一种预充电路、高压配电装置以及电动汽车的制作方法

1.本技术涉及充电电路领域，具体涉及一种预充电路、具有预充电路的高压配电装置以及具有高压配电装置的电动汽车。


背景技术：

2.随着全球内燃机汽车保有量的不断增加，传统车用能源石油储备的不断消耗，内燃机汽车排放物对环境造成的污染不容忽视，因此零排放的纯电动汽车势必成为全球汽车产业发展的必然趋势。但电动汽车动力电池的电压通常为几百伏，为满足安全方面的需求，需对电动汽车的高压控制设备进行预充电管理。
3.由于电动汽车需要高压电源工作的不只一个负载，负载可以是电机控制器，或高压附件控制设备等，因此预充电装置需要设置多个预充回路。
4.然而现有预充电装置所配置的预充电阻较多，占用空间大，成本高。


技术实现要素：

5.有鉴于此，本技术提供了一种预充电路、具有预充电路的高压配电装置以及具有高压配电装置的电动汽车，解决了现有技术中预充电阻较多，占用空间大，成本高的技术问题。
6.根据本技术的一个方面，本技术提供了一种预充电路，用于为待预充模块预充电，包括：电源；与所述电源分别连接的至少两个预充回路，所述至少两个预充回路包括预充电阻、及与所述预充电阻分别串联的至少两个预充开关；其中，每个所述预充回路包括所述预充电阻与所述预充开关；以及预充控制单元；其中，所述预充开关的控制端与所述预充控制单元连接；所述预充控制单元用于控制所述至少两个预充开关的闭合和打开，以使得至少一个所述预充回路电导通。
7.在一种可能的实现方式中，所述待预充模块包括第一待预充模块和第二待预充模块；所述至少两个预充回路包括第一预充回路和第二预充回路；所述至少两个预充开关包括第一预充开关和第二预充开关；其中，所述第一预充回路包括预充电阻及与所述预充电阻串联的所述第一预充开关，所述第一预充回路电导通时为所述第一待预充模块预充电；所述第二预充回路包括所述预充电阻及与所述预充电阻串联的所述第二预充开关，所述第二预充回路电导通时为所述第二待预充模块预充电。
8.在一种可能的实现方式中，所述预充开关的控制端配置为控制线圈；其中，所述第一预充开关包括第一控制线圈和连接所述预充电阻的第一常开触点，所述预充控制单元通过控制所述第一控制线圈是否得电来控制所述第一常开触点的打开和闭合；所述第二预充开关包括第二控制线圈和连接所述预充电阻的第二常开触点，所述预充控制单元通过控制所述第二控制线圈是否得电来控制所述第二常开触点的打开和闭合。
9.在一种可能的实现方式中，所述第一预充开关还包括第一常闭触点，所述第一常闭触点和所述第一常开触点受所述第一控制线圈联动控制；其中，当所述第一常开触点受
控关闭时，所述第一常闭触点受控打开；所述第二预充开关还包括第二常闭触点，所述第二常闭触点和所述第二常开触点受所述第二控制线圈联动控制；其中，当所述第二常开触点受控关闭时，所述第二常闭触点受控打开；其中，所述第一控制线圈与所述第二常闭触点串联后，与所述预充控制单元串联形成第一控制回路；所述第二控制线圈与所述第一常闭触点串联后，与所述预充控制单元串联形成第二控制回路；当所述预充控制单元控制所述第一控制回路电导通时，所述第一常开触点闭合，所述第一常闭触点打开，所述第二控制回路断路，以使得所述第一预充回路电导通，所述第二预充回路断路；当所述预充控制单元控制所述第二控制回路电导通时，所述第二常开触点闭合，所述第二常闭触点打开，所述第一控制回路断路，以使得所述第二预充回路电导通，所述第一预充回路断路。
10.在一种可能的实现方式中，所述预充电阻和所述预充开关串联在所述电源的第一级和所述待预充模块的第一级之间。
11.在一种可能的实现方式中，预充电路还包括总开关，所述总开关的第一端分别与所述第一待预充模块的第二级、所述第二待预充模块的第二级连接，所述总开关的第二端与所述电源的第二级连接，所述总开关的控制端连接所述预充控制单元。
12.在一种可能的实现方式中，所述待预充模块具有电容；其中，所述电容的第一端通过所述预充电阻和所述预充开关连接所述电源的第一级，所述电容的第二端通过所述总开关连接所述电源的第二级。
