电动汽车及其放电防护电路的制作方法

本发明属于电动汽车领域，尤其涉及一种电动汽车及其放电防护电路。

背景技术：

新能源汽车用电机控制器的母线端储能电容与直流母线电源并联，起到限流或缓冲的作用。电动汽车正常运行时，母线端储能电容上存储一定的电量，为了提高电动汽车驾驶人员或维修人员的人身安全，需要在电动汽车熄火停运后将母线端储能电容存储的电量快速释放至安全电量以下。

目前，可以在电动汽车内设置一个用于对母线端储能电容放电的放电电路，通用的放电电路包括两条不同时导通的放电支路：

一条放电支路，包括一个开关管，该开关管在车辆正常工作时受到电动汽车内放电控制单元的控制而导通该放电支路，将直流母线电池的高压电释放到地；

另一条放电支路，包括另一开关管，该开关管在整车下电而使得前一条放电支路被关断后主动导通该条放电支路，将母线端储能电容中的残电释放，确保安全。

该电路的优点在于即使放电控制单元失效而使得前一条放电支路关断，也能通过后一条放电支路确保母线端储能电容的放电完成。但是，在一种非正常的情况下，该电路存在隐患，即如果放电控制单元低压由于外部原因导致掉电，此时直流母线电池的高压仍然持续，就会使得上述的另一条放电支路所包括的开关管持续释放高压电池的电压，长时间大电流运行，导致该开关管烧毁。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术中如果放电控制单元低压由于外部原因导致掉电且直流母线电池的高压仍然持续，就会使得上述的另一条放电支路所包括的开关管持续释放高压电池的电压，长时间大电流运行，导致该开关管烧毁的缺陷，提供一种电动汽车及其放电防护电路。

本发明是通过以下技术方案解决上述技术问题的：

一种电动汽车的放电防护电路，包括：

放电支路，与所述电动汽车的直流母线电源并联，所述放电支路包括串联的放电电阻和放电开关，所述放电开关在所述直流母线电源释放电压时导通；所述放电开关导通时，所述直流母线电源通过所述放电电阻和所述放电开关与地形成回路；以及，

延时开关，与所述放电开关连接，所述延时开关用于在所述放电开关持续导通超过一预设延时时间时关断所述放电开关。

较佳地，所述直流母线电源与所述电动汽车的母线端储能电容并联；所述放电开关导通时，所述母线端储能电容通过所述放电电阻和所述放电开关与地形成回路。

较佳地，所述放电防护电路还包括：

放电触发支路，与所述直流母线电源并联，所述放电触发支路包括串联的第一分压电阻和第一开关，所述第一开关分别与所述电动汽车的用于控制所述第一开关的放电控制单元和所述放电开关连接，所述第一开关根据所述放电控制单元的输出电信号导通或关断或者在所述放电控制单元掉电时关断；所述第一开关导通且所述直流母线电源释放电压时，所述直流母线电源通过所述第一分压电阻和所述第一开关与地形成回路且所述放电开关被关断；所述第一开关关断且所述直流母线电源释放电压时，所述放电开关被导通且所述直流母线电源通过所述放电电阻和所述放电开关与地形成回路。

较佳地，所述放电防护电路还包括：

延时触发支路，与所述直流母线电源并联，所述延时触发支路包括串联的第二分压电阻和第二开关，所述第二开关与所述放电控制单元连接，所述第二开关根据所述放电控制单元的输出电信号导通或关断或者在所述放电控制单元掉电时关断；所述第二开关导通且所述直流母线电源释放电压时，所述直流母线电源通过所述第二分压电阻和所述第二开关与地形成回路且所述延时开关被关断；所述第二开关关断且所述直流母线电源释放电压时，所述延时开关被导通且所述放电开关通过所述延时开关与地导通，所述放电开关的电压被拉低直至所述放电开关关断。

较佳地，所述放电开关包括第一nmos(n型金属-氧化物-半导体)型功率开关管，所述第一nmos型功率开关管的漏极通过所述放电电阻与所述直流母线电源的正极连接，源极与所述直流母线电源的负极连接且接地，门极与所述第一开关连接。

