CN206551881U - 一种增程式电动车的容错控制系统 - Google Patents

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朱锦其
戴贤青
李超
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Abstract

本实用新型公开一种增程式电动车的容错控制系统，包括动力电池、驱动电机、发电机，容错控制系统还包括集成控制器，集成控制器包括控制电路、发电整流桥、驱动逆变桥及晶闸管拓扑电路；控制电路分别与发电整流桥、驱动逆变桥及晶闸管拓扑电路通信连接；发电整流桥包括若干个并联连接的发电桥臂；驱动逆变桥包括若干个并联连接的驱动桥臂；晶闸管拓扑电路包括若干个晶闸管；任一发电桥臂与每个驱动桥臂分别通过一个晶闸管连接；若出现发电桥臂和/或驱动桥臂故障时，集成控制器分别控制晶闸管的接通或断开，实现桥臂的拓扑重构。可以实现当出现桥臂故障时，利用晶闸管拓扑电路实现桥臂的重构，从而可使车辆能够跛行开回维修站，实现车辆的自救。

Description

一种增程式电动车的容错控制系统
技术领域
本实用新型涉及增程式电动车领域，特别是涉及一种增程式电动车的容错控制系统。
背景技术
传统的增程式电动车动力系统主要由驱动电机、驱动电机控制器、发电机、发电机控制器、发动机、发动机控制器、整车控制器、电池和电池管理系统BMS组成。一般地，驱动电机控制器和发电机控制器各自独立，需要在外部进行电气连接，并分别配备散热系统。当整车控制器检测到电池电量低时，使能发电系统工作；当整车控制器检测到驾驶行为时，控制驱动系统工作。整车控制器、驱动电机控制器、发电机控制器之间通过CAN总线通信，三者相对独立，需要在外部进行电气连接、通信连接，这就降低了系统的可靠性。三者之中任何一方出现问题，都将导致整个系统瘫痪。
当驱动电机控制器故障时，车辆将无法继续行驶，只能停在原地等待救援；当发电机控制器出现故障，而动力电池电量又不足以使车辆以纯电动模式开回维修站时，车辆也只能停在原地等待救援。因此，无论是驱动电机控制器故障，还是发电机控制器故障，都将导致车辆抛锚，影响车辆正常行驶。
专利CN105799543A提出了一种“增程式电动汽车电机控制器功能的复用方法”。在驱动电机控制器(或者发电机控制器)故障时，该方法通过改变驱动电机控制器、驱动电机、发电机控制器、发电机之间的电气连接，实现故障容错，达到车辆跛行开回维修站完成自救的目的。该方法要求驱动电机控制器和发电机控制器均同时具有驱动和发电的功能，增加了系统的成本。同时为了改变驱动电机控制器、驱动电机、发电机控制器、发电机之间的电气连接，需要增加额外的高压电缆，这也增加了成本。
实用新型内容
本实用新型的目的是克服现有技术中的不足之处，提供一种增程式电动车的容错控制系统，可以实现当出现桥臂故障时，利用晶闸管拓扑电路实现桥臂的重构，从而可使车辆能够跛行开回维修站，实现车辆的自救。
本实用新型的目的是通过以下技术方案来实现的：
一种增程式电动车集成控制器的容错控制系统，包括动力电池、驱动电机、发电机，所述容错控制系统还包括所述集成控制器，所述集成控制器包括控制电路、发电整流桥、驱动逆变桥及晶闸管拓扑电路；
所述控制电路分别与所述发电整流桥、所述驱动逆变桥及所述晶闸管拓扑电路通信连接；所述发电整流桥包括若干个并联连接的发电桥臂；所述驱动逆变桥包括若干个并联连接的驱动桥臂；
所述晶闸管拓扑电路包括若干个晶闸管；任一所述发电桥臂与每个所述驱动桥臂分别通过一个所述晶闸管连接；
若出现发电桥臂和/或驱动桥臂故障时，所述集成控制器分别控制所述晶闸管的接通或断开，实现桥臂的拓扑重构。
作为进一步优选的方案，所述晶闸管为双向晶闸管。
作为进一步优选的方案，每个所述双向晶闸管的一端与所述发电桥臂连接，另一端与所述驱动桥臂连接。
作为进一步优选的方案，所述晶闸管拓扑电路、所述发电整流桥和所述驱动逆变桥均设有控制端与所述集成控制器控制电路一一连接。
