CN107786150B - 一种电动汽车驱动电源控制系统及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电动汽车驱动电源控制系统及其控制方法，包括电机控制单元、驱动电源电路和电机，驱动电源电路包括第一和第二电源管理芯片、第一和第二驱动变压器、上桥IGBT开关组和下桥IGBT开关组，驱动电源电路提供电机控制单元控制上桥IGBT开关组和下桥IGBT开关组通断所需的能量，电机控制单元输出控制信号控制电机启停。本发明，通过对驱动电源电路采用两个分别独立的电源管理芯片控制各自的驱动变压器为电机控制单元控制IGBT开关通断提供所需的能量，实现驱动电源冗余设计，大大提高电动汽车的安全可靠性，降低共因失效的风险及ASC电机制动策略执行不稳定现象避免事故发生，产品的使用寿命可满足汽车消费者的需求。
Description
技术领域
本发明涉及电动汽车领域，具体涉及一种电动汽车驱动电源控制系统及其控制方法。
背景技术
目前国内主要的电动汽车控制器厂家的驱动电源都采用一颗电源管理芯片控制一个变压器驱动IGBT六个桥臂的方法，此方法存在比较明显的不足，一个变压器驱动六路IGBT，会导致变压器需求功率大，发热元件相对集中，导致产品可靠性低，产品损耗大，使用寿命无法满足使用需求以及存在很大的共因失效风险。为了解决上述热源相对集中的问题衍生出了三个变压器分别驱动六路IGBT的方法，此方法虽然解决了变压器需求功率大、产品热源相对集中的问题，但由于还是使用一颗电源管理芯片，仍然存在很大的共因失效的风险。
再就是现有的一颗电源芯片控制一个变压器驱动六路IGBT的技术方法以及一颗电源芯片控制三个变压器分别驱动六路IGBT的技术方法，还存在以下问题：电动汽车在高速行驶过程中，电机的反电动势如果高于母线电压值，此时控制器需执行ASC电机制动策略，安全可靠执行ASC电机制动策略的前提需确保驱动电源稳定工作，当需要执行ASC电机制动策略时，如果驱动电源其中一路输出短路，此时其他路电源的输出则异常，或者此时电源管理芯片输出异常，导致整个电源工作异常。无法有效执行ASC电机制动策略，造成严重行车事故。
可见解决变压器需求功率大，发热元件相对集中，产品安全可靠性低，产品损耗大，使用寿命无法满足使用需求的问题，同时降低共因失效的风险以及确保ASC电机制动策略的有效执行是当前电动汽车驱动电源迫切需要解决的问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是驱动电源的变压器需求功率大，发热元件相对集中，产品安全可靠性低，产品损耗大，使用寿命无法满足使用需求、共因失效的风险大以及ASC电机制动策略执行不稳定的问题。
为了解决上述问题，本发明提供了一种电动汽车驱动电源控制系统，包括电机控制单元、驱动电源电路和电机，驱动电源电路包括第一电源管理芯片、第二电源管理芯片、第一驱动变压器、第二驱动变压器、上桥IGBT开关组和下桥IGBT开关组，其中：
所述第一电源管理芯片与所述第一驱动变压器连接，所述第二电源管理芯片与所述第二驱动变压器连接，所述第一驱动变压器与所述上桥IGBT开关组连接，所述第二驱动变压器与所述下桥IGBT开关组连接；所述驱动电源电路用于提供所述电机控制单元控制所述上桥IGBT开关组和下桥IGBT开关组中IGBT开关通断所需的能量，所述电机控制单元输出控制信号控制IGBT开关的通断从而控制所述电机启停。
优选地，所述上桥IGBT开关组设有第一、三、五IGBT开关，所述下桥IGBT开关组设有二、四、六IGBT开关，所述第一与二IGBT开关、第三与四IGBT开关、第五与六IGBT开关均串联连接。
优选地，所述第一电源管理芯片用于控制所述第一驱动变压器原边绕组通断产生感应电动势，副边绕组产生高频变化的脉冲；所述第二电源管理芯片用于控制所述第二驱动变压器原边绕组通断产生感应电动势，副边绕组产生高频变化的脉冲。
优选地，所述第一驱动变压器的副边绕组设有三个绕组，且每个绕组与所述上桥IGBT开关组之间均设有半波整流电路，所述第二驱动变压器的副边绕组设有三个绕组，且每个绕组与所述下桥IGBT开关组之间均设有半波整流电路，从而产生稳定的电源。
