[发明专利]用于电动车辆驱动系统电容器的集成式预充电和放电

说明书

本公开提供“用于电动车辆驱动系统电容器的集成式预充电和放电”。一种共享电阻器执行电动车辆驱动系统中的电容器的预充电和放电功能。在预充电状态下，共享电阻器经由预充电继电器连接在电容器和DC电源之间。在放电状态下，电阻器经由放电晶体管跨接在电容器上。否则，电阻器断开。旁路开关连接在电阻器和输入电容器之间。在预充电状态期间和在放电状态期间，旁路开关导电。放电晶体管仅在放电状态期间被激活。因此，本发明通过消除用于预充电和放电的单独的电阻元件并且通过消除专用于单独的电阻的放电开关而使用更少的部件。电路集成和在逆变器模块外部的部件的放置改善了整体系统成本和封装大小。

技术领域

本发明总体上涉及用于电动车辆的驱动系统，并且更具体地，涉及用于将电驱动器通电时对电容器进行预充电的功能与电驱动器停用时使电容器进行放电的功能组合的电路。

背景技术

电动车辆(诸如混合动力电动车辆(HEV)、插电式混合动力电动车辆(PHEV)和电池电动车辆(BEV))利用逆变器驱动的电机来提供牵引扭矩。典型的电驱动系统可以包括DC电源(诸如，电池组或燃料电池)，其通过接触器开关(即，继电器)耦接到输入电容器以用于缓冲电池电压。DC-DC转换器(也称为可变电压转换器或VVC)将输入电容器耦接到支持高压DC总线的主DC链路电容器。VVC可以双向地引导电流在输入电容器和链路电容器之间流动，以调节跨过电容器中的一个的电压。三相马达逆变器连接在主总线之间，其中逆变器的输出端连接到牵引马达，以便将DC总线功率转换为耦接到牵引马达的绕组的AC电压，以便推进车辆。在车辆的减速期间，马达可以由车轮驱动并且用来传递电力以在车辆的再生制动期间对电池充电，其中DC-DC转换器在相反方向上工作以将所生成的功率转换为适合于对电池组进行充电的DC电压。在一些车辆中，由内燃(汽油)发动机驱动的发电机被提供用来生成电力以对电池充电。第二三相逆变器通常将发电机输出端连接到高压DC总线。

由于在使用电驱动器时存在高压，因此在驱动器的激活和停用过程中有必要采取特殊的预防措施。例如，在激活期间，当电容器放电到大约零伏时，接触器会断开。在电容器处于放电或低充电状态时闭合接触器会给电池组带来低阻抗，从而导致非常高的涌流，这可能会损坏接触器和其他部件。一种解决方案是在接触器和电容器之间提供恒定的电阻。然而，在初始预充电之后，不期望使用与接触器串联的限流电阻器，因为在随后的正常操作期间会引起相关联的电压下降和功率消耗。因此，经常使用单独的电路分支或预充电电路。已知的预充电电路利用在DC供电和电容器之间串联的开关和电阻器。接通开关可以使电容器通过电阻器充电，并且电阻器的存在限制了涌流，以防止损坏开关。一旦电容器被预充电，则i)主接触器可以闭合而不接收任何涌流，并且ii)预充电开关可以被断开，使得预充电电阻器被断开。

在停用期间，有必要使电容器放电。例如，由于车辆钥匙关断、高压DC互锁故障或车辆碰撞，可能导致电驱动系统停机。在停机期间，通过断开机械接触器，将电池组与电气系统的其余部分快速隔离。这也隔离了DC电容器上存在的电荷。由于安全需要，HV电容器的电荷应在特定时间内快速放电。例如，在某些情况下，美国联邦机动车安全标准(FMVSS)可能要求DC链路电容器上的电压必须在5秒内小于60V。

使链路电容器放电的最简单的常规方法使用跨电容器放置的电阻来耗散电荷。电阻器放置可以是无源或有源的。无源放电电阻器(PDR)与链路电容器并联硬接线。无源电阻器必须具有相对较大的电阻，以避免正常操作期间的过多功率损耗。因此，将HV电荷耗散到安全水平可能需要一到两分钟。为了更快地放电，有源放电电路使用与晶体管开关串联的电阻器，使得可以通过较小的电阻值选择性地耗散电荷。

有源放电电路的电路部件和预充电电路的至少一些部件通常包括在逆变器系统控制器(ISC)模块中的印刷电路板上。因此，ISC模块的大小、部件数量和成本都增加了。期望以更少的部件来执行预充电和放电功能，使得可以减小ISC模块的大小和成本。

发明内容