k3等于第一比例系数k1。

根据本发明另一方面的实施例的汽车，该汽车具有逆变器电容预充电的控制方法。

根据本发明实施例的汽车，具有预充电过程简便易行、安全可靠、电池包使用寿命长的优点。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是本发明实施例的逆变器电容预充电电路的示意图；和

图2是本发明实施例的逆变器电容预充电的控制方法的流程示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

根据背景技术可知，电池包与逆变器连接前必须经过预充电过程来避免主回路电流过大。电池包的预充电电路大同小异，都是通过在回路中加入预充电电阻以减小电流，当预充电完成后旁路预充电电阻使电池包与逆变器电容直接相连。

下面结合图1和图2介绍本发明第一方面实施例的基于变器电容的预充电电路的逆变器电容预充电的控制方法。

如图1所示，本发明实施例的逆变器电容的预充电电路包括：逆变器电容Inv、电池包Bat、第一继电器Ctc1、第二继电器Ctc2和预充电电阻Rpre。其中，预充电电阻Rpre与第二继电器Ctc2并联之后与逆变器电容Inv、电池包Bat、第一继电器Ctc1串联形成回路。需要说明的是，逆变器的负载部分与逆变器电容Inv之间的关系为本领域公知，图中并未示出。对于该预充电电路，当闭合第一继电器Ctc1时，电池包Bat通过预充电电阻Rpre为逆变器电容Inv充电。预充电完成后，再闭合继电器Ctc2，此时预充电电阻Rpre被旁路，逆变器电容Inv进入正常工作状态。电池包Bat两端的电压记为Ubat。逆变器电容Inv两端的电压记为Uinv，Uinv也可视为负载电压。流经预充电电阻的电流记为Iact，Iact也可视为主电路电流。

如图2所示，根据本发明实施例的逆变器电容预充电的控制方法可以包括以下步骤：

A.比较电池包Bat的电压Ubat和逆变器Inv电容的电压Uinv的大小。当Uinv＜k1*Ubat时进入步骤B；当k1*Ubat≤Uinv≤k2*Ubat时进入步骤C；当Uinv＞k2*Ubat时进入步骤D。其中k1和k2分别为第一比例系数和第二比例系数，0＜k1＜1＜k2。在本发明的一个实施例中k1=95%，k2=120%。

B.此时逆变器电容Inv的初始电压较低（例如Uinv<95%Ubat），需要进行预充电。闭合第一继电器Ctc1以对逆变器电容Inv进行预充电，结束预充电后闭合第二继电器Ctc2，随后逆变器电容Inv进入正常工作状态。

C.此时逆变器电容Inv的初始电压较高（例如95%Ubat≤Uinv≤120%Ubat），已经满足预充电完成的条件，无需再经过预充电过程。相继闭合第二继电器Ctc2和第一继电器Ctc1，随后逆变器电容Inv直接进入正常工作状态。

D.此时逆变器电容Inv的初始电压过高（例如Uinv＞120%Ubat），如果闭合继电器会使倒充充入电池包bat的电流过大从而对电池包bat造成损害。发出逆变器电容Inv过压警报，禁止闭合第一继电器Ctc1或第二继电器Ctc2。等待逆变器电容Inv的电压降至k2*Ubat以下时，再执行下一步操作。

本实施例的逆变器电容预充电的控制方法在电池包与逆变器连接之前引入预充电过程，并且针对逆变器电容电压初始状态所有可能的情况，采用不同的操作，减少了对继电器和电池包的伤害，具有简便易行，安全可靠的优点。

在本发明的一个实施例中，步骤B具体可以包括：

B1.判断预充电电阻Rpre的温度temp_Rpre是否小于电阻温度阈值temp_Rpre_P，如果小于则允许进行预充电，当大于或等于则发出超温警报并且不允许进行预充电。

B2.闭合第一继电器Ctc1以对逆变器电容Inv进行预充电。

B3.等待逆变器电容Inv的电压逐渐升高，直至满足预充电完成条件。

B4.闭合第二继电器Ctc2,逆变器电容Inv进入正常工作状态。

申请人发现，预充电电阻的损坏是电池系统失效的主要原因之一。因此本实施例在预充电过程中提出了预充电电阻温度的约束条件，有效的保护了预充电电阻，延长了寿命。

在本发明的一个实施例中，t时刻预充电电阻的温度temp_Rpre_t为：

其中temp_Rpre_0为预充电电阻Rpre的初始温度，A为电阻发热系数，Iact为预充电时预充电电阻Rpre中的电流，t-start为预充电开始的时刻，t-end为预充电结束的时刻，为进行预充电的电流对时间的积分，B为电阻降温系数，Δt₁为不进行预充电的时间长度。

预充电电阻的温度通常不便于直接用温度传感器测量，申请人提出一种预充电电阻温度的预测算法：在初始温度的基础上，加上预充电阶段电流通过发热升温的温度，再减去非预充电阶段电阻自然冷却降低的温度。该算法避免的实时测温的困难，算出的温度值的准确度也较高。

为使本领域技术人员更好地理解本发明，下面举一具体实施例。

在某一电池系统中，电阻发热系数A取值1，电阻降温系数B取值2，电阻温度阈值temp_Rpre_P取值100，预充电电阻初始温度temp_Rpre_0取值0，经过如下过程：

