一种极速放电控制方法、系统及相关组件与流程

1.本发明涉及电气控制领域，特别涉及一种极速放电控制方法、系统及相关组件。


背景技术：

2.行车过程中，当发生碰撞等此类特殊工况时，对车上乘客威胁性最大的主要来自两方面，一方面是来自车身及内部部件因瞬时碰撞而发生机械变形对人体造成挤压震荡等物理性伤害，另一方面则是来自车身带电部件因碰撞而导致内部电路发生短路耦合起火漏电等电击伤害。新能源车车载高压部件种类繁多，电传动系统中高压直流母线所带电压往往高达几百上千伏，当危急情况发生，如何消除高压直流母线所储电压在车辆碰撞中的安全隐患显得尤为重要。
3.目前，研究人员对高压直流电压的快速耗散研究，主要集中在通过电机主动放电，该方案需要设计软件控制电机切换工作模式，通过注入负值大电流降低电机转速令绕组放电，从而达到利用电机绕组进行能量转换的效果。该方法应用成本低，但对电机参数化程度要求较高，不符合要求的电机直接使用该方法将影响电机寿命，同时放电动态响应较慢、放电时间长，无法满足紧急情况下的快速泄放。
4.因此，如何提供一种解决上述技术问题的方案是目前本领域技术人员需要解决的问题。


技术实现要素：

5.有鉴于此，本发明的目的在于提供一种放电响应快、适用于紧急情况的极速放电控制方法、系统及相关组件。其具体方案如下：
6.一种极速放电控制方法，包括：
7.监测是否接收到极速放电使能信号；所述极速放电使能信号包括碰撞信号；
8.若是，导通高压直流母线与极速放电负载的连接回路，以使所述高压直流母线通过所述极速放电负载进行极速放电；
9.监测所述极速放电的过程中的状态参数，并在所述状态参数超出预设范围时断开所述连接回路；
10.所述状态参数包括所述极速放电的时长、和/或所述高压直流母线的电压变化率、和/或所述连接回路的电流、和/或所述极速放电负载的温度。
11.优选的，所述极速放电使能信号还包括下电自检指令对应的主动放电信号。
12.优选的，所述导通高压直流母线与极速放电负载的连接回路，以使所述高压直流母线通过所述极速放电负载进行极速放电的过程，包括：
13.等待第一延时时间段，以使高压直流母线的主供电线上的主断路器断开；
14.导通所述高压直流母线与极速放电负载的连接回路，以使所述高压直流母线通过所述极速放电负载进行极速放电。
15.优选的，所述监测所述极速放电的过程中的状态参数，并在所述状态参数超出预
设范围时断开所述连接回路的过程，包括：
16.监测所述极速放电的过程中的状态参数；
17.在所述状态参数超出对应的预设范围时断开所述连接回路；
18.所述状态参数包括：所述极速放电的时长、和/或所述高压直流母线的电压变化率、和/或所述连接回路的电流、和/或所述极速放电负载的温度；
19.所述状态参数超出对应的预设范围分别为：
20.所述极速放电的时长大于预设放电时间、或所述高压直流母线的电压变化率小于预设变化率、或所述连接回路的电流大于预设电流、或所述极速放电负载的温度大于预设温度。
21.优选的，在所述极速放电负载的温度大于预设温度时断开所述连接回路之后，还包括：
22.等待第二延时时间段后，再次导通所述连接回路。
23.优选的，在所述高压直流母线的电压变化率小于预设变化率时断开所述连接回路之后，还包括：
24.上报主电路故障信息，以便断开所述高压直流母线的主供电线上的主断路器。
25.优选的，所述极速放电负载具体为小阻值阻感负载。
26.相应的，本技术还公开了一种极速放电控制系统，包括：
27.第一监测模块，用于监测是否接收到极速放电使能信号；所述极速放电使能信号包括碰撞信号；
28.动作模块，用于当所述第一监测模块监测接收到所述极速放电使能信号，导通高压直流母线与极速放电负载的连接回路，以使所述高压直流母线通过所述极速放电负载进行极速放电；
29.第二监测模块，用于监测所述极速放电的过程中的状态参数，并在所述状态参数超出预设范围时断开所述连接回路；
