CN109552056B - 一种制动电阻回路及其过热保护方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种制动电阻回路及其过热保护方法，其中，该制动电阻回路包括电源；接触器，其与所述电源串联；第一开关器件，其与所述接触器和电源串联；制动电阻，其与所述第一开关器件并联；以及第二开关器件，其与所述制动电阻串联，其中，所述制动电阻正常工作时最大电流与第一开关器件无法关断时电流之间的差值大于2倍以上，且第二开关器件的动作电流值在上述两电流之和的设定百分比的计算值以及第一开关器件无法关断时的电流值之间选取。本发明实施例的制动电阻回路的器件种类未变，没有增加成本，主要通过改善硬件选型实现，改善了现有制动电阻的过热保护机制。

Description

一种制动电阻回路及其过热保护方法

技术领域

本发明涉及一种新能源车辆制动领域，尤其涉及一种制动电阻回路及其过热保护方法。

背景技术

制动电阻作为新能源车辆制动的重要解决方案，主要在电池充满电，无法再接受回馈制动能量时切入到电池两端开始工作，用来消耗电制动回馈的能量，从而保护电池、维持整车电制动。

制动电阻回路主要包括电源Bat、制动电阻R_B、接触器K、熔断器F和IGBT模块，几者之间的关系如图1所示(其中，电阻、电源和IGBT模块内部检测温度的传感器未在图中画出)：在接触器K接通后，IGBT模块通过PWM斩波形式连通和切断电阻与电源，从而控制电阻上的电流，进而吸收电制动回馈的能量，最终达到保护电池、维持电制动的目的。

过热保护主要通过电阻、电源和IGBT模块内部检测温度的传感器检测得知。

现有过热保护主要来自三个方面：

1)一般情况下，熔断器是为了防止电阻两端短路，造成回路中其他部件过流而损坏或报故障影响电路工作。

2)接触器可以在系统过热时切断整个回路。

3)IGBT模块可以在系统过热时断开系统。

上述三种设计方法都无法保护下述情况：当IGBT模块发生擎住效应或因其他故障导致IGBT无法关断时，制动电阻上的电流将会持续存在(该电流小于IGBT模块额定电流，故IGBT模块不会烧断)，此时由于电流较大，主接触器可能无法切断(拉弧粘连)，造成制动电阻周围热量累计，温度持续上升，造成火灾风险。

发明内容

本发明所要解决的技术问题之一是改善现有过热保护方法，使IGBT模块发生持续误导通情况下，现有过热保护机制能够起到保护作用。

为了解决上述技术问题，本申请的实施例首先提供了一种制动电阻回路，所述制动电阻回路包括：电源；接触器，其与所述电源串联；第一开关器件，其与所述接触器和电源串联；制动电阻，其与所述第一开关器件并联；以及第二开关器件，其与所述制动电阻串联，其中，所述制动电阻正常工作时最大电流与第一开关器件无法关断时电流之间的差值大于2倍以上，且第二开关器件的动作电流值在上述两电流之和的设定百分比的计算值以及第一开关器件无法关断时的电流值之间选取。

优选地，所述制动电阻的阻值R按照如下表达式计算选型：

式中，U为充满电后电池电压，P为制动功率。

优选地，若所述制动电阻回路应用在长度12米以下且重量18吨以下通用车辆上时，所述制动电阻R的阻值按照如下表达式计算选型：

式中，P_max为长度12米以下且重量18吨以下通用车辆在7％坡度6公里的长坡上以30km/h匀速下坡时的最大制动功率，U_min为车辆的最低电池电压满值。

优选地，与所述制动电阻串联的第二开关器件的动作电流I按照如下表达式选型：

式中，P为制动功率，R为制动电阻阻值，U为充满电后电池电压。

优选地，所述第一开关器件为IGBT模块、MOSFET开关器件、晶闸管开关器件、H桥电路、或半桥电路。

优选地，所述第二开关器件为熔断器、断路器或空气开关。

根据本发明实施例的另一方面，还提供了一种配合如上所述的制动电阻回路的过热保护机制的器件选型方法，该方法包括：选择制动电阻阻值，令制动电阻正常工作时最大电流与第一开关器件无法关断时电流之间的差值大于2倍以上；选择第二开关器件的动作电流，使该电流的电流值大于上述两电流之和的设定百分比的计算值且小于第一开关器件无法关断时的电流值。

