CN117716628A - 使用分立pwm脉冲生成放电电路的车辆中间电路元件的主动放电 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及用于使车辆中间电路(2)放电的用于车辆放电装置的主动放电电路(1)，该放电电路(1)包括：连接器，该连接器用于连接至车辆中间电路(2)的至少一个中间电路元件(3)；电路布置，该电路布置并联连接至连接器并且具有至少一个放电元件(5)和至少一个开关元件(6)，所述至少一个开关元件(6)被设计成在闭合开关状态下使放电元件(5)与连接器电接触，并且在断开开关状态下不使放电元件(5)与连接器电接触；以及分立放电电路(7a)，所述分立放电电路(7a)被设计成在至少一个中间电路元件(3)的放电期间通过脉宽调制来调整开关元件(6)中的开关状态。这可以实现改进的中间电路元件(3)的主动放电。
Description
技术领域
本发明涉及用于使车辆中间电路放电的用于车辆放电装置的主动放电电路。
另外，本发明涉及利用用于车辆放电装置的主动放电电路使车辆中间电路主动放电的方法。
背景技术
出于安全原因，为了在维护或事故期间避免危险电压对人员造成危险，驱动系统中提供有大于60V的电压的混合动力车辆或电动车辆必须在短时间内主动放电。这涉及使车辆的电力电子设备中的中间电路电容器放电，这些电容器是针对脉冲逆变器的操作所需的快速能量存储装置。
根据现有技术，主动放电电路使用一个或更多个电阻器，所述一个或更多个电阻器借助于半导体开关与中间电路电容器并联接通以便使中间电路电容放电。在放电过程期间，车辆驱动器与电池系统断开连接，即电池接触器处于断开开关状态，使得中间电路电容无法由电池系统再充电。电池接触器是用于保护电池的开关。该开关可以电子地或机械地或者利用这些方法的组合进行操作。
在放电期间，中间电路电容的电压持续降低，直至所述电压达到非临界值例如小于60V的值并且放电电路再次被停用为止。
发明内容
本发明是基于提供改进的使中间电路元件的主动放电的目的。具体地，放电元件的尺寸应当能够更小，以实现相同的放电时间而不在放电期间过度加热，其中同时，中间电路应当在每个故障情况下安全地放电。
该目的特别是通过具有权利要求1和权利要求10的特征的主动放电电路来实现。优选实施方式在从属权利要求和以下描述中详细说明，优选实施方式中的每一个可以单独地或组合地代表本发明的方面。
一个方面涉及用于使车辆中间电路放电的用于车辆放电装置的主动放电电路。放电电路包括：连接器，所述连接器用于连接至车辆中间电路的至少一个中间电路元件；电路布置，所述电路布置并联连接至连接器并且具有至少一个放电元件和至少一个开关元件，其中，至少一个开关元件被设计成在闭合开关状态下使放电元件与连接器电接触，并且在断开开关状态下不使放电元件与连接器电接触；以及分立放电电路，其中，分立放电电路被设计成在至少一个中间电路元件的放电期间通过脉宽调制(PWM)来调整开关元件中的开关状态。
一个方面涉及利用用于车辆放电装置的主动放电电路使车辆中间电路主动放电的方法。此处，至少一个开关元件在两种开关状态之间操作如下：
-在闭合开关状态下，其使放电元件与连接器电接触，并且
-在断开开关状态下，其不会使放电元件与连接器电接触。
分立放电电路在至少一个中间电路元件的放电期间通过脉宽调制来调整开关元件中的开关状态。
下面说明本发明的有利的基本构思和实施方式的要求保护的主题的各个方面，并且下面进一步描述优选的修改实施方式。特别是关于特征的优点和定义的说明基本上是描述性的和优选的而非限制性的示例。如果说明是限制性的，则这会明确提及。在这方面，该方法可以在主动放电装置的基础上进行如下所述的设计和进一步发展。
因此，有利的基本构思是以脉宽调制方式控制放电过程。脉宽调制(PWM)也被称为脉冲持续时间调制(PDM)或脉冲长度调制(PLM)。PWM是其中技术变量例如电压在两个值之间交替的数字调制类型。在该过程中，矩形脉冲以恒定频率进行调制，所述矩形脉冲的宽度或长度改变。脉冲与暂停之间的比率被称为占空比或占空因子。利用PWM，调制信号具有固定幅度。反过来，脉冲持续时间取决于信息信号的幅度。信息信号越正，脉冲持续越长。信息信号越负，脉冲越短。
