CN100424963C - 电动汽车用变压电路 - Google Patents

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Abstract

本发明的目的在于提供一种可以稳定地进行从高压蓄电池向变换器的预充电控制的电动汽车用变压电路。因此，具有：高压的行驶用蓄电池；变换器，其具有电容器；DC/DC转换器，其将行驶用蓄电池的电压变换为低电压而输出；接触器电路，其进行向变换器的冲击电流的抑制处理；以及DC/DC转换器起动允许单元，其在检测出由接触器电路进行的抑制处理结束的情况下，允许DC/DC转换器的起动，其具有：动作指令部，其包含在DC/DC转换器控制单元中，同时，如果被输入起动允许信号且被输入预先设定的动作电压，则向DC/DC转换器发出动作指令；以及开关，其设置在对DC/DC转换器的起动允许信号的输入线路上，并以与主接触器的从断开向接通的切换同步的方式从断开切换为接通。

Description

电动汽车用变压电路
技术领域
本发明涉及一种电动汽车所具有的将高压蓄电池的电力变换为低电压而向低压蓄电池进行充电的DC/DC转换器。
背景技术
通常，包括混合动力电动汽车在内的电动汽车中，具有储存较高电压(例如500V左右)的直流电力的行驶用蓄电池(高压蓄电池)、将行驶用蓄电池的直流电力变换为交流电力的变换器、以及利用由变换器变换后的交流电力驱动的行驶用电动机，对以可以传递动力的方式与行驶用电动机的输出轴连结的驱动轮进行旋转驱动，由此，使车辆行驶。
此外，除了行驶用蓄电池之外，还具有储存较低电压(例如24V或者12V)的直流电力的车载电气设备用蓄电池(低压蓄电池)，利用该车载电气设备用蓄电池的电力使车载电气设备动作，该车载电气设备包括车辆的前照灯或制动灯等照明系电气设备、空调的压缩机或冷凝器等空调系电气设备、音响等音响电气设备、或者电动动力转向装置、制动器用真空泵等控制系电气设备、各种控制器(ECU等)的控制系电气设备等。
车载电气设备用蓄电池通过DC/DC转换器与行驶用蓄电池相连接，行驶用蓄电池的以高电压输出的电力由DC/DC转换器变换为低电压后，储存在车载电气设备用蓄电池中。
这种电动汽车或者混合动力电动汽车，为了防止过大的冲击电流输入至电气系统中，在高压设备(即行驶用电动机)起动时，进行被称为预充电控制的冲击电流抑制处理。
对该预充电控制进行说明。在行驶用蓄电池和变换器之间安装用于通断与行驶用蓄电池的电连接的开关(主接触器)。此外，为了抑制由行驶用蓄电池提供的电压变动，在变换器的输入端设有电容器，该电容器用于对输入的电压进行平滑化之后进行从直流电力向交流电力的变换。
但是，如果来自于蓄电池的直流电流经过主接触器而输入至变换器中，则在上述电容器中短时间内流过巨大的电流(冲击电流)，其结果，发生导致主接触器的接点熔化等损坏的问题。
于是，以与主接触器并联的方式设置开关(预充电接触器)和电阻器(电阻)，在接通主接触器之前，接通预充电接触器。于是，变换器输入端的电容器慢慢被充电而电容器的电压上升，行驶用蓄电池侧和电容器(变换器)侧之间的电位差变小。然后接通主接触器。通过进行这种控制(预充电控制)，防止接通主接触器时产生过大的冲击电流，不会发生主接触器的损坏等。
例如，图4表示现有的电动汽车的电源装置中的电路。如图4所示，行驶用电动机109通过变换器104与行驶用蓄电池102相连接。此外，车载电气设备用蓄电池103以与变换器104并联的方式通过DC/DC转换器101与行驶用蓄电池102相连接，从车载电气设备用蓄电池103向各种车载电气设备110进行连接。
在行驶用蓄电池102和变换器104以及DC/DC转换器101之间，以并联的方式安装用于通断它们之间的电连接的主接触器106和预充电接触器107，在预充电接触器107上，以串联的方式配置电阻器108。
