用于母线电容的放电控制装置、放电控制方法及车辆与流程

1.本发明总体上涉及电动汽车技术，并且更具体地涉及一种用于母线电容的放电控制装置、用于母线电容的放电控制方法及包括所述用于母线电容的放电控制装置的车辆。


背景技术：

2.电动汽车属于使用电能行驶的交通工具，随着能源危机和环境问题的日益突出，发展高效、节能、低噪声、零排放的清洁型电动汽车已成为国内外汽车工业发展的必然趋势，节能环保、安全可靠的电动汽车越来越受到人们的关注。
3.电动汽车将驱动电机与电机控制器作为驱动车辆行驶的重要部件，电机控制器的母线电容在车辆运行过程中会带有高压直流电压，当车辆使用结束或者发生故障时，为了保证用车人员的人身安全，需要短时间内通过放电器件快速地泄放母线电容上存储的电能。
4.目前，在通过放电器件快速地泄放母线电容上存储的电能的过程中，未对放电器件采取有效的保护措施。由于电压变化较快，在放电时放电器件需要承受很大的功率，导致放电器件出现过热、短路和溢锡等情况，从而影响用车人员的人身安全。此外，目前的母线电容放电电路结构复杂，成本较高。


技术实现要素：

5.为了解决或至少缓解以上问题中的一个或多个，提供了以下技术方案。
6.按照本发明的第一方面，提供一种用于母线电容的放电控制装置，所述放电控制装置包括：放电模块，其与所述母线电容耦合并且包括放电开关单元和放电电阻，所述放电开关单元配置成响应于放电控制信号处于有效状态而控制所述放电电阻对所述母线电容进行放电；以及控制模块，其与所述放电模块连接并且包括阻容器件，所述控制模块配置成响应于所述放电控制信号处于所述有效状态而将利用所述放电电阻对所述母线电容进行放电的持续时间控制为基于所述阻容器件的特性能够调整的预设持续时间。
7.根据本发明一实施例所述的用于母线电容的放电控制装置，其中所述放电开关单元进一步配置成响应于所述放电控制信号处于无效状态而控制所述放电电阻停止对所述母线电容进行放电。
8.根据本发明一实施例或以上任一实施例的所述的用于母线电容的放电控制装置，其中所述放电开关单元包括第一功率开关器件和第二功率开关器件，所述第一功率开关器件连接于所述第二功率开关器件与所述放电电阻之间，所述第二功率开关器件用于接收所述放电控制信号。
9.根据本发明一实施例或以上任一实施例的所述的用于母线电容的放电控制装置，其中所述第二功率开关器件响应于所述放电控制信号处于所述有效状态而断开以通过将所述第一功率开关器件的开启电压升高至开启电压阈值以上来导通所述第一功率开关器件，使得控制所述放电电阻对所述母线电容进行放电。
10.根据本发明一实施例或以上任一实施例的所述的用于母线电容的放电控制装置，其中所述第二功率开关器件响应于所述放电控制信号处于无效状态而导通以通过将所述第一功率开关器件的开启电压降低至开启电压阈值以下来断开所述第一功率开关器件，使得控制所述放电电阻停止对所述母线电容进行放电。
11.根据本发明一实施例或以上任一实施例的所述的用于母线电容的放电控制装置，其中所述控制模块还包括单个功率开关器件，所述单个功率开关器件连接于所述阻容器件与所述第一功率开关器件之间并且响应于所述放电控制信号处于所述有效状态而断开，所述阻容器件用于接收所述放电控制信号并且响应于所述放电控制信号处于所述有效状态而启用放电操作，以通过将所述单个功率开关器件的开启电压升高至开启电压阈值以上来导通所述单个功率开关器件。
12.根据本发明一实施例或以上任一实施例的所述的用于母线电容的放电控制装置，其中所述单个功率开关器件响应于所述阻容器件的所述放电操作而将所述第一功率开关器件的开启电压降低至开启电压阈值以下来断开所述第一功率开关器件，使得控制所述放电电阻停止对所述母线电容进行放电。
13.根据本发明一实施例或以上任一实施例的所述的用于母线电容的放电控制装置，其中所述阻容器件包括电阻元件和电容元件，所述阻容器件的特性包括所述电阻元件的电阻值和所述电容元件的电容值中的一个或多个。
14.根据本发明一实施例或以上任一实施例的所述的用于母线电容的放电控制装置，其中所述预设持续时间通过以下方式来调整：调整所述电阻元件的电阻值和所述电容元件的电容值中的一个或多个以调整所述电容元件两端电压的下降速度；以及通过调整所述电容元件两端电压的下降速度来调整所述放电开关单元控制所述放电电阻对所述母线电容进行放电的持续时间。
15.根据本发明一实施例或以上任一实施例的所述的用于母线电容的放电控制装置，其中所述放电控制装置设置于高压侧，所述放电模块与所述母线电容连接并且配置成响应于所述放电控制信号处于所述有效状态而与所述母线电容形成放电回路，以通过所述放电回路对所述母线电容进行放电。
