導(dǎo)語(yǔ)：隨著電動(dòng)汽車(chē)的迅速普及，其安全性問(wèn)題日益受到終端用戶和制造商的重視。在眾多安全特性中，高壓主動(dòng)放電功能作為規(guī)避高壓人身危害的關(guān)鍵手段，顯得尤為重要。今天我們深入探討下這個(gè)問(wèn)題，解釋下電動(dòng)汽車(chē)高壓主動(dòng)放電幾種方式，以及它們各自的工作原理、適用場(chǎng)景、必要性、實(shí)現(xiàn)方式、提升電動(dòng)汽車(chē)安全性能方面的作用。

目錄1.主動(dòng)放電的基本概念

1.1 什么是高壓主動(dòng)放電？

1.2 為什么需要高壓主動(dòng)放電？

1.3 高壓主動(dòng)放電的基本工作原理是什么呢？

2.電機(jī)主動(dòng)放電、冗余主動(dòng)放電、被動(dòng)放電

2.1 電機(jī)主動(dòng)放電

2.2 冗余主動(dòng)放電

2.3 被動(dòng)放電

2.4 小節(jié)

3. 主動(dòng)放電的三種方式對(duì)比：電機(jī)放電、電阻放電、功率開(kāi)關(guān)放電4.從應(yīng)用場(chǎng)景到控制策略的說(shuō)明5.功能安全的考慮6.功率開(kāi)關(guān)放電的實(shí)現(xiàn)方法

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01

主動(dòng)放電基本概念綜述

1.1 什么是高壓主動(dòng)放電？

高壓主動(dòng)放電是指在電動(dòng)汽車(chē)高壓系統(tǒng)斷電后，通過(guò)專門(mén)的放電回路和控制策略，迅速將高壓電容中的電能快速地（一般規(guī)定1~2s）釋放至安全水平（高壓降至60V以下）的過(guò)程。其核心目的：是防止因高壓系統(tǒng)內(nèi)部殘余電壓而導(dǎo)致的觸電風(fēng)險(xiǎn)以及次生危害的產(chǎn)生，保障車(chē)輛維修、緊急救援等過(guò)程中的人員安全。這一功能在車(chē)輛關(guān)閉、緊急斷開(kāi)高壓電池，或在維護(hù)、維修等需要安全操作的場(chǎng)景下尤為重要！

圖片來(lái)源：網(wǎng)絡(luò)

1.2 為什么需要高壓主動(dòng)放電？

電動(dòng)汽車(chē)的高壓系統(tǒng)，如電池、電機(jī)控制器等，在工作時(shí)會(huì)產(chǎn)生高電壓。這些高電壓在車(chē)輛關(guān)閉或發(fā)生緊急情況時(shí)仍可能殘留在系統(tǒng)中，對(duì)人員構(gòu)成潛在威脅。如果沒(méi)有有效的放電機(jī)制，殘余電壓可能引發(fā)觸電事故，甚至導(dǎo)致火災(zāi)等嚴(yán)重后果。因此，高壓主動(dòng)放電功能成為電動(dòng)汽車(chē)安全設(shè)計(jì)不可或缺的一部分。通過(guò)主動(dòng)放電，可以迅速將系統(tǒng)電壓降低到安全水平，從而避免這些風(fēng)險(xiǎn)。

考慮到人身安全，國(guó)內(nèi)/外對(duì)于xEV的高壓安全，在標(biāo)準(zhǔn)層面都提出了明確的要求。以下兩圖分別是ISO6469-Part4和GB/T 18488-2024中關(guān)于主動(dòng)放電的描述。

圖片來(lái)源：ISO6469-Part4

圖片來(lái)源：GB/T18488-2024

|SysPro備注，關(guān)于GB/T18488-2024 主被動(dòng)放電的解讀，之前已經(jīng)做過(guò)，感興趣的朋友可以點(diǎn)擊下面鏈接：2024版GB/T18488解讀 | 主動(dòng)放電、被動(dòng)放電

1.3 高壓主動(dòng)放電的基本工作原理是什么呢？高壓主動(dòng)放電功能的工作原理主要基于電力電子技術(shù)和控制策略。當(dāng)車(chē)輛的高壓系統(tǒng)需要放電時(shí)（指令來(lái)自VCU，或者控制器內(nèi)部），控制系統(tǒng)會(huì)發(fā)出指令，通過(guò)特定的放電回路將高壓電能快速釋放。這一過(guò)程通常利用電機(jī)繞組、或電機(jī)控制器內(nèi)置的放電電阻、或通過(guò)功率半導(dǎo)體的線性區(qū)特征等作為負(fù)載，將電能轉(zhuǎn)化為熱能并耗散掉。