优选地，所述第一驱动变压器用于提供所述电机控制单元控制第一、三、五IGBT开关通断所需的能量，所述第二驱动变压器用于提供所述电机控制单元控制第二、四、六IGBT开关通断所需的能量。
优选地，所述第一、二IGBT开关之间设有第一节点、所述第三、四IGBT开关之间设有第二节点、所述第五、六IGBT开关设有第三节点，且分别与电机的U、V、W三相输入端连接。
优选地，所述电机为单相、三相或四相电机。
上述电动汽车驱动电源控制系统的控制方法，包括如下步骤：
第一电源管理芯片控制第一驱动变压器原边绕组产生感应电动势，副边绕组产生高频变化的脉冲，第二电源管理芯片控制第二驱动变压器原边绕组产生感应电动势，副边绕组产生高频变化的脉冲；
第一驱动变压器为上桥IGBT开关组通断提供所需的能量，第二驱动变压器为下桥IGBT开关组通断提供所需的能量；
电机控制单元输出控制信号，控制上桥IGBT开关组和下桥IGBT开关组的通断实现电机的启停；
电机工作正常时保持运行，否则电机控制单元切换到第一电源管理芯片执行ASC电机控制策略。
优选地，电机控制单元切换到第一电源管理芯片执行ASC电机制动策略，包括如下步骤：
ASC电机制动策略执行成功，电机停止运行；
ASC电机制动策略执行失败，切换到第二电源管理芯片执行ASC电机制动策略；执行成功，电机停止运行；执行失败，电机控制单元发出报警信号。
本发明，通过对驱动电源电路采用两个分别独立的电源管理芯片控制各自的驱动变压器为电机控制单元控制IGBT开关通断提供所需的能量，实现驱动电源冗余设计，大大提高电动汽车的安全可靠性，降低共因失效的风险及ASC电机制动策略执行不稳定现象避免事故发生，产品的使用寿命可满足汽车消费者的需求。
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，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，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为本发明的系统结构示意图；
图2为本发明的驱动电源控制电路图；
图3为本发明的工作流程示意图。
附图标号
1.电机控制单元 2.驱动电源电路
3.电机 21.第一电源管理芯片 22.第二电源管理芯片
23.第一驱动变压器 24.第二驱动变压器 25.上桥IGBT开关组
26.下桥IGBT开关组 27.半波整流电路
具体实施方式
为了使本发明的有益效果更为明显易懂，下面结合附图对本发明的技术方案进行详细的说明。
在以下描述中阐述了具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以多种不同于在此描述的其它方式来实施。因此本发明不受下面公开的具体实施方式的限制。
如图1所示的一种电动汽车驱动电源控制系统的结构示意图，包括电机控制单元1、驱动电源电路2和电机3，驱动电源电路2包括第一电源管理芯片21和第二电源管理芯片22、第一驱动变压器23和第二驱动变压器24、上桥IGBT开关组25和下桥IGBT开关组26，其中：第一电源管理芯片21与第一驱动变压器连接23，第二电源管理芯片22与第二驱动变压器24连接，第一驱动变压器23与上桥IGBT开关组25连接，第二驱动变压器24与下桥IGBT开关组26连接；电机控制单元1用于控制上桥IGBT开关组25和下桥IGBT开关组26中IGBT开关的通断，驱动电源电路2用于提供电机控制单元1控制上桥IGBT开关组25和下桥IGBT开关组26中IGBT开关通断所需的能量，电机控制单元1输出控制信号控制IGBT开关的通断从而控制电机3的启停，电机3根据上桥IGBT开关组25和下桥IGBT开关组26中IGBT开关的数量，可以选择单相、三相或四相电机。
