CN107042759A - 电源装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种电源装置。所述电源装置包括：第一电力线；第二电力线；第一升压转换器；第二升压转换器；第一电流传感器；第二电流传感器；第三电流传感器和电子控制单元。电子控制单元被配置为当电池电流为从电池放电时的值、第一电抗器电流为从第二正极线侧通向第一中间点侧时的值，以及第二电抗器电流为从第二中间点侧通向第二正极线侧时的值时，确定第二升压转换器的第三切换元件具有导通故障。

Description

电源装置
技术领域
本发明涉及电源装置，更具体地说，涉及包括电池以及第一和第二升压转换器的电源装置。
背景技术
作为这种类型的电源装置，已经提出一种装置，包括电源，以及第一和第二升压转换器，分别连接到相互并联的第一电力线和第二电力线，第一电力线连接到负载，第二电力线连接到电源，第一和第二升压转换器被配置为将第二电力线的电力供给第一电力线，同时提高电力的电压(例如参见日本专利申请公开No.2011-114918)。第一升压转换器具有：串联连接在第一电力线的正极线与第一和第二电力线的负极线之间的第一和第二切换元件(第一上臂和第一下臂)；分别与第一和第二切换元件逆方向地并联连接的第一和第二二极管，以及连接到第一切换元件和第二切换元件之间的第一中间点以及第二电力线的正极线的第一电抗器。第二升压转换器具有：串联连接在第一电力线的正极线与第一和第二电力线的负极线之间的第三和第四切换元件(第二上臂和第二下臂)；分别与第三和第四切换元件逆方向地并联连接的第三和第四二极管；以及连接到第三切换元件和第四切换元件之间的第二中间点和第二电力线的正极线的第二电抗器。
发明内容
要求这种电源装置执行第一和第二升压转换器的第一和第二上臂的导通故障(on-failure)的更可靠检测。如果为检测导通故障，提供新的部件(例如，诸如专用于导通故障检测的传感器的部件)，增加零件数和成本。
本发明提供一种执行第一和第二升压转换器的第一和第二上臂的导通故障的更可靠检测的电源装置。
根据本发明的一个方面的一种电源装置包括第一电力线；第二电力线；第一升压转换器；第二升压转换器；第一电流传感器；第二电流传感器；第三电流传感器和电子控制单元。第一电力线与负载连接。第一电力线包括第一正极线和第一负极线。第二电力线与电池连接。第二电力线包括第二正极线和第二负极线。第二负极线与第一负极线连接。第一升压转换器与第一电力线和第二电力线连接。第一升压转换器被配置为将第二电力线的电力提供给第一电力线，同时升压该电力的电压。第一升压转换器包括：第一切换元件、第二切换元件、第一二极管、第二二极管以及第一电抗器。第二切换元件和第一切换元件串联连接在第一负极线和第二负极线中的一个与第一正极线之间。第一二极管与第一切换元件逆方向地并联连接。第二二极管与第二切换元件逆方向地并联连接。第一电抗器连接到作为第一切换元件和第二切换元件之间的中间点的第一中间点并且连接到第二正极线。第二升压转换器与第一升压转换器并联地连接到第一电力线和第二电力线。第二升压转换器被配置为将第二电力线的电力提供给第一电力线同时升高该电力的电压。第二升压转换器包括：第三切换元件、第四切换元件、第三二极管、第四二极管和第二电抗器。第四切换元件和第三切换元件串联连接在第一负极线和第二负极线中的一个与第一正极线之间。第三二极管与第三切换元件逆方向地并联连接。第四二极管与第四切换元件逆方向地并联连接。第二电抗器连接到作为第三切换元件和第四切换元件之间的中间点的第二中间点并且连接到第二正极线。第一电流传感器被配置为检测充电和放电电池的电池电流。第二电流传感器被配置为检测通过第一电抗器的第一电抗器电流。第三电流传感器被配置为检测通过第二电抗器的第二电抗器电流。电子控制单元被配置为当电池电流为从电池放电时的值、第一电抗器电流为从第二正极线侧通向第一中间点侧时的值、并且第二电抗器电流为从第二中间点侧通向第二正极线侧时的值时，确定第三切换元件具有导通故障。电子控制单元被配置为当电池电流为从电池放电时的值、第二电抗器电流为从第二正极线侧通向第二中间点侧时的值、并且第一电抗器电流为从第一中间点侧通向第二正极线侧时的值时，确定第一切换元件具有导通故障。
