CN102448762A

CN102448762A - 用于电气车辆或混合动力车的电源设备

Info

Publication number: CN102448762A
Application number: CN2010800240895A
Authority: CN
Inventors: 田边千济; 河合利幸
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2009-06-01
Filing date: 2010-04-29
Publication date: 2012-05-09
Also published as: JP2010279224A; US20120068532A1; WO2010140031A2; WO2010140031A3; JP5381346B2

Abstract

提供了一种继电器，其关于系统主继电器在变换器侧与平滑电容器并联地电气连接到电池/从电池电气断开。因此，当系统被关闭时，电池和电极母线由系统主继电器彼此电气断开，主电极母线由此被继电器连接到负电极母线。结果，在平滑电容器中蓄积的电力更为可靠且更为迅速地被释放。

Description

用于电气车辆或混合动力车的电源设备

技术领域

本发明涉及电源设备和装有该电源设备的车辆，特别涉及这样的电源设备以及装有该电源设备的车辆：其与电气机器交换电力。

背景技术

电源设备可与输出动力的电动机以及用于驱动电动机的变换器一起装在车辆上。电源设备还可包含：高电压二次电池；系统主继电器，其将高电压二次电池与电动机彼此电气连接/断开；平滑电容器，其关于系统主继电器在电动机侧与电动机并联地连接到高电压二次电池(例如，参见PCT申请No.8-511153的已公开日文译文(JP-A-8-511153))。在此设备中，如果判断为将会发生车辆碰撞，系统主继电器被关断，变换器被驱动为释放已经在平滑电容器中累积的电力。因此，减小了车辆碰撞时接受到电击(electric shock)的风险。

然而，在上面的电源设备中，变换器需要被驱动，以便释放在平滑电容器中累积的电力。因此，在变换器或用于控制变换器的控制装置已经故障时，电力不能被释放。另外，为了释放在平滑电容器中累积的电力，还想到设置与平滑电容器并联的放电电阻器。然而，如果放电电阻器具有低的电阻，在正常运行期间，导致大的损耗。相反，如果放电电阻器的电阻高，对累积的电力进行释放花费长的时间。

发明内容

本发明提供了一种电源设备以及装有该电源设备的车辆，该电源设备可为可靠且更为迅速地对在平滑电容器中累积的电力进行释放。

本发明的第一实施形态涉及一种与电气机器交换电力的电源设备。该电源设备装有：直流电源；第一继电器装置，其有选择地将直流电源电气连接到电气机器；平滑电容器，其与直流电源并联连接，并设置在第一继电器装置和电气机器之间；第二继电器装置，其关于第一继电器装置在电气机器侧与平滑电容器并联地连接到直流电源，并且有选择地电气连接平滑电容器。

根据本发明的这种电源设备具有第二继电器装置，其关于第一继电器装置在电气机器侧与平滑电容器并联地电气连接到直流电源/从直流电源电气断开。因此，当直流电源和电气机器通过第一继电器装置彼此断开时，平滑电容器中累积的电力能够通过电气连接第二继电器装置被更为可靠且更为迅速地释放。这里，应当注意，“第一继电器装置”和“第二继电器装置”也可以为继电器。

本发明的第二实施形态涉及车辆。这种车辆装有：电源设备，其与电气机器交换电力；电动机，其作为电气机器，行驶动力可被输入到该电气机器/从该电气机器输出。电源设备装有：直流电源；第一继电器装置，其有选择地将直流电源电气连接到电气机器；平滑电容器，其与直流电源并联连接，并设置在第一继电器装置和电气机器之间；第二继电器装置，其关于第一继电器装置侧在电气机器侧与平滑电容器并联地连接到直流电源，并且有选择地连接平滑电容器。

根据本发明的车辆装有根据本发明的前述实施形态的电源设备，因此，可实现与根据本发明的电源设备类似的效果，例如，使得可以更为可靠且更为迅速地对在平滑电容器或类似物中累积的电力进行释放。

