预充电路、控制器及电动汽车的制作方法

1.本实用新型涉及新能源汽车领域，尤其是涉及一种预充电路、控制器及电动汽车。


背景技术：

2.新能源汽车的集成控制器以及其他容性负载在上电瞬间表现为短路模式，在没有预充(缓冲)回路的情况下，在上电瞬间的出现电流过冲，从而导致回路中的接触器粘连、熔断器误熔断等问题。
3.目前，现有的解决方案中是每一主接触器增加一个与其并联的预充(缓冲)回路，每一预充(缓冲)回路均包括一个缓冲接触器、一个预充电阻和一个防反二极管三个功率器件，缓冲结束后通过并联的主接触器吸合来旁路掉预充(缓冲)电路，从而预充接触器断开并退出工作状态。但是，现有的新能源汽车中一般包含多个容性负载，每一个容性负载对应一个预充(缓冲)回路，因此需要设置多个预充(缓冲)回路，并且各个预充(缓冲)回路独立设计，需要的主功率器件较多，成本较高，因此在成本是核心竞争力的情况下，现有的技术方案已经没有市场竞争力。


技术实现要素：

4.本实用新型旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本实用新型提出一种预充电路、控制器及电动汽车，能够在汽车系统中容性负载(储能设备)较多情况下，解决电子器件过多、生产成本高等问题。
5.第一方面，本实用新型的一个实施例提供了一种预充电路，该新型预充电路包括输入线路、m个预充电支路、n个预充开关支路、n个主开关支路以及n个用于连接储能设备的输出线路，m和n为正整数，且m小于n；
6.每一所述主开关支路的第一端与所述输入线路连接，每一所述主开关支路的第二端分别与每一所述输出线路连接；每一所述预充电支路的第一端与所述输入线路连接，每一所述预充电支路的第二端分别与每一所述预充开关支路的第一端连接，每一所述预充开关支路的第二端分别与每一所述输出线路连接；所述预充电路通过所述预充电支路与所述预充开关支路，实现每一所述储能设备的上电缓冲。
7.本实用新型实施例的预充电路至少具有如下有益效果：本实用新型利用通过减少预充电支路的数量，即对预充电路关键器件的有效复用，在多容性负载(储能设备)的产品中，能够有效减少器件数量，从而减少失效点、降低产品成本，提升产品的竞争力。
8.进一步，每一所述主开关支路包括主开关元件，所述主开关元件的第一端与所述输入线路连接，所述主开关元件的第二端与所述输出线路连接。
9.在本实用新型一个实施例的预充电路中，每一所述预充电支路包括防反二极管和预充电阻，每一所述预充开关支路包括预充开关元件；
10.所述防反二极管的正极与所述输入线路电性连接，所述防反二极管的负极与所述预充电阻的第一端电性连接，所述预充电阻的第二端与所述预充开关支路的第一端电性连
接。
11.在本实用新型一个实施例的预充电路中，每一所述预充电支路由一个预充电阻构成，每一所述预充开关支路包括防反二极管和预充开关元件：
12.所述预充电阻的第一端与所述输入线路连接，所述预充电阻的第二端与所述防反二极管的正极连接，所述防反二极管的负极与所述预充开关元件的第一端连接，所述预充开关元件的第二端与所述储能设备连接。
13.在本实用新型一个实施例的预充电路中，每一所述预充电支路由一个防反二极管构成，每一所述预充开关支路包括预充电阻和预充开关元件：
14.所述防反二极管的正极与所述输入线路连接，所述防反二极管的负极与所述预充电阻的第一端连接，所述预充电阻的第二端与所述预充开关元件的第一端连接，所述预充开关元件的第二端与所述储能设备连接。
15.在本实用新型一个实施例的预充电路中，所述预充电支路数量为一个。
16.在本实用新型一个实施例的预充电路中，所述主开关支路中的第一开关元件为接触器或半导体开关管。
17.在本实用新型一个实施例的预充电路中，所述预充开关支路中的第二开关元件为接触器或半导体开关管。
18.第二方面，本实用新型一个实施例提出一种控制器，包括主控制回路、多个储能设备和如上任一实施例所述的预充电路，所述主控制回路与所述预充电路的开关元件连接，并输出使开关元件导通或关断的信号，所述多个储能设备与所述输出线路相对应，每一所述输出线路与一个所述储能设备连接。
19.第三方面，本实用新型一个实施例提出一种电动汽车，包括动力电池，如上任一项实施例所述的预充电路以及与输出线路相对应的电容器，所述输入电路与所述动力电池连接，所述输出线路与对应的电容器连接。
附图说明
