CN105656308B - 电源系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种电源系统，升压转换器由具有上支路的二极管及下支路的开关元件的升压斩波器构成。限制从蓄电池向负载输出的功率，使得升压转换器中流动的电流不超过升压转换器的热保护用的电流上限值。考虑由于向负载的牵引电流流动而成为过热保护的主对象的二极管中的发热量对应于输出电压的上升进行下降的特性，不仅基于升压转换器的冷却水温度，也基于升压转换器的输出电压来设定电流上限值。由此，能够在不使车辆行驶性过度下降的情况下避免升压转换器过热。

Description

电源系统

技术领域

本发明涉及电源系统，更确切而言，涉及应用在搭载了用于产生车辆驱动力的电动机的电动车辆中且包含用于使来自蓄电装置的电压升压的升压转换器而构成的电源系统。

背景技术

作为电动汽车、混合动力汽车等电动车辆的电源系统，包含使来自蓄电装置的电压升压而向负载输出的升压转换器的结构例如记载于日本特开2011-87406号公报中。

在日本特开2011-87406号公报中记载了如下内容：根据升压转换器的冷却水温度来设定升压转换器中流动的电流的最大值、及学习将该电流限制为最大值的状态下的行驶持续的时间。在日本特开2011-87406号公报中还记载了如下内容：根据该学习的结果来校正升压转换器中流动的电流的最大值。

在日本特开2011-87406号公报的电源系统中，在冷却水温度上升时，通过降低升压转换器中流动的电流的最大值，能够防止升压转换器过热。但是，升压转换器的电流限制与车辆用驱动力发生用的电动机的转矩限制相关，因此会使车辆行驶性能下降。因此，电流的最大值优选尽量设定得较高。

另一方面，升压转换器的温度上升量也受到升压比等的升压转换器的动作状态的影响。然而，在日本特开2011-87406号公报中，对于升压转换器的动作状态未作考虑，结果是仅根据产生的冷却水温度的上升来设定升压转换器的电流上限值。因此，电流上限值不得不对应于升压转换器的温度上升量最大的动作状态来设计。换言之，在日本特开2011-87406号公报的电源系统中，可以说存在使升压转换器的电流上限值下降的余地。

发明内容

因此，本发明的目的是在包含用于将来自蓄电装置的电压升压输出的升压转换器的电动车辆的电源系统中不使车辆行驶性的行驶性过度下降而避免升压转换器过热。

根据本发明的一方案，搭载有用于产生车辆驱动力的电动机的电动车辆的电源系统具备第一电力线及第二电力线、蓄电装置、升压转换器、冷却装置及控制装置。第一电力线是与包括电动机在内的负载连接的高压侧的电力线，第二电力线是与负载连接的低压侧的电压线。蓄电装置为了蓄积向电动机供给的电力而设置。升压转换器连接于蓄电装置与负载之间。升压转换器包括二极管、开关元件及电抗器。二极管以形成从第一节点朝向第一电力线的电流路径的方式连接于第一电力线与第一节点之间。开关元件连接于第一节点与第二电力线之间。电抗器与蓄电装置串联地连接于第一节点与第二电力线之间。冷却装置具有用于对二极管及开关元件进行冷却的冷却介质循环机构。控制装置控制升压转换器及负载的动作。控制装置包括电压控制部、上限电流设定部及功率限制部。电压控制部为了控制第一电力线及第二电力线之间的直流电压而对开关元件进行通断控制。上限电流设定部根据冷却介质循环机构的冷却介质温度及直流电压的变化而使升压转换器的电流上限值变化。功率限制部限制负载的功率，使得升压转换器中流动的电流不超过电流上限值。

根据上述电源系统，由上支路的二极管及下支路的开关元件构成升压斩波器的升压转换器的热保护用的电流上限值能够不仅基于冷却介质温度，还基于升压转换器的输出电压进行设定。由此，能够考虑由于向负载的牵引电流流动而成为热保护的主对象的二极管中的发热量对应于升压转换器的输出电压的上升进行下降的特性，使电流上限值变化。其结果是，能够以避免从蓄电装置向负载输出的功率的限制变得过度的方式适当设定热保护用的电流上限值，因此能够不使电动车辆的车辆行驶性过度下降而避免升压转换器过热。

因此，本发明的主要的优点是在包含用于使来自蓄电装置的电压升压的升压转换器而构成的电动车辆的电源系统中能够在不使车辆行驶性过度下降的情况下避免升压转换器过热。

本发明的上述及其他目的、特征、方案及优点通过与附图关联理解的与本发明相关的如下详细说明而更为明确。

附图说明

图1是说明本实施方式的电源系统的结构的框图。

图2是说明图1中的负载的第一构成例的框图。

图3是说明图1中的负载的第二构成例的框图。

图4是说明升压转换器的开关动作的动作波形图。

图5是说明升压转换器的冷却机构的框图。

图6是说明作为比较例所示的用于设定升压转换器中流动的蓄电池电流的最大值的映射的概念图。

图7是用于说明在升压转换器的上支路配置的二极管的功率损失特性的坐标图。

图8是表示本实施方式的电源系统的冷却水温度与升压转换器的输出电压及电流上限值的对应关系的概念图。

图9是说明实施方式1的升压转换器的热保护用的控制的功能框图。

图10是说明实施方式2的升压转换器的热保护用的控制的功能框图。

图11是说明实施方式3的升压转换器的热保护用的控制的功能框图。

图12是用于说明VH下限电压的设定映射的概念图。

图13是说明应用实施方式4的电源系统的电动车辆中的从蓄电池放出的放电功率上限值的暂时性的放宽限制用的控制处理的流程图。

图14是说明实施方式4的升压转换器的热保护用的控制的功能框图。

具体实施方式

以下，参照附图，详细说明本发明的实施方式。另外，以下，对于图中的同一或相当部分标注同一附图标记，原则上不重复其说明。而且，以下，虽然说明多个实施方式，但是将各实施方式中说明的结构适当组合的情况从申请当初就被预定。

