CN108551255A - 电动汽车及其高压系统、高压放电电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电动汽车及其高压系统、高压放电电路，所述高压放电电路包括：放电单元，放电单元包括放电开关管和放电电阻，放电开关管和放电电阻串联在电动汽车的高压母线正极端与接地端之间；放电驱动单元，放电驱动单元用于输出放电驱动信号至放电开关管，以使放电开关管反复导通和关断；放电控制单元，放电控制单元用于接收放电控制信号，并将放电控制信号传输至放电驱动单元，以通过放电驱动单元主动驱动放电开关管，以使放电单元进行主动放电工作。本发明的高压放电电路，能够利用放电开关管的可变电阻区对电能进行泄放，提高了放电效率，同时保证电动汽车高压系统正常工作或放电，提高了电动汽车的高压安全性。

Description

电动汽车及其高压系统、高压放电电路

技术领域

本发明涉及电动汽车技术领域，特别涉及一种电动汽车高压放电电路、一种电动汽车的高压系统以及一种具有该高压系统的电动汽车。

背景技术

随着电动汽车的普及，人们对电动汽车在高压环境下的安全性要求越来越高。电动汽车高压系统由电池包、高压继电器、薄膜电容、电机控制器、DC/DC转换器、大功率永磁同步电机等组成。为了减小动力电压的波动和电源对高压器件的干扰，在电源母线两端会增加薄膜电容，当动力电源断电时，因为薄膜电容的存在，母线电压不会很快降低到安全电压以下，因此为了保护电动汽车高压系统的安全可靠，避免对人身造成伤害，需要对高压电能进行泄放。

目前，对高压电能放电主要有主动放电和被动放电两种方法。其中，主动放电分为两类，一种是通过主动放电逻辑电路控制放电电路进行放电，另一种是通过控制电机控制器，利用电机绕组进行放电。这两类主动放电优点是放电时机是受控的，在车辆正常行驶或充电过程中不进行主动放电，避免能量浪费。但这两类主动放电方式也有缺点：其一，不论是通过逻辑电路控制放电，还是通过电机控制器控制放电，一旦低压电突然消失，主动放电就会失效，导致高压电难以泄放；其二，在车辆高速行驶阶段，电机控制器工作在电动状态，如果因为某些原因(例如，钥匙开关打到OFF或车辆碰撞等)需要主动放电，此时电机转速很高，反电动势很大，电机控制器由电动状态转变成发电状态进行主动放电，会出现IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管)过压或过流的可能性，存在较大风险。

常用的被动放电电路就是在直流侧电容的两端并联一个被动放电电阻。该被动放电电路设计简单，成本低，方案成熟。但被动放电电阻在正常行车和充电过程中也一直在放电，造成能量损耗，同时被动放电电阻产生的损耗和放电速度是相互矛盾的，如果追求放电速度快，则被动放电电阻选值就小，这会导致能量损耗增加。

根据以上分析，目前的放电技术中，无论是主动放电还是被动放电，都有其不完善的地方，为电动汽车的使用安全和维护安全带来隐患。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决上述技术中的技术问题之一。为此，本发明的第一个目的在于提出一种电动汽车高压放电电路，能够利用放电开关管的可变电阻区对电能进行泄放，提高了放电效率，同时保证电动汽车高压系统正常工作或放电，提高了电动汽车的高压安全性。

本发明的第二个目的在于提出一种电动汽车的高压系统。

本发明的第三个目的在于提出一种电动汽车。

为达到上述目的，本发明第一方面实施例提出的一种电动汽车高压放电电路，包括：放电单元，所述放电单元包括放电开关管和放电电阻，所述放电开关管和放电电阻串联在电动汽车的高压母线正极端与接地端之间；放电驱动单元，所述放电驱动单元用于输出放电驱动信号至所述放电开关管，以使所述放电开关管反复导通和关断；放电控制单元，所述放电控制单元用于接收放电控制信号，并将所述放电控制信号传输至所述放电驱动单元，以通过所述放电驱动单元主动驱动所述放电开关管，以使所述放电单元进行主动放电工作。