此外，在变换器104的输入端设有电容器105。
因此，在起动车辆时等使行驶用电动机109起动的情况下，首先接通预充电接触器107，慢慢向电容器105充电。然后，如果电容器105被充分充电，行驶用蓄电池102和电容器105之间的电位差充分小，则接通主接触器106。
如果接通主接触器106，则行驶用蓄电池102的电力通过变换器104提供给行驶用电动机109，对与行驶用电动机109驱动连结的未图示的驱动轮进行旋转驱动。另一方面，行驶用蓄电池102的电力通过DC/DC转换器101变换为低电压，储存在车载电气设备用蓄电池103中。然后，利用来自于车载电气设备用蓄电池的电力供给，使各种车载电气设备110动作。
此外，在DC/DC转换器101上还连接着控制电源，如果从控制电源输入电力之后从作为充电用电源的行驶用蓄电池102侧输入规格范围的电压(动作电压)，则DC/DC转换器开始动作。
图5(a)是表示预充电控制时的电容器105的电压上升的曲线图。如图5(a)所示，在电动汽车起动时等使行驶用电动机109起动的情况下，在T1时刻，首先接通预充电接触器107而开始预充电控制，电容器105慢慢被充电而电压上升。之后在T2时刻，如果行驶用蓄电池102和电容器105之间的电位差变得充分小(例如30V左右)，则结束预充电控制，接通主接触器106。如果接通主接触器106，则电容器105的电压急剧上升而在T3时刻与行驶用蓄电池102的电压大致相同。在T2～T3期间，如果电容器105的电压达到DC/DC转换器动作电压(在本例中为480V)，则DC/DC转换器101开始动作，将行驶用蓄电池102的高压电力变换为低电压而向车载电气设备用蓄电池103供给电力。
预充电控制的结束，如上所述，可以通过行驶用蓄电池102的电压和电容器105的电压之间的电压差接近于小于或等于规定值来进行判定，但除此之外，也可以以从预充电控制开始时所经过的时间达到规定时间、或者变换器(电容器)的电压上升率下降为小于或等于规定上升率作为结束的条件，来进行判定。
通常，在基于电压差或者电压上升率等条件进行预充电控制结束的判定的情况下，以图6所示的流程进行。此外，在图6的例子中，通过电压差接近于小于或等于规定值，来进行预充电控制结束的判定。
如图6所示，如果预充电控制开始，则在步骤S01中接通预充电接触器，进入步骤S02。在步骤S02中，对行驶用蓄电池电压Vb和变换器电压Vinv之间的差与预先设定的规定值的大小进行比较。然后，在行驶用蓄电池电压Vb和变换器电压Vinv之间的差小于或等于规定值的情况下，判定为预充电已结束，进入步骤S03，接通主接触器，断开预充电接触器。
此外，步骤S02中，在行驶用蓄电池电压Vb和变换器电压Vinv之间的差大于规定值的情况下，进入步骤S04，在步骤S04中对从预充电控制开始时所经过的时间进行比较，在经过时间为5秒以内的情况下，返回到步骤S02。此外，步骤S04中，在经过时间大于或等于规定时间(图6的例子中为5秒)的情况下，判断为装置中存在某些异常，进入步骤S05，进行错误显示，将预充电控制中止(超时)。
但是，在上述现有技术中，有时候从预充电控制开始到结束，需要花费比平时长得多的时间，该情况下，在电容器105的电压充分上升之前预充电控制超时，有可能发生行驶用电动机109的起动失败等问题。
对这种现象进行研究的结果，发现是由于预充电控制过程中DC/DC转换器101开始动作，这成为了上述问题的原因。
如果在预充电控制过程中DC/DC转换器101开始动作，则因为通过DC/DC转换器101向车载电气设备用蓄电池103侧供给电力，所以向电容器105提供的电力下降，电容器105的充电需要时间。此外，在此时负载侧(车载电气设备110等)的电力要求大的情况下，因为产生大的电压变动而预充电控制中向电容器105充电的电力流向负载侧，所以也可能使电容器105的电压下降。