[实施方式1]

图1是说明本实施方式的电源系统的结构的框图。

参照图1，本发明的实施方式的电源系统100具备蓄电装置10、系统继电器SR1、SR2、平滑电容器C1、C2、升压转换器20及控制装置30。

蓄电装置10是能够再充电的直流电源，代表性地由锂离子电池或镍氢电池等蓄电池构成。或者也可以由双电荷层电容器等构成蓄电装置10。以下，将蓄电装置10也称为蓄电池10。

在蓄电池10配置有用于检测输出电压Vb(蓄电池电压)的电压传感器11、用于检测蓄电池温度Tb的温度传感器12及用于检测从蓄电池10输出的输出电流Ib的电流传感器13。

系统继电器SR1连接于蓄电池10的正极端子及电力线6之间，系统继电器SR2连接于蓄电池10的负极端子及电力线5之间。系统继电器SR1、SR2按照来自控制装置30的控制信号SE进行通断。平滑电容器C1连接于电力线6及电力线5之间。

升压转换器20经由高电压侧的电力线7及低电压侧的电力线5而与负载40连接。升压转换器20按照电压指令值VH*来控制电力线7及电力线5间的直流电压VH。

直流电压VH向负载40供给。负载40通过来自蓄电装置10的电力，按照来自控制装置30的控制指令进行动作(牵引动作)。或者，负载40可以具备发电功能。在这种情况下，负载40按照来自控制装置30的控制指令进行动作，由此产生蓄电装置10的充电电力(再生动作)。再生动作时的来自负载40的电力经由升压转换器20对蓄电装置10进行充电。

升压转换器20由非绝缘型的升压斩波电路构成，因此电力线5与负载40及蓄电装置10共用地电连接。平滑电容器C2连接于电力线7及电力线5之间。

升压转换器20包括电抗器L、电力用半导体开关元件Q1、Q2、二极管D1、D2。

电力用半导体开关元件Q1及Q2串联地连接在电力线7及电力线5之间。在该发明的实施方式中，作为电力用半导体开关元件(以下，简称为“开关元件”)，可以使用IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)、电力用MOS(Metal Oxide Semiconductor)晶体管或者电力用双极晶体管等。相对于开关元件Q1、Q2，反并联地连接二极管D1、D2。

电力用半导体开关元件Q1及Q2的通断(开关动作)由来自控制装置30的开关控制信号S1及S2控制。电抗器L经由系统继电器SR1、SR2而与蓄电池10串联地电连接在开关元件Q1及Q2的连接节点N1与电力线6之间。

另外，在图1例示的升压转换器20中，电力线7对应于“第一电力线”，电力线5对应于“第二电力线”，连接节点N1对应于“第一节点”。而且，二极管D1对应于“二极管”，开关元件Q2对应于“开关元件”。

图2及图3是说明负载40的构成例的框图。

如图2及图3所示，图1所示的电源系统应用于混合动力汽车及电动汽车等的搭载有车辆驱动力发生用的电动机的电动车辆。

参照图2，负载40包含例如与电力线5、7连接的逆变器41和电动发电机42。电动发电机42代表性地由三相同步电动机构成。逆变器41将来自升压转换器20的直流电压VH转换成三相交流电压，向电动发电机42供给。由此，执行电动发电机42通过来自蓄电池10的电力而产生驱动力的牵引动作。代表性地，逆变器41由包含三相量的开关元件的电桥电路构成。

另一方面，在电动车辆减速时，电动发电机42通过负转矩的输出而进行发电，由此能够进行将减速能量转换成电能的再生制动。在再生制动时，逆变器41将电动发电机42发电产生的三相交流电力转换成直流电力，向电力线5、7输出直流电压VH。图1例示的升压转换器20能够对直流电压VH进行降压而对蓄电池10进行充电。由此，执行通过电动发电机42的发电电力而对蓄电池10进行充电的再生动作。

或者，参照图3，负载40包括并联地连接于电力线5、7的逆变器41、43及与逆变器41、43分别连接的电动发电机42、44。在这样的结构中，可以还配置发动机(未图示)，一方的电动发电机通过发动机的输出而发电。在这样的形式中，也可以应用能够将发动机的机械性输出使用于发电及车辆驱动力这两方的所谓串并联混合动力结构、及将发动机的输出设为发电专用的串联混合动力结构中的任一结构。

或者，在图2的结构中，能够以还配置未图示的燃料电池的方式构成负载40。这样，应用本实施方式的电源系统的电动车辆是包含上述电动汽车、混合动力汽车、燃料电池汽车等的概念。

再次参照图1，控制装置30代表性地由电子控制单元(ECU)构成。即，控制装置30包含未图示的CPU(Central Processing Unit)、存储器、输入输出(I/O)电路及电子电路，基于各传感器的检测值，来控制电源系统100的动作。控制装置30按照电源系统100的起动/停止指令来生成对系统继电器SR1、SR2的通断进行控制的控制信号SE。控制信号SE对应于电源系统100的起动而以将系统继电器SR1、SR2接通的方式生成，且在电源系统100停止时以将系统继电器SR1、SR2断开的方式被控制。

来自电压传感器11的蓄电池电压Vb、来自温度传感器12的蓄电池温度Tb、来自电流传感器13的蓄电池电流Ib、来自电压传感器14的输入电压VL及来自电压传感器15的输出电压VH的检测值向控制装置30输入。

控制装置30主要基于蓄电池电压Vb及蓄电池电流Ib，算出表示蓄电池10的剩余容量的SOC(State Of Charge)。如公知那样，SOC以百分率来表示相对于充满电状态的当前的剩余容量。