16.根据本发明一实施例或以上任一实施例的所述的用于母线电容的放电控制装置，其中所述放电控制装置设置于低压侧，所述放电模块经由同步整流变换器与高压侧的所述母线电容连接，所述同步整流变换器用于将所述母线电容的能量从所述高压侧转换到所述低压侧。
17.按照本发明的第二方面，提供一种用于母线电容的放电控制方法，所述方法包括：响应于放电控制信号处于有效状态而控制放电电阻对所述母线电容进行放电；以及响应于所述放电控制信号处于所述有效状态而将利用所述放电电阻对所述母线电容进行放电的持续时间控制为基于阻容器件的特性能够调整的预设持续时间。
18.根据本发明的第三方面，提供一种车辆，所述车辆包括根据本发明第一方面所述的用于母线电容的放电控制装置。
19.根据本发明的一个或多个实施例的用于母线电容的放电控制装置能够通过放电控制信号的控制来实现对母线电容的放电控制，并且能够将母线电容的放电持续时间控制为基于阻容器件的特性能够调整的预设持续时间，从而有效保护用于母线电容放电的放电
器件，提高了车辆的安全性能和放电器件的使用寿命。根据本发明的一个或多个实施例的用于母线电容的放电控制装置具有结构简单、易于实现、节约成本的优点。
附图说明
20.本发明的上述和/或其它方面和优点将通过以下结合附图的各个方面的描述变得更加清晰和更容易理解，附图中相同或相似的单元采用相同的标号表示。在所述附图中：
21.图1示出了按照本发明的一个或多个实施例的用于母线电容的放电控制装置的结构示意图。
22.图2示出了按照本发明的一个或多个实施例的用于母线电容的放电控制装置的电路示意图。
23.图3示出了按照本发明的一个或多个实施例的用于母线电容的放电控制装置的电路示意图。
24.图4示出了按照本发明的一个或多个实施例的用于母线电容的放电控制方法的流程图。
具体实施方式
25.下文详细描述了本发明的示例实施例，附图中图示了这些实施例的示例。应注意的是，下文的描述是为了解释和说明，因此不应视为对本发明的限制。在不背离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以根据实际需要对这些实施例进行电、机械、逻辑和结构方面的更改，而不脱离本发明的范围。此外，本领域技术人员可以理解，针对任何具体的应用场景或实际需要，可以将下文描述的不同实施例的一个或多个特征进行组合。
26.诸如“包含”和“包括”之类的用语表示除了具有在说明书中有直接和明确表述的单元和步骤以外，本发明的技术方案也不排除具有未被直接或明确表述的其它单元和步骤的情形。诸如“第一”和“第二”之类的用语并不表示单元在时间、空间、大小等方面的顺序而仅仅是作区分各单元之用。
27.在本说明书中，“耦合”应当理解为包括在两个单元之间直接传送电能量或电信号的情形，或者经过一个或多个中间单元间接传送电能量或电信号的情形。
28.图1示出了按照本发明的一个或多个实施例的用于母线电容的放电控制装置的结构示意图。
29.如图1中所示，用于母线电容的放电控制装置100包括放电模块110和控制模块120。可选地，母线电容可以实现为薄膜电容。
30.可选地，放电模块110可以与母线电容(图1中未示出)耦合并且包括放电开关单元和放电电阻，放电开关单元配置成响应于放电控制信号处于有效状态而控制放电电阻对母线电容进行放电。
31.在一个实施例中，用于母线电容的放电控制装置100可以设置于高压侧，放电模块110可以直接与母线电容连接并且配置成成响应于放电控制信号处于有效状态而与母线电容形成放电回路，以通过放电回路对母线电容进行放电。
32.在一个实施例中，用于母线电容的放电控制装置100可以设置于低压侧，放电模块110可以经由同步整流变换器(图1中未示出)与高压侧的母线电容连接，所述同步整流变换
器用于将母线电容的能量从高压侧转换到低压侧。示例性地，同步整流变换器可以通过车辆已有的dcdc移相全桥倍流同步整流变换器来实现，也可以通过其他形式的变换器来实现。可以理解的是，高压侧指的是母线电容所处的一侧，低压侧指的是与母线电容相对的另一侧。通过利用同步整流变换器将母线电容的能量从高压侧转换到低压侧进行放电操作，能够利用低压的电路元件(例如，低压功率开关器件)代替高压的电路元件(例如，高压功率开关器件)来实现用于母线电容的放电控制装置100，从而显著降低用于实现母线电容的放电控制装置100的成本。
33.可选地，放电模块110中的放电开关单元进一步配置成响应于放电控制信号处于无效状态而控制放电电阻停止对母线电容进行放电。在一个实施例中，放电控制信号可以设置为低电平有效以及高电平无效。在另一个实施例中，放电控制信号可以设置为高电平有效以及低电平无效。在一个实施例中，放电控制信号可以来自于电机控制器并且基于电机控制器的控制而在有效状态和无效状态之间切换。在另一个实施例中，放电控制信号可以来自于整车控制器并且基于整车控制器的控制而在有效状态和无效状态之间切换。