圖片來(lái)源：ST

只不過(guò)，如何進(jìn)行控制？如何執(zhí)行放電？如果有需要冗余放電，主路徑、冗余路徑彼此之間要如何協(xié)同？選擇什么樣的放電方式，效果更好、能效更高、成本更低？這些問(wèn)題是設(shè)計(jì)人員重要點(diǎn)權(quán)衡與考慮的問(wèn)題。作為動(dòng)力系統(tǒng)的設(shè)計(jì)人員，需要熟悉每一種控制路徑和放電路徑，并清楚不同技術(shù)路徑下，會(huì)帶來(lái)哪些優(yōu)勢(shì)和劣勢(shì)，綜合評(píng)估，以選擇符合各利益相關(guān)方的最佳方案。這些問(wèn)題，我們會(huì)在后續(xù)的文章中會(huì)陸續(xù)討論到。

02

電機(jī)主動(dòng)放電、冗余主動(dòng)放電、被動(dòng)放電

為了更清楚的定位后續(xù)的解讀對(duì)象，有必要再對(duì)放電的方式做下澄清。只有從整車(chē)視角了解了諸如”主動(dòng)放電究竟要解決什么問(wèn)題？為什么又需要冗余放電？被動(dòng)放電的意義是什么？“一類的問(wèn)題，才能為后續(xù)的放電路徑的選擇、軟件策略的定義提供指向。 對(duì)于動(dòng)力系統(tǒng)而言，從類型上區(qū)分，放電的方式主要包括三種：電機(jī)主動(dòng)放電、冗余主動(dòng)放電、被動(dòng)放電。下面我從定義/工作原理、放電路徑、應(yīng)用場(chǎng)景、優(yōu)勢(shì)、劣勢(shì)角度做下說(shuō)明。

2.1 電機(jī)主動(dòng)放電

定義/工作原理

主要主動(dòng)放電是一種通過(guò)電機(jī)，使用受控電流來(lái)主動(dòng)降低電壓的功能。在電動(dòng)汽車(chē)中，這通常意味著利用電機(jī)控制器（MCU）來(lái)控制放電過(guò)程。當(dāng)系統(tǒng)檢測(cè)到需要放電時(shí)，MCU會(huì)發(fā)送信號(hào)給電機(jī)，通過(guò)特定的控制策略使電機(jī)繞組成為負(fù)載，從而消耗高壓系統(tǒng)中的電能。

實(shí)現(xiàn)方式

主要放電路徑是由QM扭矩控制功能負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)，控制d/q電流的控制，將DC-Link能量泄放到電機(jī)繞組中，通過(guò)熱量的形式實(shí)現(xiàn)電能的消耗和電壓的降低。如下圖所示為通用汽車(chē)關(guān)于主動(dòng)放電專利的原理說(shuō)明。

圖片來(lái)源：通用汽車(chē)

應(yīng)用場(chǎng)景

主要主動(dòng)放電通常用于正常關(guān)閉車(chē)輛或進(jìn)行維護(hù)時(shí)，確保高壓系統(tǒng)內(nèi)的電壓迅速且安全地降低。它也可以用于在車(chē)輛發(fā)生故障時(shí)，如碰撞后，快速降低高壓以減少觸電風(fēng)險(xiǎn)。

優(yōu)勢(shì)/劣勢(shì) 電機(jī)放電可以放電速度快，可以在短時(shí)間內(nèi)將電壓降至安全水平；并且通過(guò)軟件控制，可以實(shí)現(xiàn)智能化的放電策略，靈活性很強(qiáng)；適用于多種情況，包括正常操作和緊急情況。但是，由于共用的是電機(jī)的扭矩控制路徑，快速放電過(guò)程中如果控制不當(dāng)，可能會(huì)造成扭矩抖動(dòng)，影響駕乘體驗(yàn)。

2.2 冗余主動(dòng)放電

定義/工作原理

冗余主動(dòng)放電同樣是一種主動(dòng)功能，但它不依賴于電機(jī)，而是通過(guò)電力電子的專用組件，如放電電阻或?qū)ｉT(mén)的放電電路，使用受控電流來(lái)降低電壓。這些組件通常被設(shè)計(jì)為在電機(jī)放電失效時(shí)提供備份，以確保系統(tǒng)的安全性。

實(shí)現(xiàn)方式

冗余主動(dòng)放電路徑使用專門(mén)的放電電阻或放電單元，通過(guò)電力電子開(kāi)關(guān)（如MOSFET）控制放電過(guò)程，在需要時(shí)提供額外的放電能力，確保即使主要放電路徑失效，系統(tǒng)也能安全地放電。此外，硬件上需要設(shè)計(jì)放電電阻網(wǎng)絡(luò)、開(kāi)關(guān)控制電路及必要的保護(hù)電路。