较佳地，所述第一开关包括第一npn三极管，所述第一npn三极管的集电极与所述第一nmos型功率开关管的门极连接，所述集电极还通过第一分压电阻与所述直流母线电源的正极连接，发射极与所述第一nmos型功率开关管的源极和所述直流母线电源的负极连接且接地，基极与所述放电控制单元的正极连接；

所述放电触发支路还包括第一电阻和第一稳压管；

所述第一电阻的一端分别与所述放电控制单元的正极和所述第一npn三极管的基极连接，另一端分别与所述放电控制单元的负极和所述第一npn三极管的发射极连接；

所述第一稳压管的正极接地，负极与所述第一分压电阻连接。

较佳地，所述延时触发支路还包括第二电阻、第二稳压管、第三稳压管、充电电容和第三电阻；

所述延时开关包括第二nmos型功率开关管，所述第二nmos型功率开关管的漏极与所述放电开关连接，源极接地，门极与所述第三稳压管的正极连接，所述门极还通过所述第三电阻接地；

所述第二开关包括第二npn三极管，所述第二npn三极管的基极与所述放电控制单元的正极连接，集电极分别与所述第二分压电阻和所述第三稳压管的负极连接，发射极接地；所述第二电阻的一端分别与所述放电控制单元的正极和所述第二npn三极管的基极连接，另一端接地；所述第二稳压管的负极与所述第二npn三极管的集电极连接，正极接地，所述充电电容的正极与所述第二npn三极管的集电极连接，负极接地。

一种电动汽车，包括：

直流母线电源；以及，

如上所述的放电防护电路。

较佳地，所述电动汽车还包括：母线端储能电容，与所述直流母线电源并联；以及，

放电控制单元。

较佳地，所述放电控制单元包括车用电机控制器。

在符合本领域常识的基础上，上述各优选条件，可任意组合，即得本发明各较佳实例。

本发明的积极进步效果在于：即便放电控制单元低压由于外部原因导致掉电且直流母线电池的高压仍然持续，本发明也可以通过延时开关关断放电支路所包括的第一开关，避免第一开关持续释放高压电池的电压、长时间大电流运行，保证第一开关不被烧毁。

附图说明

图1为本发明较佳实施例1的一种电动汽车的放电防护电路的电路图。

具体实施方式

下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。

实施例1

电动汽车内有直流母线电源，直流母线电源释放高压电。母线端储能电容与直流母线电源并联，用于储存直流母线电源释放的高压电。本实施例提供一种电动汽车的放电防护电路，可以针对放电控制单元低压由于外部原因导致掉电且直流母线电池的高压仍然持续的情况，关断放电支路上的放电开关，防止放电开关长时间大电流运行而烧毁。

放电防护电路包括放电支路和延时开关。

放电支路与电动汽车的直流母线电源并联。直流母线电源可以释放高压电。放电支路包括串联的放电电阻和放电开关，放电开关在直流母线电源释放电压时导通；所述放电开关导通时，直流母线电源通过放电电阻和放电开关与地形成回路。其中，放电电阻可以吸收直流母线电源释放的电压。放电开关起到了导通或关断放电支路的作用，放电支路导通后由于直流母线电源的高电压而使得大电流流经放电开关，如果长时间如此，会造成放电开关烧毁。

延时开关与放电开关连接。延时开关用于在放电开关持续导通超过一预设延时时间时关断放电开关。其中，预设延时时间可以根据放电开关的选型设置，如根据放电开关具体选型的技术手册，推算其可以承受的持续大电流时间，且发热量在合理范围内，经计算获取，即预设延时时间至少应当不超过放电开关可承受的持续大电流时间，且在此时间内不会造成放电开关过热。以放电开关选用nmos型功率开关管为例，对应的预设延时时间优选为7秒。通过延时开关可以在放电开关持续导通超过预设延时时间时自动关断放电开关，避免放电开关长时间大电流运行，起到保护放电开关的作用。

本实施例中，放电开关优选具有开关功能的功率器件，例如mos管或igbt。延时开关优选三极管或mos管。

本实施例中，直流母线电源可以与电动汽车的母线端储能电容并联。母线端储能电容可以储存直流母线电源的部分高压，起到一定的限流和缓冲的作用。放电开关导通时，母线端储能电容可以通过放电电阻和放电开关与地形成回路。本实施例的放电防护电路可通过放电支路释放母线端储能电容上的电压。由于直流母线电源和母线端储能电容的并联关系，下文中适用于直流母线电源的放电方式同样适用于母线端储能电容。

