一种电动汽车的高压系统、高压控制方法和电动汽车与流程

1.本发明属于电动汽车高压控制技术领域，具体涉及一种电动汽车的高压系统上下电的控制。


背景技术：

2.汽车新能源化是节能减排发展战略和绿色经济的重要组成部分，近几年新能源销量提升势头迅猛，纯电动汽车占据新能源汽车销量80％以上，电动汽车技术蓬勃发展，其中800v高压系统被誉为电动汽车技术的新起点，成为各大巨头车企追求焦点。800v高压相比目前400v架构而言，它提升高压用电网络电压，在同等功率的基础上明显降低了充电、放电时电流。同样，高压放电时，由于电流小，热损失小，也提升系统放电效率，从而利于提升续航。正因为高压系统的在充电时间和续航上具有优势，能解决客户使用中最重要的痛点，目前成为行业热点。
3.然而800v技术也面临一些挑战，行业共识新材料“碳化硅”基半导体应用取代了“硅”基半导体。“硅”基半导体广泛应用400v系统电动汽车的电磁开关、单向导通元器件，但其耐压能力无法满足800v高压平台需求，而“碳化硅”基半导体耐压等级高，但其制作工艺还待成熟、成本也较高。800v系统也会使高压卸载、预充时间更长，相关高压系统及控制方案也需要进行800v的匹配和优化。
4.当驾驶员主动钥匙、按键、远程等操作请求高压下电；或维修人员打开高压维修开关紧急下电；亦或车辆突发故障或碰撞事故下电，车辆高压系统都要尽快切断电池包的电能供给，从而使高压负载网络安全。国标中也对高压下电后的电压及残余电量进行严格要求。为了切断高压网络能量供给，电池包主正开关和主负开关会断开，随着电池包的主正、负开关闭合，负载回路的设备例如逆变器-电机系统，空调压缩机，dcdc等都会有残余电压。为了尽快卸载这一部分残余电压，一般方案是在电池包的正负极断开后，逆变器-电机系统自身进行静态运行消耗掉这些多余电能，以达到尽快卸载电压的目的。
5.目前高压卸载方案优点是无额外部件，无硬件成本，易实现。但是也普遍存在缺点：(1)在电机转动中，电机定子和转子相对运动，不利快速卸载电压。因为电动汽车大多电机与车轮为常连接方式，只要车轮转电机都会跟随旋转。因此车辆在一定车速中下电，利用逆变器-电机自身卸载高压存在延迟；(2)压缩机空调如果转速较高时，车辆下电后，其也会因为压缩机空转形成电势，也造成高压卸载速度慢；(3)依靠电机静态运行实际是将残余电能转化为热量散发掉，未能利用这些能量，形成浪费。
6.一般电动汽车高压系统上电过程会有预充阶段，在电池包主正开关闭合前，高压预充回路首先接通，给高压用电设备预加载电压。预充可以提前检查高压回路是否存在问题，如果预充不能使电压达到预定目标，则可能有短路、绝缘异常等问题；预充也可避免主正开关合时电压突然加载造成电气部件损害，比如常见突然加载电压会造成损害有开关过载，线路烧蚀，电容击穿等，从而保证车辆及部件安全可靠运行。预充达到预定电压后，预充回路断开，预充结束，主正开关闭合，汽车高压负载设备可通过高压网络获取电池电能进行
工作，例如逆变器-电机系统可以直流转交流驱动行驶，dcdc可以进行降压转换，空调系统可以进行加热或制冷。


技术实现要素：

7.为了加速卸载高压电压，保障车辆电网安全，以及能充分利用电能，本发明提出一种电动汽车的高压系统、控制方法和电动汽车。
8.实现本发明目的之一的一种电动汽车高压系统，包括一个集成回路，所述集电回路用于在高压下电工况时，收集高压负载回路中的高压负载部件的残余电量；在高压上电前预充工况时，将所存储的电能充进高压负载回路，所述集成回路连接在高压负载回路两端。
9.所述集电回路包括储能电路、控制电路、降压电路和单向导通电路；
10.所述储能电路用于在高压下电工况下存储高压负载回路收集的残余电量；还用于在高压上电前预充工况下将所存储的电能充进高压负载回路；
11.所述控制电路控制集电回路的充放电状态，当在高压下电工况时，控制储能电路并联充电，当高压上电前预充工况时，控制储能电路放电；