30.所述状态参数包括所述极速放电的时长、和/或所述高压直流母线的电压变化率、和/或所述连接回路的电流、和/或所述极速放电负载的温度。
31.相应的，本技术还公开了一种电子设备，包括：
32.存储器，用于存储计算机程序；
33.处理器，用于执行所述计算机程序时实现如上文任一项所述极速放电控制方法的步骤。
34.相应的，本技术还公开了一种可读存储介质，所述可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上文任一项所述极速放电控制方法的步骤。
35.本技术公开了一种极速放电控制方法，在收到极速放电使能信号时，直接导通高压直流母线与极速放电负载的连接回路进行极速放电，该极速放电负载为独立于电机外的放电负载，不影响电机寿命，具有快速响应的动态性能，同时监测极速放电过程中的状态参数，保证了放电过程的安全可靠，极大程度缩短了放电耗时，降低了二次事故发生的概率。
附图说明
36.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现
有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
37.图1为本发明实施例中一种极速放电控制方法的步骤流程图；
38.图2为本发明实施例中一种小阻值阻感负载的剖面尺寸图；
39.图3为本发明实施例中一种小阻值阻感负载的三维视图；
40.图4为本发明实施例中一种过温检测回路的回路原理图；
41.图5为本发明实施例中一种过流检测回路的回路原理图；
42.图6为本发明实施例中一种极速放电控制系统的结构分布图。
具体实施方式
43.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
44.目前，研究人员对高压直流电压的快速耗散研究，主要集中在通过电机主动放电，该方案需要设计软件控制电机切换工作模式，通过注入负值大电流降低电机转速令绕组放电，从而达到利用电机绕组进行能量转换的效果。该方法应用成本低，但对电极参数化程度要求较高、不符合要求的电机直接使用该方法将影响电机寿命，同时放电动态响应较慢、放电时间长，无法满足紧急情况下的快速泄放。
45.本技术公开了一种极速放电控制方法，在收到极速放电使能信号时，直接导通高压直流母线与极速放电负载的连接回路进行极速放电，该极速放电负载为独立于电机外的放电负载，不影响电机寿命，具有快速响应的动态性能，同时监测极速放电过程中的状态参数，保证了放电过程的安全可靠，极大程度缩短了放电耗时，降低了二次事故发生的概率。
46.本发明实施例公开了一种极速放电控制方法，参见图1所示，包括：
47.s1：监测是否接收到极速放电使能信号；极速放电使能信号包括碰撞信号；
48.s2：若是，导通高压直流母线与极速放电负载的连接回路，以使高压直流母线通过极速放电负载进行极速放电；
49.若否，则继续执行步骤s1的动作监测是否接收到极速放电使能信号。
50.可以理解的是，这里导通高压直流母线与极速放电负载的连接回路后高压直流母线能够通过极速放电负载进行极速放电，是由于高压直流母线正端、极速放电负载、与高压直流母线负端之间构成了完整的连接回路，从而高压直流母线的电流能够通过极速放电负载以热能耗散的形式将高压直流母线的电能消耗掉。
51.s3：监测极速放电的过程中的状态参数，并在状态参数超出预设范围时断开连接回路；
52.状态参数包括极速放电的时长、和/或高压直流母线的电压变化率、和/或连接回路的电流、和/或极速放电负载的温度。
53.可以理解的是，本实施例中在接收到极速放电使能信号后，导通高压直流母线和极速放电负载之间的连接回路，通过独立的极速放电负载实现对高压直流母线的极速耗
电，这里的极速放电负载不同于电机，作为独立的功率分配单元处于电机控制外，不存在与电机控制的耦合关系，不需要考虑对电机的模式切换，参数调节难度降低，动态响应快，放电更彻底。同时，本实施例对极速放电的过程中的状态参数进行监控，保证放电过程的安全可靠，防止过温过流故障的发生。
