本發(fā)明屬電動汽車技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種適用于電動汽車中交流電機發(fā)生不可控發(fā)電時的電池保護電路。

背景技術(shù)：

目前的電動汽車大多采用交流電機作為牽引電機，交流電機結(jié)構(gòu)相對簡單，使用壽命長，轉(zhuǎn)速范圍大。為滿足電動汽車較高調(diào)速范圍的要求，交流電機通常采用弱磁控制。當電機通過弱磁升速技術(shù)運行在高速時，可能出現(xiàn)由于故障全橋逆變器功率管的驅(qū)動信號全部消失，此時交流電機產(chǎn)生的等效反電動勢高于電池電壓，逆變器的續(xù)流二極管構(gòu)成不可控整流橋，電流經(jīng)過不可控整流橋到直流側(cè)給電池充電，系統(tǒng)進入不可控發(fā)電狀態(tài)。直到電機減速到等效反電動勢與電池電壓相等時，不可控發(fā)電狀態(tài)結(jié)束。

電動汽車處于不可控發(fā)電狀態(tài)運行時間雖然較短，但電機高速運行所產(chǎn)生的反電勢很高，由于電機電感很小，電池內(nèi)阻很小，瞬間會產(chǎn)生很大的電流和電壓，對電池產(chǎn)生沖擊。過大的電流對電池充電會造成電池高倍率充電的情況，高倍率充放電會造成電池容量下降，甚至電池燃燒等問題，危害電動汽車安全性。

目前針對電動汽車不可控發(fā)電的研究不多，大多數(shù)的解決方案是通過放電電阻將產(chǎn)生的能量消耗，從而達到對電池保護的目的。但電動汽車不可控發(fā)電產(chǎn)生的能量可以加以利用，這樣的解決方案降低了能量的利用率，不利于提高電動汽車的續(xù)航里程。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種用于電動汽車發(fā)生不可控發(fā)電運行時的電池保護電路，該保護電路可以防止不可控發(fā)電產(chǎn)生的大電流對電池產(chǎn)生的沖擊，同時還能將不可控發(fā)電的能量回收到電池內(nèi)，既保證了電池安全，又提高了能量的利用率。

一種用于電動汽車不可控發(fā)電的電池保護電路，其特征在于：主要包括電流選擇模塊，基準電流輸入模塊，脈沖充電模塊，超級電容和穩(wěn)壓充電模塊。

當電動汽車發(fā)生不可控發(fā)電時，電機產(chǎn)生的輸入電流通過逆變器到達電流選擇模塊，電流選擇模塊比較輸入電流和基準電流的大小，當輸入電流的值大于基準電流值時，電流流向超級電容，由超級電容吸收不可控發(fā)電產(chǎn)生的能量，避免對電池的傷害；當輸入電流的值小于基準電流值時，電流流向脈沖充電模塊；當不可控發(fā)電過程結(jié)束、電池停止充電時，穩(wěn)壓充電模塊開始工作，將超級電容內(nèi)的能量通過脈沖充電模塊向電池充電。

所述的電流選擇模塊包括第一電阻、第二電阻、第一MOS管、第二MOS管和比較器，比較器的反向輸入端通過第一電阻和基準電流輸入模塊相連，比較器的正向接口通過第二電阻和逆變器相連，比較器的輸出端分別與第一MOS管和第二MOS管的柵極相連，第一MOS管和第二MOS管的源極都和逆變器相連，第一MOS管的漏極和超級電容相連，第二MOS管的漏極和脈沖充電模塊的第三MOS管相連。

所述的基準電流輸入模塊用于設定基準電流值，即電池充電的安全電流值，根據(jù)電動汽車的電池性能，基準電流值一般設為電池1.5～3倍率充電時對應電流值。

所述的脈沖充電模塊包括第八二極管、第二電感、第二電容、第三MOS管和PWM發(fā)生器，第八二極管、第二電容保持與電池并聯(lián)，第二電感與電池串聯(lián)，第三MOS管的漏極與第八二極管的負極和第二電感相連，第三MOS管源極與穩(wěn)壓充電模塊的延遲開關(guān)和電流選擇模塊的第二MOS管相連，PWM發(fā)生器與第三MOS管相連，根據(jù)電動汽車的電池性能對PWM發(fā)生器頻率進行調(diào)節(jié)，以達到最好的充電效果。

