电动车辆驱动系统内的电容器预充电以及电容/电阻测量技术方案

一种用于电动车辆的电驱动系统，该电驱动系统具有直流电源以及接触器，接触器带有耦接到主总线的输出以及适用于连接到直流电源的输入。接触器选择性地在断开状态和闭合状态之间转换。链路电容器耦接到主总线。预充电电路耦接在直流电源和链路电容器之间，预充电电路包含受控电流源。在接触器处于断开状态的情况下选择性地激活该受控电流源，以在接触器转换到闭合状态之前使链路电容器充电到预设电压。

【技术实现步骤摘要】
【专利说明】电动车辆驱动系统内的电容器预充电以及电容/电阻测量
技术介绍
本专利技术总体涉及电动车辆驱动系统，尤其涉及主直流（DC)总线链路电容器改善 的预充电。 例如混合动力电动车辆（HEV)以及插电式混合动力电动车辆（PHEV)的电动车辆 利用逆变器驱动的电机以提供牵引扭矩和再生制动扭矩。这样的逆变器典型地采用能量存 储电容器（或主电容器）作为主DC总线的DC链路，主DC总线通常通过可变电压转换器 (VVC)、输入电容器以及一对机械接触器（例如继电器）与例如电池的高压（HV)电源连接。 逆变器以及其他负载由主DC总线驱动。 如果接触器初始是闭合的并且链路电容器在放电或低充电状态，那么从HV DC电 源到主DC总线之间的低阻抗会引起非常高的浪涌电流，该电流会对接触器以及其他组件 造成损害。由于在后续正常操作中相关的电压降以及功率消耗，利用与接触器串联的限流 电阻并不理想。因此，通常利用单独的分支电路或预充电电路。已知的预充电电路利用串 联在DC供电源和链路电容器之间的开关和电阻。打开开关容许链路电容器通过电阻充电， 电阻的存在限制了浪涌电流，从而阻止对开关的损害。一旦链路电容器预充电后，那么i) 主接触器可以在没有接收到任何浪涌电流的情况下闭合；ii)预充电开关能够打开以便切 断预充电电阻。 可以期望的是，在短时间量内完成预充电过程，以便在驾驶员激活车辆后车辆能 够立刻驱动。在传统的配置中，电容器的充电时间由预充电电路以及链路电容器的阻容 (RC)时间常数来控制。由于预充电电阻必须足够大以限制浪涌电流并且链路电容器必要 地具有相对大的电容，有时会发生不期望长的延时。而且，主DC总线上额外负载的存在能 够通过增加阻抗来影响预充电。例如，泄流电阻（bleeder resistor)典型地出现在链路电 容器两端以便在电驱动装置关机时使链路电容器放电。其他可能的负载包括电正温度系数 (PTC)加热器。负载会进一步延长预充电时间。 负载的有效电阻会随着时间变化，并且一些例如电加热器的负载可以在执行预充 电时开启或者关闭。链路电容器的电容也可以随着时间而降低。这些变化使得确保在预期 时间量内完成预充电变得更加困难。 出于诊断和监测的目的，可以期望的是，在电驱动装置的整个寿命内测量与主DC 总线相关的电容和电阻。为了执行这些测量功能，典型地需要专用组件。可以期望的是，在 不需要专用组件的情况下执行这样的测量。
技术实现思路
在本专利技术的一个方面，为带有DC电源的电动车辆提供电驱动系统。接触器具有适 用于连接到DC电源的输入以及具有输出。接触器选择性地在断开状态和闭合状态之间转 换。主总线耦接到链路电容器以及接触器的输出。预充电电路耦接在DC电源和包括受控 电流源的链路电容器之间。在接触器处于断开状态的情况下选择性地激活该受控电流源， 以在接触器转换到闭合状态之前使链路电容器充电至预设电压。 根据本专利技术，提供一种用于带有直流电源的电动车辆的电驱动系统，包括： 接触器，其具有适用于连接到直流电源的输入以及具有输出，其中接触器选择性 地在断开状态和闭合状态之间转换； 链路电容器； 耦接到接触器输出和链路电容器的主总线； 预充电电路，其适用于耦接到直流电源和链路电容器之间，其中预充电电路包括 受控电流源，在接触器处于断开状态的情况下选择性地激活该受控电流源，以在接触器转 换到闭合状态之前使链路电容器充电到预设电压。 根据本专利技术的一个实施例，其中预充电电路包括： 电感器； 晶体管开关，其与电感器串联，用于选择性地将电感器连接到直流电源；以及 用于驱动晶体管开关的控制电路，以便在链路电容器预充电中电感器提供基本恒 定的电流。 根据本专利技术的一个实施例，其中控制电路包括： 测量电感器电流的电流传感器；以及 触发器，其当所测的电感器电流低于第一阈值时开启晶体管开关，并且当所测的 电感器电流高于第二阈值时关闭晶体管开关，其中第二阈值高于第一阈值。 