34.控制模块120与放电模块110连接并且包括阻容器件，控制模块120配置成响应于放电控制信号处于有效状态而将利用放电电阻对母线电容进行放电的持续时间控制为基于阻容器件的特性能够调整的预设持续时间。可选地。阻容器件可以包括电阻元件和电容元件，阻容器件的特性可以包括所述电阻元件的电阻值和所述电容元件的电容值中的一个或多个。可选地，在控制模块120的阻容器件中，可以调整电阻元件的电阻值和电容元件的电容值中的一个或多个以调整电容元件两端电压的下降速度，以及通过调整所述电容元件两端电压的下降速度来调整放电模块110中的放电开关单元控制放电电阻对母线电容进行放电的持续时间。优选地，控制模块120可以实现为包括单个功率开关器件和阻容器件，阻容器件用于接收放电控制信号并且响应于所述放电控制信号处于有效状态而启用放电操作，以通过将单个功率开关器件的开启电压升高至开启电压阈值以上来导通所述单个功率开关器件。通过利用单个功率开关器件和阻容器件来实现控制模块120，可以进一步降低用于母线电容的放电控制装置100的成本。
35.在一个实施例中，整车控制器可以实时监控电动汽车在各类工况下的状态与各类零部件的故障，根据车辆的状态以及零部件故障类型，控制母线电容放电，并且实时与电机控制器进行通信，当车辆需要对母线电容进行放电时，向电机控制器发送主动放电指令，以使电机控制器在接收到主动放电指令后将放电控制信号设置为有效状态并发送至用于母线电容的放电控制装置100，以启用放电模块110的主动放电功能和控制模块120的放电时间可调功能。
36.在一个实施例中，当需要对母线电容进行放电时(例如，当车辆使用结束或者发生故障时)，电机控制器可以将放电控制信号设置为有效状态并发送至用于母线电容的放电控制装置100，以启用放电模块110的主动放电功能和控制模块120的放电时间可调功能。放电模块110在接收到处于有效状态的放电控制信号后可以控制放电模块110的放电电阻对所述母线电容进行放电，控制模块120在接收到处于有效状态的放电控制信号后可以将放电持续时间控制为能够调整的预设持续时间。
37.根据本发明的一个方面的用于母线电容的放电控制装置能够通过放电控制信号的控制来实现对母线电容的放电控制，并且能够将母线电容的放电持续时间控制为基于阻
容器件的特性能够调整的预设持续时间，从而有效保护用于母线电容放电的放电器件，提高了车辆的安全性能和放电器件的使用寿命。根据本发明的一个或多个实施例的用于母线电容的放电控制装置具有结构简单、易于实现、节约成本的优点。
38.以下将结合图2-3详细阐述照本发明的一个或多个实施例的用于实现母线电容的放电控制装置的电路结构和工作原理。
39.图2示出了按照本发明的一个或多个实施例的用于母线电容的放电控制装置的电路示意图。
40.如图2中所示，用于母线电容的放电控制装置200可以设置于母线电容c1所在的高压侧并且包括放电模块210和控制模块220。
41.放电模块210可以包括放电开关单元(其包括第一功率开关器件q1、第二功率开关器件q2)和放电电阻r1。第一功率开关器件q1连接于第二功率开关器件q2与放电电阻r1之间，第二功率开关器件q2连接于电源vdd与地之间并且用于接收放电控制信号。
42.如图2中所示，作为示例，第一功率开关器件q1可以实现为nmos晶体管，以及第二功率开关器件q2可以实现为npn型三极管。第一功率开关器件q1的漏极连接于放电电阻r1，第一功率开关器件q1的源极接地，以及第一功率开关器件q1的栅极连接于第二功率开关器件q2的集电极。第二功率开关器件q2的集电极经由电阻r2连接于电源vdd，第二功率开关器件q2的基极经由电阻r3接收放电控制信号，以及第二功率开关器件q2的发射极接地。
43.放电电阻r1可以作为放电器件操作以对母线电容c1进行放电。放电器件的作用是在规定时间内通过自身电阻释放电能而将母线电容c1上的电压降低到设定电压(例如，人体安全电压36v)以下，以保障人员的人身安全。可替代地，除了实现为单独的放电电阻r1之外，放电器件还可以实现为由两个以上单独的电阻串并联形成的电阻集合。放电器件的阻值能够根据母线电容c1的电容值和母线电压确定。通过根据母线电容c1的电容值和母线电压确定放电器件的阻值，可以提供精准且安全的放电器件，有利于保证放电器件对母线电容c1放电的安全性、且不至于使用更大阻值的放电器件而带来额外成本。可选地，母线电容c1可以实现为薄膜电容。