对于开关元件的脉宽调制控制，例如可以使用在两个状态之间周期性地切换的电路。这种切换在没有外部激励的情况下应当是可行的。另外，周期性切换地电路应当生成周期性放电曲线，例如使用经由第一二极管以低电阻放电以及经由第二二极管以高电阻充电的电容器，这是可能的。
PWM控制的开关元件被设计成在闭合开关状态下使放电元件与中间电路的连接器电接触。中间电路例如作为车辆的一部分经由作为能量存储装置的转换器以中间电流或电压水平电耦合若干个电网。例如，车辆中间电路可以是具有向电机供应电力的电容器作为中间电路元件的电路布置。电容器又可以由电池供电。例如，在开始移动时，电容器可以用于在短时间内为电机供应附加的能量。相反，中间电路及其电路布置可以平滑电机操作期间出现的电压峰值，例如由制动过程引起的电压峰值。在断开开关状态下，电接触被取消或中断。
放电期间产生的电力可以通过脉宽调制电路在整个放电持续时间内均匀地分布。因此，中间电路电容器中的能量发生线性减小。此处，可以有利地实现放电元件在放电电路中的发热仅为在根据现有技术的放电电路中的一半。可以使用一个或更多个电阻器来放电。电阻器可以被设计成比在根据现有技术的解决方案中更小，使得该解决方案更具成本效益。换句话说，由于尺寸较小和/或使用较少的放电元件，可以实现成本节约。替选地或另外，放电元件的较低成本模型可以用于大功率电阻器。
根据权利要求1的放电电路是分立放电电路。换句话说，放电电路具有属性“分立”。“分立”意指放电电路具有分立部件。分立部件是单独的部件，例如二极管、电阻器或线圈。在任何情况下，分立放电电路的部件不是可以具有大量晶体管的诸如微处理器芯片的集成电路。因此，分立放电电路的部件不是具有应用于半导体材料的电子电路的部件。
有利地，在没有诸如微控制器的控制元件的主动控制的情况下处理针对放电的控制。根据本发明的分立放电电路具有优于基于软件的放电的以下优点：在软件控制的微处理器失效的情况下，不会发生主动放电的失效。这是重要的，因为中间电路的主动放电是用于在故障情况下保护人员的安全相关功能。这是高电压安全功能。简称为：“HV”的术语“高电压”是指在30V至1kV范围内的AC电压或在60V至1.5kV以上的DC电压下操作的系统。因此，这是可以以低成本实现的用于测量电压的实施方式，因为例如HV电压测量元件可能已经安装在车辆上用于其他目的。借助于在分立电路中的这种实现方式，除了安全性之外，可用性也得到提高。
根据修改的实施方式，分立放电电路可以被设计成通过脉宽调制来根据至少一个中间电路元件处的中间电路电压调整至少一个开关元件处的开关状态，其中，分立放电电路被设计成生成波形锯齿电压，将该波形锯齿电压与中间电路电压进行比较，并且向开关元件输出脉宽调制(PWM)脉冲，直至波形锯齿电压下降至中间电路电压以下为止。
此外，上述修改的实施方式优选地包括：放电电路被设计成将波形锯齿电压与中间电路电压进行比较，并且一旦波形锯齿电压大于中间电路电压，就向开关元件输出PWM脉冲。然后，PWM脉冲被输出至开关元件，直至波形锯齿电压下降至中间电路电压以下为止。
中间电路电压可以用于测量应当有多少电力被施加至电力电路，特别是其放电元件。开关元件的脉宽调制控制可以是用于在放电电路中进行控制的经济有效的解决方案。也被称为非线性所谓的“波锯齿”电压的波形锯齿电压用于PWM生成，而不是用于对用于PWM生成的正弦电压和三角电压的普通比较。波形锯齿电压是具有锯齿波形的AC电压，其是周期性的且非正弦的振荡。