根据该方面的电源装置包括被配置为检测充电和放电电池的电池电流的第一电流传感器、被配置为检测通过第一电抗器的第一电抗器电流的第二电流传感器以及被配置为检测通过第二电抗器的第二电抗器电流的第三电流传感器。其中，第一电流传感器被用来管理电池。第二电流传感器被用来管理和控制第一升压转换器。第三电流传感器被用来管理和控制第二升压转换器。因此，电源装置通常包括第一至第三电流传感器。
当由第一电流传感器检测的电池电流为从电池放电时的值(例如正值)、由第二电流传感器检测的第一电抗器电流为从第二正极线侧通向第一中间点侧时的值(例如正值)、并且由第三电流传感器检测的第二电抗器电流为从第二中间点侧通向第二正极线侧时的值(例如负值)时，确定第二升压转换器的第三切换元件(上臂)具有导通故障。当电池电流为从电池放电时的值(例如正值)并且第一电抗器电流为从第二正极线侧通向第一中间点侧时的值时，认为来自电池的电力(第二电力线的电力)被提供给负载(第一电力线)，同时由第一升压转换器升高该电力的电压。在这种情况下，如果第二电抗器电流为从第二中间点侧通向第二正极线侧时的值，能认为由于第三切换元件的导通故障，电流通过第三切换元件(上臂)和第二电抗器，从第一电力线通向第二电力线(提供电力)。因此，通过检查电池电流、第一电抗器电流和第二电抗器电流的方向(符号)，能执行第三切换元件(上臂)的导通故障的更可靠检测。
当由第一电流传感器检测的电池电流为从电池放电时的值、由第三电流传感器检测的第二电抗器电流为从第二正极线侧通向第二中间点侧时的值、并且第二电流传感器检测的第一电抗器电流为从第一中间点侧通向第二正极线侧时的值时，确定第一升压转换器的第一切换元件(上臂)具有导通故障。因为如前相同的原因，通过检查电池电流、第一电抗器电流和第二电抗器电流的方向(符号)，能执行第一切换元件(上臂)的导通故障的更可靠检测。
因此，除第一至第三电流传感器外，无需提供新的部件(例如，诸如专用于检测第一和第三切换元件的导通故障的传感器的部件)，能执行第一和第二升压转换器的第一和第三切换元件(上臂)的导通故障的更可靠检测。
在根据该方面的电源装置中，电子控制单元可以被配置为当第一切换元件的导通故障或第三切换元件的导通故障被检测到时，控制第一升压转换器和第二升压转换器，使得停止第一升压转换器和第二升压转换器升压。此外，负载可以为电动机。
附图说明
在下文中，参考附图，描述本发明的示例性实施例的特征、优点和技术及工业重要性，其中，相同的数字表示相同的元件，以及其中：
图1是示出作为本发明的一个实施例，包括电源装置40的电动车辆20的概略构成的框图；
图2是示出在该实施例中，由电子控制单元70执行的上臂故障诊断例程的一个示例的流程图；以及
图3是示出电池50的电流IB、电抗器L1的电流IL1和电抗器L2的电流IL2的时间变化的一个示例的说明图。
具体实施方式
现在，将基于实施例，详细地描述用于执行本发明的模式。
图1是示出作为本发明的一个实施例，包括电源装置40的电动车辆20的概略构成的框图。如图1所示，本实施例中的电动车辆20包括作为负载的电动机32、逆变器34、电池50、第一和第二升压转换器54,55和电子控制单元70。
例如，作为负载的电动机32配置为同步发电机，以及电动机32的转子通过差动齿轮24，连接到与驱动轮22a,22b联接的驱动轴26。逆变器34与电动机32连接并且还通过作为第一电力线的高压系统电力线60，与第一和第二升压转换器54,55连接。当电子控制单元70控制未示出的逆变器34的多个切换元件的切换时，可旋转地驱动电动机32。
例如，电池50被配置为锂离子二次电池或镍氢二次电池。电池50通过作为第二电力线的低压系统电力线62，与第一和第二升压转换器54,55连接。
第一升压转换器54连接到与逆变器34相连的高压系统电力线60并且还连接到与电池50相连的低压系统电力线62。第一升压转换器54具有两个晶体管T31,T32、两个二极管D31,D32和电抗器L1。晶体管T31连接到高压系统电力线60的正极线60a。晶体管T32连接到晶体管T31、高压系统电力线60的负极线60b以及低压系统电力线62的负极线62b。两个二极管D31,D32分别与晶体管T31,T32逆方向地并联连接。电抗器L1连接到晶体管T31和晶体管T32之间的中间点Cn1，以及低压系统电力线62的正极线62a。通过由电子控制单元70调节晶体管T31,T32的导通时间比，第一升压转换器54升高低压系统电力线62的电力并且将其提供给高压系统电力线60，或降低高压系统电力线60的电力并且将其提供给低压系统电力线62。在下文中，晶体管T31被称为“第一上臂”，以及晶体管T32被称为“第一下臂”。