附图说明

参照附图，由下面对示例性实施例的介绍，将会明了本发明的前述以及进一步的特征和优点，在附图中，类似的号码用于表示类似的元件，其中：

图1为一框图，其示出了装有根据本发明的实施例的电源设备的电气车辆的整体构造；

图2为继电器以及构成系统主继电器的一部分的继电器的示例性构造的原理图；

图3为继电器以及构成系统主继电器的一部分的继电器的示例性构造的原理图；

图4为根据本发明的修改实施例的继电器和构成系统主继电器的一部分的继电器的示例性构造的原理图；

图5为根据本发明的修改实施例的继电器和构成系统主继电器的一部分的继电器的示例性构造的原理图；

图6为根据本发明修改实施例的电气车辆的整体构造的框图。

具体实施方式

下面，将使用实施例来介绍本发明的实施方式。

图1为一框图，其示出了装有根据本发明的实施例的电源设备20的电气车辆100的整体构造的框图。如图1所示，电气车辆100装有：连接到驱动轮49a和49b的电动机MG；变换器40，其驱动电动机MG；电池22，其经由变换器40与电动机MG交换电力；系统主继电器30，其设置在电池22和变换器40之间，电气连接/断开电池22和变换器40；平滑电容器42，其关于系统主继电器30设置在变换器40侧；继电器44，其关于系统主继电器30设置在变换器40侧，与变换器40和平滑电容器42并联连接；电子控制单元70，其控制整个车辆。应当注意，这里，电池22，系统主继电器30、平滑电容器42、继电器44主要对应于电源设备20。

系统主继电器30包含：介于电池22的正端子22a和正电极母线46a之间的继电器32；继电器34；电阻器36，其与继电器32并联连接，以便减小当继电器32被开通时的浪涌电流(inrush current)；继电器38，其介于电池22的负端子22b和负电极母线46b之间。另外，将正电极母线46a与负电极母线46b彼此电气连接/断开的继电器44关于系统主继电器30设置在变换器40侧。图2和3为继电器38和继电器44的示例性构造的原理图。如图2、3所示，继电器38和继电器44各自包含导电接触元件38a、导电接触元件44a、电磁体38b、外壳38c。接触元件38a进入与电池22的负端子22b以及负电极母线46b接触的状态，以便将负端子22b电气连接到负电极母线46b。接触元件44a进入与正电极母线46a以及负电极母线46b接触的状态，以便将正电极母线46a电气连接到负电极母线46b。接触元件38a通过耦合部分45连接到接触元件44a，耦合部分45与接触元件38a、接触元件44a一体地形成。在图2和3中，当电流流经电磁体38b或停止流经电磁体38b时，电磁体38b竖直移动接触元件38a、45a。外壳38c阻塞接触元件38a的一部分，以便限制接触元件38a、44a的移动。应当注意，这里，一旦接触元件44a接触正电极母线46a和负电极母线46b，外壳38c被设置在阻塞接触元件38a的进一步移动的位置。在继电器38和44中，当电流流经电磁体38b时，接触元件44a从正电极母线46a以及负电极母线46b分离，以便将正电极母线46a从负电极母线46b电气断开，且接触元件38a进入与电池22的负端子22b以及负电极母线46b接触的状态，从而经由接触元件38b将负端子22b电气连接到负电极母线46b，如图2所示出的那样。进一步地，当经过电磁体38b的电流流动停止时，接触元件38b从电池22的负端子22b以及负电极母线46b分离，作为替代地邻接外壳38c，从而将负端子22b从负电极母线46b电气断开，接触元件44a进入与正电极母线46a和负电极母线46b接触的状态，以便将正电极母线46a经由接触元件44a电气连接到负电极母线46b，这是由于弹簧的推力，如图3所示出的那样。也就是说，继电器38、44在接触元件38a、44a处一体地形成，使得当电池22的负端子22b从负电极母线46b电气断开时，正电极母线46a电气连接到负电极母线46b。由于继电器38和44因此被一体地形成，当电池22的负端子22b与负电极母线46b彼此电气连接时，可防止正电极母线46a和负电极母线46b之间的电气连接的形成。结果，当电池22连接到电极母线46时将在电路中发生短路的可能性得到降低。进一步地，由于继电器38、44一体地形成，相比于分立地设置这些继电器的电源设备，电磁体和外壳的数量可得到减小。因此，受控目标和部件的数量能够得到减少。

电子控制单元70被构造为具有CPU 72的微处理器，并具有除CPU 72之外的其中存有程序的ROM 74、其中临时存储数据的RAM 76、输入输出端口(未示出)、通信端口。来自点火开关80的点火信号IG、来自对换挡杆81的操作位置进行检测的换挡位置传感器82的换挡位置SP、来自对加速器踏板83的操作量进行检测的加速器踏板位置传感器84的加速器操作量Acc、来自对制动踏板85的按下量进行检测的制动踏板位置传感器86的制动踏板位置BP、来自车速传感器88的车辆速度V、来自对车辆的加速度进行检测的加速度传感器89的加速度等等经由输入端口被输入到电子控制单元70。到系统主继电器30、继电器44、变换器50的驱动信号从电子控制单元70输出。另外，电子控制单元70还基于来自加速度传感器89的信号检测车辆的碰撞。