44.控制模块220可以包括阻容器件和单个功率开关器件q3，阻容器件可以包括电阻r4、电阻r5和电容c2。单个功率开关器件q3连接于阻容器件与第一功率开关器件q1之间，阻容器件用于接收放电控制信号并且响应于放电控制信号处于有效状态而启用电容c2的放电操作。
45.如图2中所示，作为示例，单个功率开关器件q3可以实现为pnp型三极管。单个功率开关器件q3的发射极连接于第一功率开关器件q1的栅极，单个功率开关器件q3的基极连接于阻容器件，以及单个功率开关器件q3的集电极经由电阻r6接地。
46.如图2中所示，通过将第一功率开关器件q1设置为nmos管，能够适应于放电模块210的高压直流电源的工作电压(例如，430v)。通过将第二功率开关器件q2和单个功率开关器件q3设置为三极管，能够节约成本。需要说明的是，尽管图2中将第一功率开关器件q1设置为nmos管以及将第二功率开关器件q2和单个功率开关器件q3设置为三极管，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，也可以利用其他功率开关元件来实现第一功率开关器件q1、第二功率开关器件q2和单个功率开关器件q3，例如可以将第一功率开关器件q1设置为pmos管。
47.进一步如图2中所示，当需要对母线电容c1进行放电时(例如，当车辆使用结束或者发生故障时)，电机控制器可以将放电控制信号设置为有效状态并发送至用于母线电容的放电控制装置200，此时与蓄电池b1连接的主继电器s1断开。当主动放电功能停止时，电机控制器可以将放电控制信号设置为无效状态并发送至用于母线电容的放电控制装置200。
48.以下结合图2进一步阐述放电模块210和控制模块220的各种工作状态。
49.在放电模块210中，当放电控制信号处于有效状态时，第二功率开关器件q2处于断开状态，第一功率开关器件q1的栅极电压被抬升至电源电压vdd而导通，此时放电模块210开启主动放电模式。在主动放电模式中，经由第一功率开关器件q1和放电电阻r1与母线电容c1形成放电回路，以利用放电电阻r1对母线电容c1进行放电。
50.在控制模块220中，当放电控制信号处于有效状态时，单个功率开关器件q3断开，在包括电阻r4、电阻r5和电容c2的阻容器件中，电容c2通过电阻r4和电阻r5开始放电。当单个功率开关器件q3的发射极电压(即第一功率开关器件q1的栅极电压)与基极电压(即电容c2两端的电压)之间的电压差大于功率开关器件q3的开启电压阈值(即，vebon，其为功率开关器件q3饱和导通时发射极与基极之间的压降)时，功率开关器件q3被饱和导通。此时，单个功率开关器件q3的发射极电压等于功率开关器件q3的基极电压与vebon之和。在电容c2的放电过程中，当单个功率开关器件q3的基极电压(即电容c2两端的电压)与vebon之和小于第一功率开关器件q1的开启电压阈值vgsth时，第一功率开关器件q1断开，由第一功率开关器件q1和放电电阻r1与母线电容c1形成的放电回路断开，放电结束，此时放电模块210退出主动放电模式。由此，能够将放电回路对母线电容c1进行放电的持续时间控制为能够调整的预设持续时间。
51.如图2中所示，放电模块210开启主动放电模式的条件可以设置为以下公式(1)和公式(2)：
[0052]vgsth
＜v
dd
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
公式(1)
[0053]v1
+v
ebon
＞v
gsth
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
公式(2)
[0054]
其中，v
gsth
表示第一功率开关器件q1的开启电压阈值，v
dd
表示电源vdd的电压，v1表示电容c2放电前两端的电压，v
ebon
表示单个功率开关器件q3饱和导通时发射极与基极之间的压降。通过以上公式(1)和公式(2)，可以选择参数合适的功率开关器件q1和q3来开启主动放电模式。
[0055]
如图2中所示，控制模块220可以通过以下公式(3)和公式(4)来调整放电电阻r1对母线电容c1进行放电的持续时间：
[0056][0057][0058]
其中，v
gsth
表示第一功率开关器件q1的开启电压阈值，v
ebon
表示单个功率开关器件q3饱和导通时发射极与基极之间的压降，v1表示电容c2放电前两端的电压，e表示自然对数底数，t表示电容c2的放电时刻，c2表示电容c2的电容值，r4表示电阻r4的电阻值，r5表示电阻r5的电阻值，v
dd
表示电源vdd的电压，v
ec
表示单个功率开关器件q3饱和导通时发射极与
集电极之间的压降，r6表示电阻r6的电阻值，r2表示电阻r2的电阻值。
