CN110712527A - 混合电驱动装甲车辆容性负载自动充放电集成保护电路 - Google Patents

Abstract

本发明属于坦克装甲车辆综合电力系统高压安全保护技术领域，具体涉及一种混合电驱动装甲车辆容性负载自动充放电集成保护电路，其外部设有高压母线、高压电池组、高压容性负载，该电路采用多个高压接触器、一个高压快速熔断器、一个大功率电阻、多个电压传感器等器件。该电路用于实现混合电驱动坦克装甲车辆高压容性负载在车辆高压上电时的预充电保护功能；并能够实现容性负载高压断电后的残余电荷泄放功能。本发明所构成的电路遵循集成化设计理念，将电动车辆的预充电电阻、放电电阻合二为一，大大减小了预充电保护、放电保护功能单元的体积，达到小型化、集成化的设计目的。

Description

混合电驱动装甲车辆容性负载自动充放电集成保护电路

技术领域

本发明属于坦克装甲车辆综合电力系统高压安全保护技术领域，具体涉及一种混合电驱动装甲车辆容性负载自动充放电集成保护电路。

背景技术

随着未来战场对装备的要求不断提高，大功率电驱动装置、高能武器、电力做动等装置大量运用于混合电驱动坦克装甲车辆。为了稳定设备高压输入电压，这些设备高压输入端均装有大小不等的支撑电容。在车辆高压上电过程中，需要采用预充电电路对高压负载的支撑电容进行预充电，使得支撑电容的电压缓慢升高，使之与高压电池组电压相差较小时再闭合配电支路高压接触器完成高压上电。这样可以避免因直接闭合负载配电支路的高压接触器产生的瞬间冲击电流，烧毁负载支撑电容、高压接触器和熔断器，保证负载和配电系统的安全。在高压断电过程中，为了保证车上人员安全，需将用电设备支撑电容内的残余电荷完全泄放，以避免由于电容内残存的电量造成人员触电伤亡。因此需要设计残余电量泄放电路，对电容内残余电荷进行泄放。

目前传统的预充电方式主要采用在配电支路高压接触器两端并联限流电阻和预充电接触器的方式，当需要预充电时，闭合预充电接触器，通过预充电电阻以限流充电方式对负载电容进行预充电。此种模式结构简单、易于实现。残余电荷泄放电路采用在高压正、负母线之间并联放电电阻和放电接触器的方式。放电时闭合放电接触器通过放电电阻对高压用电设备的电容残余电量进行泄放。这种形式需要选用两个电阻分别用于预充电电阻和放电电阻。由于电动车辆电压高，支撑电容容量大，所选预充电、放电的电阻功率高、体积大。在空间已经十分紧凑车内难于安放。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是：如何提供一种混合电驱动装甲车辆容性负载自动充放电集成保护电路。

(二)技术方案

为解决上述技术问题，本发明提供一种混合电驱动装甲车辆容性负载自动充放电集成保护电路，其外部设有高压母线、高压电池组、高压容性负载，该电路包括：大功率电阻、高压接触器、高压继电器、电压传感器、单片机控制电路；所述高压接触器设有两个，分为第一高压接触器和第二高压接触器，所述第一高压接触器设置于高压电池组配电支路上，所述第二高压接触器设置于高压容性负载配电支路上；所述高压继电器设有两个，分为预充电接触器和放电接触器；

所述电压传感器设有三个，分为高压母线电压传感器、高压电池组电压传感器和高压容性负载电压传感器；

所述高压母线电压传感器、高压电池组电压传感器和高压容性负载电压传感器用于在车辆高压上电时，分别实时采集高压母线、高压电池组和高压容性负载各自的电压；

所述单片机控制电路用于比较高压母线和高压容性负载两端的电压，如果高压母线电压和高压容性负载电压相差小于第一电压差阈值，则闭合第二高压接触器，将高压容性负载接入高压母线；高压容性负载接入高压母线后，高压母线电压和高压容性负载电压相等；