12.所述降压电路连接在电动汽车的电池包与高压负载回路间，且与储能电路串联，用于在高压下电工况下对储能电路进行降压；
13.所述单向导通电路与降压电路并联，用于对电流进行单向导通。
14.所述储能电路包括多个电容，在高压下电工况下，多个电容并联接收高压负载回路中的高压负载部件的残余电量充电储能，在高压上电前预充工况下，多个电容并联对高压负载回路中的高压负载部件进行预充电，或多个电容串联对高压负载回路中的高压负载进行预充电。
15.所述储能电路包括至少两个电容，第一电容的正端与降压电路一端连接，第一电容的负端连接第四二极管，第四二极管连接第三电阻；第二电容的正端与第一电容的正端之间串联第二二极管，第二电容的正端与第四二极管之间串联第三二极管和第二开关，第二开关在第二电容放电时闭合。
16.进一步地，第二电容正端连接第二电阻。
17.所述集电回路还包括位于降压电路和储能电路之间的保险f1，用于防止集电回路电流过大从而导致第一电容c1和第二电容c2被击穿后形成充、放电过流。
18.实现本发明目的之二的一种电动汽车高压控制方法，在高压下电工况时，集电回路收集高压负载回路中的高压负载部件的残余电量；在高压上电前预充工况时，将所存储的电能充进高压负载回路，所述集成回路连接在高压负载回路两端。
19.实现本发明目的之三的一种电动汽车，电动汽车的高压控制系统包括一个集成回路，所述集电回路用于在高压下电工况时，收集高压负载回路中的高压负载部件的残余电量；在高压上电前预充工况时，将所存储的电能充进高压负载回路，所述集成回路连接在高压负载回路两端。
20.有益效果：
21.1、在高压卸载时，尽可能收集卸载电压时的电能并能够存储，转化为车辆上电时预充能量，这样既可加速卸载电压、保障车辆电网安全，也可以对能量回收利用，同时还能
够进行存储过载保护；
22.2、在高压预充时，尽量释放收集到的电能，且保证在释放时电压不过载；
23.3、卸载存储和预充释放时机可控，其步骤与原有电动汽车回路的卸载、预充回路能够被协调性控制。具体来说：高压卸载时，集电电容回路只收集电池包主正、主负继电器断开后负载网络的残余电能，避免电池包向集电电容回路充电；高压预充时，在预充回路闭合前先进行电容释放电量提升电路电压，避免预充回路向集电电容回路充电。
24.4、可以减少碳化硅基体的开关、二极管等电气部件的使用，降低了成本。
附图说明
25.图1是本发明所述的高压系统结构；
26.图2是本发明所述实施例的高压上电预充工况的流程示意图；
27.图3是本发明所述实施例的高压下电工况的流程示意图。
具体实施方式
28.下列具体实施方式用于对本发明权利要求技术方案的解释，以便本领域的技术人员理解本权利要求书。本发明的保护范围不限于下列具体的实施结构。本领域的技术人员做出的包含有本发明权利要求书技术方案而不同于下列具体实施方式的也是本发明的保护范围。
29.设计方案如图1所示，在一般高压回路中，增加如图1虚线方框中所示的集电回路。
30.所述集电回路连接在高压负载回路两端，用于在高压下电工况时，收集高压负载回路中的高压负载部件的残余电量；在高压上电前预充工况时，将所存储的电能充进高压负载回路，所述集成回路连接在高压负载回路两端；高压负载回路为连接dcdc、加热器、压缩机、电机-逆变器系统等高压负载部件的高压回路，其与电池供电回路的正极和负极连接分别通过主正和主负继电器控制导通和断开。
31.集电回路包括降压电路，一端连接高压负载回路，另一端连接储能电路，用于在高压下电工况下对储能电路进行降压；在本实施例中包括第一电阻r1；第一电阻r1用于在高压下电工况下分担部分卸载高压以降低电容c1和c2的充电电压；
32.集电回路包括单向导通电路，单向导通电路与降压电路并联，用于对电流进行单向导通；在本实施例中包括第一二极管d1，其与第一电阻r1并联；在高压下电工况时，使从高压负载回路输出的电流仅通过第一电阻r1向电容充电；在高压上电前预充工况时，电流仅经过第一二极管d1输出至高压负载回路。