而且，控制装置30在电源系统100工作时，基于上述的检测值，生成对开关元件Q1、Q2的开关动作(通断动作)进行控制的开关控制信号S1、S2，使得利用升压转换器20进行所希望的电压转换。

而且，控制装置30生成负载40的动作指令。负载40如图2或图3例示那样，在包含电动车辆的车辆驱动力发生用的电动发电机的情况下，动作指令包含该电动发电机的转矩指令。

接下来，对电源系统100的动作进行说明。

在系统继电器SR1、SR2的接通期间，向电力线5及电力线6之间施加从蓄电池10输出的电压即蓄电池电压Vb。向升压转换器20输入与电力线5及电力线6连接的平滑电容器C1的电压VL。

升压转换器20通过按照来自控制装置30的开关控制信号S1、S2的开关元件Q1、Q2的开关动作而使从蓄电池10输入的直流电压VL升压，能够在电力线5与电力线7之间产生直流电压VH。直流电压VH由平滑电容器C2进行平滑后向负载40供给。

而且，升压转换器20通过按照开关控制信号S1、S2的开关元件Q1、Q2的开关动作而将经由平滑电容器C2从负载40供给的直流电压VH降压，能够在电力线5与电力线6之间产生直流电压VL。直流电压VL由平滑电容器C1进行平滑，而后用于蓄电池10的充电。

升压转换器20虽然能够作为向双向进行电力转换的转换器进行动作，但是在本实施方式中，主要将从蓄电池(直流电源)10供给的直流电压VL转换成向负载40供给的直流电压VH的电压转换动作(升压动作)作为说明的对象。因此，以下，将直流电压VL也称为输入电压VL，将直流电压VH也称为输出电压VH。

图4是说明升压转换器20的开关动作的动作波形图。

参照图4，开关元件Q2的接通期间及断开期间按照设定的占空比d(d＝Ton/T：接通期间比)而交替设置。在此，T是预定的开关周期(T＝Ton+Toff)。

在开关元件Q2的接通期间，从蓄电池10向电抗器L蓄积电力，在断开期间，从蓄电池10及电抗器L向负载40供给电力。即，升压转换器20作为所谓升压斩波器进行动作。

升压动作时的升压转换器20的稳定状态下的升压比(VH/VL)作为占空比d(d＝Ton/T)的函数而如下述(1)式所示。

VH＝1/(1-d)·VL…(1)

开关元件Q1基本上与开关元件Q2互补地通断。另外，关于开关元件Q1，即便始终为断开状态，也能够使升压转换器20作为升压斩波器进行动作。但是，在开关元件Q1接通期间，能够使电流从电力线7向电力线6流动，因此通过同一开关图案，能够控制输出电压VH并应对再生动作及牵引动作这两方。

而且，在不需要升压的情况下(VH＝VL)，也可以设为d＝0而将开关元件Q1固定成接通，另一方面，将开关元件Q2断开。在这种情况下，由于未产生开关元件Q1、Q2的开关损失，因此能够抑制升压转换器20的功率损失。

另外，在仅进行从蓄电池10向负载40的电力供给(即，牵引动作)的情况下，升压转换器20可以仅由下支路的开关元件Q2及上支路的二极管D1构成。

换言之，在图1的构成例中，升压转换器20通过在上支路配置开关元件Q1且在下支路还配置二极管D2，也能够执行来自负载40的电力供给产生的蓄电池10的充电(即，再生动作)。

图5是说明升压转换器20的冷却机构的框图。

参照图5，升压转换器20由冷却装置150冷却。冷却装置150具有用于形成冷却介质循环路径的冷却配管151、冷却介质泵152、储藏罐154及散热器156。冷却装置150中的冷却介质代表性地使用水(以下，也称为冷却水)。因此，以下，将冷却介质泵152也称为水泵152。

冷却配管151使冷却水向包含成为冷却对象的设备(升压转换器20)的冷却介质循环路径循环流通。当冷却水通过成为冷却对象的设备(升压转换器20)时，冷却介质循环路径通过发热的元件与冷却水的热交换而对该设备进行冷却。在冷却介质循环路径上设置用于测定冷却水温度Tcw的温度传感器155。由温度传感器155测定出的冷却水温度Tcw向控制装置30送出。

另外，在本实施方式中，通过冷却水温度Tcw来推定升压转换器20的温度状态，因此温度传感器155优选配置在冷却介质循环路径中的升压转换器20的下游侧附近。冷却水温度Tcw对应于“冷却介质温度”。

水泵152对冷却介质(冷却水)施加用于在冷却配管151中循环的加速力。水泵152的动作由控制装置30控制。例如，水泵152的转速根据冷却水温度Tcw来控制。

散热器156通过基于空冷的散热等而对因热交换而成为高温的冷却水进行冷却。升压转换器20以外的冷却对象设备45可以还与冷却配管151连接，由与升压转换器20共用的冷却介质循环路径来冷却。例如，冷却对象设备45可以包含图2、3所示的逆变器41、43及/或电动发电机42、44。

储藏罐154作为冷却水的预备罐发挥功能，为了应对因冷却配管151内的冷却水的温度、冷却水循环引起的冷却配管151的容积的变化而设置。例如，能够防止由于储藏罐154的配置而相对于冷却配管151的容积的冷却水的容量不足导致的冷却配管151内或水泵152中的空气的产生。

再次参照图1，由电流传感器13测定的蓄电池电流Ib是在升压转换器20中通过电抗器L的电流。即，蓄电池电流Ib相当于升压转换器20的通过电流。因此，当蓄电池电流Ib增加时，升压转换器20的温度上升。

