CN111934528A - 一种新能源汽车高压泄放控制电路 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种新能源汽车高压泄放控制电路，包括泄放电阻，所述电路还包括控制单元、信号驱动电路、开关电路，所述开关电路与泄放电阻串联后并联在DC‑LINK电容两端，所述控制单元与信号驱动电路连接，所述驱动电路的输出端连接开关控制电路，用于控制开关控制电路的闭合和断开。本发明的优点在于：可以控制泄放电阻的接入与否，通过控制使得在需要时接入进行泄放，避免现有技术持续接入的电量消耗以及发热。
Description
技术领域
本发明涉及新能源汽车电压安全保护领域，特别涉及一种新能源汽车高压泄放控制电路。
背景技术
随着国家大力倡导和低碳生活的日益普及，新能源汽车受到越来越多人的接受和使用，新能源汽车作为一种以电能驱动的汽车，已广泛用于共享汽车、公共交通、城市物流。
在新能源汽车动力系统设计中，电机控制器中的电容器电压可高达450V以上，根据国家标准要求，当电机控制器被切断高压电源后，电机控制器中的电压需要降低至60V以下，主动放电时间补高于3S，被动放电时间不高于5min。为能达到此安全目标要求，电机控制器内部需具备有主动安全泄放功能和被动泄放装置电路。
针对目前被动泄放装置电路存在以下一些缺陷和不足，主要体现在已有方案多采用一颗功率电阻挂载在电容母线两端，从而导致泄放电阻在电机控制器工作时持续消耗电流，需求功率大、体积大、发热量大，能量损耗高，经济性差等一系列问题。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种新能源汽车高压泄放控制电路，用于提供一种按需可控的泄放电路，可以在需要时才将泄放电阻进入电路，同时消耗功率小，减少损耗。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：一种新能源汽车高压泄放控制电路，包括泄放电阻，所述电路还包括控制单元、信号驱动电路、开关电路，所述开关电路与泄放电阻串联后并联在DC-LINK电容两端，所述控制单元与信号驱动电路连接，所述驱动电路的输出端连接开关控制电路，用于控制开关控制电路的闭合和断开。
所述控制单元与泄放信号检测单元连接，所述泄放检测单元用于检测DC-LINK电容的泄放信号。
所述泄放信号检测单元包括高压下电状态检测模块和或控制器故障检测模块。
所述控制电路还包括电压采集处理电路，所述电压采集处理电路用于采集DC-LINK电容两端的电压信号，其输出端与控制单元连接。
所述驱动电路包括三极管Q1、限流电阻R1、R2，所述控制单元的输出端经过电阻R2连接至三极管Q1的基极，所述三极管Q1的集电极经电阻R1连接+12V低压电源；所述三极管Q1的发射极接地；从所述三极管Q1的发射极、集电极引出端子连接至开关电路，用于控制开关电路的闭合与断开。
所述开关电路包括隔离驱动光耦，所述隔离驱动光耦的输入端分别连接三极管Q1的集电极和发射极，所述隔离驱动光耦的两个输出端与泄放电阻串联后并联在DC-LINK电容两端。
所述控制单元与整车控制器连接或与电机控制器连接，用于获取整车的下电信号。
所述泄放电阻为多个并联的小功率贴片电阻。
所述控制单元包括单片机及其最小系统。
本发明的优点在于：可以控制泄放电阻的接入与否，通过控制使得在需要时接入进行泄放，避免现有技术持续接入的电量消耗以及发热；可以根据接入的下电信号、故障信号来进行电压泄放控制，使得泄放电路可智能工作在特定所需的工况，从而减少能量的损耗，提升整车效率，节约成本。
附图说明
下面对本发明说明书各幅附图表达的内容及图中的标记作简要说明：
图1为本发明泄放控制电路图。
上述图中的标记均为：1、控制单元；2、信号驱动电路；3、隔离驱动光耦；4、泄放电阻；5、电压采集处理电路。
具体实施方式
下面对照附图，通过对最优实施例的描述，对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。
如图1所示，一种新能源汽车高压泄放控制电路，包括泄放电阻、控制单元、信号驱动电路、开关电路，泄放电阻用于对DC-LINK电容进行放电消耗，从而降低电压。开关电路采用隔离驱动光耦来实现；驱动电路包括三极管Q1、限流电阻R1、R2；
控制单元采用单片机及其最小系统来实现，或者采用DSP数字控制器来实现，也可以采用车载的电机主控单元来实现。控制单元的输出端(I/O口)经过电阻R2连接至三极管Q1的基极，三极管Q1的集电极经电阻R1连接+12V低压电源；三极管Q1的发射极接地；三极管Q1的发射极连接隔离驱动光耦的电源输入端U1，隔离驱动光耦的接地输入端接地；隔离驱动光耦的高压侧两个端子：第一端子直接连接DC-LINK电容C1的一端，第二端子经过泄放电阻R3连接DC-LINK电容C1的另一端。
