一种氢能汽车主动放电电路和系统的制作方法

1.本实用新型涉及燃料电池汽车预充电路技术领域，具体涉及一种氢能汽车主动放电电路和系统。


背景技术：

2.随着氢燃料新能源汽车的推广和普及，越来越多的汽车企业开始关注于氢燃料电池新能源汽车的研发。由于氢燃料电池汽车中较传统新能源汽车多了许多高压器件(电堆升压dc，超级电容升压dc，氢燃料电池空压机控制器等等)，导致电路中高压负载较多，高压结构复杂，需要主动泄放的电容能量也就越多，而目前采用电机绕组泄放的方式虽然泄放速度快，但是泄放过程释放的能量造成能量的浪费，同时由于能量过多，若是控制不当，可能造成电机转动车辆耸动等现象。


技术实现要素：

3.本实用新型解决的一个主要问题是现有电机绕组泄放方式能量浪费多且易造成车辆耸动的问题。
4.为了解决上述问题，根据本实用新型的一个方面，本实用新型提供一种氢能汽车主动放电电路，包括：
5.电源模块、pdu高压配电及预充模块和预充电容模块，所述电源模块、pdu高压配电及预充模块和预充电容模块依次串联组成放电回路；
6.所述电源模块包括串联连接的电源接触器、第一动力电池和第二动力电池，所述第一动力电池和所述第二动力电池为燃料电池汽车提供能量，所述电源接触器用于关断电路。
7.进一步地，所述pdu高压配电及预充模块包括：
8.预充电阻、主预充接触器、氢燃料预充接触器和辅助预充接触器，所述预充电阻的输入端与所述电源模块的输出端连接；
9.所述预充电阻的输出端分别与所述主预充接触器、所述氢燃料预充接触器和所述辅助预充接触器的输入端连接；
10.所述主预充接触器、所述氢燃料预充接触器和所述辅助预充接触器并联。
11.进一步地，所述主接触器的一端与所述电源模块输出端连接，所述主接触器与所述主预充接触器并联形成第一回路，所述第一回路输出端与所述预充电容模块的输入端连接。
12.进一步地，所述氢燃料接触器一端与所述电源模块输出端连接，所述氢燃料预充接触器与所述氢燃料接触器并联形成第二回路，所述第二回路输出端与所述预充电容模块的输入端连接。
13.进一步地，所述辅助接触器一端与所述电源模块的输出端连接，所述辅助接触器与所述主接触器并联形成第三回路，所述第三回路输出端与所述预充电容模块的输入端连
接。
14.进一步地，所述第一回路、第二回路和第三回路上还分别串联有第一保险、第二保险和第三保险；
15.所述第一保险、第二保险和所述第三保险的输出端分别与预充电容模块的输入端连接。
16.进一步地，所述预充电容模块包括：
17.驱动电机系统，所述驱动电机系统的输入端与所述第一保险的输出端连接，所述驱动电机系统的输出端与所述电源模块的输入端连接，第四保险和超级电容双向dc转换器串联，且所述第一保险的输入端与所述主预充接触器的输出端连接，所述超级电容双向dc转换器的输出端与所述电源模块的输入端连接；
18.电堆空气压缩系统，所述电堆空气压缩系统的输入端与所述第二保险的输出端连接，所述电堆空气压缩系统的输出端与所述电源模块的输入端连接，第五保险和电堆升压dc转换器串联，且所述第五保险的输入端与所述氢燃料预充接触器的输出端连接，所述超级电容双向dc转换器的输出端与所述电源模块的输入端连接；
19.空调压缩机模块，所述空调压缩机模块的输入端与所述第三保险的输出端连接，所述空调压缩机模块的输出端与所述电源模块的输入端连接，第六保险和降压dc转换器串联，且所述第六保险的输入端与所述辅助预充接触器的输出端连接，所述降压dc转换器的输出端与所述电源模块的输入端连接。
20.进一步地，所述超级电容双向dc转换器、所述驱动电机系统、所述电堆升压dc转换器、所述电堆空气压缩系统、所述降压dc转换器和所述空调压缩机模块上分别并联有预充电容。
21.根据本实用新型的另一个方面，一种氢能汽车主动放电系统，所述氢能汽车主动放电系统包括整车控制器、超级电容、超级电容双向 dc转换器、电堆、高压配电箱、降压dc转换器、电机控制器、电机、汽车蓄电池和动力电池系统，其特征在于，所述氢能汽车主动放电系统上配置有如前任一所述的一种氢能汽车主动放电电路：
22.所述动力电池系统、所述超级电容、所述电堆、所述高压配电箱和所述降压dc转换器分别通过can总线网络向所述整车控制器反馈工作状态信号，所述整车控制器用于发出控制指令；
23.所述动力电池系统、所述电堆、所述超级电容、所述电机和所述降压dc转换器分别与所述高压配电箱的电压输出端相连接；
24.所述超级电容双向dc转换器一端连接所述超级电容的电压输入端，另一端连接所述高压配电箱的电压输出端；
25.所述电机控制器设置于所述电机上，所述电机控制器作为燃料电池汽车的部件用于发送电机工作状态信号；
26.所述降压dc转换器的输出端向所述汽车蓄电池充电。
