CN107046362B - 一种高压母线电容的复合式主动放电方法以及系统 - Google Patents

一种高压母线电容的复合式主动放电方法以及系统 Download PDF

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Abstract

一种高压母线电容的复合式主动放电方法以及系统，方法包括：S0、判断第一路放电路径和第二路放电路径是否均正常，如是进入S1，否则进入S4；S1、同时启动第一、第二路放电路径；S2、在母线电容的电压降低到第一预设值时，关闭第一路放电路径；S3、在母线电容的电压降低到安全阈值时，关闭第二路放电路径，结束；S4：启动第三放电路径，并在母线电容的电压降低到安全阈值时关闭第三放电路径，结束；其中，第一路放电路径通过降压模块、低压辅助电源进行放电，第二路放电路径通过高压辅助电源进行放电；第三放电路径为通过逆变器、电机进行放电。本发明成本低和体积小；降压模块的工作电压范围变窄；可以避免系统单点故障风险，提高系统可靠性。

Description

一种高压母线电容的复合式主动放电方法以及系统
技术领域
本发明涉及电动汽车领域，尤其涉及一种应用于电动汽车的高压母线电容的复合式主动放电方法以及系统。
背景技术
处于安全需要，在电动汽车停止运行时，需要通过电机控制器将母线电容存储的能量迅速泄放。一般要求在2s内将母线电压下降至60V以下。
现有技术中，为达成上述放电要求，通常采用DCDC变换器主动放电的方案，即在DCDC变换器工作电压范围内，DCDC变换器先以峰值功率输出的形式将母线电容能量传递给低压蓄电池，当母线电压跌落至DCDC变换器正常工作电压范围后，以较小功率输出给低压蓄电池。但该种放电方式要求DCDC变换器具有非常宽的工作电压范围，例如一般至少满足60～450V的工作电压范围，但是DCDC变换器在宽工作电压范围内难以优化设计，效率较低，成本较高；并且在DCDC变换器出现故障时，无法完成主动放电。
现有技术中，另一种放电方式是采用半导体开关器件和放电电阻进行主动放电。具体的，在停车时通过控制半导体开关器件导通，将母线电容存储的能量通过放电电阻以热损耗的形式释放。该种方式的缺点是成本较高、且需占用额外的空间，同时存在单点故障时无法完成主动放电的问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述成本较高、单点故障时无法完成主动放电的缺陷，提供一种成本低、单点故障仍然可以放电的可靠性高的应用于电动汽车的高压母线电容的复合式主动放电方法以及系统。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种高压母线电容的复合式主动放电方法，包括以下步骤：
S1、在高压母线电容的电压高于第一预设值时，同时启动第一路放电路径和第二路放电路径；
S2、在高压母线电容的电压降低到第一预设值时，关闭第一路放电路径；
S3、在高压母线电容的电压降低到安全阈值时，关闭第二路放电路径；
其中，第一路放电路径为通过降压模块将高压母线电容的能量传递给低压辅助电源进行消耗，第二路放电路径为将高压母线电容的能量直接传递给高压辅助电源进行消耗；所述第一预设值为降压模块的最低工作电压，所述安全阈值小于第一预设值。
在本发明所述的高压母线电容的复合式主动放电方法中，步骤S1中启动第一路放电路径包括：
在高压母线电容的电压高于第二预设值时，降压模块以峰值功率将高压母线电容的能量传递给低压辅助电源进行消耗；
在高压母线电压降低至第二预设值时，降压模块以轻载功率将高压母线电容的能量传递给低压辅助电源进行消耗；
其中，第二预设值为降压模块满功率工作的最低电压，所述第二预设值大于第一预设值。
在本发明所述的高压母线电容的复合式主动放电方法中，在步骤S1之前包括步骤S0：判断第一路放电路径和第二路放电路径是否均正常，如果是则执行步骤S1，否则执行步骤S4；
其中，步骤S4：启动第三放电路径，并在高压母线电容的电压降低到安全阈值时关闭第三放电路径，所述第三放电路径为通过电机控制器中的三相逆变器将高压母线电容的能量传递给电机进行消耗。
在本发明所述的高压母线电容的复合式主动放电方法中，所述降压模块为DCDC变换器。
本发明还公开了一种高压母线电容的复合式主动放电系统，包括：高压辅助电源、低压辅助电源、降压模块、控制模块，低压辅助电源经由降压模块连接高压母线电容，高压辅助电源连接高压母线电容；所述控制模块包括：
第一控制单元，用于在高压母线电容的电压高于第一预设值时同时启动第一路放电路径和第二路放电路径，在高压母线电容的电压降低到第一预设值时触发第二控制单元工作；