优选地，按照如下表达式计算选型所述制动电阻的阻值R：

式中，U为充满电后电池电压，P为制动功率。

优选地，若所述制动电阻回路应用在长度12米以下且重量18吨以下通用车辆上时，按照如下表达式计算选型所述制动电阻R的阻值：

式中，P_max为长度12米以下且重量18吨以下通用车辆在7％坡度6公里的长坡上以30km/h匀速下坡时的最大制动功率，U_min为车辆的最低电池电压满值。

优选地，按照如下表达式选型与所述制动电阻串联的第二开关器件的动作电流I：

式中，P为制动功率，R为制动电阻阻值，U为充满电后电池电压。

与现有技术相比，上述方案中的一个或多个实施例可以具有如下优点或有益效果：

本发明实施例的制动电阻回路的器件种类未变，没有增加成本，主要通过改善硬件选型实现，改善了现有制动电阻的过热保护机制。在出现制动电阻回路过热的情况下，即使IGBT模块发生持续误导通情况，采用如背景技术中所述的三个过热保护方法，仍能够起到保护作用。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明的技术方案而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构和/或流程来实现和获得。

附图说明

附图用来提供对本申请的技术方案或现有技术的进一步理解，并且构成说明书的一部分。其中，表达本申请实施例的附图与本申请的实施例一起用于解释本申请的技术方案，但并不构成对本申请技术方案的限制。

图1为本申请实施例的制动电阻回路的示例一的电路示意图。

图2为本申请实施例的配合图1所示的制动电阻回路的过热保护机制的器件选型方法的流程示意图。

图3为本申请实施例的制动电阻回路的示例二的电路示意图。

具体实施方式

以下将结合附图及实施例来详细说明本发明的实施方式，借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达成相应技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。本申请实施例以及实施例中的各个特征，在不相冲突前提下可以相互结合，所形成的技术方案均在本发明的保护范围之内。

图1为本申请实施例的制动电阻回路的电路示意图。

如图1所示，该制动电阻回路包括：电源Bat；接触器K，其与电源Bat串联；IGBT模块(作为第一开关器件的例子)，其与接触器K和电源Bat串联；制动电阻R_B，其与IGBT模块并联；以及熔断器F(作为第二开关器件的例子)，其与制动电阻R_B串联。

为了方便理解本发明，先对本发明实施例采用的原理进行说明。

首先制动电阻正常工作时电流远小于第一开关器件无法关断时流过制动电阻的电流；所以只要设定熔断器的电流接近第一开关器件无法关断时流过制动电阻的电流，就可以保证一旦IGBT持续误导通，熔断器就能熔断。

实现这个保护过程需要保证两点：第一点是由车辆制动功率决定的正常工作电流小于IGBT持续误导通电流的一半，这点确定了制动电阻的阻值；第二点是熔断器动作电流接近IGBT持续误导通下流过制动电阻的电流，这点确定了熔断器动作电流。当IGBT持续误导通发生时，熔断器一定会熔断，从而避免IGBT损坏，或者制动电阻过热烧坏周围部件等情况发生。

基于上述原理，在本例中，为了改善现有的过热保护方法，将制动电阻R_B正常工作时电流与IGBT模块无法关断时电流之间的差值增大，优选为大于2倍以上，为与其串联的熔断器的动作电流留足选取空间，例如使该电流的电流值大于上述两电流之和的设定百分比(优选1/2)的计算值且小于第一开关器件无法关断时电流值，该设定百分比可以为其他数值，本发明不做限定。为了实现该目的，通过如图2所示的步骤完成对该制动电阻回路中的制动电阻和熔断器参数的计算。

如图2所示，首先，在步骤S210中，计算制动电阻R_B正常工作最大电流：

式中，P为制动功率，R为制动电阻阻值，I₁为制动电阻正常工作最大电流。

接着，在步骤S220中，计算IGBT无法关断时电流：

式中，U为充满电后电池电压，I₂为IGBT无法关断时制动电阻上电流。

然后，在步骤S230中，确保两电流之间差值大于2倍以上：

在步骤S240中，令熔断器电流选择如下，即大于上述两电流之和的1/2的值且小于I₂，表达式为：

式中，I为熔断器动作电流。

在步骤S250中，联立式(2)～(5)，计算可得，

当制动电阻可以定制时，采用式(6)和(7)计算制动电阻阻值和与其串联的熔断器的动作电流。

考虑制动电阻在不同电压平台下12米(18吨)以下车的通用性，其阻值可以按照下式选取：

式中，P_max为长度12米以下且重量18吨以下通用车辆在7％坡度6公里的长坡上以30km/h匀速下坡时的最大制动功率，U_min为车辆可能选择的最低电池电压满值(充满电后的电池电压值)。

