CN104626995B - 电动汽车高压放电系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电动汽车高压放电系统，其包括电机、逆变器、高压电池、高压继电器、高压电容、高压放电电阻、控制器；逆变器直流端通过高压继电器与高压电池相连，交流端与电机的三相交流电端口相连；高压电容同高压放电电阻并联在逆变器的两直流端之间；控制器接收到主动放电请求信号后，控制逆变器对高压电容主动放电；主动放电诊断计时开始，开始后第一时间以内，如果高压电容两端的电压小于等于安全放电阀值电压，则逆变器停止主动放电；开始经过第一时间之后，如果高压电容两端的电压大于安全放电阀值电压，则逆变器停止主动放电并输出逆变器的主动放电超时故障信号。本发明的电动汽车高压放电系统,高压放电安全可靠。
Description
技术领域
本发明涉及新能源汽车技术，特别涉及一种电动汽车高压放电系统。
背景技术
在电动(纯电动或混合动力)汽车中，电驱动系统主要由驱动电机、逆变器和高压电池组成。与传统汽车不同，此类汽车的动力传动系统中，运用电机作为动力驱动部件之一，将电能转化为机械能以驱动车辆。由于驱动整车的功率需求，以及电机和逆变器所能通过的电流能力有一定限制，高压电池作为该系统中的电能储能元器件，其电压等级通常较高，远远高于人所能承受的安全电压36V，通常在几百伏特以上。
若电驱动系统需要停止工作，则逆变器直流输入端连接高压电池的继电器会断开，此时由于连接在逆变器直流端间的高压电容会存储一定电量，为防止对人身造成伤害，需要将其中的电量释放。在有放电要求时，在连接高压电池的继电器断开之后，高压放电系统需要快速将高压电容中的电荷释放，法规GB/T 18488.1-2006中要求主动放电时间不应超过5s，被动放电时间不应超过120s。
现有方案，是运用DC/DC直流电压变换器作为主动放电的执行装置，运用放电电阻作为被动放电的执行装置。DC/DC直流电压变换器，在连接高压电池的继电器断开时，可将高压电容中的电荷释放到低压蓄电池中，达到放电效果。但由于主动放电仅依靠DC/DC直流电压变换器，途径单一，一旦DC/DC直流电压变换器的放电能力不足，甚至发生故障而失效时，缺乏其它快速有效的主动放电手段，没有有效利用逆变器的潜在放电能力。
而且，目前的DC/DC直流电压变换器，功能较为简单，缺乏自我故障诊断机制，而在整车放电方面，更加缺乏一种对整车高压放电系统有效的保护和诊断方法，没有一个能够协调各放电装置的控制器，在主动放电时对各放电设备进行协调控制，使高压放电更加安全可靠。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种电动汽车高压放电系统,高压放电更加安全可靠。
为解决上述技术问题，本发明提供的电动汽车高压放电系统，其包括电机、逆变器、高压电池、高压继电器、高压电容、高压放电电阻、控制器。
所述逆变器，直流端通过所述高压继电器与所述高压电池相连，交流端与所述电机的三相交流电端口相连；
所述高压电容同所述高压放电电阻，并联在所述逆变器的两直流端之间；
所述控制器，接收到主动放电请求信号后，主动放电诊断计时开始，并控制所述逆变器对高压电容主动放电；
主动放电诊断计时开始后第一时间以内，如果所述高压电容两端的电压小于等于安全放电阀值电压，则控制所述逆变器停止主动放电；
主动放电诊断计时开始经过第一时间之后，如果所述高压电容两端的电压大于安全放电阀值电压，则控制所述逆变器停止主动放电，并输出逆变器的主动放电超时故障信号。
较佳的，所述逆变器,为三相桥式逆变电路，由三个桥臂并联组成，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；
所述控制器，通过控制逆变器进行交替等周期的上桥臂短路和下桥臂短路，对高压电容主动放电；
所述控制器，通过控制所述逆变器的各功率开关器件关断，使所述逆变器停止主动放电。
较佳的，电动汽车高压放电系统还包括直流电压变换器、低压电池；
所述直流电压变换器，两高压端与所述逆变器的两直流端相连，两低压端分别同低压电池两端相连；
所述控制器，接收到正常主动放电请求信号后，主动放电诊断计时开始，并控制所述直流电压变换器及逆变器对高压电容主动放电，控制过程包括以下步骤：