1）进入预充电状态，预充电电流为10A，时间为0.5S，此时 temp_Rpre_t小于temp_Rpre_P，不报警。

2）退出预充电状态，时间为10S，此时temp_Rpre_t=50-2×10=30，小于temp_Rpre_P，不报警。

3）再次进入预充电状态，预充电电流为15A，预充电时间为0.4S，此时，大于temp_Rpre_P，系统报出预充电电阻温度过高错误，并且禁止预充电操作。

4）暂停预充电过程，等待时间20S，此时temp_Rpre=120-20×2=80，小于temp_Rpre_P，当再次预充电命令时，允许进入预充电状态。

在本发明的一个实施例中，预充电完成条件为：逆变器电容Inv的电压Uact达到预充电电压阈值并且预充电电阻中的电流Iact小于预充电电流阈值。

目前，针对预充电完成的判断大概分为两类：电流判断法：通过判断主回路的电流小于某一设定值（如0.3A），当检测到主回路电流小于此设定值时，认为预充电过程已经完成。电压判断法：通过判断逆变器电容Inv的电压大于某一设定值（如300V），当检测到负载电压大于此设定值时，认为预充电已经完成。本实施例采用电流判断与电压判断相结合的方法，具有全面可靠的优点。

在本发明的一个实施例中，预充电电压阈值为k3*Ubat，其中k3为第三比例系数。

目前在使用电压法判断预充电是否完成时，一般根据电池包的额定电压来确定预充电完成所需达到的截止电压。但是这种方法对于像锂电池这种端电压波动较大的电池存在一定的问题。比如某种锂电池单体的额定电压为3.7V，但由于电池剩余电量的不同电池端电压会在2.8V至4.2V的区间内波动。如果一个100串的电池包其额定电压为370V，但实际的端电压会在280V至420V的区间内波动。如果某一时刻电池包的端电压为280V，则负载电压经过预充电不可能达到300V，导致预充电无法完成。唯一的方法是降低预充电截止电压，如将预充电完成的截止电压设为250V，但是这会导致预充电不足，从而对继电器触点和逆变器电容Inv造成损害。而当电池包的端电压为420V时，如果依然选用300V作为预充电过程结束的截止电压，同样会导致预充电不足，从而对继电器触点和逆变器电容Inv造成损害。本发明针对此问题，将电池包当前端电压乘以一个比例系数k3作为预充电完成的截止电压，这种动态的截止电压值能够很好的适应电池处在不同端电压时的情况。

在本发明的一个实施例中，第三比例系数k3等于第一比例系数k1。k3=k1的条件下，预充电控制方法前面的“根据第一比例系数k1判定是否需要进行预充电”步骤与后面的“根据第三比例系数k3判定是否预充电完成”步骤二者能够统一起来。

本发明第二方面实施例提出一种汽车，该汽车可以具有上述任一项的逆变器电容预充电的控制方法。该汽车类似地具有预充电过程简便易行、安全可靠、电池包使用寿命长的优点。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (5)

1.一种逆变器电容预充电的控制方法，其特征在于，所述逆变器电容的预充电电路包括：所述逆变器电容、电池包、第一继电器、第二继电器，和预充电电阻，其中，所述预充电电阻与所述第二继电器并联之后与所述逆变器电容、所述电池包、所述第一继电器串联形成回路，所述控制方法包括以下步骤：

A.比较所述电池包的电压Ubat和所述逆变器电容的电压Uinv的大小，当Uinv＜k1*Ubat时进入步骤B，当k1*Ubat≤Uinv≤k2*Ubat时进入步骤C，当Uinv＞k2*Ubat时进入步骤D，其中k1和k2分别为第一比例系数和第二比例系数，0＜k1＜1＜k2；

B.闭合所述第一继电器以对所述逆变器电容进行预充电，结束所述预充电后闭合所述第二继电器，随后所述逆变器电容进入正常工作状态，具体包括：

B1.判断所述预充电电阻的温度是否小于电阻温度阈值，如果小于则允许进行所述预充电，当大于或等于则发出超温警报并且不允许进行所述预充电，其中，t时刻所述预充电电阻的温度temp_Rpre_t为：

$temp\_Rpre\_t=temp\_Rpre\_0+A*{\&Integral;}_{t-start}^{t-end}{\mathrm{Iact}}^{2}dt-B*{\mathrm{\&Delta;t}}_1,$

其中temp_Rpre_0为所述预充电电阻的初始温度，所述A为电阻发热系数，所述Iact为所述预充电时所述预充电电阻中的电流，t-start为预充电开始的时刻，t-end为预充电结束的时刻，所述为进行预充电的电流对时间的积分，所述B为电阻降温系数，所述Δt₁为不进行预充电的时间长度；

B2.闭合所述第一继电器以对所述逆变器电容进行所述预充电；

B3.等待所述逆变器电容的电压逐渐升高，直至满足预充电完成条件；

B4.闭合所述第二继电器,所述逆变器电容进入正常工作状态；

C.相继闭合所述第二继电器和所述第一继电器，随后所述逆变器电容直接进入正常工作状态；以及

D.发出逆变器电容过压警报，禁止闭合所述第一继电器或第二继电器。

2.根据权利要求1所述的逆变器电容预充电的控制方法，其特征在于，所述预充电完成条件为：所述逆变器电容的电压Uact达到预充电电压阈值并且所述预充电电阻中的电流Iact小于预充电电流阈值。

3.根据权利要求2所述的逆变器电容预充电的控制方法，其特征在于，所述预充电电压阈值为k3*Ubat，其中k3为第三比例系数。

4.根据权利要求3所述的逆变器电容预充电的控制方法，其特征在于，第三比例系数k3等于第一比例系数k1。

5.一种具有逆变器电容预充电的控制方法的汽车，其特征在于，所述汽车具有权利要求1-4中任一项所述的逆变器电容预充电的控制方法。