一种混合动力电动车辆高压系统保护装置及其使用方法

摘要

一种混合动力电动车辆高压系统保护装置，包括高压电池、驱动电机、高压分线盒、电流传感器、信号处理模块、比较器、驱动模块、高压继电器与功率电阻；使用时，由电流传感器对高压分线盒、高压电池所组成的高压回路中的电流信号进行即时采集，采集到的电流信号依次经信号处理模块、比较器、驱动模块处理，再根据处理结果控制高压继电器闭合或关闭，以决定功率电阻是否参入高压分线盒、高压电池所组成的高压回路中，从而确保高压附件不会因母线电流频繁换向而损坏，有效保护车辆高压系统，且不用停止高压附件。因此，本设计能在不影响整车动力性的情况下，有效保护车辆高压系统。

说明书

技术领域

本发明涉及一种高压系统保护装置，尤其涉及一种混合动力电动车辆高压系统保护装置及其使用方法，属于电动汽车高压安全技术防护领域，具体适用于在不影响整车动力性的情况下，有效保护车辆高压系统。

背景技术

目前，混合动力汽车和纯电动汽车一般都设置有电动液压助力转向、电动空调、电动空压机、DC/DC转换器等高压附件，这些高压附件集体以高压分线盒的形式与驱动电机并联连接在高压电池的正负极两端。在每个高压附件回路中都设置有一定规格的高压熔断器，以保证高压附件回路发生过流情况时高压附件的安全。

驱动电机既可以作为电动机驱动车辆行驶，也可以作为发电机发电产生电能存储在高压电池中。但由于车辆行驶路况的复杂性，电机需要在电动模式和发电模式之间频繁切换，这将造成电机高压回路中母线电流的频繁换向，导致母线电流变化较大，而由于在整个高压系统中，高压附件和电机属于并联关系，一旦电机产生的瞬间电流较大，超出了高压电池的吸收能力，部分电流势必会流向高压附件回路，造成高压附件回路中的高压熔断器因过流而烧毁，高压附件就会停止工作，从而影响车辆安全行驶。

中国专利授权公告号为CN202042798U，授权公告日为2011年11月16日的实用新型专利公开了一种电动汽车用高压配电系统，该高压配电系统中，多个高压附件就集体以高压分线盒的形式与驱动电机并联连接在高压电池的正负极两端，如空调压缩机、助力转向器、空气压缩机、DC/DC转换器等，且在每个高压附件上都串联有一个电流熔断器以进行过流保护。该高压配电系统同样存在前文所述的缺陷，即以影响整车动力性为牺牲，才能保护车辆高压系统。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中存在的以影响整车动力性为牺牲，才能保护车辆高压系统的缺陷与问题，提供一种不影响整车动力性就能有效保护车辆高压系统的混合动力电动车辆高压系统保护装置及其使用方法。

为实现以上目的，本发明的技术解决方案是：一种混合动力电动车辆高压系统保护装置，包括高压电池、驱动电机与高压分线盒，所述驱动电机、高压分线盒并联连接在高压电池的正负极两端，且在高压分线盒内设置有多个并联连接的高压附件；

所述保护装置还包括电流传感器、信号处理模块、比较器、驱动模块、高压继电器与功率电阻；

所述电流传感器、功率电阻串联在高压分线盒、高压电池所组成的高压回路中，且功率电阻位于电流传感器、高压分线盒之间；所述电流传感器的信号输出端依次经信号处理模块、比较器、驱动模块后与高压继电器的低压控制端口的一端相连接，高压继电器的低压控制端口的另一端与电源的正极相连接，高压继电器的高压输入输出端口分别与功率电阻的两端相连接。

所述电源为24V低压电源。

所述信号处理模块包括一号处理电阻、二号处理电阻与一号处理电容，所述一号处理电阻、二号处理电阻的一端均与电流传感器的信号输出端相连接，一号处理电阻的另一端接地，二号处理电阻的另一端与比较器的输入端、一号处理电容的一端相连接，一号处理电容的另一端接地。

