电动汽车高压母线电容的多级主动放电系统及方法与流程

本发明涉及电动汽车安全领域，特别涉及一种电动汽车高压母线电容的多级主动放电系统及方法。

背景技术：

电动汽车在停止运行后，高压动力电池会与高压直流母线断开，但由于连接在逆变器高压直流输入端间的高压母线电容存储着大量电能，如果不及时将其电量释放，很可能会造成人员触电伤害。基于电动汽车高压安全的需求，国标gb/t18488.1-2015中规定，在高压动力电池与高压直流母线断开后，需要将高压母线电容中的电量迅速释放，规定主动放电在5s内将母线电压下降至60v以下。

为了满足上述主动放电要求，一般采用半导体开关器件、放电电阻和高压母线电容形成放电回路。具体的，高压动力电池会与高压直流母线断开后，控制半导体开关器件导通，将高压母线电容的电量通过放电电阻的热损耗形式释放。但是此种方式需要额外增加器件和相应的控制电路，增加了成本。还有一些方案采用三相电机来进行能量消耗的，这些方式均保证了车辆的安全运行。但是现有技术仅采用单独一种方式来进行主动放电，容易在出现电路出现故障时无法及时放电的缺陷，而且现有技术增加了元器件也会引起成本的增加。器件及其控制电路损坏将导致无法实现主动放电功能，可靠性不高。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种电动汽车高压母线电容的多级主动放电系统，通过采用多级放电可以实现对于高压母线的安全可靠放电。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：一种电动汽车高压母线电容的多级主动放电系统，包括一般主动放电回路、紧急放电回路、整车控制器，所述整车控制器在车辆下电后控制一般主动放电回路、紧急放电回路的工作从而完成对高压母线电容的放电控制。

所述一般主动放电回路包括：dcdc主动放电回路，所述dcdc主动放电回路包括dcdc变换器，所述dcdc变换器的高压输入端连接高压母线电容，其低压输出端连接车载低压蓄电池，通过将高压母线经电容的电量传输给车载低压蓄电池来实现高压母线电容的放电。

所述一般主动放电回路还包括ptc主动放电回路，所述ptc主动放电回路包括ptc控制组件，所述ptc控制组件连接在高压母线上从而与高压母线电容连接，所述整车控制器控制ptc控制组件启动从而通过ptc加热组件以热量的形式消耗高压母线电容中的电量。

所述紧急放电回路包括三相逆变器主动放电回路，所述三相逆变器主动放电回路包括三相逆变器、三相电机，所述三相逆变器的高压输入端连接高压母线，所述三相逆变器的输出端连接三相电机，所述整车控制器用于控制三相逆变器的启动与关闭从而使得高压母线上的高压母线电容通过三相逆变器传输至三相电机中进行消耗。

所述整车控制器控制一般主动放电回路对高压母线电容进行放电并在一般主动放电回路出现故障状态切换至紧急放电回路对高压母线电容进行放电，并给出报警指示。

一种电动汽车高压母线电容的多级主动放电方法，包括如下步骤：

在车辆下电后，进入到放电步骤，整车控制器先判断一般主动放电回路是否存在故障：

若否，控制一般主动放电回路对高压母线电容进行放电并在放电过程中监控一般主动放电回路是否存在超时故障，并在存在故障后切换至采用紧急放电回路对高压母线电容进行放电；

若是，控制紧急放电回路对高压母线电容进行放电。

一般主动放电回路的超时故障的判断方法：为在放电时间t大于放电时间阈值t1且高压母线电容电压udc大于安全阈值u2时，判断此时一般主动放电回路出现超时故障，整车控制器控制紧急放电电路启动工作。

所述一般主动放电回路包括dc/dc主动放电和ptc控制器主动放电回路，dc/dc主动放电回路是通过dc/dc以峰值功率将高压母线电容的电量传输给车载低压蓄电池，消耗高压母线电容存储的电量；ptc控制器放电回路是通过启动电动汽车乘员舱空调制热功能，将高压母线电容的电能转换为热能消耗。

在一般放电回路工作时：分别控制dc/dc主动放电回路、ptc主动放电回路工作，并监控高压母线电容电压值，当放电时间t小于时间阈值t1且此时高压母线电压udc小于电压阈值u1时，关闭dc/dc主动放电回路，采用ptc放电回路工作进行放电。

在启动紧急放电回路进行放电时：当紧急主动放电计时tj大于等于主动放电计时阈值t1或者放电时间t小于主动放电时间阈值t2，且此时高压母线电容电压udc小于安全阈值u2时，关闭紧急放电回路。否则判断为紧急放电回路超时故障，此时关闭紧急放电回路并发出超时故障报警。