因此可以明确，因为不能迅速地进行电容器105的充电，预充电控制需要时间，所以在电容器105的电压充分上升之前控制超时，其结果，导致行驶用电动机109的起动失败等问题。
此外，如上所述，因为如果预充电过程中DC/DC转换器101动作，则电容器105的电压上升变得缓慢，所以在例如基于经过时间或者电压上升率的条件来判定预充电控制的结束的情况下，这成为错误判定的原因，电容器105的电压上升不充分，尽管不能满足本来的预充电结束条件，却接通主接触器106，有可能产生过大的冲击电流。
于是，继续对预充电控制的过程中DC/DC转换器101动作的原因研究的结果，发现是由于行驶用蓄电池102的电压根据充电状态等上下变动而引起的。对该原因进行更详细的说明。
DC/DC转换器101的动作电压，基于行驶用蓄电池102的规格电压范围，设定为比该行驶用蓄电池102的规格电压的下限值稍低的值。
但是，行驶用蓄电池102的电压在满充电时等，有时会上升到规格电压的上限值左右，例如在规格电压范围为485～520V的情况下，实际的电压如图5(b)所示，有时候会达到520V。该情况下，在预充电控制过程中，在行驶用蓄电池侧和变换器(电容器)侧的电压差充分变小之前，变换器侧的电压达到了动作电压(480V)，由此DC/DC转换器101动作。
如果为了消除这种问题，将DC/DC转换器101的动作电压设定为更高电压侧(例如500V)，则会担心在行驶用蓄电池102的电压处于规格电压范围的下限值附近的情况下，即使预充电控制完成后接通主接触器106，DC/DC转换器101也不动作。
本发明就是鉴于上述问题而提出的，其目的在于，提供一种电动汽车用变压电路，其在将高压蓄电池的电力充电到低压蓄电池时，可以稳定地进行从高压蓄电池向变换器的预充电控制。
发明内容
为了实现上述目的，本发明的电动汽车用变压电路具有：高压蓄电池，其向安装在电动汽车上的行驶用电动机供给电力；变换器，其安装在所述高压蓄电池和所述行驶用电动机之间，具有电容器，并将由所述高压蓄电池供给的直流电流变换为交流电流后，向所述行驶用电动机供给；DC/DC转换器，其以与所述变换器并联的方式连接在所述高压蓄电池上，并将所述高压蓄电池的电压变换为低电压而输出；接触器电路，其安装在所述高压蓄电池和所述变换器之间，在开始将所述高压蓄电池的电力向所述行驶用电动机供给时，进行对所述变换器的冲击电流的抑制处理；以及DC/DC转换器起动允许单元，其在检测出所述接触器电路进行的所述抑制处理结束的情况下，允许所述DC/DC转换器的起动，其中，所述接触器电路由主接触器和预充电电路构成，所述预充电电路以与所述主接触器并联的方式配置，并由预充电接触器和以与所述预充电接触器串联的方式配置的电阻构成，其特征在于，电动汽车用变压电路具有控制所述DC/DC转换器的动作的DC/DC转换器控制单元，所述DC/DC转换器起动允许单元具有：动作指令部，其包含在所述DC/DC转换器控制单元中，同时，如果被输入起动允许信号、且被输入预先设定的动作电压，则向所述DC/DC转换器发出动作指令；以及开关，其设置在对所述DC/DC转换器的所述起动允许信号的输入线路上，并以与所述主接触器的从断开向接通的切换同步的方式从断开切换为接通。
根据本发明的电动汽车用变压电路，因为即使在预充电电路进行的冲击电流抑制处理的过程中，电容器的电压达到DC/DC转换器的动作电压的情况下，DC/DC转换器起动允许单元也不允许DC/DC转换器的起动，所以DC/DC转换器不会动作。因此，不会被DC/DC转换器夺去电力，电容器可以迅速被充电而完成冲击电流抑制处理。于是，避免由控制的超时引起的起动失败，可以进行稳定的起动(预充电控制)。此外，因为电容器的电压上升稳定，所以即使在根据经过时间或者电压上升率判定冲击电流抑制处理的完成的情况下，也不会错误判定，可以防止过大的冲击电流的发生。