[0059]
以上公式(3)的右端表示电容c2放电到t时刻时两端的电压，通过调整电容c2的电容值、电阻r4的电阻值和电阻r5的电阻值中的一个和多个，可以调整电容c2两端的电压的下降速度，从而调整第一功率开关器件q1的断开时间。此外，第一功率开关器件q1的断开还需满足以上公式(4)。当单个功率开关器件q3的基极电压(即电容c2两端的电压)与vebon之和小于第一功率开关器件q1的开启电压阈值vgsth时，第一功率开关器件q1断开，由第一功率开关器件q1和放电电阻r1与母线电容c1形成的放电回路断开，放电结束，此时放电模块210退出主动放电模式。由此，能够通过调整电容c2的电容值、电阻r4的电阻值和电阻r5的电阻值中的一个和多个来将放电回路对母线电容c1进行放电的持续时间控制为期望的预设持续时间。
[0060]
通过放电模块210和控制模块220在放电控制信号处于有效状态时的上述操作，控制模块220能够将放电模块210中的放电回路对母线电容c1进行放电的持续时间控制为期望的预设持续时间，从而有效地保护了放电器件(例如，图2中所示的放电电阻r1)。示例性地，可以将电容c2、电阻r4和电阻r5分别设置为可变电阻元件和可变电容元件，从而灵活地调整放电模块210中的放电回路对母线电容c1进行放电的持续时间。此外，通过第一功率开关器件q1的导通和断开对放电回路的接通或断开进行控制，提高了控制的精准性和可靠性，使得在适当的时间能够快速断开放电回路，从而减小放电器件的发热量，有利于延长放电器件的使用寿命。
[0061]
在放电模块210中，当放电控制信号处于无效状态时，第二功率开关器件q2处于导通状态，第一功率开关器件q1的栅极电压被降低至零电压而断开，从而断开经由第一功率开关器件q1和放电电阻r1与母线电容c1形成的放电回路，以停止利用放电电阻r1对母线电容c1进行放电。
[0062]
在控制模块220中，当放电控制信号处于无效状态时，单个功率开关器件q3处于导通状态，阻容器件不启用放电操作。
[0063]
通过放电模块210在放电控制信号处于无效状态时的上述操作，能够使得放电模块210主动断开放电回路以停止对母线电容c1的放电，从而有效地保护了放电器件，例如图2中所示的放电电阻r1。通过放电器件与各个功率开关器件形成母线电容的放电控制装置，并采取功率开关器件控制电路的硬件设计，可以解决放电器件所在放电回路的导通或关断是否及时的问题，通过电机控制器为各个功率开关器件提供放电控制信号，可以及时、准确地控制放电器件所在放电回路的导通或关断，从而能够减小放电器件的发热量。
[0064]
根据本发明的一个方面的用于母线电容的放电控制装置能够通过放电控制信号的控制来实现对母线电容的放电控制，并且能够将母线电容的放电持续时间控制为基于阻容器件的特性能够调整的预设持续时间，从而有效保护用于母线电容放电的放电器件，提高了车辆的安全性能和放电器件的使用寿命。根据本发明的一个或多个实施例的用于母线电容的放电控制装置具有结构简单、易于实现、节约成本的优点。
[0065]
图3示出了按照本发明的一个或多个实施例的用于母线电容的放电控制装置的电路示意图。
[0066]
如图3中所示，用于母线电容的放电控制装置300可以设置于与母线电容c1相对的低压侧并且包括放电模块310和控制模块320。放电模块310可以经由同步整流变换器330与
高压侧的母线电容c1连接，同步整流变换器330用于将母线电容c1的能量从高压侧转换到低压侧，从而在低压侧利用用于母线电容的放电控制装置300对母线电容c1进行放电控制操作。示例性地，同步整流变换器330可以通过车辆已有的dcdc移相全桥倍流同步整流变换器来实现，也可以通过其他形式的变换器来实现。
[0067]
放电模块310可以包括放电开关单元(其包括第一功率开关器件q7、第二功率开关器件q8)和放电电阻r1。第一功率开关器件q7连接于第二功率开关器件q8与放电电阻r1之间，第二功率开关器件q8连接于同步整流变换器330的输出dcdc_out与地之间并且用于接收放电控制信号。
[0068]
如图3中所示，作为示例，第一功率开关器件q7可以实现为nmos晶体管，以及第二功率开关器件q8可以实现为npn型三极管。第一功率开关器件q7的漏极连接于放电电阻r1，第一功率开关器件q7的源极接地，以及第一功率开关器件q7的栅极连接于第二功率开关器件q8的集电极。第二功率开关器件q8的集电极经由电阻r2连接于同步整流变换器330的输出dcdc_out，第二功率开关器件q8的基极经由电阻r3接收放电控制信号，以及第二功率开关器件q8的发射极接地。
[0069]
