车辆的电压放电设备及其电压放电方法
【专利摘要】本发明提供了一种车辆的电压放电设备及其电压放电方法。所述电压放电设备包括：电池组；逆变器，其将所述电池组供应的直流电转换为交流电以输出转换后的交流电；电动机，其被通过所述逆变器输出的交流电驱动；主继电器，其布置在所述电池组和所述逆变器之间，以切换由所述电池组供应的直流电至所述逆变器；以及控制单元，其用于检测所述车辆的关闭信号，从而在检测到所述关闭信号时对所述逆变器的直流链电压放电。所述控制单元根据在检测到所述关闭信号时的时间点的所述车辆的行驶状态，通过应用彼此不同的第一强制放电逻辑和第二强制放电逻辑中的一个来对所述直流链电压放电。
【专利说明】车辆的电压放电设备及其电压放电方法
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请根据35U.S.C.119和35。5.(:.365要求于2012年9月28日提交的申请号为10-2012-0109550的韩国专利申请的优先权，该申请通过引用全部合并于此。
【技术领域】
[0003]实施例涉及车辆，并且尤其涉及车辆及其电压放电方法。
【背景技术】
[0004]作为在不妨害生态环境的车辆中使用的电动机控制单元的逆变器系统，是属于车辆的电动机的主要部件，其作为电气/电子组合件(ESA)将高电压直流电转换为控制电动机的交流电或直流电。
[0005]如上所述，永磁铁型电动机可应用于不妨害生态环境的车辆。在不妨害生态环境的车辆中应用作为驱动单元的电动机经由第一高电压电力线缆被从逆变器所传输的相电流所驱动，该逆变器用于通过控制单元的脉冲宽度调制(PWM)信号将直流电压转换为三相电压。
[0006]图1是图示出根据现有技术的车辆的电压放电设备的视图。
[0007]参考图1，电压放电设备包括:燃料电池10，用于产生电；电动机30，其被燃料电池
10中产生的电力所驱动；逆变器20，其将从燃料电池10输出的直流电压转换为三相交流电从而供应转换后的三相交流电作为电源来驱动电动机30 ；电动机控制单元40，其根据PWM信号控制逆变器20以使逆变器20进行相变；以及DC/DC转换器50，其转换电压以供应从燃料电池10产生的电力作为电源用于车辆的各种负载。
[0008]用于主要地控制车辆的全部操作的高级控制单元可以是混合控制单元(HCU)。HCU通过预定方法与作为低级控制单元的电动机控制单元通信，从而控制作为驱动源的电动机的转矩、速度和发电转矩。并且，HCU与发动机控制单元(ECU)通信从而控制与发动机起动相关的继电器并且诊断与发动机起动相关的继电器的故障，ECU控制用辅助电源产生电压动力的发动机。
[0009]车辆对逆变器的直流链电压放电，S卩，根据作为高电压的安全设计一部分的关闭(key-off)的发生，通过使用水泥电阻器对在直流链电容器中所充的电压放电。
[0010]然而，在以上描述的使用水泥电阻器的直流链电压放电系统中，当发生关闭时，为高电压时的安全起见，该直流链电压应当被强制性地放电。在这个过程中，在该电阻器自身中会产生常规的热量。
[0011]为解决上述的局限性，提出了通过使用DC/DC转换器通过PWM信号的控制将在逆变器电容器中所充的电能放电至电池组的技术。
[0012]然而，由于上述的直流链电压放电系统具有大约IOW的功率消耗，所以可能花费较长时间，即，大约10秒以将电能完全地放电。因此，直流链电压放电系统可能在稳定性上具有局限性。[0013]并且，为解决上述的局限性，提出了在发生例如关闭的情形时断开主继电器以执行强制放电逻辑从而强制地对直流链电压放电的技术。
[0014]然而，以上描述的直流链电压放电系统可以不考虑车辆行驶的情形而执行强制放电逻辑。因此，驾驶员可能被置于危险的境地。
[0015]也即是说，依照现有技术，强制放电逻辑会不考虑车辆的行驶情形而被执行从而导致软件错误，例如当施加高电压的时候强制放电逻辑被执行的情形。其结果是，过电流可能被引入至逆变器中从而损坏逆变器和相关部件(例如继电器、电池组以及高电压线缆)，从而引起故障。
【发明内容】
[0016]本实施例提供一种车辆的电压放电设备及其电压放电方法，根据车辆的行驶状态对其应用彼此不同的强制放电逻辑以提高强制放电操作中的稳定性。