20.图1是本实用新型实施例中预充电路一具体实施例的电路示意图；
21.图2是本实用新型实施例中预充电路另一具体实施例的电路示意图；
22.图3是本实用新型实施例中预充电路另一具体实施例的电路示意图；
23.图4是本实用新型实施例中预充电路另一具体实施例的电路示意图；
24.图5是本实用新型实施例中预充电路另一具体实施例的电路示意图。
具体实施方式
25.以下将结合实施例对本实用新型的构思及产生的技术效果进行清楚、完整地描述，以充分地理解本实用新型的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本实用新型的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本实用新型的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本实用新型保护的范围。
26.在本实用新型实施例的描述中，如果涉及到“若干”，其含义是一个以上，如果涉及到“多个”，其含义是两个以上，如果涉及到“大于”、“小于”、“超过”，均应理解为不包括本数，如果涉及到“以上”、“以下”、“以内”，均应理解为包括本数。如果涉及到“第一”、“第二”，
应当理解为用于区分技术特征，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。
27.本实用新型的预充电路可应用于新能源汽车集成控制器、高压配电盒等带有容性负载的场合。本实施例的预充电路包括包括输入线路、m个预充电支路、n个预充开关支路、n个主开关支路以及n个用于连接储能设备的输出线路，m和n为正整数，且m小于n。其中，每一主开关支路的第一端与输入线路连接，每一主开关支路的第二端分别与每一输出线路连接；每一预充电支路的第一端与输入线路连接，每一预充电支路的第二端分别与每一预充开关支路的第一端连接，每一预充开关支路的第二端分别与每一输出线路连接；预充电路通过预充电支路与预充开关支路，实现每一储能设备的上电缓冲。
28.参考图1，在本实用新型的一个实施例的预充电路中，有一个预充电支路、两个预充开关支路和两个主开关支路，即在本实施例中m＝1、n＝2，且该预充电路连接有两个储能设备(即容性负载c1、c2)。具体地，本实施例的预充电路10包括一个输入线路in1、一个预充电支路11、两个预充开关支路分别由第二开关元件km2和第四开关元件km4构成、两个主开关支路分别由第一开关元件km1和第三开关元件km3构成、两个输出线路out1和out2。其中，预充电路10的输入线路in1与电池20的p极电性连接，两个输出线路out1和out2分别连接一个容性负载c1、c2；输入线路in1分别经由第一主开关支路km1、第二主开关支路km3与第一输出线路out1、第二输出线路out2电性连接；预充电支路11串联连接在输入线路与预充开关支路之间，且预充电支路11分别经由第二开关元件km2、第四开关元件km4与第一输出线路out1、第二输出线路out2电性连接，其中预充电支路11包括一个防反二极管d1和一个预充电阻r1。
29.电路上电时，先通过主控制回路使两个预开关支路的第二开关元件km2和第四开关元件km4吸合，容性负载c1、c2开始充电并且其端电压上升，当容性负载c1、c2的端电压分别与第一开关元件km1和第三开关元件km3的前端电压的压差足够小时，通过主控制回路使第一开关元件km1和第三开关元件km3吸合，并在预定时间后断开预开关支路的第二开关元件km2和第四开关元件km4，即本次预充过程结束。在实际应用中，上述主控制回路可集成到预充电路，也可独立于预充电路，而仅向两个预充开关支路及两个主开关支路输出控制电压。
30.在实际应用中，当仅有一个容性负载c1需要上电时，可先通过主控制回路使第二开关元件km2吸合(第四开关元件km4保持断开)，容性负载c1开始充电并且其端电压上升，当容性负载c1的端电压与第一开关元件km1的前端电压的压差足够小时，通过主控制回路使第一开关元件km1吸合(第三开关元件km3保持断开)，并在预定时间后断开第二开关元件km2，即本次预充过程结束。
31.本实用新型实施例的预充电路中，仅使用了一个防反二极管和一个预充电阻，与现有技术方案相比节省硬件成本，并且产品中的容性负载越多，节省的电子器件也就越多。本实用新型通过一个预充电支路，能够在多容性负载的产品中有效减少器件数量，从而减少失效点、降低产品成本，提升产品的竞争力。
