CN106877449B - 一种用于电动汽车不可控发电的电池保护电路 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于电动汽车发生不可控发电运行时的电池保护电路，主要包括电流选择模块，基准电流输入模块，脉冲充电模块，超级电容和稳压充电模块。当不可控发电产生的电流大于电池充电的安全电流值时，由超级电容进行能量回收，避免对电池产生伤害。当不可控发电产生的电流小于电池充电的安全电流值时，用脉冲充电的方式对电池充电，提高充电效率。当不可控发电过程结束、电池停止充电时，同样采用脉冲充电的方式由超级电容对电池充电。本发明的电池保护电路可以防止不可控发电产生的大电流对电池产生的冲击，同时还能将不可控发电的能量回收到电池内，既保证了电池安全，又提高了能量的利用率。

Description

一种用于电动汽车不可控发电的电池保护电路

技术领域

本发明属电动汽车技术领域，具体涉及一种适用于电动汽车中交流电机发生不可控发电时的电池保护电路。

背景技术

目前的电动汽车大多采用交流电机作为牵引电机，交流电机结构相对简单，使用寿命长，转速范围大。为满足电动汽车较高调速范围的要求，交流电机通常采用弱磁控制。当电机通过弱磁升速技术运行在高速时，可能出现由于故障全桥逆变器功率管的驱动信号全部消失，此时交流电机产生的等效反电动势高于电池电压，逆变器的续流二极管构成不可控整流桥，电流经过不可控整流桥到直流侧给电池充电，系统进入不可控发电状态。直到电机减速到等效反电动势与电池电压相等时，不可控发电状态结束。

电动汽车处于不可控发电状态运行时间虽然较短，但电机高速运行所产生的反电势很高，由于电机电感很小，电池内阻很小，瞬间会产生很大的电流和电压，对电池产生冲击。过大的电流对电池充电会造成电池高倍率充电的情况，高倍率充放电会造成电池容量下降，甚至电池燃烧等问题，危害电动汽车安全性。

目前针对电动汽车不可控发电的研究不多，大多数的解决方案是通过放电电阻将产生的能量消耗，从而达到对电池保护的目的。但电动汽车不可控发电产生的能量可以加以利用，这样的解决方案降低了能量的利用率，不利于提高电动汽车的续航里程。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种用于电动汽车发生不可控发电运行时的电池保护电路，该保护电路可以防止不可控发电产生的大电流对电池产生的冲击，同时还能将不可控发电的能量回收到电池内，既保证了电池安全，又提高了能量的利用率。

一种用于电动汽车不可控发电的电池保护电路，其特征在于：主要包括电流选择模块，基准电流输入模块，脉冲充电模块，超级电容和稳压充电模块。

当电动汽车发生不可控发电时，电机产生的输入电流通过不可控整流桥到达电流选择模块，电流选择模块比较输入电流和基准电流的大小，当输入电流的值大于基准电流值时，电流流向超级电容，由超级电容吸收不可控发电产生的能量，避免对电池的伤害；当输入电流的值小于基准电流值时，电流流向脉冲充电模块；当不可控发电过程结束、电池停止充电时，稳压充电模块开始工作，将超级电容内的能量通过脉冲充电模块向电池充电。

所述的电流选择模块包括第一电阻、第二电阻、第一MOS管、第二MOS管和比较器，比较器的反向输入端通过第一电阻和基准电流输入模块相连，比较器的正向接口通过第二电阻和不可控整流桥相连，比较器的输出端分别与第一MOS管和第二MOS管的栅极相连，第一MOS管和第二MOS管的源极都和不可控整流桥相连，第一MOS管的漏极和超级电容相连，第二MOS管的漏极和脉冲充电模块的第三MOS管相连。

所述的基准电流输入模块用于设定基准电流值，即电池充电的安全电流值，根据电动汽车的电池性能，基准电流值一般设为电池1.5～3倍率充电时对应电流值。

所述的脉冲充电模块包括第八二极管、第二电感、第二电容、第三MOS管和PWM发生器，第八二极管、第二电容保持与电池并联，第二电感与电池串联，第三MOS管的漏极与第八二极管的负极和第二电感相连，第三MOS管源极与稳压充电模块的延迟开关和电流选择模块的第二MOS管相连，PWM发生器与第三MOS管相连，根据电动汽车的电池性能对PWM发生器频率进行调节，以达到最好的充电效果。