作为进一步优选的方案，所述发电整流桥包括若干个发电功率管；所述发电桥臂包括两个串联连接的发电功率管。
作为进一步优选的方案，所述发电整流桥包括3个并联连接的发电桥臂。
作为进一步优选的方案，所述驱动逆变桥包括若干个驱动功率管；所述驱动桥臂包括两个串联连接的驱动功率管。
作为进一步优选的方案，所述驱动逆变桥包括3个并联连接的驱动桥臂。
本实用新型相比于现有技术的优点及有益效果如下：
1、本实用新型公开了一种增程式电动车的容错控制系统，设有集成控制器，使得当出现发电桥臂故障和/或驱动桥臂故障时，可以重新组合没有故障的发电桥臂和/或驱动桥臂，以使集成控制器可以任意切换工作在驱动模式和发电模式。
2、本实用新型公开了一种增程式电动车的容错控制系统，在晶闸管拓扑电路中设有双向晶闸管，从而可以实现桥臂的拓扑重构。
3、本实用新型公开的增程式电动车的容错控制系统，相比于传统增程式电动车的驱动电机控制器、发电机控制器、整车控制器的分布式布局，本实用新型的集成控制器将三者的控制算法集成到一块控制板上，不仅减少了控制硬件降低了成本，还取消了三者之间的通信连接、简化了电气连接，提高了系统的可靠性。同时，集成控制器也减少了整体的空间体积，简化了散热系统的设计，有利于整车集成。
4、本实用新型公开的增程式电动车的容错控制系统，在不大幅增加硬件成本的情况下，实现驱动桥臂(或者发电桥臂)故障情况下的应急处理，增加集成控制器驱动逆变桥(或者发电整流桥)故障情况下的车辆跛行工作模式，从而可使车辆能够跛行开回维修站，实现车辆的自救。
附图说明
图1为本实用新型增程式电动车的容错控制系统原理图及集成控制器拓扑图；
图2为本实用新型实施例一中驱动桥臂故障容错后的电路原理图；
图3为本实用新型实施例一中发电桥臂故障容错后的电路原理图。
具体实施方式
为了便于理解本实用新型，下面将参照相关附图对本实用新型进行更全面的描述。附图中给出了本实用新型的较佳实施方式。但是，本实用新型可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本实用新型的公开内容理解的更加透彻全面。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本实用新型。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
实施例一
请参阅图1，图1为本实用新型增程式电动车的容错控制系统原理图及集成控制器拓扑图。一种增程式电动车集成控制器的容错控制系统10，包括动力电池1、驱动电机M、发电机G，所述容错控制系统10还包括所述集成控制器，所述集成控制器包括集成控制器控制电路4、发电整流桥2、驱动逆变桥3及晶闸管拓扑电路5。
所述发电整流桥的直流输出端与动力电池并联，将发动机输出的交流电整流成直流电给动力电池充电；所述驱动逆变桥的直流输入端与动力电池并联，将动力电池的直流电逆变成交流电驱动电机旋转，带动车辆行驶。
所述控制电路分别与所述发电整流桥、所述驱动逆变桥及所述晶闸管拓扑电路通信连接。
所述发电整流桥包括若干个并联连接的发电桥臂；所述驱动逆变桥包括若干个并联连接的驱动桥臂。
所述集成控制器包括功率电路和控制电路；所述功率电路包括若干个功率管及若干个速熔保险，每个所述功率管均与一所述速熔保险串联连接；所述控制电路分别与若干个所述功率管控制端连接。所述控制电路检测每个所述功率管是否出现故障，进而输出控制信号给晶闸管，控制晶闸管的接通或断开，实现桥臂的拓扑重构。
进一步的，所述功率电路中的若干个功率管分为发电功率管和驱动功率管；每两个所述发电功率管串联组成一个发电桥臂；每两个所述驱动功率管串联组成一个驱动桥臂。
所述动力电池与所述发电整流桥直流输出端、驱动逆变桥直流输入端连接；所述发电整流桥包括若干个并联连接的发电桥臂；所述驱动逆变桥包括若干个并联连接的驱动桥臂。