在电气车辆100中，当操作者开启点火开关80时，系统主继电器30和继电器44被驱动，使得正电极母线46a从负电极母线46b电气断开，电池22电气连接到电极母线46，变换器40受到驱动，使得电动机MG产生与操作者的加速器踏板83按下量对应的转矩量，以便移动电气车辆100。于是，当点火开关80由操作者关闭或车辆碰撞基于来自加速度传感器89的信号被检测到时，系统主继电器30和继电器44受到驱动，使得电池22从电极母线46电气断开，正电极母线46a电气连接到负电极母线46b以便释放在平滑电容器42中蓄积的电力。关于系统主继电器30和继电器44的驱动，具体而言，当点火开关80被开启时，通过使电流流经电磁体38b，继电器38、44受到驱动，故而使得在正电极母线46a从负电极母线46b电气断开后，电池22的负端子22b电气连接到负电极母线46b，继电器32、34于是受到驱动，使得电池22的正端子22a电气连接到正电极母线46a。另外，当点火开关80被关闭或车辆碰撞基于来自加速度传感器89的信号被检测到时，继电器32受到驱动，使得电池22的正端子22a从正电极母线46a电气断开，经过电磁体38b的电流流动停止，在电池22的负端子22b和负电极母线46b彼此电气断开后，使得正电极母线46a电气连接到负电极母线46b，从而释放在平滑电容器42中蓄积的电力。通过这种方式，当点火开关80被关闭或检测到车辆碰撞时，在电池22的负端子22b从负电极母线46b断开后，在平滑电容器42中蓄积的电力通过继电器44释放。因此，在平滑电容器42中蓄积的电力更为可靠和更为迅速地释放。另外，继电器38和44被设计为使得，当通过电磁体38b的电流流动停止时，电池22的负端子22b从负电极母线46b电气断开，正电极母线46a电气连接到负电极母线46b。因此，即使当车辆涉及碰撞时在电子控制单元70中导致困难或类似情况，通过电磁体38b的电流流动停止。结果，电池22可从电极母线46分离，在平滑电容器42中蓄积的电力被迅速释放。因此，采用这种配置，在平滑电容器42中蓄积的电力可被更为可靠且更为迅速地释放。

根据装有该电源设备20的电气车辆100，设置了继电器44，其关于系统主继电器30在变换器40侧与平滑电容器42并联地电气连接到电池22/从电池22电气断开。因此，当系统关闭时，电池22由系统主继电器30从电极母线46电气断开，于是，正电极母线46a由继电器44电气连接到负电极母线46b。结果，在平滑电容器42中蓄积的电力更为可靠且更为迅速地释放。继电器38和44一体地形成，使得当继电器38被断开时正电极母线46a电气连接到负电极母线46b。因此，当电池22电气连接到电极母线46时，防止了正电极母线46a和负电极母线46b的电气连接，由此防止了当电池22连接到电极母线46时发生短路。