如图2所示的驱动电源电路图，上桥IGBT开关组25和下桥IGBT开关组26分别设有多个IGBT开关，本实施例中，上桥IGBT开关组25设有三个IGBT开关，分别是第一、三、五IGBT开关；下桥IGBT开关组26设有三个IGBT开关，分别是二、四、六IGBT开关，电机3的相数为三相电机，即：IGBT开关个数与电机3相数一一对应，若上桥IGBT开关组25和下桥IGBT开关组26均设有两个IGBT开关，电机3为单相；若上桥IGBT开关组25和下桥IGBT开关组26均设有三个IGBT开关，电机3为三相；若上桥IGBT开关组25和下桥IGBT开关组26均设有四个IGBT开关，电机3为四相。在本实施例中，第一与二IGBT开关、第三与四IGBT开关、第五与六IGBT开关均串联连接，第一、二IGBT开关之间设有第一节点TP11、第三、四IGBT开关之间设有第二节点TP12、第五、六IGBT开关设有第三节点TP13，且分别与电机3的U、V、W三相输入端连接。
第一电源管理芯片21和二电源管理芯片22可以是双列直插芯片，可采用表面贴装式封装，且支持单相、三相和四相供电，具有电源大、纹波小、内阻小的特点，其中，第一电源管理芯片21用于控制第一驱动变压器23原边绕组通断产生感应电动势，副边绕组产生高频变化的脉冲；第二电源管理芯片22用于控制第二驱动变压器24原边绕组通断产生感应电动势，副边绕组产生高频变化的脉冲。第一驱动变压器23的副边绕组设有三个绕组，且每个绕组与上桥IGBT开关组25的IGBT开关之间均设有半波整流电路27，第二驱动变压器24的副边绕组设有三个绕组，且每个绕组与下桥IGBT开关组26的IGBT开关之间均设有半波整流电路27，从而产生稳定的电源。第一驱动变压器23用于提供电机控制单元1控制第一、三、五IGBT开关通断所需的能量，第二驱动变压器24用于提供电机控制单元1控制第二、四、六IGBT开关通断所需的能量。
具体的工作过程是：电动汽车启动，第一电源管理芯片21控制第一驱动变压器23原边绕组产生感应电动势，副边绕组产生高频变化的脉冲，第一驱动变压器23为上桥IGBT开关组25中IGBT开关的通断提供所需的能量；第二电源管理芯片22控制第二驱动变压器24原边绕组产生感应电动势，副边绕组产生高频变化的脉冲，第二驱动变压器24为下桥IGBT开关组26中IGBT开关的通断提供所需的能量；电机控制单元1输出控制信号控制上桥IGBT开关组25和下桥IGBT开关组26的中IGBT开关通断实现电机3的启停。若电机3运行异常，电机控制单元1切换到第一电源管理芯片21执行ASC电机控制策略，电机3停止运行；若电机3没有停止运行，电机控制单元1切换到第二电源管理芯片22执行ASC电机控制策略，电机3停止运行，若电机3还没有停止运行，电机控制单元1发出报警信号。
如图3所示，本发明提供了一种电动汽车驱动电源控制系统的控制方法，包括如下步骤：
步骤S11：第一电源管理芯片控制第一驱动变压器原边绕组产生感应电动势，副边绕组产生高频变化的脉冲，第二电源管理芯片控制第二驱动变压器原边绕组产生感应电动势，副边绕组产生高频变化的脉冲；
步骤S12：第一驱动变压器为上桥IGBT开关组通断提供所需的能量，第二驱动变压器为下桥IGBT开关组通断提供所需的能量；
步骤S13：电机控制单元输出控制信号，控制上桥IGBT开关组和下桥IGBT开关组的通断实现电机的启停；
步骤S14：电机工作正常时保持运行，否则电机控制单元切换到第一电源管理芯片执行ASC电机控制策略。
在电机控制单元切换到第一电源管理芯片执行ASC电机制动策略，包括如下步骤：
步骤15：ASC电机制动策略执行成功，电机停止运行；
步骤16：ASC电机制动策略执行失败，切换到第二电源管理芯片执行ASC电机制动策略；执行成功，电机停止运行；执行失败，电机控制单元发出报警信号。
本发明，通过对驱动电源电路采用两个分别独立的电源管理芯片控制各自的驱动变压器为电机控制单元控制IGBT开关通断提供所需的能量，实现驱动电源冗余设计，大大提高电动汽车的安全可靠性，降低共因失效的风险及ASC电机制动策略执行不稳定现象避免事故发生，产品的使用寿命可满足汽车消费者的需求。