根据本发明实施例的电动汽车高压放电电路，放电控制单元接收放电控制信号，并将放电控制信号传输至放电驱动单元，放电驱动单元输出放电驱动信号至放电开关管，以使放电单元进行主动放电工作。由此，该放电电路能够利用放电开关管的可变电阻区对电能进行泄放，提高了放电效率，同时保证电动汽车高压系统正常工作或放电，提高了电动汽车的高压安全性。

根据本发明的一个实施例，当所述放电控制单元失效时，所述放电驱动单元直接驱动所述放电开关管，以使所述放电单元进行被动放电工作。

根据本发明的一个实施例，所述放电控制单元包括：第一电阻，所述第一电阻的一端作为所述放电控制单元的接收端；第一光耦，所述第一光耦中发光二极管的阳极连接到预设电源，所述第一光耦中发光二极管的阴极与所述第一电阻的另一端相连，所述第一光耦中光电三极管的发射极与接地端相连，所述第一光耦中光电三极管的集电极作为所述放电控制单元的输出端。

根据本发明的一个实施例，所述放电驱动单元包括：第二电阻，所述第二电阻的一端与所述高压母线正极端相连；第三电阻，所述第三电阻的一端与所述第二电阻的另一端相连；第四电阻，所述第四电阻的一端与所述第三电阻的另一端相连且具有第一节点，所述第四电阻的另一端与所述放电开关管的控制端相连；稳压管，所述稳压管的阴极与所述第一节点相连且作为所述放电驱动单元的接收端，所述稳压管的阳极与接地端相连。

根据本发明的一个实施例，所述放电开关管为MOS(Metal Oxide Semiconductor，金属氧化物半导体)管。

根据本发明的一个实施例，所述MOS管的漏极与所述高压母线正极端相连，所述MOS管的栅极接收所述放电驱动信号，所述MOS管的源极与所述放电电阻的一端相连，所述放电电阻的另一端与接地端相连。

根据本发明的一个实施例，所述放电开关管与所述放电电阻串联后与所述电动汽车的高压电容并联。

根据本发明的一个实施例，所述高压电容为薄膜电容。

为达到上述目的，本发明第二方面实施例提出了一种电动汽车的高压系统，其包括上述的电动汽车高压放电电路。

本发明实施例的电动汽车的高压系统，通过上述的电动汽车高压放电电路，能够利用放电开关管的可变电阻区对电能进行泄放，提高了放电效率，同时保证电动汽车高压系统正常工作或放电，提高了电动汽车的高压安全性。

为达到上述目的，本发明第三方面实施例提出了一种电动汽车，其包括上述的电动汽车的高压系统。

本发明实施例的电动汽车，通过上述的电动汽车的高压系统，能够利保证电动汽车高压系统正常工作或放电，提高了电动汽车的高压安全性。

附图说明

图1是根据本发明一个实施例的电动汽车高压放电电路的示意图；

图2是根据本发明一个实施例的电动汽车放电时MOS管的状态；

图3是根据本发明一个实施例的电动汽车的高压系统的方框示意图；

图4是根据本发明一个实施例的电动汽车的方框示意图。

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，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

下面参照附图来描述根据本发明实施例提出的电动汽车高压放电电路、电动汽车的高压系统以及具有该高压系统的电动汽车。

图1是根据本发明一个实施例的电动汽车高压放电电路的示意图。如图1所示，本发明实施例的电动汽车高压放电电路可包括：放电单元10、放电驱动单元20和放电控制单元30。

其中，放电单元10可包括放电开关管D1和放电电阻R5，放电开关管D1和放电电阻R5串联在电动汽车的高压母线正极端HV+与接地端GND之间。放电驱动单元20用于输出放电驱动信号至放电开关管D1，以使放电开关管D1反复导通和关断。放电控制单元30用于接收放电控制信号Discharge，并将放电控制信号Discharge传输至放电驱动单元20，以通过放电驱动单元20主动驱动放电开关管D1，以使放电单元10进行主动放电工作。

在本发明的一个实施例中，如图1所示，放电开关管可以为MOS管，MOS管的漏极D与高压母线正极端HV+相连，MOS管的栅极G接收放电驱动信号，MOS管的源极S与放电电阻R5的一端相连，放电电阻R5的另一端与接地端GND相连。

