CN105429465A - 电源系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种电源系统。电源系统包括：第一电池(B1)、第二电池(B2)、输出电路、第一切换元件(S1)、第二切换元件(S2)和第三切换元件(S3)。输出电路包括第一电路(28)和第二电路(30)。第二电路(30)具有比第一电路(28)的电位低的电位。第一、第二和第三切换元件(S1、S2、S3)从第一电路(28)向第二电路(30)彼此串联设置。第一电池(B1)与第二切换元件(S2)并联设置。第二电池(B2)与第二切换元件(S2)和第三切换元件(S3)之间的串联连接并联设置。

Description

电源系统
技术领域
本发明涉及电源系统，在该电源系统中，在两个电池中任意一个或两者与输出电路之间双向进行电压转换。
背景技术
使用旋转电机作为驱动源的混合动力车和电动车中设置有电源系统，该电源系统包括电池和电压变换器，该电池是直流电源，该电压变换器用于升压电池电压和降压旋转电机所引起的再生电力。作为电压变换器，已知有图28所示的降压-升压转换器。降压-升压转换器通过两个切换元件S1、S2的接通/断开操作升压/降压。
另外，作为具有降压-升压转换器的扩展功能的电压变换器，例如，日本专利申请公开No.2012-070514(JP2012-070514A)描述了一种电压变换器，包括四个切换元件S1至S4并且连接到两个电池B1、B2，如图29所示。电压变换器可以通过四个切换元件S1至S4的接通/断开操作升压/降压，并且可以通过改变切换元件的接通/断开模式切换两个电池的串联连接和并联连接。
同时，在常规的电压变换器中，很难在切换元件的接通故障(短路故障)时进行电压转换。例如，在图28所示的降压-升压转换器中，如通常已知的，通过与切换元件S1的接通/断开操作同步的切换元件S2的接通/断开操作来升压/降压。因此，当切换元件S1、S2中的任意一个具有接通故障，并且持续地接通时，不能以上述方式升压/降压。
在图29所示的电压变换器中，即使切换元件S1至S4中的任意一个具有接通故障，理论上也能够通过使用电池B1、B2中的任意一个升压/降压。然而，在这种情况下，引发的另一个问题是，从安全的角度，应该停止升压/降压。例如，切换元件S3的接通故障时，电池B1与电池B2串联连接，从而输出电压为电池B1和电池B2的电压之和。该电压可能超过系统主继电器SMR1、SMR2等的承受电压，因此在切换元件的接通故障时，图29所示的电压变换器最终不得不停止升压/降压。
发明内容
本发明提供一种电源系统，甚至可以在切换元件的接通故障时进行电压转换。
与本发明的一方面相关的电源系统包括第一电池、第二电池、输出电路、第一切换元件、第二切换元件和第三切换元件。输出电路被配置为与第一电池和第二电池中的任意一个或两者进行双向电压转换。输出电路包括第一电路和第二电路。第二电路具有比第一电路的电位低的电位。第一切换元件、第二切换元件和第三切换元件从第一电路向第二电路彼此串联设置。第一电池与第二切换元件并联设置。第二电池与在第二切换元件和第三切换元件之间的串联连接并联设置。
根据本发明的电源系统，甚至可以在切换元件的接通故障时进行电压转换。
电源系统可以还包括第一系统主继电器、第二系统主继电器和控制部。第一系统主继电器可以被配置为使得第一电池经由第一系统主继电器与第二切换元件并联。第二系统主继电器可以被配置为使得第二电池经由第二系统主继电器与在第二切换元件和第三切换元件之间的串联连接并联。控制部可以被配置为对第一切换元件、第二切换元件、第三切换元件、第一系统主继电器和第二系统主继电器进行接通-断开控制。控制部可以被配置为在第一切换元件的接通故障时，断开第二系统主继电器，并且通过对第二切换元件和第三切换元件进行接通-断开控制来执行第一故障保护模式。控制部可以被配置为在第一故障保护模式中升压第一电池的电压。
电源系统可以还包括第一系统主继电器、第二系统主继电器和控制部。第一系统主继电器可以被配置为使得第一电池经由第一系统主继电器与第二切换元件并联。第二系统主继电器可以被配置为使得第二电池经由第二系统主继电器与在第二切换元件和第三切换元件之间的串联连接并联。控制部可以被配置为对第一切换元件、第二切换元件、第三切换元件、第一系统主继电器和第二系统主继电器进行接通-断开控制。控制部可以被配置为在第二切换元件的接通故障时，断开第一系统主继电器，并且通过对第一切换元件和第三切换元件进行接通-断开控制来执行第二故障保护模式。控制部可以被配置为在第二故障保护模式中升压第二电池的电压。
此外，第二电池具有比第一电池的电压高的电压。第一电池和第二电池经由第三切换元件置于环路。控制部可以被配置为通过对第三切换元件进行接通-断开控制来控制在第一电池和第二电池之间的连接或断路。
控制部可以被配置为，当通过将第一电池连接到第二电池来将电力从第二电池供应到第一电池时，通过调整第三切换元件的导通电阻来控制充电电流。
与本发明的另一方面相关的电源系统包括第一电池、第二电池、输出电路、第一切换元件、第二切换元件和第三切换元件。输出电路可以被配置为与第一电池和第二电池中的任意一个或两者进行双向电压转换。输出电路包括第一电路和第二电路。第二电路具有比第一电路的电位低的电位。第一切换元件、第二切换元件和第三切换元件从第一电路向第二电路彼此串联设置。第一电池与第三切换元件并联设置。第二电池与在第二切换元件和第三切换元件之间的串联连接并联设置。
