一種電動(dòng)汽車用母線電容器的放電方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了電力電子【技術(shù)領(lǐng)域】的一種電動(dòng)汽車用母線電容器的放電方法。該方法通過(guò)控制功率模塊的開(kāi)關(guān)，將母線電容器存儲(chǔ)的電荷快速消耗在功率模塊上.不增加任何額外零件，在降低成本的前提下，能夠快速完成母線電容放電；同時(shí)，在放電過(guò)程中，三個(gè)下半橋臂處于開(kāi)通的狀態(tài)，此時(shí)電機(jī)的狀態(tài)是三相短路，不會(huì)在直流母線上產(chǎn)生反相電動(dòng)勢(shì)，解決了新能源車輛的永磁同步電機(jī)在旋轉(zhuǎn)過(guò)程中會(huì)對(duì)母線電容器進(jìn)行充電的問(wèn)題。
【專利說(shuō)明】—種電動(dòng)汽車用母線電容器的放電方法【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于電力電子【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種電動(dòng)汽車用母線電容器的放電方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在新能源車輛中，在傳動(dòng)系統(tǒng)中添加電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)或者直接用電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)完全代替?zhèn)鲃?dòng)系統(tǒng)，以期獲得更好的排放和油耗。一般電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)由蓄電池/電機(jī)/電機(jī)控制器組成。電機(jī)控制器功率部分由母線電容器，三相全橋功率模塊，吸收電路等電力電子部件。母線電容器的作用是濾波，來(lái)平滑母線電壓。當(dāng)電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的額定電壓超過(guò)60V時(shí)，即使蓄電池?cái)嚅_(kāi)高壓回路，電容器由于電容器的儲(chǔ)能特性，電容器兩端的電壓對(duì)操作或者維修人員存在高壓風(fēng)險(xiǎn)。因此在車輛停機(jī)后，系統(tǒng)需要迅速將電容器兩端的電壓放電到小于60V。根據(jù)GB18488的法規(guī)要求:快速放電需要在5s內(nèi)完成。
[0003]另外，不同于工業(yè)用電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，新能源車輛對(duì)電機(jī)和電機(jī)控制器都有著嚴(yán)格的體積和功率密度要求。為了滿足這一要求，新能源車輛用電機(jī)通常是永磁同步電機(jī)。永磁體在旋轉(zhuǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的反相電動(dòng)勢(shì)，會(huì)通過(guò)三相全橋內(nèi)部的二極管對(duì)母線電容器進(jìn)行充電，也可能產(chǎn)生潛在的高壓風(fēng)險(xiǎn)。
[0004]母線電容器放電通常的做法是在電容器兩端，并聯(lián)可斷開(kāi)的放電回路。放電回路由開(kāi)關(guān)元件和放電元件組成。開(kāi)關(guān)元件在系統(tǒng)工作時(shí)斷開(kāi)，在需要進(jìn)行放電時(shí)將放電回路并聯(lián)到電容器兩端。放電元件在放電過(guò)程中將電容器存儲(chǔ)的能量轉(zhuǎn)化成熱量消耗在自身本體上，通常是大功率電阻或者大功率正溫度系數(shù)(PTC)電阻。由于放電元件需要吸收電容器的所有能量，因此放電元件的設(shè)計(jì)需要考慮體積、散熱、功耗等因素。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對(duì)【背景技術(shù)】中提到的現(xiàn)有母線電容器放電方法需要設(shè)計(jì)放電回路，增加成本；同時(shí)，新能源車輛的永磁同步電機(jī)在旋轉(zhuǎn)過(guò)程中會(huì)對(duì)母線電容器進(jìn)行充電，產(chǎn)生潛在的高壓風(fēng)險(xiǎn)的問(wèn)題，本發(fā)明提出了一種電動(dòng)汽車用母線電容器的放電方法。
[0006]一種電動(dòng)汽車用母線電容器的放電方法，在已有的電力電子零件上，對(duì)母線電容器進(jìn)行放電；所述電力電子零件包括電機(jī)控制器、蓄電池管理系統(tǒng)、三相全橋上橋臂和三相全橋下橋臂；其特征在于，所述方法具體包括以下步驟:
[0007]步驟1:電機(jī)控制器檢測(cè)放電指令，如果檢測(cè)到放電指令，則進(jìn)入步驟2 ;否則，電機(jī)控制器繼續(xù)進(jìn)行檢測(cè)；
[0008]步驟2:蓄電池管理系統(tǒng)檢測(cè)主接觸器是否斷電，如果是，則執(zhí)行放電，進(jìn)入步驟3 ;否則，蓄電池管理系統(tǒng)繼續(xù)進(jìn)行檢測(cè)；
[0009]步驟3:電機(jī)控制器控制三相全橋下橋臂開(kāi)關(guān)全部導(dǎo)通；
[0010]步驟4:電機(jī)控制器控制三相全橋上橋臂開(kāi)關(guān)三相依次間隔導(dǎo)通；
[0011]步驟5:電機(jī)控制器檢測(cè)母線電容器兩端電壓是否產(chǎn)生壓降，若無(wú)，則認(rèn)為蓄電池主接觸器未斷開(kāi)，退出放電過(guò)程；若存在壓降，則進(jìn)入步驟6 ;
[0012]步驟6:判斷母線電容器兩端的電壓壓降是否低于設(shè)定的閾值，若是，則執(zhí)行步驟7;否則，返回執(zhí)行步驟4;
[0013]步驟7:退出放電過(guò)程，系統(tǒng)下電。
[0014]所述三相全橋上橋臂的導(dǎo)通時(shí)間為200?300納秒。
[0015]所述三相全橋上橋臂開(kāi)關(guān)的導(dǎo)通間隔為100?500微秒。
[0016]本發(fā)明所提供的方法的優(yōu)勢(shì)為，在電容器母線放電過(guò)程中沒(méi)有額外添加的電路，成本低；同時(shí)，在放電過(guò)程中，三個(gè)下半橋臂處于開(kāi)通的狀態(tài)，此時(shí)電機(jī)的狀態(tài)是三相短路；不會(huì)在直流母線上產(chǎn)生反相電動(dòng)勢(shì)，解決了新能源車輛的永磁同步電機(jī)在旋轉(zhuǎn)過(guò)程中會(huì)對(duì)母線電容器進(jìn)行充電的問(wèn)題。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0017]圖1是本發(fā)明提供的電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)示意圖；
[0018]圖2是本發(fā)明提供的母線電容放電方法流程圖；
[0019]圖3是本發(fā)明提供的電容器放電方法示意簡(jiǎn)圖；
[0020]其中，1-蓄電池主接觸器；2_母線電容器；3_三相全橋下橋臂開(kāi)關(guān)；4_三相全橋上橋臂開(kāi)關(guān)；5-電機(jī)。
【具體實(shí)施方式】
[0021]下面結(jié)合附圖，對(duì)優(yōu)選實(shí)施例作詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)該強(qiáng)調(diào)的是下述說(shuō)明僅僅是示例性的，而不是為了限制本發(fā)明的范圍及其應(yīng)用。
[0022]圖1是本發(fā)明提供的電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)示意圖，如圖1所示的電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，蓄電池與電機(jī)控制器之間存在主接觸器用來(lái)斷開(kāi)蓄電池的高壓輸出，控制高壓風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域。該主接觸器的控制和檢測(cè)由蓄電池管理系統(tǒng)完成.蓄電池管理系統(tǒng)需要將蓄電池主接觸器的狀態(tài)發(fā)送給電機(jī)控制器。
[0023]當(dāng)電機(jī)控制器檢測(cè)到放電指令或者因?yàn)樽陨砉收隙蠓烹姇r(shí)，通過(guò)檢查蓄電池主接觸器的狀態(tài)判斷是否激活放電功能。只有在蓄電池主接觸器斷開(kāi)的情況下，才容許激活放電功能。
[0024]針對(duì)特殊故障情況，如蓄電池管理系統(tǒng)發(fā)給蓄電池主接觸器已斷開(kāi)的狀態(tài)而主接觸器在物理上仍閉合.此時(shí)放電回路對(duì)蓄電池持續(xù)放電，會(huì)在放電回路上累積大量的熱能，損壞放電回路。因此在放電過(guò)程中，需要實(shí)時(shí)檢測(cè)電容器兩端的電壓，判斷放電過(guò)程是否工作或者放電回路是否故障。當(dāng)電容器兩端的電壓在特定時(shí)間內(nèi)不產(chǎn)生下降趨勢(shì)或者不達(dá)到預(yù)定電壓值，電機(jī)控制器需要退出放電過(guò)程。
[0025]圖2是本發(fā)明提供的母線電容放電方法流程圖。圖2中，所述的母線電容放電方法具體包括以下步驟:
[0026]步驟1:電機(jī)控制器檢測(cè)放電指令，如果檢測(cè)到放電指令，則進(jìn)入步驟2 ;否則，電機(jī)控制器繼續(xù)進(jìn)行檢測(cè)；