图6是作为比较例表示的用于设定在升压转换器20中流动的蓄电池电流Ib的最大值的映射。图6示出用于避免升压转换器20过热的考虑到热保护方面的蓄电池电流的上限值Ibmax(以下，电流上限值Ibmax)。电流上限值Ibmax相当于关于在升压转换器20中流动的电流的电流上限值。

参照图6，根据由温度传感器155检测的冷却水温度Tcw，设定电流上限值Ibmax。在冷却水温度超过预定的判定值Tth之前，电流上限值Ibmax设定为默认值I0。该默认值I0例如设定为与根据蓄电池10、各构成部件的电流额定等而决定的额定值相等。即，Ibmax＝I0的状态与没有为了热保护而设定升压转换器20的电流上限值的状态等价。

相对于此，当冷却水温度Tcw超过判定值Tth时，电流上限值Ibmax比默认值I0低。由此，关于最终的电流上限值Ibmax，考虑到升压转换器20的热保护方面而受到限制。

另外，通过蓄电池10的电流上限值Ibmax与蓄电池电压Vb之积来限制从蓄电池10输出的功率。因此，可知电流上限值Ibmax的限制与从蓄电池10放出的放电功率上限值Wout的限制等价。

通常，对于蓄电池10，按照蓄电池10的状态(代表性地为SOC及蓄电池温度Tb)来设定放电功率上限值Wout及充电功率上限值Win。例如，在低SOC时，限制Wout，在高SOC时，限制Win。而且，在蓄电池10的低温时或高温时，限制Win、Wout。

并且，控制装置30对负载40的动作指令进行限制而生成，使得蓄电池10的输入输出功率处于Win～Wout的范围内。例如，对图2及/或图3所示的电动发电机42、44的转矩指令值进行限制而生成，使得电动发电机42、44各自的功率(旋转速度×转矩指令值)之和处于Win～Wout的范围内。

根据图6的控制，在由冷却水温度Tcw检测的升压转换器20的温度上升时，通过蓄电池10的电流上限值Ibmax的限制及由之派生的蓄电池10的放电功率的限制，能够避免升压转换器20过热。其结果是，能够防止由于过热而升压转换器20的结构元件发生故障。

然而，电流上限值Ibmax或放电功率上限值Wout的限制(以下，包括性地称为“输出限制”)与对负载40能够使用的功率进行限制的情况相关，因此在图2及图3例示的应用于电动车辆的电源系统中，由于电动发电机42、44的转矩限制而存在加速性能下降等的行驶性的下降的可能性。即，升压转换器20的热保护用的输出限制在能够避免因过热引起的元件故障的范围内优选最小化。

从该观点出发，对升压转换器20的动作特性进一步考察。再次参照图1，在升压转换器20中，在向负载40供给电力时(牵引动作时)，电流流向上支路的二极管D1，因此二极管D1处于成为温度上升最大的元件的倾向。因此，实际上，升压转换器20的过热保护与二极管D1的过热保护等价。接下来，关于二极管D1的温度上升的特性，使用图7进行说明。

图7是用于说明升压转换器20的上支路的二极管D1中的功率损失特性的坐标图。

图7的横轴表示升压转换器20的输出电压VH，纵轴表示二极管D1的功率损失。二极管D1的发热量与功率损失成比例。

参照图7，二极管D1的总功率损失由特性线110表示。总功率损失包含特性线111所示的导通损失Pd和特性线112所示的通断损失Pl。在图7中，示出在蓄电池10的输出电压Vb(VL＝Vb)恒定的情况下通过升压转换器20的控制使输出电压VH从VL(VL＝Vb)变化至控制上限电压VHmax时的损失特性。控制上限电压VHmax相当于根据电源系统的构成元件的耐压额定等而确定的输出电压VH的上限电压。

从图1可知，在升压转换器20的牵引动作时，交替地产生下支路的开关元件Q2被接通而向电抗器L蓄积能量的期间(图4的Ton)和通过开关元件Q2的断开而经由上支路的二极管D1向负载40供给电流的期间(图4的Toff)。并且，如式(1)所示，升压比(VH/VL)越上升，则开关元件Q2的占空比d越上升。其结果是，可知输出电压VH越高，则电流在二极管D1中流动的期间越减少。

因此，二极管D1的导通损失Pd由下述的式(2)表示。

Pd＝(VL/VH)·Ib·Vf…(2)

式(2)中的Vf是二极管D1的顺方向电压。顺方向电压Vf是依赖于二极管元件的性能的固有值。从式(2)可知，导通损失Pd与相当于升压转换器20的通过电流的蓄电池电流Ib成比例，且与升压比(VH/VL)成反比。

相对于此，二极管D1的通断损失Pl由下述的式(3)表示。

Pl＝k·VH·Ib…(3)

式(3)中的k是比例系数，式(3)表示通断损失与输出电压VH及通断的电流Ib之积成比例的情况。

这样，在二极管D1中，当输出电压VH上升时，导通损失Pd下降。通过其效果，如特性线110所示，对应于输出电压VH的上升，总功率损失也下降。

在图7中，示出根据二极管D1的发热量与冷却机构(图2)的冷却能力的关系而确定的、用于避免二极管D1的温度上升的功率损失的阈值Pt。

在图7中，在总功率损失比阈值Pt高的区域121中，二极管D1的总功率损失引起的发热量超过冷却机构的冷却能力。根据式(2)及(3)可知，通过减少蓄电池电流Ib，能够减少导通损失Pd及通断损失Pl这两方。因此，在区域121中，为了防止二极管D1的温度上升，需要限制蓄电池电流Ib。