当与测量的中间电路电压进行比较时，生成所需的PWM模式。在这方面，较高中间电路电压处的脉宽调制的占空比低于较低中间电路电压处的脉宽调制的占空比。脉宽调制的占空比限定了开关元件的接通时间与关断时间之间的比率。因此，有利的是，与已知的解决方案相比，在中间电路元件例如中间电路电容处的电压甚至更高时，可以向放电元件施加较少的电力，以及随着放电持续时间的进行并且因此中间电路电容处的电压下降，与已知的解决方案相比，可以向放电元件施加相对更多的电力。总体而言，这可以引起电力在放电持续时间内从中间电路元件到放电元件的均匀分布施加。
这种PWM模式确保能量在放电电阻器处在放电时段内的均匀分布。与现有技术相比，这引起电阻器上的温度负载明显降低。
进一步开发的实施方式可以使得波形锯齿电压具有锯齿波形，其中，锯齿波周期性地从初始值瞬时上升到最大值并且随后以e函数的形式减小至初始值。换句话说，分立放电电路可以被设计成生成具有锯齿波形的波形锯齿电压，其中，锯齿波周期性地从初始值瞬时上升到最大值并且随后以e函数的形式减小至初始值。在这方面，可以以这样的方式调整脉宽调制的占空比，使得在放电期间，在至少一个放电元件处的温度增加表现为类似于取决于放电时间的饱和函数。有利的锯齿电压优选以生成PWM模式的特别有利的方式，这确保在放电时段内能量的特别最佳的均匀分布。
根据修改的实施方式，分立放电电路可以具有串联连接的多个子电路，所述多个子电路中的第一子电路是非稳态多谐振荡器，并且所述多个子电路中的连接在第一子电路的下游的第二子电路是用于使电容器充电和放电的充电电路，其中，多谐振荡器被设计成输出电压脉冲作为输出信号，并且其中，第二子电路被设计成输出具有周期性放电曲线的波形锯齿电压作为输出信号。
非稳态多谐振荡器也被称为非稳态触发器。非稳态触发器由以出现正反馈这样的方式相互连接的两个电子开关组成，这使两个开关进入相反的状态。在这方面，所述开关中的一个开关闭合，而另一个开关断开。定时元件用于耗散引起正反馈的相应电压。延迟之后，初始状态改变。随后，在另一延迟时间之后，初始状态再次改变。两种状态之间的变化周期性地发生。两种状态之间变化的频率由延迟时间得出。
例如，充电电路具有至少两个二极管和电容器。电容器经由充电电路的第一二极管以低电阻放电，以及经由充电电路的第二二极管以高电阻充电。可选地，可以使用附加模块来调整充电曲线的斜率。然而，充电曲线的斜率已经可以利用充电电路的电容器进行调整。可选地，可以提供与使电容器放电的二极管串联连接的一个或更多个电阻器。
上述修改的实施方式有利于放电电路的非常低成本的设计，该放电电路具有容易获得的部件。
进一步开发的实施方式可以是将非稳态多谐振荡器被设计成生成具有可调节频率的电压脉冲。电压脉冲优选地使得在第二子电路中使用的电容器被快速充电。此外，优选地经由与电阻器串联连接的电容器来调整非稳态多谐振荡器的频率。上述进一步开发的实施方式也有利于放电电路的非常低成本的设计，该放电电路具有容易获得的部件。
连接在第二子电路下游的第三子电路可以是非反相放大器。非反相放大器的优点是所生成的锯齿电压被调整至测量信号的水平。因此，有利的是，测量信号不必被修改，这意味着例如测量信号中包含的干扰信号不会被放大。
根据修改的实施方式，主动放电电路可以具有测量元件，以用于测量中间电路元件处的中间电路电压并且用于向分立放电电路输出中间电路电压测量信号，其中，连接在第二子电路的下游或第三子电路的下游的第四子电路为比较器电路，其中，比较器电路被设计成将波形锯齿电压与中间电路电压测量信号进行比较，并且一旦锯齿电压大于中间电路电压测量信号，就向开关元件输出PWM脉冲。利用该修改的实施方式，输出至开关的PWM信号的高时间的长度可以有利地根据中间电路电压而延长。具体地，比较器电路被设计成与中间电路电压成反比例地调整PWM脉冲或PWM信号的高时间。因此，在较低的中间电路电压值下，每个PWM脉冲产生较长的放电，这反过来有利于放电电阻器较少发热。
此外，上述修改的实施方式优选地包括：分立放电电路的比较器电路被设计成将波形锯齿电压与中间电路电压测量信号进行比较，并且一旦锯齿电压大于中间电路电压测量信号就向开关元件输出PWM脉冲，并且直至波形锯齿电压下降至中间电路电压测量信号以下为止。