本实施例中，放电防护电路还可以包括放电触发支路。

放电触发支路可以与直流母线电源并联。放电触发支路可以包括串联的第一分压电阻和第一开关。第一分压电阻可以包括串联的至少一个电阻。第一开关分别与电动汽车的放电控制单元和放电开关连接。其中，放电控制单元可用于控制第一开关，放电控制单元具体可以为电动汽车的电机控制器或其他对放电支路的通断有控制需求的单元模块，放电控制单元为低压电。第一开关可以根据放电控制单元的输出电信号导通或关断或者在放电控制单元掉电时关断。第一开关导通且直流母线电源释放电压时，直流母线电源通过第一分压电阻和第一开关与地形成回路且放电开关被关断。第一开关关断且直流母线电源释放电压时，放电开关被导通且直流母线电源通过放电电阻和放电开关与地形成回路。本实施例中的放电防护电路中，第一开关对放电开关的通断起到了一定的控制作用，两者属于不同时导通的关系，即，如果第一开关导通则放电开关关断，如果第一开关关断则放电开关导通。

本实施例中，第一开关优选三极管或mos管。

本实施例中，放电防护电路还可以包括延时触发支路。

延时触发支路可以与直流母线电源并联。延时触发支路可包括串联的第二分压电阻和第二开关。第二分压电阻可以包括串联的至少一个电阻。第二开关与放电控制单元连接，第二开关根据放电控制单元的输出电信号导通或关断或者在放电控制单元掉电时关断。第二开关导通且直流母线电源释放电压时，直流母线电源通过第二分压电阻和所述第二开关与地形成回路且延时开关被关断。第二开关关断且直流母线电源释放电压时，延时开关被导通且放电开关通过延时开关与地导通，放电开关的电压被拉低直至所述放电开关关断。本实施例中的放电防护电路中，第二开关对延时开关的通断起到了一定的控制作用，两者属于不同时导通的关系，即，如果第二开关导通则延时开关关断，如果第二开关关断则延时开关导通。通过延时开关的作用，放电开关被关闭，对放电开关进行保护，其中的放电开关的电压被拉低直至所述放电开关关断所经历的时间即前文所述的预设延时时间。

本实施例中，第二开关优选三极管或mos管。

下面给出了本实施例的放电防护电路的一种优选电路，如图1所示：

该电路中，直流母线电源vdc-link与母线端储能电容cdclink并联。通常，车用的直流母线电源vdc-link为350v。

放电开关包括第一nmos型功率开关管qf。第一nmos型功率开关管qf和放电电阻rf串联成放电支路。第一nmos型功率开关管qf的漏极通过放电电阻rf与直流母线电源vdc-link的正极连接，源极与直流母线电源vdc-link的负极连接且接地，门极与第一开关q1连接。

第一开关包括第一npn三极管q1。第一分压电阻包括串联的电阻r4和电阻r5。放电触发支路包括第一npn三极管q1、电阻r4和电阻r5以及第一电阻r1和第一稳压管d1。第一npn三极管q1的集电极与第一nmos型功率开关管qf的门极连接，集电极还通过电阻r4和电阻r5与直流母线电源vdc-link的正极连接，发射极分别与第一nmos型功率开关管qf的源极和直流母线电源vdc-link的负极连接且接地，基极与放电控制单元dis的正极连接。第一电阻r1的一端分别与放电控制单元dis的正极和第一npn三极管q1的基极连接，另一端分别与放电控制单元dis的负极和第一npn三极管q1的发射极连接。第一稳压管d1的正极接地，负极与电阻r5连接。