放电电阻r1可以作为放电器件操作以对母线电容c1进行放电。放电器件的作用是在规定时间内通过自身电阻释放电能而将母线电容c1上的电压降低到设定电压(例如，人体安全电压36v)以下，以保障人员的人身安全。可选地，母线电容c1可以实现为薄膜电容。
[0070]
控制模块320可以包括阻容器件和单个功率开关器件q9，阻容器件可以包括电阻r4、电阻r5和电容c2。单个功率开关器件q9连接于阻容器件与第一功率开关器件q7之间，阻容器件用于接收放电控制信号并且响应于放电控制信号处于有效状态而启用电容c2的放电操作。
[0071]
如图3中所示，作为示例，单个功率开关器件q9可以实现为pnp型三极管。单个功率开关器件q9的发射极连接于第一功率开关器件q7的栅极，单个功率开关器件q9的基极连接于阻容器件，以及单个功率开关器件q9的集电极经由电阻r6接地。
[0072]
如图3中所示，通过将第一功率开关器件q7设置为nmos管，能够适应于放电模块310的高压直流电源的工作电压(例如，430v)。通过将第二功率开关器件q8和单个功率开关器件q9设置为三极管，能够节约成本。需要说明的是，尽管图3中将第一功率开关器件q7设置为nmos管以及将第二功率开关器件q8和单个功率开关器件q9设置为三极管，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，也可以利用其他功率开关元件来实现第一功率开关器件q7、第二功率开关器件q8和单个功率开关器件q9，例如可以将第一功率开关器件q1设置为pmos管。
[0073]
进一步如图3中所示，当需要对母线电容c1进行放电时(例如，当车辆使用结束或者发生故障时)，通过同步整流变换器330将母线电容c1的能量从高压侧转换到低压侧，电机控制器可以将放电控制信号设置为有效状态并发送至用于母线电容的放电控制装置300，此时与蓄电池b1连接的主继电器s1断开。当主动放电功能停止时，电机控制器可以将放电控制信号设置为无效状态并发送至用于母线电容的放电控制装置300。
[0074]
以下结合图3进一步阐述放电模块310和控制模块320的各种工作状态。
[0075]
在放电模块310中，当放电控制信号处于有效状态时，第二功率开关器件q8处于断开状态，第一功率开关器件q7的栅极电压被抬升至同步整流变换器330的输出dcdc_out而
导通，此时放电模块310开启主动放电模式。在主动放电模式中，放电模块310控制放电电阻r1对母线电容c1的能量进行释放。
[0076]
在控制模块320中，当放电控制信号处于有效状态时，单个功率开关器件q9断开，在包括电阻r4、电阻r5和电容c2的阻容器件中，电容c2通过电阻r4和电阻r5开始放电。当单个功率开关器件q9的发射极电压(即第一功率开关器件q7的栅极电压)与基极电压(即电容c2两端的电压)之间的电压差大于功率开关器件q9的开启电压阈值(即，vebon，其为功率开关器件q9饱和导通时发射极与基极之间的压降)时，功率开关器件q9被饱和导通。此时，单个功率开关器件q9的发射极电压等于功率开关器件q9的基极电压与vebon之和。在电容c2的放电过程中，当单个功率开关器件q9的基极电压(即电容c2两端的电压)与vebon之和小于第一功率开关器件q7的开启电压阈值vgsth时，第一功率开关器件q7断开，控制放电电阻r1对母线电容c1的能量释放结束，此时放电模块310退出主动放电模式。由此，能够将利用放电电阻r1对母线电容c1的能量释放的持续时间控制为能够调整的预设持续时间。
[0077]
如图3中所示，控制模块320可以通过以下公式(5)和公式(6)来调整利用放电电阻r1对母线电容c1的能量释放的持续时间：
[0078][0079][0080]
其中，v
gsth
表示第一功率开关器件q7的开启电压阈值，v
ebon
表示单个功率开关器件q8饱和导通时发射极与基极之间的压降，v1表示电容c2放电前两端的电压，e表示自然对数底数，t表示电容c2的放电时刻，c2表示电容c2的电容值，r4表示电阻r4的电阻值，r5表示电阻r5的电阻值，v
dcdc_out
表示整流变换器330的输出电压，v
ec
表示单个功率开关器件q9饱和导通时发射极与集电极之间的压降，r6表示电阻r6的电阻值，r2表示电阻r2的电阻值。
[0081]