33.集电回路还包括储能电路，用于在高压下电工况下存储高压负载回路收集残余电量；还用于在高压上电前预充工况下将所存储的电能充进高压负载回路；
34.储能电路包括多个电容，在高压下电工况下，多个电容并联接收高压负载回路中的高压负载部件的残余电量充电储能，在高压上电前预充工况下，多个电容并联对高压负载回路中的高压负载部件进行预充电，或多个电容串联对高压负载回路中的高压负载进行预充电；本实施例中，储能电路包括第一电容c1和第二电容c2，第一电容c1的正端直接与降压电路一端连接或者通过保险f1与降压电路一端连接，第一电容c1的负端连接第四二极管d4的一端，第四二极管d4的另一端连接第三电阻r3；第二电容c2的正端与第一电容c1的正端
之间串联第二二极管d2，第二电容c2的正端与第四二极管d4的一端之间串联第三二极管d3和第二开关s2，第二开关s2在第二电容d2放电时闭合。
35.在高压上电预充工况下，第二二极管d2和第四二极管d4控制电流从第二电容c2通过第三二极管d3与控制电路中的第二开关s2流至第一电容c1，从而使第一电容c1与第二电容c2串联；在高压下电工况时，当残余电压低于第一电容c1和第二电容c2两端电势时，第二二极管d2和第四二极管d4分别用于保持第一电容c1和第二电容c2的电量；在高压上电前预充工况时，二极管d2～d4使第一电容c1和第二电容c2以串联方式进行放电以提高放电电压。
36.第二电容c2正端还连接第二电阻r2，，在高压下电工况下减少高压卸载时对第二电容c2的电压冲击；在高压上电预充工况下,当第一电容c1和第二电容c2存在电势差时减少第一电容c1向第二电容c2充电。
37.集电回路包括控制电路，控制集电回路的充放电状态，当在高压下电工况时，控制储能电路并联充电，当高压上电前预充工况时，控制储能电路放电；在本实施例中，在高压下电工况时，闭合第一开关s1及打开第二开关s2以从高压负载回路收集残余电量；在高压上电前预充工况时，同时闭合第一开关s1及第二开关s2以将集电回路所存储的电能充进高压负载回路。
38.具体地，本实施例中的集成回路如图1所示，包括：
39.第一开关s1的一端连接高压负载回路中的电池包的一端，另一端分别与第一电阻r1的一端及第一二极管d1的负极相连；第一二极管d1的正极与第一电阻r1的另一端相连，第一电阻r1的另一端通过保险f1分别与第一电容c1的一端以及第二二极管d2的正极相连；第二二极管d2的另一端与第二电阻r2的一端相连；第一电容c1的另一端分别与第四二极管d4的正极、第二开关s2的一端相连；第二电阻r2的另一端分别与第二电容c2的一端以及第三二极管d3的正极相连；第二电容c2的另一端接地；第四二极管d4的负极通过电阻r3接至高压负载回路的负端；第二开关s2的另一端与第三二极管d3的负极相连。
40.在高压上电前预充工况时，高压负载回路中连接电池包负极的开关s
主负
断开和连接电池包正极的s
主正
均断开，集电回路中连接电池包的开关s1闭合，高压负载回路残余高压经过第一电阻r1向第一电容c1和第二电容c2充电；
41.集电回路充电状态时，第二开关s2打开，此时电容c1和c2并联充电状态，高压负载回路残余电压高于集电回路电容两端电势时，电容充电；当残余电压逐步降低，低于电容两端电势后，由于二极管d2和二极管d4的存在，电容电量保持，不释放电能，集电完成后第一开关s1断开。
42.由于与第一电阻r1并联的第一二极管d1的单向流通作用，因此在集电回路充电时，电流不通过第一二极管d1而流经第一r1，电流经过电阻后电势下降，从而使电容c1和c2充电电压适当降低，电阻r2和r3分别为保护电容c1和c2限流。r1、r2和r3电阻都能减少高压卸载时电压冲击。