并且，作为DC/DC转换器起动单元，是在对DC/DC转换器的起动允许信号的输入线路上设置与主接触器同步的开关这样简单的结构，由此，可以可靠地防止在冲击电流抑制处理中DC/DC转换器动作。
附图说明
图1是表示本发明的一个实施方式所涉及的电动汽车用变压电路的电路图。
图2是表示本发明的一个实施方式所涉及的预充电控制时的流程图。
图3是表示本发明的一个实施方式所涉及的预充电控制时的变换器的电压上升、和行驶用蓄电池电压以及DC/DC转换器动作电压之间的关系的曲线图。
图4是表示现有电动汽车中的变压电路的电路图。
图5(a)和图5(b)是表示现有技术中的预充电控制时的变换器的电压上升、和行驶用蓄电池电压以及DC/DC转换器动作电压之间的关系的曲线图，图5(a)是平常时的情况，图5(b)是行驶用蓄电池输出电压比规格电压高的情况。
图6是表示现有技术中的预充电控制时的流程图。
具体实施方式
下面参照附图，对本发明的实施方式进行说明。图1～3用于说明本发明的一个实施形式所涉及的电动汽车用变压电路。图1是表示本实施方式中的电动汽车用变压电路的电路图。此外，图2是表示本实施方式中的预充电控制的流程图。此外，图3是表示本实施方式中的预充电控制(冲击电流抑制处理)时电容器的电压上升的图。并且，在图1中，对与图4的现有技术相当的部分标注相同的标号。
如图1所示，本实施方式的电动汽车用变压电路中具有行驶用电动机109、高压(例如500V)的行驶用蓄电池(高压蓄电池)102、具有电容器105的变换器104、DC/DC转换器101、以及包含预充电电路的接触器电路120。
行驶用电动机109通过变换器104与行驶用蓄电池102相连接，车载电气设备用蓄电池103以与变换器104并联的方式，通过DC/DC转换器101与行驶用蓄电池102相连接，车载电气设备用蓄电池103与各种车载电气设备110相连接。
接触器电路120的构成方式为，主接触器106与相互串联连接的预充电接触器107和电阻器108(预充电电路)并联，并配置在变换器104的高压侧(即行驶用蓄电池102侧)。此外，在变换器104的输入端设置电容器105。
因此，在接触器电路120中，预充电控制时首先接通预充电接触器107，利用电阻器108的电阻抑制过大的冲击电流，同时慢慢向电容器105充电。然后，如果电容器105被充分地充电，行驶用蓄电池102的电压和电容器105的电压之间的差小于或等于规定值(本实施例中为30V)，则接通主接触器106，断开预充电接触器107。
此外，主接触器106和预充电接触器107的通断控制，是基于行驶用蓄电池102中检测出的电压值和变换器104中检测出的电压值，利用未图示的电子控制装置来进行控制的。
此外，还向DC/DC转换器101输入控制电源和DC/DC转换器起动允许信号。并且，在输入DC/DC转换器起动允许信号的输入线路上，安装与主接触器106连动的起动允许开关111。通过主接触器106从断开切换为接通，该起动允许开关111从断开切换为接通，DC/DC转换器起动允许信号被输入至DC/DC转换器101内的转换器控制器112中。在转换器控制器112中，具有如果输入DC/DC转换器起动允许信号且输入预先设定的动作电压，则使DC/DC转换器101动作的功能(动作指令部)113。在这里，DC/DC转换器101的动作电压设定为480V。
本发明的一个实施方式所涉及的电动汽车用变压电路因为具有这种结构，所以在行驶用电动机109起动时，例如进行如图2的流程图所示的处理。即，在电动汽车起动时等使行驶用电动机109起动的情况下，首先在步骤S01中接通预充电接触器107，并使计时器动作。
