CN209675961U - 一种整合ptc控制器的预充电装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出了一种整合PTC控制器的预充电装置，包括输入高压接插件、高压保险丝、负极电流检测单元、正极电流检测单元、EMC滤波单元、输入电压检测单元、CAN通信单元、主功率开关模块单元、高压滤波电容、高压输出接插件、输出电压检测单元、高压放电单元、控制单元、PTC功率输出单元、内部温度传感器单元和外部温度传感器反馈单元。该整合PTC控制器的预充电装置，提高了预充电路的可控性，使用高速功率半导体器件控制预充和主电路供电，减小体积，同时实现负载过流及短路情况下的快速关断保护功能，该装置同时整合了PTC控制功能，减少了应用***之中的冗余重复的电路，大大降低了***成本。解决资源浪费、保护功能不足以及可靠性低问题。

Description

一种整合PTC控制器的预充电装置

技术领域

本实用新型涉及PTC控制器领域，尤其是涉及一种整合PTC控制器的预充电装置。

背景技术

在高压电池供电***中，高压的用电设备并联在高压直流母线上，在用电设备内部，通常还设有母线电容。高压上电过程中，如果不对其进行可靠的预充电处理，在上电瞬间母线高压将直接加在负载的母线电容上，将在母线回路中产生较大的冲击电流。此电流将造成高压接触器发生粘连、保险烧坏、电池过放电等后果。目前，电动汽车行业的热管理***中，普遍采用PTC电加热器作为制热装置，PTC加热器与整车之间就不可避免的涉及到控制电路、供电电路等内容。为了控制加热***，目前行业中主要采用高压***设有专门的预充装置，并采用自带控制器的PTC加热器。

现有的预充电电路主要由附图2中预充电继电器8和预充电阻9主继电器 10及预充电容11组成。现有PTC控制电路主要由附图3中1、输入高压接插件 2、高压保险丝4、正极电流检测单元5、滤波单元6、输入电压检测单元7、通信单元15、控制单元16、功率输出单元17、温度传感器单元组成。这样组成方案存在着以下缺点：

1、预充装置和PTC装置采用两套控制电路，在高压***中作为两种产品互相独立，将使用两套高低压接插件，壳体，滤波器等，造成了资源的浪费和成本的增加。

2、预充电***本身不带有防反接，过压，负载短路等保护功能。

3、预充电***控制方式为简单的继电器控制，在长距离的应用中，控制线上的损耗加大，可靠性将会大大降低。而且预充及主继电器回路体积大，响应时间慢，尤其在后续电路短路、过流，无法及时切断主回路供电。

实用新型内容

(一)解决的技术问题

针对现有技术的不足，本实用新型提出一种整合PTC控制器的预充电装置，用以解决资源浪费、保护功能不足以及可靠性低问题。

(二)技术方案

为实现以上目的，本实用新型通过以下技术方案予以实现：一种整合PTC 控制器的预充电装置，包括输入高压接插件、高压保险丝、负极电流检测单元、正极电流检测单元、滤波单元、输入电压检测单元、通信单元、低压供电单元、主功率开关单元、内部温度检测单元、预充滤波电容、高压输出接插件、输出电压检测单元、高压放电单元、控制单元、PTC功率输出单元和外部PTC温度传感器单元；

输入高压接插件的正极与高压保险丝的左端相连接，输入高压接插件的负极与负极电流检测单元的左端相连，负极电流检测单元与滤波单元的输入负极相连，高压保险丝的右端直接与正极电流检测单元的左端相连；

正极电流检测单元的右端与滤波单元的输入正极相连，滤波单元的输出正极分别连接主功率开关单元的输入端和输入电压检测单元的输入正极端连接，控制单元分别与通信单元、低压供电单元、内部温度检测单元和外部PTC温度传感器单元连接。

优选的，滤波单元的负极分别与预充滤波电容的负极、输入电压检测单元的负极输入端、输出电压检测单元的负极输入端、高压放电单元的负极输入端和PTC功率输出单元的负极输入端相连，主功率开关单元的输出端与预充滤波电容的正极相连接。

优选的，预充滤波电容正极与高压输出接插件的正极输出端、输出电压检测单元的正极输入端，高压放电单元的正极输入端和PTC功率输出单元的正极输入端相连。

优选的，在上电预充时,控制单元输出PWM信号给主功率开关单元,通过正极电流检测单元控制预充电流大小；当输出电压检测单元与输入电压检测单元压差符合设定要求，控制单元输出固定逻辑电平信号给主功率开关单元，使主功率开关单元一直导通。

优选的，根据外部PTC温度传感器单元反馈温度和设定逻辑，控制单元输出PWM信号给PTC功率输出单元。

(三)有益效果

本实用新型提供了一种整合PTC控制器的预充电装置，具备以下有益效果：

(1)、该整合PTC控制器的预充电装置，采用可靠的can通信方式，可以实时反馈高压回路的电压及电流状态，提高了预充电路的可控性，使用高速功率半导体器件控制预充和主电路供电，减小体积，同时实现负载过流及短路情况下的快速关断保护功能。该装置同时整合了PTC控制功能，减少了应用***之中的冗余重复的电路，大大降低了***成本。解决资源浪费、保护功能不足以及可靠性低问题。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为行业中现有预充***框图；

