用于车辆的简化的自动放电方法和系统

申请号 CN200810099146.0 申请日 2008-05-12 公开(公告)号 CN101318475B 公开(公告)日 2012-05-16
申请人 通用汽车环球科技运作公司; 发明人 J·E·塔钦斯基;
摘要 本 发明 涉及用于车辆的简化的自动放电功能。公开了用于具有电或混合式 电动机 的车辆的自动放电功能的方法和系统。该方法和系统监视电动发生功率关断。如果发生功率关断,断开 接触 器对,并且响应于断开接触器对立即启动电容的放电。持续放电直到完全对电容器放电。
权利要求

1.一种用于具有电牵引电动机的车辆的自动放电方法,该方法包括:
监视电牵引电动机的功率关断的发生;
如果功率关断发生,控制第一接触器和第二接触器,其中第一接触器和第二接触器耦合在电容和电池组的相应极之间;
使用第一接触器和第二接触器启动电容的放电;以及
完成电容的放电。
2.权利要求1的方法,其中启动步骤还包括将第一接触器耦合到主动放电电阻器的第一端,其中主动放电电阻器具有持续地连接到第二接触器的第二端。
3.权利要求1的方法,其中启动步骤还包括:
将第一接触器耦合到第一主动放电电阻器的第一端,其中第一主动放电电阻器具有持续地连接到第二接触器的第二端;以及
将第二接触器耦合到第二主动放电电阻器的第一端,其中第二主动放电电阻器具有持续地连接到第一接触器的第二端。
4.权利要求1的方法,其中启动步骤还包括:
将第一接触器耦合到主动放电电阻器的第一端;以及
将第二接触器耦合到主动放电电阻器的第二端。
5.权利要求1的方法,其中功率关断是电路故障。
6.权利要求1的方法,其中功率关断是电系统关断。
7.权利要求1的方法,其中功率关断是电路功率关断。
8.一种用于具有电牵引电动机的车辆的自动放电系统,该系统包括:
具有第一电池极和第二电池极的电池组,并且其中该电池组被配置为经由第一电池极和第二电池极提供电压电流到电牵引电动机;
功率输出级;
具有第一极和第二极的电容,其耦合在电池组和功率输出级之间,其中电容被配置为控制并缓冲电池组和功率输出级之间的电能
主动放电电阻器,其具有第一端和第二端,并且配置为对电容进行放电;以及第一接触器和第二接触器,其中第一接触器连接到电容的第一极,并且第二接触器连接到电容的第二极,其中第一接触器和第二接触器配置为断开,以开始电容器的放电,并且第一接触器还配置为从第一电池极切换到主动放电电阻器的第一端,以促进放电。
9.权利要求8的系统,其中主动放电电阻器的第二端连接到第二接触器。
10.权利要求9的系统,其中第二主动放电电阻器的第一端连接到第一接触器;并且第二接触器还配置为从第二电池极切换到第二主动放电电阻器的第二端以促进放电。
11.权利要求8的系统,其中第二接触器还配置为从第二电池极切换到主动放电电阻器的第二端以促进放电。
12.权利要求8的系统,还包括配置为对电容进行放电的被动放电电阻器。
13.权利要求8的系统,其中电牵引电动机具有多个模式。
14.权利要求13的系统,其中功率输出级被配置为基于该多个模式的其中之一将DC转换为AC,以控制将多少功率发送到电牵引电动机。
15.权利要求13的系统,其中该多个模式包括电牵引电动机的加速模式。
16.权利要求8的系统,其中电容包括用于车辆的主动电总线的电容。
17.权利要求8的系统,其中电容包括用于车辆的功率电子器件的电容。
18.权利要求8的系统,其中电容包括用于车辆的超电容器的电容。
19.权利要求8的系统,其中电容包括电牵引电动机的电容。
20.权利要求8的系统,其中电容包括用于车辆的DC-AC转换器的电容。
21.权利要求8的系统,其中电容包括功率输出级的电容。
22.一种用于具有电牵引电动机、电牵引电动机的功率输出级以及功率输出级的DC电源的车辆的自动放电系统,该系统包括:
对应于功率输出级的第一输入节点的第一结构;
对应于功率输出级的第二输入节点的第二结构,其中该车辆包括第一输入节点和第二输入节点上的电容;