相对于此，在总功率损失比阈值Pt低的区域122中，通过冷却机构的冷却能力，能够防止二极管D1的总功率损失引起的温度上升。

这样，即使对于同一蓄电池电流Ib，依赖于输出电压VH而二极管D1的功率损失(即，发热量)也会变化。尤其是可知由于输出电压VH的高低而存在需要升压转换器20的热保护用的输出限制的区域(图7中的121)和不需要升压转换器20的热保护用的输出限制的区域(图7中的122)。反而在区域122中，存在使蓄电池电流Ib(升压转换器20中流动的电流)上升的余地。

另外，升压转换器20整体的功率损失在升压比成为1.0的VH＝VL的状态下变得最小。这是因为，由于将开关元件Q1固定为接通并将开关元件Q2断开，因此不会产生开关元件的通断损失。另一方面，二极管D1中的功率损失在VH＝VL时成为最大值(动作点125)。即，当以使升压转换器20的功率损失下降的方式设定输出电压VH时，另一方面，由于成为二极管D1的发热量，因此存在由于冷却水温度Tcw的上升而需要输出限制的可能性。

在图6所示的比较例中，作为升压转换器20的温度上升的结果，仅基于上升的冷却水温度Tcw来设定电流上限值Ibmax。因此，需要使电流上限值Ibmax对应于二极管D1的发热量成为最大的、图7中的动作点125(VH＝VL)处的二极管D1的发热量而至少将总功率损失设定得比Pt低。

相对于此，规定成为升压转换器20的过热保护的对象的二极管D1中的发热量的总功率损失对应于输出电压VH的上升而下降。因此，如图6的比较例那样，在仅根据冷却水温度Tcw来设定电流上限值Ibmax的情况下，相对于输出电压VH而过低地设定电流上限值Ibmax，因而存在来自蓄电池10的输出限制变得过度的可能性。由此，在应用了电源系统的电动车辆中，由于构成负载40的电动发电机42、44(图3、4)的转矩被过度限制，因而存在车辆行驶性下降的可能性。

尤其是在电动车辆中，在电动发电机42、44的高转速时，感应电压升高，因此输出电压VH也相应地设定得较高。在这样的电动发电机被要求高输出的情况下，若为了升压转换器20的热保护而过度地限制电流上限值Ibmax，则存在车辆行驶性进一步下降的可能性。

因此，在本实施方式的电源系统中，关于用于升压转换器20的过热保护的输出限制用的电流上限值Ibmax，着眼于成为实质性的过热保护的对象的二极管D1的损失特性，如下进行设定。

图8是表示本实施方式的电源系统的冷却水温度Tcw与输出电压VH及热保护用的电流上限值IbmaxD的对应关系的概念图。

图8的横轴表示冷却水温度Tcw，纵轴表示升压转换器20的输出电压VH及蓄电池电流Ib。如上所述，蓄电池电流Ib与升压转换器20的通过电流等价。

在图8中，为了二极管D1的热保护而确定的电流上限值IbmaxD由虚线表示。另一方面，从二极管D1的热保护的观点出发而确定的输出电压VH的下限值VHD(以下，也称为VH下限电压VHD)由实线表示。

参照图8，在Tcw≤T1的区域中，通过设定为VH≥VHD，即使设定考虑到热保护方面的电流上限值作为蓄电池电流Ib＝I0(图6)，二极管D1也不会变得过高温，即，能够解除热保护用的升压转换器20的电流上限值的设定。另外，在冷却水温Tcw低的区域中，允许温度上升的余地相对变大。当提高升压比(VH/VL)时，升压转换器20整体的功率损失增加，因此VH下限电压VHD在冷却水温Tcw低的区域中被抑制成低电压。

另一方面，在Tcw>T1的区域中，即使设为VH＝VHmax，也难以避免二极管D1过热，因此需要设定为IbmaxD<I0。由此，蓄电池10的电流上限值Ibmax为了升压转换器20的热保护而受到限制。

这样，在由升压斩波器构成的升压转换器20中，优选不仅考虑冷却水温度Tcw，而且也考虑根据输出电压VH而二极管D1的发热量变化的特性来设定升压转换器20的电流上限值。例如，按照图7及图8所示的特性，对于冷却水温度Tcw及输出电压VH，能够预先规定用于设定从升压转换器20(二极管D1)的热保护的观点出发的电流上限值IbmaxD的映射(电流上限值映射)。

例如，电流上限值映射能够预先生成为：在图8的Tcw≤T1的区域中，符合根据冷却水温度Tcw而预先决定的VH下限电压VHD，在VH≥VHD的区域中，设为IbmaxD＝I0。

即使在Tcw≤T1的区域中，在VH<VHD时，为了升压转换器20的热保护，也可以设定为电流上限值IbmaxD<Ib0。此时，对于直流电压VH设定电流上限值IbmaxD，由此能够使电流限制(即，来自蓄电池10的输出限制)最小化。定性而言，输出电压VH越低，则Ibmax设定得越低。

这样，即使在Tcw≤T1的区域中，通过进行与直流电压VH对应的适度的电流限制，在冷却装置150(图5)的冷却能力同等的情况下，也能够在比图5的比较例的判定温度Tht靠高温侧处设定预定温度T1。

另一方面，电流上限值映射可以预先生成为：在图8的Tcw>T1的区域中，以输出电压VH及冷却水温度Tcw为变量来设定IbmaxD。尤其是在VH＝VHmax时，按照图8中的虚线来设定IbmaxD。另一方面，在VH<VHmax时，在比图8所示的虚线靠低电流侧的区域内设定IbmaxD。此时，输出电压VH越低，则IbmaxD也设定得越低。

图9是说明实施方式1的升压转换器20的热保护用的控制的功能框图。另外，以图9为首的各框图中的各功能块通过控制装置30进行的预定程序执行的软件处理、或者基于专用的电子电路的硬件处理来实现。