一.首先判断直流电压变换器是否有设定故障，如果直流变压器无设定故障，则进行步骤二，否则进行步骤七；
二.控制所述直流电压变换器开启进入降压式变换，直流电压变换器开始对高压电容主动放电；
三.主动放电诊断计时开始经过第二时间后，第二时间小于第一时间，如果所述高压电容两端的电压大于安全放电阀值电压，且高压电容放电电流小于设定电流，则输出直流变压器放电能力不足故障信息并进行步骤七，否则进行步骤四；
四.主动放电诊断计时开始经过第一时间后，如果所述高压电容两端的电压大于安全放电阀值电压，则进行步骤五，否则进行步骤六；
五.输出直流电压变换器放电超时故障信息；
六.直流电压变换器主动放电结束，进行步骤九；
七.控制逆变器对高压电容主动放电；
主动放电诊断计时开始后第一时间以内，如果所述高压电容两端的电压小于等于安全放电阀值电压，则控制所述逆变器停止主动放电；
主动放电诊断计时开始经过第一时间之后，如果所述高压电容两端的电压大于安全放电阀值电压，则控制所述逆变器停止主动放电，并输出逆变器主动放电超时故障信号；
八.逆变器主动放电结束，进行步骤九；
九.结束。
较佳的，所述控制器，接收到紧急主动放电请求信号后，主动放电诊断计时开始，并控制所述直流电压变换器及逆变器对高压电容主动放电；控制过程包括以下步骤：
(一).立即控制所述逆变器的下桥臂短路，并判断直流电压变换器是否有设定故障，如果直流变压器无设定故障，则进行步骤(二)，否则进行步骤(七)；
(二).控制所述直流电压变换器开启进入降压式变换，直流电压变换器开始对高压电容主动放电；
(三).主动放电诊断计时开始经过第二时间后，进入步骤(四)及步骤(七)；
(四).主动放电诊断计时开始经过第一时间后，如果所述高压电容两端的电压大于安全放电阀值电压，则进行步骤(五)，否则进行步骤(六)；
(五).输出直流电压变换器放电超时故障信息；
(六).直流电压变换器主动放电结束，进行步骤(九)；
(七).控制逆变器对高压电容主动放电；
主动放电诊断计时开始后第一时间以内，如果所述高压电容两端的电压小于等于安全放电阀值电压，则控制所述逆变器停止主动放电；
主动放电诊断计时开始经过第一时间之后，如果所述高压电容两端的电压大于安全放电阀值电压，则控制所述逆变器停止主动放电，并输出逆变器主动放电超时故障信号；
(八).逆变器主动放电结束，进行步骤(九)；
(九).结束。
较佳的，所述控制器，如果电机转速大于放电安全转速，或者逆变器温度大于放电安全温度，或者逆变器的任一功率开关器件存在短路故障，则控制所述逆变器停止主动放电。
本发明的电动汽车高压放电系统，引入了逆变器的放电控制，在系统中不具备DC/DC直流电压变换器，或DC/DC直流电压变换器出现故障而无法正常完成放电操作时，能通过逆变器进行主动放电，并能对逆变器主动放电超给出相应诊断信号，高压放电更加安全可靠。
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是本发明的电动汽车高压放电系统不具备直流电压变换器的实施例示意图；
图2是典型的电机逆变器示意图；
图3是本发明的电动汽车高压放电系统具备直流电压变换器的实施例示意图；
图4是本发明的电动汽车高压放电系统一实施例正常主动放电工况下控制器控制过程示意图；
图5是本发明的电动汽车高压放电系统一实施例紧急主动放电工况下控制器控制过程示意图。
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
电动(纯电动或混合动力)汽车高压放电系统，如图1所示，包括电机、逆变器、高压电池、高压继电器、高压电容、高压放电电阻、控制器。
所述电机，其机械输出轴与电动(纯电动或混合动力)汽车的传动系统相连，为电动(纯电动或混合动力)汽车输出扭矩，当电机被电动(纯电动或混合动力)汽车的传动系统高速拖动时，也反过来在其三相交流电端口生成三相交流电；
所述高压电池，额定电压大于200V，作为电机的驱动电源；
所述逆变器，直流端通过所述高压继电器与所述高压电池相连，交流端与所述电机的三相交流电端口相连，所述逆变器用于驱动电机的机械输出轴输出扭矩，以及反馈电机的制动能量；
所述高压电容，用于支撑高压电池的电压输出波动；
所述高压放电电阻，用于将高压电容中电荷损耗为电阻发出的热能；
所述高压电容同所述高压放电电阻，并联在所述逆变器的两直流端之间；