54.进一步的，本实施例中极速放电使能信号包括碰撞信号，当汽车碰撞发生，安全气囊模块所含的炸药点爆开，安全气囊控制单元同时发出相应的碰撞信号，该碰撞信号将以硬线信号和/或can信号的形式发出，硬线信号包括c+、c-低压电平信号和电流信号，可根据实际工况确定碰撞情况下对应的硬线信号的具体体现方式。
55.可以理解的是，车机系统在收到碰撞信号后，整车端将在计算时间内将高压直流母线的主供电线上的主断路器断开，以确保负载电路的安全，然后再进行极速放电负载对高压直流母线的泄放动作，因此，导通高压直流母线与极速放电负载的连接回路，以使高压直流母线通过极速放电负载进行极速放电的过程，包括：
56.等待第一延时时间段，以使高压直流母线的主供电线上的主断路器断开；
57.导通高压直流母线与极速放电负载的连接回路，以使高压直流母线通过极速放电负载进行极速放电。
58.通常情况下，第一延时时间段为毫秒级，例如5ms，具体的时间设置可根据实际工况确定，此处不作限制。
59.进一步的，考虑到信号传递的可靠安全，在执行步骤s1监测是否接收到极速放电使能信号之前，还可以先对碰撞信号进行自检，以硬线信号中低压电平信号为例，等待车机系统唤醒，此时极速放电功能处于禁用状态，随后进入硬线信号的初始化，耗时500ms，当捕捉到c+第一个下降沿则意味着低压电平信号(c+/c-脉冲信号)周期自检的开始，该过程中低压电平信号存在要求必须正确的自检特征，只有当满足该自检特征、完成特定个数周期的周期自检后方可进入步骤s1，否则将上报自检失败故障。
60.另外，本实施例中极速放电控制方法还可通过日常车机下电的场景进行自检，从而确保车机系统能够正常使用该极速放电方法，避免出现未察觉到极速放电控制方法、紧急情况下无法使用的现象。
61.因此，极速放电使能信号还包括下电自检指令对应的主动放电信号。当收到主动放电信号，可执行本实施例中极速放电控制方法将高压直流母线的电量释放完毕，并根据过程中的状态参数分析极速放电方法是否能够正常有效地实现。进一步的，下电自检指令的执行还可限制高压直流母线电压处于一个预设电压值以下，例如160v，此时再根据下电自检指令对应的主动放电信号执行本实施例中极速放电控制方法，如果在预设电压值以上则执行该方法。
62.本技术公开了一种极速放电控制方法，在收到极速放电使能信号时，直接导通高压直流母线与极速放电负载的连接回路进行极速放电，该极速放电负载为独立于电机外的放电负载，不影响电机寿命，具有快速响应的动态性能，同时监测极速放电过程中的状态参数，保证了放电过程的安全可靠，极大程度缩短了放电耗时，降低了二次事故发生的概率。
63.本发明实施例公开了一种具体的极速放电控制方法，相对于上一实施例，本实施例对技术方案作了进一步的说明和优化。具体的：
64.考虑到本实施例中极速放电负载对放电时间的高要求，极速放电负载可通过小阻
值负载或阻感性负载实现。
65.具体的，根据欧美新汽车评估计划(us ncap、euro ncap)的规定，车乘人员在碰撞工况下，车舱内部件挤压冲击力对人体各部位构成伤害的时间预测各不相同，bandak,faris,et al.在期刊development of improved injury criteria for the assessment of advanced automotive restraint systems中详细阐述了在碰撞发生时车内机械部件对假人身体各部位伤害时间间隔的预估与评价，包括：头部受伤标准(head injury criteria)持续时间为15ms,颈部受伤标准(neck injury criteria)持续时间为20ms,下肢受伤标准(lower extremity criteria)持续时间则是35ms等。不难看出，当道路车辆发生不同程度不同级别性碰撞，车舱内零构件对人体部位的损伤反应时间均处于毫秒级别。对于新能源车而言，由于车上主要动力来源为整车大电池，意味着在碰撞过程中极易发生由于撞击而导致车载用电回路漏电的情况。