13.在一种可能的实现方式中，预充电路还包括第一主开关和第二主开关；所述第一主开关串联在所述电源的第一级和所述第一待预充模块的所述电容的第一端之间，所述第一主开关的控制端连接所述预充控制单元；所述第二主开关串联在所述电源的第一级和所述第二待预充模块的所述电容的第一端之间，所述第二主开关的控制端连接所述预充控制单元；所述第一主开关并联所述第一预充回路中的彼此串联的所述预充电阻与所述第一预充开关；所述第二主开关并联所述第二预充回路中的彼此串联的所述预充电阻与所述第二预充开关。
14.作为本技术的第二方面，本技术提供了一种高压配电装置，包括上述预充电路。
15.作为本技术的第三方面，本技术提供了一种电动汽车，包括上述高压配电装置。
16.本技术中，预充电路包括至少两个预充回路，所述至少两个预充回路包括预充电阻、及与所述预充电阻分别串联的至少两个预充开关；其中，每个所述预充回路包括所述预充电阻与所述预充开关；如此设置使得预充电阻被多个预充回路复用，有利于减少预充电阻的数量，从而，有利于减少发热源(预充电阻电导通时将电能转换为热能)的数量，有利于节约电气件布置空间从而提高预充电路的集成度进而便于集中检测控制，以及有利于降低预充电路的成本；
17.本技术中，每个所述预充回路包括所述预充电阻与所述预充开关，预充控制单元用于控制所述至少两个预充开关的闭合和打开，以使得至少一个所述预充回路电导通；如此设置使得预充控制单元可以有效实现对每个预充回路电导通或断电的控制，使得预充电路可以分别给负载进行预充电，以适应多样化的预充电需求。
附图说明
18.图1所示为本技术提供的一种预充电路的示意图。
具体实施方式
19.本技术的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。本技术实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后、顶、底
……
)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。此外，术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
20.另外，在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本技术的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。
21.下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
22.根据本技术的一个方面，本技术提供了一种预充电路，用于为待预充模块mcu1、mcu2(本文中也称为负载)预充电。
23.图1所示为本技术一种可能的实现方式提供的预充电路的示意图，其中，预充电路包括：电源e1，与电源e1分别连接的至少两个预充回路，以及预充控制单元vcu。
24.具体地，电源e1可以是动力电池e1；动力电池e1的电压平台通常为几百伏。
25.该至少两个预充回路包括预充电阻r0、及与预充电阻r0分别串联的至少两个预充开关(km4、km5)；其中，每个预充回路包括预充电阻r0与预充开关(km4、km5)；如此设置使得预充电阻被多个预充回路复用，有利于减少预充电阻的数量，从而，有利于减少发热源(预充电阻电导通时将电能转换为热能)的数量，有利于节约电气件布置空间从而提高预充电路的集成度进而便于集中检测控制，以及有利于降低预充电路的成本。
26.具体地，预充开关(km4、km5)的控制端(42、52)与预充控制单元vcu连接；预充控制单元vcu用于控制至少两个预充开关(km4、km5)的闭合和打开，以使得至少一个预充回路电导通。如此设置使得预充控制单元可以有效实现对每个预充回路电导通或断电的控制，使得预充电路可以分别给待预充模块(mcu1、mcu2)预充电，以适应多样化的预充电需求。
