使用分立PWM脉冲生成放电电路的车辆中间电路元件的主动放电的制作方法

本发明涉及用于使车辆中间电路放电的用于车辆放电装置的主动放电电路。另外，本发明涉及利用用于车辆放电装置的主动放电电路使车辆中间电路主动放电的方法。

背景技术：

1、出于安全原因，为了在维护或事故期间避免危险电压对人员造成危险，驱动系统中提供有大于60v的电压的混合动力车辆或电动车辆必须在短时间内主动放电。这涉及使车辆的电力电子设备中的中间电路电容器放电，这些电容器是针对脉冲逆变器的操作所需的快速能量存储装置。

2、根据现有技术，主动放电电路使用一个或更多个电阻器，所述一个或更多个电阻器借助于半导体开关与中间电路电容器并联接通以便使中间电路电容放电。在放电过程期间，车辆驱动器与电池系统断开连接，即电池接触器处于断开开关状态，使得中间电路电容无法由电池系统再充电。电池接触器是用于保护电池的开关。该开关可以电子地或机械地或者利用这些方法的组合进行操作。

3、在放电期间，中间电路电容的电压持续降低，直至所述电压达到非临界值例如小于60v的值并且放电电路再次被停用为止。

技术实现思路

1、本发明是基于提供改进的使中间电路元件的主动放电的目的。具体地，放电元件的尺寸应当能够更小，以实现相同的放电时间而不在放电期间过度加热，其中同时，中间电路应当在每个故障情况下安全地放电。

2、该目的特别是通过具有权利要求1和权利要求10的特征的主动放电电路来实现。优选实施方式在从属权利要求和以下描述中详细说明，优选实施方式中的每一个可以单独地或组合地代表本发明的方面。

3、一个方面涉及用于使车辆中间电路放电的用于车辆放电装置的主动放电电路。放电电路包括：连接器，所述连接器用于连接至车辆中间电路的至少一个中间电路元件；电路布置，所述电路布置并联连接至连接器并且具有至少一个放电元件和至少一个开关元件，其中，至少一个开关元件被设计成在闭合开关状态下使放电元件与连接器电接触，并且在断开开关状态下不使放电元件与连接器电接触；以及分立放电电路，其中，分立放电电路被设计成在至少一个中间电路元件的放电期间通过脉宽调制(pwm)来调整开关元件中的开关状态。

4、一个方面涉及利用用于车辆放电装置的主动放电电路使车辆中间电路主动放电的方法。此处，至少一个开关元件在两种开关状态之间操作如下：

5、-在闭合开关状态下，其使放电元件与连接器电接触，并且

6、-在断开开关状态下，其不会使放电元件与连接器电接触。

7、分立放电电路在至少一个中间电路元件的放电期间通过脉宽调制来调整开关元件中的开关状态。

8、下面说明本发明的有利的基本构思和实施方式的要求保护的主题的各个方面，并且下面进一步描述优选的修改实施方式。特别是关于特征的优点和定义的说明基本上是描述性的和优选的而非限制性的示例。如果说明是限制性的，则这会明确提及。在这方面，该方法可以在主动放电装置的基础上进行如下所述的设计和进一步发展。

9、因此，有利的基本构思是以脉宽调制方式控制放电过程。脉宽调制(pwm)也被称为脉冲持续时间调制(pdm)或脉冲长度调制(plm)。pwm是其中技术变量例如电压在两个值之间交替的数字调制类型。在该过程中，矩形脉冲以恒定频率进行调制，所述矩形脉冲的宽度或长度改变。脉冲与暂停之间的比率被称为占空比或占空因子。利用pwm，调制信号具有固定幅度。反过来，脉冲持续时间取决于信息信号的幅度。信息信号越正，脉冲持续越长。信息信号越负，脉冲越短。

10、对于开关元件的脉宽调制控制，例如可以使用在两个状态之间周期性地切换的电路。这种切换在没有外部激励的情况下应当是可行的。另外，周期性切换地电路应当生成周期性放电曲线，例如使用经由第一二极管以低电阻放电以及经由第二二极管以高电阻充电的电容器，这是可能的。

11、pwm控制的开关元件被设计成在闭合开关状态下使放电元件与中间电路的连接器电接触。中间电路例如作为车辆的一部分经由作为能量存储装置的转换器以中间电流或电压水平电耦合若干个电网。例如，车辆中间电路可以是具有向电机供应电力的电容器作为中间电路元件的电路布置。电容器又可以由电池供电。例如，在开始移动时，电容器可以用于在短时间内为电机供应附加的能量。相反，中间电路及其电路布置可以平滑电机操作期间出现的电压峰值，例如由制动过程引起的电压峰值。在断开开关状态下，电接触被取消或中断。

