CN201937237U - 混合动力汽车电机台架试验保护装置 - Google Patents

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祝仕平
李书福
杨健
余卫
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Abstract

本实用新型公开了一种混合动力汽车电机台架试验保护装置，目的在于解决现有技术所存在的混合动力驱动电机台架试验中无法对电机及其控制器提供有效保护的技术问题。方案包括电机、电机控制器、台架控制上位机、充放电设备、充放电设备上位机、交流电源，还包括一个电机上电保护控制器、一个动力电池组和一只二极管；在两条直流母线上分别串接一只继电器，控制正极直流母线、负极直流母线的通断；电阻的两端分别连接电机上电保护控制器的两个采样端。它安装方便、成本较低，确保实验设备安全。

Description

混合动力汽车电机台架试验保护装置
技术领域
本实用新型涉及汽车领域，尤其涉及一种用在混合动力汽车电机台架试验中的电气保护装置。
背景技术
混合动力汽车作为一种新兴的节能环保型汽车。为了使混合动力汽车具备良好的经济性与动力性，必须为每一款混合动力汽车开发专用的驱动电机，利用电机的电驱动或发电能力，将电池或电容等储能元件的能量与发动机的驱动能或汽车的行驶惯性能量进行吸峰填谷， 使发动机工作于经济油耗区域，让原本发热损失的制动能通过电能进行回收。开发混合动力专用的驱动电机需要进行大量的台架试验，现有技术中整套台架由380V工业电网、充放电设备及其控制上位机、电机及电机控制器、台架及其控制上位机组成；充放电设备受其上位机控制，即可以将380V交流电源转成恒压直流电源输出给电机控制器，以驱动电机,也可以在电机发电时，将电机控制器输出的直流电转成交流电回馈电网，在这个结构中充放电设备及其控制上位机和380V工业电网一起组成了电机台架的储能系统，相当于混合动力车辆上的动力电池。这套系统的缺点是：无法在试验过程中对电机及其控制器提供有效的保护，一方面：在充放电设备上高压直流电前无法对电机控制器进行短路诊断，一旦短路，只能通过充放电设备本身的过流保护功能来切断高压直流输出，非常损坏电机及电机控制器；另一方面：由于380V工业电网受外围供电环境影响，容易发生不确定的供电故障，如果在试验过程中，电机处于转速较高，电机形成很高的反电动势，则很可能由于反电动势得不到抑制而击穿电机控制器的IGBT等元器件。
公开日为2010年8月4日、公开号为CN201540201U的混合动力汽车台架试验装置公开了这样的技术方案：它采用充电器与蓄电池相连，蓄电池的输出端与车载普通启动电机相连，蓄电池同时经由逆变器与混合动力电机相连。同时参考其附图可以看出，该方案同样存在前述的两个问题，一是在逆变器突然故障的情况下，对高速旋转的混合动力电机反电动势没有抑制措施，因而会对逆变器造成进一步伤害，二是当回路中发生短路故障或严重过流时，仅靠一只大功率电阻进行保护是远远不够的。
发明内容
本实用新型目的在于解决现有技术所存在的混合动力驱动电机台架试验中无法对电机及其控制器提供有效保护的技术问题，提供一种混合动力汽车电机台架试验保护装置。
本实用新型针对现有技术问题主要是通过以下技术方案得以解决的，一种混合动力汽车电机台架试验保护装置，包括电机、电机控制器、台架控制上位机、充放电设备、充放电设备上位机、交流电源，台架控制上位机与电机控制器连接，电机连接电机控制器，电机控制器通过一正一负两条直流母线连接到充放电设备，充放电设备上位机连接到充放电设备，交流电源连接充放电设备，还包括一个电机上电保护控制器、一个动力电池组和一只二极管；动力电池组的负极连接在电机控制器的负极直流母线上，正极连接二极管负极，二极管正极连接在电机控制器的正极母线上；在一正一负两条直流母线上分别串接一只继电器，继电器的控制端分别连接到电机上电保护控制器的第一输出端和第二输出端，控制正极直流母线、负极直流母线的通断；还有一只电阻和一只控制端连接到电机上电保护控制器第三输出端的预充电继电器串接后再与正极直流母线上的继电器并联，实现预充电电路的通断，电阻的两端分别连接电机上电保护控制器的两个采样端，电机上电保护控制器的另外两个采样端分别连接到负极直流母线上的继电器两侧。
其中，与预充电继电器串联的电阻一方面进行预充电限流保护，另一方面与电机上电保护控制器的两个电压采样端连接，通过与另外两个采样端负极基准的比较，如果在规定预充电时间内达到规定电压值，则没有短路现象，预充电成功，可以进行上强电操作，否则上强电失败，需要排查故障；电机反电动势的抑制及保护功能由动力电池组及大电流二极管共同实现，该动力电池组的电压比直流母线额定电压略高，但是低于IGBT的保护电压，这样由于大电流二极管处于反向截止状态，在正常的试验过程中，直流母线的电流无法进入动力电池组，动力电池组也不会向直流母线进行放电，充放电设备及电机控制器之间的直流母线电压、电流不会受到任何影响；当充放电设备端发生异常，而电机端形成较高反电动势，直流母线电压失控升高，当电压升到高于动力电池组电压时，二极管正向导通，反电动势被动力电池组吸收，母线电压被钳制。
作为优选，电机上电保护控制器由可编程控制器组成。可编程控制器抗干扰能力强、编程能力强、接口丰富，能够有效保障电机上电保护控制功能的可靠性。
作为优选，可编程控制器还设置有CAN网络接口，通过该接口与台架控制上位机连接。通过CAN接口实现与台架控制上位机等联网通信，获取协调、管理信息。
作为优选，可编程控制器还设置有逻辑控制装置。该装置完成充放电回路短路测试、判断、继电器通断顺序控制、从台架控制上位机获取开机信息等任务。
作为优选，电机上电保护控制器由PIC单片机组成。PIC系列单片机接口丰富、功能配置灵活、陈本低廉，能够有效降低设备成本。
本实用新型带来的有益效果是：能够有效地排除上强电之前由于接线、内部异常等引起的短路故障，确保上强电前的电机控制器硬件及使能状态正常；能够有效地抑制充放电设备异常情况下的反电动势，从而有效地保护电机控制器。它安装方便、成本较低，确保实验设备安全。
说明书附图
图1是本实用新型的一种电路原理图；
图2是本实用新型的电机上电保护控制器中的逻辑控制装置基本功能框图。
图中，1是电机控制器，2是充放电设备，3是动力电池组，4是电机，5是可编程控制器，6是380伏交流电源，7是台架上位机，8是充放电设备上位机。
具体实施方式
下面通过实施例，并结合附图，对本实用新型的技术方案作进一步具体的说明。
实施例： 如图1所示，一种混合动力汽车电机台架试验保护装置，包括电机4、电机控制器1、台架控制上位机7、充放电设备2、充放电设备上位机8、380伏交流电源6，台架控制上位机7与电机控制器1通过CAN网络连接，电机4连接电机控制器1，电机控制器1通过一正一负两条直流母线连接到充放电设备2，充放电设备上位机8连接到充放电设备2，380伏交流电源6与充放电设备2连接；动力电池组3的负极连接在电机控制器1的负极直流母线上，正极连接二极管D1负极，二极管D1正极连接在电机控制器1的正极直流母线上；在一正一负两条直流母线上分别串接继电器K2和继电器K1，继电器K1的控制端连接到可编程控制器5的输出端R1，继电器K2的控制端连接到可编程控制器5的输出端R2；电阻Rz和继电器K3串接之后与继电器K2并联，继电器K3控制端连接到可编程控制器5的输出端R3，电阻Rz的两端分别连接可编程控制器5的采样端AD1和AD2，可编程控制器5的另外两个采样端B1和B2分别连接到继电器K1两侧。
可编程控制器5通过CAN接口连接到CAN网络与台架控制上位机7进行通信。
如图2所示，是电机上电保护控制器5（即可编程控制器）中的逻辑控制装置基本功能框图。
控制强电上电过程：
单元S101：接收来自台架控制器上强电指令；
单元S102：闭合继电器K1，接通负极直流母线；
单元S103：闭合继电器K3，开始定时预充电测试；
单元S104：对电阻Rz两端电压进行采样，比较两端电压AD1和AD2。如果在规定时间内AD2电压大于95%AD1电压，则转S105单元闭合继电器K2，之后转S106单元断开继电器K3，结束预充电，转单元S107提示上强电完成。
如果在规定时间内AD2端的电压未达到95%AD1端的电压，则转S108单元，断开继电器K3，结束预充电，之后转入单元S109断开继电器K1，转单元S110提示上强电失败，人工排查充放电回路故障。
电机反电动势抑制过程：将动力电池组电压略高于直流母线额定电压并小于IGBT的保护电压，二极管D1处于截止状态。当出现电机较高反电动势时，D1导通，反电动势被动力电池组吸收，母线电压被钳制，有效地保护了相关设备。