第二升压转换器55与第一升压转换器54并联地连接到高压系统电力线60和低压系统电力线62。与第一升压转换器54的情形相同，第二升压转换器55具有两个晶体管T41,T42、两个二极管D41,D42和电抗器L2。晶体管T41连接到高压系统电力线60的正极线60a。晶体管T42连接到晶体管T41、高压系统电力线60的负极线60b以及低压系统电力线62的负极线62b。两个二极管D41,D42分别与晶体管T41,T42逆方向地并联连接。电抗器L2连接到晶体管T41和晶体管T42之间的中间点Cn2并且连接到低压系统电力线62的正极线62a。通过由电子控制单元70调节晶体管T41,T42的接通时间比，第二升压转换器55升高低压系统电力线62的电力并且将其提供给高压系统电力线60，或降低高压系统电力线60的电力并且将其提供给低压系统电力线62。在下文中，晶体管T41被称为“第二上臂”，并且晶体管T42被称为“第二下臂”。
高压系统电力线60的正极线60a和负极线60b具有平滑电容器61。低压系统电力线62的正极线62a和负极线62b具有平滑电容器63。
尽管未示出，电子控制单元70被配置为具有作为主要部件的CPU的微处理器。除CPU外，电子控制单元70包括存储处理程序的ROM、临时存储数据的RAM以及输入和输出端口。
电子控制单元70通过输入端口，从各个传感器接收信号。输入到电子控制单元70的信号包括：来自检测电动机32的转子的旋转位置的旋转位置检测传感器的旋转位置θm、来自检测通过电动机32的每一相位的电流的电流传感器的相位电流；来自安装在电池50的端子之间的电压传感器50a的电池50的电压VB；来自附接到电池50的输出端子的电流传感器50b的电池50的电流IB(在从电池50放电时为正值)；来自附接在电容器61的端子之间的电压传感器61a(高压系统电力线60)的电压VH；来自附接在电容器63的端子之间的电压传感器63a的电容器63(低压系统电力线62)的电压VL；来自检测通过电抗器L1的电流的电流传感器54a的电抗器L1的电流IL1(在从电抗器L1侧通向中间点Cn1侧时，变为正值)；来自检测通过电抗器L2的电流的电流传感器55a的电抗器L2的电流IL2(在从电抗器L2侧通向中间点Cn2侧时变为正值)；来自点火开关80的点火信号；来自检测变速杆81的操作位置的变速位置传感器82的变速位置SP；来自检测加速器踏板83的踏入量的加速器踏板位置传感器84的加速器开度Acc；来自检测制动踏板85的踏入量的制动踏板位置传感器86的制动踏板位置BP，以及来自车速传感器88的车速V。
电子控制单元70通过输出端口，输出各种控制信号。从电子控制单元70输出的信号包括：到未示出的逆变器34的多个切换元件的切换控制信号；以及第一和第二升压转换器54,55的晶体管T31,T32,T41,T42的切换控制信号。
电子控制单元70执行诸如参数的算术运算的控制，参数包括：基于来自旋转位置检测传感器的电动机32的转子的旋转位置θm的电动机32的转数Nm，以及基于来自电流传感器50b的电池50的电流IB的积分值的电池50的充电状态SOC。
电池50的充电状态SOC是指能够从电池50放电的电力的容量与电池50的总容量的比。
其中，该实施例的电源装置40对应于电池50、第一和第二升压转换器54,55、电流传感器50b、电流传感器54a、电流传感器55a和电子控制单元70。
在以这种方式配置的实施例的电动车辆20中，电子控制单元70首先基于加速器开度Acc和车速V，设定行驶所需(驱动轴26所需)的请求转矩Tp*，并且将设定的请求转矩Tp*设定为电动机32的转矩指令Tm*。接着，电子控制单元70基于电动机32的目标驱动点(转矩指令Tm*，转数Nm)，设定高压系统电力线60的目标电压VH*。
接着，将电动机32的目标电力Pm*计算为电动机32的转矩指令Tm*和转数Nm的乘积。接着，基于高压系统电力线60的电压VH和目标电压VH*，以及电动机32的目标电力Pm*，将目标电流IL*设定为从低压系统电力线62通向高压系统电力线60的目标电流的目标值。然后，将目标电流IL*乘以第一和第二升压转换器54,55(电抗器L1,L2)的分配比D1,D2以设定电抗器L1,L2的目标电流IL1*,IL2*。其中，分配比D1,D2是指分别通过第一和第二升压转换器54,55(电抗器L1,L2)，从低压系统电力线62通向高压系统电力线60的目标电流IL1*和IL2*的比。分配比D1和分配比D2的和等于值1。例如，分配比D1能设定为0.5。