以上工作原理是当需要进行泄放时，控制单元输出低电平来驱动使得三极管Q1不导通，则12电压通过限流电阻R1后使得隔离光耦的低压侧导通，而相应的高压侧的三极管导通，使得泄放电阻R3与C1的并联电路导通，从而进行放电，消耗C1中的电压。
为了实现对于泄放结束的控制，设置电压采集处理电路，电压采集处理电路用于采集DC-LINK电容两端的电压信号，其输出端与控制单元连接。电压采集处理电路可以采用电压传感器等现有的电路器件来实现，主要实现对于电压的采集，控制单元的输入端与电压采集处理电路的输出端连接，用于获取电压信号，当控制单元检测到C1的电压小于设定的安全值时，此时可以认为泄放完成，控制单元输出至Q1的电压信号为高电平，使得三极管断开隔离驱动光耦，从而使得泄放电阻与C1之间断开，从而实现在泄放完成后的自动关闭泄放电路。
对于泄放电路的启动，本申请提供多种方案，本申请引入了控制单元就给予本申请很多智能化的控制提供了基础，以下说明部分：
1、控制单元与上位机连接，获取上位机发来的启动泄放信号。这里上位机可以是整车控制器VCU和或电机控制器。当汽车下电停止后，整车控制器VCU或电机控制器一般会设置有发出泄放指令，将该泄放控制指令发送至控制单元中，从而实现在整车下电时，自动接收到下电信号后控制泄放电阻R3接入进行泄放控制，体现出本申请的自动接入且泄放后可以自动关闭。
2、在整车需要泄放时，可能是车辆出现整车故障或动力系统出现故障时，此时也需要下电同时进行泄放。可以通过检测下电状态信号，通过检测整车钥匙信号检测单元来实现下电时对应的需要泄放的情况，通过控制器故障检测模块检测控制器故障状态对应的需要泄放情况，通过动力系统故障检测动力系统故障对应的需要泄放的情况，这些信号发送至控制单元中均作为触发泄放的信号。由于汽车车载部件具备上下电信号检测以及故障检测，上下电状态信号以及故障信号均可以通过CAN收发器读取整车CAN总线上的数据，故而可以通过CAN收发器读取对应的信号从而实现自动的启动泄放。
泄放电阻为多个并联的小功率贴片电阻，小功率目的是防止过多的发热，以及降低成本和空间体积；多个并联是为了达到快速放电的目的。
本申请的新能源汽车高压泄放装置电路，可以在主动放电异常时，将电机控制器存储在DC-LINK电容内部的高压泄放到安全电压，确保使用者人身安全。由控制单元电路、信号驱动电路、隔离放电电路(光耦和放电电阻)、DC-LINK电容和电压采集处理电路五部分构成。控制单元电路用于检测控制器异常故障情况，并发送KEY_ON被动泄放信号指令，泄放信号指令经驱动电路处理后，控制隔离放电电路光耦导通，高压经隔离放电光耦导通后输入泄放电阻进行电压泄放，高压采集处理电路实时采集高压电压，检测到电压泄放至安全电压后通知泄放控制电路单片，关断泄放，实现将电机控制器存储在DC-LINK电容内部的高压泄放到安全电压，确保用户人身安全。
(1)所述控制单元电路为新能源电机驱动系统主控单元，为控制器核心，主控单元通常由单机片/DSP及匹配晶振电路及供电组成，器主要功能起到驱动电机运行参数计算和监控作用。
(2)KEY_ON信号由控制单元电路发出，控制单元电路检测到整车或驱动系统存在异常后，请求切断电池包系统主回路输出继电器，禁止驱动系统输出后发出KEY_ON信号，低电平有效，控制泄放电路对DC-LINK电容存储电量放电。
(3)信号驱动电路接收到KEY_ON发出的低电平指令后，驱动电路三极管Q1由导通状态切换为截止状态，R1一端接固定的12V电源，另一端与三极管Q1和隔离放电电路的U1连接，Q1截止后，R1与三极管Q1连接端呈高电平状态，R1起限制隔离放电电路光耦内部发光二极管导通电流作用。
(4)隔离放电电路的隔离光耦U1接收到放电信号后，隔离光耦呈导通状态，控制高压侧三极管导通，隔离光耦U1除具有高低压隔离功能外，还起到导通泄放电流作用，泄放电流最大可达到50mA左右。
(5)隔离放电电路的泄放电阻R3为常用小功率贴片电阻，单颗电阻功率为2-3W，通常为多个电阻并联的方式来满足设计要求，并联电阻个数根据DC-LINK电容C1容量大小和工作电压来决定，泄放电阻起到在规定的时间内能量消耗的作用。
(6)DC-LINK电容为新能源汽车常用的安全膜薄膜电容，容量大小根据驱动系统功率和整机杂散电感匹配计算确定，起母线电压稳压滤波和提供瞬时大电流输出，避免减少对动力电池的冲击。由于电容固有特性，驱动系统断电后如无负载情况下，电容内部电荷无法释放，会对操作使用人员带来安全问题，此问题也是本发明装置电路首要需解决的问题。
(7)电压采集电路实时采集和监控DC-LINK电容正负极两端电压，监控到泄放电压低于安全电压60V后，控制单元电路单片机输出KEY_ON信号为高电平，完成DC-LINK电容两端电压泄放。所述电压采集电路将内部高压转换成隔离低压模拟信号，模拟信号输入至控制单元电路部分处理运算。电压采集电路主要用于采集电压信号，可以采用现有技术的相关电路或芯片来实现。