所述单片机控制电路还用于在高压容性负载接入高压母线后，比较高压电池组电压和高压容性负载电压，如果高压电池组电压和高压容性负载电压相差大于第二电压差阈值，则闭合预充电接触器；

所述预充电接触器用于在闭合的情况下，接通大功率电阻为高压容性负载预充电；

所述单片机控制电路还用于预充电接触器闭合的情况下，比较高压电池组电压和高压容性负载电压，如果高压电池组电压和高压容性负载电压相差小于第二电压差阈值后，闭合第一高压接触器，使得对车辆的高压容性负载高压上电完成。

其中，所述单片机控制电路还用于在高压断电过程中，首先断开第一高压接触器，然后闭合放电接触器，接通大功率电阻为车辆的高压容性负载进行放电；同时，通过高压容性负载电压传感器实时采集高压容性负载电压，当高压容性负载电压小于第三电压差阈值后，断开放电接触器和第二高压接触器，车辆高压断电完成。

其中，该电路中，高压上电过程和高压断电过程共用一个大功率电阻，在电路构成中，放电接触器高压触点一端连接大功率电阻，另一端连接高压负母线，预充电接触器触点一端连接大功率电阻，另一端连接高压正母线。

其中，所述单片机控制电路用于控制预充电接触器和放电接触器的接通时间，在同一时间，预充电接触器和放电接触器中只有一个被接通。

其中，所述电路还在放电接触器与高压母线之间设有高压熔断器，用于在短路发生时能够及时熔断，起到保护作用。

此外，本发明还提供一种混合电驱动装甲车辆容性负载自动充放电集成保护电路，其外部设有高压母线、高压电池组、高压容性负载1、高压容性负载2，所述电路包括：第一高压接触器J1、第二高压接触器J2、大功率电阻R、充电接触器SW1、放电接触器SW2、高压熔断器FUSE、第一电压传感器、第二电压传感器、第三电压传感器、继电器驱动电路、单片机控制电路；

其中，高压电池组、高压容性负载1、高压容性负载2的负极线均连接高压负母线；

高压电池组正极线连接高压接触器J1主触点一端，高压接触器J1主触点另一端与高压正母线连接；

高压容性负载1正极线连接高压接触器J2主触点一端，高压接触器J2主触点另一端与高压正母线连接；

高压容性负载2正极线与高压正母线连接；

大功率电阻R一端与高压正母线连接，大功率电阻R另一端与预充电接触器SW1、放电接触器SW2的主触点并联；

预充电接触器SW1主触点另一端与高压正母线相连；

放电接触器SW2主触点另一端与高压熔断器FUSE一端相连，FUSE另一端与高压负母线相连；

所述单片机控制电路通过继电器驱动电路分别连接预充电接触器SW1和放电接触器SW2；同时所述单片机控制电路还分别连接第一高压接触器J1、第二高压接触器J2、第一电压传感器、第二电压传感器、第三电压传感器。

其中，所述第一电压传感器用于采集高压母线电压V1；所述第二电压传感器用于采集高压电池组电压V2；所述第三电压传感器用于采集高压容性负载1的电压V3。

当执行高压上电操作时，所述单片机控制电路先判断放电接触器SW2是处于断开状态；如果放电接触器SW2断开，则比较高压母线电压V1、高压容性负载1电压V3的电压差，如电压差小于第一电压差阈值，则闭合第二高压接触器J2，使高压容性负载1接入高压母线；此时高压母线电压V1和高压容性负载1电压V3相等；

然后单片机控制电路判断高压电池组电压V2和高压容性负载1电压V3的电压差，如电压差大于第二电压差阈值，则接通预充电接触器SW1，通过大功率电阻对高压容性负载1、高压容性负载2进行预充电，等到高压电池组电压V2和高压容性负载1电压V3的电压差小于第二电压差阈值时，接通第一高压接触器J1，高压上电流程结束；

当执行高压断电操作时，单片机控制电路先判断预充电接触器SW1是否处于断开状态；如果预充电接触器SW1断开，则断开第一高压接触器J1；然后接通放电接触器SW2；判断高压容性负载1电压V3的电压值，如高压容性负载1电压V3的电压值小于第三电压差阈值，断开第二高压接触器J2，高压断电流程结束。