其中，MOS管可以分为N沟道MOS管和P沟道MOS管，常用的为N沟道MOS管，因为其导通电阻小，且容易制造，当MOS管的栅极电压大于一定值时，MOS管就会导通。

根据本发明的一个实施例，如图1所示，放电控制单元30可包括：第一电阻R1和第一光耦U1，其中，第一电阻R1的一端作为放电控制单元30的接收端，第一光耦U1中发光二极管LED的阳极连接到预设电源VCC(如低压电源)，第一光耦U1中发光二极管LED的阴极与第一电阻R1的另一端相连，第一光耦U1中光电三极管VT的发射极与接地端GND相连，第一光耦U1中光电三极管VT的集电极作为放电控制单元30的输出端。也就是说，当放电控制单元30输出低电平信号时，第一光耦U1处于导通状态，当放电控制单元30输出高电平信号时，第一光耦U1处于截止状态。

根据本发明的一个实施例，如图1所示，放电驱动单元20可包括：第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4和稳压管D2，其中，第二电阻R2的一端与高压母线正极端HV+相连，第三电阻R3的一端与第二电阻R2的另一端相连，第四电阻R4的一端与第三电阻R3的另一端相连且具有第一节点J1，第四电阻R4的另一端与放电开关管D1的控制端(也就是MOS管的栅极)相连，稳压管D2的阴极与第一节点J1相连且作为放电驱动单元20的接收端，稳压管D2的阳极与接地端GND相连。

根据本发明的一个实施例，放电开关管D1与放电电阻R5串联后与电动汽车的高压电容C1并联。其中，高压电容C1可以为薄膜电容。

根据本发明的一个实施例，当放电控制单元30失效时，放电驱动单元20直接驱动放电开关管D1，以使放电单元10进行被动放电工作。也就是说，电动汽车非正常放电时，放电单元进行被动放电。

下面结合图1具体说明整个放电过程。

当电动汽车正常行驶或充电过程中，放电控制信号Discharge保持为低电平，第一光耦U1中光电三极管VT导通，此时MOS管D1的栅极G为低电平，MOS管D1处于关断状态，不进行放电。同时由于第二电阻R2和第三电阻R3的阻值远大于放电电阻R5，高压端在第二电阻R2和第三电阻R3上消耗的能量很小，可以忽略不计。

当电动汽车正常放电时，放电控制信号Discharge保持为高电平，第一光耦U1不导通，残留在高压电容(薄膜电容)C1中的电能经过第二电阻R2、第三电阻R3和稳压管D2导通到地。由于稳压管D2的稳压作用，MOS管D1的栅极G为高电平，MOS管D1导通，电能经MOS管D1和放电电阻R5导通到地。当MOS管D1导通时，MOS管D1的源极电压升高，使得源极S的电压高于栅极G处的电压，MOS管D1关断，这会导致源极S的电压降低，低于栅极G处的电压，MOS管D1再次导通，如此循环，MOS管D1循环导通和关断，如图2所示，使得MOS管D1始终工作在可变电阻区，以利用MOS管D1的阻值来消耗电能。

当电动汽车非正常放电时，例如，低压电突然断开，预设电源VCC和放电控制信号Discharge都不存在，主动放电失效，即放电控制单元30失效。第一光耦U1未激活，第一光耦U1中光电三极管VT断开，此时残留在高压电容(薄膜电容)C1中的电能经过第二电阻R2、第三电阻R3和稳压管D2导通到地。由于稳压管D2的稳压作用，MOS管D1的栅极G为高电平，MOS管D1导通，电能经MOS管D1和放电电阻R5导通到地。当MOS管D1导通时，D1的源极电压升高，使得源极S的电压高于栅极G处的电压，MOS管D1关断，这会导致源极S的电压降低，低于栅极G处的电压，MOS管D1再次导通，如此循环，MOS管D1循环导通和关断，如图2所示，使得MOS管D1始终工作在可变电阻区，以利用MOS管D1的阻值来消耗电能，从而能够利用MOS管的可变电阻区对电能进行泄放，相较于单一固定放电电阻，提高了放电效率。

由此可以看出，无论电动汽车处于哪种工作状态，本发明放电电路均能保证电动汽车高压系统正常工作或放电，提高了电动汽车的高压安全性。同时，创造性的将主动放电和被动放电使用相同的放电回路，既解决了主动放电在某些情况下放电不彻底的缺点，也避免了被动放电能量损耗，并且还可以简化电路设计，节约成本。