所述控制器，接收到主动放电请求信号后，主动放电诊断计时开始，并控制所述逆变器对高压电容主动放电；
在主动放电诊断计时开始第一时间以内，如果所述高压电容两端的电压小于等于安全放电阀值电压，则控制所述逆变器停止主动放电；
在主动放电诊断计时开始第一时间之后，如果所述高压电容两端的电压大于安全放电阀值电压，则控制所述逆变器停止主动放电，并输出逆变器的主动放电超时故障信号。
较佳的，所述安全放电阀值电压为36V。
较佳的，第一时间为5秒。
较佳的，所述电机为永磁同步电机。
较佳的，逆变器如图2所示,为三相桥式逆变电路，由三个桥臂并联组成，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可以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；
所述控制器，可以通过控制逆变器进行交替等周期的上桥臂短路和下桥臂短路，对高压电容主动放电，逆变器三相的上桥臂同时闭合或下桥臂同时闭合，在电机静止时，可近似认为电机中的三相续电流为零，没有电流流过。由于功率开关器件中的寄生电容特性，在上桥臂短路时，高压电容中的一部分电势被施加在了上桥臂功率开关器件S1、S3、S5上，之后相继上桥臂断开，下桥臂短路，下桥臂的功率开关器件S2、S4、S6将桥臂中性点上的电势释放到高压电容负极侧，这样不断周而复始，高压电容中的能量，就能够逐渐在功率开关器件中消耗掉。并且，采用交替等周期的上桥臂短路控制和下桥臂短路控制，使逆变器传输到电机三相交流电端口的等效电压为零，可以达到无功率输出的电机控制效果。
所述控制器，可以通过控制所述逆变器的各功率开关器件关断，使所述逆变器停止主动放电。
可以有多个控制器、多个逆变器、多个电机，一套控制器和逆变器控制一台电机，控制器通过控制逆变器达到驱动电机和高压放电的效果，控制器和逆变器的个数视电驱动系统中对电机的个数需求而定。
实施例一的电动汽车高压放电系统，当控制器接收到主动放电请求信号时，主动放电诊断计时开始并控制逆变器开始主动放电，在主动放电诊断计时开始经过第一时间之后，判断高压电容两端的电压是否大于安全放电阀值电压，如果大于安全放电阀值电压，则控制所述逆变器停止主动放电，并输出逆变器的主动放电超时故障信号。
实施例一的电动汽车高压放电系统，引入了逆变器的放电控制，在系统中不具备DC/DC直流电压变换器，或DC/DC直流电压变换器出现故障而无法正常完成放电操作时，能通过逆变器进行主动放电，并能对逆变器主动放电超给出相应诊断信号。
实施例二
基于实施例一的电动汽车高压放电系统，所述控制器，如果电机转速大于放电安全转速，或者逆变器温度大于放电安全温度，或者逆变器的任一功率开关器件存在短路故障，则控制所述逆变器停止主动放电。
逆变器放电的前提条件，是电机三相续电流近似为零，若电机转速较大，其产生的反电动势在逆变器进行交替等周期的上桥臂短路和下桥臂短路时，反而会对高压电容产生充电效果，延长主动放电时间，所以所述逆变器对高压电容的主动放电时，要保证电机转速不大于放电安全转速。
逆变器放电，是利用其中功率开关器件的损耗，将电能以热能形式消耗，由于功率开关器件具有很小的热容，长时间进行放电会造成逆变器温度不断升高，从而造成逆变器的元器件损坏，所以所述逆变器对高压电容主动放电时，要保证逆变器温度不大于放电安全温度。
逆变器功率开关器件若发生短路故障，则逆变器功率开关器件不可控，强行进行放电控制可能导致上下桥臂的功率开关器件直通，损坏逆变器的元器件，所以所述逆变器对高压电容的主动放电时，要保逆变器功率开关器件没有发生短路故障。可以利用功率开关器件的导通压降是否小于设定阀值，检测所述逆变器的各功率开关器件是否存在短路故障。
实施例二的电动汽车高压放电系统，控制器在控制逆变器主动放电前和主动放电进行中，都会持续检查电机转速、逆变器温度是否满足条件，检测逆变器的功率开关器件是否不存在短路故障，若三者任何一项不满足则停止逆变器主动放电，避免放电操作造成逆变器的功率开关器件及其他可能的元器件损坏，达到逆变器自身保护的效果。
实施例三
基于实施例二的电动汽车高压放电系统，如图3所示，电动汽车高压放电系统还包括直流电压变换器、低压电池；