其中，所述第一电压差阈值为20V。

其中，所述第二电压差阈值为20V。

其中，所述第三电压差阈值为36V。

(三)有益效果

与现有技术相比较，本发明提供了一种电动车辆高压容性负载充放电集成保护电路。该电路采用多个高压接触器、一个高压快速熔断器、一个大功率电阻、多个电压传感器等器件。该电路用于实现混合电驱动坦克装甲车辆高压容性负载在车辆高压上电时的预充电保护功能；并能够实现容性负载高压断电后的残余电荷泄放功能。本发明所构成的电路遵循集成化设计理念，将电动车辆的预充电电阻、放电电阻合二为一，大大减小了预充电保护、放电保护功能单元的体积，达到小型化、集成化的设计目的。

采用该电路的高压配电装置已经在试验台架及实车进行了多次验证，能够实现车辆高压容性负载高压上电时的预充电保护和高压下电后的残余电量泄放功能。

附图说明

图1为本发明具体实施方式的电路图。

具体实施方式

为使本发明的目的、内容、和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。

为解决现有技术的问题，本发明对车辆高压供电系统中的支撑电容预充电、放电技术进行专门研究，采用新的电路构架，设计出了一种全新的预充电、放电保护电路，节省了所用器件。有利于车上配电保护装置小型化、集成化设计。

为此，本发明提供一种高压容性负载充放电集成保护电路，采用多个高压接触器、一个高压快速熔断器、一个大功率电阻、多个电压传感器等器件构成。该电路用于实现混合电驱动坦克装甲车辆高压容性负载在车辆高压上电时的预充电保护功能；并能够实现容性负载高压断电后的残余电荷泄放功能。本发明所构成的电路遵循集成化设计理念，将电动车辆的预充电电阻、放电电阻合二为一，大大减小了预充电保护、放电保护功能单元的体积，达到小型化、集成化的设计目的。

具体而言，本发明提供一种混合电驱动装甲车辆容性负载自动充放电集成保护电路，其外部设有高压母线、高压电池组、高压容性负载，本电路采用集成式设计方法，用于对车辆高压容性用电设备在车辆高压上电过程进行预充电，以避免容性负载接通时产生的瞬时大电流对容性负载、配电支路接触器和熔断器等器件造成的冲击。另外，该电路还用于车辆高压断电后对容性负载进行残余电量泄放，以避免由于残存电量造成的车上人员触电现象。

该电路包括：大功率电阻、高压接触器、高压继电器、电压传感器、单片机控制电路；所述高压接触器设有两个，分为第一高压接触器和第二高压接触器，所述第一高压接触器设置于高压电池组配电支路上，所述第二高压接触器设置于高压容性负载配电支路上；所述高压继电器设有两个，分为预充电接触器和放电接触器；

所述电压传感器设有三个，分为高压母线电压传感器、高压电池组电压传感器和高压容性负载电压传感器；

所述高压母线电压传感器、高压电池组电压传感器和高压容性负载电压传感器用于在车辆高压上电时，分别实时采集高压母线、高压电池组和高压容性负载各自的电压；

所述单片机控制电路用于比较高压母线和高压容性负载两端的电压，如果高压母线电压和高压容性负载电压相差小于第一电压差阈值，则闭合第二高压接触器，将高压容性负载接入高压母线；高压容性负载接入高压母线后，高压母线电压和高压容性负载电压相等；

所述单片机控制电路还用于在高压容性负载接入高压母线后，比较高压电池组电压和高压容性负载电压，如果高压电池组电压和高压容性负载电压相差大于第二电压差阈值，则闭合预充电接触器；

所述预充电接触器用于在闭合的情况下，接通大功率电阻为高压容性负载预充电；

所述单片机控制电路还用于预充电接触器闭合的情况下，比较高压电池组电压和高压容性负载电压，如果高压电池组电压和高压容性负载电压相差小于第二电压差阈值后，闭合第一高压接触器，使得对车辆的高压容性负载高压上电完成。

