車輛高電壓互鎖啟動(dòng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本公開(kāi)涉及接觸器、IGBT、繼電器等的控制以保護(hù)車輛高電壓布線和組件基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]混合動(dòng)力電動(dòng)車輛(HEV)或純電動(dòng)車輛(EV)具有牽引電池以存儲(chǔ)和提供用于車輛推進(jìn)的能量。牽引電池通常在100伏特以上操作，與12伏特的傳統(tǒng)車輛電池電壓相比，100伏特是升高的電壓。工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)為:低電壓小于60伏特直流(DC)和通過(guò)均方根(RMS)計(jì)算的30伏特交流(AC)。在該閾值以上的電壓被視為高電壓。與傳統(tǒng)電池相比，牽引電池還具有較大的電流容量，該較大的電流容量可超過(guò)100安培.小時(shí)。該升高的電壓和電流被電機(jī)使用以將存儲(chǔ)在電池中的電能轉(zhuǎn)換為扭矩形式的機(jī)械能，其中，扭矩用于提供車輛推進(jìn)力。電池經(jīng)由電線、連接器、電容器和其它電氣組件連接到電機(jī)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]一種車輛可具有高電壓系統(tǒng)，所述高電壓系統(tǒng)可包括牽引電池、具有特定屬性的電氣組件、負(fù)載、電力轉(zhuǎn)換器、開(kāi)關(guān)和至少一個(gè)控制器，其中，電力轉(zhuǎn)換器電連接在電池和負(fù)載之間，開(kāi)關(guān)可包括IGBT、MOSFET、BJT、繼電器等。為了檢查高電壓線纜連接性或者電氣組件或負(fù)載是否存在故障，控制器可被編程為使電力轉(zhuǎn)換器將小于電池的工作電壓的測(cè)試電壓輸出到負(fù)載。如果與測(cè)試電壓相關(guān)聯(lián)的轉(zhuǎn)換器的輸出指示電池和負(fù)載之間的故障，則控制器可被編程為停止電池和負(fù)載之間的電流流動(dòng)。
[0004]一種控制車輛高電壓系統(tǒng)的方法，所述方法包括:對(duì)與牽引電池和電氣負(fù)載連接的開(kāi)關(guān)進(jìn)行調(diào)制以向負(fù)載提供小于電池的工作電壓的測(cè)試電壓；測(cè)量與測(cè)試電壓相關(guān)聯(lián)的輸出；響應(yīng)于所述輸出小于預(yù)定量，阻止電流從電池進(jìn)一步流到負(fù)載。
[0005]所述方法還包括:響應(yīng)于所述輸出落在預(yù)定范圍之內(nèi)，使電流在工作電壓下從電池流到負(fù)載。
[0006]所述方法還包括:響應(yīng)于所述輸出大于所述預(yù)定范圍，阻止電流從電池進(jìn)一步流到負(fù)載。
[0007]優(yōu)選地，測(cè)試電壓小于60伏特，工作電壓大于100伏特。
[0008]優(yōu)選地，測(cè)試電壓大于12伏特。
[0009]一種車輛，包括:牽引電池；電機(jī)；開(kāi)關(guān)，所述開(kāi)關(guān)連接在電池和電機(jī)之間；至少一個(gè)控制器，所述至少一個(gè)控制器被編程為響應(yīng)于在對(duì)開(kāi)關(guān)進(jìn)行調(diào)制以保持電機(jī)的目標(biāo)電壓小于電池的工作電壓的同時(shí)從電池流到電機(jī)的電流小于預(yù)定閾值，阻止電池和電機(jī)之間的進(jìn)一步的電流流動(dòng)。
[0010]優(yōu)選地，所述至少一個(gè)控制器還被編程為:響應(yīng)于在對(duì)開(kāi)關(guān)進(jìn)行調(diào)制以保持目標(biāo)電壓的同時(shí)電流落在預(yù)定范圍內(nèi)，將電池和電機(jī)進(jìn)行連接，從而在工作電壓下，電流在電池和電機(jī)之間流動(dòng)。
[0011]所述至少一個(gè)控制器還被編程為:響應(yīng)于在對(duì)開(kāi)關(guān)進(jìn)行調(diào)制以保持目標(biāo)電壓的同時(shí)電流大于所述預(yù)定范圍，阻止電池和電機(jī)之間的進(jìn)一步的電流流動(dòng)。
[0012]所述至少一個(gè)控制器還被編程為:響應(yīng)于在對(duì)開(kāi)關(guān)進(jìn)行調(diào)制以保持目標(biāo)電壓的同時(shí)電流落在預(yù)定范圍之內(nèi)，激活連接到電池和電機(jī)的預(yù)充電電路。
[0013]優(yōu)選地，目標(biāo)電壓小于60伏特，工作電壓大于100伏特。
[0014]優(yōu)選地，目標(biāo)電壓大于12伏特。
【附圖說(shuō)明】
[0015]圖1是具有電池組的示例混合動(dòng)力電動(dòng)車輛；
[0016]圖2是包括電池單元以及電池單元監(jiān)視和控制系統(tǒng)的電池組布置；