32.在本实用新型预充电路的一个实施例中，每一预充电支路包括防反二极管和预充电阻，每一预充开关支路包括预充开关元件。防反二极管的正极与输入线路电性连接，防反二极管的负极与预充电阻的第一端电性连接，预充电阻的第二端与预充开关支路的第一端
电性连接。
33.具体参考图2，本实用新型实施例的预充电路10包括一个输入线路in1、一个预充电支路、n个预充开关支路、n个主开关支路和n个用于连接不同容性负载(储能设备)的输出线路。其中，预充电支路由一个防反二极管d1和一个预充电阻r1构成；n个预充开关支路分别由开关元件km2、km4、km6、
……
、km(n+1)构成；n个主开关支路分别由主开关元件km1、km3、km5、
……
、kmn构成；n个输出线路分别是out1、out2、out3、
……
、outn。如图2所示，防反二极管d1的正极与输入线路in1电性连接，防反二极管d1的负极与预充电阻r1的第一端电性连接，预充电阻r1的第二端与多个预充开关支路电性连接，由一个预充电支路分别与n个预充开关支路连接实现n个输出线路的容性负载的上电缓冲。
34.在本实用新型实施例中，电池20通过预充电路10向容性负载c1、c2、c3、
……
、cn充电。当电路上电时，预开关支路的开关元件先吸合，指导所有开关元件的端电压达到要求时，再闭合主开关元件，继续对各个容性负载c1、c2、c3、
……
、cn充电，并在预定时间后断开所有开关元件，即本次预充电过程完成。由图2可知，本实用新型的预充电路仅用了一个防反二极管和一个预充电阻，若产品中有n个容性负载，则本实施例节省了n
‑
1个防反二极管和n
‑
1个预充电阻，在n的值较大的情况下，极大地减少了电子器件的数量。本实用新型实施例的预充电路通过对防反二极管d1和预充电阻r1的复用，不仅有效地降低了生产成本，还能够减少器件失效点，提升了产品在市场上的竞争力。
35.在本实用新型预充电路的另一个实施例中，预充电支路中的防反二极管的正极经由预充电阻与输入线路电性连接，防反二极管的负极与中间电位点电性连接。本实用新型实施例的预充电路的电路实现过程如图2实施例类似，这里不再赘述。
36.在本实用新型预充电路的另一个实施例中，其中每一预充电支路由一个预充电阻构成，每一预充开关支路包括防反二极管和预充开关元件。预充电阻的第一端与输入线路连接，预充电阻的第二端与防反二极管的正极连接，防反二极管的负极与预充开关元件的第一端连接，预充开关元件的第二端与储能设备连接。
37.具体参考图3，本实用新型实施例的预充电路包括一个输入线路in1、一个预充电支路、n个预充开关支路、n个主开关支路和n个用于连接不同容性负载的输出线路。其中，预充电支路由一个预充电阻r1构成；n个预充开关支路分别由开关元件(例如接触器)km2、km4、km6、
……
、km(n+1)和防反二极管d1、d2、d3、
……
、dn构成，例如防反二极管d1和开关元件km2构成一个预开关支路；n个主开关支路分别由主开关元件(例如接触器)km1、km3、km5、
……
、kmn构成；n个输出线路分别是out1、out2、out3、
……
、outn。如图3所示，防反二极管d1、d2、d3、
……
、dn的正极与n个预充开关支路的第一端电性连接，每一防反二极管d1、d2、d3、
……
、dn的负极经由开关元件与一个输出线路电性连接。
38.在本实用新型实施例中，电池20通过预充电路10向容性负载c1、c2、c3、
……
、cn充电。当电路上电时，预开关支路的开关元件先吸合，指导所有开关元件的端电压达到要求时，再闭合主开关元件，继续对各个容性负载c1、c2、c3、
……
、cn充电，并在预定时间后断开所有开关元件，即本次预充电过程完成。由图3可知，本实用新型的预充电路中仅使用了一个预充电阻，若产品中有n个容性负载，则本实施例节省了n
‑
1个预充电阻，在n的值较大的情况下，能够减少部分电子器件的使用。本实用新型实施例的预充电路通过对预充电阻r1的复用，不仅有效地降低了生产成本，还能够减少器件失效点，提升了产品在市场上的竞争
力。
39.在本实用新型预充电路的另一个实施例中，防反二极管的正极经由所述开关元件与中间电位点电性连接，防反二极管的负极与一个输出线路电性连接。本实用新型实施例的预充电路的电路实现过程如图3实施例类似，这里不再赘述。