所述发电整流桥交流输入端、所述驱动逆变桥交流输出端和所述晶闸管拓扑电路电连接。所述晶闸管拓扑电路、所述发电整流桥和所述驱动逆变桥，均设有控制端与所述集成控制器控制电路一一连接。
若出现发电桥臂和/或驱动桥臂故障时，所述集成控制器分别控制所述晶闸管的接通或断开，实现桥臂的拓扑重构。
所述晶闸管拓扑电路包括若干个晶闸管；任一所述发电桥臂与每个所述驱动桥臂分别通过一个所述晶闸管连接。需要说明的是，所述晶闸管为双向晶闸管。
在其中一个实施方式中，如图1所示。该容错控制系统中包括了12个功率管，分别为功率管T1、功率管T2、…、功率管T12；其中，功率管T1～功率管T6为驱动功率管；功率管T7～功率管T12为发电功率管。该容错控制系统中还包括12个速熔保险，分别为速熔保险F1、速熔保险F2、…、速熔保险F12；所述速熔保险分别与对应的功率管串联连接。
动力电池两端并联有发电整流桥；所述发电整流桥包括三个发电桥臂，每个所述发电桥臂均包括两个速熔保险和两个发电功率管；每个发电功率管与一个速熔保险串联连接。具体的，发电功率管T7和发电功率管T8组成第一发电桥臂；发电功率管T9和发电功率管T10组成第二发电桥臂；发电功率管T11和发电功率管T12组成第三发电桥臂。
发电机G的三相交流输出端分别与三个发电桥臂连接，具体地，发电机的三相交流输出端分别为u、v、w；u相与第一发电桥臂连接，v相与第二发电桥臂连接，w相与第三发电桥臂连接。
动力电池两端还并联有驱动逆变桥；所述驱动逆变桥包括三个驱动桥臂；所述驱动桥臂包括两个速熔保险和两个驱动功率管；每个驱动功率管与一个速熔保险串联连接。具体的，驱动功率管T1和驱动功率管T2组成第一驱动桥臂；驱动功率管T3和驱动功率管T4组成第二驱动桥臂；驱动功率管T5和驱动功率管T6组成第三驱动桥臂。
电动机的三相交流输入端分别与三个驱动桥臂连接，具体地，电动机的三相交流输入端分别为a、b、c；a相与第一驱动桥臂连接，b相与第二驱动桥臂连接，c相与第三驱动桥臂连接。
该容错系统的晶闸管拓扑电路包括9个双向晶闸管，分别为双向晶闸管THua、双向晶闸管THub、双向晶闸管THuc、双向晶闸管THva、双向晶闸管THvb、双向晶闸管THvc、双向晶闸管THwa、双向晶闸管THwb、双向晶闸管THwc。
每个双向晶闸管的下标连接对应的发电桥臂和驱动桥臂。例如，双向晶闸管THua的两端分别与发动机的u相(即第一发电桥臂)和电动机的a相(即第一驱动桥臂)连接；又如，双向晶闸管THwc的两端分别与发动机的w相(即第三发电桥臂)和电动机的c相(即第三驱动桥臂)连接。
所述集成控制器控制电路输出6路的控制信号给发电整流桥，输出6路的控制信号给驱动逆变桥，还输出9路的控制信号给晶闸管拓扑电路。集成控制器的控制电路将传统增程式的驱动电机控制器的控制电路、发电机控制器的控制电路和整车控制器进行高度整合。将两个电机控制器的控制算法和整车控制器的控制算法集成到集成控制器的一块控制芯片里、集成到一块控制板上。
这样，所有的控制信号在一块控制芯片里进行，省去了三个控制器之间的通信连接；将驱动逆变桥和发电整流桥集成，简化了外部电气连接，提高了系统的可靠性。同时，省去了一套电机控制器的控制电路和一套整车控制器，节省了硬件成本。减少了整体的空间体积，可以简化散热系统的设计，有利于整车集成。
该容错控制系统的工作过程：
1)请参阅图2，图2为本实用新型实施例一中驱动桥臂故障容错后的电路原理图。当驱动逆变桥的一个驱动桥臂故障后，控制9个双向晶闸管THua～THwc的通断情况，重构集成控制器拓扑，再配合相应的控制方法，形成集成控制器驱动、发电的分时复用功能。
例如，驱动功率管T1、驱动功率管T2所在桥臂故障后，速熔保险F1、速熔保险F2迅速熔断，使得该桥臂与主回路断开。集成控制器控制双向晶闸管THua的通断，同时关断其他双向晶闸管，集成控制器功率电路重构成如图2所示拓扑。关断THua，集成控制器通过控制功率管T7～T12，集成控制器工作于发电模式，用于给动力电池充电；导通THua，集成控制器通过控制驱动功率管T3～T6、发电功率管T7、发电功率管T8，集成控制器工作于驱动模式，用于驱动车辆行驶。