以上公式(5)的右端表示电容c2放电到t时刻时两端的电压，通过调整电容c2的电容值、电阻r4的电阻值和电阻r5的电阻值中的一个和多个，可以调整电容c2两端的电压的下降速度，从而调整第一功率开关器件q7的断开时间。此外，第一功率开关器件q7的断开还需满足以上公式(6)。当单个功率开关器件q9的基极电压(即电容c2两端的电压)与vebon之和小于第一功率开关器件q7的开启电压阈值vgsth时，第一功率开关器件q7断开，控制放电电阻r1对母线电容c1的能量释放结束，此时放电模块310退出主动放电模式。由此，能够通过调整电容c2的电容值、电阻r4的电阻值和电阻r5的电阻值中的一个和多个来将放电电阻r1对母线电容c1的能量释放的持续时间控制为期望的预设持续时间。
[0082]
通过放电模块310和控制模块320在放电控制信号处于有效状态时的上述操作，控制模块320能够将放电模块310中的放电电阻r1对母线电容c1的能量释放的持续时间控制为期望的预设持续时间，从而有效地保护了放电器件(例如，图3中所示的放电电阻r1)。示例性地，可以将电容c2、电阻r4和电阻r5分别设置为可变电阻元件和可变电容元件，从而灵活地调整放电模块310中的放电电阻r1对母线电容c1的能量释放的持续时间。
[0083]
在根据本发明的一个或多个实施例中，通过第一功率开关器件q7的导通和断开来控制放电电阻r1对母线电容c1的能量释放，提高了控制的精准性和可靠性，使得在适当的时间能够快速停止放电电阻r1对母线电容c1的能量释放，从而减小放电器件的发热量，有
利于延长放电器件的使用寿命。进一步，通过利用同步整流变换器330将母线电容c1的能量从高压侧转换到低压侧进行放电操作，能够利用低压的电路元件(例如，低压功率开关器件q7、q8、q9)代替高压的电路元件来实现用于母线电容的放电控制装置300，从而显著降低用于实现母线电容的放电控制装置300的成本。此外，通过利用车辆已有的dcdc移相全桥倍流同步整流变换器来实现同步整流变换器330，无需额外电源供电而能够利用同步整流变换器330的输出dcdc_out进行供电，进一步使得母线电容的放电控制装置300具有结构简单、易于实现、节约成本的优点。
[0084]
在放电模块310中，当放电控制信号处于无效状态时，第二功率开关器件q8处于导通状态，第一功率开关器件q7的栅极电压被降低至零电压而断开，从而停止放电电阻r1对母线电容c1的能量释放。
[0085]
在控制模块320中，当放电控制信号处于无效状态时，单个功率开关器件q9处于导通状态，阻容器件不启用放电操作。
[0086]
根据本发明的一个方面的用于母线电容的放电控制装置能够通过放电控制信号的控制来实现对母线电容的放电控制，并且能够将母线电容的放电持续时间控制为基于阻容器件的特性能够调整的预设持续时间，从而有效保护用于母线电容放电的放电器件，提高了车辆的安全性能和放电器件的使用寿命。根据本发明的一个或多个实施例的用于母线电容的放电控制装置具有结构简单、易于实现、节约成本的优点。
[0087]
图4示出了按照本发明的一个或多个实施例的用于母线电容的放电控制方法的流程图。图4中所示的各个步骤可以借助于以上图1-图3中描述的用于母线电容的放电控制装置的放电模块和控制模块来实现。
[0088]
如图4中所示，在步骤s410中，响应于放电控制信号处于有效状态而控制放电电阻对母线电容进行放电。可选地，在步骤s410中，还可以响应于放电控制信号处于无效状态而控制放电电阻停止对母线电容进行放电。
[0089]
在步骤s420中，响应于放电控制信号处于有效状态而将利用放电电阻对母线电容进行放电的持续时间控制为基于阻容器件的特性能够调整的预设持续时间。
[0090]
可选地，放电控制信号可以来自于电机控制器并且基于电机控制器的控制而在有效状态和无效状态之间切换。可选地，放电控制信号还可以来自于整车控制器并且基于整车控制器的控制而在有效状态和无效状态之间切换。
[0091]
可选地，阻容器件可以包括电阻元件和电容元件，阻容器件的特性可以包括所述电阻元件的电阻值和所述电容元件的电容值中的一个或多个。
[0092]
根据本发明的一个方面的用于母线电容的放电控制方法能够通过放电控制信号的控制来实现对母线电容的放电控制，并且能够将母线电容的放电持续时间控制为基于阻容器件的特性能够调整的预设持续时间，从而有效保护用于母线电容放电的放电器件，提高了车辆的安全性能和放电器件的使用寿命。根据本发明的一个或多个实施例的用于母线电容的放电控制装置具有结构简单、易于实现、节约成本的优点。
[0093]
另外，本发明也可以被实施为一种车辆，该车辆包括按照本发明的一个方面的用于母线电容的放电控制装置。
[0094]
提供本文中提出的实施例和示例，以便最好地说明按照本发明及其特定应用的实施例，并且由此使本领域的技术人员能够实施和使用本发明。但是，本领域的技术人员将会
知道，仅为了便于说明和举例而提供以上描述和示例。所提出的描述不是意在涵盖本发明的各个方面或者将本发明局限于所公开的精确形式。