综上所述，根据本发明实施例的电动汽车高压放电电路，放电控制单元接收放电控制信号，并将放电控制信号传输至放电驱动单元，放电驱动单元输出放电驱动信号至放电开关管，以使放电单元进行主动放电工作。由此，该放电电路能够利用放电开关管的可变电阻区对电能进行泄放，提高了放电效率，同时保证电动汽车高压系统正常工作或放电，提高了电动汽车的高压安全性。

图3是根据本发明一个实施例的电动汽车的高压系统的方框示意图。如图3所示，本发明实施例的电动汽车的高压系统100可包括上述的电动汽车高压放电电路110。

本发明实施例的电动汽车的高压系统，通过上述的电动汽车高压放电电路，能够利用放电开关管的可变电阻区对电能进行泄放，提高了放电效率，同时保证电动汽车高压系统正常工作或放电，提高了电动汽车的高压安全性。

图4是根据本发明一个实施例的电动汽车的方框示意图。如图4所示，本发明实施例的电动汽车1000可包括上述的电动汽车的高压系统100。

本发明实施例的电动汽车，通过上述的电动汽车的高压系统，能够保证电动汽车高压系统正常工作或放电，提高了电动汽车的高压安全性。

应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。

另外，在本发明的描述中，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。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。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。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在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

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必须针对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一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种电动汽车高压放电电路，其特征在于，包括：

放电单元，所述放电单元包括放电开关管和放电电阻，所述放电开关管和放电电阻串联在电动汽车的高压母线正极端与接地端之间；

放电驱动单元，所述放电驱动单元用于输出放电驱动信号至所述放电开关管，以使所述放电开关管反复导通和关断；

放电控制单元，所述放电控制单元用于接收放电控制信号，并将所述放电控制信号传输至所述放电驱动单元，以通过所述放电驱动单元主动驱动所述放电开关管，以使所述放电单元进行主动放电工作。

2.如权利要求1所述的电动汽车高压放电电路，其特征在于，当所述放电控制单元失效时，所述放电驱动单元直接驱动所述放电开关管，以使所述放电单元进行被动放电工作。

3.如权利要求1或2所述的电动汽车高压放电电路，其特征在于，所述放电控制单元包括：

第一电阻，所述第一电阻的一端作为所述放电控制单元的接收端；

第一光耦，所述第一光耦中发光二极管的阳极连接到预设电源，所述第一光耦中发光二极管的阴极与所述第一电阻的另一端相连，所述第一光耦中光电三极管的发射极与接地端相连，所述第一光耦中光电三极管的集电极作为所述放电控制单元的输出端。

4.如权利要求1或2所述的电动汽车高压放电电路，其特征在于，所述放电驱动单元包括：

第二电阻，所述第二电阻的一端与所述高压母线正极端相连；

第三电阻，所述第三电阻的一端与所述第二电阻的另一端相连；

第四电阻，所述第四电阻的一端与所述第三电阻的另一端相连且具有第一节点，所述第四电阻的另一端与所述放电开关管的控制端相连；

稳压管，所述稳压管的阴极与所述第一节点相连且作为所述放电驱动单元的接收端，所述稳压管的阳极与接地端相连。

5.如权利要求1-4中任一项所述的电动汽车高压放电电路，其特征在于，所述放电开关管为MOS管。

6.如权利要求5所述的电动汽车高压放电电路，其特征在于，所述MOS管的漏极与所述高压母线正极端相连，所述MOS管的栅极接收所述放电驱动信号，所述MOS管的源极与所述放电电阻的一端相连，所述放电电阻的另一端与接地端相连。

7.如权利要求1所述的电动汽车高压放电电路，其特征在于，所述放电开关管与所述放电电阻串联后与所述电动汽车的高压电容并联。

8.如权利要求7所述的电动汽车高压放电电路，其特征在于，所述高压电容为薄膜电容。

9.一种电动汽车的高压系统，其特征在于，包括如权利要求1-8中任一项所述的电动汽车高压放电电路。

10.一种电动汽车，其特征在于，包括如权利要求9所述的电动汽车的高压系统。