CN112640240A - 危险电压预充电和放电系统及方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于对危险电压直流系统进行预充电和放电的系统包括：以主接触器的形式的第一继电器、第二继电器以及设置在第一电接触部与第二电接触部之间的电阻器。在初始状态下，主接触器断开并且第二继电器将电阻器连接至第二接触部，以操作为无源放电装置。在启动状态下，第二继电器进行切换，并且利用电阻器发生预充电。在操作状态下，主接触器闭合并且在没有电阻器的情况下电流在第一接触部与第二接触部之间流动。在关闭状态下，主接触器断开并且第二继电器进行切换以将电阻器连接至第二接触部，并且在电阻器处对来自第二接触部的电压以热的方式进行放电。

Description

危险电压预充电和放电系统及方法
相关申请的交叉引用
本PCT国际专利申请要求于2018年8月31日提交的题为“High Voltage Pre-Charging And Discharging System And Method”的美国临时专利申请序列号62/725,399的权益和优先权，该美国临时专利申请的全部公开内容通过引用并入本文。
技术领域
本公开内容涉及电动车辆中的危险电压直流系统。更具体地，本公开内容涉及对系统进行预充电并且还对系统中的电压进行放电的单元。
背景技术
电动客用车辆诸如纯电动车辆或混合电动车辆在客用车辆行业以及商用车辆行业(诸如，卡车和公共汽车)中普遍使用。电动车辆在其使用中依赖于危险电压直流(HVDC)。具有大的电容性负载的危险电压系统可能在初始接通期间暴露于高电流。与可以在诸如公共设施电力分配的初始上电的极少数场合下接通的一些HVDC应用不同，用于电动车辆的HVDC系统需要频繁地上电。在大多数电动车辆系统中，每天对HVDC系统上电多次。
因此，期望在初始通电期间对HVDC系统的电力线电压进行预充电，以限制上电过程期间的浪涌电流。在没有进行预充电的情况下，上电时的峰值浪涌电流可能对系统的电子部件造成压力，从而降低系统的电子部件的可靠性和寿命。对系统进行预充电可以增加高电压系统中的部件的寿命和可靠性。
在电动车辆中，对系统中的电阻器进行预充电是必要的，以避免利用峰值浪涌电流对系统中的电容器进行充电并且避免损坏布线、继电器、电池或保险丝。然而，电动车辆标准还要求HVDC电路在其被关断之后的短时间内就无电压。
现有的电动车辆系统利用两个分开的功能元件来实现在上电时对系统进行预充电并且在关闭之后对系统中的电压进行放电的要求。每个功能元件形成一个继电器和一个电阻器。
鉴于前述内容，仍然需要改进预充电单元和放电单元。
发明内容
一种用于对危险电压直流系统进行预充电和放电的电路包括：一对第一电接触部，所述一对第一电接触部经由第一线和第二线连接至一对第二电接触部；第一继电器，该第一继电器以主接触器的形式设置在第一线和第二线上，该第一继电器具有下述状态：中断第一接触部与第二接触部之间的连接的断开状态和形成第一接触部与第二接触部之间的连接的闭合状态；以及形成沿着第一线的连接并且中断沿着第二线的连接的部分断开状态；第一旁路线，该第一旁路线从第一线在设置在主接触器与第二电接触部之间的点处延伸；第二旁路线，该第二旁路线从第二线在设置在主接触器与第一电接触部之间的点处延伸；以及第三旁路线，该第三旁路线具有电阻器并且从第二线在设置在主接触器与第二电接触部之间的点处延伸；第二继电器，该第二继电器具有连接第一旁路线与第三旁路线的第一状态以及连接第二旁路线与第三旁路线的第二状态；其中，该系统包括其中主接触器处于断开状态并且第二继电器处于第一状态的初始状态；其中，该系统包括其中第二继电器处于第二状态并且主接触器处于部分断开状态的启动状态；其中，该系统包括其中主接触器处于闭合状态的操作状态；以及其中，该系统包括其中主接触器处于断开状态并且第二继电器处于第一状态的关闭状态。