12、放电期间产生的电力可以通过脉宽调制电路在整个放电持续时间内均匀地分布。因此，中间电路电容器中的能量发生线性减小。此处，可以有利地实现放电元件在放电电路中的发热仅为在根据现有技术的放电电路中的一半。可以使用一个或更多个电阻器来放电。电阻器可以被设计成比在根据现有技术的解决方案中更小，使得该解决方案更具成本效益。换句话说，由于尺寸较小和/或使用较少的放电元件，可以实现成本节约。替选地或另外，放电元件的较低成本模型可以用于大功率电阻器。

13、根据权利要求1的放电电路是分立放电电路。换句话说，放电电路具有属性“分立”。“分立”意指放电电路具有分立部件。分立部件是单独的部件，例如二极管、电阻器或线圈。在任何情况下，分立放电电路的部件不是可以具有大量晶体管的诸如微处理器芯片的集成电路。因此，分立放电电路的部件不是具有应用于半导体材料的电子电路的部件。

14、有利地，在没有诸如微控制器的控制元件的主动控制的情况下处理针对放电的控制。根据本发明的分立放电电路具有优于基于软件的放电的以下优点：在软件控制的微处理器失效的情况下，不会发生主动放电的失效。这是重要的，因为中间电路的主动放电是用于在故障情况下保护人员的安全相关功能。这是高电压安全功能。简称为：“hv”的术语“高电压”是指在30v至1kv范围内的ac电压或在60v至1.5kv以上的dc电压下操作的系统。因此，这是可以以低成本实现的用于测量电压的实施方式，因为例如hv电压测量元件可能已经安装在车辆上用于其他目的。借助于在分立电路中的这种实现方式，除了安全性之外，可用性也得到提高。

15、根据修改的实施方式，分立放电电路可以被设计成通过脉宽调制来根据至少一个中间电路元件处的中间电路电压调整至少一个开关元件处的开关状态，其中，分立放电电路被设计成生成波形锯齿电压，将该波形锯齿电压与中间电路电压进行比较，并且向开关元件输出脉宽调制(pwm)脉冲，直至波形锯齿电压下降至中间电路电压以下为止。

16、此外，上述修改的实施方式优选地包括：放电电路被设计成将波形锯齿电压与中间电路电压进行比较，并且一旦波形锯齿电压大于中间电路电压，就向开关元件输出pwm脉冲。然后，pwm脉冲被输出至开关元件，直至波形锯齿电压下降至中间电路电压以下为止。

17、中间电路电压可以用于测量应当有多少电力被施加至电力电路，特别是其放电元件。开关元件的脉宽调制控制可以是用于在放电电路中进行控制的经济有效的解决方案。也被称为非线性所谓的“波锯齿”电压的波形锯齿电压用于pwm生成，而不是用于对用于pwm生成的正弦电压和三角电压的普通比较。波形锯齿电压是具有锯齿波形的ac电压，其是周期性的且非正弦的振荡。

18、当与测量的中间电路电压进行比较时，生成所需的pwm模式。在这方面，较高中间电路电压处的脉宽调制的占空比低于较低中间电路电压处的脉宽调制的占空比。脉宽调制的占空比限定了开关元件的接通时间与关断时间之间的比率。因此，有利的是，与已知的解决方案相比，在中间电路元件例如中间电路电容处的电压甚至更高时，可以向放电元件施加较少的电力，以及随着放电持续时间的进行并且因此中间电路电容处的电压下降，与已知的解决方案相比，可以向放电元件施加相对更多的电力。总体而言，这可以引起电力在放电持续时间内从中间电路元件到放电元件的均匀分布施加。

19、这种pwm模式确保能量在放电电阻器处在放电时段内的均匀分布。与现有技术相比，这引起电阻器上的温度负载明显降低。

20、进一步开发的实施方式可以使得波形锯齿电压具有锯齿波形，其中，锯齿波周期性地从初始值瞬时上升到最大值并且随后以e函数的形式减小至初始值。换句话说，分立放电电路可以被设计成生成具有锯齿波形的波形锯齿电压，其中，锯齿波周期性地从初始值瞬时上升到最大值并且随后以e函数的形式减小至初始值。在这方面，可以以这样的方式调整脉宽调制的占空比，使得在放电期间，在至少一个放电元件处的温度增加表现为类似于取决于放电时间的饱和函数。有利的锯齿电压优选以生成pwm模式的特别有利的方式，这确保在放电时段内能量的特别最佳的均匀分布。

21、根据修改的实施方式，分立放电电路可以具有串联连接的多个子电路，所述多个子电路中的第一子电路是非稳态多谐振荡器，并且所述多个子电路中的连接在第一子电路的下游的第二子电路是用于使电容器充电和放电的充电电路，其中，多谐振荡器被设计成输出电压脉冲作为输出信号，并且其中，第二子电路被设计成输出具有周期性放电曲线的波形锯齿电压作为输出信号。