所述驱动模块包括一号驱动电阻、二号驱动电阻与一号驱动三极管，所述一号驱动电阻的一端与比较器的输出端相连接，一号驱动电阻的另一端与二号驱动电阻的一端、一号驱动三极管的基极相连接，二号驱动电阻的另一端接地，一号驱动三极管的发射极接地，一号驱动三极管的集电极与高压继电器的低压控制端口的一端相连接，高压继电器的低压控制端口的另一端与电源的正极相连接。

所述高压附件包括DC/DC转换器、电动液压助力转向器、电动空调、电动空压机、其余电动附件，且在每个高压附件上都对应的串联有一个高压熔断器。

一种上述混合动力电动车辆高压系统保护装置的使用方法，所述使用方法包括以下步骤：

先将高压继电器设置为闭合状态，此时功率电阻在高压分线盒、高压电池所组成的高压回路中不参与工作，再由电流传感器对高压分线盒、高压电池所组成的高压回路中的电流信号进行采集，并将采集到的电流信号传递给信号处理模块，再由信号处理模块将电流信号处理成电压信号，并传递给比较器，然后由比较器将接收到的电压信号与参考电压进行比较，并将比较结果传递给驱动模块，再由驱动模块根据比较结果控制高压继电器闭合或断开：

当电压信号大于等于参考电压时，驱动模块控制高压继电器断开，此时，功率电阻在高压分线盒、高压电池所组成的高压回路中参与工作，以降低高压回路中的电流；

当电压信号小于参考电压时，驱动模块控制高压继电器继续闭合，功率电阻在高压分线盒、高压电池所组成的高压回路中不参与工作。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

1、本发明一种混合动力电动车辆高压系统保护装置及其使用方法中在现有高压电池、高压分线盒、驱动电机的基础上增设了电流传感器、信号处理模块、比较器、驱动模块、高压继电器与功率电阻，使用时，通过电流传感器对高压分线盒、高压电池所组成的高压回路中的电流信号进行即时采集，采集到的电流信号依次经信号处理模块、比较器、驱动模块处理后，再根据处理结果控制高压继电器闭合或关闭，从而决定功率电阻是否参入高压分线盒、高压电池所组成的高压回路中，若功率电阻参与，则会分担电压，从而有效降低高压分线盒、高压电池所组成的高压回路中的电流，确保高压附件不会因母线电流频繁换向而损坏，有效保护车辆高压系统，且不用停止高压附件；若功率电阻不参与，则说明高压分线盒、高压电池所组成的高压回路中的电流较小，不会对高压附件的正常运行造成阻碍，高压附件也不会停止。因此，本发明能在不影响整车动力性的情况下，有效保护车辆高压系统。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是图1中高压分线盒的结构示意图。

图中：高压电池1、驱动电机2、高压分线盒3、高压附件30、DC/DC转换器31、电动液压助力转向器32、电动空调33、电动空压机34、其余电动附件35、高压熔断器36、电流传感器4、信号处理模块5、一号处理电阻51、二号处理电阻52、一号处理电容53、比较器6、驱动模块7、一号驱动电阻71、二号驱动电阻72、一号驱动三极管73、高压继电器8、功率电阻9、电源10。

具体实施方式

以下结合附图说明和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

参见图1–图2，一种混合动力电动车辆高压系统保护装置，包括高压电池1、驱动电机2与高压分线盒3，所述驱动电机2、高压分线盒3并联连接在高压电池1的正负极两端，且在高压分线盒3内设置有多个并联连接的高压附件30；

所述保护装置还包括电流传感器4、信号处理模块5、比较器6、驱动模块7、高压继电器8与功率电阻9；

所述电流传感器4、功率电阻9串联在高压分线盒3、高压电池1所组成的高压回路中，且功率电阻9位于电流传感器4、高压分线盒3之间；所述电流传感器4的信号输出端依次经信号处理模块5、比较器6、驱动模块7后与高压继电器8的低压控制端口的一端相连接，高压继电器8的低压控制端口的另一端与电源10的正极相连接，高压继电器8的高压输入输出端口分别与功率电阻9的两端相连接。