本发明的优点在于：充分利用电动汽车中固有的零部件，无需外加任何器件，降低了功能实现的成本低和缩减了体积；通过将dc/dc高压输入电压限制在其能最大功率工作的输入电压范围内，提高了主动放电的速度和效率；通过三级主动放电回路即dc/dc主动放电回路、ptc控制器主动放电回路和逆变器主动放电回路，实现分级控制，在dc/dc和ptc控制器主动放电超时故障时立即切换逆变器主动放电回路，避免了单个放电回路失效而造成主动放电失效，大大提高了主动放电的安全性和可靠性。

附图说明

下面对本发明说明书各幅附图表达的内容及图中的标记作简要说明：

图1为本发明系统的结构原理图；

图2为本发明控制方法流程图。

具体实施方式

下面对照附图，通过对最优实施例的描述，对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。

本申请的主要目的是通过dcdc为低压蓄电池充电、ptc启动加热、三相电机三个方向上来对下电后的高压母线电容进行放电，具体本申请中给三相电机由于连接在高压母线上，与高压母线电容是连通的，可以通常通过控制逆变器进行交替等周期的上桥臂短路和下桥臂短路，与电机三相定子绕组形成放电回路，将高压母线电容电量以热损耗形式释放；利用车载dc/dc将高压母线电容电量通过降压的方式传输给车载低压蓄电池，但是此种方式要求dc/dc在母线电压＞60v均能大功率输出，要求高功率输出的工作电压范围较宽。通过车载空调ptc加热的方式将高压母线电容的电量进行消耗。

还有一种放电方式是

如图1所示，一种电动汽车高压母线电容的多级主动放电系统，包括一般主动放电回路、紧急放电回路、整车控制器，所述整车控制器在车辆下电后控制一般主动放电回路、紧急放电回路的工作从而完成对高压母线电容的放电控制。

一般主动放电回路包括：dcdc主动放电回路，dcdc主动放电回路包括dcdc变换器，dcdc变换器的高压输入端连接高压母线电容，其低压输出端连接车载低压蓄电池，通过将高压母线经电容的电量传输给车载低压蓄电池来实现高压母线电容的放电。

一般主动放电回路还包括ptc主动放电回路，ptc主动放电回路包括ptc控制组件，所述ptc控制组件连接在高压母线上从而与高压母线电容连接，所述整车控制器控制ptc控制组件启动从而通过ptc加热组件以热量的形式消耗高压母线电容中的电量。

紧急放电回路包括三相逆变器主动放电回路，三相逆变器主动放电回路包括三相逆变器、三相电机，三相逆变器的高压输入端连接高压母线，三相逆变器的输出端连接三相电机，整车控制器用于控制三相逆变器的启动与关闭从而使得高压母线上的高压母线电容通过三相逆变器传输至三相电机中进行消耗。

整车控制器控制一般主动放电回路对高压母线电容进行放电并在一般主动放电回路出现故障状态切换至紧急放电回路对高压母线电容进行放电，并给出报警指示。

如图2所示为本申请的流程示意图，在车辆停止后需要进行高压母线电容放电，整车控制器接收到放电需要信号分别进行如下步骤：

在一般主动放电请求时，按以下步骤顺序执行：

1.1)启动主动放电计时t，然后转入步骤1.2)；

1.2)当dc/dc和ptc控制器均无故障时进入步骤1.3)，否则转入步骤2.2)；

1.3)同时启动dc/dc主动放电和ptc控制器主动放电回路，然后转入步骤1.4)；

所述dc/dc主动放电回路是通过dc/dc以峰值功率将高压母线电容的电量传输给车载低压蓄电池，消耗高压母线电容存储的电量，从而实现放电功能。

所述ptc控制器放电回路是通过启动电动汽车乘员舱空调制热功能，

将高压母线电容的电能转换为热能消耗。

1.4)当高压母线电容电压udc小于电压阈值u1时转入步骤1.5)，否则等待。其中电压阈值u1是dc/dc能够以最大功率工作的最小母线电压。

1.5)关闭dc/dc主动放电回路，然后转入步骤1.6)；

1.6)当放电时间t大于等于t1，且高压母线电容电压udc小于安全阈值u2时，转入步骤1.7)，否则报出dc/dc和ptc控制器主动放电超时故障并转入步骤1.6.1)并按顺序执行；