电源系统可以还包括第一系统主继电器、第二系统主继电器和控制部。第一系统主继电器可以被配置为使得第一电池经由第一系统主继电器与第三切换元件并联。第二系统主继电器可以被配置为使得第二电池经由第二系统主继电器与在第二切换元件和第三切换元件之间的串联连接并联。控制部可以被配置为对第一切换元件、第二切换元件、第三切换元件、第一系统主继电器和第二系统主继电器进行接通-断开控制。控制部可以被配置为在第一切换元件的接通故障时，断开第二系统主继电器，并且通过对第二切换元件和第三切换元件进行接通-断开控制来执行第一故障保护模式，控制部可以被配置为在第一故障保护模式中升压第一电池的电压。
电源系统可以还包括第一系统主继电器、第二系统主继电器和控制部。第一系统主继电器可以被配置为使得第一电池经由第一系统主继电器与第三切换元件并联。第二系统主继电器可以被配置为使得第二电池经由第二系统主继电器与在第二切换元件和第三切换元件之间的串联连接并联。控制部可以被配置为对第一切换元件、第二切换元件、第三切换元件、第一系统主继电器和第二系统主继电器进行接通-断开控制。控制部可以被配置为在第三切换元件的接通故障时，断开第一系统主继电器，并且通过对第一切换元件和第二切换元件进行接通-断开控制来执行第二故障保护模式。控制部可以被配置为在第二故障保护模式中升压第二电池的电压。
此外，第二电池具有比第一电池的电压高的电压。第一电池和第二电池经由第二切换元件置于环路。控制部可以被配置为通过控制在第二切换元件的接通-断开来控制第一电池和第二电池之间的连接或断路。
控制部可以被配置为，当通过将第一电池连接到第二电池将电力从第二电池供应到第一电池时，通过调整第二切换元件的导通电阻来控制充电电流。
附图说明
将在下面参照附图描述本发明的示例性实施例的特征、优点以及技术和工业意义，其中，相同的标号表示相同的元件，并且，其中：
图1是车辆的电力供应系统的配置示图，其中，该电力供应系统包括根据本发明实施例的电源系统；
图2是根据本发明实施例的电源系统的配置示图；
图3是从根据本发明实施例的电源系统提取的第一降压-升压电路的示图；
图4是从根据本发明实施例的电源系统提取的第二降压-升压电路的示图；
图5是举例说明在使用根据本发明实施例的电源系统的升压/降压操作之中，正常时在并联升压/降压模式中升压蓄电时的操作的示图；
图6是举例说明在使用根据本发明实施例的电源系统的升压/降压操作之中，正常时在并联升压/降压模式中升压放电时的操作的示图；
图7是举例说明在使用根据本发明实施例的电源系统的升压/降压操作之中，正常时在并联升压/降压模式中降压蓄电时的操作的示图；
图8是举例说明在使用根据本发明实施例的电源系统的升压/降压操作之中，正常时在并联升压/降压模式中降压放电时的操作的示图；
图9是举例说明在使用根据本发明实施例的电源系统的升压/降压操作之中，切换元件S1的接通故障时在升压/降压模式中升压蓄电和降压放电时的操作的示图；
图10是举例说明在使用根据本发明实施例的电源系统的升压/降压操作之中，切换元件S1的接通故障时在升压/降压模式中升压放电和降压蓄电时的操作的示图；
图11是举例说明在使用根据本发明实施例的电源系统的升压/降压操作之中，切换元件S2的接通故障时在升压/降压模式中升压蓄电和降压放电时的操作的示图；
图12是举例说明在使用根据本发明实施例的电源系统的升压/降压操作之中，切换元件S2的接通故障时在升压/降压模式中升压放电和降压蓄电时的操作的示图；
图13是举例说明在使用根据本发明实施例的电源系统的B1单直接连接模式中的操作的示图；
图14是举例说明在使用根据本发明实施例的电源系统的B2单直接连接模式中的操作的示图；
图15是描述电池间电流的示图；
图16是描述切换元件S3的半接通控制的示图；
图17是根据另一实施例的电源系统的配置示图；
图18是从根据另一实施例的电源系统提取的第一降压-升压电路的示图；
图19是从根据另一实施例的电源系统提取的第二降压-升压电路的示图；
图20是举例说明在使用根据另一实施例的电源系统的升压/降压操作之中，正常时在并联升压/降压模式中升压蓄电和降压放电时的操作的示图；
图21是举例说明在使用根据另一实施例的电源系统的升压/降压操作之中，正常时在并联升压/降压模式中升压放电和降压蓄电时的操作的示图；
图22是举例说明在使用根据另一实施例的电源系统的升压/降压操作之中，切换元件S1的接通故障时在升压/降压模式中升压蓄电和降压放电时的操作的示图；
图23是举例说明在使用根据另一实施例的电源系统的升压/降压操作之中，切换元件S1的接通故障时在升压/降压模式中升压放电和降压蓄电时的操作的示图；
图24是举例说明在使用根据另一实施例的电源系统的升压/降压操作之中，切换元件S3的接通故障时在升压/降压模式中升压蓄电和降压放电时的操作的示图；
图25是举例说明在使用根据另一实施例的电源系统的升压/降压操作之中，切换元件S3的接通故障时在升压/降压模式中升压放电和降压蓄电时的操作的示图；
图26是举例说明在使用根据另一实施例的电源系统的B1单直接连接模式中的操作的示图；
图27是举例说明在使用根据另一实施例的电源系统的B2单直接连接模式中的操作的示图；
图28是举例说明传统降压-升压转换器的示图；以及
图29是举例说明传统电压变换器的示图。
具体实施方式
下面参照附图描述本发明的实施例。图1举例说明车辆的电力供应系统的配置示图，其中，该电力供应系统包括根据本发明实施例的电源系统10。注意，图1中的交替的长短虚线表示信号线。