[0017]本公开的特征不限于以上所述，而是本领域技术人员通过以下描述将清楚地理解未在此描述的其他特征。
[0018]在一个实施例中，车辆的电压放电设备包括:电池组；逆变器，其将从所述电池组供应的直流电转换为交流电以输出转换后的交流电；电动机，其被通过所述逆变器输出的所述交流电驱动；主继电器，其布置在所述电池组和所述逆变器之间，以将由所述电池组供应的直流电切换至所述逆变器；以及控制单元，其检测所述车辆的关闭(key-off)信号以在检测到所述关闭信号时对所述逆变器的直流链电压放电，其中所述控制单元根据在检测到所述关闭信号时的时间点的所述车辆的行驶状态通过应用彼此不同的第一强制放电逻辑和第二强制放电逻辑中的一个来对所述直流链电压放电。
[0019]所述控制单元可以根据所确认的所述车辆的行驶状态来判定所述主继电器被断开的时间点，并且所述第一强制放电逻辑和第二强制放电逻辑可以分别具有所述主继电器被断开的不同时间点。
[0020]所述主继电器被断开的所述时间点可以包括当所述车辆的行驶状态是对应于所述车辆行驶的第一状态时从所述关闭发生时的所述时间点起经过了预设时间的时间点，以及当所述车辆的行驶状态是对应于所述车辆停止的第一状态时所述关闭发生时的时间点。
[0021]所述控制单元可以存储包括所述车辆的行驶速度、所述逆变器的输出电流和电动机输入电流中的至少一种的信息，以通过使用所存储的信息来判定所述车辆的行驶状态。
[0022]在所述关闭发生时，所述行驶状态可以通过使用在所述关闭发生时的时间点接收到的信息和在所述关闭发生时的时间点之前最后存储的信息来判定。
[0023]所述控制单元可以将供应至所述电动机的q轴电流设置为零值以及将d轴电流设置为最大值以强制地对所述直流链电压放电。
[0024]在另一个实施例中，车辆的电压放电方法包括:生成所述车辆的关闭信号；在生成所述关闭信号时，确认在所述关闭信号生成时的时间点的所述车辆的行驶状态；以及根据所确认的所述车辆的行驶状态来应用彼此不同的第一强制放电逻辑和第二强制放电逻辑中的一个以对直流链电压放电。
[0025]所述电压放电方法可以进一步包括通过使用包括所述车辆的行驶速度、逆变器的输出电流和电动机输入电流中的至少一种的信息来周期性地监控所述车辆的行驶状态。[0026]当所述车辆的行驶状态是对应于所述车辆行驶的第一状态时可以应用所述第一强制放电逻辑，并且在所述车辆的行驶状态是对应于所述车辆停止的第二状态时可以应用所述第二强制放电逻辑。
[0027]所述第一强制放电逻辑和第二强制放电逻辑可以分别具有所述主继电器被断开的不同时间点。
[0028]所述直流链电压的放电可以包括:当所述车辆的行驶状态是第一状态时从所述关闭发生时的时间点起维持主继电器的短路状态一预设时间；在经过了所述预设时间时将所述主继电器的状态改变至断开状态；以及强制地对所述直流链电压放电。
[0029]所述直流链电压的放电可以包括:当所述车辆的行驶状态是第二状态时在所述关闭发生时的时间点将所述主继电器的状态改变至断开状态；以及强制地对所述直流链电压放电。
[0030]所述直流链电压的强制放电可以包括将施加至电动机的q轴电流设置为零值以及将d轴电流设置为最大值以强制地对所述直流链电压放电。
[0031]在以下说明书和附图中阐明一个以上实施例的细节。从说明书和附图以及从权利要求中，其他特点将会是显而易见的。
【专利附图】
【附图说明】
[0032]图1是图示出依照现有技术的车辆的电压放电设备的图。
[0033]图2是图示出依照实施例的车辆的电压放电设备的图。
[0034]图3和图4是用于说明依照实施例的强制放电逻辑的图。
[0035]图5是图示出依照实施例的车辆的电压放电方法的流程图。
【具体实施方式】
[0036]以下仅图示出本发明的原理。因此，尽管未清楚地描述或未显示，但是本领域技术人员将能够设计出体现本发明原理并且是依照本发明的概念和范围的各种装置。此外，应当理解，在说明书中列出的所有附条件的术语和实施例在原则上无疑是旨在仅供理解本发明概念的目的，并不限于具体所列的实施例和情况。