例如，测量元件可以被设计成测量中间电路元件处的高电压(HV)电压并且将中间电路电压的HV测量信号输出至控制单元。用于测量电压的该实施方式可以以低成本实现，这是因为例如HV电压测量元件可能已经安装在车辆上用于其他目的。
除了分立充电电路之外，主动放电电路还可以具有控制单元，其中，控制单元被设计成在至少一个中间电路元件的放电期间通过脉宽调制根据至少一个中间电路元件处的中间电路电压来调整至少一个开关元件处的开关状态。在这种情况下，控制单元将优选地被设计成以与分立放电电路类似的形式向开关元件输出PWM信号。这将产生冗余设计。
根据修改的实施方式，第一子电路可以被设计成向第二子电路输出具有高时间和低时间的方波电压，其中，第一子电路具有连接至第一子电路的电压源的连接点的电容和与该电容串联连接的电阻器，并且其中，电容和电阻器被设计并连接成使得高时间包括在低时间的时间间隔的1/6至1/8的范围内的时间间隔。因此，第一子电路的输出信号有利地是可以在下游子电路中的低时间中非常灵活地修改的信号。
此外，第二子电路可以具有两个电阻器、沿反向方向连接的二极管、沿正向方向连接的二极管、和电容器，其中，电阻器和二极管各自连接在串联电路中，并且电阻器和二极管的两个串联电路并联连接，并且其中，电容器和连接在沿反向方向连接的二极管的上游的电阻器被设计成调整形成为波形锯齿电压的输出信号的相应放电曲线的斜率。这是简单且廉价的设计，由容易获得的部件组成。另外，由于部件的数目少，该电路几乎不需要维护。
附图说明
在下文中，参照附图使用优选示例性实施方式通过示例的方式对本发明进行说明，其中，下面呈现的特征可以单独地以及组合地代表本发明的方面。在附图中：
图1：示出了根据现有技术的具有主动放电电路的布置；
图2：示出了具有主动放电电路的布置，该主动放电电路具有输出PWM信号的控制单元；
图3：示出了具有主动放电电路的简化布置，该主动放电电路具有用于输出PWM信号的分立放电电路；
图4：示出了波形锯齿电压、中间电路电压和PWM信号随时间变化的过程；
图5：示出了具有用于输出PWM信号的分立放电电路的主动放电电路的布置；
图6：示出了根据图1的布置中的中间电路元件的能量和中间电路电压随时间变化的过程；
图7：示出了根据图2至图3和图5的布置中的中间电路元件的能量和中间电路电压随时间变化的过程；
图8：示出了在根据图1的布置中以电压值显示的温度随时间变化的过程；以及
图9：示出了在根据图2至图3和图5的布置中以电压值显示的温度随时间变化的过程。
具体实施方式
图1示出了根据现有技术的具有主动放电电路的布置。该布置包括用于使车辆中间电路2放电的用于车辆放电装置的主动放电电路1。
放电电路1具有用于连接至车辆中间电路2的中间电路元件3的连接器、以及与该连接器并联连接并具有放电元件5和开关元件6的电路布置，其中，开关元件6被设计成在闭合开关状态下使放电元件5与连接器电接触，并且在断开开关状态下不使放电元件5与连接器电接触。该布置还包括电池接触器9，该电池接触器在中间电路元件3的放电期间将高电压电池10与中间电路元件3断开连接。电池接触器是用于保护电池的开关。该开关可以电子地或机械地或者利用这些方法的组合进行操作。例如，利用接触器，可以经由具有小导体截面的控制线远程进行开关操作。接触器可用于不同的安装类型，例如用于DIN导轨安装、用于单独安装的安装板或带有孔的壳体中。
此外，该布置包括控制单元7，该控制单元利用控制信号S控制开关元件6并因此使其在以上提及的两个开关状态之间切换。
图2示出了具有主动放电电路的布置。图2的布置包括图1的布置的元件。中间电路元件3是中间电路电容，即，其表现类似于电容器。开关元件6是半导体开关。在图2的布置中，控制单元7被设计成在中间电路元件3的放电期间通过脉宽调制(PWM)来调整开关元件6处的开关状态。为此目的，控制单元7向开关元件6输出控制信号S。
控制单元7被设计成根据以下比率调整脉宽调制的占空比(d)
d＝R·Pmax/V(t)2.