其中安全阈值电压u2是国标规定的安全电压，且u1＞u2。

1.6.1)关闭ptc控制器主动放电回路，然后转入步骤2.1)并按顺序执行。

1.7)关闭ptc控制器主动放电回路。

在紧急放电请求时(当ptc或dcdc出现超时故障时或车辆停止时检测出ptc、dcdc故障时发出基金放电请求)，按以下步骤顺序执行：

2.1)启动主动放电计时t，然后转入步骤2.2)(该步骤中t是指车辆需要高压母线电容放电后开始进行计时的时间，与一般主动放电请求开始的时间t是同一个计量尺度)；

2.2)启动逆变器主动放电回路，然后转入步骤2.3)；

其中逆变器主动放电回路是通过三相逆变器将高压母线电容的电量传递给电机进行消耗。

2.3)当主动放电计时t大于等于主动放电计时阈值t2，或紧急主动放电计时tj大于等于主动放电计时阈值t1，且高压母线电容电压udc小于安全阈值u2，转入步骤2.4)，否则报出逆变器主动放电超时故障，然后转入步骤2.4)。

其中主动放电计时阈值t2是国标规定的主动放电最大时间5s。本发明要求t1＝3s。

2.4)关闭逆变器主动放电回路。

具体的，dc/dc主动放电回路是通过dc/dc以峰值功率将高压母线电容的电量传输给车载低压蓄电池，消耗高压母线电容存储的电量，从而实现放电功能。所述ptc控制器放电回路是通过启动电动汽车乘员舱空调制热功能，将高压母线电容的电能转换为热能消耗。

在高压母线电容的电压高于电压阈值u1时，dc/dc以峰值功率将高压母线电容的电能传递给车载低压蓄电池充电，进行消耗；在高压母线电压udc降低至安全阈值电压u2时，dc/dc关闭，仅有ptc控制器放电回路通过启动电动汽车乘员舱空调制热功能，将高压母线电容的电能转换为热能消耗。

其中电压阈值u1是dc/dc能够以最大功率工作的最小母线电压，为220vdc，安全阈值电压u2是国标规定的安全电压为60vdc，且u1＞u2。

本发明在请求一般主动放电时，判断dc/dc和ptc控制器放电回路均正常时，先采用dc/dc和ptc控制器放电回路对母线电容进行放电，在其出现放电超时故障时，启动逆变器主动放电，通过逆变器将高压母线电容的电量经由电机电子绕组进行发热消耗。避免单一放电回路故障造成的无法主动放电的风险，提高了系统可靠性。

本发明在请求紧急主动放电时，直接启动逆变器主动放电回路，实现紧急情况下的快速放电，要求紧急主动放电时间tj最大值为t1＝3s。

本发明还公开了一种电动汽车高压母线电容的多级主动放电系统如图1所示，包括：整车控制器、低压蓄电池、dc/dc、ptc控制器、三相逆变器、电机。

低压蓄电池经由dc/dc连接高压母线电容。

整车控制器，用于在dc/dc和ptc控制器均无故障时，向dc/dc和ptc控制器发送启动命令，启动dc/dc主动放电回路和ptc控制器主动放电回路。

整车控制器，用于在高压母线电容电压值udc小于电压阈值u1时，向dc/dc发送关闭命令，关闭dc/dc主动放电回路。

整车控制器，用于在主动放电计时t大于等于主动放电计时阈值t1且高压母线电容电压值udc小于电压阈值u2时，向ptc控制器发送关闭命令，关闭ptc控制器主动放电回路。

整车控制器，用于在发生dc/dc和ptc控制器主动放电超时故障时，向三相逆变器发送启动命令，启动三相逆变器主动放电回路。

整车控制器，用于在发生逆变器主动放电超时故障时，向三相逆变器发送关闭命令，关闭三相逆变器主动放电回路。

整车控制器，用于在主动放电计时t大于等于t2且高压母线电容电压udc小于安全阈值电压u2时，向三相逆变器发送关闭命令，关闭三相逆变器主动放电回路。

dc/dc通过其高压输入端与高压母线电容连接，通过其低压输出端与车载低压蓄电池连接。

ptc控制器通过其高压输入端与高压母线连接。

ptc控制器接收来自整车控制器的控制命令，启动或关闭电动汽车乘员舱空调制热功能。

本发明的电动汽车高压母线电容的多级主动放电方法，具有以下有益效果：本发明充分利用电动汽车中固有的零部件，无需外加任何器件，降低了功能实现的成本低和缩减了体积；通过将dc/dc高压输入电压限制在其能最大功率工作的输入电压范围内，提高了主动放电的速度和效率；通过三级主动放电回路即dc/dc主动放电回路、ptc控制器主动放电回路和逆变器主动放电回路，实现分级控制，在dc/dc和ptc控制器主动放电超时故障时立即切换逆变器主动放电回路，避免了单个放电回路失效而造成主动放电失效，大大提高了主动放电的安全性和可靠性。

显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，均在本发明的保护范围之内。