主动放电电阻器;
接触器布置,配置为在运行模式下将DC电源与电容并联耦合,并且配置为在熄火模式下将主动放电电阻器与电容并联耦合;以及
耦合到接触器布置的控制器,该控制器被配置为根据熄火模式和运行模式致动接触器布置。
23.权利要求22的系统,其中接触器布置包括:
第一接触器,配置为在熄火模式下将第一输入节点耦合到主动放电电阻器的第一端,并且配置为在运行模式下将第一输入节点耦合到DC电源的第一极;
第二接触器,配置为在熄火模式下将第二输入节点耦合到主动放电电阻器的第二端,并且配置为在运行模式下将第二输入节点耦合到DC电源的第二极。
24.权利要求23的系统,其中:
第一接触器具有连接到第一输入节点的第一端,以及第二端,该第二端配置为耦合到主动放电电阻器的第一端或DC电源的第一极;并且
第二接触器具有连接到第一输入节点和主动放电电阻器的第二端的第一端,以及第二端,该第二端配置为耦合到DC电源的第二极或保持浮置。
25.权利要求23的系统,其中:
第一接触器具有连接到第一输入节点的第一端,以及第二端,该第二端配置为耦合到主动放电电阻器的第一端或DC电源的第一极;并且
第二接触器具有连接到第二输入节点的第一端,以及第二端,该第二端配置为耦合到主动放电电阻器的第二端或者DC电源的第二极。

说明书全文

用于车辆的简化的自动放电方法和系统

技术领域

[0001] 本发明通常涉及车辆的自动放电功能,并且更特别地,本发明涉及用于自动将功率从车辆切断的安全装置。
[0002] 背景技术
[0003] 混合的、燃料电池以及电动车辆通常使用高压电路给电驱动电动机提供功率并且用于车辆上的各种其他使用。高压电可能潜在地对能够接触它的任何用户或技工造成电击危险。减少电击危险的险的一个常见方法是通过使用自动切断装置。
[0004] 自动切断装置通常被实施为具有相关控制电路的一对高压继电器。其电学地放置在车辆中的牵引部件和电池组中的电池串之间。高压继电器(也称为接触器)可以响应于车辆上的各种故障限制电能到自动切断装置的一个电侧。一旦断开,高压电能被限制到电池组。
[0005] 高压部件通常使用大电容器缓冲它们的能量使用并且提供快速的能量突发。在运行中将这些电容器充电到全电压。在一些故障情况下,即使在高压继电器被断开之后,电容器也没有放电。由于此,大多数车辆制造商在其系统中靠近电容器安装被动放电电阻器。因为被动放电电阻器要花费相当长的时间对全电容进行放电,一些制造商还包括具有自动切断装置的主动或自动放电功能。
[0006] 实施自动放电功能的传统方法的主要困难在于该功能的控制非常复杂。例如,当电池组仍连接时,控制晶体管禁止被接通,否则放电电阻器将被过载损坏。在一些故障情况下,诸如在控制永磁电动机时的电能损耗期间,晶体管一般应当自动被接通。通常,这个复杂控制的相当大部分是由车辆控制器内的软件引导的。因为其是在软件控制下,所以其多少更倾向于不正确的激活,应当激活时没有激活,或者不应该激活时却激活。
[0007] 因此,希望具有一种用于自动放电的简单系统。此外,结合附图、前面的技术领域和背景技术,根据随后的详细描述和随附的权利要求书将清楚明确本发明的其他希望的特征和特性。
[0008] 发明内容
[0009] 公开了一种用于具有电或混合式电动机的车辆的自动放电功能的方法。该方法为了功率关断(power shutdown)的发生而监视电或混合式电动机。如果功率关断发生,断开接触器,并且响应于断开接触器立即开始电容的放电。持续地放电直到电容放电完成。
[0010] 公开一种对于具有电池组和电容的车辆利用电池组和电容之间的接触器进行自动放电功能的系统。接触器被配置为断开,以便当功率关断发生时自动切断电池组并且立即开始对电容放电。电阻器被配置为对电容放电。亦可以包括配置为将DC转换为AC的功率输出级,以基于电或混合式电动机模式(诸如电或混合式电动机的加速)控制将多少功率发送给电或混合式电动机。