换句话说，控制单元7被设计成根据放电元件5的放电电阻值(R)、中间电路元件3的最大功率(Pmax)以及中间电路电压(V(t))来调整脉宽调制的占空比(d)。此处，中间电路元件3的最大功率(Pmax))根据以下比率来限定
Pmax＝Emax/tE＝(0，5·C·Vmax 2)/tE，
其中，C为中间电路元件3的中间电路电容，Vmax为中间电路元件3的最大中间电路电压，Emax为中间电路元件的最大能量，并且tE为中间电路元件3的最大放电时间。
除了图1的布置的元件和单元之外，图2的布置还具有测量元件8。测量元件8被设计成测量中间电路元件3处的高电压(HV)并且将中间电路电压V(t)(参见图7和图9)的HV测量信号M输出至控制单元7。
图3示出了具有带有模块7A的主动放电电路1的布置，该模块具有分立放电电路7a(参见图4)。该布置以简化方式示出并且用于说明接口。图3的模块7A具有生成PWM信号的分立放电电路7a。与分立放电电路7a并行，模块7B的控制单元生成放电信号。控制单元可以是图2的示例性实施方式的控制单元7。控制单元可以控制分立放电电路7a，使得分立放电电路7a输出PWM信号。在这方面，分立放电电路7a被设计成根据与图2的实施方式的控制单元7相同的比率来调整脉宽调制的占空比d。
为了控制分立放电电路7a，图3的控制单元生成放电信号。分立放电电路7a被设计成在控制单元失效的情况下永久激活。换句话说，如果控制单元失效，则分立放电电路7a向模块12输出PWM信号，而不需要在控制单元的某一部分上的控制。
模块12接收放电信号和PWM信号。当两个信号都被接收到时，或者至少PWM信号被接收到时，模块12将PWM信号传递至模块13。模块13具有驱动器级。驱动器级转而将控制信号S输出至半导体开关6。
替选地或另外，在图3的实施方式中，控制单元可以被设计成像图2的示例性实施方式的控制单元7那样。在这种情况下，控制单元7可以向模块12输出PWM信号，并且模块7A的放电电路7a可以向模块12输出PWM信号。换句话说，提供了冗余设计。
图5示出了具有分立放电电路7a的主动放电电路1的布置。分立放电电路7a可以以与图3的实施方式的分立放电电路7a相同的方式进行切换。
图5示出了具有子电路11A、11B、11C和11D的电路图。在每种情况下，此处示出了子电路11A至11D的一个可能的实施方式。子电路11A至11D共同生成波形锯齿电压US作为输出信号S，其被输出至开关6。波形锯齿电压US具有锯齿的波形，其中，锯齿波周期性地从初始值瞬时上升到最大值，并且随后以e函数的形式减小至初始值。子电路11A至11D串联连接。
子电路11A是输出脉冲电压作为输出信号的非稳态多谐振荡器。脉冲电压或电压脉冲由具有可调节频率的非稳态多谐振荡器生成。输出信号是具有高时间和低时间的方波电压。
此处，部件“第一电阻器R1”和“第一电容部件C1”用于调整输出信号的高时间。换句话说，调整高时间的长度。另外，第二电阻器R2和第一电容部件C1用于调整输出信号的低时间。
第一电容部件C1连接至第一子电路11A的电压源的连接点UN。因此，第一电容部件C1与电压源的连接点UN串联连接。第一电阻器R1与第一电容部件C1串联连接。第一电容部件C1和第一电阻器R1被设计和连接成使得高时间包括在低时间的时间间隔的1/6至1/8范围内的时间间隔。
在第一子电路11A中，第一电阻器R1和第二二极管D2沿反向方向串联连接。此外，第二电阻器R2和第一二极管D1沿正向方向串联连接。第二二极管D2和第一电阻器R1与第一二极管D1和第二电阻器R2相应地并联连接。第一电阻器R1设置在第一子电路11A中，用于保护第一子电路11A的运算放大器OP1、OP2。第一子电路11A具有串联连接的两个运算放大器OPV1和OPV2。此外，在第一子电路11A中还设置有第三电阻器R3和第四电阻器R4。
第一子电路11A与第二子电路11B串联连接，并且第二子电路11B接收第一子电路11A的输出信号。第二子电路11B是用于使作为电容器的第二电容部件C2充电和放电的充电电路。第二子电路11B被配置成输出波形锯齿电压US作为输出信号。除了第二电容部件C2之外，第二子电路11B具有第五电阻器R5、第六电阻器R6、第三二极管D3和第四二极管D4。
