CN104795992B - 升压装置 - Google Patents

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Abstract

即使在被配置为检测电抗器电流的电流传感器56出现“卡住”故障期间，也要执行正确的控制。通过升压转换器12的升压电压、以及所述电流传感器56检测到的位于所述升压转换器12中的电抗器54的电抗器电流的反馈控制来控制升压转换器12。当所述电抗器电流的变化小于预定电流值时，执行所述电流传感器的故障判定，如果升压前电压的变化超过预定电压值，则判定所述电流传感器的故障。

Description

升压装置
优先权信息
本申请要求2014年1月20日提交的申请号为2014-008145的日本专利申请的优先权，该申请通过引用的方式在此全部纳入。
技术领域
本发明涉及电流传感器的故障判定，该电流传感器检测被配置为升高电池电压的升压转换器的电抗器电流。
背景技术
传统上，使用车载电池所驱动的电动发电机驱动电动车辆(EV)和混合动力车辆(HV)。更有效的方法是使用高电源电压驱动高速和高输出电动发电机。因此在许多情况下，使用升压转换器升高电池电压，并经由逆变器将所获取的升压电压提供给电动发电机。由于升压电压根据电动发电机的输出转矩而不同，因此，执行升压转换器的反馈控制以提供合适的升压电压。为了更适当地控制升压电压，测量流过升压转换器中的电抗器的电抗器电流，并且执行反馈控制，直到电抗器电流达到目标值。
专利文献1：JP 2006-311635 A
发明内容
在执行电抗器电流的反馈控制时，有必要执行电抗器电流的校正测量。当测量电抗器电流的电流传感器中出现“卡住(stuck)”故障(其中输出值固定在特定值上的故障)时，升压操作的控制性能劣化。具体而言，当电路根据电抗器电流被错误地控制时，升压电压会波动，并且这种升压电压的波动也导致通过基于升压电压的控制而产生的电抗器电流的波动。
为了解决上述问题，本发明的目的是，即使在检测电抗器电流的电流传感器中出现“卡住”故障时，也要防止在控制期间出现波动。
根据本发明的实施例的升压装置包括电池；电容器，其与所述电池并联连接以存储升压前电压；升压转换器，其包括与所述电容器相连的电抗器和与所述电抗器相连的开关元件，并且被配置为通过切换所述开关元件来获取升压电压；升压电压传感器，其被配置为检测所述升压电压；电流传感器，其被配置为检测流过所述电抗器的电抗器电流；升压前电压传感器，其被配置为检测所述升压前电压；以及控制单元，其被配置为通过所述升压电压和所述电抗器电流的反馈控制来控制所述升压转换器。当所述电抗器电流的变化小于预定电流值，并且所述升压前电压的变化超过预定电压值时，所述控制单元判定所述电流传感器的故障。
即使在检测电抗器电流的电流传感器中出现“卡住”故障时，所述升压转换器也可以使升压电压收敛(converge)的方式进行控制。
附图说明
将参考下面的附图详细地描述本发明的优选实施例，其中：
图1是示出混合动力车辆的主部分的的结构的框图；
图2示出升压转换器的结构；
图3是故障判定处理的流程图；
图4示出电抗器电流IL的变化状态；
图5示出升压前电压VL的变化状态；
图6示出电抗器电流的变化ΔIL的变化状态；
图7示出升压前电压的变化ΔVL的变化状态；
图8示出异常计数器的计数值的变化状态；以及
图9示出故障判定处理的备选实例的流程图。
具体实施方式
下面参考附图描述本发明的实施例。本发明不限于以下描述的实施例。
图1是示出混合动力车辆的驱动系统的示意性框图。电池10的直流(DC)输出被升压转换器12升高，并且被提供给第一逆变器14和第二逆变器16。第一逆变器14被连接到用于发电的第一电动发电机(MG)18。第二逆变器16被连接到用于驱动的第二电动发电机(MG)20。
第一MG 18和第二MG 20的输出轴被连接到动力变换单元22，引擎24的输出轴也被连接到动力变换单元22。连接动力变换单元22和第二MG 20的输出轴的旋转被传输到车辆的车轴(axle)作为驱动输出。动力变换单元22和第二MG 20的输出被传输到车轮以使混合动力车辆行驶。