根据一个例子中，现有12米(18吨)车辆P_max＝70kW，U_min＝359V，由此计算得到制动电阻值为0.46Ω。

本发明实施例的制动电阻回路的器件种类未变，没有增加成本，主要通过改善硬件选型实现，改善了现有制动电阻的过热保护机制。在出现制动电阻回路过热的情况下，即使IGBT模块发生持续误导通情况，采用如背景技术中所述的三个过热保护方法，仍能够起到保护作用。

补充说明：

(1)在制动电阻回路中可以采用断路器或空气开关来代替熔断器，但其动作电流与制动电阻阻值选型方法相同。

(2)同样的电阻回路结构应用于非制动场合，如可控电阻加热系统等。

(3)可以将回路结构中的IGBT模块更改为其他开关器件(如MOSFET、晶闸管等)或更改为其他电力电子拓扑结构(如H桥电路、半桥电路等)。

在按照补充说明(3)来改变拓扑结构时，电路依然是制动电阻回路，如双管变为单管，或将下管替代为电容等。主要应用在机车、无轨电车、新能源汽车等领域。H桥电路和半桥电路就是替代本案中的IGBT模块，是一种更复杂的开关，下面将H桥电路替换IGBT模块的图3电路图为例。

如图3所示，图3中H桥电路包括四个IGBT管，工作时左上和右下的IGBT管开通一段时间后，右上和左下开通，如此往复。如此设置的目的是分散IGBT承受的电应力和热应力。图3中由于左上和右下IGBT管脉冲相同，同样存在持续误导通或无法关断的情况，因此，采取上述方法仍能有效地保证过热保护。

虽然本发明所揭露的实施方式如上，但所述的内容只是为了便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属技术领域内的技术人员，在不脱离本发明所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式上及细节上作任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。

Claims (8)

1.一种制动电阻回路，其特征在于，所述制动电阻回路包括：

电源；

接触器，其与所述电源串联；

第一开关器件，其与所述接触器和电源串联；

制动电阻，其与所述第一开关器件并联；以及

第二开关器件，其与所述制动电阻串联，

其中，所述制动电阻正常工作时最大电流与第一开关器件无法关断时电流之间的差值大于2倍以上，且第二开关器件的动作电流值在上述两电流之和的设定百分比的计算值以及第一开关器件无法关断时的电流值之间选取；

所述制动电阻的阻值R按照如下表达式计算选型：

式中，U为充满电后电池电压，P为制动功率。

2.根据权利要求1所述的制动电阻回路，其特征在于，

若所述制动电阻回路应用在长度12米以下且重量18吨以下通用车辆上时，所述制动电阻R的阻值按照如下表达式计算选型：

式中，P_max为长度12米以下且重量18吨以下通用车辆在7％坡度6公里的长坡上以30km/h匀速下坡时的最大制动功率，U_min为车辆的最低电池电压满值。

3.根据权利要求1所述的制动电阻回路，其特征在于，与所述制动电阻串联的第二开关器件的动作电流I按照如下表达式选型：

式中，P为制动功率，R为制动电阻阻值，U为充满电后电池电压。

4.根据权利要求1所述的制动电阻回路，其特征在于，

所述第一开关器件为IGBT模块、MOSFET开关器件、晶闸管开关器件、H桥电路、或半桥电路。

5.根据权利要求1～4中任一项所述的制动电阻回路，其特征在于，

所述第二开关器件为熔断器、断路器。

6.一种配合如权利要求1所述的制动电阻回路的过热保护机制的器件选型方法，其特征在于，

选择制动电阻阻值，令制动电阻正常工作时最大电流与第一开关器件无法关断时电流之间的差值大于2倍以上；

选择第二开关器件的动作电流，使该电流的电流值大于上述两电流之和的设定百分比的计算值且小于第一开关器件无法关断时的电流值；

按照如下表达式计算选型所述制动电阻的阻值R：

式中，U为充满电后电池电压，P为制动功率。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，

若所述制动电阻回路应用在长度12米以下且重量18吨以下通用车辆上时，按照如下表达式计算选型所述制动电阻R的阻值：

式中，P_max为长度12米以下且重量18吨以下通用车辆在7％坡度6公里的长坡上以30km/h匀速下坡时的最大制动功率，U_min为车辆的最低电池电压满值。

8.根据权利要求6～7中任一项所述的方法，其特征在于，按照如下表达式选型与所述制动电阻串联的第二开关器件的动作电流I：

式中，P为制动功率，R为制动电阻阻值，U为充满电后电池电压。

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