27.具体地，预充控制单元vcu可以由电池管理系统实现。在一种可能的实现方式中，待预充模块(mcu1、mcu2)包括第一待预充模块mcu1和第二待预充模块mcu2，具体地，待预充模块(mcu1、mcu2)配置为电机控制器(mcu1、mcu2)；具体地，电动汽车使用动力电池e1为驱动电机(未图示)提供能量，由于驱动电机多使用三相交流电，动力电池e1输出电压为直流电，因此在动力电池e1和驱动电机之间需要设置该电机控制器(mcu1、mcu2)将直流电转换成交流电并对驱动电机的运行进行控制。
28.具体地，该至少两个预充回路包括第一预充回路和第二预充回路；该至少两个预充开关(km4、km5)包括第一预充开关km4和第二预充开关km5；
29.其中，第一预充回路包括预充电阻r0及与预充电阻r0串联的第一预充开关km4，第
一预充回路电导通时为第一待预充模块mcu1预充电；第二预充回路包括预充电阻r0及与预充电阻r0串联的第二预充开关km5，第二预充回路电导通时为第二待预充模块mcu2预充电。
30.在一种可能的实现方式中，预充开关(km4、km5)的控制端(42、52)配置为控制线圈；
31.其中，第一预充开关km4包括第一控制线圈42和连接预充电阻r0的第一常开触点40，预充控制单元vcu通过控制第一控制线圈42是否得电来控制第一常开触点40的打开和闭合；第二预充开关km5包括第二控制线圈52和连接预充电阻r0的第二常开触点50，预充控制单元vcu通过控制第二控制线圈52是否得电来控制第二常开触点50的打开和闭合。
32.在一种可能的实现方式中，第一预充开关km4还包括第一常闭触点41，第一常闭触点41和第一常开触点40受第一控制线圈42联动控制；其中，当第一常开触点40受控关闭时，第一常闭触点41受控打开；
33.第二预充开关km5还包括第二常闭触点51，第二常闭触点51和第二常开触点50受第二控制线圈52联动控制；其中，当第二常开触点50受控关闭时，第二常闭触点51受控打开；
34.其中，第一控制线圈42与第二常闭触点51串联后，与预充控制单元vcu串联形成第一控制回路；第二控制线圈52与第一常闭触点41串联后，与预充控制单元vcu串联形成第二控制回路；
35.当预充控制单元vcu控制第一控制回路电导通时，第一常开触点40闭合，第一常闭触点41打开，第二控制回路断路，以使得第一预充回路电导通，第二预充回路断路；
36.当预充控制单元vcu控制第二控制回路电导通时，第二常开触点50闭合，第二常闭触点51打开，第一控制回路断路，以使得第二预充回路电导通，第一预充回路断路。
37.本实现方式中，第一预充开关km4和第二预充开关km5通过常闭辅助触点(第一常闭触点41、第二常闭触点51)实现控制上的互斥，即当第二常闭触点51所在的第一控制回路电导通(第一控制线圈42得电)时，第一常闭触点41所在的第二控制回路断路；反之，当第一常闭触点41所在的第二控制回路电导通(第二控制线圈52得电)时，第二常闭触点51所在的第一控制回路断路。由此实现，即便预充控制单元vcu控制错误，比如同时给第一控制回路和第二控制回路上电，也不会出现第一控制回路和第二控制回路同时电导通的情形，即，不会出现第一预充回路和第二预充回路同时工作的情形，因此，使得预充电路更加安全。
38.现有技术中，两个负载同步预充，对共用的预充电阻r0功率要求高，需配置较大的功率。
39.本实现方式中，第一预充回路和第二预充回路分别且不同时工作，使得预充电阻r0电导通时的功率不会过大，温度不会过热，也因此，预充电阻r0的规格可以非必要配置大功率。
40.在一种可能的实现方式中，预充电阻r0和预充开关(km4、km5)串联在电源e1的正极和待预充模块(mcu1、mcu2)的正极之间。
41.在一种可能的实现方式中，预充电路还包括总开关km2，总开关km2的第一端分别与第一待预充模块mcu1的负极、第二待预充模块mcu2的负极连接，总开关km2的第二端与电源e1的负极连接，总开关km2的控制端22连接预充控制单元vcu。
42.在一种可能的实现方式中，电机控制器(mcu1、mcu2)的前端设有用于滤波、稳压的
电容(c1、c2)；其中，电容(c1、c2)的第一端通过预充电阻r0和预充开关(km4、km5)连接电源e1的正极，电容(c1、c2)的第二端通过总开关km2连接电源e1的负极。