所述的稳压充电模块包括第一电感、升压IGBT、降压IGBT、第六二极管、第七二极管和延迟开关，第一电感的一端和超级电容相连，另一端和升压IGBT的发射极、降压IGBT的集电极相连，第六二极管与降压IGBT并联，其正极和降压IGBT的发射极相连，第七二极管与升压IGBT并联，其正极和升压IGBT的发射极相连，延迟开关与电池相连，当电池停止充电时，开关闭合。

本发明的有益效果是：当不可控发电产生的电流大于电池充电的安全电流值时，由超级电容吸收能量，由于超级电容功率密度高，即回收了能量，还避免对电池产生伤害。当不可控发电产生的电流小于电池充电的安全电流值时，用脉冲充电的方式对电池充电，脉冲充电是一种高效的充电方式，有利于提高充电效率。当不可控发电过程结束、电池停止充电时，同样采用脉冲充电的方式由超级电容对电池充电。即该保护电路可以防止不可控发电产生的大电流对电池产生的冲击，同时还能将不可控发电的能量回收到电池内，既可以保证电池安全，又可以提高能量利用率。

附图说明

图1是本发明的一种用于电动汽车不可控发电的电池保护电路的基本结构框图

图2是本发明的一种用于电动汽车不可控发电的电池保护电路的电路图

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明，本发明包括但不仅限于下述实施例。

本发明提供了一种用于电动汽车发生不可控发电运行时的电池保护电路，如图1所示，主要包括电流选择模块，基准电流输入模块，脉冲充电模块，超级电容和稳压充电模块。

电流选择模块有两个输入、两个输出，输入分别连接基准电流输入模块和不可控整流桥，输出分别连接超级电容和脉冲充电模块。电流选择模块通过比较不可控整流桥的输入电流和基准电流的大小，决定电流输出方向：当输入电流大于基准电流时，电流流向超级电容；当输入电流小于基准电流时，电流流向脉冲充电模块。

脉冲充电模块有两个输入、一个输出，输入分别连接电流选择模块和稳压充电模块，输出连接电池。脉冲充电模块是为了实现电流以脉冲的形式对电池充电，这种充电形式可以提高电池充电效率。

超级电容的输入连接电流选择模块，输出连接稳压充电模块。超级电容负责吸收不可控发电过程中，电流冲击很大的能量，并在电池停止充电时，把能量通过稳压充电模块向电池充电。

稳压充电模块有两个输入，一个输出，输入分别连接电池和超级电容，输出连接脉冲充电模块。平时稳压充电模块处于关断状态，当电池停止充电时，电池向稳压充电模块发出信号，稳压充电模块开始工作，辅助将超级电容中的能量平稳的输送到脉冲充电模块。

图2为本发明电池保护电路的电路图。电流选择模块10包括电阻R1、电阻R2、MOS管Q1、MOS管Q2和比较器A1。比较器A1的反向输入端通过电阻R1和基准电流输入模块的口P1相连，比较器A1的正向接口通过电阻R2和不可控整流桥相连，比较器A1的输出端分别与MOS管Q1和MOS管Q2的栅极相连，MOS管Q1和MOS管Q2的源极都和输入电流相连，MOS管Q1的漏极和超级电容相连，MOS管Q2的漏极和脉冲充电模块的MOS管Q3的源极相连。

脉冲充电模块20包括二极管D8、电感L2、电容C2、MOS管Q3和PWM发生器。二极管D8、电容C2保持与电池并联，电感L2与电池串联，MOS管Q3的漏极与二极管D2的负极和电感L2相连，MOS管Q3的源极与稳压充电模块的延迟开关S1和电流选择模块MOS管Q2的漏极相连，PWM发生器与MOS管Q3相连。

稳压充电模块30包括电感L1、升压IGBT、降压IGBT、二极管D6、二极管D7和延迟开关S1，其中两个IGBT都为P沟道IGBT。电感L1的一端和超级电容相连，另一端和升压IGBT的发射极、降压IGBT的集电极相连，二极管D6与降压IGBT并联，D6的正极和降压IGBT的发射极相连，二极管D7与升压IGBT并联，D7的正极和升压IGBT的发射极相连，延迟开关S1与电池相连。

下面结合图2对本发明电路工作原理进行详细说明：

不可控整流桥00由6个二极管D1、D2、D3、D4、D5、D6组成，左侧和交流电机M的三项绕组相连，右侧和电流选择模块相连，作用是将电机不可控发电产生的三相交流电流转化为直流电流。电容C1的作用是滤波。