本发明不局限于上述最佳实施方式，任何人应该得知在本发明的启示下做出的结构变化，凡是与本发明具有相同或相近的技术方案，均落入本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种电动汽车驱动电源控制系统，包括电机控制单元、驱动电源电路和电机，其特征在于，所述驱动电源电路包括第一和第二电源管理芯片、第一和第二驱动变压器、上桥IGBT开关组和下桥IGBT开关组，其中：
所述第一电源管理芯片与所述第一驱动变压器连接，所述第一电源管理芯片用于控制所述第一驱动变压器原边绕组通断产生感应电动势，副边绕组产生高频变化的脉冲；所述第二电源管理芯片与所述第二驱动变压器连接，所述第二电源管理芯片用于控制所述第二驱动变压器原边绕组通断产生感应电动势，副边绕组产生高频变化的脉冲；所述第一驱动变压器与所述上桥IGBT开关组连接，所述第一驱动变压器的副边绕组设有三个绕组，且每个绕组与所述上桥IGBT开关组的IGBT开关之间均设有半波整流电路，从而产生稳定的电源；所述第二驱动变压器与所述下桥IGBT开关组连接，所述第二驱动变压器的副边绕组设有三个绕组，且每个绕组与所述下桥IGBT开关组的IGBT开关之间均设有半波整流电路，从而产生稳定的电源；所述驱动电源电路用于提供所述电机控制单元控制所述上桥IGBT开关组和下桥IGBT开关组中IGBT开关通断所需的能量，所述电机控制单元输出控制信号控制IGBT开关的通断从而控制所述电机启停，其中，所述电机控制单元输出控制信号控制IGBT开关的通断从而控制所述电机启停，包括：控制所述上桥IGBT开关组和所述下桥IGBT开关组的通断实现电机的启停，在电机工作正常时保持运行，否则所述电机控制单元切换到第一电源管理芯片执行ASC电机控制策略，
所述ASC电机制动策略执行成功，电机停止运行；
所述ASC电机制动策略执行失败，切换到第二电源管理芯片执行所述ASC电机制动策略；执行成功，电机停止运行；执行失败，所述电机控制单元发出报警信号。
2.根据权利要求1所述的一种电动汽车驱动电源控制系统，其特征在于，所述上桥IGBT开关组设有第一、三、五IGBT开关，所述下桥IGBT开关组设有二、四、六IGBT开关，所述第一与二IGBT开关、第三与四IGBT开关、第五与六IGBT开关均串联连接。
3.根据权利要求2所述的一种电动汽车驱动电源控制系统，其特征在于，所述第一驱动变压器用于提供所述电机控制单元控制第一、三、五IGBT开关通断所需的能量，所述第二驱动变压器用于提供所述电机控制单元控制第二、四、六IGBT开关通断所需的能量。
4.根据权利要求3所述的一种电动汽车驱动电源控制系统，其特征在于，所述第一、二IGBT开关之间设有第一节点、所述第三、四IGBT开关之间设有第二节点、所述第五、六IGBT开关设有第三节点，且分别与电机的U、V、W三相输入端连接。
5.根据权利要求1所述的一种电动汽车驱动电源控制系统，其特征在于，所述电机为单相、三相或四相电机。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的电动汽车驱动电源控制系统的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
第一电源管理芯片控制第一驱动变压器原边绕组产生感应电动势，副边绕组产生高频变化的脉冲，第二电源管理芯片控制第二驱动变压器原边绕组产生感应电动势，副边绕组产生高频变化的脉冲；
第一驱动变压器为上桥IGBT开关组通断提供所需的能量，第二驱动变压器为下桥IGBT开关组通断提供所需的能量；
电机控制单元输出控制信号，控制上桥IGBT开关组和下桥IGBT开关组的通断实现电机的启停；
电机工作正常时保持运行，否则电机控制单元切换到第一电源管理芯片执行ASC电机控制策略。
7.根据权利要求6所述的一种电动汽车驱动电源控制系统及其控制方法，其特征在于，电机控制单元切换到第一电源管理芯片执行ASC电机制动策略，包括如下步骤：
ASC电机制动策略执行成功，电机停止运行；
ASC电机制动策略执行失败，切换到第二电源管理芯片执行ASC电机制动策略；执行成功，电机停止运行；执行失败，电机控制单元发出报警信号。
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