在装有根据本发明此实施例的电源设备20的电气车辆100中，继电器44的接触元件44a和继电器38的接触元件38a一体地形成。然而，接触元件38a和44a可分立地形成。在这种情况下，当电池22电气连接到电极母线46时，继电器38和44可被驱动，使得正电极母线46a不电气连接到负电极母线46b。另外，如根据图4、5所示实施例的变形实例的继电器144的情况中那样，继电器144可被形成为，当电池22电气连接到电极母线46时，作为物理构造，正电极母线46a不电气连接到负电极母线46b。如图4、5所示，根据变形实施例的继电器144包含：接触元件144a，其进入与正电极母线46a和负电极母线46b接触的状态，由此将正电极母线46a电气连接到负电极母线46b；电磁体144b，其根据电流是否被供到电磁体144b来在图4、5中竖直移动接触元件144a；外壳144c，其进入与接触元件144a邻接的状态，以便防止接触元件144a的移动。当电流被供到电磁体144b时，接触元件144a从正电极母线46a和负电极母线46b分离，从而将正电极母线46a从负电极母线46b电气断开。如果到电磁体144b的电流供给停止，由于弹簧(未示出)的推力，接触元件144a进入与正电极母线46a和负电极母线46b接触的状态，从而将正电极母线46a电气连接到负电极母线46b。应当注意，这里，接触元件144a具有曲柄部分，其作为与接触元件144a能够移动的方向(图4、5中是竖直的)垂直的平面。通过使电流流过电磁体144b以及停止电流在其中的流动，作为接触元件144a的一部分，曲柄部分144d也在图4、5中竖直移动。于是，继电器38和144被形成为，甚至在经过电磁体144b的电流流动被停止后，曲柄部分144d与接触元件38a接触，如图4所示，使得当继电器38的接触元件38a进入与电池22的负端子22b以及负电极母线46b接触的状态时，接触元件144a进入与正电极母线46a以及负电极母线46b接触的状态，并使得仅当接触元件38a不与电池22的负端子22b以及负电极母线46b接触时，正电极母线46a和负电极母线46b彼此电气连接，如图5所示。也就是说，继电器38和144被形成为使得当正电极母线46a电气连接到负电极母线46b时，电池22的负端子22b和负电极母线46b不彼此电气连接。由于继电器144的这种配置，即使继电器38和144被错误地驱动，不会在电池22电气连接到电极母线46时发生短路。

在装有该电源设备20的电气车辆100中，电池22经由系统主继电器30直接连接到变换器40。然而，如图6所示，根据变型实施例的电气车辆200可作为替代地具有升压转换器60，其关于系统主继电器30设置在变换器40侧，并关于平滑电容器42以及继电器44设置在电池22侧，从而对来自电池22的电力的电压进行升压，并向变换器40供给电力。在这种情况下，其电压已由升压转换器60升压的电力在平滑电容器42中蓄积。然而，由于执行与本发明第一实施例中一样的控制，平滑电容器42中蓄积的电力被更为可靠和更为迅速地释放。

在装有该电源设备20的电气车辆100中，如果基于来自加速度传感器89的信号检测到车辆的碰撞，电池22被系统主继电器30从电极母线46电气断开，正电极母线46a经由继电器44电气连接到负电极母线46b。然而，代替加速度传感器89或作为附加的是，雷达传感器、照相机或其他合适的装置——其识别车辆周围的物体——可被设置，以便基于来自这些部件的信号检测或预测车辆之间碰撞的可能性，并适当地驱动系统主继电器30和继电器44。

根据本发明此实施例的电源设备20已经被介绍为经由变换器40连接到电动机MG。然而，电源设备20与电气机器交换电力。电源设备20可连接到作为电动机的替代或附加的另一电气机器以及发电机。

根据本发明该实施例的电源设备20安装在电气车辆100上，以便与电动机MG交换电力，用于使得车辆行驶。然而，电源设备还可被设置在汽车以外的交通工具上，例如火车或类似物上，或是设置在例如轮船、飞机或类似物的移动物体上。电源设备也可并入非移动的设备，例如工地或类似物。

在本发明的实施例中，变换器40和电动机MG等效于“电气机器”，电池22等效于“直流电源”，系统主继电器30等效于“第一继电器装置”；平滑电容器42等效于“平滑电容器”，继电器44和144等效于“第二继电器装置”。另外，升压转换器60等效于“升压装置”，加速度传感器89和电子控制单元70——其基于来自加速度传感器89的信号检测车辆碰撞——等效于“碰撞检测/预测装置”，电气控制单元70——如果检测到车辆碰撞，其驱动系统主继电器30和继电器44，使得电池22从电极母线46电气断开，正电极母线46a电气连接到负电极母线46b，从而释放在平滑电容器42中蓄积的电力——等效于“碰撞检测/预测装置”。这里，应当注意，“电气机器”不限于变换器40或电动机MG，而是可包括可代替或附加于所提到的部件使用的任何合适的电气机器。“直流电源”不限于电池22，而是可包括任何合适的直流电源。“第一继电器装置”不限于系统主继电器30，而是可使用任何第一继电器装置，其可将直流电源和电气机器彼此电气连接/电气断开。“平滑电容器”不限于平滑电容器42，而是可为任何合适的平滑电容器，其关于第一继电器装置在电气机器侧与电气机器并联连接到直流电源。“第二继电器装置”不限于继电器44或继电器144，而是可为任何合适的继电器装置，其关于第一继电器装置在电气机器侧与电气机器并联连接。“升压装置”不限于升压转换器60，而是可以为任何合适的电压升压装置，其关于第一继电器装置在电气机器侧且关于第二继电器和平滑电容器在直流电源侧对直流电源的电压进行升压，并将电力供到电气机器侧。“碰撞检测/预测装置”不限于仅仅基于车辆加速度检测车辆碰撞的装置，而是可为任何合适的装置，其识别和辨认车辆周围的物体，以预测或检测车辆的碰撞。“碰撞检测/预测控制装置”不限于当检测到车辆碰撞时对系统主继电器30以及继电器44进行驱动使得电池22从电极母线46电气断开并使正电极母线46a和负电极母线46b彼此电气连接以便释放在平滑电容器42中蓄积的电力的控制装置，而是可以为任何合适的控制装置，其对第一继电器装置和第二继电器装置进行控制，使得当车辆碰撞被碰撞检测/预测装置检测或预测到时，第二继电器在直流电源和电气机器由第一继电器装置彼此断开之后被电气连接。应当注意，根据本发明的实施例及其变型实例的主要元件和在“发明内容”中提到的主要元件之间的对应关系是用于具体阐释实现“发明内容”中介绍的实现本发明的方式的实例，因此不对“发明内容”中介绍的元件进行限制。也就是说，“发明内容”中介绍的本发明应当基于“发明内容”中的介绍来解释，本发明的实施例仅仅是“发明内容”中介绍的本发明的具体实例。