[0017]圖3是示例混合動(dòng)力電動(dòng)車輛的布線圖；
[0018]圖4是采用升壓轉(zhuǎn)換器的電機(jī)/發(fā)電機(jī)電路的布線圖；
[0019]圖5是示出針對(duì)車輛高電壓電氣系統(tǒng)的組件，電容器電壓相對(duì)于時(shí)間的曲線圖；
[0020]圖6示出用于保護(hù)車輛高電壓電氣系統(tǒng)的算法的流程圖；
[0021]圖7是采用降壓-升壓轉(zhuǎn)換器的電機(jī)/發(fā)電機(jī)電路的布線圖。
【具體實(shí)施方式】
[0022]這里描述本公開(kāi)的實(shí)施例。然而，應(yīng)當(dāng)理解，所公開(kāi)的實(shí)施例僅為示例，其它實(shí)施例可采用各種替代形式。附圖無(wú)需按比例繪制；可夸大或縮小一些特征以顯示特定組件的細(xì)節(jié)。因此，此處所公開(kāi)的具體結(jié)構(gòu)和功能細(xì)節(jié)不應(yīng)被解釋為限制，而僅為教導(dǎo)本領(lǐng)域技術(shù)人員以多種形式采用本發(fā)明的代表性基礎(chǔ)。如本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將理解的那樣，參照附圖中的任何一個(gè)附圖所示出和描述的各個(gè)特征可與一個(gè)或更多個(gè)其它附圖中示出的特征組合以產(chǎn)生未明確示出或描述的實(shí)施例。示出的特征的組合為典型應(yīng)用提供代表性實(shí)施例。然而，針對(duì)特定應(yīng)用或?qū)崿F(xiàn)方式，可期望與本公開(kāi)的教導(dǎo)一致的特征的各種組合和修改。
[0023]圖1描繪插電式混合動(dòng)力電動(dòng)車輛100的不例。插電式混合動(dòng)力電動(dòng)車輛100可包括機(jī)械地連接到混合傳動(dòng)裝置106的一個(gè)或更多個(gè)電機(jī)104。此外，混合傳動(dòng)裝置106機(jī)械地連接到發(fā)動(dòng)機(jī)108。混合傳動(dòng)裝置106還可機(jī)械地連接到驅(qū)動(dòng)軸110，其中，驅(qū)動(dòng)軸110機(jī)械地連接到車輪112。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)108開(kāi)啟時(shí)，電機(jī)104可提供推進(jìn)力。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)108關(guān)閉時(shí)，電機(jī)104可提供減速能力。電機(jī)104可被配置為發(fā)電機(jī)，并可通過(guò)回收在摩擦制動(dòng)系統(tǒng)中通常會(huì)作為熱量而損失的能量來(lái)提供燃料經(jīng)濟(jì)性效益。由于在特定條件下混合動(dòng)力電動(dòng)車輛102可在電動(dòng)模式下運(yùn)轉(zhuǎn)，因此電機(jī)104還可減少污染物排放。
[0024]牽引電池或電池組114存儲(chǔ)可被電機(jī)104使用的能量。車輛電池組114通常提供高電壓DC輸出。電池組114還電連接到電力電子模塊116。電力電子模塊116還電連接到電機(jī)104并提供在電池組114和電機(jī)104之間雙向傳輸能量的能力。例如，典型的電池組114可提供DC電壓，而電機(jī)104可能需要三相AC電流來(lái)工作。電力電子模塊116可將DC電壓轉(zhuǎn)換為電機(jī)104所需的三相AC電流。在再生模式下，電力電子模塊116將把來(lái)自用作發(fā)電機(jī)的電機(jī)104的三相AC電流轉(zhuǎn)換為電池組114所需的DC電壓。這里描述的方法同樣適用于純電動(dòng)車輛或使用電池組的任何其它裝置。
[0025]除了提供用于推進(jìn)的能量之外，電池組114還可提供用于其它車輛電氣系統(tǒng)的能量。典型的系統(tǒng)可包括DC/DC轉(zhuǎn)換器模塊118，其中，DC/DC轉(zhuǎn)換器模塊118將電池組114的高電壓DC輸出轉(zhuǎn)換為與其它車輛負(fù)載兼容的低電壓DC供應(yīng)。其它高電壓負(fù)載(諸如壓縮機(jī)和電加熱器)可直接連接到從電池組114引出的高電壓總線。在典型的車輛中，低電壓系統(tǒng)電連接到12V電池120。純電動(dòng)車輛可具有相似的結(jié)構(gòu)，但是沒(méi)有發(fā)動(dòng)機(jī)108。