参照图9，VH控制部300以进行输出电压VH与电压指令值VH*一致的升压转换器20的占空比控制的方式生成开关控制信号S1、S2。例如，升压转换器20的占空比d可以通过基于电压指令值VH*与输出电压VH的电压偏差(VH*-VH)的反馈控制和按照电压指令值VH*与输入电压VL的电压比的前馈控制的组合来算出。VH控制部300按照算出的占空比d，如图4所示生成开关控制信号S1、S2。

电流上限设定部200基于输出电压VH及冷却水温度Tcw，设定从升压转换器20(二极管D1)的热保护的观点出发的电流上限值IbmaxD。电流上限设定部200以电压传感器15的输出电压VH的检测值及温度传感器155的冷却水温度Tcw的检测值为变量，通过参照上述的电流上限值映射，能够设定电流上限值IbmaxD。

最小值选取部210选取根据各种要件而设定的蓄电池电流Ib的上限值中的最小值，设定为蓄电池10的电流上限值Ibmax。例如，对于其他元件根据热保护等保护上的要件而确定的上限值也向最小值选取部210输入。

由电流上限设定部200设定的电流上限值IbmaxD作为上述的蓄电池电流Ib的上限值中的1个，向最小值选取部210输入。因此，通过电流上限设定部200，在IbmaxD比默认值I0低时，以至少成为Ibmax≤IbmaxD的方式设定蓄电池10的电流上限值Ibmax。在未设定根据包括升压转换器20的热保护在内的元件保护上的要件的上限值的情况下，按照额定值来设定为Ibmax＝I0。

放电限制部250基于蓄电池10的状态，设定能够从蓄电池10向负载40输出的功率的上限值即放电功率上限值的基础值WoutB。例如，可以预先规定基于SOC及蓄电池温度Tb而用于设定基础值WoutB的映射。例如，若SOC下降则基础值WoutB降低，在蓄电池10的低温区域及高温区域中基础值WoutB也降低。

电流反馈部230对通过最小值选取部210而设定的蓄电池10的电流上限值Ibmax与由电流传感器13检测到的蓄电池电流Ib进行比较。电流反馈部230在Ib>Ibmax时，按照偏差(Ibmax-Ib)而将用于降低放电功率上限值Wout的修正量ΔWout设定为负值。另一方面，在Ib≤Ibmax时，设定为ΔWout＝0。

Wout设定部260按照来自放电限制部250的基础值WoutB和来自电流反馈部230的修正量ΔWout，来设定蓄电池10的最终的放电功率上限值Wout。具体而言，设定为Wout＝WoutB+ΔWout。

由此，在Ib≤Ibmax时(ΔWout＝0)，按照蓄电池10的状态来设定放电功率上限值Wout(Wout＝WoutB)。另一方面，在Ib>Ibmax时，通过降低放电功率上限值Wout，而在成为Ib<Ibmax之前限制来自蓄电池10的输出。如上所述，通过限制负载40的动作指令，能够进行控制以避免蓄电池10的输出功率超过Wout。

其结果是，当为了升压转换器20的热保护而降低IbmaxD时，将此反映到蓄电池10的电流上限值Ibmax中，由此能够进行控制以避免蓄电池电流Ib(升压转换器20的通过电流)超过Ibmax。

根据实施方式1的电源系统，在升压转换器20的热保护用的控制中，基于冷却水温度Tcw及输出电压VH来设定电流上限值IbmaxD。由此，如图8所示，反映根据输出电压VH的上升而升压转换器20的过热保护的主要对象的二极管D1的发热量减少的特性，尤其是在图8的区域122中，能够适当地设定电流上限值IbmaxD。

其结果是，来自蓄电池10的输出限制而引起的负载40的功率限制不会变得过度，能够实现升压转换器20的热保护。因此，在应用于电动车辆的电源系统中，能够在不会使车辆行驶性过度下降的情况下避免升压转换器过热。

[实施方式2]

在实施方式2中，说明用于更可靠地限制蓄电池电流Ib、即升压转换器20的通过电流的控制。

图10是说明实施方式2的升压转换器的热保护用的控制的框图。

将图10与图9进行比较，在实施方式2的控制中，还设有Wout限制部270和上限保护部280。

Wout限制部270按照由电流上限设定部200设定的电流上限值IbmaxD和由电压传感器11检测到的蓄电池电压Vb，来设定升压转换器20的热保护用的放电功率上限值WoutD。具体而言，设定为WoutD＝IbmaxD·Vb。

上限保护部280进行保护，以避免由放电限制部250设定的基础值WoutB超过由图9的Wout限制部270设定的WoutD。即，上限保护部280在WoutB≤WoutD时维持WoutB，而在WoutB>WoutD时限制为WoutB＝WoutD。

Wout设定部260按照来自上限保护部280的WoutB和来自电流反馈部230的修正量ΔWout，来设定蓄电池10的最终的放电功率上限值Wout。具体而言，设定为Wout＝WoutB+ΔWout。图10的其他功能块与图9同样地发挥功能，因此不重复详细的说明。

这样的话，在通过电流上限设定部200降低电流上限值IbmaxD时，不用等待通过电流反馈部230设定为ΔWout<0，能够立即使放电功率上限值Wout下降至与电流上限值IbmaxD对应的值。

因此，在实施方式2的控制中，与实施方式1的控制相比，能够更可靠地避免升压转换器20过热。

[实施方式3]

在实施方式3中，说明为了升压转换器20(二极管D1)的热保护而用于使输出电压VH积极地上升的控制。

图11是说明实施方式3的升压转换器的热保护用的控制的功能框图。

参照图11，在实施方式3的结构中，还设有下限电压设定部305和电压指令值设定部310。

下限电压设定部305根据由温度传感器155检测的冷却水温度Tcw及由电流传感器13检测的蓄电池电流Ib，设定从升压转换器20的热保护的观点出发的VH下限电压VHD。