所述的穩(wěn)壓充電模塊包括第一電感、升壓IGBT、降壓IGBT、第六二極管、第七二極管和延遲開關(guān)，第一電感的一端和超級電容相連，另一端和升壓IGBT的發(fā)射極、降壓IGBT的集電極相連，第六二極管與降壓IGBT并聯(lián)，其正極和降壓IGBT的發(fā)射極相連，第七二極管與升壓IGBT并聯(lián)，其正極和升壓IGBT的發(fā)射極相連，延遲開關(guān)與電池相連，當電池停止充電時，開關(guān)閉合。

本發(fā)明的有益效果是：當不可控發(fā)電產(chǎn)生的電流大于電池充電的安全電流值時，由超級電容吸收能量，由于超級電容功率密度高，即回收了能量，還避免對電池產(chǎn)生傷害。當不可控發(fā)電產(chǎn)生的電流小于電池充電的安全電流值時，用脈沖充電的方式對電池充電，脈沖充電是一種高效的充電方式，有利于提高充電效率。當不可控發(fā)電過程結(jié)束、電池停止充電時，同樣采用脈沖充電的方式由超級電容對電池充電。即該保護電路可以防止不可控發(fā)電產(chǎn)生的大電流對電池產(chǎn)生的沖擊，同時還能將不可控發(fā)電的能量回收到電池內(nèi)，既可以保證電池安全，又可以提高能量利用率。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的一種用于電動汽車不可控發(fā)電的電池保護電路的基本結(jié)構(gòu)框圖

圖2是本發(fā)明的一種用于電動汽車不可控發(fā)電的電池保護電路的電路圖

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進一步說明，本發(fā)明包括但不僅限于下述實施例。

本發(fā)明提供了一種用于電動汽車發(fā)生不可控發(fā)電運行時的電池保護電路，如圖1所示，主要包括電流選擇模塊，基準電流輸入模塊，脈沖充電模塊，超級電容和穩(wěn)壓充電模塊。

電流選擇模塊有兩個輸入、兩個輸出，輸入分別連接基準電流輸入模塊和逆變器，輸出分別連接超級電容和脈沖充電模塊。電流選擇模塊通過比較逆變器的輸入電流和基準電流的大小，決定電流輸出方向：當輸入電流大于基準電流時，電流流向超級電容；當輸入電流小于基準電流時，電流流向脈沖充電模塊。

脈沖充電模塊有兩個輸入、一個輸出，輸入分別連接電流選擇模塊和穩(wěn)壓充電模塊，輸出連接電池。脈沖充電模塊是為了實現(xiàn)電流以脈沖的形式對電池充電，這種充電形式可以提高電池充電效率。

超級電容的輸入連接電流選擇模塊，輸出連接穩(wěn)壓充電模塊。超級電容負責吸收不可控發(fā)電過程中，電流沖擊很大的能量，并在電池停止充電時，把能量通過穩(wěn)壓充電模塊向電池充電。

穩(wěn)壓充電模塊有兩個輸入，一個輸出，輸入分別連接電池和超級電容，輸出連接脈沖充電模塊。平時穩(wěn)壓充電模塊處于關(guān)斷狀態(tài)，當電池停止充電時，電池向穩(wěn)壓充電模塊發(fā)出信號，穩(wěn)壓充電模塊開始工作，輔助將超級電容中的能量平穩(wěn)的輸送到脈沖充電模塊。

圖2為本發(fā)明電池保護電路的電路圖。電流選擇模塊10包括電阻R1、電阻R2、MOS管Q1、MOS管Q2和比較器A1。比較器A1的反向輸入端通過電阻R1和基準電流輸入模塊的口P1相連，比較器A1的正向接口通過電阻R2和逆變器相連，比較器A1的輸出端分別與MOS管Q1和MOS管Q2的柵極相連，MOS管Q1和MOS管Q2的源極都和輸入電流相連，MOS管Q1的漏極和超級電容相連，MOS管Q2的漏極和脈沖充電模塊的MOS管Q3的源極相連。