根据本专利技术的一个实施例，进一步包括： 测量链路电容器两端链路电压的电压传感器；以及 控制电路，其通过启动预充电电路、监测所测的链路电压来启动链路电容器的预 充电，并且当所测链路电压高于电压阈值时，通过停用预充电电路而结束预充电。 根据本专利技术的一个实施例，其中控制电路响应预充电消耗的时间以及所测链路电 压的斜率而确定链路电容器的电容。 根据本专利技术的一个实施例，其中斜率包括对应消耗时间开始时所测量的链路电压 和对应消耗时间结束时所测量的链路电压之间的差值。 根据本专利技术的一个实施例，其中受控电流是恒定电流，并且其中控制电路根据恒 定电流除以斜率来确定电容。 根据本专利技术的一个实施例，其中受控电流是恒定电流，并且其中控制电路响应预 充电消耗时间、测量的链路电压的斜率以及恒定电流来确定与链路电容器并联的电阻。 根据本专利技术，提供一种为电动车辆驱动装置内主总线上的链路电容器预充电的方 法，包括： 在主电池接触器处于断开状态的情况下，激活预充电电路从而向链路电容器提供 基本上恒定的电流； 当链路电容器电压到达预设电压时，停用预充电电路；以及 闭合接触器。 根据本专利技术的一个实施例，进一步包括： 脉冲宽度调制与电感器串联的晶体管开关，用于提供基本上恒定的电流。 根据本专利技术的一个实施例，进一步包括： 测量链路电容器两端的链路电压；以及 响应预充电所消耗的时间以及所测量的链路电压的斜率而确定链路电容器的电 容。 根据本专利技术的一个实施例，其中斜率包括对应消耗时间开始时所测量的链路电压 和对应消耗时间结束时所测量的链路电压之间的差值。 根据本专利技术的一个实施例，其中电容根据恒定电流除以斜率而确定。 根据本专利技术的一个实施例，进一步包括： 测量链路电容器两端的链路电压；以及 响应预充电所消耗的时间、所测量的链路电压的斜率以及恒定电流而确定与链路 电容器并联的电阻。 根据本专利技术，提供一种为电动车辆驱动装置内的主总线链路电容器充电的预充电 电路，包括： 电感器； 选择性地将电感器耦接到直流电源的晶体管； 测量电感器电流的电流传感器；以及 触发器，其当电感器电流低于第一阈值时开启晶体管，并且当电感器电流高于第 二阈值时关闭晶体管，其中第二阈值高于第一阈值。 根据本专利技术的一个实施例，进一步包括： 光耦合器，其将晶体管连接到直流电源，其中光耦合器适用于通过电动车辆驱动 装置的控制电路远程控制。【附图说明】 图1示出了预充电电路总体布置的示意图； 图2是将本专利技术的恒定电流预充电与现有技术的RC预充电的预充电时间的比较 曲线图； 图3示出用于本专利技术的一个优选实施例的预充电电路以及控制电路的框图； 图4示出了利用脉冲宽度调制技术的基本上恒定电流大小的一个实施例的曲线 图； 图5示出了根据本专利技术的一个优选实施例的预充电中链路电容器电压曲线图； 图6更详细地示出了预充电电路的另一个优选实施例的示意图； 图7示出了控制预充电电流的一个优选方法的流程图； 图8示出了用于执行预充电功能优选方法的流程图，在预充电过程中同时确定了 由主DC总线所测量的电容以及电阻。【具体实施方式】 现在参照图1，电动车辆驱动系统10包括由接触器开关12和13耦接到可变电压 直流-直流（DC/DC)转换器14的DC电源11 (例如电池组或燃料电池）。接触器12、本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于带有直流电源的电动车辆的电驱动系统，包括：接触器，其具有适用于连接到直流电源的输入以及具有输出，其中接触器选择性地在断开状态和闭合状态之间转换；链路电容器；耦接到接触器输出和链路电容器的主总线；预充电电路，其适用于耦接到直流电源和链路电容器之间，其中预充电电路包括受控电流源，在接触器处于断开状态的情况下选择性地激活该受控电流源，以在接触器转换到闭合状态之前使链路电容器充电到预设电压。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：阿诺德·K·门萨布朗，哈斯迪·R·哈希姆，布鲁斯·C·布莱克默，艾伦·R·吉姆，
申请(专利权)人：福特全球技术公司，
类型：发明
国别省市：美国;US