图3为行业中现有PTC产品***框图。

附图1中：1、输入高压接插件；2、高压保险丝；3、负极电流检测单元； 4、正极电流检测单元；5、滤波单元；6、输入电压检测单元；7、通信单元；8、低压供电单元；9、主功率开关单元；10、内部温度检测单元；11、预充滤波电容；12、高压输出接插；13、输出电压检测单元；14、高压放电单元；15、控制单元；16、PTC功率输出单元；17、外部PTC温度传感器单元。

附图2中：8、预充电继电器；9、预充电阻；10、主继电器；11、预充电容。

附图3中：1、输入高压接插件；2、高压保险丝；4、正极电流检测单元； 5、滤波单元；6、输入电压检测单元；7、通信单元；15、控制单元；16、PTC 功率输出单元；17、外部温度传感器单元。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

请参阅图1-3，本实用新型提供一种技术方案：一种整合PTC控制器的预充电装置，包括输入高压接插件1、高压保险丝2、负极电流检测单元3、正极电流检测单元4、滤波单元5、输入电压检测单元6、通信单元7、低压供电单元8、主功率开关单元9、内部温度检测单元10、预充滤波电容11、高压输出接插件12、输出电压检测单元13、高压放电单元14、控制单元15、PTC功率输出单元 16和外部PTC温度传感器单元17；

输入高压接插件1的正极与高压保险丝2的左端相连接，输入高压接插件1 的负极与负极电流检测单元3的左端相连，负极电流检测单元3与滤波单元5 的输入负极相连，高压保险丝2的右端直接与正极电流检测单元4的左端相连；

正极电流检测单元4的右端与滤波单元5的输入正极相连，滤波单元5的输出正极分别连接主功率开关单元9的输入端和输入电压检测单元6的输入正极端连接，控制单元15分别与通信单元7、低压供电单元8、内部温度检测单元10和外部PTC温度传感器单元17连接。滤波单元5的负极分别与预充滤波电容11的负极、输入电压检测单元6的负极输入端、输出电压检测单元13的负极输入端、高压放电单元14的负极输入端和PTC功率输出单元16的负极输入端相连，主功率开关单元9的输出端与预充滤波电容11的正极相连接。预充滤波电容11正极与高压输出接插件12的正极输出端、输出电压检测单元13的正极输入端，高压放电单元14的正极输入端和PTC功率输出单元16的正极输入端相连。

具体使用时，通过硬连接及其它控制单元对上电时序的控制，即可实现预充及高压保护的目的，通过相关的协议指令，即可控制PTC实现加热功能。具体的功能实现：

(1)预充功能实现：预充电装置通过can总线通信单元7接收到预充电上电指令，检测输入高压电压正常后，控制单元15输出PWM信号给主功率开关单元9,通过正极电流检测单元4控制预充电流大小；当输出电压检测单元13与输入电压检测单元6压差符合设定要求，控制单元15输出固定逻辑电平信号给主功率开关单元9，使主功率开关单元9一直导通，即可完成高压回路的预充功能，并实现高压上电；预充电装置通过can总线通信单元7接收到预充电下电指令后，控制单元15输出PWM信号给主功率开关单元9，逐步减小回路中的母线电流，待检测到母线上电流稳定在设定阈值时，通过控制放电单元14执行放电动作，直到***中输出电流电压达到设定阈值时，结束放电，完成高压下电功能。

(2)保护及反馈功能实现：

a)预充电装置通过输入电压检测单元6实现对输入端电压的检测，实现高压回路的过压及欠压保护功能，通过判断电压极性即可实现输入端防反接保护。

b)上电或下电过程中，控制单元15输出PWM信号给主功率开关单元9后通过检测和比较输入和输出端的电压，即可判断出输入电压是否虚电，再综合内部温度检测10反馈信号，即可判断主功率开关单元9是否正常工作。

c)预充电装置通过正极电流检测单元4，负极电流检测单元3实现对母线正极及负极的实时电流检测，实现高压回路的过流保护功能，同时可在母线发生短路及负载突然开路的情况下及时切断高压回路，实现对高压***的保护。

d)控制单元15输出PWM信号给主功率开关单元9后，通过比较母线的正极及负极的实时电流，即可判断高压回路是否已经发生漏电。

e)预充电装置通过通信单元7，实现实时反馈高压回路状态，接收动作指令功能。

(3)控制PTC加热功能实现：

控制器通过can总线通信单元接收到加热指令，检测到高压***无故障后，控制单元15输出PWM信号给PTC功率输出单元16后开启PTC控制单元进行PTC 加热自检。自检正常后，按照指令要求，综合温度传感器反馈信号，调节输出功率，控制加热***的温度。

