详解EV中的主动放电功能

来源：御用小威的后花园；作者：御用小威

EV中的主动放电功能一般都用于给电驱系统的DC link电容放电。

DC link电容的电压很高（400V或800V）并且容值较大（mf级别），所以需要在EV驻车或发生碰撞事故时，尽快把存储在电容内的能量释放掉，以避免对人造成危害。

大致的电路如下，pyro-fuse的触发信号或者车辆的驻车信号发送给SCR，使SCR导通形成主动放电回路。涉及的元器件就是DC link cap、放电电阻R、放电开关SCR这三个。

我们把SCR导通后看作是短路，那么放电时间的长短就只取决于R、C的大小。根据电容充放电的公式：

V(t)：t时刻电容两端的电压（取人体的安全电压48V）

V(0)：电容的初始电压（以400V为例）

t：放电时间（需要求的参数）

R：放电电阻的阻值（取100ohm）

C：电容的容值（取1000uf，电驱中的DC link电容一般都比较大）

OK，用excel表格来算一下放电时间 t = 0.212s

借用一下某大厂的资料，在ISO 6469 Part 4的标准中，要求高压需要在车辆熄火后5s内降低到60V以下的安全电压以下。原文如下：

因此，我们计算得到的放电时间t=0.212s << 5s, 可以满足要求。

当然，这只是车辆熄火时的要求。在车辆发生碰撞事故时，我们会希望放电时间t尽可能的短，以保证安全。假设我们以t=1ms为设计目标再计算一下，我们就需要把放电电阻的阻值减小到0.5ohm。

同时我们还可以计算得到一些SCR选型时需要关注的参数：

Ip=800A（放电时的峰值电流）

I^2t=136A^2s（放电电流所产生的脉冲能量）

di/dt=1.6A/us（放电电流的电流变化率）

Littelfuse的SJxx40xxA Series SCR是一款非常适用于EV主动放电应用的SCR，让我们来对比一下参数。

*电容放电波形是指数波形，SCR规格书中的测试波形是正弦波，所以需要乘以校正系数K=0.503，然后再和规格书中的值做比较。

可以看出上述关键参数都能满足选型要求附上规格书供参考

littelfuse-thyristor-SJxx40xxA-datasheet.pdf

OK，最后跑个LTspice看看仿真的结果。

t=1.27ms；Ip=658A; I^2t=133A^2s。

可以看到，仿真的结果和计算的结果还是比较接近的。造成差异的原因，可能是电容的ESR、SCR的导通压降等参数在计算中都被忽略了。

最后再补充说几点：

1. 主动放电不仅会作用于DC Link电容，还有可能会作用于电机中所存储能量的释放，就像前文ISO 6469 Part4标准的那张图中的蓝色部分，指的就是电机能量的释放。所以，对于SCR的I^2t的选择需要留有足够大的余量。

2. 其实本质上SCR就是起一个开关的作用，需要放电时导通一下；不需要时一直是截止状态。所以MOSFET、IGBT、SiC都是可以选择的器件。

3. 选择SCR主要有2个好处

（1）SCR是半控器件，只需要给G端一个开启信号，放电过程结束后SCR可自行关断。控制非常简单。

（2）相对来说SCR的抗浪涌电流能力（I^2t）要比MOSFET、IGBT等更强，在电容放电的应用场景会更适用。

4. 既然有主动放电，那相对的也有被动放电。即通过电机和回路自身的阻抗来放电，在电压比较低电容容量比较小的场景，这也是一种可行的方案。

5. 800V系统的主动放电需要用1200V的SCR，目前市面上1200V的SCR相对较少。Littelfuse的CLA50E1200HB有很高的浪涌电流耐受能力，从参数上看可以满足要求，目前正在进行AEC-Q101的认证。附上规格书供参考