在電動(dòng)汽車（EV）的發(fā)展進(jìn)程中，安全問題始終是重中之重。其中，電驅(qū)系統(tǒng)的 DC link 電容存儲(chǔ)著大量的能量，其電壓高達(dá) 400V 或 800V，且容值處于 mf 級別。在 EV 駐車或發(fā)生碰撞事故時(shí)，必須盡快將電容內(nèi)的能量釋放，以避免對人員造成危害。這就凸顯了 EV 中主動(dòng)放電功能的重要性。

主動(dòng)放電電路原理

主動(dòng)放電功能主要用于給電驅(qū)系統(tǒng)的 DC link 電容放電。大致的電路是，pyro - fuse 的觸發(fā)信號或者車輛的駐車信號發(fā)送給 SCR（可控硅整流器），使 SCR 導(dǎo)通從而形成主動(dòng)放電回路。涉及的元器件主要有 DC link cap（DC link 電容）、放電電阻 R 和放電開關(guān) SCR 這三個(gè)。當(dāng) SCR 導(dǎo)通后可看作是短路，此時(shí)放電時(shí)間的長短僅取決于 R 和 C 的大小。

放電時(shí)間計(jì)算

根據(jù)電容充放電的公式：
V(t)=V(0)e?RCt
其中，V(t)為 t 時(shí)刻電容兩端的電壓（這里取人體的安全電壓 48V），V(0)為電容的初始電壓（以 400V 為例），t 為放電時(shí)間（需要求解的參數(shù)），R 為放電電阻的阻值（取 100ohm），C 為電容的容值（取 1000uf，電驅(qū)中的 DC link 電容一般都比較大）。

使用 Excel 表格計(jì)算可得放電時(shí)間t=0.212s。在 ISO 6469 Part 4 的標(biāo)準(zhǔn)中，要求高壓需要在車輛熄火后 5s 內(nèi)降低到 60V 以下的安全電壓。我們計(jì)算得到的放電時(shí)間t=0.212s遠(yuǎn)小于 5s，能夠滿足該要求。

不過，在車輛發(fā)生碰撞事故時(shí)，我們希望放電時(shí)間 t 盡可能短以確保安全。假設(shè)以t=1ms為設(shè)計(jì)目標(biāo)重新計(jì)算，就需要把放電電阻的阻值減小到 0.5ohm。

SCR 選型參數(shù)計(jì)算

同時(shí)，我們還可以計(jì)算得到一些 SCR 選型時(shí)需要關(guān)注的參數(shù)：

• 放電時(shí)的峰值電流Ip=800A
• 放電電流所產(chǎn)生的脈沖能量I2t=136A2s
• 放電電流的電流變化率dtdi=1.6A/μs

Littelfuse 的 SJxx40xxA Series SCR 是一款非常適用于 EV 主動(dòng)放電應(yīng)用的 SCR。由于電容放電波形是指數(shù)波形，而 SCR 規(guī)格書中的測試波形是正弦波，所以需要乘以校正系數(shù)K=0.503，然后再和規(guī)格書中的值做比較。經(jīng)比較，上述關(guān)鍵參數(shù)都能滿足選型要求。

仿真驗(yàn)證

通過 LTspice 進(jìn)行仿真，得到t=1.27ms，Ip=658A，I2t=133A2s。仿真結(jié)果和計(jì)算結(jié)果較為接近，差異可能是由于電容的 ESR（等效串聯(lián)電阻）、SCR 的導(dǎo)通壓降等參數(shù)在計(jì)算中被忽略所致。

補(bǔ)充說明

1. 能量釋放范圍：主動(dòng)放電不僅作用于 DC Link 電容，還有可能用于釋放電機(jī)中存儲(chǔ)的能量，就像 ISO 6469 Part 4 標(biāo)準(zhǔn)資料圖中的藍(lán)色部分所指。因此，在選擇 SCR 時(shí)，對于其I2t參數(shù)的選擇需要留有足夠大的余量。
2. 替代器件：本質(zhì)上 SCR 起開關(guān)作用，需要放電時(shí)導(dǎo)通，不需要時(shí)截止。所以 MOSFET、IGBT、SiC 等器件也可以作為選擇。
3. 選擇 SCR 的好處：
   • SCR 是半控器件，只需給 G 端一個(gè)開啟信號，放電過程結(jié)束后可自行關(guān)斷，控制簡單。
   • 相對而言，SCR 的抗浪涌電流能力（I2t）比 MOSFET、IGBT 等更強(qiáng)，在電容放電的應(yīng)用場景中更為適用。
4. 被動(dòng)放電：與主動(dòng)放電相對的是被動(dòng)放電，即通過電機(jī)和回路自身的阻抗來放電。在電壓較低、電容容量較小的場景下，這也是一種可行的方案。
5. 800V 系統(tǒng) SCR 選擇：800V 系統(tǒng)的主動(dòng)放電需要使用 1200V 的 SCR，目前市面上此類 SCR 相對較少。Littelfuse 的 CLA50E1200HB 具有很高的浪涌電流耐受能力，從參數(shù)上看可以滿足要求，目前正在進(jìn)行 AEC - Q101 的。