(4)详细控制方式及步骤：

a)控制电上电，预充电装置自检主功率单元状态、输入电压、输出电流值、 CAN通信回路，判断预充电装置是否有故障；有故障，通过CAN输出对应故障代码，否则进行后续动作；

b)实时反馈当前检测的高压电电压值和正负侧电流值；并接收CAN指令，若接收到高压上电指令，首先检测主回路输入电压，在电压超出设定的电压范围，即过高或过低，反馈电压信息状态和对应的故障代码，不启动是否启动主功率单元输出动作；若电压正常，再检测CAN通信指令中后续高压部件的当前电压，若主功率单元没有输出动作，而高压部件有高压，报警输出主功率单元故障代码；否则进行下一步。

c)执行主功率单元输出动作，给后续电路充电，主功率单元输出电流，若电流传感器检测充电电流异常，包括过大或为0，输出对应预充电故障代码，否则进行下一步。

d)当输出电压检测单元与输入电压检测单元检测到的压差符合设定要求，控制单元15输出固定逻辑电平信号给主功率开关单元9，使主功率开关单元9 一直导通，完成高压回路的预充功能。在整个预充电路工作过程中，实时检测正负侧电流，若电流不平衡，报漏电流故障，并及时切断主功率单元输出回路；若检测到电流值超过设定的电流值，报过流故障，并及时切断主功率单元输出回路；若检测到高压输入范围超过设定范围，则及时切断主功率单元输出回路，并输出对应的故障报警；若检测到CAN信号断开，实时反馈故障信息；

e)若预充电装置接收到加热指令，首先按照指令检测主回路电压电流是否正常，在满足设定的安全阈值情况下，开启PTC控制单元，首先输出小功率给PTC加热片，通过电流，外部PTC温度等反馈信息，判断PTC是否正常工作。在满足设定阈值的情况下，开始按照通信指令输出相应功率，通过对电流及温度传感器等反馈信息的判断，实现对加热温度的闭环控制；若控制器接收到停止加热指令，在***的电流电压及温度满足相应的阈值之后，关闭PTC控制单元，停止功率输出。

f)若控制器接收到高压下电指令，首先检测主回路电流，在电流满足设定的安全下电电流范围情况下，逐步减小主功率单元输出电流，待检测到输出电流满足设定阈值的情况下。延时一段时间后执行放电动作，直至输出电压满足设定阈值的情况下，结束下电过程。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种整合PTC控制器的预充电装置，其特征在于，包括输入高压接插件(1)、高压保险丝(2)、负极电流检测单元(3)、正极电流检测单元(4)、滤波单元(5)、输入电压检测单元(6)、通信单元(7)、低压供电单元(8)、主功率开关单元(9)、内部温度检测单元(10)、预充滤波电容(11)、高压输出接插件(12)、输出电压检测单元(13)、高压放电单元(14)、控制单元(15)、PTC功率输出单元(16)和外部PTC温度传感器单元(17)；

所述输入高压接插件(1)的正极与高压保险丝(2)的左端相连接，所述输入高压接插件(1)的负极与负极电流检测单元(3)的左端相连，所述负极电流检测单元(3)与滤波单元(5)的输入负极相连，所述高压保险丝(2)的右端直接与正极电流检测单元(4)的左端相连；

所述正极电流检测单元(4)的右端与滤波单元(5)的输入正极相连，所述滤波单元(5)的输出正极分别连接主功率开关单元(9)的输入端和输入电压检测单元(6)的输入正极端连接，所述控制单元(15)分别与通信单元(7)、低压供电单元(8)、内部温度检测单元(10)和外部PTC温度传感器单元(17)连接。

2.根据权利要求1所述的一种整合PTC控制器的预充电装置，其特征在于：所述滤波单元(5)的负极分别与预充滤波电容(11)的负极、输入电压检测单元(6)的负极输入端、输出电压检测单元(13)的负极输入端、高压放电单元(14)的负极输入端和PTC功率输出单元(16)的负极输入端相连，所述主功率开关单元(9)的输出端与预充滤波电容(11)的正极相连接。

3.根据权利要求1所述的一种整合PTC控制器的预充电装置，其特征在于：所述预充滤波电容(11)正极与高压输出接插件(12)的正极输出端、输出电压检测单元(13)的正极输入端，高压放电单元(14)的正极输入端和PTC功率输出单元(16)的正极输入端相连。

4.根据权利要求1所述的一种整合PTC控制器的预充电装置，其特征在于：在上电预充时,控制单元(15)输出PWM信号给主功率开关单元(9),通过正极电流检测单元(4)控制预充电流大小；当输出电压检测单元(13)与输入电压检测单元(6)压差符合设定要求，控制单元(15)输出固定逻辑电平信号给主功率开关单元(9)，使主功率开关单元(9)一直导通。

5.根据权利要求1所述的一种整合PTC控制器的预充电装置，其特征在于：根据外部PTC温度传感器单元(17)反馈温度和设定逻辑，控制单元(15)输出PWM信号给PTC功率输出单元(16)。