[0037]此外，本发明的原理、观点和实施例以及具体实施例的所有详细描述应被理解为旨在包含该主题的结构和功能的等同方案。另外，这些等同方案应被理解为包括当前的、公知的等同方案以及将来待发展的等同方案，即，包括所发明的执行相同功能的所有要素，而
不管结构。
[0038]图2是图示出依照实施例的车辆的电压放电设备的图。
[0039]参照图2，车辆的电压放电设备包括电池组110、主继电器120、逆变器130、电动机140和控制单元150。
[0040]以上描述的车辆可以是完全不妨害生态环境的车辆，其从电池组110接收电力，并通过作为典型的逆变器130的电动机控制器来控制电动机140以获得最佳效率，并且用电动机替代发动机以完全防止有害气体产生。
[0041]电池组110可以包括由多个电池组电池组成的电池组。
[0042]有必要对包含于电池组中的每一个电池组电池应用相同的电压，从而提高寿命周期和实现高输出。
[0043]因此，控制单元150可以在电池组电池充电或放电时控制电池组电池，从而使每一个电池组电池具有足够的电压。
[0044]然而，由于各种因素，例如内阻抗的改变，可能难以维持多个电池组电池的平衡状态。因此，单独的电池组管理系统(未示出)可以具有用于均衡多个电池组电池的状态改变的平衡功能。
[0045]例如，由于电池组的电池组电池在放电率上的差异，随着时间的经过可能发生电池组的电池之间的充电状态(SOC)上的差异。其结果是，车辆可以在电池组电池的每一个中分别包括用于升压和/或降压的电路以克服电池组电池之间的容量不平衡。
[0046]而且，至少一个电池组电池可以实现为各种的电池组电池。例如，至少一个电池组电池可以包括镍镉电池组、铅电池组、镍金属氢化物电池组、锂离子电池组、锂聚合物电池组、金属锂电池组以及锌空气电池组等等。
[0047]主继电器120连接至与电池组110相连的预定电源线以切换通过电池组110输出的直流电源。
[0048]尽管附图中仅有一个主继电器布置在电源线上，但是本公开不限于此。例如，可以增加主继电器的数量。
[0049]例如，主继电器可以包括连接至正极端子以切换直流电源的第一主继电器以及连接至负极端子以切换直流电源的第二主继电器。
[0050]逆变器130根据主继电器120的切换状态接收来自电池组110的直流电。
[0051]而且，逆变器130将从电池组110供应的直流电转换为交流电以将转换后的交流电供应至电动机140。
[0052]由逆变器130转换的交流电可以是三相交流电。
[0053]特别地，逆变器130可以包括绝缘栅双极晶体管(IGBT)。该逆变器可以根据由控制单元150施加的控制信号来执行脉冲宽度调制切换以相变由电池组110供应的电力，从而驱动电动机140。
[0054]电动机140可以包括不旋转但是固定的定子(未示出)以及旋转的转子(未示出)。电动机140接收通过逆变器130供应的交流电。
[0055]例如，电动机140可以是三相电动机。当将各相的电压可变/频率可变的交流电施加至各相的定子的线圈时，转子的旋转速度可以根据所施加的频率而改变。
[0056]电动机140可以包括各种电动机，例如感应电动机、无刷直流电动机(BLDC)、磁阻电动机等等。
[0057]传动齿轮(未示出)可以布置在电动机140的一侧上。传动齿轮根据传动比来转换电动机140的旋动能。由传动齿轮输出的旋动能可以被传输至前轮和/或后轮以驱动电动车辆。
[0058]尽管未示出，但是车辆可以进一步包括用于控制车辆的全部电子设备的电子控制器。电子控制器(未示出)可以控制电子设备使得电子设备被操作和显示。并且，电子控制器可以控制上述电池组管理系统。
[0059]而且，电子控制器可以基于从用于检测电动车辆的倾斜角的倾斜角检测单元(未示出)、用于检测电动车辆的速度的速度检测单元(未示出)、用于检测制动操作的制动检测单元(未示出)以及用于检测加速器踏板的操作的加速器检测单元(未示出)所传输的检测信号，根据不同的操作模式(行驶模式、倒车模式、怠速模式以及泊车模式)来产生操作命令值。这里，操作命令值可以是例如转矩命令值或者速度命令值。
[0060]依照实施例的车辆可以包括使用电池组和电动机的电池式电动车辆以及使用发动机、电池组和电动机的混合电动车辆。