电源系统10是用于作为车辆的驱动源的旋转电机12的电源。例如，设置该电力供应系统10的车辆由混合动力车或电动车构成。电源系统10包括第一电池B1、第二电池B2、电压变换器14、逆变器16，系统主继电器SMR1、SMR2，以及控制部18。
如图1所示，第一电池B1和第二电池B2连接到电压变换器14。电压变换器14升压来自第一电池B1和第二电池B2的直流电压VL1、VL2，并且将它们输出到逆变器16。
逆变器16由三相逆变器构成，并且连接到旋转电机12。逆变器16将通过电压变换器14升压的直流电转换成三相交流电，并且将它输出到旋转电机12。由此，旋转电机12被旋转驱动。旋转电机12的驱动力传递到驱动轮(未示出)。
另外，在车辆制动时，由旋转电机12进行再生制动。此时获得的再生电力经受由逆变器16进行的AC/DC转换，以便被转换成直流电，然后直流电由电压变换器14降压，以便供应到第一电池B1和第二电池B2。
控制部18通过控制电压变换器14的切换元件S1、S2、S3的接通/断开来控制直流电压的升压/降压(电压转换)。此外，控制部18通过控制逆变器16的切换元件(未示出)的接通/断开来控制DC/AC转换和AC/DC转换。通过对电压变换器14和逆变器16的控制，控制部18控制旋转电机12的驱动。
例如，第一电池B1和第二电池B2是直流电源，每个由二次电池构成，并且每个由锂离子蓄电池或镍金属氢化物蓄电池构成。此外，第一电池B1和第二电池B2中的至少一个可以是蓄电元件，诸如双电层电容器，代替二次电池。此外，如将在后面所描述的，第一电池B1和第二电池B2各自的电池电压被管理，以使第二电池B2的电压VL2高于第一电池B1的电压VL1。
第一电池B1经由系统主继电器SMR1与电压变换器14的切换元件S2并联连接。另外，第二电池B2经由系统主继电器SMR2与电压变换器14的切换元件S2和S3并联连接。
系统主继电器SMR1、SMR2均包括三种类型的继电器。也就是说，正继电器20A、20B分别连接到电池B1、B2的正侧，并且负继电器22A、22B连接到分别连接到电池B1、B2的负侧。此外，作为防止在第一电池B1和第二电池B2连接到电路时的冲击电流的配置，预充电继电器24A、24B与负继电器22A、22B并联连接。电阻26A、26B分别与预充电继电器24A、24B串联连接。
电压变换器14对切换元件S1、S2、S3进行接通/断开操作，以便从第一电池B1和第二电池B2到输出电路28、30双向地进行电压转换(旋转电机12作为他们的目的地)，反之亦然。
图2举例说明电压变换器14及其外围设备的提取图。构成电压变换器14的输出的输出电路28、30连接到作为旋转电机12的负载。输出电路28、30由作为第一电路的高压电路28和作为第二电路的参考电路30构成，其中，参考电路30的电位低于高压电路28的电位。平滑电容器31与负载并联设置在高压电路28和参考电路30之间。
电压变换器14设置有从高电压电路28向参考电路30串联的第一、第二、第三切换元件S1、S2、S3。例如，切换元件S1、S2、S3均由IGBT(绝缘栅双极晶体管)构成。切换元件S1、S2、S3均被设置为使得它的集电极和发射极之间的正向电流方向与从高电压侧到低电压侧的方向相同，也就是说，从高压电路28到参考电路30的方向。
在电压变换器14中，二极管D1、D2、D3分别与切换元件S1、S2、S3反向并联连接。也就是说，二极管D1、D2、D3的每一个被设置为使得电流从参考电路30流到高压电路28。
通常，反向并联连接的切换元件和二极管的组被称为臂。在本发明实施例中，切换元件S1和二极管D1的组、切换元件S2和二极管D2的组、以及切换元件S3和二极管D3的组构成相应的臂。
此外，电压变换器14设置有与第一电池B1串联连接的第一电抗器34，和与第一电池B1并联连接的第一电容器36。类似地，电压转换器14设置有与第二电池B2串联连接的第二电抗器40，和与第二电池B2并联连接的第二电容器42。
电压变换器14、第一电池B1、第二电池B2以下述方式连接。也就是说，第一电池B1的正电极经由第一电抗器34连接到电压变换器14的切换元件S1和S2之间的第一节点N1，第一电池B1的负电极连接到切换元件S2和S3之间的第一节点N2。第二电池B2的正电极经由第二电抗器40连接到第一节点N1，第二电池B2的负电极连接到参考电路30。
再参照图1，控制部18进行车辆的各种操作控制，包括电压变换器14和逆变器16的电压转换，稍后将描述。控制部18可以由计算机构成，使得CPU44、存储部46和设备/传感器接口48通过内部总线50彼此连接。
控制部18经由设备/传感器接口48从各种传感器接收信号。更具体地，作为与第一电池B1和第二电池B2相关的信号，控制部18从用于测量相应电池的电压值VL1、VL2的电池电压传感器52A、52B、用于测量相应电池的电流值IB1、IB2的电池电流传感器54A、54B和用于测量输出电路28、30的输出电压值VH的输出电压传感器56接收相应的检测值。
此外，控制部18从解析器58和电流传感器60A、60B接收旋转电机12的旋转角度和三相交流电流的检测信号，作为与旋转电机12相关的信号。另外，控制部18从加速器踏板踩踏量传感器和制动踏板踩踏量传感器(未示出)接收相应踏板的踩踏量的检测信号，作为其他车辆信息。