电流选择模块10中，电阻R1和电阻R2均为电压转换电阻，R1用于将基准电流输入模块的端口J1输入的基准电流信号转换为基准电压信号，R2用于将不可控整流桥输入的电流信号转化为电压信号，之后分别送入比较器A1中进行比较，如果转化后的电压信号大于基准电压信号，则比较器A1输出高电平，使MOS管Q1开通，电流流入超级电容；如果转化后的电压信号小于基准电压信号，则比较器A1输出低电平，使MOS管Q2开通，MOS管Q1关断，电流流入脉冲充电模块20。

脉冲充电模块20中，PWM发生器通过MOS管Q3输入脉冲信号，电流由MOS管Q3的源极输入，叠加过脉冲信号后由MOS管Q3的漏极输出，输出的电流可能会有一些不需要的波动，因此二极管D8、电感L2和电容C2组成滤波电路，将电流中的多余波纹滤掉，向电池充电。

稳压充电模块30中，线圈L1、升压IGBT、降压IGBT、二极管D6以及二极管D7组成半H桥式DC/DC结构，可以实现对电压的放大，超级电容侧为低压侧，降压IGBT的集电极和升压IGBT的集电极之间为高压侧。由于超级电容向电池充电的过程中，会出现电压不足，无法向电池充电，因此对超级电容的电压进行升高。降压IGBT的集电极通过稳压二极管连接延时开关S1，当S1接到电池停止充电信号时，开关闭合，稳压充电模块工作。

综上所述，本发明的一种用于电动汽车不可控发电的电池保护电路，当不可控发电产生的电流大于电池充电的安全电流值时，由超级电容吸收能量。超级电容功率密度高，即回收了能量，还避免对电池产生伤害。随着不可控发电的进行，电流值逐渐变小，当电流值小于电池充电的安全电流值时，电流流向电池，并用脉冲充电的方式对电池充电，脉冲充电是一种高效的充电方式，有利于提高充电效率。电流消失，电池停止充电时，由超级电容对电池充电，同样采用脉冲充电的方式。

本发明不但解决了电动汽车不可控发电时电池安全的问题，还将不可控发电产生的能量利用起来，提高了电动汽车的续航里程，符合安全环保的理念。

Claims (1)

1.一种用于电动汽车不可控发电的电池保护电路，其特征在于：主要包括电流选择模块，基准电流输入模块，脉冲充电模块，超级电容和稳压充电模块；

当电动汽车发生不可控发电时，电机产生的输入电流通过不可控整流桥到达电流选择模块，电流选择模块比较输入电流和基准电流的大小，当输入电流的值大于基准电流值时，电流流向超级电容，由超级电容吸收不可控发电产生的能量，避免对电池的伤害；当输入电流的值小于基准电流值时，电流流向脉冲充电模块；当不可控发电过程结束、电池停止充电时，稳压充电模块开始工作，将超级电容内的能量通过脉冲充电模块向电池充电；

所述的电流选择模块包括第一电阻、第二电阻、第一MOS管、第二MOS管和比较器，比较器的反向输入端通过第一电阻和基准电流输入模块相连，比较器的正向接口通过第二电阻和不可控整流桥相连，比较器的输出端分别与第一MOS管和第二MOS管的栅极相连，第一MOS管和第二MOS管的源极都和不可控整流桥相连，第一MOS管的漏极和超级电容相连，第二MOS管的漏极和脉冲充电模块的第三MOS管相连；

所述的基准电流输入模块用于设定基准电流值，即电池充电的安全电流值，根据电动汽车的电池性能，基准电流值一般设为电池1.5～3倍率充电时对应电流值；

所述的脉冲充电模块包括第八二极管、第二电感、第二电容、第三MOS管和PWM发生器，第八二极管、第二电容保持与电池并联，第二电感与电池串联，第三MOS管的漏极与第八二极管的负极和第二电感相连，第三MOS管源极与稳压充电模块的延迟开关和电流选择模块的第二MOS管相连，PWM发生器与第三MOS管相连，根据电动汽车的电池性能对PWM发生器频率进行调节，以达到最好的充电效果；

所述的稳压充电模块包括第一电感、升压IGBT、降压IGBT、第六二极管、第七二极管和延迟开关，第一电感的一端和超级电容相连，另一端和升压IGBT的发射极、降压IGBT的集电极相连，第六二极管与降压IGBT并联，其正极和降压IGBT的发射极相连，第七二极管与升压IGBT并联，其正极和升压IGBT的发射极相连，延迟开关与电池相连，当电池停止充电时，开关闭合。