第二控制单元，用于在高压母线电容的电压降低到第一预设值时，关闭第一路放电路径，在高压母线电容的电压降低到安全阈值时触发第三控制单元工作；
第三控制单元，用于在高压母线电容的电压降低到安全阈值时，关闭第二路放电路径；
其中，第一路放电路径为通过降压模块将高压母线电容的能量传递给低压辅助电源进行消耗，第二路放电路径为将高压母线电容的能量直接传递给高压辅助电源进行消耗；所述第一预设值为降压模块的最低工作电压，所述安全阈值小于第一预设值。
在本发明所述的高压母线电容的复合式主动放电系统中，所述第一控制单元包括用于启动第一路放电路径的第一路放电路径控制单元和用于启动第二路放电路径的第二路放电路径控制单元，所述第二路放电路径控制单元包括：
第二路放电路径一阶段控制单元，用于在高压母线电容的电压高于第二预设值时，以峰值功率将高压母线电容的能量传递给低压辅助电源进行消耗；
第二路放电路径二阶段控制单元，用于在高压母线电压降低至第二预设值时，以轻载功率将高压母线电容的能量传递给低压辅助电源进行消耗；
其中，第二预设值为降压模块满功率工作的最低电压，所述第二预设值大于第一预设值。
在本发明所述的高压母线电容的复合式主动放电系统中，所述放电系统还包括电机控制器中的三相逆变器以及电机，电机通过三相逆变器连接高压母线电容，所述控制模块还包括判断单元和第四控制单元；
其中，判断单元用于在高压母线电容的电压高于第一预设值时，判断第一路放电路径和第二路放电路径是否均正常，如果是才触发第一控制单元工作，否则触发第四控制单元工作；
其中，第四控制单元用于启动第三放电路径，并在高压母线电容的电压降低到安全阈值时关闭第三放电路径，所述第三放电路径为通过电机控制器中的三相逆变器将高压母线电容的能量传递给电机进行消耗；
在本发明所述的高压母线电容的复合式主动放电系统中，所述降压模块为DCDC变换器。
实施本发明的高压母线电容的复合式主动放电方法，具有以下有益效果：本发明采用复合式主动放电方案，无需外加任何器件，成本低和体积小；降压模块的工作电压范围变窄，因此可以优化设计，获得高效率、低成本的性能；进一步地，可以避免系统单点故障造成的无法主动放电的风险，提高了系统的安全性和可靠性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图：
图1是本发明的实施例一的流程图；
图2是本发明的实施例二的结构示意图。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的典型实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容更加透彻全面。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。
本发明总的思路是：在高压母线电容的电压高于第一预设值时，同时启动第一路放电路径和第二路放电路径；在高压母线电容的电压降低到第一预设值时，关闭第一路放电路径；在高压母线电容的电压降低到安全阈值时，关闭第二路放电路径；其中，第一路放电路径为通过降压模块将高压母线电容的能量传递给低压辅助电源进行消耗，第二路放电路径为将高压母线电容的能量直接传递给高压辅助电源进行消耗；所述第一预设值为降压模块的最低工作电压，所述安全阈值小于第一预设值。
为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明，应当理解本发明实施例以及实施例中的具体特征是对本申请技术方案的详细的说明，而不是对本申请技术方案的限定，在不冲突的情况下，本发明实施例以及实施例中的技术特征可以相互组合。
实施例一
参考图1，图1是本发明的实施例一的流程图。实施例一公开了一种高压母线电容的复合式主动放电方法，包括以下步骤：
S0、判断第一路放电路径和第二路放电路径是否均正常，如果是则进入步骤S1，否则进入步骤S4；
S1、在高压母线电容的电压高于第一预设值时，同时启动第一路放电路径和第二路放电路径，直至高压母线电容的电压降低到第一预设值进入步骤S2；
S2、在高压母线电容的电压降低到第一预设值时，关闭第一路放电路径，直至高压母线电容的电压降低到安全阈值进入步骤S3；
S3、在高压母线电容的电压降低到安全阈值时，关闭第二路放电路径，结束方法；
S4：启动第三放电路径，并在高压母线电容的电压降低到安全阈值时关闭第三放电路径，结束方法；
具体的，第一路放电路径为通过降压模块将高压母线电容的能量传递给低压辅助电源进行消耗，第二路放电路径为将高压母线电容的能量直接传递给高压辅助电源进行消耗；所述第三放电路径为通过电机控制器中的三相逆变器将高压母线电容的能量传递给电机进行消耗。