此外，控制部18经由设备/传感器接口48向电压变换器14的切换元件S1、S2、S3和逆变器16的切换元件提供控制信号。控制部18的CPU44执行存储在存储部46的各种控制程序，并且对从各种传感器接收的检测信号进行算术处理，从而对电压变换器14的切换元件S1、S2、S3进行接通/断开控制，并且对逆变器16的切换元件进行接通/断开控制。通过对电压变换器14和逆变器16的切换元件进行接通/断开控制，控制旋转电机12的驱动。
此外，控制部18对系统主继电器SMR1、SMR2进行接通/断开(接触关闭/接触打开)控制。如稍后将描述的，通过根据切换元件S1、S2、S3的接通故障状态对系统主继电器SMR1、SMR2进行接通/断开控制，可以在切换元件S1、S2、S3的接通故障时进行升压/降压操作。
根据本发明实施例的电压变换器14具有图28所示的传统降压-升压转换器的扩展功能。对此，下面的说明基于传统降压-升压转换器的操作描述根据本发明实施例的电压变换器14的操作。
此外，获得根据本发明实施例的电压变换器14的操作，使得第一电池B1侧的第一降压-升压电路CNV1和第二电池B2侧的第二降压-升压电路CNV2的各自操作通过所谓的叠加原则(叠加定理)在彼此的顶部叠加。对此，为方便起见，下面的说明分别基于两个降压-升压电路CNV1、CNV2描述根据本发明实施例的电压变换器14的降压-升压电路。
首先，描述图28示出的传统降压-升压转换器。在此转换器中，两个臂被划分为“上臂”和“下臂”。
传统上，下臂表示包括电池和电抗器的形成环路的臂。上臂表示连接电池、电抗器和负载(高压电路28)的臂。
互补地接通/断开上臂和下臂的切换元件。即，当下臂的切换元件接通时，上臂的切换元件断开。相反，当上臂的切换元件接通，下臂的切换元件断开。
需要注意的是，在下面的描述中，臂的切换元件接通的状态仅称为“臂接通”，臂的切换元件断开的状态仅称为“臂断开”。
通过传统降压-升压转换器的升压/降压操作是众所周知的，但是在此将简要描述。当电力被传输到输出侧时，电池的电能首先通过下臂接通被蓄积在电抗器中，作为升压过程。然后，如此蓄积在电抗器中的电力通过下臂断开被添加到电池的电力，然后传送到输出侧。当电力被传输到电池侧时，输出侧的电能通过上臂接通被蓄积在电抗器中，作为降压过程。此外，如此蓄积在电抗器中的电力通过上臂断开传送到电池。通过控制互补地接通/断开上臂和下臂的接通次数之间的比率，控制降压-升压转换器的输出电压。
图3是从根据本发明实施例的电压变换器14提取的第一降压-升压电路CNV1的示图。从上臂和下臂的前述功能的角度，在图3所示的第一降压-升压电路CNV1中，包括切换元件S1的臂(S1-臂)和包括切换元件S3的臂(S3-臂)作为上臂，包括切换元件S2的臂(S2-臂)作为下臂。
图4是第二电池B2侧的第二降压-升压电路CNV2的提取图。类似于第一降压-升压电路CNV1，在从第二降压-升压电路CNV2观察时各个臂的作用方面，S1-臂作为上臂，S2-臂和S3-臂作为下臂。
从上面的描述中，在从降压-升压电路CNV1、CNV2的每一个观察时S1-臂、S2-臂，和S3-臂的作用如下面表1所述。
[表1]
如表1所示，除了S1-臂用作上臂，S2-臂用作下臂之外，根据本发明实施例的电压变换器14包括对于第一降压-升压电路CNV1用作上臂且对于第二降压-升压电路CNV2用作下臂的S3-臂。
在此配置中，第一降压-升压电路CNV1还包括作为另一上臂的S3-臂，并且因此即使用作上臂的S1-臂具有接通故障，通过使用S2-臂(下臂)和S3-臂(上臂)可以进行升压/降压操作。此外，第二降压-升压电路CNV2还包括作为另一下臂的S3-臂，并且因此即使用作下臂的S2-臂具有接通故障，通过使用S1-臂(上臂)和S3-臂(下臂)可以进行升压/降压操作。这样，根据本发明实施例的电压变换器被配置为使得即使在切换元件的接通故障时也可以进行升压/降压操作。需要注意的是，在S3-臂持续接通的情况下可以进行S1-臂和S2-臂的升压/降压操作。
参照图5至8描述切换元件S1、S2、S3都不具有接通故障的正常时电压变换器14的操作。
图5和6示出通过电压变换器14升压第一电池B1和第二电池B2的电压时的操作。图5示出使电能从第一电池B1和第二电池B2蓄积在第一电抗器34和第二电抗器40中的电流。
如上所述，在升压蓄电时，实现下臂接通，并相应地实现上臂断开。也就是说，在第一降压-升压电路CNV1中，S1-臂和S3-臂断开，S2-臂接通。同时，在第二降压-升压电路CNV2中，S1-臂断开，S2-臂和S3-臂接通。控制部18求出其逻辑和(接通＝1,断开＝0)，并且实现S1-臂断开，S2-臂接通，S3-臂接通。
图6示出当如此蓄积的电能放电到负载时的操作。如上所述，升压放电时，实现下臂断开，并相应地实现上臂接通。也就是说，在第一降压-升压电路CNV1中，S1-臂和S3-臂接通，S2-臂断开。同时，在第二降压-升压电路CNV2中，S1-臂接通，S2-臂和S3-臂断开。控制部18求出其逻辑和，并且实现S1-臂接通，S2-臂断开，S3-臂接通。
图7和8示出当旋转电机12的输出侧能量降低时的操作。图7举例说明在第一电抗器34和第二电抗器40中蓄积输出侧能量时的操作。在降压蓄电时，实现上臂接通，并相应地实现下臂断开。也就是说，与图6类似，在第一降压-升压电路CNV1中，S1-臂和S3-臂接通，S2-臂断开。同时，在第二降压-升压电路CNV2中，S1-臂接通，S2-臂和S3-臂断开。控制部18求出其逻辑和，并且实现S1-臂接通，S2-臂断开，S3-臂接通。