43.具体地，预充电阻r0的阻值选型根据电机控制器(mcu1、mcu2)中最大的电容(c1、c2)选择。
44.具体地，电机控制器(mcu1、mcu2)的前端还设有与电容(c1、c2)并联的放电电阻(r1、r2)。
45.在一种可能的实现方式中，预充电路还包括第一主开关km1和第二主开关km3；第一主开关km1串联在电源e1的正极和第一待预充模块mcu1的电容c1的第一端之间，第一主开关km1的控制端12连接预充控制单元vcu；第二主开关km3串联在电源e1的正极和第二待预充模块mcu2的电容c2的第一端之间，第二主开关km3的控制端22连接预充控制单元vcu；
46.第一主开关km1并联第一预充回路中的彼此串联的预充电阻r0与第一预充开关km4；第二主开关km3并联第二预充回路中的彼此串联的预充电阻r0与第二预充开关km5。
47.本实现方式中，一个预充电阻r0同时并联处于不同供电支路上的第一主开关km1和第二主开关km3，从而实现了预充电路通过一个预充电阻r0给两个负载预充电。
48.在一种可能的实现方式中，如图1所示，预充电路还包括手动维修开关msd；手动维修开关msd串联在电源e1的正极和第一主开关km1的第一端之间，亦串联在电源e1的正极和第二主开关km3的第一端之间。
49.可选地，电源e1的正极标记为第一极，负极标记为第二极，待预充模块mcu1、mcu2的正极标记为第一极，负极标记为第二极；或者，电源e1的正极标记为第二极，负极标记为第一极，待预充模块mcu1、mcu2的正极标记为第二极，负极标记为第一极。
50.在一种可能的实现方式中，预充电路还包括温度传感器(未图示)，以实现对预充电阻r0进行温度检测，防止预充电阻r0温度过高。
51.本技术提供的预充电路中的电机控制器mcu1为主驱控制器，电机控制器mcu2为辅件控制器。当整车需要为电机控制器mcu1供电时，预充控制单元vcu通过控制第一预充开关km4闭合；当整车需要为电机控制器mcu2供电时，预充控制单元vcu通过控制第二预充开关km5闭合。
52.为了更好地理解上述预充电路的结构和有益效果，下面结合图1对该预充电路的工作过程进行详细的说明，包括如下步骤：
53.需要首先说明的是，常态下，虽然第一控制回路和第二控制回路均处于连通状态，但并未电导通，第一控制回路和第二控制回路在连通的状态下是否导电，由预充控制单元vcu控制；具体而言，由预充控制单元vcu控制第一控制回路上的第一控制线圈42和第二控制回路上的第二控制线圈52是否得电；
54.步骤一：预充控制单元vcu控制总开关km2的控制端22和第一预充开关km4的第一控制线圈42分别得电，使得总开关km2闭合，第一预充开关km4的第一常开触点40闭合；
55.此时，与第一常开触点40联动的第一常闭触点41打开，使得第二预充开关km5的第二控制线圈52所在的第二控制回路断路(第二控制线圈52不得电)，此时，第一预充回路电导通，第二预充回路断路，从而实现仅对电机控制器mcu1进行预充电，不对电机控制器mcu2进行预充电；
56.在对电机控制器mcu1进行预充电的同时检测电机控制器mcu1的前端电压；
57.步骤二：当电机控制器mcu1前端电压达到设定阈值时，预充控制单元vcu控制第一主开关km1的控制端12得电使得第一主开关km1闭合，随后，预充控制单元vcu控制第一控制线圈42所在的第一控制回路断电(第一控制线圈42不得电)，从而使得第一预充开关km4的第一常开触点40从闭合状态回复到打开状态，第一预充回路断路；
58.此时，与第一常开触点40联动的第一常闭触点41从打开状态回复到闭合状态，此时第二控制回路连通但未电导通；
59.步骤三：预充控制单元vcu控制第二控制电路电导通，此时第二控制线圈52得电，使得第二预充开关km5的第二常开触点50闭合，从而第二预充回路电导通，实现了仅对电机控制器mcu2进行预充电；
60.在对电机控制器mcu2进行预充电的同时检测电机控制器mcu2的前端电压；