其中，所述单片机控制电路还用于在高压断电过程中，首先断开第一高压接触器，然后闭合放电接触器，接通大功率电阻为车辆的高压容性负载进行放电；同时，通过高压容性负载电压传感器实时采集高压容性负载电压，当高压容性负载电压小于第三电压差阈值后，断开放电接触器和第二高压接触器，车辆高压断电完成。

其中，该电路中，高压上电过程和高压断电过程共用一个大功率电阻，在电路构成中，放电接触器高压触点一端连接大功率电阻，另一端连接高压负母线，预充电接触器触点一端连接大功率电阻，另一端连接高压正母线。

其中，所述单片机控制电路用于控制预充电接触器和放电接触器的接通时间，在同一时间，预充电接触器和放电接触器中只有一个被接通。

其中，所述电路还在放电接触器与高压母线之间设有高压熔断器，用于在短路发生时能够及时熔断，起到保护作用。

如果预充电接触器和放电接触器同时接通会发生短路。为避免短路现象发生，必须严格控制两继电器接通时间，严禁预充电接触器和放电接触器同时接通。另外，在放电回路内串联一只高压熔断器，能够在短路发生时能够及时熔断，起到保护作用。

预充电接触器、放电接触器的线圈驱动电路采用特殊设计的继电器，该继电器用于接收单片机发出的预充电、放电接触器IO控制信号，控制预充电、放电接触器线圈驱动电路通断，进而控制预充电、放电接触器主触点通断。该固态继电器在同一时间只能执行一个IO指令，如先后接收到两个接触器接通指令，则后发出的IO指令不被执行。这样，保证了预充电接触器、放电接触器同一时间只能有一个接通。

本电路通过单片机控制电路接收上位机下发的高压上电、下电信号；并对电压传感器采集到的电压信号进行比较判断，进而控制预充电接触器、放电接触器和各配电支路高压接触器有序通断。

此外，本发明还提供一种混合电驱动装甲车辆容性负载自动充放电集成保护电路，其外部设有高压母线、高压电池组、高压容性负载1、高压容性负载2，如图1所示，所述电路包括：第一高压接触器J1、第二高压接触器J2、大功率电阻R、充电接触器SW1、放电接触器SW2、高压熔断器FUSE、第一电压传感器、第二电压传感器、第三电压传感器、继电器驱动电路、单片机控制电路；

其中，高压电池组、高压容性负载1、高压容性负载2的负极线均连接高压负母线；

高压电池组正极线连接高压接触器J1主触点一端，高压接触器J1主触点另一端与高压正母线连接；

高压容性负载1正极线连接高压接触器J2主触点一端，高压接触器J2主触点另一端与高压正母线连接；

高压容性负载2正极线与高压正母线连接；

大功率电阻R一端与高压正母线连接，大功率电阻R另一端与预充电接触器SW1、放电接触器SW2的主触点并联；

预充电接触器SW1主触点另一端与高压正母线相连；

放电接触器SW2主触点另一端与高压熔断器FUSE一端相连，FUSE另一端与高压负母线相连；

所述单片机控制电路通过继电器驱动电路分别连接预充电接触器SW1和放电接触器SW2；同时所述单片机控制电路还分别连接第一高压接触器J1、第二高压接触器J2、第一电压传感器、第二电压传感器、第三电压传感器。

其中，所述第一电压传感器用于采集高压母线电压V1；所述第二电压传感器用于采集高压电池组电压V2；所述第三电压传感器用于采集高压容性负载1的电压V3。

当执行高压上电操作时，所述单片机控制电路先判断放电接触器SW2是处于断开状态；如果放电接触器SW2断开，则比较高压母线电压V1、高压容性负载1电压V3的电压差，如电压差小于第一电压差阈值，则闭合第二高压接触器J2，使高压容性负载1接入高压母线；此时高压母线电压V1和高压容性负载1电压V3相等；