66.故本实施例针对新能源车在碰撞等特殊工况下结合整车端高压直流母线与主继电器成功断开的时间(通常为5ms)评估，以毫秒级的时间阈值，可设为18ms，来要求下发主继电器断开指令到快速放尽整车端高压直流母线的电容存储电压的耗时，从而达到在任何碰撞等级下带电部件都不会因与人体接触而发生触电风险的效果。
67.另一方面，根据gb/t 18487.1-2015对电压电路的等级划分可知，多数电动汽车其电压电路满足b级电压电路要求，而高压直流母线的电容存储电压常高达400～500v，甚者高达1000v，因此当碰撞发生时，如何将该部分高压在极短的时间阈值内(18ms)泄放至人体安全电压(12v)以下也是本实施例的关键部分。
68.出于以上电压、时间两方面的考虑，本实施例中可选的极速放电负载包括小阻值负载或小阻值电感负载，优选小阻值阻感负载。一方面，极短时间内泄放高压直流母线端电压导致瞬时电流大，将造成极大的电流应力，相较电阻，电感具备“电流迟滞”特性，在开关启动瞬间能够减缓电流上升速率，形成一种zcs(zero current switch，零电流开关)状态，进而降低瞬时启动对开关的冲击应力，降低开关损耗；另一方面，出于对放电过程中的峰值电流及功率考虑，目前市面能够兼顾这两者需求的电阻器单价昂贵；因此，选用小阻值阻感负载的空芯电感更具实用性和经济性。
69.进一步的，本实施例中的小阻值阻感负载为空芯电感，其设计尺寸及规格需要根据产品机械空间及放电需求具体设置。通过对多种结构形状的比较评估，圆形横截面、直径为0.5mm的铜导线在电流承载力及绕匝尺寸上均能满足本实施例的需求。
70.进一步的，根据实际工况：高压直流母线的母线电压为500v，高压直流母线的电容等效值为2mf，要求泄放时间13ms，安全电压12v。根据rc电路电压对时间的关系曲线，可计算得到所需要的放电回路负载阻值为1.6ω。
71.根据onderdonk方程计算得到线圈所能承受的熔点电流，onderdonk方程为：
[0072][0073]
其中，i为通过电流，a为圆横截面导线面积，s为电流作用时间，δt为上升温度，ta为参考温度。
[0074]
具体的，根据铜导线的电导率与材料之间的物理关系可分别计算得
到器件在室温(25℃)及工作温度上限(130℃)下的阻值；其中，r为阻值，ρ
cu
为铜线电阻率，l
wire
为铜线长度，d
cu
为铜线直径；
[0075]
进一步的，根据公式可以计算得到铜线质量m
cu
；
[0076]
进一步的，借助热量与比热容之间的物理换算关系，可以得到铜线的热量q
cu
＝m
cuccu
，其中，c
cu
为铜线比热容；
[0077]
进一步的，通过计算得到上升温度
[0078]
其中，c
bus
为高压直流母线的等效电容，u
bus
为母线电压，将等效电容和电压母线代入可大致获得阻感性负载吸收高压所储能量从室温到工作温度上限之间的热量温升大致为27℃。
[0079]
进一步的，通过计算得到空芯多圈铜线的电感：
[0080][0081]
其中，d
a_wdg
代表线圈外缘直径，di代表线圈空芯处直径，lw代表线圈长度，n
wdg
代表线圈匝数。
[0082]
基于上述理论分析，本实施例中的小阻值阻感负载为空心电感或可称为小阻值阻感性器件，其规格尺寸参数如下表1所示：
[0083]
表1小阻值阻感性器件尺寸参数表
[0084]
铜线直径d
cu
/mm0.5线束直径d
wire
/mm0.55线束长度l
wire
/m13.6线圈长度lw/mm23.5空芯骨架直径di/mm8线圈绕制外径d
a_wdg
/mm17绕线匝数n277
[0085]
可以理解的是，该小阻值阻感负载的具体结构可以参照图2和图3。
[0086]
除了本实施例中所提到的小阻值阻感负载外，还可以选择其他尺寸或其他结构的小阻值阻感负载，也可以选择其他独立的放电负载来作为本实施例中的极速放电负载，具体根据实际工况需求进行选择，此处不作限制。