27.根据本实用新型的再一个方面，还公开一种氢能汽车主动放电策略，如前所述的一种氢能汽车主动放电系统运行时用于实现所述氢能汽车主动放电策略，包括：
28.发送关波指令，超级电容双向dc转换器、电堆和电机控制器关波；
29.当高压配电箱总电流小于下电阈值时，断开电源接触器；
30.发送主动泄放命令和降压dc转换器开波指令，关闭欠压检测，同时降压dc转换器进行开波，并对预充电容的电量进行泄放。
31.本实用新型提供的一种氢能汽车主动放电电路和系统，该主动放电电路具有高压系统架构安全，结构层次性分明，控制逻辑性强，控制策略可靠、节能等优点，实现了既泄放掉了高压电容所含的能量，保证了高压安全，又起到了节能的目的，还有效消除电机泄放带来的车辆耸动风险，更加安全，更加可靠，适合新能源所有车型，具有适用性广，实用价值高等特点。
附图说明
32.本实用新型构成说明书的一部分附图描述了本实用新型的实施例，并且连同说明书一起用于解释本实用新型的原理。
33.图1为本实用新型实施例中氢能汽车主动放电电路示意图。
34.图2为本实用新型实施例中氢能汽车主动放电系统示意图。
35.图3为本实用新型实施例中氢能汽车主动放电策略流程设计示意图。
具体实施方式
36.下面将结合附图来详细描述本实用新型的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本实用新型的范围。
37.同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。
38.以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本实用新型及其应用或使用的任何限制。
39.为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本实用新型进一步详细说明。
40.对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。
41.在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。
42.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
43.实施例一，如图1所示，为本实施例公开的一种氢能汽车主动放电系统及策略算法电路原理图，包括三个大模块；分别是模块一100：电源模块；模块二200：pdu高压配电及预充模块；模块三300：需要预充电容模块。
44.模块一包括110电源接触器、120和130动力电池；其中动力电池120和130为车辆行驶提供能量；电源接触器110，为了防止动力电池直接与外部连接，确保高压安全，降低人员触电风险。
45.模块二，包括210主接触器，220主预充接触器，保险1，保险 2，310氢燃料接触器，320氢燃料预充接触器，保险3，保险4，410 辅助接触器，420辅助预充接触器，保险5，保险6，
500预充电阻；
46.其中，预充电阻500为三个预充电路回路限制预充电流大小，防止给三个预充电路回路中的容性负载充电导致回路电流过大而烧毁保险或者使得接触器烧结；保险1-6，保护各保险回路的负载电流不会过大，当电流过大时通过熔断的方式，切断回路，起到保护电路的作用。
47.模块三，包括230超级电容升压dc及其预充电容231，和240 驱动电机系统及其预充电容241组成的主回路；330电堆升压dc及其预充电容331，340电堆空气压缩系统及其预充电容341，组成的氢燃料回路；450降压dc及其预充电容451和460空调压缩机及其预充电容461组成的辅助回路；其中，在主回路中，超级电容升压 dc230能将超级电容的能量供给驱动电机系统240，同时能吸收驱动电机系统240回馈产生的电能，驱动电机系统240能为氢能汽车提供动力来源，同时回馈制动产生电能；在氢燃料回路中，电堆升压dc330 能将电堆的较低电压升至动力电池母线电压，将氢燃料电池产生的电能供给氢能汽车高压回路，电堆空气压缩系统340为氢燃料电池电堆提供氧气供应；在辅助回路中，降压dc450利用氢能汽车高压电给低压蓄电池补充电量，空调压缩机460为空调系统进行制冷，各自控制器的预充电容主要起到稳压的作用，而下电过程需要对预充电容的电量进行泄放，以防高压触电。
48.模块一、模块二和模块三的具体连接关系分别为：
49.模块一中，所述驱动电机系统的输入端与所述保险1的输出端连接，所述驱动电机系统的输出端与所述电源模块的输入端连接，保险 4和超级电容双向dc串联，且所述保险1的输入端与所述主预充接触器的输出端连接，所述超级电容双向dc的输出端与所述电源模块的输入端连接；
