CN104827986A - 混合动力汽车及其高压电路的切换保护装置 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种混合动力汽车及其高压电路的切换保护装置，其中该装置包括：储能模块，其一端通过正极继电器与高压电路中的动力电池的正极端相连；放电模块，其一端与储能模块的另一端相连，放电模块的另一端通过负极继电器与动力电池的负极端相连，并且，放电模块的另一端和储能模块的一端对应连接到负载设备的两端，放电模块用于对储能模块进行放电；以及延时开关，其并联在放电模块的两端；当高压电路出现异常断电时，延时开关保持闭合以使储能模块给负载设备供电。本发明实施例的装置杜绝了由于突发故障造成的动力源瞬间中断而导致驾驶事故发生的现象，同时设计出合理的放电电路，采用手动放电开关的方式，保证了检修人员检修车辆的安全。

Description

混合动力汽车及其高压电路的切换保护装置

技术领域

本发明涉及混合动力汽车技术领域，特别涉及一种混合动力汽车的高压电路的切换保护装置及一种混合动力汽车。

背景技术

目前，在混合动力汽车领域中，一些传统的且功率较大的部件采用的是高压驱动的方式来工作的，如制动真空泵、变速箱电磁阀、转向油泵等，均是由高压电路驱动而进行工作的。由于在混合动力及纯电动汽车里缺乏完整的高压系统故障自诊断开发技术，或者对核心驱动零部件缺乏有效的监控及数据采集，因此一些故障没有能够系统地相应处理，只是为了保护整车系统而简单粗暴地处理突发故障。例如，当出现高压电池故障或者高压线路突发故障时，系统直接切断高压，这样造成上述的一些高压部件突然中止动力源而无法正常工作，从而造成刹车及转向瞬间失灵，使得驾驶员无法操控车辆而造成不幸的事故。

发明内容

本发明的目的旨在至少解决上述的技术缺陷之一。

为此，本发明的第一个目的在于提出一种混合动力汽车的高压电路的切换保护装置，该装置杜绝了由于高压线路突发故障造成的动力源瞬间中断而导致驾驶事故发生的现象，同时设计出合理的放电电路，采用手动放电开关的方式，保证了检修人员检修车辆的安全。

本发明的第二个目的在于提出一种混合动力汽车。

为了实现上述目的，本发明第一方面实施例的混合动力汽车的高压电路的切换保护装置，包括：储能模块，所述储能模块的一端通过正极继电器与所述高压电路中的动力电池的正极端相连；放电模块，所述放电模块的一端与所述储能模块的另一端相连，所述放电模块的另一端通过负极继电器与所述动力电池的负极端相连，并且，所述放电模块的另一端和所述储能模块的一端对应连接到负载设备的两端，所述放电模块用于对所述储能模块进行放电；以及延时开关，所述延时开关并联在放电模块的两端；其中，当所述高压电路出现异常断电时，所述延时开关保持闭合以使所述储能模块给所述负载设备供电。

根据本发明实施例的混合动力汽车的高压电路的切换保护装置，当延时开关断开开关时，可通过放电模块卸载储能模块的电能，直至其电压达到安全值；当高压电路出现异常断电时，储能模块可持续放电，让后续负载设备继续工作超过一定时间，以使驾驶员将车辆行驶到安全隔离带，并能合理地制动。一方面，通过采用高效而成本低的改造方式，大大提高了车辆的安全性，增强了驾驶的舒适性；另一方面，通过采用放电卸载方式，即保证了合理的卸载放电，同时也防止了意外情形造成的电路中断而导致驾驶员安全事故的发生。

为了实现上述目的，本发明第二方面实施例的混合动力汽车，包括第一方面实施例的混合动力汽车的高压电路的切换保护装置。

根据本发明实施例的混合动力汽车，当混合动力汽车的高压电路的切换保护装置中的延时开关断开开关时，可通过放电模块卸载储能模块的电能，直至其电压达到安全值；当高压电路出现异常断电时，储能模块可持续放电，让后续负载设备继续工作超过一定时间，以使驾驶员将车辆行驶到安全隔离带，并能合理地制动。一方面，通过采用高效而成本低的改造方式，大大提高了车辆的安全性，增强了驾驶的舒适性；另一方面，通过采用放电卸载方式，即保证了合理的卸载放电，同时也防止了意外情形造成的电路中断而导致驾驶员安全事故的发生。