附图说明

[0011] 以下将结合附图来描述本发明,在附图中相似的数字标记相似的元件,并且:
[0012] 图1是用于混合式车辆的包括现有自动放电功能的自动放电系统的示意性表示;
[0013] 图2是根据本发明的示范实施例的用于混合式车辆的自动放电系统的示意性表示;
[0014] 图3是根据本发明的替换示范实施例的用于混合式车辆的自动放电系统的示意性表示;
[0015] 图4是示出根据本发明的示范实施例的用于混合式车辆的自动放电过程的流程图

具体实施方式

[0016] 以下的具体描述本质上仅是示范性的,并不打算限制本发明或本申请以及本发明的使用。此外,没有打算要受之前的技术领域、背景技术、发明内容或以下的具体描述中所提供的任何明确或暗示的理论的限制。
[0017] 这里根据功能和/或逻辑部件和各个处理步骤来描述本发明的实施例。应理解这些块部件可以通过任何数量的配置为执行指定功能的硬件、软件和/或固件部件来实现。例如,本发明的实施例可以采用各种集成电路部件,例如存储器元件、数字信号处理元件、逻辑元件、查找表等,其在一个或多个微处理器或其他控制设备的控制下可以执行各种功能。此外,本领域技术人员应认识到本发明的实施例可以结 合任何数量的车辆应用来实践,并且此处所述的系统只是本发明的一个示范实施例。
[0018] 为了简便起见,与车辆电部分和该系统的其他功能方面(以及该系统的单独的操作部件)相关的常规技术和部件将不在此处进行详细描述。此外,包括在这里的各个附图中示出的连接线意欲代表各个元件之间的示范功能关系和/或物理耦合。应注意许多替换或附加的功能关系或物理连接可以出现在本发明的实施例中。
[0019] 以下的描述可能提及“连接”或“耦合”在一起的元件或节点或特征。如这里所用的,除非另有明确声明,“连接”意味着一个元件/节点/特征直接接合到另一个元件/节点/特征(或直接与其通信),当不一定是机械地连接。类似地,除非另有明确声明,“耦合”意味着一个元件/节点/特征直接或间接地接合到另一个元件/节点/特征(或直接或间接地与其通信),当不一定是机械地连接。因此,虽然图2和图3中示出的示意图描述了元件的示范设置,但是其他插入的元件、设备、特征或部件可以出现在本发明的实施例中(假设系统的功能性没有受到不利地影响)。
[0020] 本发明的实施例是在一个实际应用的上下文中描述的,没有限制,即用于混合式车辆的简化的自动放电功能的连接监视技术。在这个上下文中,示范技术可用于检测车辆上的电路功率关断。然而,本发明的实施例并不限于这些车辆应用,并且这里所描述的技术也可以用在其他连接监视系统中。
[0021] 图1是用于混合式车辆的自动放电功能系统100的示意性表示。系统100通常可以包括:电池组102、DC-AC转换器104以及混合式电动机106。
[0022] 电池组102被配置为支持混合式车辆操作。电池组102可以连接到提供功率给混合式电动机106的DC-AC转换器104。电池组102通常可以包括:电池串(battery series)124、接触器K2以及接触器K1。
[0023] 电池串124被配置为经由第一电池极126和第二电池极128提供电压和电流给混合式电动机106。电池串124提供的电压是高直流电压,其大约为300伏。电池串124可以是混合电池,诸如例如铅酸电池、镍金属氢化物电池或锂离子电池,而非限制。接触器K2连接电池串124的电池极128到DC-AC转换器104,并且接触器K1连接电池串 124的电池极126到DC-AC转换器104。接触器K1和K2被配置为断开,以便当功率关断事件发生时切断电池串124。功率关断事件可以对应于作为正常车辆操作一部分的电系统或电动机停止运转,或者对应于车辆上的各种故障,诸如电气故障。严重的车辆撞击和对试图接触(access)高压部件的检测是导致断开的两个主要项目。而且,在用户利用点火开关降低功耗后,这个电路经常断开接触器,使得当车辆熄火时高压被包括在电池组内。接触器K1和K2是单极单投开关。