61.步骤四：当电机控制器mcu2的前端电压达到设定阈值时，预充控制单元vcu控制第二主开关km3的控制端32得电使得第二主开关km3闭合，随后，预充控制单元vcu控制第二控制线圈52所在的第二控制回路断电(第二控制线圈52不得电)，使得第二预充开关km5的第二常开触点50从闭合状态回复到打开状态，第二预充回路断路；
62.此时，与第二常开触点50联动的第二常闭触点51从打开状态回复到闭合状态，此时第一控制回路连通但未电导通；
63.执行完步骤一～二时，第一主开关km1所在的供电支路处于上电状态，电机控制器mcu1的预充电已完成。
64.执行完上述步骤三～四时，第一主开关km1和第二主开关km3分别所在的供电支路均处于上电状态，即，电机控制器(mcu1、mcu2)的预充电均已完成。
65.由于第一主开关km1并联第一预充回路中的彼此串联的预充电阻r0与第一预充开关km4；因此，当第一主开关km1闭合时，预充电阻r0与第一预充开关km4被短路，使得，第一主开关km1所在的供电支路处于上电状态。
66.第二主开关km3并联第二预充回路中的彼此串联的预充电阻r0与第二预充开关km5；因此，当第二主开关km3闭合时，预充电阻r0与第一预充开关km4被短路，使得，第二主开关km3所在的供电支路处于上电状态。
67.上述步骤二中，先闭合第一主开关km1，随后断开第一预充开关km4，且该顺序不能倒过来，原因在于，如果先把第一预充开关km4断开，再闭合第一主开关km1，在这个过程中会有一小段时间第一主开关km1、第一预充开关km4都是断开状态，此时电机控制器mcu1的电容c1通过放电电阻r1放电，导致预充得到的电压下降，降低甚至失去对电机控制器mcu1的预充效果。
68.同理，上述步骤四中，先闭合第二主开关km3，随后断开第二预充开关km5，且该顺序不能倒过来，以避免电机控制器mcu2的电容c2通过放电电阻r2放电。
69.现有技术中，存在需要在一个负载预充电还未完成之时检测该负载的前端电压并判断是否满足相应阈值，根据判断结果完成电路切换；由于一个预充电过程一般需要几十到数百毫秒，因此对检测速度要求较高，需要在极短时间内检测完并完成电路切换；
70.本实现方式中，等到一个负载预充完成后再切换电路以预充另一个负载，而不是在预充的过程中必须完成切换，因此，有充足的时间完成检测和切换。
71.作为本技术的第二方面，本技术提供了一种高压配电装置；在一种可能的实现方
式中，本技术提供了一种具有上述预充电路的高压配电装置。
72.具体地，预充电路设置在高压配电装置内，是高压配电装置的一部分，承担配电前的预充功能；由于预充电路可以给多个负载(mcu1、mcu2)预充电，因此，实现了高压配电装置对多个负载(mcu1、mcu2)的高压配电的集中控制，便于使用和维护。
73.本实现方式提供的高压配电装置通过减少预充电阻的使用量节约了内部使用空间，减少了内部发热源的数量。
74.本实现方式中，高压配电装置的具体结构和有益效果请参照上文对预充电路的描述，在此不作赘述。
75.作为本技术的第三方面，本技术提供了一种的电动汽车；在一种可能的实现方式中，本技术提供了一种具有上述高压配电装置的电动汽车。
76.具体地，动力电池e1的电压平台通常为几百伏，如果直接吸合第一主开关km1、第二主开关km3、及总开关km2，动力电池e1会瞬间以很大的冲击电流给电容(c1、c2)充电，其冲击会影响动力电池e1、电容(c1、c2)、第一主开关km1、第二主开关km3、及总开关km2的使用寿命和安全。为提高电动汽车电池电控系统的使用寿命和安全，在动力电池e1连接电机控制器(mcu1、mcu2)的高压回路上添加具有上述预充电路的高压配电装置，在第一主开关km1、第二主开关km3、及总开关km2吸合前对电机控制器(mcu1、mcu2)电容(c1、c2)进行预充电，以将负载端电压提高到和电池端基本一致的水平，防止压差过大导致闭合第一主开关km1或第二主开关km3时产生冲击电流，对第一主开关km1或第二主开关km3造成损坏。
77.上述仅为本技术创造的较佳实施例而已，并不用以限制本技术创造，凡在本技术创造的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换等，均应包含在本技术创造的保护范围之内。