在一个方面，主接触器被配置成与其他线无关的在每个线处形成和中断沿着第一线和第二线的连接。在另一方面，主接触器是两个分开的继电器。
在一个方面，第一电接触部附接至电池。在一个方面，第二电接触部附接至电动车辆部件。
在一个方面，电阻器在初始状态下操作为无源放电单元。
在一个方面，在启动状态下，电路对连接至第二电接触部的部件进行预充电。在一个方面，在操作状态下，电阻器被旁路。
在一个方面，在关闭状态下，电阻器对连接至第二电接触部的部件中存在的能量进行放电。
在本公开内容的另一方面，一种用于对危险电压直流系统进行预充电和放电的方法包括：提供处于初始状态的系统，其中，以主接触器的形式设置在第一线和第二线上的第一继电器是断开的，第一线和第二线连接第一组接触部和第二组接触部，并且其中，第二继电器处于将第一旁路线连接至具有电阻器的第三旁路线的第一状态下，使得电阻器经由第一线和第二线与第二接触部串联；将第二继电器切换至第二状态以将第二旁路线连接至第三旁路线，并且形成在第一接触部与第二接触部之间的在第一线上的连接，并且响应于此，从第一接触部经由电阻器对连接至第二接触部的部件进行预充电；响应于预充电，形成第二线上的连接，以在没有电阻器的情况下将第一接触部连接至第二接触部；以及断开主接触器并且将第二继电器切换至第一状态，并且响应于此，对来自连接至第二接触部的部件的电压进行放电。
在一个方面，该方法包括：当第二继电器处于第二状态并且主接触器部分地断开时，对电阻器进行充电，其中，第一接触部连接至电池。
在一个方面，对来自部件的电压进行放电的步骤包括在电阻器处对部件以热的方式进行放电。
在一个方面，当第二继电器处于第二状态并且主接触器闭合时，电阻器被旁路。
在一个方面，主接触器选择性地形成和中断第一接触部与第二接触部之间的连接，其中，第一接触部连接至电池。
在本公开内容的另一方面，提供了一种用于对危险电压直流系统进行预充电和放电的系统，该系统包括：一对第一电接触部，所述一对第一电接触部经由电路连接至一对第二电接触部，第一接触部被配置成用于附接至电池并且第二接触部被配置成用于附接至另外的部件；第一继电器，该第一继电器以主接触器的形式设置在电路上；第二继电器，该第二继电器设置在电路上；单个电阻器，该单个电阻器设置在电路上，其中，该系统具有其中第一继电器和第二继电器在第一电接触部与第二电接触部之间连接单个电阻器以对另外的部件进行预充电的预充电状态；其中，该系统具有其中第一继电器和第二继电器将单个电阻器与第二电接触部连接以对另外的部件进行放电的放电状态；其中，该系统被配置成在没有除了单个电阻器之外的附加电阻器并且没有除了第一继电器和第二继电器之外的附加继电器的情况下执行预充电和放电两者。
附图说明
将容易理解本发明的其他优点，因为当结合附图考虑时，通过参考以下详细描述，将更好地理解本发明的其他优点，在附图中：
图1是示出用于预充电和电压放电单元的电路的示意性电路图，其示出了该电路的初始状态；
图2是示出其中由电池对电阻器进行充电的电路的启动状态的示意性电路图；
图3是示出其中电阻器被旁路的操作状态的示意性电路图；
图4是示出其中电压被放电至电阻器的关闭状态的示意性电路图；以及
图5是包括设置在电路上的附加电阻器的电路的局部视图。
具体实施方式
参照图1，提供了用于管理电动车辆中的电压的系统10。电动车辆包括危险电压直流(HVDC)系统，其中，在上电时在HV电路中发生峰值浪涌电流并且在关断之后在HV电路中存在高电压。该系统包括电路12，电路12被配置成在上电时对系统10进行预充电并且在关断之后对系统10中的危险电压进行放电两者。
如在电动车辆中常见的，系统10包括电池13，电池13的极在KL1处连接至电路12的一端，KL1也可以被称为第一接触部。该系统还包括在KL2处连接至电路12的相对端的另外的部件，KL2也可以被称为第二接触部。另外的部件可以包括电动车辆的下述部件：包括危险电压部件诸如电动马达、逆变器、DC/DC充电器等。