然后，在逆变器34的多个切换元件上执行切换控制，使得通过转矩指令Tm*驱动电动机32。还在第一和第二升压转换器54,55的晶体管T31,T32,T41,T42上执行切换控制，使得第一和第二升压转换器54,55的电抗器L1,L2的电流IL1,IL2变为目标电流IL*,IL2*。
现在描述在由此构成的实施例中的电动车辆20的操作，更具体地说，在诊断第一和第二升压转换器54,55的第一和第二上臂(晶体管T31,T41)是否具有导通故障时执行的操作。图2是示出在该实施例中，由电子控制单元70执行的上臂故障诊断例程的一个示例的流程图。当起动该系统时，起动该例程的执行。
当执行图2的上臂故障诊断例程时，电子控制单元70首先输入数据，诸如电池50的电流IB、电抗器L1的电流IL1以及电抗器L2的电流IL2(步骤S100)。其中，输入的电池50的电流IB为由电流传感器50b检测的值(在从电池50放电时，变为正值)。输入的电抗器L1的电流IL1为由电流传感器54a检测的值(在从电抗器L1侧通向中间点Cn1侧时变为正值)。输入的电抗器L2的电流IL2为由电流传感器55a检测的值(在从电抗器L2侧通向中间点Cn2侧时变为正值)。
只要以这种方式输入数据，确定电池50的电流IB是否为正值(步骤S110)，以及当电池50的电流IB不是正值(而是0值或负值)时，处理返回到步骤S100。
当在步骤S110中，电池50的电流IB为正值时，确定电抗器L1的电流IL1是否为正值(步骤S120)。当电抗器L1的电流IL1为正值时，确定电抗器L2的电流IL2是否为负值(步骤S130)。
当在步骤S130，电抗器L2的电流IL2不是负值(而是值0或正值)时，处理返回到步骤S100。
当在步骤S130，电抗器L2的电流IL2为负值时，即，当电池50的电流IB为正值时，电抗器L1的电流IL1为正值，并且在步骤S110至S130，电抗器L2的电流IL2为负值，那么确定第二升压转换器55的第二上臂(晶体管T41)具有导通故障(步骤S140)，并且结束主例程。
当电池50的电流IB为正值并且电抗器L1的电流IL1为正值时，能认为来自电池50的电力(低压系统电力线62的电力)被供给电动机32(高压系统电力线60)，同时由第一升压转换器54升高该电力的电压。在这种情况下，能认为因为由于第二上臂(晶体管T41)的导通故障，通过第二升压转换器55，将电力从高压系统电力线60提供给低压系统电力线62(电流通过第二上臂和电抗器L2，从正极线60a通向正极线62a)，电抗器L2的电流IL2为负值。因此，通过检查电池50的电流IB、电抗器L1的电流IL1和电抗器L2的电流IL2的符号，能实现第二上臂的导通故障的更可能检测。
只要以这种方式检测第二上臂(晶体管T41)的导通故障，停止驱动第一和第二升压转换器54,55。在这种情况下，通过将电力从电池50提供给电动机32(通过电抗器L1,L2和二极管D31,D41)，而不通过第一和第二升压转换器54,55升高电压，能执行撤离行驶(evacuation travelling)。
当在步骤S120，电抗器L1的电流IL1不是正值(而是值0或负值)时，确定电抗器L1的电流IL1是否为负值(步骤S150)，并且当电抗器L1的电流IL1不是负值(而是值0)时，那么处理返回到步骤S100。
当在步骤S150，电抗器L1的电流IL1为负值时，确定电抗器L2的电流IL2是否为正值(步骤S160)。当电抗器L2的电流IL2不是正值(而是值0或负值)时，处理返回到步骤S100。
当在步骤S160，电抗器L2的电流IL2为正值时，确定第一升压转换器54的第一上臂(晶体管T31)具有导通故障(步骤S170)，并且结束主例程。
当电池50的电流IB为正值并且电抗器L2的电流IL2为正值时，能认为来自电池50的电力(低压系统电力线62的电力)被提供给电动机32(高压系统电力线60)同时由第二升压转换器55升高该电力的电压。在这种情况下，能认为因为由于第一上臂(晶体管T31)的导通故障，通过第一升压转换器54，将电力从高压系统电力线60提供给低压系统电力线62(电流通过第一上臂和电抗器L1，从正极线60a通向正极线62a)，电抗器L1的电流IL1为负值。因此，通过检查询电池50的电流IB、电抗器L1的电流IL1和电抗器L2的电流IL2的符号，能实现第一上臂的导通故障的更可靠检测。