尽管上面已经介绍了本发明的示例性实施例，所介绍的实施例仅仅是可如何实现本发明的非限制性实例。不言自明，在不脱离其范围的情况下，本发明可以多种模式实现。

本发明可用于制造电源设备和车辆及其类似物的工业。

Claims

1.一种与电气机器交换电力的电源设备，包含：

直流电源；

第一继电器装置，其有选择地将直流电源电气连接到电气机器；

平滑电容器，其与直流电源并联连接，并被设置在第一继电器装置和电气机器之间；以及

第二继电器装置，其关于第一继电器装置在电气机器侧与平滑电容器并联地连接到直流电源，并且有选择地连接平滑电容器。

2.权利要求1的电源设备，其中，第一继电器装置和第二继电器装置在机械上一体地形成，使得：当直流电源与电气机器藉由第一继电器装置彼此断开时，第二继电器装置被电气连接。

3.权利要求1或2的电源设备，其还包含升压装置，升压装置对由直流电源供给的电力的电压进行升压；其中，升压装置关于第一继电器装置被设置在电气机器侧，并且关于第二继电器装置以及平滑电容器被设置在直流电源侧；且其中，升压装置将电力供到电气机器侧。

4.权利要求2的电源设备，其中：

第一继电器装置具有第一接触元件，第一接触元件有选择地将直流电源的第一端子电气连接到连接于电气机器的母线；

第二继电器装置具有第二接触元件，第二接触元件有选择地将直流电源的第二端子电气连接到所述母线；

第一接触元件经由耦合部分连接到第二接触元件；

当第一接触元件进入与第一端子以及所述母线接触的状态时，藉由耦合部分，第二接触元件从第二端子以及所述母线分离；且

在第一接触元件从第一端子以及所述母线分离时，第二接触元件进入与第二端子以及所述母线接触的状态。

5.权利要求2的电源设备，其中：

第二接触元件包含曲柄部分，曲柄部分向着第一接触元件延伸；

当第一接触元件进入与第一端子以及所述母线接触的状态时，藉由曲柄部分，第二接触元件从第二端子以及所述母线分离；且

当第一接触元件从第一端子以及所述母线分离时，第二接触元件进入与第二端子以及所述母线接触的状态。

6.一种车辆，其装有：权利要求1-5中任意一项的电源设备；电气机器，该电气机器为电动机，行驶动力被输入到该电动机/从该电动机输出。

7.权利要求6的车辆，还包含：

碰撞检测装置，其检测车辆的碰撞；以及

碰撞检测控制装置，其对第一继电器装置以及第二继电器装置进行控制，使得：当碰撞检测装置检测到车辆的碰撞时，在直流电源和电气机器藉由第一继电器装置彼此断开之后，第二继电器装置被电气连接。

8.权利要求6的车辆，还包含：

碰撞预测装置，其预测车辆的碰撞；以及

碰撞预测控制装置，其对第一继电器装置以及第二继电器装置进行控制，使得：当碰撞预测装置预测到车辆的碰撞时，在直流电源和电气机器藉由第一继电器装置彼此断开之后，第二继电器装置被电气连接。