[0024] DC-AC转换器104给混合式电动机106提供功率调节和控制。DC-AC转换器通常包括:电容CX、被动放电电阻器Rp、自动放电功能120和功率输出级122。
[0025] 包括电容CX以缓冲电池组102和功率输出级122之间的电能。电容CX具有连接到接触器K1的第一极111和连接到接触器K2的第二极113。电容可以包括,例如但不限于,超电容器。为了说明的目的,电容CX还将代表自然存在于耦合到电池组但是在电池组之外的混合车辆的其他部件中的电容,该其他部件例如但不限于主动电总线、功率电子器件、功率输出级122、或者混合式电动机106。具有相当大的电容的其他常见设备是辅助功率转换器(DC-DC转换器)、电空调压缩机、油、以及动转向泵。这些设备的每一个将包含电容器、功率输出级等。
[0026] 包括被动放电电阻器Rp以提供电容CX的缓慢放电。被动放电电阻器Rp是大约40千欧的大电阻器。被动放电电阻器Rp总是运行,以提供从工作电压到小于60伏的大约5分钟的放电时间。当发生功率关断事件时这太慢以致不能提供保护。
[0027] 包括现有的自动放电功能120以当功率关断事件发生时提供电容CX的快速放电。自动放电功能包括主动放电电阻器RA和主动放电控制开关116。主动放电电阻器RA被配置为对电容CX进行放电。在这个方面,主动放电电阻器RA是大约25欧(30瓦容量)的小电阻器,其允许当主动放电控制开关116允许电流流动时,高电流快速放电电容CX。当功率关断事件发生时启动主动放电控制开关116(这里示出为双极功率场效应晶体管)。
[0028] 功率输出级122执行将来自电池组102的DC转换为用于混合式电动机106的AC的功能。
[0029] 对于这个示例,混合式电动机106包括AC电动机以提供额外的功率给内燃机并且用于再生制动。AC电动机经常用于这个应用,因为它们在负载下提供高转矩,以及电动机/发电机操作。
[0030] 图2是根据本发明的示范实施例的自动放电系统200的示意性表示,其适当地配置为执行自动放电过程。系统200适合供具有电(或混合式)牵引电动机的车辆使用。除了图2中示出的那些之外,实际的自动放电系统200可以包括若干电部件、电路和控制器单元。这里将不详细描述自动放电系统200的常规子系统、特征和方面。自动放电系统200具有类似于系统100的部件(这里不重复描述公共特征、功能和元件)。对于这个示范实施例,如图2所示,系统200一般可以包括:电池组202或任何合适的DC电源、控制器203、DC-AC转换器204以及混合式电动机206。
[0031] 电池组202通常可以包括:电池串220、接触器K1和接触器K2,以及主动放电电阻器RA。接触器一起形成了接触器布置,其适当地配置为在运行模式下选择性地将DC电源与车辆的电容并联耦合,或者在熄火模式下将主动放电电阻器与电容并联耦合。接触器设置由适当配置的控制器203致动(actuate),控制器203可以耦合到接触器布置。
[0032] 控制器203可以实施为车辆计算模块、集中的(centralized)车辆处理器、专用于接触器布置的子系统计算模块等的一部分。在运行中,控制器203根据车辆的当前状态,例如是熄火模式还是正常运行模式有效,控制接触器布置的致动。控制器203可以对车辆数据作出反应以确定应当建立熄火模式还是运行模式。控制器203通常是软件控制的设备。在正常条件下,在车辆运行期间其保持K1和K2闭合。如果由控制器203或者系统中的另一个控制器检测到严重的故障,控制器203可以被编程为立即断开接触器或者停止混合式电动机206并且然后断开接触器。
[0033] 受控制器203影响的接触器K1被配置为将输出级输入节点211耦合到主动放电电阻器的第一端215(在熄火模式下)并且配置为将输入节点211耦合到DC电源的第一极222(在运行模式下)。