22、非稳态多谐振荡器也被称为非稳态触发器。非稳态触发器由以出现正反馈这样的方式相互连接的两个电子开关组成，这使两个开关进入相反的状态。在这方面，所述开关中的一个开关闭合，而另一个开关断开。定时元件用于耗散引起正反馈的相应电压。延迟之后，初始状态改变。随后，在另一延迟时间之后，初始状态再次改变。两种状态之间的变化周期性地发生。两种状态之间变化的频率由延迟时间得出。

23、例如，充电电路具有至少两个二极管和电容器。电容器经由充电电路的第一二极管以低电阻放电，以及经由充电电路的第二二极管以高电阻充电。可选地，可以使用附加模块来调整充电曲线的斜率。然而，充电曲线的斜率已经可以利用充电电路的电容器进行调整。可选地，可以提供与使电容器放电的二极管串联连接的一个或更多个电阻器。

24、上述修改的实施方式有利于放电电路的非常低成本的设计，该放电电路具有容易获得的部件。

25、进一步开发的实施方式可以是将非稳态多谐振荡器被设计成生成具有可调节频率的电压脉冲。电压脉冲优选地使得在第二子电路中使用的电容器被快速充电。此外，优选地经由与电阻器串联连接的电容器来调整非稳态多谐振荡器的频率。上述进一步开发的实施方式也有利于放电电路的非常低成本的设计，该放电电路具有容易获得的部件。

26、连接在第二子电路下游的第三子电路可以是非反相放大器。非反相放大器的优点是所生成的锯齿电压被调整至测量信号的水平。因此，有利的是，测量信号不必被修改，这意味着例如测量信号中包含的干扰信号不会被放大。

27、根据修改的实施方式，主动放电电路可以具有测量元件，以用于测量中间电路元件处的中间电路电压并且用于向分立放电电路输出中间电路电压测量信号，其中，连接在第二子电路的下游或第三子电路的下游的第四子电路为比较器电路，其中，比较器电路被设计成将波形锯齿电压与中间电路电压测量信号进行比较，并且一旦锯齿电压大于中间电路电压测量信号，就向开关元件输出pwm脉冲。利用该修改的实施方式，输出至开关的pwm信号的高时间的长度可以有利地根据中间电路电压而延长。具体地，比较器电路被设计成与中间电路电压成反比例地调整pwm脉冲或pwm信号的高时间。因此，在较低的中间电路电压值下，每个pwm脉冲产生较长的放电，这反过来有利于放电电阻器较少发热。

28、此外，上述修改的实施方式优选地包括：分立放电电路的比较器电路被设计成将波形锯齿电压与中间电路电压测量信号进行比较，并且一旦锯齿电压大于中间电路电压测量信号就向开关元件输出pwm脉冲，并且直至波形锯齿电压下降至中间电路电压测量信号以下为止。

29、例如，测量元件可以被设计成测量中间电路元件处的高电压(hv)电压并且将中间电路电压的hv测量信号输出至控制单元。用于测量电压的该实施方式可以以低成本实现，这是因为例如hv电压测量元件可能已经安装在车辆上用于其他目的。

30、除了分立充电电路之外，主动放电电路还可以具有控制单元，其中，控制单元被设计成在至少一个中间电路元件的放电期间通过脉宽调制根据至少一个中间电路元件处的中间电路电压来调整至少一个开关元件处的开关状态。在这种情况下，控制单元将优选地被设计成以与分立放电电路类似的形式向开关元件输出pwm信号。这将产生冗余设计。

31、根据修改的实施方式，第一子电路可以被设计成向第二子电路输出具有高时间和低时间的方波电压，其中，第一子电路具有连接至第一子电路的电压源的连接点的电容和与该电容串联连接的电阻器，并且其中，电容和电阻器被设计并连接成使得高时间包括在低时间的时间间隔的1/6至1/8的范围内的时间间隔。因此，第一子电路的输出信号有利地是可以在下游子电路中的低时间中非常灵活地修改的信号。

32、此外，第二子电路可以具有两个电阻器、沿反向方向连接的二极管、沿正向方向连接的二极管、和电容器，其中，电阻器和二极管各自连接在串联电路中，并且电阻器和二极管的两个串联电路并联连接，并且其中，电容器和连接在沿反向方向连接的二极管的上游的电阻器被设计成调整形成为波形锯齿电压的输出信号的相应放电曲线的斜率。这是简单且廉价的设计，由容易获得的部件组成。另外，由于部件的数目少，该电路几乎不需要维护。