[0027]步驟2:蓄電池管理系統(tǒng)檢測(cè)主接觸器是否斷電，如果是，則執(zhí)行放電，進(jìn)入步驟3 ;否則[0028]步驟3:控制三相全橋下橋臂開(kāi)關(guān)全部導(dǎo)通；
[0029]步驟4:控制三相全橋上橋臂開(kāi)關(guān)三相依次間隔導(dǎo)通，三相全橋上橋臂的導(dǎo)通時(shí)間為百納秒級(jí)別；所述三相全橋上橋臂的導(dǎo)通時(shí)間為200?300納秒；三相全橋上橋臂開(kāi)關(guān)的導(dǎo)通間隔為100微秒；
[0030]步驟5:電機(jī)控制器檢測(cè)母線電容器兩端電壓是否產(chǎn)生壓降，若無(wú)，則認(rèn)為蓄電池主接觸器未斷開(kāi)，退出放電過(guò)程；若存在壓降，則進(jìn)入步驟6 ;
[0031]步驟6:判斷母線電容器兩端的電壓壓降是否低于設(shè)定的閾值，若是，則執(zhí)行步驟7;否則，返回執(zhí)行步驟4;
[0032]步驟7:退出放電過(guò)程，系統(tǒng)下電。
[0033]圖3是本發(fā)明提供的電容器放電方法示意簡(jiǎn)圖。圖3中，控制半橋開(kāi)關(guān)(例如IGBT)的瞬時(shí)開(kāi)通與關(guān)斷，同時(shí)，下橋臂一直處于開(kāi)通狀態(tài)。當(dāng)進(jìn)行放電時(shí)，將上橋臂開(kāi)通，這樣就實(shí)現(xiàn)了橋臂直通。關(guān)斷時(shí)，只需要關(guān)斷上橋臂的開(kāi)關(guān)，開(kāi)通和關(guān)斷過(guò)程一次或多次切換，直至放電完成。通過(guò)主動(dòng)短路以及開(kāi)關(guān)切換的方式將母線電容的電荷通過(guò)開(kāi)關(guān)和導(dǎo)通損耗釋放掉，使得電荷損耗在開(kāi)關(guān)本體上，毋需增加額外部件。
[0034]在此過(guò)程中，需要精確控制開(kāi)關(guān)的上下短路電流，使得電流小于開(kāi)關(guān)器件的安全電流。同時(shí)在該過(guò)程中，開(kāi)關(guān)的驅(qū)動(dòng)電路中不需要激活過(guò)流保護(hù)(DESAT)，同時(shí)由于存在驅(qū)動(dòng)芯片的最小開(kāi)通時(shí)間，需要對(duì)于開(kāi)通信號(hào)進(jìn)行補(bǔ)償，目標(biāo)是維持開(kāi)通時(shí)間在一定時(shí)間以上。
[0035]以上所述，僅為本發(fā)明較佳的【具體實(shí)施方式】，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本【技術(shù)領(lǐng)域】的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。
【權(quán)利要求】
1.一種電動(dòng)汽車用母線電容器的放電方法，在已有的電力電子零件上，對(duì)母線電容器進(jìn)行放電；所述電力電子零件包括電機(jī)控制器、蓄電池管理系統(tǒng)、蓄電池主接觸器、三相全橋上橋臂和三相全橋下橋臂；其特征在于，所述方法具體包括以下步驟: 步驟1:電機(jī)控制器檢測(cè)放電指令，如果檢測(cè)到放電指令，則進(jìn)入步驟2 ;否則，電機(jī)控制器繼續(xù)進(jìn)行檢測(cè)； 步驟2:蓄電池管理系統(tǒng)檢測(cè)主接觸器是否斷電，如果是，則執(zhí)行放電，進(jìn)入步驟3 ;否貝U，蓄電池管理系統(tǒng)繼續(xù)進(jìn)行檢測(cè)； 步驟3:電機(jī)控制器控制三相全橋下橋臂開(kāi)關(guān)全部導(dǎo)通； 步驟4:電機(jī)控制器控制三相全橋上橋臂開(kāi)關(guān)三相依次間隔導(dǎo)通； 步驟5:電機(jī)控制器檢測(cè)母線電容器兩端電壓是否產(chǎn)生壓降，若無(wú)，則認(rèn)為蓄電池主接觸器未斷開(kāi)，退出放電過(guò)程；若存在壓降，則進(jìn)入步驟6 ; 步驟6:判斷母線電容器兩端的電壓壓降是否低于設(shè)定的閾值，若是，則執(zhí)行步驟7 ;否貝U，返回執(zhí)行步驟4; 步驟7:退出放電過(guò)程，系統(tǒng)下電。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述三相全橋上橋臂的導(dǎo)通時(shí)間為200?300納秒。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述三相全橋上橋臂開(kāi)關(guān)的導(dǎo)通間隔為100?500微秒。
【文檔編號(hào)】B60L15/00GK103738197SQ201310681843
【公開(kāi)日】2014年4月23日 申請(qǐng)日期:2013年12月12日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月12日
【發(fā)明者】田光宇, 任晨佳, 程瀟驍, 陳紅旭 申請(qǐng)人:清華大學(xué)