43.电阻r1可以通过选型阻值大小，使两端的压差保持合理范围，从而保护二极管d1不被反向击穿。这样设置的效果在于使开关、二极管等含有半导体材料的元件耐压等级降低，从而降低总体部件选型成本。
44.考虑集电时r1的分压作用，r1占据(r1+r2*r3/(r2+r3))的30％-40％；考虑r1对二极管d1的击穿电压保护作用，r1的阻值满足：
45.800v*(r1/(r1+r2*r3/(r2+r3)))《2*v
d1
46.其中：v
d1
为二极管d1的耐击穿电压。
47.该集成回路的工作原理如下：
48.(一)高压下电工况下：
49.一般高压卸载时，开关s
主负
断开，之后s
主正
断开；s
预充
仅在上电预充时闭合，并且预充完成后立即打开，高压负载部件工作时，其保持为打开状态；
50.增加集电回路后的高压下电工况时，开关s
主负
、s
主正
、s
预充
与一般高压卸载状态一致；
51.如图3所示，高压集电回路中，开关s1闭合，连接高压用电设备电压回路的高压负载回路的残余高压经过电阻r1向电容充电。集电回路充电状态时，开关s2打开。从电路原理可以看出，此时c1和c2并联充电状态。高压负载回路残余电压高于集电回路电容两端电势时，电容充电；当残余电压逐步降低，低于电容两端电势后，由于d2和d4二级管存在，电容电量保持，不释放电能，集电完成后开关s1断开。
52.r1作用在于分担部分卸载高压。因为与r1并联的二级管d1具有单向流通作用，因此在集电回路充电时，电流不通过二级管d1而流经r1，电流经过电阻后电势下降，从而使c1和c2充电电压适当降低，r2和r3分别为保护c1和c2限流；其二，r1～r3电阻都能减少高压卸载时电压冲击。其三，电阻r1可以通过选型阻值大小，使两端的压差保持合理范围，从而保护二级管d1不被反向击穿；这样设置在于使开关、二级管等含有半导体材料的元件耐压等级降低，从而降低总体部件选型成本。
53.f1保险是防止集电回路电流过大的保护电路，例如电容被击穿可能形成充、放电过流。
54.(二)高压上电前预充工况下：
55.一般在高压系统高压加载时，首先关闭s
主负
，之后关闭s
预充
进入高压预充程序，等待电压预充上升至阈值后，断开s
预充
结束高压预充，再闭合s
主正
，高压系统放电状态就绪。
56.增加集电回路后的高压加载过程与一般高压系统高压加载过程不同，如图2所示，首先关闭s
主负
，之后关闭s1和s2开关，进入集电回路放电状态，经历一段时长(该时长根据电容放电速度调整)后，打开s1和s2开关，集电回路放电完成。之后关闭s
预充
进入高压预充程序，等待电压预充上升至阈值后，断开s
预充
结束高压预充，再闭合s
主正
，高压系统放电状态就绪；一般预充电压的阈值为760v。
57.在集电回路放电状态中，s1和s2关闭后，在二级管d2、d3和d4单向电流控制作用下，r2和r3电阻防回流共同作用下，使电容c1和c2以并联方式进行放电，这样提高放电电压，尽可能多将集电回路所存电能快速充进负载高压回路。
58.二级管d1的作用是在集电回路放电过程中短接电阻r1，这样电流通过二级管d1，而不通过电阻r1，减少了不必要的电能消耗。
59.主要元件预设规格如下：电阻r1～r3的阻值分别为2kω、5kω、5kω；电容c1和c2的电容量均为4μf，f1的额定电流为20a；
60.本技术实施例还提供一种电动汽车，电动汽车的高压控制系统包括一个集成回路，所述集电回路用于在高压下电工况时，收集高压负载回路中的高压负载部件的残余电量；在高压上电前预充工况时，将所存储的电能充进高压负载回路，所述集成回路连接在高压负载回路两端；本实施例中所述高压为800v高压。
61.本说明书未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

技术特征：