电路12包括主接触器(被指定为RY1)，当主接触器闭合时，将电流从KL1处的电池13传送至KL2处的另外的部件。图1示出了初始的未激活状态，其中，主接触器断开，使得电流将不会从KL1处的电池13流向系统的其余部分。RY1可以被实现为两个分开的继电器，或者第二极可以具有分开的较小的桥接继电器，该桥接继电器可以集成至RY2中。电路12还包括第一线14，第一线14在电路图的底部处示出并且从KL1向KL2延伸。第一线14包括耦接至主接触器RY1的开关14a，开关14a在初始状态下断开。该电路还包括第二线16，第二线16与第一线14类似的从KL1延伸至KL2。第二线16包括耦接至主接触器RY1的开关16a，开关16a在初始状态下断开。主接触器RY1控制开关14a和开关16a为断开或闭合。当两个开关14a和16a闭合时，电池13将向连接至KL2的部件供电。在预充电状态下，14a闭合并且16a断开，这可以被称为主接触器RY1的部分断开状态。
如整个附图所示，主接触器被示意性地示出为连接至第一线14和第二线16中的每个线以形成(make)和中断第一线14与第二线16的连接的单个单元。然而，主接触器可以被配置成独立地形成和中断线14、线16中的每个线处的连接，并且主接触器可以是两个分开的接触器或继电器的形式，以用于独立地控制形成和中断连接。例如，在图2中，形成第一线14的连接，同时中断第二线16的连接。出于本公开内容的目的，主接触器RY1也可以被称为主继电器或第一继电器。
电路12还包括一组旁路线，所述一组旁路线可以根据电路12的状态与电流流动连接或断开连接。第一旁路线18从第一线14朝向第二继电器RY2延伸。第二旁路线20从第二线16朝向第二继电器RY2延伸。第三旁路线22从第二继电器RY2向第二线16延伸。
第二继电器RY2操作为开关，以形成或中断第三旁路线22与第一旁路线18或第二旁路线20中的一个旁路线之间的连接。因此，第二继电器RY2控制连接哪对旁路线。在图2示出的第二继电器RY2的一个状态下，第二旁路线20和第三旁路线22经由第二继电器RY2连接，并且第一旁路线18在第二继电器RY2处断开连接，从而创建与第二线16并联的流动路径并且将第一线14和第二线16彼此分开。主接触器RY1设置在第二线16的相应线接触部与第二旁路线20和第三旁路线22的相应线接触部之间。
在第二继电器RY2的另一状态下，第一旁路线18经由第二继电器RY2连接至第三旁路线22，从而在第一线14与第二线16之间创建流动路径。第一旁路线18与第一线14之间的接触部设置在主接触器RY1与KL2之间。第三旁路线22与第二线16之间的接触部也设置在主接触器RY1与KL2之间。因此，当第二继电器RY2将第一旁路线18连接至第三旁路线22时，无论主接触器RY1的状态如何，第一线14和第二线16在电路中都连接。
图1示出了第一旁路线18和第三旁路线22连接，但是其中沿着线14和线16的连接在KL1与KL2之间中断。
第三旁路线22如上所述根据第二继电器RY2的状态将第二线16连接至第一线14或者第二线16上的另一接触点，第三旁路线22包括电阻器R1。因此，第二继电器RY2将控制如何将电阻器R1与电路12的其余部分一起操作。在继电器RY1的一个状态下，如图2所示，电阻器R1是与第二线16并联并且与第一线14断开连接的流动路径的一部分。在另一状态下，电阻器R1是第一线14与第二线16之间的流动路径的一部分，如图1所示。
图1示出了处于其初始和未激活状态下的系统10。主接触器RY1断开，从而中断沿着线14、线16的KL1与KL2之间的连接。在初始状态下，RY2以下述方式切换：使得第一旁路线18和第三旁路线22连接并且第二旁路线20断开连接。因此，电阻器R1为均连接至KL2的第一线14与第二线16之间的流动路径的一部分。在该初始状态下，电阻器R1经由继电器RY2与KL2一起用作无源放电电路。