图8示出在图7中在第一电抗器34和第二电抗器40中蓄积的电能放电到第一电池B1和第二电池B2时的操作。在降压放电时，实现下臂断开，并相应地实现下臂接通。也就是说，与图5类似，在第一降压-升压电路CNV1中，S1-臂和S3-臂断开，S2-臂接通。同时，在第二降压-升压电路CNV2中，S1-臂断开，S2-臂和S3-臂接通。控制部18求出其逻辑和，并且实现S1-臂断开，S2-臂接通，S3-臂接通。
如图5至8所示，在正常时在并联升压/降压模式中，切换元件S3具有持续接通状态，从而电池B1、B2彼此并联，并且控制S1-臂和S2-臂互补地接通/断开。
需要注意的是，在图5至8所示的并联升压/降压模式中，控制第一降压-升压电路CNV1和第二降压-升压电路CNV2使得成为通常等电位。例如，当存在对负载的预定电压要求和电流要求时，在第二降压-升压电路CNV2中进行将输出电压升压到要求的电压的电压控制。同时，在第一降压-升压电路CNV1中，进行电流控制，来输出补偿要求的电流与第二降压-升压电路CNV2的输出电流之间的差的电流。
参照图9和10描述切换元件S1具有接通故障(短路故障)时电压变换器14的操作。需要注意的是，在图5至图8的描述中，在升压蓄电时和降压放电时，臂进行相同操作，并且在升压放电时和降压蓄电时，臂进行相同操作。对此，在下面的描述中，统一描述升压蓄电时和降压放电时的操作，并且还统一描述升压放电时和降压蓄电时的操作。
如图9所示，在切换元件S1的接通故障时(S1-臂的接通故障)，从第二降压-升压电路CNV2的角度，上臂具有接通故障，从而不能进行使用电路CNV2的降压/升压操作。对此，控制部18进行下面的切换控制作为第一故障保护模式。也就是说，控制部18断开系统主继电器SMR2(接触开路)，以使第二电池B2从电压变换器14分离，从而停止第二降压-升压电路CNV2的操作。然后，由第一降压-升压电路CNV1进行升压/降压操作。
图9示出当切换元件S1具有接通故障时，升压蓄电时和降压放电时的操作。如上所述，在升压蓄电时和降压放电时，上臂断开且下臂接通。也就是说，在第一降压-升压电路CNV1中(S1-臂具有接通故障)，S2-臂接通，且S3-臂断开。同时，由于第二降压-升压电路CNV2停止其操作，因此第一降压-升压电路CNV1的操作只是反映为逻辑和。
图10示出当切换元件S1具有接通故障时，升压放电时和降压蓄电时的操作。如上所述，在升压放电时和降压蓄电时，上臂接通且下臂断开。也就是说，在第一降压-升压电路CNV1中(S1-臂具有接通故障)，S2-臂断开，且S3-臂接通。
参照图11和12描述切换元件S2具有接通故障时电压变换器14的操作。如这些附图所示，在切换元件S2的接通故障时(S1-臂的接通故障)，从第一降压-升压电路CNV1的角度，下臂接通故障，从而不能进行使用电路CNV1的降压/升压操作。对此，控制部18进行下面的切换控制作为第二故障保护模式。也就是说，控制部18断开系统主继电器SMR1，以使第一电池B1从电压变换器14分离，从而停止第一降压-升压电路CNV1的操作。此外，由第二降压-升压电路CNV2进行升压/降压操作。
图11示出当切换元件S2具有接通故障时，升压蓄电时和降压放电时的操作。如上所述，在升压蓄电时和降压放电时，上臂断开且下臂接通。也就是说，在第二降压-升压电路CNV2中，S1-臂断开(S2-臂具有接通故障)，且S3-臂接通。同时，由于第一降压-升压电路CNV1停止其操作，因此第二降压-升压电路CNV2的操作只是反映为逻辑和。
图12示出当切换元件S2具有接通故障时，升压放电时和降压蓄电时的操作。如上所述，在升压放电时和降压蓄电时，上臂接通且下臂断开。也就是说，在第二降压-升压电路CNV2中，S1-臂接通(S2-臂具有接通故障)，且S3-臂断开。
如图9至图12所示，当S1-臂或S2-臂具有接通故障时，控制S3-臂接通/断开，代替具有接通故障的臂。从而，两个降压-升压电路CNV1、CNV2中的一个可用，使得在切换元件的接通故障时可以进行升压/降压操作，而在现有技术中不能进行。
切换元件S3的接通故障时的操作与切换元件S3持续接通的正常时的并联升压/降压操作(图5至8)相同。也就是说，图5至8中，上表中的S3的字段被替换为“S3：接通故障”，从而获得切换元件S3的接通故障时的操作。对此，在此省略解释及其详细说明。
需要注意的是，根据本发明实施例的电压变换器14不限于上述升压/降压操作，而是可以进行各种操作。图13示出当第一电池B1单独向负载供应电力，而不进行升压/降压操作时的操作。此时，第一降压-升压电路CNV1和第二降压-升压电路CNV2可能不会成为等电位，不像升压/降压操作。在此情况下，取决于电位差，在第一电池B1和第二电池B2之间可能发生经由S3-臂的电池间电流(电流环)。对此，在B1单直接连接模式中，控制部18断开系统主继电器SMR2，以使第二电池B2从电压变换器14分离。
在B1单直接连接模式中，仅挑出并固定图6所示的正常时在并联升压/降压操作中升压放电时的第一降压-升压电路CNV1的操作。也就是说，在B1单直接连接模式中，S1-臂被固定到接通状态，S2-臂被固定为断开状态，并且S3-臂被固定到接通状态。需要注意的是，在此模式下，S1-臂和S3-臂被固定到接通状态。因此，即使S1-臂和S3-臂具有接通故障时，该模式也可以使用。
图14示出当第二电池B2单独供应电力给负载时的操作，代替图13。在B2单直接连接模式中，控制部18断开系统主继电器SMR1，以使第一电池B1从电压变换器14分离。