所述电源10为24V低压电源。

所述信号处理模块5包括一号处理电阻51、二号处理电阻52与一号处理电容53，所述一号处理电阻51、二号处理电阻52的一端均与电流传感器4的信号输出端相连接，一号处理电阻51的另一端接地，二号处理电阻52的另一端与比较器6的输入端、一号处理电容53的一端相连接，一号处理电容53的另一端接地。

所述驱动模块7包括一号驱动电阻71、二号驱动电阻72与一号驱动三极管73，所述一号驱动电阻71的一端与比较器6的输出端相连接，一号驱动电阻71的另一端与二号驱动电阻72的一端、一号驱动三极管73的基极相连接，二号驱动电阻72的另一端接地，一号驱动三极管73的发射极接地，一号驱动三极管73的集电极与高压继电器8的低压控制端口的一端相连接，高压继电器8的低压控制端口的另一端与电源10的正极相连接。

所述高压附件30包括DC/DC转换器31、电动液压助力转向器32、电动空调33、电动空压机34、其余电动附件35，且在每个高压附件30上都对应的串联有一个高压熔断器36。

一种上述混合动力电动车辆高压系统保护装置的使用方法，所述使用方法包括以下步骤：

先将高压继电器8设置为闭合状态，此时功率电阻9在高压分线盒3、高压电池1所组成的高压回路中不参与工作，再由电流传感器4对高压分线盒3、高压电池1所组成的高压回路中的电流信号进行采集，并将采集到的电流信号传递给信号处理模块5，再由信号处理模块5将电流信号处理成电压信号，并传递给比较器6，然后由比较器6将接收到的电压信号与参考电压进行比较，并将比较结果传递给驱动模块7，再由驱动模块7根据比较结果控制高压继电器8闭合或断开：

当电压信号大于等于参考电压时，驱动模块7控制高压继电器8断开，此时，功率电阻9在高压分线盒3、高压电池1所组成的高压回路中参与工作，以降低高压回路中的电流；

当电压信号小于参考电压时，驱动模块7控制高压继电器8继续闭合，功率电阻9在高压分线盒3、高压电池1所组成的高压回路中不参与工作。

本发明的原理说明如下：

1、高压继电器的控制背景：

驱动电机与高压分线盒并联接在高压电池的正负极两端，所述驱动电机既可以进行电动模式驱动车辆，也可以进行发电模式产生电能，由于整车行驶工况的复杂性，驱动电机在车辆行驶过程中，频繁的在电动模式和发电模式之间切换。当驱动电机处于驱动模式时，相当于一个负载，与高压分线盒并联，由高压电池提供电能工作；当驱动电机处于发电模式时，相当于一个电源，此时高压电池相当于一个负载，吸收存储驱动电机发电产生的电能，同时又为高压分线盒内的高压附件提供电能。电机这种在电动模式和发电模式之间的频繁切换，会造成电机高压回路中母线电流的频繁换向，导致母线电流变化较大，而高压附件和电机又是并联关系，一旦电机产生的瞬间电流较大，超出了高压电池的吸收能力，部分电流势必会流向高压附件回路，造成高压附件回路中的高压熔断器因过流而烧毁，高压附件停止工作，影响车辆安全行驶。为解决该缺陷，本设计通过高压继电器的闭合或断开来解决高压过流的问题，而不需要停止高压附件工作，具体情况如下：

电流传感器可以采集到任意时刻通过高压分线盒、高压电池所组成的高压回路中的电流信号，并将该信号输出给信号处理模块，由信号处理模块对该电流信号进行信号处理转换为电压信号后，再输出给比较器，比较器将接收到的电压信号与可标定的参考电压进行比较，并将比较结果输出给驱动模块。由于驱动模块的输出端、24V电源的正极分别连接在高压继电器低压控制端口的两端，所以驱动模块可以根据从比较器获得的信息，控制高压继电器低压控制回路的闭合与断开，从而控制高压继电器高压输出端的闭合与断开。