第五电阻器R5与第三二极管D3沿反向方向串联连接。第六电阻器R6与第四二极管D4沿正向方向串联连接。第五电阻器R5和第三二极管D3与第六电阻器R6和第四二极管D4相应地并联连接。二极管D3、D4和电阻器R5、R6的并联电路与第二电容部件C2相应地串联连接。代表第二电容部件C2的电容器经由两个二极管D3、D4充电或放电。此处，电容器经由第四二极管D4充电以及电容器经由第三二极管D3放电。充电以低电阻完成，而放电以高电阻完成。放电和充电产生串在一起的放电曲线的电压。经由第五电阻器R5和电容器，对输出为波形锯齿电压US的输出信号的相应放电曲线的斜率进行调整。
第三子电路11C连接在第二子电路11B的下游。第三子电路11C接收第二子电路11B的输出信号。第三子电路11C是非反相放大器。放大器被设计成将第二子电路11B的输出信号调整至测量的中间电路电压V(t)的水平。因此，在中间电路电压V(t)是第二子电路11B的输出信号的倍数的情况下需要这样的放大器，反之亦然。例如，在当前情况下，具有920V至0V的值的中间电路电压V(t)可以表示在从0V至5V的范围内。在该范围内，第二子电路11B的输出信号然后也将必须由放大器来调整。第三子电路11C具有第七电阻器R7、第八电阻器R8和第九电阻器R9。此外，第三子电路11C具有第三运算放大器OPV3。增益因子经由第八电阻器R8和第九电阻器R9来调整。
第四子电路11D连接至第三子电路11C。第四子电路11D接收来自第三子电路11C的波形锯齿电压US的放大信号。
如已经参照图2所描述的，主动放电电路1具有测量元件8。测量元件8被设计成测量中间电路元件3处的中间电路电压V(t)并且将中间电路电压测量信号M输出至分立放电电路7a。第四子电路11D是比较器电路，该比较器电路被设计成将波形锯齿电压US与中间电路电压测量信号M进行比较，并且一旦锯齿电压US大于中间电路电压测量信号M，就向开关元件6输出PWM脉冲。两个电压在作为运算放大器OPV4的比较器中进行比较。一旦锯齿电压US大于中间电路电压测量信号M，运算放大器OPV4就将其输出拉到电压源UP，电压源是第四子电路11D的一部分。否则运算放大器输出0V。
第四子电路11D包括第十电阻器R10、第十一电阻器R11和第十二电阻器R12。此外，第四子电路11D包括第五二极管D5、第三电容部件C3和第四运算放大器OPV4。
图4示出了波形锯齿电压US、中间电路电压V(t)和PWM信号随时间变化的过程。当将锯齿电压US与测量的中间电路电压V(t)进行比较时比较器的比较操作可以基于随时间变化的过程来再现。然后，测量的中间电路电压V(t)经由电阻器R12被施加至比较器(参见图5)。然后，比较器生成用于控制开关6的PWM信号S(参见图3)。然后，PWM信号S的高时间的长度由如下时间间隔得出，在该时间间隔内，锯齿电压US的值在中间电路电压V(t)的值以上。此处，PWM信号S的高时间随着中间电路电压V(t)的减小而延长。
图6示出了根据图1的布置中的中间电路元件3的能量E和中间电路电压V(t)(也参见图8)随时间变化的过程。因此，将用于使中间电路元件3放电的时间t绘制在X轴上，将中间电路电压V(t)的值绘制在左Y轴上并且将中间电路元件3的能量E的值绘制在右Y轴上。两个值随时间变化的过程在时间点t＝0处在放电开始时示出最高值，并且在中间电路元件3的进一步放电期间连续减小。此处，能量E和中间电路电压V(t)的减小率在放电开始时最高并且随着放电持续时间的进行而减小。因此，在时间点t＝0处在放电开始时出现非常高的放电电流，该放电电流随着放电过程的进行而连续减小。此外，当出现高放电电流时，高中间电路电压V(t)也被施加至放电元件5。两者都会导致放电元件5的加热，这将参照图8更详细地说明。