所述直流电压变换器，两高压端与所述逆变器的两直流端相连，两低压端分别同低压电池两端相连；直流电压变换器用于将高压端电能通过降压输送到低压电池中；
所述控制器，接收到正常主动放电请求信号后，主动放电诊断计时开始，并控制所述直流电压变换器及逆变器对高压电容主动放电；控制过程如图4所示，包括以下步骤：
一.首先判断直流电压变换器是否有设定故障，如果直流变压器无设定故障，则进行步骤二，否则进行步骤七；
二.控制所述直流电压变换器开启进入降压式变换(Buck)，直流电压变换器开始对高压电容主动放电；
三.主动放电诊断计时开始经过第二时间T2后，第二时间T2小于第一时间T1，如果所述高压电容两端的电压Udc大于安全放电阀值电压Ur，且高压电容放电电流Idc小于设定电流Ir，则输出直流变压器放电能力不足故障信息并进行步骤七，否则进行步骤四；
四.主动放电诊断计时开始经过第一时间T1后，如果所述高压电容两端的电压大于安全放电阀值电压，则进行步骤五，否则进行步骤六
五.输出直流电压变换器放电超时故障信息；
六.直流电压变换器主动放电结束，进行步骤九；
七.控制逆变器对高压电容主动放电；
主动放电诊断计时开始后第一时间T1以内，如果所述高压电容两端的电压小于等于安全放电阀值电压，则控制所述逆变器停止主动放电；
主动放电诊断计时开始经过第一时间T1之后，如果所述高压电容两端的电压大于安全放电阀值电压，则控制所述逆变器停止主动放电，并输出逆变器主动放电超时故障信号；
八.逆变器主动放电结束，进行步骤九；
九.结束。
所述控制器，接收到紧急主动放电请求信号后，主动放电诊断计时开始，并控制所述直流电压变换器及逆变器对高压电容主动放电；控制过程如图5所示，包括以下步骤：
(一).立即控制所述逆变器的下桥臂短路(将逆变器控制为安全模式，使电机停止功率输出并减速)，并判断直流电压变换器是否有设定故障，如果直流变压器无设定故障，则进行步骤(二)，
(二).控制所述直流电压变换器开启进入降压式变换(Buck)，直流电压变换器开始对高压电容主动放电；
(三).主动放电诊断计时开始经过第二时间之后，进入步骤(四)及步骤(七)；
(四).主动放电诊断计时开始，经过第一时间后，如果所述高压电容两端的电压大于安全放电阀值电压，则进行步骤(五)，否则进行步骤(六)；
(五).输出直流电压变换器放电超时故障信息；
(六).直流电压变换器主动放电结束，进行步骤(九)；
(七).控制逆变器对高压电容主动放电；
主动放电诊断计时开始后第一时间以内，如果所述高压电容两端的电压小于等于安全放电阀值电压，则控制所述逆变器停止主动放电；
主动放电诊断计时开始经过第一时间之后，如果所述高压电容两端的电压大于安全放电阀值电压，则控制所述逆变器停止主动放电，并输出逆变器主动放电超时故障信号；
(八).逆变器主动放电结束，进行步骤(九)；
(九).结束。
较佳的，所述低压电池，额定电压小于30V，例如为12V、24V等，用于为电动汽车的低压设备供电。
较佳的，第二时间为2秒。
若放电超时，直流电压变换器和逆变器均停止主动放电后，高压放电电阻则能够继续进行被动放电，直至将高压电容中电荷释放掉。
实施例三的电动汽车高压放电系统，区分正常停车(正常停车时，连接高压电池的继电器断开)和紧急处理(由于车辆发生某些严重故障，需要紧急将连接高压电池的继电器断开)两种不同的放电工况，通过控制器对逆变器和直流电压变换器的协同控制进行主动放电。在频次较高的正常停车情况下，逆变器放电仅在直流电压变换器发生故障或放电速度不够快速的情况下启动，能够在保证主动放电效果的前提下，尽量减少逆变器放电次数，提高逆变器使用寿命，并且实现了直流电压变换器、逆变器主动放电过程中的各自的诊断。而在频次偶发的紧急处理情况下，逆变器放电作为直流电压变换器这一放电方式的补充，实现更快的放电速度。
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 (6)
1.一种电动汽车高压放电系统，其特征在于，包括电机、逆变器、高压电池、高压继电器、高压电容、高压放电电阻、控制器；
所述逆变器，直流端通过所述高压继电器与所述高压电池相连，交流端与所述电机的三相交流电端口相连；
所述高压电容同所述高压放电电阻，并联在所述逆变器的两直流端之间；
所述控制器，接收到主动放电请求信号后，主动放电诊断计时开始，并控制所述逆变器对高压电容主动放电；