再进一步的，第一路放电路径的放电过程根据高压母线电容的电压的大小分为两个阶段，具体的，第一个阶段为：在高压母线电容的电压高于第二预设值时，降压模块以峰值功率将高压母线电容的能量传递给低压辅助电源进行消耗；第二个阶段为：在高压母线电压降低至第二预设值时，降压模块以轻载功率将高压母线电容的能量传递给低压辅助电源进行消耗。
本实施例中，所述第一预设值为降压模块的最低工作电压，第二预设值为降压模块满功率工作的最低电压，其中，第二预设值大于第一预设值，安全阈值小于第一预设值。比如降压模块具体为DCDC变换器时，第一预设值为DCDC变换器的最低工作电压120V DC，第二预设值为DCDC变换器满功率工作的最低电压200V DC，安全阈值为60V DC。
一般，在电动汽车停止运行时，高压母线电容的电压可以达到450V DC，即高压母线电容的电压在450V DC-200V DC时，第一路放电路径中的DCDC变换器以峰值功率工作，200V DC-120V DC时，第一路放电路径中的DCDC变换器以轻载功率工作。整个DCDC变换器的工作电压范围只有450-120DC，工作范围变窄，因此可以优化设计，获得高效率、低成本的性能。
而且，本发明在判断第一路放电路径和第二路放电路径均正常时，优先采用第一路放电路径和第二路放电路径对母线电容进行放电，在其出现故障时，启动第三放电路径，通过电机控制器中的三相逆变器将高压母线电容的能量传递给电机进行消耗。因此可以避免系统单点故障造成的无法主动放电的风险，提高了系统的安全性和可靠性。
实施例二
参考图2，是本发明的实施例二的结构示意图。本实施例公开了一种高压母线电容的复合式主动放电系统，包括：高压辅助电源、低压辅助电源、降压模块、控制模块(图未示)、电机控制器中的三相逆变器、电机。
其中，低压辅助电源经由降压模块连接高压母线电容，因此可通过降压模块将高压母线电容的能量传递给低压辅助电源进行消耗，形成第一路放电路径；高压辅助电源连接高压母线电容，因此可将高压母线电容的能量直接传递给高压辅助电源进行消耗形成第二路放电路径；电机通过三相逆变器连接高压母线电容，因此可通过电机控制器中的三相逆变器将高压母线电容的能量传递给电机进行消耗，形成第三路放电路径。
具体的，所述控制模块包括：
判断单元，用于在高压母线电容的电压高于第一预设值时，判断第一路放电路径和第二路放电路径是否均正常，如果是触发第一控制单元工作，否则触发第四控制单元工作；
第一控制单元，用于在高压母线电容的电压高于第一预设值时同时启动第一路放电路径和第二路放电路径，在高压母线电容的电压降低到第一预设值时触发第二控制单元工作；
第二控制单元，用于在高压母线电容的电压降低到第一预设值时，关闭第一路放电路径，在高压母线电容的电压降低到安全阈值时触发第三控制单元工作；
第三控制单元，用于在高压母线电容的电压降低到安全阈值时，关闭第二路放电路径；
第四控制单元，用于启动第三放电路径，并在高压母线电容的电压降低到安全阈值时关闭第三放电路径；
进一步具体的，所述第一控制单元包括用于启动第一路放电路径的第一路放电路径控制单元和用于启动第二路放电路径的第二路放电路径控制单元，所述第二路放电路径控制单元包括：
第二路放电路径一阶段控制单元，用于在高压母线电容的电压高于第二预设值时，以峰值功率将高压母线电容的能量传递给低压辅助电源进行消耗；
第二路放电路径二阶段控制单元，用于在高压母线电压降低至第二预设值时，以轻载功率将高压母线电容的能量传递给低压辅助电源进行消耗。
本实施例中，所述第一预设值为降压模块的最低工作电压，第二预设值为降压模块满功率工作的最低电压。比如降压模块具体为DCDC变换器时，第一预设值为DCDC变换器的最低工作电压120V DC，第二预设值为DCDC变换器满功率工作的最低电压200V DC，安全阈值为60V DC。
一般，在电动汽车停止运行时，高压母线电容的电压可以达到450V DC，即高压母线电容的电压在450V DC-200V DC时，第一路放电路径中的DCDC变换器以峰值功率工作，200V DC-120V DC时，第一路放电路径中的DCDC变换器以轻载功率工作。整个DCDC变换器的工作电压范围只有450-120DC，工作范围变窄，因此可以优化设计，获得高效率、低成本的性能。
而且，本发明在判断第一路放电路径和第二路放电路径均正常时，优先采用第一路放电路径和第二路放电路径对母线电容进行放电，在其出现故障时，启动第三放电路径，通过电机控制器中的三相逆变器将高压母线电容的能量传递给电机进行消耗。因此可以避免系统单点故障造成的无法主动放电的风险，提高了系统的安全性和可靠性。