图7示出了根据图2至图3和图5的布置中的中间电路元件的能量E和中间电路电压V(t)随时间变化的过程。将时间t绘制在X轴上，将中间电路电压V(t)的值绘制在左Y轴上，并且将中间电路元件3的能量E的值绘制在右Y轴上。在时间点t＝0处，中间电路元件3的能量和中间电路电压V(t)处于其最高。因此，在示例性地标记并设置有附图标记I的第一时间段中选择较低的占空比，以便以脉宽调制的方式控制开关元件6。在示例性地标记并设置有附图标记II的第二时间段中选择较高的占空比，以便以脉宽调制的方式控制开关元件6。中间电路元件3的能量E大部分线性地减小，并且因此在图2至图3和图5的布置中均匀地减小。中间电路电压V(t)在图2至图3和图5的布置中也比在图1的布置中更均匀地减小。
图8示出了在根据图1的布置中放电元件5的以电压值显示的温度T随时间变化的过程。因此，将放电的时间t绘制在X轴上，并且将与图1的布置中使用的放电元件5的温度对应的电压值绘制在Y轴上。可以看出，在放电时间t的0.2s与0.4s之间的时间窗中，在放电元件5处达到最大温度值，该最大温度值随后随着放电时间t的进行而减小。此处，放电时间开始时的最高温度值与最低温度值之间的温度差为93开尔文。
图9示出了在根据图2至图3和图5的布置中放电元件5的以电压值显示的温度T随时间变化的过程。因此，将放电的时间t绘制在X轴上，并且将与在图2至图3和图5的布置中使用的放电元件5的温度对应的电压值绘制在Y轴上。可以看出，在放电时间t的1s与1.8s之间的时间窗中，在放电元件5处达到最大温度值，该最大温度值随后随着放电时间t的进行而减小。此处，放电时间开始时的最大温度值与最低温度值之间的温度差为43开尔文。在放电时间t的1.8s与2s之间的时段中，放电元件5的温度减小。因此，作为放电电阻器的放电元件5处的温度增加在图2至图3和图5的布置中相比于在根据图1的布置中明显更低。
附图标记列表
1 主动放电电路
2 车辆中间电路
3 中间电路元件
5 放电元件
6 开关元件
7 控制单元
7a 分立放电电路
7A 用于经由分立放电电路生成PWM信号的模块
7B 用于生成放电信号的模块
8 测量元件
9 电池接触器
10 高电压电池
11A 第一子电路
11B 第二子电路
11C 第三子电路
11D 第四子电路
12 PWM信号和放电信号的接收
13 驱动器级
I 具有低PWM占空比的第一放电时间段
II 具有高PWM占空比的第二放电时间段
C 中间电路元件的中间电路电容
C1 第一电容部件
C2 第二电容部件
C3 第三电容部件
d 占空比
D1 第一二极管
D2 第二二极管
D3 第三二极管
D4 第四二极管
D5 第五二极管
E 中间电路元件的能量
Emax 中间电路元件的最大能量
M 测量信号
OPV1 第一运算放大器
OPV2 第二运算放大器
OPV3 第三运算放大器
OPV4 第四运算放大器
PWM 脉宽调制
Pmax 中间电路元件的最大功率
R 放电元件的放电电阻值
R1 第一电阻器
R2 第二电阻器
R3 第三电阻器
R4 第四电阻器
R5 第五电阻器
R6 第六电阻器
R7 第七电阻器
R8 第六电阻器
R9 第七电阻器
S 控制信号
t 中间电路元件的放电时间
tE 中间电路元件的最大放电时间
T 放电元件在放电过程期间的温度
UN 电压源的连接点
US 波形锯齿电压
Vmax 中间电路元件的最大电压
V(t) 中间电路电压
Claims (10)
1.一种用于使车辆中间电路(2)放电的用于车辆放电装置的主动放电电路(1)，所述放电电路(1)包括：
连接器，所述连接器用于连接至所述车辆中间电路(2)的至少一个中间电路元件(3)；
电路布置，所述电路布置与所述连接器并联连接并且具有至少一个放电元件(5)和至少一个开关元件(6)，其中，所述至少一个开关元件(6)被设计成：
-在闭合开关状态下使所述放电元件(5)与所述连接器电接触，并且
-在断开开关状态下不使所述放电元件(5)与所述连接器电接触；以及
分立放电电路(7a)，其中，所述分立放电电路(7a)被设计成在所述至少一个中间电路元件(3)的放电期间通过脉宽调制PWM调整所述开关元件(6)中的开关状态。