[0061]这里，混合电动车辆可以进一步包括切换单元以及变速器，切换单元用于选择电池组和发动机中的至少一个。混合电动车辆可以分成使用从发动机输出的机械能的串联式电动车辆以及同时使用从发动机输出的机械能和从电池组输出的电能的并联式电动车辆。
[0062]控制单元150控制逆变器130的操作。
[0063]例如,控制单元150可以通过使用供应至电动机140的电流(三相电流)来计算用于驱动电动机140的驱动值以根据所计算的驱动值产生控制逆变器130的切换信号(PWM
信号)。
[0064]从而，逆变器130可以根据通过控制单元150产生的切换信号来选择性地执行通断操作以将直流电转换为交流电。
[0065]控制单元150接收行进信息以周期性地确认车辆的行进状态(行驶状态)。
[0066]而且，控制单元150通过使用所存储的行进信息来监控车辆的行进状态(行驶状态)。
[0067]控制单元150可以周期性地判定是否发生关闭以根据关闭的发生来停止电动机140的操作。
[0068]这里，关闭可以发生在车辆行驶的时候。可选择地，关闭可以发生在车辆停止的状态下。
[0069]由此，控制单元150可以根据车辆的行进信息来相对于行进状态(行驶状态)确认在发生关闭时的时间点的车辆行进状态(行驶状态)。于是，控制单元150可以根据所确认的行进状态(行驶状态)应用彼此不同的条件来执行强制放电。
[0070]这里，车辆的行进信息可以包括车辆的行驶速度和逆变器的输出电流(或电动机输入电流)。
[0071]因此，控制单元150通过与(AND)条件或或(OR)条件将多个行进信息相互组合，以根据所组合的条件来确认在关闭发生时的时间点的车辆的行进状态(行驶状态)。
[0072]然而，可能难以确认在关闭发生时的时间点的车辆的行进状态(行驶状态)。因此，控制单元150可以连续监控行进信息在关闭发生之前的时间点的实时变化。
[0073]因此，在关闭发生时，控制单元150可以通过使用最后存储的行进信息来确认行进状态(行驶状态)。可选择地，控制单元150可以获取在关闭发生时的时间点的行进信息以确认行进状态(行驶状态)。
[0074]然后，在关闭发生时的时间点，当车辆的行进状态(行驶状态)对应于第一条件(行进)时，控制单元150通用应用如图3所示的逻辑来执行强制放电。
[0075]即，如果关闭发生在车辆正在行进时，控制单元150不是仅断开主继电器120，而是允许主继电器120维持在短路状态一预定时间。
[0076]这里，预定时间可以是大约3秒到4秒的时间。
[0077]在行进期间的关闭可以因下列情况而发生。[0078]首先，关闭可以因使用者的不熟练操作而发生。
[0079]在关闭因不熟练的操作而发生时，如果执行强制放电操作，则驾驶员可能由于突然的行驶停止而处于危险之中。因此，这可能作为车辆事故而受到影响。
[0080]其次，关闭可以因车辆碰撞而发生。
[0081]当如上所述关闭因车辆碰撞而发生时，如果仅执行强制放电操作，则这可能阻碍驾驶员离开车辆事故现场。因此，可能发生二次车辆事故。
[0082]因此，在当前实施例中，如图3所示，车辆的行进信息可以通过使用车辆的行驶速度和逆变器的输出电流(或电动机输入电流)来确认。于是，当关闭发生时的时间点的行进状态(行驶状态)对应于第一条件时，该状态会被维持一预定时间。
[0083]也就是说，在关闭发生时的时间点，控制单元150不是仅断开主继电器120，而是允许主继电器120维持在短路状态一预定时间。
[0084]并且，在预定时间过后，控制单元150可以将主继电器120改变为短路状态。然后，在主继电器120被改变为短路状态之后，可以执行强制放电操作。
[0085]强制放电操作可以通过以下方法来执行。
[0086]通常,作为三相交流电动机的内置式永磁同步电动机(IPMSM),可以应用作为应用于车辆的电动机。这是由于IPMSM具有例如单位重量高输出、高机械可靠性以及高速度可能性的特性。
[0087]三相交流电动机可以执行矢量控制，其中U、V和W三相电流被分成两个相，例如作为磁通控制电流的d轴电流和作为转矩控制电流的q轴电流，然后被控制。在如上所述的控制过程中，可以移除时变参数，并且变量和参数被表示为互相垂直或互相分开的直轴(d)和交轴(q)。