参照图2，响应于启动系统10，对第二继电器RY2进行切换，从而中断第一旁路线18与第三旁路线22之间的连接并且形成第二旁路线20与第三旁路线22之间的连接。响应于切换第二继电器R2，利用作为流动路径的一部分的电阻器R1对连接至KL2的部件进行预充电。另外地，开关14a通过主接触器RY闭合，同时开关16a保持断开，使得沿着线14形成连接以完成KL1与KL2之间的电路并且闭合回路以用于进行预充电。因此，KL1与KL2之间的电路包括电阻器R1。在该状态下，主接触器RY1可以被认为处于部分断开状态，其中，形成沿着线14的连接并且中断沿着线16的连接。然而，将理解的是，在两个分开的继电器或接触器控制这些连接的形成和中断的情况下，所涉及的部分断开可以被解释为形成一个连接并且中断另一连接。
对预充电处理进行监测，并且在达到预定的预充电阈值之后，完成预充电。响应于完成预充电，将主接触器RY1切换至“闭合”状态，如图3所示。在主接触器RY1的闭合状态下，第一线14和第二线16均将KL1连接至KL2，并且系统10以其全操作模式被激活。第二继电器RY2保持在其连接第二旁路线20和第三旁路线22的状态下，其中，电阻器R1与第二线16并联连接。该并联连接使得电流流过第二线16，从而旁路电阻器R1。
参照图4，在关断系统时，主接触器RY1断开，从而中断沿着线14和线16的KL1与KL2之间的连接。因此，连接至KL2的部件不再由KL1完全供电。此时，第二继电器RY2也被切换，从而形成第一旁路线18与第三旁路线22之间的连接，从而将电阻器R1置于第一线14与第二线16之间的路径中。第二旁路线20与KL1断开连接并且处于与初始状态相同的状态。
在该关闭状态下，通过电阻器R1对连接至KL2的部件中存在的能量以热的方式进行放电。根据上述过程，稍后可能发生系统10的随后上电。在关闭之后不久发生随后上电的情况下，由于KL2中存在残留能量，因此可以更快地完成预充电处理。
因此，上面描述的具有设置在KL1与KL2之间的作为单个功能单元的两个继电器RY1和RY2以及单个电阻器R1的系统10提供了预充电和放电两者，而不需要分开的预充电单元和分开的放电单元。
电阻器R1已经被描述为单个电阻器。然而，在一些情况下，针对电阻器的预充电规格和放电规格可能不同。因此，在另一方法中，在第一旁路线18和第二旁路线20中的一者或两者上可以包括附加电阻器R2，从而根据第二继电器RY2的切换状态来改变总的串联电阻或并联电阻。图5示出了在线18和线20两者上的附加电阻器R2的示例。将理解的是，在线18或线20上可以包括仅一个附加电阻器R2。还将理解的是，所涉及的电阻器也可以是指设置在线的一部分上用于产生所需电阻的一组电阻器。
明显地，根据上面的教导，本发明的许多修改和变型是可能的，并且这些修改和变型可以另外以不同于具体描述的方式同时在所附权利要求的范围内来实践。这些先前的叙述应当被解释为涵盖本发明的新颖性发挥其效用的任何组合。

Claims (15)

1.一种用于对危险电压直流系统进行预充电和放电的电路，所述电路包括：
一对第一电接触部，所述一对第一电接触部经由第一线和第二线连接至一对第二电接触部；
第一继电器，所述第一继电器以主接触器的形式设置在所述第一线和所述第二线上，所述第一继电器具有下述状态：中断第一接触部与第二接触部之间的连接的断开状态和形成所述第一接触部与所述第二接触部之间的连接的闭合状态；以及形成沿着所述第一线的连接并且中断沿着所述第二线的连接的部分断开状态；
第一旁路线，所述第一旁路线从所述第一线在设置在所述主接触器与所述第二电接触部之间的点处延伸；第二旁路线，所述第二旁路线从所述第二线在设置在所述主接触器与所述第一电接触部之间的点处延伸；以及第三旁路线，所述第三旁路线具有电阻器并且从所述第二线在设置在所述主接触器与所述第二电接触部之间的点处延伸；
第二继电器，所述第二继电器具有连接所述第一旁路线与所述第三旁路线的第一状态以及连接所述第二旁路线与所述第三旁路线的第二状态，并且