在B2单直接连接模式中，仅挑出并固定正常时在并联升压/降压操作中升压放电时的第二降压-升压电路CNV2的操作。也就是说，在B2单直接连接模式中，S1-臂被固定到接通状态，S2-臂被固定为断开状态，并且S3-臂被固定到断开状态。需要注意的是，在此模式下，S1-臂被固定到接通状态。因此，即使S1-臂具有接通故障时，该模式也可以使用。
如上所述，在根据本发明实施例的电源系统中，在第一电池B1和第二电池B2之间可能发生经由S3-臂的电池间电流(电流环)。例如，如图15所示，在系统主继电器SMR1、SMR2都处于接通状态且第一电池电压VL1高于第二电池电压VL2的情况下，即使切换元件S1至S3断开，也经由S3-臂的二极管D3在第一电池B1和第二电池B2之间形成电流环。在电源系统启动时，也就是说，在系统主继电器SMR1、SMR2都接通，但是升压/降压操作开始之前，可以发生这种操作状态。
对此，在根据本发明实施例的电源系统10中，第二电池电压VL2设定为高于第一电池电压VL1，由此防止经由S3-臂的二极管D3发生电池间电流。如果在这种电压关系中切换元件S3断开，能够防止发生电池间电流。也就是说，通过控制切换元件S3的接通/断开，可以控制第一电池B1和第二电池B2之间的连接/断路。
需要注意的是，为了在电源系统启动之后开始并联升压/降压操作，由于第一电池B1的SOC减少可能有必要充电。在此情况下，操作切换元件S3，以使从第二电池B2对第一电池B1充电。
在充电之后，如果第一电池电压VL1和第二电池电压VL2之间的电位差大，则强电流可能流入第一电池B1，可能导致第一电池B1的恶化。对此，在根据本发明实施例的电源系统10中，调整切换元件S3的集电极-发射极导通电阻，从而控制充电电流。
图16举例说明对第一电池B1充电时的控制。与正常接通操作相比，控制部18减小切换元件S3的接通比，从而减小经由切换元件S3供应到第一电池B1的充电电流量。
更具体地，控制部18调整切换元件S3的栅极电压VG，从而切换元件S3的集电极-发射极电压VCE被设定为高于正常接通操作的电压(半接通)。例如，调整集电极-发射极电压VCE，以使第一电池电压VL1与切换元件S3的集电极-发射极电压VCE之和稍微低于第二电池电压VL2。例如，调整集电极-发射极电压VCE，以使满足(VL1+VCE)-VL2＝5V。
替代地，代替上述电压控制，控制部18可以进行控制切换元件S3的栅极电压VG的电流控制，从而由电池电流传感器54A检测的第一电池电流IB1落入预定阈值内。
图17举例说明根据另一实施例的电压变换器14。在第一降压-升压电路CNV1的配置方面，电压变换器14与图2的电压变换器14不同。
也就是说，第一电池B1与切换元件S3并联，代替切换元件S2。更具体地，第一电池B1连接到切换元件S2和S3之间的第二节点N2和参考电路30。
此外，电压变换器14被配置为使得第一电抗器34与第一电池B1串联连接，第一电容器36与第一电池B1并联连接。此外，系统主继电器SMR1设置在电压变换器14和第一电池B1之间。其他配置与图2的电压变换器14相同。
图18是第一降压-升压电路CNV1的提取图。如附图所示，在第一降压-升压电路CNV1中，S1-臂和S2-臂作为上臂，S3-臂作为下臂。
图19是第二降压-升压电路CNV2的提取图。如附图所示，在第二降压-升压电路CNV2中，S1-臂作为上臂，S2-臂和S3-臂作为下臂。
从降压-升压电路CNV1、CNV2的每一个的角度，S1-臂、S2-臂和S3-臂的作用如下面的表2描述。第一降压-升压电路CNV1冗余地包括上臂，第二降压-升压电路CNV2冗余地包括下臂。
[表2]
参照图20和图21描述切换元件S1、S2、S3均不具有接通故障的正常时的电源变换器14的操作。
图20示出第一电池B1和第二电池B2的并联升压/降压模式中升压蓄电时和降压放电时的操作。如上所述，在升压蓄电时和降压放电时，上臂断开且下臂接通。也就是说，在第一降压-升压电路CNV1中，S1-臂和S2-臂断开，S3-臂接通。同时，在第二降压-升压电路CNV2中，S1-臂断开，S2-臂和S3-臂接通。控制部18求出其逻辑和，并实现S1-臂断开，S2-臂接通，S3-臂接通。
图21类似地示出并联升压/降压模式中升压放电时和降压蓄电时的操作。在升压放电时和降压蓄电时，上臂接通且下臂断开。也就是说，在第一降压-升压电路CNV1中，S1-臂和S2-臂接通，S3-臂断开。同时，在第二降压-升压电路CNV2中，S1-臂接通，S2-臂和S3-臂断开。控制部18求出其逻辑和，并实现S1-臂接通，S2-臂接通，S3-臂断开。
如图20和21所示，在正常时的并联升压/降压操作中，切换元件S2持续处于接通状态，并且控制S1-臂和S3-臂互补地接通/断开。
参照图22和23描述在切换元件S1具有接通故障(短路故障)时电压变换器14的操作。如图22所示，在切换元件S1的接通故障时(S1-臂的接通故障)，从第二降压-升压电路CNV2的角度，上臂具有接通故障，从而不能进行使用电路CNV2的降压/升压操作。对此，控制部18进行下面的切换控制作为第一故障保护模式。也就是说，控制部18断开系统主继电器SMR2(接触开路)，以使第二电池B2从电压变换器14分离，从而停止第二降压-升压电路CNV2的操作。然后，由第一降压-升压电路CNV1进行升压/降压操作。
图22示出切换元件S1具有接通故障时，升压蓄电时和降压放电时的操作。在升压蓄电时和降压放电时，上臂断开且下臂接通。也就是说，在第一降压-升压电路CNV1中(S1-臂具有接通故障)，S2-臂断开且S3-臂接通。同时，由于第二降压-升压电路CNV2停止其操作，因此第一降压-升压电路CNV1的操作只是反映为逻辑和。