主动放电诊断计时开始后第一时间以内，如果所述高压电容两端的电压小于等于安全放电阀值电压，则控制所述逆变器停止主动放电；
主动放电诊断计时开始经过第一时间之后，如果所述高压电容两端的电压大于安全放电阀值电压，则控制所述逆变器停止主动放电，并输出逆变器的主动放电超时故障信号。
2.根据权利要求1所述的电动汽车高压放电系统，其特征在于，
所述逆变器,为三相桥式逆变电路，由三个桥臂并联组成，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；
所述控制器，通过控制逆变器进行交替等周期的上桥臂短路和下桥臂短路，对高压电容主动放电；
所述控制器，通过控制所述逆变器的各功率开关器件关断，使所述逆变器停止主动放电。
3.根据权利要求2所述的电动汽车高压放电系统，其特征在于，
电动汽车高压放电系统还包括直流电压变换器、低压电池；
所述直流电压变换器，两高压端与所述逆变器的两直流端相连，两低压端分别同低压电池两端相连；
所述控制器，接收到正常主动放电请求信号后，主动放电诊断计时开始，并控制所述直流电压变换器及逆变器对高压电容主动放电，控制过程包括以下步骤：
一.首先判断直流电压变换器是否有设定故障，如果直流变压器无设定故障，则进行步骤二，否则进行步骤七；
二.控制所述直流电压变换器开启进入降压式变换，直流电压变换器开始对高压电容主动放电；
三.主动放电诊断计时开始经过第二时间后，第二时间小于第一时间，如果所述高压电容两端的电压大于安全放电阀值电压，且高压电容放电电流小于设定电流，则输出直流变压器放电能力不足故障信息并进行步骤七，否则进行步骤四；
四.主动放电诊断计时开始经过第一时间后，如果所述高压电容两端的电压大于安全放电阀值电压，则进行步骤五，否则进行步骤六；
五.输出直流电压变换器放电超时故障信息；
六.直流电压变换器主动放电结束，进行步骤九；
七.控制逆变器对高压电容主动放电；
主动放电诊断计时开始后第一时间以内，如果所述高压电容两端的电压小于等于安全放电阀值电压，则控制所述逆变器停止主动放电；
主动放电诊断计时开始经过第一时间之后，如果所述高压电容两端的电压大于安全放电阀值电压，则控制所述逆变器停止主动放电，并输出逆变器主动放电超时故障信号；
八.逆变器主动放电结束，进行步骤九；
九.结束。
4.根据权利要求3所述的电动汽车高压放电系统，其特征在于，
所述控制器，接收到紧急主动放电请求信号后，主动放电诊断计时开始，并控制所述直流电压变换器及逆变器对高压电容主动放电；控制过程包括以下步骤：
(一).立即控制所述逆变器的下桥臂短路，并判断直流电压变换器是否有设定故障，如果直流变压器无设定故障，则进行步骤(二)，否则进行步骤(七)；
(二).控制所述直流电压变换器开启进入降压式变换，直流电压变换器开始对高压电容主动放电；
(三).主动放电诊断计时开始经过第二时间后，进入步骤(四)及步骤(七)；
(四).主动放电诊断计时开始经过第一时间后，第二时间小于第一时间，如果所述高压电容两端的电压大于安全放电阀值电压，则进行步骤(五)，否则进行步骤(六)；
(五).输出直流电压变换器放电超时故障信息；
(六).直流电压变换器主动放电结束，进行步骤(九)；
(七).控制逆变器对高压电容主动放电；
主动放电诊断计时开始后第一时间以内，如果所述高压电容两端的电压小于等于安全放电阀值电压，则控制所述逆变器停止主动放电；
主动放电诊断计时开始经过第一时间之后，如果所述高压电容两端的电压大于安全放电阀值电压，则控制所述逆变器停止主动放电，并输出逆变器主动放电超时故障信号；
(八).逆变器主动放电结束，进行步骤(九)；
(九).结束。
5.根据权利要求4所述的电动汽车高压放电系统，其特征在于，
所述高压电池，额定电压大于200V；
所述低压电池，额定电压小于30V；
所述安全放电阀值电压，为36V；
第一时间，为5秒；
第二时间，为2秒；
所述电机，为永磁同步电机。
6.根据权利要求1到5任一项所述的电动汽车高压放电系统，其特征在于，
所述控制器，如果电机转速大于放电安全转速，或者逆变器温度大于放电安全温度，或者逆变器的任一功率开关器件存在短路故障，则控制所述逆变器停止主动放电。
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