[0088]通常，在固定坐标系中，d轴和q轴被固定至定子。另一方面，在旋转坐标系中，参考轴(reference axis)被旋转。
[0089]旋转坐标系可以被固定至旋转磁铁位置或者以同步速度移动。而且，在正弦源的情况下，因为在以同步速度旋转的坐标系的模块中的变量在正常状态下示出为直流电流量，因此可能难以轻易地控制旋转坐标系。
[0090]在同步坐标系中电动机的电压等式可以用如下的数学等式I来表示。
[0091]【数学等式I】
【权利要求】
1.一种车辆的电压放电设备,所述电压放电设备包括: 电池组； 逆变器，其将从所述电池组供应的直流电转换为交流电以输出转换后的交流电； 电动机，其被通过所述逆变器输出的交流电驱动； 主继电器，其布置在所述电池组和所述逆变器之间，以将由所述电池组供应的直流电切换至所述逆变器；以及 控制单元，其用于检测所述车辆的关闭信号，并且在检测到所述关闭信号时对所述逆变器的直流链电压放电， 其中所述控制单元根据在检测到所述关闭信号时的时间点的所述车辆的行驶状态，通过应用彼此不同的第一强制放电逻辑和第二强制放电逻辑中的一个来对所述直流链电压放电。
2.如权利要求1所述的电压放电设备，其中所述控制单元根据所确认的所述车辆的行驶状态判定所述主继电器被断开的时间点，并且 所述第一强制放电逻辑和所述第二强制放电逻辑分别具有所述主继电器被断开的不同时间点。
3.如权利要求2所述的电压放电设备，其中所述主继电器被断开的时间点包括: 当所述车辆的行驶状态是对应于所述车辆行驶的第一状态时从所述关闭发生时的时间点起经过了预设时间的时间点；以及 当所述车辆的行驶状态是对应于所述车辆停止的第一状态时所述关闭发生时的时间点。
4.如权利要求1所述的电压放电设备，其中所述控制单元存储包括所述车辆的行驶速度、所述逆变器的输出电流和电动机输入电流中至少一种的信息，并且所述控制单元通过使用所存储的信息来判定所述车辆的行驶状态。
5.如权利要求4所述的电压放电设备，其中，在关闭发生时，所述行驶状态通过使用在关闭发生时的时间点接收到的信息和在关闭发生时的时间点之前最后存储的信息来判定。
6.如权利要求1所述的电压放电设备，其中所述控制单元将供应至所述电动机的q轴电流设置为零值并且将d轴电流设置为最大值以强制地对所述直流链电压放电。
7.—种车辆的电压放电方法，所述电压放电方法包括: 生成所述车辆的关闭信号； 当生成所述关闭信号时，确认在所述关闭信号生成时的时间点的所述车辆的行驶状态；以及 根据所确认的所述车辆的行驶状态来应用彼此不同的第一强制放电逻辑和第二强制放电逻辑中的一个以对直流链电压放电。
8.如权利要求7所述的电压放电方法，进一步包括通过使用包括所述车辆的行驶速度、逆变器的输出电流和电动机输入电流中的至少一种的信息来周期性地监控所述车辆的行驶状态。
9.如权利要求7所述的电压放电方法，其中当所述车辆的行驶状态是对应于所述车辆行驶的第一状态时应用所述第一强制放电逻辑，并且 当所述车辆的行驶状态是对应于所述车辆停止的第二状态时应用所述第二强制放电逻辑。
10.如权利要求7所述的电压放电方法，其中所述第一强制放电逻辑和所述第二强制放电逻辑分别具有主继电器被断开的不同时间点。
11.如权利要求9所述的电压放电方法，其中所述直流链电压的放电包括: 当所述车辆的行驶状态是第一状态时从所述关闭发生时的时间点起维持主继电器的短路状态一预设时间； 在经过了所述预设时间时将所述主继电器的状态改变至断开状态；以及 强制地对所述直流链电压放电。
12.如权利要求9所述的电压放电方法，其中所述直流链电压的放电包括: 当所述车辆的行驶状态是第二状态时在所述关闭发生时的时间点将所述主继电器的状态改变至断开状态；以及 强制地对所述直流链电压放电。
13.如权利要求7所述的电压放电方法，其中所述直流链电压的强制放电包括将施加至电动机的q轴电流设置为零值以及将d轴电流设置为最大值以强制地对所述直流链电压放电。
【文档编号】B60L3/00GK103707771SQ201310456373
【公开日】2014年4月9日 申请日期:2013年9月29日 优先权日:2012年9月28日
【发明者】郑汉郁 申请人:Ls产电株式会社