图23示出当切换元件S1具有接通故障时，升压放电时和降压蓄电时的操作。在升压放电时和降压蓄电时，上臂接通且下臂断开。也就是说，在第一降压-升压电路CNV1中(S1-臂具有接通故障)，S2-臂接通且S3-臂断开。
切换元件S2的接通故障时的操作与切换元件S2持续接通的正常时的并联升压/降压操作(图20和21)相同。也就是说，图20和21中，上表中的S2的字段被替换为“S2：接通故障”，从而获得切换元件S2的接通故障时的操作。对此，在此省略解释及其详细说明。
参照图24和25描述在切换元件S3具有接通故障时电压变换器14的操作。如这些附图所示，在切换元件S3的接通故障时(S3-臂的接通故障)，从第一降压-升压电路CNV1的角度，下臂具有接通故障，从而不能进行使用电路CNV1的降压/升压操作。对此，控制部18进行下面的切换控制作为第二故障保护模式。也就是说，控制部18断开系统主继电器SMR1，以使第一电池B1从电压变换器14分离，从而停止第一降压-升压电路CNV1的操作。此外，由第二降压-升压电路CNV2进行升压/降压操作。
图24示出示出当切换元件S3具有接通故障时，升压蓄电时和降压放电时的操作。在升压蓄电时和降压放电时，上臂断开且下臂接通。也就是说，在第二降压-升压电路CNV2中，S1-臂断开，且S2-臂接通(S3-臂具有接通故障)。同时，由于第一降压-升压电路CNV1停止其操作，因此第二降压-升压电路CNV2的操作只是反映为逻辑和。
图25示出示出当切换元件S3具有接通故障时，升压放电时和降压蓄电时的操作。在升压放电时和降压蓄电时，上臂接通且下臂断开。也就是说，在第二降压-升压电路CNV2中，S1-臂接通，且S2-臂断开(S3-臂具有接通故障)。
如图22至图25所示，当S1-臂或S3-臂具有接通故障时，控制S2-臂接通/断开，代替具有接通故障的臂。从而，两个降压-升压电路CNV1、CNV2中的至少一个可用，使得在切换元件的接通故障时可以进行升压/降压操作，而在现有技术中不能进行。
图26示出当第一电池B1单独向负载供应电力，而不进行升压/降压操作时的操作。如上所述，此时，第一降压-升压电路CNV1和第二降压-升压电路CNV2可能不会成为等电位，不像升压/降压操作。在此情况下，取决于电位差，在第一电池B1和第二电池B2之间可能发生经由S2-臂的电池间电流(电流环)。对此，在B1单直接连接模式中，控制部18断开系统主继电器SMR2，以使第二电池B2从电压变换器14分离。
在B1单直接连接模式中，仅挑出并固定图21所示的正常时在并联升压/降压操作中升压放电时的第一降压-升压电路CNV1的操作。也就是说，在B1单直接连接模式中，S1-臂和S2-臂被固定到接通状态，S3-臂被固定为断开状态。需要注意的是，在此模式下，S1-臂和S2-臂被固定到接通状态。因此，即使S1-臂和S2-臂具有接通故障时，该模式也可以使用。
图27示出当第二电池B2单独向负载供应电力时的操作，代替图26。在B2单直接连接模式中，控制部18断开系统主继电器SMR1，以使第一电池B1从电压变换器14分离。
在B2单直接连接模式中，仅挑出并固定图21所示的正常时在并联升压/降压操作中升压放电时的第二降压-升压电路CNV2的操作。也就是说，在B2单直接连接模式中，S1-臂被固定到接通状态，S2-臂和S3-臂被固定为断开状态。需要注意的是，在此模式下，S1-臂被固定到接通状态。因此，即使S1-臂具有接通故障时，该模式也可以使用。
如上所述，在根据本发明实施例的电源系统中，在第一电池B1和第二电池B2之间可能发生经由S2-臂的电池间电流(电流环)。对此，在根据本发明实施例的电源系统10中，第二电池电压VL2设定为高于第一电池电压VL1，由此防止经由S2-臂的二极管D2发生电池间电流。如果在这种电压关系中切换元件S2断开，能够防止发生电池间电流。也就是说，通过控制切换元件S2的接通/断开，可以控制第一电池B1和第二电池B2之间的连接/断路。
此外，在从第二电池B2向第一电池B1充电时，对前所述对切换元件S2进行半接通控制，从而调整切换元件S2的集电极-发射极导通电阻，从而控制充电电流。

Claims (10)

1.一种电源系统，包括：
第一电池(B1)；
第二电池(B2)；
输出电路，被配置为与所述第一电池(B1)和所述第二电池(B2)中的任意一个或两者进行双向电压转换，所述输出电路包括第一电路(28)和第二电路(30)，所述第二电路(30)具有比所述第一电路(28)的电位低的电位；以及
第一切换元件(S1)、第二切换元件(S2)和第三切换元件(S3)，被从所述第一电路(28)向所述第二电路(30)彼此串联设置，所述第一电池(B1)与所述第二切换元件(S2)并联设置，所述第二电池(B2)与在所述第二切换元件(S2)和所述第三切换元件(S3)之间的串联连接并联设置。
2.根据权利要求1所述的电源系统，进一步包括：
第一系统主继电器(SMR1)，被配置为使得所述第一电池(B1)经由所述第一系统主继电器(SMR1)与所述第二切换元件(S2)并联；
第二系统主继电器(SMR2)，被配置为使得所述第二电池(B2)经由所述第二系统主继电器(SMR2)与在所述第二切换元件(S2)和所述第三切换元件(S3)之间的串联连接并联；以及
控制部(18)，被配置为对所述第一切换元件(S1)、所述第二切换元件(S2)、所述第三切换元件(S3)、所述第一系统主继电器(SMR1)和所述第二系统主继电器(SMR2)进行接通-断开控制，其中