1.一种电动汽车的高压系统，其特征在于，包括一个集成回路，所述集电回路用于在高压下电工况时，收集高压负载回路中的高压负载部件的残余电量；在高压上电前预充工况时，将所存储的电能充进高压负载回路，所述集成回路连接在高压负载回路两端。2.如权利要求1所述的电动汽车的高压系统，其特征在于，所述集电回路包括储能电路、控制电路、降压电路和单向导通电路；储能电路用于在高压下电工况下存储高压负载回路收集的残余电量；还用于在高压上电前预充工况下将所存储的电能充进高压负载回路；控制电路控制集电回路的充放电状态，当在高压下电工况时，控制储能电路并联充电，当高压上电前预充工况时，控制储能电路放电；降压电路连接在电池包与高压负载回路间，且与储能电路串联，用于在高压下电工况下对储能电路进行降压；单向导通电路与降压电路并联，用于对电流进行单向导通。3.如权利要求2所述的电动汽车的高压系统，其特征在于，所述储能电路包括多个电容，在高压下电工况下，多个电容并联接收高压负载回路中的高压负载部件的残余电量充电储能，在高压上电前预充工况下，多个电容并联对高压负载回路中的高压负载部件进行预充电，或多个电容串联对高压负载回路中的高压负载进行预充电。4.如权利要求2或3所述的电动汽车的高压系统，其特征在于，所述储能电路包括至少两个电容，第一电容的正端与降压电路一端连接，第一电容的负端连接第四二极管，第四二极管连接第三电阻；第二电容的正端与第一电容的正端之间串联第二二极管，第二电容的正端与第四二极管之间串联第三二极管和第二开关，第二开关在第二电容放电时闭合。5.如权利要求4所述的电动汽车的高压系统，其特征在于，第二电容正端连接第二电阻。6.一种电动汽车高压控制方法，其特征在于，在高压下电工况时，集电回路收集高压负载回路中的高压负载部件的残余电量；在高压上电前预充工况时，将所存储的电能充进高压负载回路，所述集成回路连接在高压负载回路两端。7.如权利要求6所述的电动汽车高压控制方法，其特征在于，在高压下电工况下，集成回路中的控制电路控制集成回路中的储能电路并联充电，储能电路存储高压负载回路收集残余电量，连接在电池包与高压负载回路间且与储能电路串联的降压电路对储能电路进行降压；在高压上电前预充工况下，储能电路将所存储的电能充进高压负载回路，与降压电路并联的单向导通电路对电流进行单向导通。8.如权利要求7所述的电动汽车高压控制方法，其特征在于，所述储能电路包括多个电容，在高压下电工况下，多个电容并联接收高压负载回路中的高压负载部件的残余电量充电储能，在高压上电前预充工况下，多个电容并联对高压负载回路中的高压负载部件进行预充电，或多个电容串联对高压负载回路中的高压负载进行预充电。9.如权利要求7所述的电动汽车高压控制方法，其特征在于，所述储能电路包括至少两个电容，第一电容的正端与降压电路一端连接，第一电容的负端连接第四二极管，第四二极管连接第三电阻；第二电容的正端与第一电容的正端之间串联第二二极管，第二电容的正端与第四二极管之间串联第三二极管和第二开关，第二开关在第二电容放电时闭合。10.一种电动汽车，其特征在于，电动汽车的高压控制系统包括一个集成回路，所述集
电回路用于在高压下电工况时，收集高压负载回路中的高压负载部件的残余电量；在高压上电前预充工况时，将所存储的电能充进高压负载回路，所述集成回路连接在高压负载回路两端。

技术总结
本发明公开了一种电动汽车的高压系统、高压控制方法和电动汽车，包括一个集成回路，所述集电回路用于用于在高压下电工况时，收集高压负载回路中的高压负载部件的残余电量；在高压上电前预充工况时，将所存储的电能充进高压负载回路，所述集成回路连接在高压负载回路两端。本发明将卸载电压时能量进行适当收集，转化为车辆上电时预充能量。这样既可加速卸载电压，保障车辆电网安全，符合国标强制要求，也可以对能量回收利用。使电动汽车更加适合电压平台上升的发展趋势。台上升的发展趋势。台上升的发展趋势。


技术研发人员：王建波 江思桦 李游 樊勇 寇瑞环
受保护的技术使用者：神龙汽车有限公司
技术研发日：2023.04.28
技术公布日：2023/7/6