然后，步骤S02中，对行驶用蓄电池102的电压Vb和变换器104(电容器105)的电压Vinv之间的差、与预先设定的规定值V0(例如30V)进行比较。然后，在行驶用蓄电池102的电压Vb和变换器104的电压Vinv之间的差大于规定值V0的情况下，进入步骤S04，对在步骤S01中开始计量的计时值T和预先设定的规定时间T0(例如5秒)进行比较，在计时值T小于T0的情况下返回到步骤S02。
此外，在步骤S02中行驶用蓄电池的电压Vb和变换器104的电压Vinv之间的差小于或等于规定值V0的情况下，进入步骤S03，接通主接触器106，断开预充电接触器107。并且，与主接触器106的接通连动地接通起动允许开关111，结束预充电控制。
另一方面，在步骤S04中，如果计时值T大于或等于规定时间T0，则进入步骤S05，进行错误显示，将预充电控制结束(中止)。也就是说，如果步骤S01中接通预充电接触器107，则行驶用蓄电池102的电力经过电阻器108提供给电容器105，不会产生过大的冲击电流，慢慢给电容器105充电。
然后，步骤S02中，如果判定电容器105被充分地充电，行驶用蓄电池102和电容器105之间的电位差充分小(小于或等于规定值30V)，则在步骤S03中接通主接触器106，断开预充电接触器107。
此外，与主接触器106的接通连动，起动允许开关111被接通，DC/DC转换器起动允许信号被输入至DC/DC转换器101中。此时，由于接通主接触器106而向DC/DC转换器101施加大于或等于动作电压的电压，除此之外，由于接通起动允许开关111而向DC/DC转换器101输入DC/DC转换器起动信号。
由此，DC/DC转换器101开始动作，行驶用蓄电池102的电力通过DC/DC转换器101变换为低电压而储存在车载电气设备用蓄电池103中。然后，利用来自于车载电气设备用蓄电池103的电力供给，使各种车载电气设备110动作。
此外，如果接通主接触器106，则行驶用蓄电池102的直流电力通过变换器104变换为交流电力而被提供给行驶用电动机109，利用未图示的电动机控制器的控制，对行驶用电动机109进行驱动，由此对与行驶用电动机109驱动连结的未图示的驱动轮进行旋转驱动。
因此，在本实施方式所涉及的电动汽车用变压电路中，如图3所示，在行驶用蓄电池102的充电率高，输出电压处于规格电压范围的上限值附近时进行冲击电流抑制处理的情况下，即使例如在行驶用蓄电池102的电压和电容器105的电压之间的电压差小于或等于规定值V0(30V)之前，电容器105的电压达到DC/DC转换器101的动作电压(480V)，因为不从DC/DC转换器起动允许单元111发送DC/DC转换器起动信号，所以也不会开始DC/DC转换器101的动作。
如图3的实线所示，在T1时刻，如果预充电接触器107接通，则电容器105慢慢被充电而电压上升。然后，在T2时刻，电容器105的电压达到DC/DC转换器101的动作电压(480V)，但因为行驶用蓄电池102的电压和电容器105的电压之间的差大于规定值(30V)，所以该时刻不会接通主接触器106和起动允许开关111，当然DC/DC转换器101也不会动作。
然后，电容器105的电压继续上升，如果在T3时刻与行驶用蓄电池102之间的电压差小于或等于规定值V0(30V)，则接通主接触器106，电容器105的电压急剧上升而与行驶用蓄电池102的电压大致相同。此外，与主接触器106的接通连动，起动允许开关111被接通，DC/DC转换器101开始动作。
因此，本实施方式所涉及的电动汽车用变压电路，不会发生如图3的双点划线所示的现有技术的问题，即，由于在T2时刻DC/DC转换器101动作，所以在T2～T4的期间行驶用蓄电池102的电力流向DC/DC转换器101侧，电容器105的电压暂时地下降，或者电压上升缓慢等电容器105的电压上升不稳定。此外，也不会发生到了T4时刻电容器105的电压也没有充分上升，由于控制的超时而行驶用电动机109的起动失败等问题。