本发明附加的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

本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是根据本发明一个实施例的混合动力汽车的高压电路的切换保护装置的结构示意图。

附图标记说明：

10：储能模块；20：放电模块；30：延时开关；A：正极继电器；

B：动力电池；C：负极继电器；D：负载设备；E：负载设备；

高压电路的切换保护装置100。

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，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

下文的公开提供了许多不同的实施例或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本发明。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。此外，本发明提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的可应用于性和/或其他材料的使用。另外，以下描述的第一特征在第二特征之“上”的结构可以包括第一和第二特征形成为直接接触的实施例，也可以包括另外的特征形成在第一和第二特征之间的实施例，这样第一和第二特征可能不是直接接触。

在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。此外，在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

下面参考附图描述根据本发明实施例的混合动力汽车的高压电路的切换保护装置及混合动力汽车。

图1是根据本发明一个实施例的混合动力汽车的高压电路的切换保护装置的结构示意图。

如图1所示，该混合动力汽车的高压电路的切换保护装置100可以包括：储能模块10、放电模块20和延时开关30。

其中，如图1所示，储能模块10的一端通过正极继电器A与高压电路中的动力电池B的正极端相连。放电模块20的一端与储能模块10的另一端通过负极继电器C与动力电池B的负极端相连，并且，放电模块20的另一端和储能模块10的一端对应连接到负载设备D的两端，放电模块20可用于对储能模块10进行放电。其中，在本发明的一个实施例中，放电模块20可为放电电阻。

延时开关30并联在放电模块20的两端。其中，在本发明的实施例中，当高压电路出现异常断电时，延时开关30可保持闭合以使储能模块10给负载设备D供电。也就是说，当高压电路出现异常断电情形时，延时开关30可保持闭合，储能模块10持续给负载设备D供电，负载设备D可继续工作一段时间，以使驾驶员将车辆行驶到安全隔离带，并能合理地制动。

进一步地，在本发明的一个实施例中，如图1所示，正极继电器A的两端可并联有预充电继电器E。

也就是说，在原混合动力或者纯电动汽车系统里进行简单改造，其高压电路中的主要工作电路无需改动，只需在负载设备D的前端引入本发明实施例的切换保护装置100，如图1所示。采用储能模块10来储存能量，然后在混合动力汽车或者纯电动汽车下电时，用放电模块20消耗掉多余的能量。

具体地，在本发明的一个实施例中，当混合动力汽车正常上电时，且在负极继电器C和正极继电器A先后吸合后，动力电池B给储能模块10充电。

举例而言，当混合动力汽车无任何故障，即车辆能够正常上电时，负继电器C先吸合，然后在默认情况下，预充电继电器E吸合，之后动力电池B在一定时间内（如1.5s内）完成对储能模块10的充电，电压达到峰值电压的80%，例如，针对于客车车辆650-720V工作电压，储能模块10充电后的电压约为520v-576v左右。然后正极继电器A吸合，动力电池B给后部负载设备D供电，此时气泵、油泵电路等高压部件开始上电工作。在整个过程中，储能模块10两端行车与负载设备D同位的压降，但是有动力电池B联通整个线路，储能模块10不工作。

也就是说，当混合动力汽车正常起动时，储能模块10只是在上电伊始瞬间储存电能，但完全不影响电路的正常上电及放电工作。

进一步地，在本发明的一个实施例中，当混合动力汽车正常下电时，且在正极继电器A和负极继电器C先后断开后，延时开关30可保持闭合第一预设时间以通过负载设备D对储能模块10放电，并在第一预设时间之后，延时开关30可断开以使放电模块20对储能模块10进行放电，直至储能模块10的电压达到预设安全电压。也就是说，当混合动力汽车正常断电时，可按照正常的下电逻辑，正极继电器A先断开，负极继电器C后断开，然后储能模块10会继续放电，延迟第一预设时间之后，延时开关30可断开开关，通过放电模块20卸载储能模块10的电能，直至其电压达到安全值。