然后单片机控制电路判断高压电池组电压V2和高压容性负载1电压V3的电压差，如电压差大于第二电压差阈值，则接通预充电接触器SW1，通过大功率电阻对高压容性负载1、高压容性负载2进行预充电，等到高压电池组电压V2和高压容性负载1电压V3的电压差小于第二电压差阈值时，接通第一高压接触器J1，高压上电流程结束；

当执行高压断电操作时，单片机控制电路先判断预充电接触器SW1是否处于断开状态；如果预充电接触器SW1断开，则断开第一高压接触器J1；然后接通放电接触器SW2；判断高压容性负载1电压V3的电压值，如高压容性负载1电压V3的电压值小于第三电压差阈值，断开第二高压接触器J2，高压断电流程结束。

其中，单片机是本电路控制核心。通过AD采用通道实时采集各个电压传感器电压信息。通过IO信号控制各个接触器、继电器通断，并通过IO口采集各接触器、继电器通断状态。

并且，为避免SW1，SW2同时接通发生短路，单片机对SW1、SW2状态实时监控，严禁SW1、SW2接通指令同时发出。另外，SW1、SW2的线圈驱动电路采用特殊设计的固态继电器，该固态继电器用于接收单片机发出的SW1、SW2的IO控制信号，控制SW1、SW2线圈驱动电路通断，进而控制SW1、SW2主触点通断。该固态继电器在同一时间只执行一个IO指令，如两个IO指令同时发出，则后发出的IO指令不被执行。这样，保证了SW1、SW2同一时间只能有一个接通。高压熔断器FUSE起到预充电、放电回路最终保护作用。在SW1或SW2主触点粘连，或者其他保护措施失效，导致SW1、SW2同时接通，发生短路时，能够及时熔断，保护电路。

其中，所述第一电压差阈值为20V。

其中，所述第二电压差阈值为20V。

其中，所述第三电压差阈值为36V。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种混合电驱动装甲车辆容性负载自动充放电集成保护电路，其外部设有高压母线、高压电池组、高压容性负载，其特征在于，该电路包括：大功率电阻、高压接触器、高压继电器、电压传感器、单片机控制电路；所述高压接触器设有两个，分为第一高压接触器和第二高压接触器，所述第一高压接触器设置于高压电池组配电支路上，所述第二高压接触器设置于高压容性负载配电支路上；所述高压继电器设有两个，分为预充电接触器和放电接触器；

所述电压传感器设有三个，分为高压母线电压传感器、高压电池组电压传感器和高压容性负载电压传感器；

所述高压母线电压传感器、高压电池组电压传感器和高压容性负载电压传感器用于在车辆高压上电时，分别实时采集高压母线、高压电池组和高压容性负载各自的电压；

所述单片机控制电路用于比较高压母线和高压容性负载两端的电压，如果高压母线电压和高压容性负载电压相差小于第一电压差阈值，则闭合第二高压接触器，将高压容性负载接入高压母线；高压容性负载接入高压母线后，高压母线电压和高压容性负载电压相等；

所述单片机控制电路还用于在高压容性负载接入高压母线后，比较高压电池组电压和高压容性负载电压，如果高压电池组电压和高压容性负载电压相差大于第二电压差阈值，则闭合预充电接触器；

所述预充电接触器用于在闭合的情况下，接通大功率电阻为高压容性负载预充电；

所述单片机控制电路还用于预充电接触器闭合的情况下，比较高压电池组电压和高压容性负载电压，如果高压电池组电压和高压容性负载电压相差小于第二电压差阈值后，闭合第一高压接触器，使得对车辆的高压容性负载高压上电完成。

2.如权利要求1所述的混合电驱动装甲车辆容性负载自动充放电集成保护电路，其特征在于，

所述单片机控制电路还用于在高压断电过程中，首先断开第一高压接触器，然后闭合放电接触器，接通大功率电阻为车辆的高压容性负载进行放电；同时，通过高压容性负载电压传感器实时采集高压容性负载电压，当高压容性负载电压小于第三电压差阈值后，断开放电接触器和第二高压接触器，车辆高压断电完成。