[0087]
本发明实施例公开了一种具体的极速放电控制方法，相对于上一实施例，本实施例对技术方案作了进一步的说明和优化。
[0088]
具体的，监测极速放电的过程中的状态参数，并在状态参数超出预设范围时断开连接回路的过程，包括：
[0089]
监测所述极速放电的过程中的状态参数；
[0090]
在所述状态参数超出对应的预设范围时断开所述连接回路；
[0091]
所述状态参数包括：所述极速放电的时长、和/或所述高压直流母线的电压变化率、和/或所述连接回路的电流、和/或所述极速放电负载的温度；
[0092]
所述状态参数超出对应的预设范围分别为：
[0093]
所述极速放电的时长大于预设放电时间、或所述高压直流母线的电压变化率小于预设变化率、或所述连接回路的电流大于预设电流、或所述极速放电负载的温度大于预设温度。
[0094]
进一步的，在极速放电负载的温度大于预设温度时断开连接回路之后，还包括：
[0095]
等待第二延时时间段后，再次导通连接回路。
[0096]
进一步的，在高压直流母线的电压变化率小于预设变化率时断开连接回路之后，还包括：
[0097]
上报主电路故障信息，以便断开高压直流母线的主供电线上的主断路器。
[0098]
可以理解的是，不同的状态参数对应不同的断开条件，本实施例中所要考虑的断开因素包括放电过程中不能过热、不能过流、电压变化率不能太小等，其中，过热和过流根据过温检测回路、过流检测回路完成检测，具体的回路原理图参考图4和图5所示，除此外，极速放电的时长也可以辅助判断是否需要暂停放电，以避免极速放电负载过热。极速放电的时长从高压直流母线与极速放电负载的连接回路导通开始计时，电压变化率也根据时间和检测到的高压直流母线的电压来确定。
[0099]
其中，极速放电的时长大于预设放电时间作为断开条件时，预设放电时间对应无异常情况下连接回路中高压直流母线的电压通过极速放电下降到安全电压的耗时，可设置为18ms，或根据工况设置为其他毫秒级的时间；温度大于预设温度时，可判定当前极速放电负载的温度较高，需要暂停放电，待冷却第二延时时间段后，再次导通连接回路，继续对高压直流母线进行放电。通常第二延时时间段可取不小于5分钟的时间段。可以理解的是，断开条件中预设放电时间的优先级通常高于预设温度的优先级，因此温度大于预设温度时也可以不立即断开连接回路，而是等待极速放电的时长大于预设放电时间后再断开连接回路，但此时需要上报过温故障。
[0100]
其中，当放电过程中高压直流母线的电压变化率小于预设变化率，或者其他可预测到极速放电负载无法按照正常放电情况使高压直流母线在目标时间段内降低到安全电压的断开条件，可认为高压直流母线的主供电线尚未断开，需要上报主电路故障信息，以再次断开主断路器，之后再重新导通高压直流母线与极速放电负载的连接回路进行放电。具体的，可通过放电过程中一段时间中实际电压的平均变化率作为电压变化率，具体的时间长度可根据精度需求进行设置。
[0101]
类似的，当发生连接回路的电流大于预设电流，则需要立即停止本次放电，上报过流故障并禁止连接回路导通。
[0102]
可以理解的是，除了以上状态参数以及对状态参数所设定的断开条件外，还可选择其他的状态参数或设定其他的断开条件，以提高放电过程的安全性，具体根据工况进行设置即可，此处不再赘述。
[0103]
相应的，本技术实施例还公开了一种极速放电控制系统，参见图6所示，包括：
[0104]
第一监测模块1，用于监测是否接收到极速放电使能信号；所述极速放电使能信号包括碰撞信号；
[0105]
动作模块2，用于当所述第一监测模块1监测接收到所述极速放电使能信号，导通高压直流母线与极速放电负载的连接回路，以使所述高压直流母线通过所述极速放电负载进行极速放电；
[0106]
第二监测模块3，用于监测所述极速放电的过程中的状态参数，并在所述状态参数超出预设范围时断开所述连接回路；