上面对本发明的实施方式进行了说明，但本发明并不限于上述的实施方式，可以在不脱离本发明主旨的范围内进行各种变形实施。
例如，在本实施方式中，以行驶用蓄电池102和电容器105之间的电压差小于或等于规定值作为预充电控制结束的条件，但也可以取代它，以电容器105的电压上升率小于或等于规定的上升率作为预充电控制结束的条件。
即，如图3所示，在预充电控制时，电容器105的电压上升率随着电压的上升逐渐变缓。因此，通过检测出电容器105的电压上升率小于或等于规定电压上升率来完成预充电控制，也能获得与本实施方式相同的效果。并且，因为不会发生如图3的双点划线所示的现有技术那样的电容器105的电压上升不稳定的问题，所以不会错误判定预充电控制的结束，可以可靠地抑制过大的冲击电流。
此外，也可以仅基于从控制开始的经过时间来判定预充电控制的完成。该情况下，在本实施方式中，虽然不能如图2的步骤S04和步骤S05所示那样，在从预充电控制开始经过规定时间也不满足预充电结束条件的情况下，判断出装置中可能有一些异常而进行预充电控制的中止，但可以利用简单的结构判定电容器105的电压上升。
此外，在本实施方式中，作为DC/DC转换器起动允许单元，使用与通过电子控制装置控制的主接触器106连动的起动允许开关111，但也可以利用电子控制装置分别对主接触器106的通断和DC/DC转换器101的动作进行控制，在满足规定的预充电控制完成条件(电压差、电压上升率、经过时间等)的情况下，电子控制装置使主接触器106接通，同时使起动允许开关111接通。
本发明可以广泛适用于具有向行驶用电动机供给电力的高压蓄电池和向车载设备供给电力的低压蓄电池的电动汽车中，当然也可以适用于混合动力电动汽车中。

Claims (1)

1. 一种电动汽车用变压电路，具有：
高压蓄电池(102)，其向安装在电动汽车上的行驶用电动机(109)供给电力；
变换器(104)，其安装在所述高压蓄电池(102)和所述行驶用电动机(109)之间，具有电容器(105)，该变换器(104)将由所述高压蓄电池(102)供给的直流电流变换为交流电流而向所述行驶用电动机(109)供给；
DC/DC转换器(101)，其以与所述变换器(104)并联的方式连接在所述高压蓄电池(102)上，将所述高压蓄电池(102)的电压变换为低电压而输出；
接触器电路(120)，其安装在所述高压蓄电池(102)和所述变换器(104)之间，在开始将所述高压蓄电池(102)的电力向所述行驶用电动机(109)供给时，进行对所述变换器(104)的冲击电流的抑制处理；以及
DC/DC转换器起动允许单元(111、113)，其在检测出由所述接触器电路(120)进行的所述抑制处理结束的情况下，允许所述DC/DC转换器(101)的起动，
其中，所述接触器电路包括：
主接触器(106)；以及
预充电电路，其以与所述主接触器(106)并联的方式配置，并由预充电接触器(107)和以与所述预充电接触器(107)串联的方式配置的电阻(108)构成，
其特征在于，
具有控制所述DC/DC转换器的动作的DC/DC转换器控制单元(112)，
所述DC/DC转换器起动允许单元(111、113)具有：
动作指令部(113)，其包含在所述DC/DC转换器控制单元(112)中，同时，如果被输入起动允许信号且被输入预先设定的动作电压，则向所述DC/DC转换器(101)发出动作指令；以及
开关(111)，其设置在对所述DC/DC转换器(101)的所述起动允许信号的输入线路上，并以与所述主接触器(106)的从断开向接通的切换同步的方式从断开切换为接通。
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