技术特征：
1.一种用于母线电容的放电控制装置，其特征在于，所述放电控制装置包括：放电模块，其与所述母线电容耦合并且包括放电开关单元和放电电阻，所述放电开关单元配置成响应于放电控制信号处于有效状态而控制所述放电电阻对所述母线电容进行放电；以及控制模块，其与所述放电模块连接并且包括阻容器件，所述控制模块配置成响应于所述放电控制信号处于所述有效状态而将利用所述放电电阻对所述母线电容进行放电的持续时间控制为基于所述阻容器件的特性能够调整的预设持续时间。2.根据权利要求1所述的放电控制装置，其中所述放电开关单元进一步配置成响应于所述放电控制信号处于无效状态而控制所述放电电阻停止对所述母线电容进行放电。3.根据权利要求1所述的放电控制装置，其中所述放电开关单元包括第一功率开关器件和第二功率开关器件，所述第一功率开关器件连接于所述第二功率开关器件与所述放电电阻之间，所述第二功率开关器件用于接收所述放电控制信号。4.根据权利要求3所述的放电控制装置，其中所述第二功率开关器件响应于所述放电控制信号处于所述有效状态而断开以通过将所述第一功率开关器件的开启电压升高至开启电压阈值以上来导通所述第一功率开关器件，使得控制所述放电电阻对所述母线电容进行放电。5.根据权利要求3所述的放电控制装置，其中所述第二功率开关器件响应于所述放电控制信号处于无效状态而导通以通过将所述第一功率开关器件的开启电压降低至开启电压阈值以下来断开所述第一功率开关器件，使得控制所述放电电阻停止对所述母线电容进行放电。6.根据权利要求3所述的放电控制装置，其中所述控制模块还包括单个功率开关器件，所述单个功率开关器件连接于所述阻容器件与所述第一功率开关器件之间并且响应于所述放电控制信号处于所述有效状态而断开，所述阻容器件用于接收所述放电控制信号并且响应于所述放电控制信号处于所述有效状态而启用放电操作，以通过将所述单个功率开关器件的开启电压升高至开启电压阈值以上来导通所述单个功率开关器件。7.根据权利要求6所述的放电控制装置，其中所述单个功率开关器件响应于所述阻容器件的所述放电操作而将所述第一功率开关器件的开启电压降低至开启电压阈值以下来断开所述第一功率开关器件，使得控制所述放电电阻停止对所述母线电容进行放电。8.根据权利要求1所述的放电控制装置，其中所述阻容器件包括电阻元件和电容元件，所述阻容器件的特性包括所述电阻元件的电阻值和所述电容元件的电容值中的一个或多个。9.根据权利要求8所述的放电控制装置，其中所述预设持续时间通过以下方式来调整：调整所述电阻元件的电阻值和所述电容元件的电容值中的一个或多个以调整所述电容元件两端电压的下降速度；以及通过调整所述电容元件两端电压的下降速度来调整所述放电开关单元控制所述放电电阻对所述母线电容进行放电的持续时间。10.根据权利要求1所述的放电控制装置，其中所述放电控制装置设置于高压侧，所述放电模块与所述母线电容连接并且配置成响应于所述放电控制信号处于所述有效状态而与所述母线电容形成放电回路，以通过所述放电回路对所述母线电容进行放电。
11.根据权利要求1所述的放电控制装置，其中所述放电控制装置设置于低压侧，所述放电模块经由同步整流变换器与高压侧的所述母线电容连接，所述同步整流变换器用于将所述母线电容的能量从所述高压侧转换到所述低压侧。12.一种用于母线电容的放电控制方法，其特征在于，所述方法包括：响应于放电控制信号处于有效状态而控制放电电阻对所述母线电容进行放电；以及响应于所述放电控制信号处于所述有效状态而将利用所述放电电阻对所述母线电容进行放电的持续时间控制为基于阻容器件的特性能够调整的预设持续时间。13.一种车辆，其特征在于，所述车辆包括根据权利要求1-11中任一项所述的用于母线电容的放电控制装置。

技术总结
本发明涉及一种用于母线电容的放电控制装置、用于母线电容的放电控制方法及包括所述用于母线电容的放电控制装置的车辆。按照本发明一个方面的用于母线电容的放电控制装置包括：放电模块，其与所述母线电容耦合并且包括放电开关单元和放电电阻，所述放电开关单元配置成响应于放电控制信号处于有效状态而控制所述放电电阻对所述母线电容进行放电；以及控制模块，其与所述放电模块连接并且包括阻容器件，所述控制模块配置成响应于所述放电控制信号处于所述有效状态而将利用所述放电电阻对所述母线电容进行放电的持续时间控制为基于所述阻容器件的特性能够调整的预设持续时间。所述阻容器件的特性能够调整的预设持续时间。所述阻容器件的特性能够调整的预设持续时间。


技术研发人员：王小飞 杜永红 王超 洪文成
受保护的技术使用者：蔚来动力科技（合肥）有限公司
技术研发日：2023.06.29
技术公布日：2023/10/6