[0026]可以通過(guò)外部電源126對(duì)電池組114進(jìn)行再充電。外部電源126可以經(jīng)由充電端口 124通過(guò)電連接向車輛102提供交流電或直流電。充電端口 124可以是被配置為從外部電源126向車輛102傳輸電力的任何類型的端口。充電端口 124可以電連接至電力轉(zhuǎn)換模塊122。電力轉(zhuǎn)換模塊可以調(diào)節(jié)來(lái)自外部電源126的電力，以向電池組114提供合適的電壓和電流電平。在一些應(yīng)用中，外部電源126可被配置為向電池組114提供合適的電壓和電流電平，并且電力轉(zhuǎn)換模塊122可以不是必需的。在一些應(yīng)用中，電力轉(zhuǎn)換模塊122的功能可以存在于外部電源126中。可以通過(guò)動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)控制模塊(PCM) 128控制車輛發(fā)動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)裝置、電機(jī)、電池、電力轉(zhuǎn)換和電力電子裝置。
[0027]除了示出插電式混合動(dòng)力車輛之外，如果去除組件108，則圖1可以示出電池電動(dòng)車輛(BEV)。類似地，如果去除組件122、124和126，則圖1可以示出傳統(tǒng)的混合動(dòng)力電動(dòng)車輛(HEV)或功率分流(power-split)混合動(dòng)力電動(dòng)車輛。圖1還示出包括電機(jī)104、電力電子模塊116、DC/DC轉(zhuǎn)換器模塊118、電力轉(zhuǎn)換模塊122和電池組114的高電壓車輛系統(tǒng)。電流通過(guò)接觸器從電池流向高電壓系統(tǒng)或其電氣組件。
[0028]電池組內(nèi)的各個(gè)電池單元可由各種化學(xué)劑型構(gòu)造。典型的電池組化學(xué)成分可包括但不限于鉛酸、鎳鎘(NiCd)、鎳金屬氫化物(NMH)、鋰離子或鋰離子聚合物。圖2示出以N個(gè)電池單元模塊202簡(jiǎn)單串聯(lián)配置的典型的電池組200ο電池單元模塊202可包含單個(gè)電池單元或并聯(lián)電連接的多個(gè)電池單元。然而，電池組可包括串聯(lián)或并聯(lián)連接的任何數(shù)量的各個(gè)電池單元和電池單元模塊或它們的一些組合。典型的系統(tǒng)可具有一個(gè)或更多個(gè)控制器，諸如監(jiān)視和控制電池組200的性能的電池控制模塊(BCM) 208。BCM 208可監(jiān)視若干電池組水平特性，諸如由電流傳感器206測(cè)量的電池組電流、電池組電壓210和電池組溫度212。在特定布置中，電流傳感器206的性能對(duì)于構(gòu)建可靠的電池監(jiān)視系統(tǒng)而言會(huì)是必需的。電流傳感器的精度對(duì)于估計(jì)電池荷電狀態(tài)和電池容量會(huì)是有用的。電流傳感器可利用基于物理原理的各種方法來(lái)檢測(cè)電流，電流傳感器包括霍爾效應(yīng)IC傳感器、變壓器或電流鉗、電壓與通過(guò)的電流成正比的電阻器、使用干涉儀來(lái)測(cè)量由磁場(chǎng)產(chǎn)生的光的相位變化的光纖或羅格夫斯基線圈。在電池單元正在充電或放電使得流入電池單元或從電池單元流出的電流超過(guò)閾值的情況下，電池控制模塊可通過(guò)使用電路中斷裝置(CID)(諸如保險(xiǎn)絲或斷路器)來(lái)斷開(kāi)電池單元。
[0029]除了電池組水平特性之外，可存在需要被測(cè)量和監(jiān)視的電池單元水平特性。例如，可測(cè)量每個(gè)電池單元的端電壓、電流和溫度。系統(tǒng)可使用傳感器模塊204來(lái)測(cè)量一個(gè)或更多個(gè)電池單元模塊202的特性。所述特性可包括電池單元電壓、溫度、壽命、充電/放電周期數(shù)等。通常，傳感器模塊將測(cè)量電池單元電壓。電池單元電壓可以是單個(gè)電池的電壓或者并聯(lián)或串聯(lián)電連接的一組電池的電壓。電池組200可使用高達(dá)Ne個(gè)的傳感器模塊204來(lái)測(cè)量所有電池單元202的特性。每個(gè)傳感器模塊204可將測(cè)量結(jié)果傳輸?shù)紹CM 208以進(jìn)行進(jìn)一步處理和協(xié)調(diào)。傳感器模塊204可將模擬或數(shù)字形式的信號(hào)傳輸?shù)紹CM 208。電池組200還可包含電池分配模塊(BDM) 214，其中，BDM 214控制流入和流出電池組200的電流。
[0030]圖3是電池分配模塊214的示圖。該電池分配模塊(BDM) 214包含用于連接和斷開(kāi)高電壓組件的高電壓開(kāi)關(guān)(302、304、306、308和314)。這些高電壓開(kāi)關(guān)(302、304、306、308和314)可以是繼電器、絕緣柵雙極結(jié)型晶體管(IGBT)、金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管(MOSFET)、雙極結(jié)型晶體管(BJT)或其它機(jī)電或固態(tài)開(kāi)關(guān)。電池單元202提供通過(guò)開(kāi)關(guān)302和304流至電力電子模塊116的電流和電壓。在電流傳感器塊310中測(cè)量電流。作為開(kāi)關(guān)304閉合和開(kāi)關(guān)302或314閉合的結(jié)果，隨著電力在電池單元202和電力電子模塊116之間傳輸，電流可流動(dòng)。與電阻器316連