[0034] 电池串220被配置为提供电压和电流给混合式车辆。接触器K1连接电池串220的第一电池极222到DC-AC转换器204,并且接触器K2连接电池串220的第二电池极224到DC-AC转换器204。在该实施例中, 接触器K1和K2被配置为同时断开(在本领域技术人员已知的实际限制内)以便当功率关断发生时立即从其他部件切断电池串220。对于这个示例,接触器K2是单极单投开关并且接触器K1是单极双投开关。
[0035] 对于该实施例,每当K1被断开时提供电容CX的快速放电的功能由主动放电电阻器RA来完成。这个电容可以代表与各种电部件、导电元件、电路等相关的车辆电容。在该示例中,电容耦合在功率输出级218的两个输入节点上。主动放电电阻器RA是小电阻器,当主动放电电阻器RA的第一端215被接触器K1连接到节点214,当接触器K1没有连接到电池串220的第一电池极222时,该电阻器允许高电流以对电容CX快速放电。在这个方面,接触器K1从电池串220切断,并且当K1被断开时然后连接到主动放电电阻器RA。主动放电电阻器RA的第二端217持续地连接到接触器K2或者电连接到在连接到K2的DC-AC转换器204侧上的节点K2的高压总线上的任何点。
[0036] DC-AC转换器204给混合式电动机206提供功率调节和控制。DC-AC转换器通常包括:电容CX、被动放电电阻器Rp、以及功率输出级218。然而,对于该实施例,与系统100相比,省略了自动放电功能120和主动放电控制开关116。
[0037] 电容CX具有连接到接触器K1的第一极211和连接到接触器K2的第二极213。
[0038] 包括被动放电电阻器Rp以提供电容CX的缓慢放电。被动放电电阻器Rp是大约40千欧的大电阻器。被动放电电阻器Rp一直运行以提供从工作电压到小于大约60伏的大约5分钟的放电时间。当功率关断发生时,这太慢以致不能提供充分的放电,从而使主动放电电阻器RA的需要成为必要。
[0039] 当功率关断发生时,接触器K1被从电池串220断开并且连接到主动放电电阻器RA的第一端215。否则,接触器K1继续连接到电池串220。主动放电电阻器RA的第二端217持续地连接到接触器K2的DC-AC转换器204侧上的接触器K2。接触器K1和K2被配置为从DC-AC转换器204切断电池组202,并且当接触器K1被断开时立即开始电容CX的放电。
[0040] 图3时根据本发明的替换示范实施例的自动放电系统300的示意性表示,该系统适当地配置为执行自动放电功能。除了图3中示出的那些之外,实际的自动放电系统300可以包括若干电部件、电路和控 制器单元。这里将不详细描述自动放电系统300的常规子系统、特征和方面。系统300具有类似于系统200的结构(这里将不重复描述公共特征、功能和元件)。对于这个示范实施例,如图3中所示,自动放电系统300包括:电池组302、控制器303、DC-AC转换器304以及混合式电动机306。
[0041] 电容CX具有连接到接触器K1的第一极311和连接到接触器K2的第二极313。
[0042] 电池组302一般可以包括:电池串320、接触器K1、接触器K2和主动放电电阻器RA。接触器K1连接电池串320的第一电池极322到DC-AC转换器304,并且接触器K2连接电池串320的第二电池极324到DC-AC转换器304。接触器K1和K2被配置为断开以便当发生功率关断时切断电池串320。在该示范实施例中,接触器K1和K2都是单级双投开关,而在系统200中只有K1是单极双投开关,而K2是单极单投的。
[0043] 系统200的优势在于只需要一个双投接触器,这将帮助减少其中一个接触器的成本。存在这样的实例,其中通过为两个接触器使用公共部分来降低总成本并且简化确认过程,在这种情况下系统300是优选的实施方式。