动力变换单元22例如由行星齿轮结构构成，并且控制第一MG 18、第二MG 20以及引擎24之间的动力传输。引擎24基本被用作动力输出源，并且引擎24的输出经由动力变换单元22被传输到第一MG 18。这使第一MG 18通过引擎24的输出发电，并且经由第一逆变器14和升压转换器12将所获得的发电电力充给电池10。引擎24的输出经由动力变换单元22被传输到驱动轴(drive axle)，以使车辆通过引擎24的输出行驶。在图1中，电力传输系统由普通实线指示，机械动力传输系统由粗实线指示，信号传输系统(控制系统)由虚线指示。
控制单元26通过根据加速器下压量、由车辆速度确定的目标转矩等控制第一和第二逆变器14、16以及引擎24的驱动来控制到驱动轴的输出。控制单元26还通过根据电池的充电状态(SOC)控制引擎24的驱动和第一逆变器14的切换来控制电池10的充电。在车辆减速期间，第二逆变器16可被控制为使第二MG 20执行再生制动，并且使用所获得的再生电力给电池10充电。再生制动也可由第一MG 18执行。
在本实施例中，电容器30被设置在电池10的输出侧以对其输出电压执行平滑处理。电容器30被配备升压前电压传感器32以测量电容器30的电压(升压前电压VL)。在升压转换器12的输出侧，设置电容器34以对其输出电压执行平滑处理，并且设置升压电压传感器36以测量电容器34的电压，即第一和第二逆变器14、16的输入电压(升压电压VH)。
电气负荷38被连接到升压转换器12的输入侧，并且通过接收升压前电压VL的供给而被驱动。第三电动发电机42在此被设置作为电气负荷38以驱动车辆的后轮，并且驱动电流经由第三逆变器40被提供给第三电动发电机42。由升压前电压VL驱动的电气负荷38例如通过DC-DC转换器形成，该DC-DC转换器将电力提供给与设置在车辆内部的交流(AC)100V插座耦合(couple)的各种装置、车载辅助机器、辅助电池等。
图2示出升压转换器12的内部结构。升压转换器12包括两个串联连接的开关元件50、52，以及被连接到开关元件50、52之间的中间点的电抗器54。开关元件50、52中的每一者由诸如绝缘栅双极型晶体管(IGBT)之类的晶体管和二极管构成，该二极管允许与该晶体管的电流相反的反向电流流动。
电抗器54的一端被连接到电池10的正极，电抗器54的另一端被连接到开关元件50、52之间的中间点。在开关元件50中，晶体管的集电极被连接到第一和第二逆变器14和16的正电极总线，并且发射极被连接到开关元件52的晶体管的集电极。在开关元件52中，晶体管的发射极被连接到电池10的负极、以及第一和第二逆变器14和16的负电极总线。
还设置电流传感器56，其测量流过电抗器54的电抗器电流IL。因此，分别由升压前电压传感器32、升压电压传感器36和电流传感器56检测到的升压前电压VL、升压电压VH和电抗器电流IL被提供给控制单元26。在开关元件52已被关断之后，要由电流传感器56检测的电抗器电流IL可具有开关元件50、52的关断期间的关断期间电流值。因此，可以了解经由开关元件52的二极管在电容器34中充电的电流量。根据开关元件50被接通期间的电流值，可检测电压下降期间的电流，流向电池10的电流。
如上所述，控制单元26通过这样的方式控制第一和第二逆变器14、16和引擎24：目标转矩作为驱动输出被输出，并且获取必要的发电电力。
控制单元26进一步控制升压转换器12的开关元件50、52的切换，以便允许升压电压VH达到目标值。所述控制基本通过反馈控制执行，在该反馈控制中，升压电压传感器36检测到的升压电压VH变得与目标值相同。同时，升压电压VH可由流过第一和第二逆变器14、16的电流量以及上述电抗器电流判定。因此，控制单元26控制升压电压VH，以使作为上述反馈控制的结果，电抗器电流达到目标值。
当电流传感器56中出现“卡住(stuck)”故障时，值几乎固定，由于噪声等影响，该值可能具有某种程度的波动。在出现“卡住”故障时，升压电压VH可能因为使用电抗器电流的反馈控制而波动。具体而言，升压电压VH表示在对电抗器电流积分(integrate)期间电容器34的充电电压，并且这种控制在速度上慢于使用电抗器电流的控制。因此，在基于电抗器电流执行误差控制，并且升压电压VH与目标值之间的差异等于或大于预定电压值时，控制开始使升压电压VH接近目标值，这样导致VH波动。由于升压电压VH被控制为包括在预定电压值的范围内，因此变化值不大。
同时，实际电抗器电流IR显著变化，而升压前电压VL包括由于电池10的内阻导致的电压下降。这样，作为实际电抗器电流IR的变化结果，升压前电压VL比升压电压VH波动大。
对于升压前电压VL，满足以下方程式：
VL＝V0–R*IB＝V0–R*(Iload+IR)