2.根据前述权利要求1所述的主动放电电路(1)，其中，所述分立放电电路(7a)被设计成通过脉宽调制根据所述至少一个中间电路元件(3)处的中间电路电压(V(t))来调整所述至少一个开关元件(6)处的开关状态，其中，所述分立放电电路(7a)被设计成生成波形锯齿电压(US)，将所述波形锯齿电压与所述中间电路电压(V(t))进行比较，并且向所述开关元件(6)输出PWM脉冲，直至所述波形锯齿电压(US)下降至所述中间电路电压(V(t))以下为止。
3.根据前述权利要求2所述的主动放电电路(1)，其中，所述分立放电电路(7a)被设计成生成具有锯齿波形的所述波形锯齿电压(US)，其中，所述锯齿波周期性地从初始值瞬时上升到最大值并且随后以e函数的形式减小至所述初始值。
4.根据前述权利要求2或3中至少一项所述的主动放电电路(1)，其中，所述分立放电电路(7a)具有串联连接的多个子电路(11A，11B，11C，11D)，所述多个子电路中的第一子电路(11A)是非稳态多谐振荡器，并且所述多个子电路中的连接在所述第一子电路(11A)的下游的第二子电路(11B)是用于使电容器充电和放电的充电电路，
其中，所述多谐振荡器被设计成输出电压脉冲作为输出信号，并且
其中，所述第二子电路(11B)被设计成输出具有周期性放电曲线的所述波形锯齿电压(US)作为输出信号。
5.根据前述权利要求4所述的主动放电电路(1)，其中，连接在所述第二子电路(11B)的下游的第三子电路(11C)是非反相放大器。
6.根据前述权利要求4或5中任一项所述的主动放电电路(1)，
具有测量元件(8)，所述测量元件用于测量所述中间电路元件(3)处的所述中间电路电压(V(t))并且用于向所述分立放电电路(7a)输出中间电路电压测量信号(M)，其中，连接在所述第二子电路(11B)的下游或所述第三子电路(11C)的下游的第四子电路(11D)为比较器电路，其中，所述比较器电路被设计成将所述波形锯齿电压(US)与所述中间电路电压测量信号(M)进行比较，并且一旦所述锯齿电压(US)大于所述中间电路电压测量信号(M)，就向所述开关元件(6)输出PWM脉冲。
7.根据前述权利要求1至6中至少一项所述的主动放电电路(1)，
其中，所述第一子电路(11A)被设计成向所述第二子电路(11B)输出具有高时间和低时间的方波电压，并且
其中，所述第一子电路(11A)具有与所述第一子电路(11A)的电压源的连接点(UN)连接的电容以及与所述电容串联连接的电阻器(R1)，并且其中，所述电容和所述电阻器(R1)被设计并连接成使得所述高时间包括在所述低时间的时间间隔的1/6至1/8范围内的时间间隔。
8.根据前述权利要求4至7中至少一项所述的主动放电电路(1)，
其中，所述第二子电路(11B)具有两个电阻器(R5，R6)、沿反向方向连接的二极管(D3)、沿正向方向连接的二极管(D4)以及电容器，
其中，电阻器(R5，R6)和二极管(D3，D4)各自连接在串联电路中，并且电阻器(R5，R6)和二极管(D3，D4)的两个串联电路并联连接，并且
其中，所述电容器和连接在沿所述反向方向连接的所述二极管(D3)上游的所述电阻器(R5)被设计成调整形成为波形锯齿电压(US)的输出信号的相应放电曲线的斜率。
9.一种用于车辆放电装置的驱动逆变器或者车辆放电装置或电力电子电路，具有根据前述权利要求1至8中至少一项所述的主动放电电路(1)。
10.一种用于利用根据前述权利要求1至8中任一项所述的用于车辆放电装置的所述主动放电电路(1)对车辆中间电路(2)主动放电的方法，
其中，所述至少一个开关元件(6)
-在闭合开关状态下，使所述放电元件(5)与所述连接器电接触，并且
-在断开开关状态下，不使所述放电元件(5)与所述连接器电接触；并且
其中，所述分立放电电路(7a)在所述至少一个中间电路元件(3)的放电期间通过脉宽调制来调整所述开关元件(6)中的开关状态。
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