其中，所述系统包括其中所述主接触器处于所述断开状态并且所述第二继电器处于所述第一状态的初始状态；其中，所述系统包括其中所述第二继电器处于所述第二状态并且所述主接触器处于所述部分断开状态的启动状态；其中，所述系统包括其中所述主接触器处于所述闭合状态的操作状态；以及其中，所述系统包括其中所述主接触器处于所述断开状态并且所述第二继电器处于所述第一状态的关闭状态。
2.根据权利要求1所述的电路，其中，所述主接触器被配置成与其他线无关的在每个线处形成和中断沿着所述第一线和所述第二线的连接。
3.根据权利要求2所述的电路，其中，所述主接触器是两个分开的继电器。
4.根据权利要求1所述的电路，其中，所述第一电接触部附接至电池。
5.根据权利要求4所述的电路，其中，所述第二电接触部附接至电动车辆部件。
6.根据权利要求1所述的电路，其中，所述电阻器在所述初始状态下操作为无源放电单元。
7.根据权利要求1所述的电路，其中，在所述启动状态下，所述电路对连接至所述第二电接触部的部件进行预充电。
8.根据权利要求7所述的电路，其中，在所述操作状态下，所述电阻器被旁路。
9.根据权利要求8所述的电路，其中，在所述关闭状态下，所述电阻器对连接至所述第二电接触部的部件中存在的能量进行放电。
10.一种用于对危险电压直流系统进行预充电和放电的方法，所述方法包括：
提供处于初始状态的所述系统，其中，以主接触器的形式设置在第一线和第二线上的第一继电器是断开的，所述第一线和所述第二线连接第一组接触部和第二组接触部，并且其中，第二继电器处于将第一旁路线连接至具有电阻器的第三旁路线的第一状态下，使得所述电阻器经由所述第一线和所述第二线与所述第二接触部串联；
将所述第二继电器切换至第二状态以将第二旁路线连接至所述第三旁路线，并且形成在所述第一接触部与所述第二接触部之间的在所述第一线上的连接，并且响应于此，从所述第一接触部经由所述电阻器对连接至所述第二接触部的部件进行预充电；
响应于预充电，形成所述第二线上的连接，以在没有所述电阻器的情况下将所述第一接触部连接至所述第二接触部；以及
断开所述主接触器并且将所述第二继电器切换至所述第一状态，并且响应于此，对来自连接至所述第二接触部的部件的电压进行放电。
11.根据权利要求10所述的方法，还包括：当所述第二继电器处于所述第二状态并且所述主接触器部分地断开时，对所述电阻器进行充电，其中，所述第一接触部连接至电池。
12.根据权利要求10所述的方法，其中，对来自所述部件的电压进行放电的步骤包括在所述电阻器处对所述部件以热的方式进行放电。
13.根据权利要求10所述的方法，其中，当所述第二继电器处于所述第二状态并且所述主接触器闭合时，所述电阻器被旁路。
14.根据权利要求10所述的方法，其中，所述主接触器选择性地形成和中断所述第一接触部与所述第二接触部之间的连接，其中，所述第一接触部连接至电池。
15.一种用于对危险电压直流系统进行预充电和放电的系统，所述系统包括：
一对第一电接触部，所述一对第一电接触部经由电路连接至一对第二电接触部，第一接触部被配置成用于附接至电池并且第二接触部被配置成用于附接至另外的部件；
第一继电器，所述第一继电器以主接触器的形式设置在所述电路上；
第二继电器，所述第二继电器设置在所述电路上；
单个电阻器，所述单个电阻器设置在所述电路上，
其中，所述系统具有其中所述主接触器和所述第二继电器在所述第一电接触部与所述第二电接触部之间连接所述单个电阻器以对所述另外的部件进行预充电的预充电状态；
其中，所述系统具有其中所述主接触器和所述第二继电器将所述单个电阻器与所述第二电接触部连接以对所述另外的部件进行放电的放电状态；并且
其中，所述系统被配置成在没有除了所述单个电阻器之外的附加电阻器并且没有除了所述主接触器和所述第二继电器之外的附加继电器的情况下执行预充电和放电两者。
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