2、高压继电器的闭合：

一般情况下，高压继电器闭合，高压分线盒、高压电池所组成的高压回路为：高压电池正极–电流传感器–高压继电器–高压分线盒–高压电池负极。

3、高压继电器的断开：

当电流传感器采集到的电流值高于高压分线盒内高压附件最大安全工作电流时（由比较器比较的结果显示），驱动模块将根据比较器比较的结果，断开高压继电器，此时，高压分线盒、高压电池所组成的高压回路为：高压电池正极–电流传感器–功率电阻–高压分线盒–高压电池负极。此时，由于功率电阻接入到高压分线盒、高压电池所组成的高压回路中，分担了部分电压，有效降低了高压分线盒与高压电池所构成的高压回路中的电流，确保高压附件不受电机母线电流频繁换向带来的影响。此外，整个保护过程中，都不需要停止高压附件，完全不影响整车的动力性能。

4、高压附件：

高压分线盒内主要包括多个并联连接的DC/DC转换器、电动液压助力转向器、电动空调、电动空压机、其余电动附件，且在每个高压附件上都对应的串联有一个高压熔断器以保证对应高压附件的安全工作。

实施例1：

一种混合动力电动车辆高压系统保护装置，包括高压电池1、驱动电机2、高压分线盒3、电流传感器4、信号处理模块5、比较器6、驱动模块7、高压继电器8与功率电阻9；所述驱动电机2、高压分线盒3并联连接在高压电池1的正负极两端，高压分线盒3内设置有多个并联连接的高压附件30，这些高压附件30包括DC/DC转换器31、电动液压助力转向器32、电动空调33、电动空压机34、其余电动附件35，且在每个高压附件30上都对应的串联有一个高压熔断器36；

所述电流传感器4、功率电阻9串联在高压分线盒3、高压电池1所组成的高压回路中，且功率电阻9位于电流传感器4、高压分线盒3之间；所述电流传感器4的信号输出端依次经信号处理模块5、比较器6、驱动模块7后与高压继电器8的低压控制端口的一端相连接，高压继电器8的低压控制端口的另一端与电源10（24V低压电源）的正极相连接，高压继电器8的高压输入输出端口分别与功率电阻9的两端相连接；

所述信号处理模块5包括一号处理电阻51、二号处理电阻52与一号处理电容53，所述一号处理电阻51、二号处理电阻52的一端均与电流传感器4的信号输出端相连接，一号处理电阻51的另一端接地，二号处理电阻52的另一端与比较器6的输入端、一号处理电容53的一端相连接，一号处理电容53的另一端接地；

所述驱动模块7包括一号驱动电阻71、二号驱动电阻72与一号驱动三极管73，所述一号驱动电阻71的一端与比较器6的输出端相连接，一号驱动电阻71的另一端与二号驱动电阻72的一端、一号驱动三极管73的基极相连接，二号驱动电阻72的另一端接地，一号驱动三极管73的发射极接地，一号驱动三极管73的集电极与高压继电器8的低压控制端口的一端相连接，高压继电器8的低压控制端口的另一端与电源10（24V低压电源）的正极相连接。

一种上述混合动力电动车辆高压系统保护装置的使用方法，所述使用方法包括以下步骤：

先将高压继电器8设置为闭合状态，此时功率电阻9在高压分线盒3、高压电池1所组成的高压回路中不参与工作，再由电流传感器4对高压分线盒3、高压电池1所组成的高压回路中的电流信号进行采集，并将采集到的电流信号传递给信号处理模块5，再由信号处理模块5将电流信号处理成电压信号，并传递给比较器6，然后由比较器6将接收到的电压信号与参考电压进行比较，并将比较结果传递给驱动模块7，再由驱动模块7根据比较结果控制高压继电器8闭合或断开：

当电压信号大于等于参考电压时，驱动模块7控制高压继电器8断开，此时，功率电阻9在高压分线盒3、高压电池1所组成的高压回路中参与工作，消耗电能，降低回路中的电流，有效保护整个高压系统，从而确保整车安全行驶；

当电压信号小于参考电压时，驱动模块7控制高压继电器8继续闭合，功率电阻9在高压分线盒3、高压电池1所组成的高压回路中不参与工作，不影响整车动力性能。