所述控制部(18)被配置为在所述第一切换元件(S1)的接通故障时，断开所述第二系统主继电器(SMR2)，并且通过对所述第二切换元件(S2)和所述第三切换元件(S3)进行接通-断开控制来执行第一故障保护模式，
所述控制部(18)被配置为在所述第一故障保护模式中升压所述第一电池(B1)的电压。
3.根据权利要求1所述的电源系统，进一步包括：
第一系统主继电器(SMR1)，被配置为使得所述第一电池(B1)经由所述第一系统主继电器(SMR1)与所述第二切换元件(S2)并联；
第二系统主继电器(SMR2)，被配置为使得所述第二电池(B2)经由所述第二系统主继电器(SMR2)与在所述第二切换元件(S2)和所述第三切换元件(S3)之间的串联连接并联；以及
控制部(18)，被配置为对所述第一切换元件(S1)、所述第二切换元件(S2)、所述第三切换元件(S3)、所述第一系统主继电器(SMR1)和所述第二系统主继电器(SMR2)进行接通-断开控制，其中
所述控制部(18)被配置为在所述第二切换元件(S2)的接通故障时，断开所述第一系统主继电器(SMR1)，并且通过对所述第一切换元件(S1)和所述第三切换元件(S3)进行接通-断开控制来执行第二故障保护模式，
所述控制部(18)被配置为在所述第二故障保护模式中升压所述第二电池(B2)的电压。
4.根据权利要求1至3中的任一项所述的电源系统，其中
所述第二电池(B2)具有比所述第一电池(B1)的电压高的电压，
所述第一电池(B1)和所述第二电池(B2)经由所述第三切换元件(S3)被置于环路，并且
所述控制部(18)被配置为通过对所述第三切换元件(S3)进行接通-断开控制来控制在所述第一电池(B1)和所述第二电池(B2)之间的连接或断路。
5.根据权利要求4所述的电源系统，其中
所述控制部(18)被配置为，当通过将所述第一电池(B1)连接到所述第二电池(B2)来将电力从所述第二电池(B2)供应到所述第一电池(B1)时，通过调整所述第三切换元件(S3)的导通电阻来控制充电电流。
6.一种电源系统，包括：
第一电池(B1)；
第二电池(B2)；
输出电路，被配置为与所述第一电池(B1)和所述第二电池(B2)中的任意一个或两者进行双向电压转换，所述输出电路包括第一电路和第二电路，所述第二电路具有比所述第一电路的电位低的电位；以及
第一切换元件(S1)、第二切换元件(S2)和第三切换元件(S3)，被从所述第一电路向所述第二电路彼此串联设置，所述第一电池(B1)与所述第三切换元件(S3)并联设置，所述第二电池(B2)与在所述第二切换元件(S2)和所述第三切换元件(S3)之间的串联连接并联设置。
7.根据权利要求6所述的电源系统，进一步包括：
第一系统主继电器(SMR1)，被配置为使得所述第一电池(B1)经由所述第一系统主继电器(SMR1)与所述第三切换元件(S3)并联；
第二系统主继电器(SMR2)，被配置为使得所述第二电池(B2)经由所述第二系统主继电器(SMR2)与在所述第二切换元件(S2)和所述第三切换元件(S3)之间的串联连接并联；以及
控制部(18)，被配置为对所述第一切换元件(S1)、所述第二切换元件(S2)、所述第三切换元件(S3)、所述第一系统主继电器和所述第二系统主继电器(SMR2)进行接通-断开控制，其中
所述控制部(18)被配置为在所述第一切换元件(S1)的接通故障时，断开所述第二系统主继电器(SMR2)，并且通过对所述第二切换元件(S2)和所述第三切换元件(S3)进行接通-断开控制来执行第一故障保护模式，
所述控制部(18)被配置为在所述第一故障保护模式中升压所述第一电池(B1)的电压。
8.根据权利要求6所述的电源系统，进一步包括：
第一系统主继电器(SMR1)，被配置为使得所述第一电池(B1)经由所述第一系统主继电器(SMR1)与所述第三切换元件(S3)并联；
第二系统主继电器(SMR2)，被配置为使得所述第二电池(B2)经由所述第二系统主继电器(SMR2)与在所述第二切换元件(S2)和所述第三切换元件(S3)之间的串联连接并联；以及
控制部(18)，被配置为对所述第一切换元件(S1)、所述第二切换元件(S2)、所述第三切换元件(S3)、所述第一系统主继电器和所述第二系统主继电器(SMR2)进行接通-断开控制，其中
所述控制部(18)被配置为在所述第三切换元件(S3)的接通故障时，断开所述第一系统主继电器(SMR1)，并且通过对所述第一切换元件(S1)和所述第二切换元件(S2)进行接通-断开控制来执行第二故障保护模式，
所述控制部(18)被配置为在所述第二故障保护模式中升压所述第二电池(B2)的电压。
9.根据权利要求6至8中的任一项所述的电源系统，其中
所述第二电池(B2)具有比所述第一电池(B1)的电压高的电压，
所述第一电池(B1)和所述第二电池(B2)经由所述第二切换元件(S2)被置于环路，并且
所述控制部(18)被配置为通过控制所述第二切换元件(S2)的接通-断开来控制在所述第一电池(B1)和所述第二电池(B2)之间的连接或断路。
10.根据权利要求9所述的电源系统，其中
所述控制部(18)被配置为，当通过将所述第一电池(B1)连接到所述第二电池(B2)来将电力从所述第二电池(B2)供应到所述第一电池(B1)时，通过调整所述第二切换元件(S2)的导通电阻来控制充电电流。
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