其中V0表示电池10的开路电压，IB表示流过电池10的电流，R表示电池10的内阻，IR表示电抗器电流。
根据上面的公式很容易看出，当被提供给电气负荷38的电流Iload不变化时，升压前电压VL根据电抗器电流的变化而变化。当在电流检测传感器56中出现“卡住”故障时，作为电流检测传感器56的输出的电抗器电流IR的变化减小。
作为实际电抗器电流IR显著变化的结果，如上所述，控制单元26控制电抗器电流IR以实现预定电流值，并且控制升压电压VH以实现预定电压值。
因此，作为电流传感器56的检测值的电抗器电流IR不会大幅变化，但是升压前电压VL会显著变化。
因此，在本实施例中，如图3所示，判定预定时期内电抗器电流IL的变化ΔIL是否小于阈值(预定电流值)(S11)。如果S11的判定结果为“否”，则判定电流传感器56中未发生任何故障(S12)。
如果S11的判定结果为“是”，则判定升压前电压VL的变化ΔVL是否小于阈值(预定电压值)(S13)。如果判定结果为“是”，则判定电流传感器56中尚未发生任何故障(S14)。
同时，如果S13的判定结果为“否”，则判定电流传感器56中已经发生故障(S15)。
图4示出预定时期内(例如，数个100msec)电抗器电流IL的变化状态。在图3的S11中，将IL的最大值与最小值之差的绝对值(即，ΔIL＝︱IL的最大值-IL的最小值︱)与阈值(预定电流值)进行比较。备选地，可优选地仅在升压期间或降压期间检测电抗器电流IL以检测预定时期内电抗器电流的变化ΔIL。
图5示出预定时期内(例如，数个100msec)升压前电压VL的变化状态。对于升压前电压VL，升压前电压传感器32的输出可被连续检测。将升压前电压VL的最大值与最小值之差的绝对值(即，ΔVL＝︱VL的最大值-VL的最小值︱，已经在图3中的S13检测到)与阈值(预定电压值)进行比较。
图6示出当电流传感器56中出现“卡住”故障时，电抗器电流IL的状态。从图中可看出，电抗器电流IL具有小幅变化，而且ΔIL小于ΔIL阈值(预定电流值)。ΔIL表示各种类型的噪声导致的变化。
图7示出当电流传感器56中出现“卡住”故障时，升压前电压VL的状态。如图所示，升压前电压VL可能因为根据电抗器电流的反馈控制、以及根据升压电压VH的反馈控制而显著变化。
图8示出被包括在控制单元26中的异常计数器26a的状态。当ΔVL超过阈值(预定电压值)时，异常计数器增加计数(次数)。因此在图3的S13中，当异常计数器26a的计数值超过计数值的阈值(计数值阈值)时，判定故障。因此，可减小即使在电流传感器56没有故障时，也会错误地判定故障的可能性。
如上所述，在电抗器电流IL的变化ΔIL小于预定电流值，并且升压前电压的变化ΔVL等于或大于预定电压值的情况下，当异常计数器执行操作以达到大于预定值的计数值时，判定电流传感器56的故障。这样，可消除瞬时的故障判定以确保正确的故障判定。
(其它结构实例)
如图1所示，电气负荷38被连接到电容器30，并且通过升压前电压VL驱动。电气负荷38通过这种方式来实现。图1所示的电气负荷38包括用于驱动后轮的第三电动发电机42，但是也可包括空调、被连接到车辆内部的AC 100V插座的装置、以及将电力提供给车载机器和辅助电池的DC-DC转换器，如图2所示。
上述电气负荷38通过升压前电压VL驱动，并且升压前电压VL根据流过电气负荷38的电流Iload而变化。因此，升压前电压VL的变化ΔVL也根据流过电气负荷38的电流Iload的变化而变化。
在本实施例中，如图3的S13所示，基于升压前电压VL的变化ΔVL的大小执行故障判定。如果变化ΔVL根据流过电气负荷38的电流而变化，则S13的判定无法正确地执行。
因此，为了执行S13的判定，优选地限制对电气负荷38的电力供给。具体而言，流过电气负荷38的电流被限制到这样的程度：使升压前电压VL的变化ΔVL在S13的判定中不受影响或者几乎不计数。
如图9所示，在本实施例中，通过限制对电气负荷378的电力供给来执行故障判定(S21)，这样将流向电气负荷38的电流Iload最小化为预定的小值。在此状态下，执行S11的判定，如果判定结果为“是”，则处理继续到S13的判定。因此，可通过限制电气负荷38的影响来执行电流传感器56的故障判定。