具体而言，当混合动力汽车正常下电时，首先动力电池B管理模块处理完数据的存储及各控制单元下电完成。此时，正极继电器A先断开，接着负极继电器C断开。延时开关30可保持闭合第一预设时间（如30s），并通过负载设备D对储能模块10进行放电，放电超过第一预设时间（如30s）后，延时开关30可断开开关，负载设备D导通，放电模块20对储能模块10进行放电以消耗掉储能模块10多余的能量，直到储能模块10的电压下降到安全值。

需要说明的是，当由于车辆故障或者线路异常，造车车辆高压线路突然中断或者动力电池B两端线路直接断掉时，此时由于非正常下电流程，所以车辆不可控。这时，造车车辆的转向油泵由于建立不了不必要的油压，无法转向，同理制动真空泵也无法工作，不能建立高的气压，车辆瞬间在高速运行时不能转向和制动刹车困难，此时延迟开关30可保持闭合，以使储能模块10开始放电对负载设备D供电，负载设备D有电流通过，使得气泵和油泵均能正常工作，在有效的第一预设时间（如30s）内，驾驶员可以将车辆减速靠边，后续负载设备D继续工作超过30s，让驾驶员将车辆行驶到安全隔离带，并能合理地制动。

还需要说明的是，在本发明的一个实施例中，储能模块10可为超级电容器组。超级电容器组也称为电化学电容器组，它具有优良的脉冲充放电性能和大容量存储性能，因其存储能量大，质量轻，可多次充放电而成为一种新型的储能装置。

应当理解，超级电容器组具有极大的电容量并可以存储很大的静电能量。就储能而言，超级电容器组的这一特性介于传统电容器与电池之间。当两个电极板间电势低于电解液的氧化还原电极电位时，电解液界面上的电荷不会脱离电解液，超级电容器组处在正常工作状态，如果电容器两端电压超过电解液的氧化还原电极电位，那么，电解液将分解，处于非正常状态。随着超级电容器组的放电，正、负极板上的电荷被外电路泄放，电解液界面上的电荷响应减少。由此可以看出超级电容器组的充放电过程始终是物理过程，没有化学反应，因此性能是稳定的，与利用化学反应的蓄电池不同。

需要说明的是，在本发明的一个实施例中，超级电容器组可由多个电容器串并联构成。下面将详细介绍如何选取电容器。

举例而言，要使超级电容器组能够具有在规定的时间内，按着一定的功率P(t)进行放电的能力，就必需使电容器能够存储与之相适应的电能E，当电容器由初始电压V，开始放电，经过时间t_ch，电压降至某一定值时，电容器释放出的电能为：

$E=-\underset{0}{\overset{\mathrm{ch}}{\∫}}C\left(u\right)\mathrm{du}\left(t\right)---\left(1\right)$

$P=-\underset{0}{\overset{\mathrm{ch}}{\∫}}P\left(t\right)\mathrm{dt}---\left(2\right)$

例如，在欧辉中度混合车辆中采用了650V-700V的工作电压，为了提供油泵和气泵工作，且工作时间大于30s，即放电30s时间内，超级电容器组两端电压也高于600V来计算。油泵和气泵工作功率约4KW，30s时间内需要的最小功率为：0.3KW.h，为了便于计算，选取恒功率放电功率为4KW，代入下面的式（3）和式（4）。

如果电容器在0-t_ch时间内，以恒定功率Pch放电，由以上式（1）和式（2）可得到如下关系：

E=-C[U²(tch)-U²(0)]/2=3CV²/8   （3）

P_cht_ch=3CV²/8   （4）

对于上面的电压值，代入公式计算，0.3=3CV²/8,C=2.2×10^-4F。如果选用3V每块的电容器，需要串联200块，单块容量在0.1F～1000F之间，即使采用最小的0.1F容量的已经远远满足车辆保障需求。由此可知，采用200块串联起来已经足够满足要求，不用再并联加大容量了。由此，选用3V单容量的超级电容是比较经济的，如果选用较大的超级电容，一方面电路设计比较困难，另一方面经济也不允许。

由于超级电容器组是由多个单体电容器通过串、并联组成的，因此需要根据超级电容器组和单体电容器的电容量以及标称电压来确定单体电容器的数量和串并联的方式。计算方法如下：

L=V_c/V_m   （5）

K=C_ccL/C_cm   （6）

其中，L表示单体电容串联数量，K表示单体电容并联数量，V_c表示超级电容器组标称电压，V_m表示单体电容标称电压，C_cc表示超级电容器组电容量，C_cm表示单体电容器电容量。