综上所述，实施本发明的高压母线电容的复合式主动放电方法，具有以下有益效果：本发明采用复合式主动放电方案，无需外加任何器件，成本低和体积小；降压模块的工作电压范围变窄，因此可以优化设计，获得高效率、低成本的性能；进一步地，可以避免系统单点故障造成的无法主动放电的风险，提高了系统的安全性和可靠性。
词语“相等”、“相同”“同时”或者其他类似的用语，不限于数学术语中的绝对相等或相同，在实施本专利所述权利时，可以是工程意义上的相近或者在可接受的误差范围内。所述“相连”或“连接”，不仅仅包括将两个实体直接相连，也包括通过具有有益改善效果的其他实体间接相连。
上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (6)

1.一种高压母线电容的复合式主动放电方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、在高压母线电容的电压高于第一预设值时，同时启动第一路放电路径和第二路放电路径；
S2、在高压母线电容的电压降低到第一预设值时，关闭第一路放电路径；
S3、在高压母线电容的电压降低到安全阈值时，关闭第二路放电路径；
其中，第一路放电路径为通过降压模块将高压母线电容的能量传递给低压辅助电源进行消耗，第二路放电路径为将高压母线电容的能量直接传递给高压辅助电源进行消耗；所述第一预设值为降压模块的最低工作电压，所述安全阈值小于第一预设值；
步骤S1中启动第一路放电路径包括：
在高压母线电容的电压高于第二预设值时，降压模块以峰值功率将高压母线电容的能量传递给低压辅助电源进行消耗；
在高压母线电压降低至第二预设值时，降压模块以轻载功率将高压母线电容的能量传递给低压辅助电源进行消耗；
其中，第二预设值为降压模块满功率工作的最低电压，所述第二预设值大于第一预设值。
2.根据权利要求1所述的高压母线电容的复合式主动放电方法，其特征在于，在步骤S1之前包括步骤S0：判断第一路放电路径和第二路放电路径是否均正常，如果是则执行步骤S1，否则执行步骤S4；
其中，步骤S4：启动第三放电路径，并在高压母线电容的电压降低到安全阈值时关闭第三放电路径，所述第三放电路径为通过电机控制器中的三相逆变器将高压母线电容的能量传递给电机进行消耗。
3.根据权利要求1所述的高压母线电容的复合式主动放电方法，其特征在于，所述降压模块为DCDC变换器。
4.一种高压母线电容的复合式主动放电系统，其特征在于，包括：高压辅助电源、低压辅助电源、降压模块、控制模块，低压辅助电源经由降压模块连接高压母线电容，高压辅助电源连接高压母线电容；所述控制模块包括：
第一控制单元，用于在高压母线电容的电压高于第一预设值时同时启动第一路放电路径和第二路放电路径，在高压母线电容的电压降低到第一预设值时触发第二控制单元工作；
第二控制单元，用于在高压母线电容的电压降低到第一预设值时，关闭第一路放电路径，在高压母线电容的电压降低到安全阈值时触发第三控制单元工作；
第三控制单元，用于在高压母线电容的电压降低到安全阈值时，关闭第二路放电路径；
其中，第一路放电路径为通过降压模块将高压母线电容的能量传递给低压辅助电源进行消耗，第二路放电路径为将高压母线电容的能量直接传递给高压辅助电源进行消耗；所述第一预设值为降压模块的最低工作电压，所述安全阈值小于第一预设值；
所述第一控制单元包括用于启动第一路放电路径的第一路放电路径控制单元和用于启动第二路放电路径的第二路放电路径控制单元，所述第二路放电路径控制单元包括：
第二路放电路径一阶段控制单元，用于在高压母线电容的电压高于第二预设值时，以峰值功率将高压母线电容的能量传递给低压辅助电源进行消耗；
第二路放电路径二阶段控制单元，用于在高压母线电压降低至第二预设值时，以轻载功率将高压母线电容的能量传递给低压辅助电源进行消耗；
其中，第二预设值为降压模块满功率工作的最低电压，所述第二预设值大于第一预设值。
5.根据权利要求4所述的高压母线电容的复合式主动放电系统，其特征在于，所述放电系统还包括电机控制器中的三相逆变器以及电机，电机通过三相逆变器连接高压母线电容，所述控制模块还包括判断单元和第四控制单元；
其中，判断单元用于在高压母线电容的电压高于第一预设值时，判断第一路放电路径和第二路放电路径是否均正常，如果是才触发第一控制单元工作，否则触发第四控制单元工作；
其中，第四控制单元用于启动第三放电路径，并在高压母线电容的电压降低到安全阈值时关闭第三放电路径，所述第三放电路径为通过电机控制器中的三相逆变器将高压母线电容的能量传递给电机进行消耗。
6.根据权利要求4所述的高压母线电容的复合式主动放电系统，其特征在于，所述降压模块为DCDC变换器。
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