[0107]
所述状态参数包括所述极速放电的时长、和/或所述高压直流母线的电压变化率、和/或所述连接回路的电流、和/或所述极速放电负载的温度。
[0108]
本技术实施例在收到极速放电使能信号时，直接导通高压直流母线与极速放电负载的连接回路进行极速放电，该极速放电负载为独立于电机外的放电负载，不影响电机寿命，具有快速响应的动态性能，同时监测极速放电过程中的状态参数，保证了放电过程的安全可靠。
[0109]
在一些具体的实施例中，所述极速放电使能信号还包括下电自检指令对应的主动放电信号。
[0110]
在一些具体的实施例中，所述动作模块2导通高压直流母线与极速放电负载的连接回路，以使所述高压直流母线通过所述极速放电负载进行极速放电的过程，包括：
[0111]
等待第一延时时间段，以使高压直流母线的主供电线上的主断路器断开；
[0112]
导通所述高压直流母线与极速放电负载的连接回路，以使所述高压直流母线通过所述极速放电负载进行极速放电。
[0113]
在一些具体的实施例中，所述第二监测模块3监测所述极速放电的过程中的状态参数，并在所述状态参数超出预设范围时断开所述连接回路的过程，包括：
[0114]
监测所述极速放电的过程中的状态参数；
[0115]
在所述状态参数超出对应的预设范围时断开所述连接回路；
[0116]
所述状态参数包括：所述极速放电的时长、和/或所述高压直流母线的电压变化率、和/或所述连接回路的电流、和/或所述极速放电负载的温度；
[0117]
所述状态参数超出对应的预设范围分别为：
[0118]
所述极速放电的时长大于预设放电时间、或所述高压直流母线的电压变化率小于预设变化率、或所述连接回路的电流大于预设电流、或所述极速放电负载的温度大于预设温度。
[0119]
在一些具体的实施例中，第二监测模块3在所述极速放电负载的温度大于预设温度时断开所述连接回路之后，还包括：
[0120]
等待第二延时时间段后，再次导通所述连接回路。
[0121]
在一些具体的实施例中，第二监测模块3在所述高压直流母线的电压变化率小于预设变化率时断开所述连接回路之后，还包括：
[0122]
上报主电路故障信息，以便断开所述高压直流母线的主供电线上的主断路器。
[0123]
在一些具体的实施例中，所述极速放电负载具体为小阻值阻感负载。
[0124]
相应的，本技术实施例还公开了一种电子设备，包括：
[0125]
存储器，用于存储计算机程序；
[0126]
处理器，用于执行所述计算机程序时实现如上文任一项所述极速放电控制方法的步骤。
[0127]
相应的，本技术实施例还公开了一种可读存储介质，所述可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上文任一项所述极速放电控制方法的步骤。
[0128]
其中，本实施例中有关极速放电控制方法的细节内容，可以参照上文实施例中的相关描述，此处不再赘述。
[0129]
其中，本实施例中电子设备和可读存储介质均具有与上文实施例中极速放电控制方法相同的技术效果，此处不再赘述。
[0130]
最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，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、物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、物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，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
[0131]
以上对本发明所提供的一种极速放电控制方法、系统及相关组件进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。