2)请参阅图3，图3为本实用新型实施例一中发电桥臂故障容错后的电路原理图。当发电整流桥的一个发电桥臂故障后，控制9个双向晶闸管THua～THwc的通断情况，重构集成控制器拓扑，再配合相应的控制方法，形成集成控制器驱动、发电的分时复用功能。
例如，发电功率管T7、发电功率管T8所在桥臂故障后，速熔保险F7、速熔保险F8迅速熔断，使得该桥臂与主回路断开。集成控制器控制双向晶闸管THua的通断，同时关断其他双向晶闸管，集成控制器功率电路重构成如图3所示拓扑。关断THua，集成控制器通过控制功率管T1～T6，集成控制器工作于驱动模式，用于驱动车辆行驶；导通THua，集成控制器通过控制驱动功率管T1、驱动功率管T2、发电功率管T9～T12，集成控制器工作于发电模式，用于给动力电池充电。
3)当然，该集成控制器的容错控制方法也可以对驱动逆变桥和发电整流桥共6个桥臂中的任意2个桥臂、3个桥臂同时出现故障时进行容错。
这样，实现了集成控制器驱动逆变桥(或者发电整流桥)故障情况下的应急处理，增加集成控制器驱动逆变桥(或者发电整流桥)故障情况下的车辆跛行工作模式，从而可使车辆能够跛行开回维修站，实现车辆的自救。
本实用新型的容错控制系统不需要改变控制器与电机之间的电气连接，不需要额外增加高压电缆，且采用的集成控制器只需要一套电机控制器的控制电路和两套功率电路，省掉了一套电机控制器的控制电路，节省了部分成本。并且，在驱动逆变桥和发电整流桥均发生故障时，只要有3个桥臂完好，本容错控制系统也可以通过控制9个双向晶闸管，重构集成控制器，再配合相应的控制方法，实现集成控制器驱动、发电分时复用，实现故障容错。
以上所述实施方式仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (8)

1.一种增程式电动车集成控制器的容错控制系统，包括动力电池、驱动电机、发电机，其特征在于，所述容错控制系统还包括所述集成控制器；所述集成控制器包括控制电路、发电整流桥、驱动逆变桥及晶闸管拓扑电路；
所述控制电路分别与所述发电整流桥、所述驱动逆变桥及所述晶闸管拓扑电路通信连接；所述发电整流桥包括若干个并联连接的发电桥臂；所述驱动逆变桥包括若干个并联连接的驱动桥臂；
所述晶闸管拓扑电路包括若干个晶闸管；任一所述发电桥臂与每个所述驱动桥臂分别通过一所述晶闸管连接；
若出现发电桥臂和/或驱动桥臂故障时，所述集成控制器分别控制所述晶闸管的接通或断开，实现桥臂的拓扑重构。
2.根据权利要求1所述的增程式电动车集成控制器的容错控制系统，其特征在于，所述晶闸管为双向晶闸管。
3.根据权利要求2所述的增程式电动车集成控制器的容错控制系统，其特征在于，每个所述双向晶闸管的一端与所述发电桥臂连接，另一端与所述驱动桥臂连接。
4.根据权利要求1所述的增程式电动车集成控制器的容错控制系统，其特征在于，所述晶闸管拓扑电路、所述发电整流桥和所述驱动逆变桥均设有控制端与所述集成控制器控制电路一一连接。
5.根据权利要求4所述的增程式电动车集成控制器的容错控制系统，其特征在于，所述发电整流桥包括若干个发电功率管；所述发电桥臂包括两个串联连接的发电功率管。
6.根据权利要求5所述的增程式电动车集成控制器的容错控制系统，其特征在于，所述发电整流桥包括3个并联连接的发电桥臂。
7.根据权利要求4所述的增程式电动车集成控制器的容错控制系统，其特征在于，所述驱动逆变桥包括若干个驱动功率管；所述驱动桥臂包括两个串联连接的驱动功率管。
8.根据权利要求7所述的增程式电动车集成控制器的容错控制系统，其特征在于，所述驱动逆变桥包括3个并联连接的驱动桥臂。
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