如下圖所示為一個(gè)由微處理器控制的主動(dòng)放電系統(tǒng)，通過(guò)邏輯電路和驅(qū)動(dòng)電路來(lái)驅(qū)動(dòng)MOS管，從而控制母線電壓和電流。

圖片來(lái)源：精進(jìn)電動(dòng)應(yīng)用場(chǎng)景

冗余主動(dòng)放電主要用于提高系統(tǒng)的可靠性，特別是在電機(jī)放電電路徑可能因故障而無(wú)法工作時(shí)，如碰撞事件。它也可以用于在車(chē)輛長(zhǎng)時(shí)間停放后，確保高壓系統(tǒng)內(nèi)的電壓已經(jīng)降至安全水平。

優(yōu)勢(shì)/劣勢(shì) 冗余主動(dòng)放電策略的優(yōu)勢(shì)在于其提供了額外的安全層，增加了系統(tǒng)的冗余性，不依賴于電機(jī)的狀態(tài)，可以在更廣泛的情況下使用，并且通過(guò)獨(dú)立的監(jiān)控機(jī)制來(lái)檢測(cè)其工作狀態(tài)，提高了系統(tǒng)的可維護(hù)性。然而，該策略也存在劣勢(shì)，主要是需要另外增加電路，從而增加成本。此外，雖然用電阻放電風(fēng)險(xiǎn)較小，但在多次放電過(guò)程中，電阻也可能會(huì)老化損壞，引入了新的失效。

2.3 被動(dòng)放電

定義/工作原理

被動(dòng)放電是一種不需要任何主動(dòng)控制機(jī)制的放電路徑。它通常依賴于系統(tǒng)中的被動(dòng)組件，如電阻器或電感，這些組件會(huì)自然地消耗或分散電能，從而降低電壓。被動(dòng)放電的速度通常比主動(dòng)放電慢，但它是一種始終存在的放電機(jī)制，不需要額外的控制或監(jiān)控。

應(yīng)用場(chǎng)景

被動(dòng)放電主要用于在車(chē)輛關(guān)閉且沒(méi)有其他放電機(jī)制工作時(shí)，確保高壓系統(tǒng)內(nèi)的電壓逐漸降低。它也可以作為主動(dòng)放電路徑失效時(shí)的最后一道防線。

優(yōu)勢(shì)/劣勢(shì) 被動(dòng)放電的優(yōu)勢(shì)在于它無(wú)需額外的控制或監(jiān)控機(jī)制，從而降低了系統(tǒng)的復(fù)雜性；同時(shí)，它始終存在并提供基本的放電功能，且成本低廉，易于實(shí)現(xiàn)。

2.4 小節(jié)

小節(jié)一下。通過(guò)02章節(jié)，我們了解到在電動(dòng)汽車(chē)高壓電氣系統(tǒng)中，電機(jī)主動(dòng)放電、冗余主動(dòng)放電以及被動(dòng)放電共同構(gòu)成了完整的放電路徑體系。其中冗余主動(dòng)放電又有多種方式可選，如電阻放電、晶閘管放電、功率開(kāi)關(guān)放電（模塊放電）等。以上所述每種放電路徑都有其獨(dú)特的作用、應(yīng)用場(chǎng)景和優(yōu)勢(shì)，彼此協(xié)同、共同確保了系統(tǒng)的安全性和可靠性。

圖片來(lái)源：ST

那么，是不是電機(jī)放電、冗余放電、被動(dòng)放電都是必須存在的？如果不是，要如何根據(jù)各自的放電特征選用合適的放電方式呢？如果是，此三者之間又要如何配合（控制策略），以完整覆蓋所有應(yīng)用場(chǎng)景、滿足整車(chē)需求呢？這些問(wèn)題我們?cè)谙缕凇钢鲃?dòng)放電」文章中繼續(xù)展開(kāi)聊聊：

03 主動(dòng)放電的三種方式對(duì)比：電機(jī)放電、電阻放電、功率開(kāi)關(guān)放電

04 從應(yīng)用場(chǎng)景到控制策略的說(shuō)明

05 功能安全的考慮

06 功率開(kāi)關(guān)放電的實(shí)現(xiàn)方法概述

備注：以上內(nèi)容完整版會(huì)在知識(shí)星球中發(fā)表

以上是關(guān)于電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)功能解讀：主動(dòng)放電 v1.0內(nèi)容總結(jié)的節(jié)選，完整版及相關(guān)資料在知識(shí)星球「SysPro| 動(dòng)力系統(tǒng)功能解讀」專欄發(fā)布，歡迎查閱、學(xué)習(xí)。此外，關(guān)于主動(dòng)放電，大家可以結(jié)合知識(shí)星球中以下兩部分內(nèi)容一并學(xué)習(xí)(星球中點(diǎn)擊鏈接跳轉(zhuǎn)，查閱下載)，希望有所幫助！