40.在本实用新型预充电路的另一个实施例中，其中每一预充电支路由一个防反二极管构成，每一预充开关支路包括预充电阻和预充开关元件；防反二极管的正极与输入线路连接，防反二极管的负极与预充电阻的第一端连接，预充电阻的第二端与预充开关元件的第一端连接，预充开关元件的第二端与储能设备连接。
41.具体参考图4，本实用新型实施例的预充电路包括一个输入线路in1、一个预充电支路、n个预充开关支路、n个主开关支路和n个用于连接不同容性负载的输出线路。其中，预充电支路由一个防反二极管d1构成；n个预充开关支路分别由开关元件km2、km4、km6、
……
、km(n+1)和预充电阻r1、r2、r3、
……
、rn构成，如预充电阻r1和开关元件km2构成一个预开关支路；n个主开关支路分别由主开关元件km1、km3、km5、
……
、kmn构成；n个输出线路分别是out1、out2、out3、
……
、outn。
42.在本实用新型实施例中，电池20通过预充电路10向容性负载c1、c2、c3、
……
、cn充电。当电路上电时，预开关支路的开关元件先吸合，指导所有开关元件的端电压达到要求时，再闭合主开关元件，继续对各个容性负载c1、c2、c3、
……
、cn充电，并在预定时间后断开所有开关元件，即本次预充电过程完成。由图4可知，本实用新型的预充电路中仅使用了一个防反二极管，若产品中有n个容性负载，则本实施例节省了n
‑
1个防反二极管，在n的值较大的情况下，能够减少部分电子器件的使用。本实用新型实施例的预充电路通过对防反二极管d1的复用，不仅有效地降低了生产成本，还能够减少器件失效点，提升了产品在市场上的竞争力。
43.在以上各个实施例中，主开关支路中的开关元件为接触器或半导体开关管，预充开关支路中的开关元件为接触器或半导体开关管。本实用新型的预充电路还包括主控制回路，预充电路中的每一接触器或半导体开关管分别由主控制回路控制导通或断开。
44.具体参考图5所示，本实用新型实施例的预充电路10包括一个输入线路in1、一个预充电支路、n个预充开关支路、n个主开关支路和n个用于连接不同容性负载的输出线路。其中，预充电支路由一个防反二极管d1和一个预充电阻r1构成。其中，部分或全部的预充开关支路分别由半导体开关管(如igbt)km2、km4、km6、
……
、km(n+1)构成；部分主开关支路分别由主半导体开关管(如igbt)km1、km5、
……
、kmn构成；n个输出线路分别是out1、out2、out3、
……
、outn。如图5所示，防反二极管d1的正极通过预充电阻r1与输入线路in1电性连接，防反二极管d1的负极与预充开关支路电性连接，本实施例由一个预充电支路分别与n个预充开关支路连接实现n个输出线路的容性负载的上电缓冲。
45.在本实用新型实施例中，电池20通过预充电路10向容性负载c1、c2、c3、
……
、cn充电。当电路上电时，预开关支路的开关元件先吸合，指导所有开关元件的端电压达到要求时，再闭合主开关元件，继续对各个容性负载c1、c2、c3、
……
、cn充电，并在预定时间后断开所有开关元件，即本次预充电过程完成。由图5可知，本实用新型的预充电路通过采用半导体开关管作为开关元件，提高了主控制回路对开关元件的可控性。本实用新型通过主控制回路可以灵活控制各个开关元件的通断，对于不需要充电的容性负载，将与其对应的开关
元件保持断开状态，从而能够合理分配资源，避免浪费。
46.在本实用新型的一个实施例中，提供一种控制器，包括主控制回路、多个储能设备和如图1
‑
5对应实施例所述的预充电路。其中，主控制回路与预充电路的开关元件连接，并输出使开关元件导通或关断的信号，多个储能设备与输出线路相对应，每一输出线路与一个储能设备连接。
47.在本实用新型的一个实施例中，提供一种电动汽车，其特征在于，包括动力电池、图1
‑
5对应实施例的预充电路以及与输出线路相对应的电容器，输入电路与动力电池连接，输出线路与对应的电容器连接。
48.上面结合附图对本实用新型实施例作了详细说明，但是本实用新型不限于上述实施例，在所属技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本实用新型宗旨的前提下作出各种变化。此外，在不冲突的情况下，本实用新型的实施例及实施例中的特征可以相互组合。