Claims (5)

1.一种混合动力汽车电机台架试验保护装置，包括电机、电机控制器、台架控制上位机、充放电设备、充放电设备上位机、交流电源，台架控制上位机与电机控制器连接，电机连接电机控制器，电机控制器通过一正一负两条直流母线连接到充放电设备，充放电设备上位机连接到充放电设备，交流电源与充放电设备连接，其特征在于：
还包括一个电机上电保护控制器、一个动力电池组和一只二极管；动力电池组的负极连接在电机控制器的负极直流母线上，正极连接二极管负极，二极管正极连接在电机控制器的正极母线上；
在所述一正一负两条直流母线上分别串接一只继电器，继电器的控制端分别连接到所述电机上电保护控制器的第一输出端和第二输出端，控制正极直流母线、负极直流母线的通断；
还有一只电阻和一只控制端连接到电机上电保护控制器第三输出端的预充电继电器串接后再与所述正极直流母线上的继电器并联，实现预充电电路的通断，所述电阻的两端分别连接所述电机上电保护控制器的两个采样端，所述电机上电保护控制器的另外两个采样端分别连接到所述负极直流母线上的继电器两侧。
2.根据权利要求1所述混合动力汽车电机台架试验保护装置，其特征在于：所述电机上电保护控制器由可编程控制器组成。
3.根据权利要求2所述混合动力汽车电机台架试验保护装置，其特征在于：所述可编程控制器还设置有CAN网络接口，通过该接口与所述台架控制上位机连接。
4.根据权利要求2所述混合动力汽车电机台架试验保护装置，其特征在于：所述可编程控制器还设置有逻辑控制装置。
5.根据权利要求1所述混合动力汽车电机台架试验保护装置，其特征在于：所述电机上电保护控制器由PIC单片机组成。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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