由于第三电动发电机42输出车辆的驱动力，因此不适合单独控制电动发电机42。因此，优选地，可通过针对第三电动发电机42的限制部分使用第二电动发电机20来限制第三电动发电机42的输出。具体而言，相对于第二和第三电动发电机20、42的总目标输出，作为驱动用的车辆的车载电动发电机的第二和第三电动发电机20、42的输出比率可更改。因此，可在保持总输出的同时限制升压前电压VL的变化。第一电动发电机18也可承载驱动力的一部分，并且在此情况下可包括第一电动发电机18的输出。另外优选地，通过甚至包括引擎24的输出，在保持总输出的同时降低第三电动发电机42的输出比率。优选地，使第三电动发电机42的输出为零。
由于第三电动发电机42用于驱动后轮，因此当使用第三电动发电机42时，车辆通过四轮驱动而被驱动。否则，车辆为前驱动(FF)车辆。
进一步地，第三电动发电机42优选地使用感应电动机(IM)。具体而言，第三电动发电机42与后轮耦合并且根据后轮的旋转而旋转。当使用永磁体(PM)时，作为永磁体旋转的结果，可能出现反电动电压。但是通过感应电动机，当在定子侧停止电力供给时，不会出现这种反电动电压。因此，当第三电动发电机42的输出比率更改，并且第三电动发电机42的驱动暂停时，不会出现任何问题。
对于第三电动发电机42之外的电气负荷38，优选地将其功耗限制为不大于预定值。
(部件列表)
10：电池
12：升压转换器
14：第一逆变器
16：第二逆变器
18：第一电动发电机
20：第二电动发电机
22：动力变换单元
24：引擎
26：控制单元
30、34：电容器
32：升压前电压传感器
36：升压电压传感器
38：电气负荷
40：第三逆变器
42：第三电动发电机
50、52：开关元件
54：电抗器
56：电流传感器

Claims (6)

1.一种升压装置，包括：
电池；
电容器，其与所述电池并联连接并且被配置为存储升压前电压；
升压转换器，其包括与所述电容器相连的电抗器和与所述电抗器相连的开关元件，并且被配置为通过切换所述开关元件来获取升压电压；
升压电压传感器，其被配置为检测所述升压电压；
电流传感器，其被配置为检测流过所述电抗器的电抗器电流；
升压前电压传感器，其被配置为检测所述升压前电压；以及
控制单元，其被配置为通过由所述升压电压传感器检测到的所述升压电压和由所述电流传感器检测到的所述电抗器电流的反馈控制来控制所述升压转换器，其中
当由所述电流传感器检测到的所述电抗器电流的变化小于预定电流值，并且由所述升压前电压传感器检测到的所述升压前电压的变化超过预定电压值时，判定所述电流传感器的故障。
2.根据权利要求1所述的升压装置，其中
所述控制单元
通过检测预定时间段内所述电抗器电流的最大值与最小值之间的差值，并且将所检测到的差值与所述预定电流值比较，检测到所述电抗器电流的变化小于所述预定电流值，以及
通过检测预定时间段内所述升压前电压的最大值与最小值之间的差值，并且将所检测到的差值与所述预定电压值比较，检测到所述升压前电压的变化超过所述预定电压值。
3.根据权利要求1所述的升压装置，其中
被配置为接收所述升压前电压的电气负荷被连接在所述电池与所述升压转换器之间，并且
在执行所述电流传感器的故障判定的同时，限制对所述电气负荷的电力供给。
4.根据权利要求2所述的升压装置，其中
被配置为接收所述升压前电压的电气负荷被连接在所述电池与所述升压转换器之间，并且
在执行所述电流传感器的故障判定的同时，限制对所述电气负荷的电力供给。
5.根据权利要求3所述的升压装置，其中
所述升压装置被安装在包括用于驱动前轮的电动发电机和用于驱动后轮的电动发电机的车辆上，
所述用于驱动前轮的电动发电机通过接收所述升压电压而被驱动，
所述用于驱动后轮的电动发电机通过作为所述电气负荷接收所述升压前电压而被驱动，并且
在执行所述电流传感器的故障判定的同时，通过增加所述用于驱动前轮的电动发电机的输出与所述用于驱动后轮的电动发电机的输出的比率，限制对接收所述升压前电压的所述电气负荷的电力供给。
6.根据权利要求4所述的升压装置，其中
所述升压装置被安装在包括用于驱动前轮的电动发电机和用于驱动后轮的电动发电机的车辆上，
所述用于驱动前轮的电动发电机通过接收所述升压电压而被驱动，
所述用于驱动后轮的电动发电机通过作为所述电气负荷接收所述升压前电压而被驱动，并且
在执行所述电流传感器的故障判定的同时，通过增加所述用于驱动前轮的电动发电机的输出与所述用于驱动后轮的电动发电机的输出的比率，限制对接收所述升压前电压的所述电气负荷的电力供给。
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