50.模块二中，所述电堆空气压缩系统的输入端与所述保险2的输出端连接，所述电堆空气压缩系统的输出端与所述电源模块的输入端连接，保险5和电堆升压dc转换器串联，且所述保险5的输入端与所述氢燃料预充接触器的输出端连接，所述超级电容双向dc转换器的输出端与所述电源模块的输入端连接；
51.模块三中，所述空调压缩机模块的输入端与所述保险3的输出端连接，所述空调压缩机模块的输出端与所述电源模块的输入端连接，保险6和降压dc转换器串联，且所述保险6的输入端与所述辅助预充接触器的输出端连接，所述降压dc转换器的输出端与所述电源模块的输入端连接。
52.实施例二，如图2，为本实用新型的一种氢能汽车主动放电系统示意图：
53.其中20为动力电池系统，22为vcu整车控制器，24为氢燃料电池，241为电堆空气压缩系统，242为电堆升压dc，25为高压配电箱，内部装有保险和各个接触器，26为超级电容，261为超级电容双向dc，23为降压dc，29为压缩机，21为汽车蓄电池，27为电机控制器和电机，28为减速器和差速器；
54.各控制器(20、22、23、24、241、242、25、26、261、29和27) 之间通过can网络进行通讯和控制，高压器件回路由高压进行连接，降压dc输出端连接汽车蓄电池，可对汽车蓄电池进行充电，各控制器模块的具体连接方式参照系统原理图2，具体为：
55.动力电池系统20、超级电容26、氢燃料电池24(电堆)、所述高压配电箱25和所述降压dc23分别通过can网络向所述vcu整车控制器22反馈工作状态信号，所述vcu整车控制器用于发出控制指令；
56.所述动力电池系统、所述电堆、所述超级电容、所述电机和所述降压dc转换器分别与所述高压配电箱的电压输出端相连接；
57.所述超级电容双向dc转换器一端连接所述超级电容的电压输入端，另一端连接所述高压配电箱的电压输出端；
58.所述电机控制器设置于所述电机上，所述电机控制器作为燃料电池汽车的部件用于发送电机工作状态信号；
59.所述降压dc转换器的输出端向所述汽车蓄电池充电。
60.实施例三，如图3，为本实用新型公开的一种氢能汽车主动放电策略流程图，其控制流程如下；
61.s1：车辆进入下电流程；
62.s2：vcu发送超级电容双向dc关波指令，超级电容双向dc 反馈关波状态为关波；vcu发送电堆关机指令，电堆反馈状态为关机；vcu发送电机控制器关波指令，电机控制器反馈关波状态为关波，vcu发送降压dc关波指令，降压dc反馈关波状态为关波，即关闭所有高压用电设备；
63.s3：vcu判断高压配电箱监控总电流是否小于下电阈值10a，若是则发送电源接触器断开指令，否则则等待总电流下降至10a以下，以确保接触器断开时不会拉弧导致接触器烧结；
64.s4：动力电池系统接到vcu发送电源接触器断开指令后，断开电源接触器，并发送电源接触器为断开；
65.s5：vcu收到电源接触器为断开后，发送主动泄放命令和降压 dc开波指令，降压dc收到主动泄放命令和降压dc开波指令后，关闭欠压检测，以便在主动泄放时，降压dc母线的电压，同时进行开波，此时降压dc对预充电容的电量进行泄放；
66.s6：此时mcu实时发送电机控制器输入端母线电压即预充电容端电压，3s内(由主动泄放命令发送开始计时)当vcu收到mcu 实时发送电机控制器输入端母线电压《60v时，认为主动泄放成功，发送降压dc关波指令和泄放完成状态指令；
67.s7：降压dc反馈关波状态为关波，主动泄放过程完成；
68.s61:若3s后(由主动泄放命令发送开始计时)vcu收到mcu 实时发送电机控制器输入端母线电压》60v，则认为主动泄放失败，发送降压dc关波指令和泄放失败状态指令；
69.s71：降压dc反馈关波状态为关波，主动泄放过程完成；
70.传统泄放方法是在下电过程中将预充电容的电量通过电机控制器和电机以绕组发热的形式释放，既造成了能量的浪费，又有可能导致电机转动从而造成车辆耸动。
71.本实用新型实施例则是利用降压dc将预充电容所含的能量输出给汽车蓄电池，这样既实现了预充电容电量的泄放，同时也将电容的电量存储到汽车蓄电池中，避免了能量的浪费，而且也避免了可能导致电机转动从而造成车辆耸动的风险。
72.以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用于限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则范围之内所作的任何修改、等同替换以及改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
73.还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包
括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。