本发明与已有技术相比，具有以下优点：
(1)所采样控制单元电路为汽车认证专用处理芯片，安全性高稳定好。
(2)采样控制单元电路起监控、运算和控制作用，为本发明所述的高压电压泄放控制起到智能控制，由于该控制电路的参与，泄放电路可智能工作在特定所需的工况，从而减少能量的损耗，提升整车效率，节约成本。
(3)隔离放电电路，通过光耦芯片将高压部分电路和低压控制部分电路隔离，提高安全性。
(4)隔离放电电路中的泄放电阻，由于泄放回路受控制单元电路智能控制，泄放回路工作在特定工况条件下，因此泄放电阻的功率比现有的方案功率和体积大大减小，通过功率贴片电阻形式安装在具有铺铜散热表面的电路板上，从体积和成本上都有很大的降低。
从以上发明内容和优点可以看出：本发明所提供的一种新能源汽车高压泄放装置电路，解决了新能源汽车高压泄放电路不受控制、能量损耗大、功率电阻体积大、成本高、结构设计复杂等问题，从整车上提升了电池能量效率，节省了整车使用成本，减小控制器空间体积，提升控制器能量密度，结构设计也更为灵活，降低结构设计难度。
控制单元监控控制器运行状态，采集经电压采集处理电路反馈的模拟电压信号，在整车运行出现故障或控制器本身出现故障导致控制器不能进行主动泄放时，控制单元电路发出KEY_ON低电平信号，控制本发明所述隔离泄放电路进行DC-LINK电容存储能量进行泄放，确保用户或使用者安全，避免出现触电事故。在车辆故障或整车处于下电时，会控制电池包的输出继电器K1断开。此时控制单元检测到了泄放信号进行泄放控制。
信号驱动电路接收到控制单元发出的KEY_ON低电平信号后，信号驱动电路三极管处于截止状态，12V电源通过信号处理电路电阻R1流入隔离光耦，使隔离光耦呈导通状态。
隔离光耦导通后，存储在DC-LINK电容的能量通过隔离光耦内部的三极管流入至功率泄放电路发热损耗，在约定的时间内将存储在DC-LINK电容内部的能量消耗完成。
电压采集电路与DC-LINK电容两端连接，通过该处理电路，将高压电压信号处理成隔离后的低压模拟信号DC_VOLTAGE送至控制单元电路，控制单元电路实时采集和监控泄放电压，当检测到电容存储电压低压60V时，KEY_ON电平输出为高电平，完成DC-LINK电容能量泄放。
显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，均在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种新能源汽车高压泄放控制电路，包括泄放电阻，其特征在于：所述电路还包括控制单元、信号驱动电路、开关电路，所述开关电路与泄放电阻串联后并联在DC-LINK电容两端，所述控制单元与信号驱动电路连接，所述驱动电路的输出端连接开关控制电路，用于控制开关控制电路的闭合和断开。
2.如权利要求1所述的一种新能源汽车高压泄放控制电路，其特征在于：所述控制单元与泄放信号检测单元连接，所述泄放检测单元用于检测DC-LINK电容的泄放信号。
3.如权利要求2所述的一种新能源汽车高压泄放控制电路，其特征在于：所述泄放信号检测单元包括高压下电状态检测模块和/或控制器故障检测模块。
4.如权利要求1所述的一种新能源汽车高压泄放控制电路，其特征在于：所述控制电路还包括电压采集处理电路，所述电压采集处理电路用于采集DC-LINK电容两端的电压信号，其输出端与控制单元连接。
5.如权利要求1所述的一种新能源汽车高压泄放控制电路，其特征在于：所述驱动电路包括三极管Q1、限流电阻R1、R2，所述控制单元的输出端经过电阻R2连接至三极管Q1的基极，所述三极管Q1的集电极经电阻R1连接+12V低压电源；所述三极管Q1的发射极接地；从所述三极管Q1的发射极、集电极引出端子连接至开关电路，用于控制开关电路的闭合与断开。
6.如权利要求5所述的一种新能源汽车高压泄放控制电路，其特征在于：所述开关电路包括隔离驱动光耦，所述隔离驱动光耦的输入端分别连接三极管Q1的集电极和发射极，所述隔离驱动光耦的两个输出端与泄放电阻串联后并联在DC-LINK电容两端。
7.如权利要求1所述的一种新能源汽车高压泄放控制电路，其特征在于：所述控制单元与整车控制器连接或与电机控制器连接，用于获取整车的下电信号。
8.如权利要求1所述的一种新能源汽车高压泄放控制电路，其特征在于：所述泄放电阻为多个并联的小功率贴片电阻。
9.如权利要求1所述的一种新能源汽车泄放控制电路，其特征在于：所述控制单元包括单片机及其最小系统。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20201113 |