[0044] 如上面在图2的上下文中所解释的,当接触器K1没有连接到电池串320的第一电池极322时,主动放电电阻器RA的第一端315连接到接触器K1。然而,与图2中示出的实施例相反(RA持续地连接到K2的DC-AC转换器204侧上的接触器K2),当接触器K2没有连接到电池串320的第二电池极324时,主动放电电阻器RA的第二端317连接到接触器K2。
[0045] 受控制器303影响的接触器K1被配置为将输入级输入节点311耦合到主动放电电阻器的第一端315(在熄火模式下),并且配置为将输入级输入节点311耦合到DC电源的第一电池极322(在运行模式下)。
[0046] 受控制器影响的接触器K2被配置为将输出级输入节点313耦合到主动放电电阻器的第二端317(在熄火模式下),并且配置为将输入节点313耦合到DC电源的第二电池极324(在运行模式下)。
[0047] 接触器K1和K2被配置为断开,以便从DC-AC转换器304切断电池组302,并且当功率关断发生时立即开始电容CX的放电。在正常条 件下,接触器K1和K2被定位使得它们与电池串320建立电路。在功率关断条件下,接触器K1和K2被定位使得它们与主动放电电阻器RA建立电路。
[0048] 图4是示出可以由如上所述的系统200和300执行的用于电动车辆、混合电动车辆、或燃料电池车辆的自动放电过程500的流程图。过程400检查功率关断的发生、断开接触器、开始电容的放电、并且完成对电容的放电。关于过程400执行的各种任务可以由软件、硬件、固件或其任何组合来执行。为了说明的目的,过程400的以下描述可以引用上面关于图2-3所提到的元件。在特定实施例中,过程400的多部分可以由自动放电系统200-300的不同元件执行,例如电池组、主动放电电阻器RA、接触器K2、接触器K1、电容Cx、以及被动放电电阻器Rp。
[0049] 自动放电过程400开始于检查是否已经发生功率关断(查询任务402)。该检查可以由各种类型的设备进行,例如但不限于电压监视器等,其中这些设备被适当配置为监视车辆、电动机和/或电系统的功率关断状况。如果没有功率关断发生,重复该检查直到功率关断发生。在这个方面,过程400返回查询任务402。然而,如果功率关断确实发生,过程400从电池组切断接触器K1和K2(任务404),以便停止从电池组到电容的高压电流。任务
404可以导致接触器断开、切换状态,或者按照给定的系统实施方式的需要进行重新配置。
[0050] 接着,过程400将立即开始电容Cx的放电(任务406)。可以上面关于各种系统实施例所描述的方式来执行放电。在一个实施例中,对于系统200,通过将接触器K1耦合到主动放电电阻器RA的第一端215来完成放电,其中主动放电电阻器RA具有持续地连接到接触器K2的第二端217。在另一个实施例中,对于系统300,通过将接触器K1耦合到主动放电电阻器RA的第一端315并且将接触器K2耦合到主动放电电阻器RA的第二端317来完成放电的。在系统200-300中主动放电电阻器RA的耦合将导致电容Cx的放电,直到达到完全放电(任务408)。接触器K1和K2由控制器控制,如上面在图2-3的上下文中解释的。
[0051] 利用这里公开的简化的自动放电功能,当功率关断发生时,电容开始放电比使用软件控制技术快得多。
[0052] 因为简化的自动放电功能不需要软件控制和硬件感测以开始放电 过程,所以其比其他实施方式具有更高的可靠性。
[0053] 虽然在前面的详细描述中提供了至少一个示范性实施例,但是应理解存在大量的变化。还应理解该示范性实施例或多个示范性实施例仅是示例,并且不打算以任何方式限制本发明的范围、适用性或配置。相反,前面的具体描述将给本领域技术人员提供方便的指示用于实施该示范性实施例或多个示范性实施例。应理解在不脱离本发明的范围的前提下可以做出元件的功能和布置上的各种变化,本发明的范围由随附的权利要求书及其法律等同物限定。
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