脈沖充電模塊20包括二極管D8、電感L2、電容C2、MOS管Q3和PWM發(fā)生器。二極管D8、電容C2保持與電池并聯(lián)，電感L2與電池串聯(lián)，MOS管Q3的漏極與二極管D2的負極和電感L2相連，MOS管Q3的源極與穩(wěn)壓充電模塊的延遲開關(guān)S1和電流選擇模塊MOS管Q2的漏極相連，PWM發(fā)生器與MOS管Q3相連。

穩(wěn)壓充電模塊30包括電感L1、升壓IGBT、降壓IGBT、二極管D6、二極管D7和延遲開關(guān)S1，其中兩個IGBT都為P溝道IGBT。電感L1的一端和超級電容相連，另一端和升壓IGBT的發(fā)射極、降壓IGBT的集電極相連，二極管D6與降壓IGBT并聯(lián)，D6的正極和降壓IGBT的發(fā)射極相連，二極管D7與升壓IGBT并聯(lián)，D7的正極和升壓IGBT的發(fā)射極相連，延遲開關(guān)S1與電池相連。

下面結(jié)合圖2對本發(fā)明電路工作原理進行詳細說明：

逆變器00由6個二極管D1、D2、D3、D4、D5、D6組成，左側(cè)和交流電機M的三項繞組相連，右側(cè)和電流選擇模塊相連，作用是將電機不可控發(fā)電產(chǎn)生的三相交流電流轉(zhuǎn)化為直流電流。電容C1的作用是濾波。

電流選擇模塊10中，電阻R1和電阻R2均為電壓轉(zhuǎn)換電阻，R1用于將基準電流輸入模塊的端口J1輸入的基準電流信號轉(zhuǎn)換為基準電壓信號，R2用于將逆變器輸入的電流信號轉(zhuǎn)化為電壓信號，之后分別送入比較器A1中進行比較，如果轉(zhuǎn)化后的電壓信號大于基準電壓信號，則比較器A1輸出高電平，使MOS管Q1開通，電流流入超級電容；如果轉(zhuǎn)化后的電壓信號小于基準電壓信號，則比較器A1輸出低電平，使MOS管Q2開通，MOS管Q1關(guān)斷，電流流入脈沖充電模塊20。

脈沖充電模塊20中，PWM發(fā)生器通過MOS管Q3輸入脈沖信號，電流由MOS管Q3的源極輸入，疊加過脈沖信號后由MOS管Q3的漏極輸出，輸出的電流可能會有一些不需要的波動，因此二極管D8、電感L2和電容C2組成濾波電路，將電流中的多余波紋濾掉，向電池充電。

穩(wěn)壓充電模塊30中，線圈L1、升壓IGBT、降壓IGBT、二極管D6以及二極管D7組成半H橋式DC/DC結(jié)構(gòu)，可以實現(xiàn)對電壓的放大，超級電容側(cè)為低壓側(cè)，降壓IGBT的集電極和升壓IGBT的集電極之間為高壓側(cè)。由于超級電容向電池充電的過程中，會出現(xiàn)電壓不足，無法向電池充電，因此對超級電容的電壓進行升高。降壓IGBT的集電極通過穩(wěn)壓二極管連接延時開關(guān)S1，當S1接到電池停止充電信號時，開關(guān)閉合，穩(wěn)壓充電模塊工作。

綜上所述，本發(fā)明的一種用于電動汽車不可控發(fā)電的電池保護電路，當不可控發(fā)電產(chǎn)生的電流大于電池充電的安全電流值時，由超級電容吸收能量。超級電容功率密度高，即回收了能量，還避免對電池產(chǎn)生傷害。隨著不可控發(fā)電的進行，電流值逐漸變小，當電流值小于電池充電的安全電流值時，電流流向電池，并用脈沖充電的方式對電池充電，脈沖充電是一種高效的充電方式，有利于提高充電效率。電流消失，電池停止充電時，由超級電容對電池充電，同樣采用脈沖充電的方式。

本發(fā)明不但解決了電動汽車不可控發(fā)電時電池安全的問題，還將不可控發(fā)電產(chǎn)生的能量利用起來，提高了電動汽車的續(xù)航里程，符合安全環(huán)保的理念。