3.如权利要求1所述的混合电驱动装甲车辆容性负载自动充放电集成保护电路，其特征在于，该电路中，高压上电过程和高压断电过程共用一个大功率电阻，在电路构成中，放电接触器高压触点一端连接大功率电阻，另一端连接高压负母线，预充电接触器触点一端连接大功率电阻，另一端连接高压正母线。

4.如权利要求1所述的混合电驱动装甲车辆容性负载自动充放电集成保护电路，其特征在于，所述单片机控制电路用于控制预充电接触器和放电接触器的接通时间，在同一时间，预充电接触器和放电接触器中只有一个被接通。

5.如权利要求1所述的混合电驱动装甲车辆容性负载自动充放电集成保护电路，其特征在于，所述电路还在放电接触器与高压母线之间设有高压熔断器，用于在短路发生时能够及时熔断，起到保护作用。

6.一种混合电驱动装甲车辆容性负载自动充放电集成保护电路，其外部设有高压母线、高压电池组、高压容性负载1、高压容性负载2，其特征在于，所述电路包括：第一高压接触器J1、第二高压接触器J2、大功率电阻R、充电接触器SW1、放电接触器SW2、高压熔断器FUSE、第一电压传感器、第二电压传感器、第三电压传感器、继电器驱动电路、单片机控制电路；

其中，高压电池组、高压容性负载1、高压容性负载2的负极线均连接高压负母线；

高压电池组正极线连接高压接触器J1主触点一端，高压接触器J1主触点另一端与高压正母线连接；

高压容性负载1正极线连接高压接触器J2主触点一端，高压接触器J2主触点另一端与高压正母线连接；

高压容性负载2正极线与高压正母线连接；

大功率电阻R一端与高压正母线连接，大功率电阻R另一端与预充电接触器SW1、放电接触器SW2的主触点并联；

预充电接触器SW1主触点另一端与高压正母线相连；

放电接触器SW2主触点另一端与高压熔断器FUSE一端相连，FUSE另一端与高压负母线相连；

所述单片机控制电路通过继电器驱动电路分别连接预充电接触器SW1和放电接触器SW2；同时所述单片机控制电路还分别连接第一高压接触器J1、第二高压接触器J2、第一电压传感器、第二电压传感器、第三电压传感器。

7.如权利要求6所述的混合电驱动装甲车辆容性负载自动充放电集成保护电路，其特征在于，所述第一电压传感器用于采集高压母线电压V1；所述第二电压传感器用于采集高压电池组电压V2；所述第三电压传感器用于采集高压容性负载1的电压V3。

当执行高压上电操作时，所述单片机控制电路先判断放电接触器SW2是处于断开状态；如果放电接触器SW2断开，则比较高压母线电压V1、高压容性负载1电压V3的电压差，如电压差小于第一电压差阈值，则闭合第二高压接触器J2，使高压容性负载1接入高压母线；此时高压母线电压V1和高压容性负载1电压V3相等；

然后单片机控制电路判断高压电池组电压V2和高压容性负载1电压V3的电压差，如电压差大于第二电压差阈值，则接通预充电接触器SW1，通过大功率电阻对高压容性负载1、高压容性负载2进行预充电，等到高压电池组电压V2和高压容性负载1电压V3的电压差小于第二电压差阈值时，接通第一高压接触器J1，高压上电流程结束；

当执行高压断电操作时，单片机控制电路先判断预充电接触器SW1是否处于断开状态；如果预充电接触器SW1断开，则断开第一高压接触器J1；然后接通放电接触器SW2；判断高压容性负载1电压V3的电压值，如高压容性负载1电压V3的电压值小于第三电压差阈值，断开第二高压接触器J2，高压断电流程结束。

8.如权利要求1或7所述的混合电驱动装甲车辆容性负载自动充放电集成保护电路，其特征在于，所述第一电压差阈值为20V。

9.如权利要求1或7所述的混合电驱动装甲车辆容性负载自动充放电集成保护电路，其特征在于，所述第二电压差阈值为20V。

10.如权利要求2或7所述的混合电驱动装甲车辆容性负载自动充放电集成保护电路，其特征在于，所述第三电压差阈值为36V。

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