延时开关包括第二nmos型功率开关管q3。第二开关包括第二npn三极管q2。第二分压电阻包括串联的电阻r4和电阻r6。延时触发支路包括第二npn三极管q2、电阻r4和电阻r6以及第二电阻r2、第二稳压管d2、第三稳压管d3、充电电容c1和第三电阻r3。其中，第二nmos型功率开关管q3的漏极与放电开关qf连接(参照上文放电开关qf为第一nmos功率开关管时，第二nmos型功率开关管q3的漏极与第一nmos功率开关管的门极连接)，源极接地，门极与第三稳压管d3的正极连接，门极还通过第三电阻r3接地。第二npn三极管q2的基极与放电控制单元dis的正极连接，集电极分别通过电阻r6与电阻r4连接，还与第三稳压管d3的负极连接，发射极接地。第二电阻r2的一端分别与放电控制单元dis的正极和第二npn三极管q2的基极连接，另一端接地；第二稳压管d2的负极与第二npn三极管q2的集电极连接，正极接地，充电电容c1的正极与第二npn三极管q2的集电极连接，负极接地。

上述电路仅是本实施例的一种优选电路，在符合电路原理的前提下可以对上述电路进行修改，例如将电路中的npn三极管替换为nmos型功率开关管，nmos型功率开关管替换为npn三极管，并根据替换元件的连接特性相应修改关联器件的连接即可。

结合上述电路，说明放电防护电路可运行的4种工作状态：

(1)正常工作状态：放电控制单元dis发送一个高电平，使得第一npn三极管q1和第二npn三极管q2均导通，此时，直流母线电源vdc-link的电压通过电阻r4、电阻r5和第一npn三极管q1连接到地，还通过电阻r4、电阻r6和第二npn三极管q2连接到地；第一nmos型功率开关管qf的门极和第二nmos型功率开关管q3的门极均被拉低到地，第一nmos型功率开关管qf和第二nmos型功率开关管q3均不导通。

(2)整车熄火以后：当汽车熄火后，连接直流母线电源vdc-link的主继电器断开，母线端储能电容cdclink留有余电，为了确保人员与设备安全，需要对母线端储能电容cdclink进行放电。此时，放电控制单元dis发送一个低电平，使得第一npn三极管q1和第二npn三极管q2断开，母线端储能电容cdclink通过电阻r4、电阻r5、第一稳压管d1使第一nmos型功率开关管qf的门极得电，还通过电阻r4、电阻r6和第二稳压管d2使第二nmos型功率开关管q3的门极得电，从而第一nmos型功率开关管qf和第二nmos型功率开关管q3均导通，此时母线端储能电容cdclink上的残余电量通过放电电阻rf以及第一nmos型功率开关管qf连接到地，实现了放电功能，直至放电完成，第一nmos型功率开关管qf会因为门极电压下降而自行关断。

(3)放电控制单元dis失效或整车遭到碰撞，直流母线电源vdc-link断开：如果放电控制单元dis失效，工作原理与放电时工作原理一致，仍然是，第一npn三极管q1和第二npn三极管q2不导通，第一nmos型功率开关管qf和第二nmos型功率开关管q3导通，母线端储能电容cdclink上的残余电量通过放电电阻rf以及第一nmos型功率开关管qf连接到地，实现了放电功能，直至放电完成，第一nmos型功率开关管qf会因为门极电压下降而自行关断。

(4)特殊失效工况而导致的放电控制单元dis低压掉电，直流母线电源vdc-link仍然维持(如电机控制器的低压接插件脱落或虚接，导致电机控制器的低压丢失，但高压的直流母线电源vdc-link由于没有接到下电指令仍保持)：由于直流母线电源vdc-link的350v一直维持，第一nmos型功率开关管qf的门极电压一直得电，导致第一nmos型功率开关管qf无法自行关断，只能通过第二nmos型功率开关管q3在第一nmos型功率开关管qf工作7s后将第一nmos型功率开关管qf的门极拉低，强行关断。

本实施例的放电防护电路可以面对上述的四种工作状态，允许放电开关自行关断或在延时开关的控制下强行关断，尤其是在延时开关的控制下强行关断，可以保证放电开关在放电控制单元dis低压掉电，直流母线电源vdc-link仍然维持的情况下，不出现长时间大电流运行的情况，保护器件不被损坏。

实施例2

本实施例提供一种电动汽车。其包括实施例1中的直流母线电源以及放电防护电路，还可以进一步包括与直流母线电源并联的母线端储能电容，以及放电控制单元。其中，放电控制单元优选包括车用电机控制器。

虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这些仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。