VH下限电压VHD例如按照图8所示的特性来设定。具体而言，在Tc≤Tcw的区域中，VHD对应于冷却水温度Tcw而上升。优选的是，在Tcw>T1的区域中，设定为VHD＝VHmax。

在图8中，示出相对于恒定的蓄电池电流Ib的VHD的特性。因此可知，对应于蓄电池电流Ib的变化，不需要升压转换器20的热保护用的电流限制的下限电压VHD也变化。

因此，根据实机试验或模拟的结果，能够预先设定以冷却水温度Tcw及蓄电池电流Ib为变量而用于确定VH下限电压VHD的映射(VHD映射)。

参照图12，例如，VH下限电压VHD在Tcw<T1的区域中可以设定为，随着冷却水温度Tcw的上升而上升，随着蓄电池电流Ib的减小而下降。另一方面，在Tcw>T1的区域中，基本上设定为VHD＝VHmax。或者在蓄电池电流Ib小的区域中，可以设定为VHD<VHmax。

再次参照图11，除了从升压转换器20的热保护的观点出发的下限电压VHD之外，控制上限电压VHmax、与负载40的动作状态对应的要求下限电压VHrq也向电压指令值设定部310输入。

例如如图2、3所示，在负载40包含电动发电机42、44而构成的情况下，需要将向逆变器41、43供给的直流电压即升压转换器20的输出电压VH控制成比电动发电机42、44的感应电压的振幅高的电压。在这种情况下，要求下限电压VHrq主要根据电动发电机42、44的转速来设定。

而且，为了进行除升压转换器20以外的元件保护，关于用于抑制输出电压VH的上限电压，也可以包含在电压指令值设定部310的输入中。此外，控制上限电压VHmax也包含在电压指令值设定部310的输入中。

电压指令值设定部310通过使用了这些输入值的上下限保护，设定向升压转换器20的电压指令值VH*。具体而言，电压指令值VH*以不会超过上限电压中的最小值的方式设定。即，电压指令值VH*设定为控制上限电压VHmax以下的范围内，或者在还设定有元件保护用的上限电压的情况下，设定为该上限电压以下的范围内。

电压指令值VH*进而在上述的上限电压以下的范围内，按照下限电压中的最大值来设定。例如，在VHD<VHrq时，可以设定为VH*＝VHrq，而在VHD≥VHrq时，可以设定为VH*＝VHD。

其结果是，从与其他要件的关联中排除存在障碍的情况，对于用于避免升压转换器20的热保护用的电流限制的下限电压VHD，能够将电压指令值VH*设定为VHD以上。

因此，在实施方式3的升压转换器的热保护用的控制中，通过使升压转换器20的输出电压VH积极地上升，能够抑制升压转换器20(二极管D1)的发热量。其结果是，例如在图8的Tcw<T1的区域中，使升压转换器20的温度上升抑制优先地使输出电压VH上升，由此能够避免产生来自蓄电池10的输出限制的升压转换器20的电流限制的产生。

[实施方式4]

在电动车辆中，根据车辆状态而产生优选在短期间内提高来自蓄电池10的输出的状况。例如，在通过驾驶员踏下油门踏板的情况下，为了得到充分的车辆加速力，需要提高电动发电机的输出转矩。此时，优选暂时性地提高从蓄电池10输出的功率。或者在混合动力车辆中即使自动地间歇运转的发动机从停止状态起动时，为了确保充分的转动曲轴转矩也优选暂时性地提高从蓄电池10输出的功率。

另一方面，若是短时间(例如，几秒钟程度)，则即使从根据SOC及蓄电池温度Tb等蓄电池状态而决定的放电功率上限值的基础值起稍提高放电功率，对蓄电池10的劣化等产生影响的可能性也低。

在实施方式4中，说明对于这样的暂时性地放宽对放电功率上限值的限制的控制反映了升压转换器20的热保护用的电流上限值Ibmax的控制。

图13是说明应用实施方式4的电源系统的电动车辆中的从蓄电池10放出的放电功率上限值的暂时性的放宽限制用的控制处理的流程图。图13所示的流程图在车辆行驶中由控制装置30反复执行。

参照图13，控制装置30通过步骤S100，判定表示需要放电功率上限值Wout的暂时性的放宽限制的车辆状态的预定条件是否成立。例如，步骤S100在停止状态的发动机起动的情况下的转动曲轴转矩的输出期间、或者驾驶员的油门操作量超过预定量的期间，作出“是”判定。

控制装置30在预定条件不成立时(S100的“否”判定时)，使处理进入步骤S110，设定为放电功率上限值Wout的加算量Woup＝0。

另一方面，控制装置30在预定条件成立时(S100的“是”判定时)，使处理进入步骤S120，设定放电功率上限值Wout的加算量(Woup>0)。

而且，控制装置30通过步骤S130，在由图9或图10的Wout设定部设定的放电功率上限值Wout中加入暂时性的放宽限制用的加算量Woup，由此来设定最终的放电功率上限值Wout。

图14是说明实施方式4的升压转换器的热保护用的控制的功能框图。图14中示出用于考虑升压转换器的热保护而设定暂时性的放宽限制用的加算量Woup的控制。

参照图14，基础值设定部400按照蓄电池10的状态(代表性地是SOC及Tb)，设定暂时性的放宽限制量的基础值WoupB。例如，基础值WoupB在高SOC时比低SOC时设定得高。而且，在蓄电池10的低温时或高温时，与常温时相比，基础值WoupB也受到抑制。

减算部410从按照升压转换器20的热保护用的电流上限值IbmaxD的放电功率上限值WoutD减去由放电限制部250(图9)设定的放电功率上限值的基础值WoutB。另外，放电功率上限值WoutD与图10的Wout限制部270的运算同样地能够通过WoutD＝IbmaxD·Vb的运算求出。