需要说明的是，由于超级电容器组尤其适合需瞬时高功率的场合，因此正好满足混合动力电动汽车的要求。

综上所述，本发明实施例的高压电路的切换保护装置至少具有以下优点：1、充电速度快，充电10秒～10分钟可达到其额定容量的95％以上；2、循环使用寿命长，深度充放电循环使用次数可达1～50万次；3、能量转换效率高，过程损失小，大电流能量循环效率≥90%；4、功率密度高，可达300W/KG～5000W/KG，相当于电池的5～10倍；5、产品原材料构成、生产、使用、储存以及拆解过程均没有污染，是理想的绿色环保电源；6、安全系数高，长期使用免维护。

根据本发明实施例的混合动力汽车的高压电路的切换保护装置，当延时开关断开开关时，可通过放电模块卸载储能模块的电能，直至其电压达到安全值；当高压电路出现异常断电时，储能模块可持续放电，让后续负载设备继续工作超过一定时间，以使驾驶员将车辆行驶到安全隔离带，并能合理地制动。一方面，通过采用高效而成本低的改造方式，大大提高了车辆的安全性，增强了驾驶的舒适性；另一方面，通过采用放电卸载方式，即保证了合理的卸载放电，同时也防止了意外情形造成的电路中断而导致驾驶员安全事故的发生。

此外，本发明实施例还提出了一种混合动力汽车，其包括上述实施例的混合动力汽车的高压电路的切换保护装置。

根据本发明实施例的混合动力汽车，当混合动力汽车的高压电路的切换保护装置中的延时开关断开开关时，可通过放电模块卸载储能模块的电能，直至其电压达到安全值；当高压电路出现异常断电时，储能模块可持续放电，让后续负载设备继续工作超过一定时间，以使驾驶员将车辆行驶到安全隔离带，并能合理地制动。一方面，通过采用高效而成本低的改造方式，大大提高了车辆的安全性，增强了驾驶的舒适性；另一方面，通过采用放电卸载方式，即保证了合理的卸载放电，同时也防止了意外情形造成的电路中断而导致驾驶员安全事故的发生。

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一定指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何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同限定。

Claims (8)

1.一种混合动力汽车的高压电路的切换保护装置，其特征在于，包括：

储能模块，所述储能模块的一端通过正极继电器与所述高压电路中的动力电池的正极端相连；

放电模块，所述放电模块的一端与所述储能模块的另一端相连，所述放电模块的另一端通过负极继电器与所述动力电池的负极端相连，并且，所述放电模块的另一端和所述储能模块的一端对应连接到负载设备的两端，所述放电模块用于对所述储能模块进行放电；以及

延时开关，所述延时开关并联在放电模块的两端；

其中，当所述高压电路出现异常断电时，所述延时开关保持闭合以使所述储能模块给所述负载设备供电。

2.如权利要求1所述的混合动力汽车的高压电路的切换保护装置，其特征在于，当所述混合动力汽车正常上电时，且在所述负极继电器和所述正极继电器先后吸合后，所述动力电池给所述储能模块充电。

3.如权利要求1所述的混合动力汽车的高压电路的切换保护装置，其特征在于，当所述混合动力汽车正常下电时，且在所述正极继电器和所述负极继电器先后断开后，所述延时开关保持闭合第一预设时间以通过所述负载设备对所述储能模块放电，并在所述第一预设时间后，所述延时开关断开以使所述放电模块对所述储能模块进行放电，直至所述储能模块的电压达到预设安全电压。

4.如权利要求1所述的混合动力汽车的高压电路的切换保护装置，其特征在于，所述储能模块为超级电容器组。

5.如权利要求4所述的混合动力汽车的高压电路的切换保护装置，其特征在于，所述超级电容器组由多个电容器串并联构成。

6.如权利要求1所述的混合动力汽车的高压电路的切换保护装置，其特征在于，所述放电模块为放电电阻。

7.如权利要求1-6中任一项所述的混合动力汽车的高压电路的切换保护装置，其特征在于，所述正极继电器的两端并联有预充电继电器。

8.一种混合动力汽车，其特征在于，包括如权利要求1-7中任一项所述的混合动力汽车的高压电路的切换保护装置。