减算部410输出通过减算而求出的WoupD。即，WoupD＝WoutD-WoutB。通过减算部410得到的WoupD表示用于避免超过按照升压转换器20的热保护用的电流上限值IbmaxD的放电功率限制值WoutD的、从放电功率限制值的基础值WoutB起的上升量的上限值。

最小值选取部420选取由减算部410设定的上限值WoupD和由基础值设定部400设定的暂时性的放宽限制量的基础值WoupB中的最小值，设定用于暂时性地放宽对放电功率上限值的限制的加算量Woup(图13的步骤S120)。由此，能够以使暂时性地放宽限制的放电功率限制值Wout(图13的步骤S130)不会超过按照电流上限值IbmaxD的放电功率上限值WoutD的方式设定加算量Woup。

因此，根据实施方式4的电源系统，通过以使升压转换器20的电流不会超过电流上限值Ibmax的方式进行控制而避免升压转换器20过热，而且能够通过根据车辆状态而暂时性地放宽对放电功率限制值Wout的限制来确保行驶性能。

另外，在本实施方式中，作为搭载电源系统的电动车辆的电气系统的负载结构而例示了图2及图3，但是电动车辆中的负载40(图1)的结构没有限定为上述情况。

而且，本实施方式中的升压转换器的热保护用的控制着眼于牵引电流流过的二极管的发热量的特性，因此对于包含具有这样的二极管而构成的转换器的电源系统能够同样地应用。代表性地在从构成为牵引动作专用的升压转换器、具体而言图1的升压转换器20中省略了开关元件Q1及二极管D2的配置的情况下，也能够应用本实施方式的升压转换器的热保护用的控制。

在本实施方式中，VH控制部(图9等)对应于“电压控制部”，Wout设定部260(图9等)对应于“功率限制部”。

虽然说明了本发明的实施方式，但是应考虑的是本次公开的实施方式在全部方面为例示而不受限制。本发明的范围由权利要求书表示，并旨在包括与权利要求书等同的意思及范围内的全部变更。

Claims (7)

1.一种电源系统，是搭载有用于产生车辆驱动力的电动机的电动车辆的电源系统，所述电源系统具备：

高压侧的第一电力线及低压侧的第二电力线，与包括所述电动机在内的负载连接；

蓄电装置，蓄积向所述电动机供给的电力；及

升压转换器，连接于所述蓄电装置与所述负载之间，

所述升压转换器包括：

二极管，以形成从第一节点朝向所述第一电力线的电流路径的方式连接于所述第一电力线与所述第一节点之间；

开关元件，连接于所述第一节点与所述第二电力线之间；及

电抗器，与所述蓄电装置串联地连接于所述第一节点与所述第二电力线之间，

所述电源系统还具备：

冷却装置，具有用于对所述二极管及所述开关元件进行冷却的冷却介质循环机构；及

控制装置，控制所述升压转换器及所述负载的动作，

所述控制装置包括：

电压控制部，为了控制所述第一电力线与第二电力线之间的直流电压而对所述开关元件进行通断控制；

上限电流设定部，根据所述冷却介质循环机构的冷却介质温度及所述直流电压的变化而使所述升压转换器的电流上限值变化；及

功率限制部，用于限制所述负载的功率，使得所述升压转换器中流动的电流不超过所述电流上限值，

所述控制装置还包括：

下限电压设定部，以所述冷却介质温度及所述升压转换器的电流为变量，根据所述冷却介质温度的上升而设定高的所述直流电压的下限电压；及

电压指令值设定部，用于在比所述下限电压高的电压范围内设定所述直流电压的电压指令值，

所述电压控制部对所述开关元件的通断进行控制，以按照所述电压指令值来控制所述直流电压。

2.根据权利要求1所述的电源系统，其中，

在所述冷却介质温度低于预定的判定温度的区域，在所述直流电压高于预定的下限电压的情况下，所述上限电流设定部解除所述电流上限值的设定，而在所述直流电压低于所述下限电压的情况下，所述直流电压越低，则所述上限电流设定部将所述电流上限值设定得越低。

3.根据权利要求1所述的电源系统，其中，

在所述冷却介质温度高于预定的判定温度的区域，所述上限电流设定部以所述直流电压及所述冷却介质温度为变量且以所述直流电压越低则所述电流上限值越低的方式设定所述电流上限值。

4.根据权利要求1～3中任一项所述的电源系统，其中，

所述功率限制部按照根据所述蓄电装置的状态而设定的基础值与在所述升压转换器的电流高于所述电流上限值时被设定为负值的修正量之和，来设定从所述蓄电装置放出的放电功率上限值，

所述负载的动作指令被限制在从所述蓄电装置输出的功率不会超过所述放电功率上限值的范围而生成。

5.根据权利要求4所述的电源系统，其中，

所述功率限制部对所述基础值进行限制，使得所述基础值不超过按照所述电流上限值与所述蓄电装置的电压之积而得到的功率上限值的最小值。

6.根据权利要求4所述的电源系统，其中，

所述控制装置构成为，根据所述电动车辆的动作状态而暂时放宽对所述放电功率上限值的限制，

所述功率限制部在放宽限制后的所述放电功率上限值不超过按照所述电流上限值与所述蓄电装置的电压之积而得到的功率上限值的范围内设定暂时放宽限制时的所述放电功率上限值的加算量。

7.根据权利要求5所述的电源系统，其中，

所述控制装置构成为，根据所述电动车辆的动作状态而暂时放宽对所述放电功率上限值的限制，

所述功率限制部在放宽限制后的所述放电功率上限值不超过按照所述电流上限值与所述蓄电装置的电压之积而得到的功率上限值的范围内设定暂时放宽限制时的所述放电功率上限值的加算量。