只要以这种方式检测第一上臂(晶体管T31)的导通故障，停止驱动第一和第二升压转换器54,55。在这种情况下，如前所述，通过将电力从电池50提供给电动机32，而通过第一和第二升压转换器54,55升高电压，能执行撤离行驶。
图3是电池50的电流IB、电抗器L1的电流IL1以及电抗器L2的电流IL2的时间变化的一个示例的说明图。如图中所示，在仅电抗器L2的电流IL2从电池50的电流IB、电抗器L1的电流IL1和电抗器L2的电流IL2均为正值的状态变为负值时的时刻(t1)，确定第二升压转换器55的第二上臂(晶体管T41)具有导通故障。由此，能检测到第二上臂的导通故障。
在上文所述的实施例中，包括在电动车辆20中的电源装置40中，确定当电池50的电流IB为正值、电抗器L1的电流IL1为正值并且电抗器L2的电流IL2为负值时，第二升压转换器55的第二上臂(晶体管T41)具有导通故障。还确定当电池50的电流IB为正值、电抗器L2的电流IL2为正值并且电抗器L1的电流IL1为负值时，第一升压转换器54的第一上臂(晶体管T31)具有导通故障。由此，通过检查电池50的电流IB、电抗器L1的电流IL1以及电抗器L2的电流IL2的符号，除电流传感器50b,54a和55a外，无需提供新的传感器(例如，诸如专用于检测第一和第二上臂的导通故障的传感器的传感器)，能实现第一和第二升压转换器54,55中的第一和第二上臂的导通故障的更可靠检测。
在该实施例中，电源装置40包括在仅通过来自电动机32的动力行驶的电动车辆20中。然而，该电源装置也可以包括在使用来自电动机的动力和来自发动机的动力行驶的混合动力车辆中。
将描述该实施例的主要元件与在本发明的概述中公开的本发明的主要元件之间的对应关系。在该实施例中，电池50对应于“电池”，以及第一升压转换器54对应于“第一升压转换器”，第二升压转换器55对应于“第二升压转换器”，电流传感器50b对应于“第一电流传感器”，电流传感器54a对应于“第二电流传感器”，电流传感器55a对应于“第三电流传感器”，以及执行图2的上臂故障诊断例程的电子控制单元70对应于“确定装置”。
该实施例的主要元件和本发明的概述中公开的本发明的主要之间的对应关系是为了执行在本发明的概述中公开的本发明的模式的具体描述的一个示例。因此，该对应关系不旨在限制在本发明的概述中公开的本发明的元件。更具体地说，应当基于本文的说明书解释在本发明的概述中公开的本发明，并且实施方式仅是本发明的概述中公开的本发明的具体示例。
尽管使用实施例描述了用于执行本发明的模式，但本发明绝不限于公开的实施例。自然应当理解到在不背离本发明的范围的情况下，能以各种模式执行本发明。
本发明可应用于诸如制造电源装置的领域中。

Claims (3)

1.一种电源装置，其特征在于，包括：
第一电力线，所述第一电力线连接到负载，所述第一电力线包括第一正极线和第一负极线；
第二电力线，所述第二电力线连接到电池，所述第二电力线包括第二正极线和第二负极线，所述第二负极线与所述第一负极线连接；
第一升压转换器，所述第一升压转换器连接到所述第一电力线和所述第二电力线，所述第一升压转换器被配置为将所述第二电力线的电力提供给所述第一电力线，同时升压该电力的电压，所述第一升压转换器包括：第一切换元件、第二切换元件、第一二极管、第二二极管以及第一电抗器，所述第二切换元件和所述第一切换元件串联连接在所述第一负极线和所述第二负极线中的一个与所述第一正极线之间，所述第一二极管与所述第一切换元件逆方向地并联连接，所述第二二极管与所述第二切换元件逆方向地并联连接，所述第一电抗器连接到作为所述第一切换元件和所述第二切换元件之间的中间点的第一中间点并且连接到所述第二正极线；
第二升压转换器，所述第二升压转换器与所述第一升压转换器并联地连接到所述第一电力线和所述第二电力线，所述第二升压转换器被配置为将所述第二电力线的电力提供给所述第一电力线，同时升高该电力的电压，所述第二升压转换器包括：第三切换元件、第四切换元件、第三二极管、第四二极管和第二电抗器，所述第四切换元件和所述第三切换元件串联连接在所述第一负极线和所述第二负极线中的一个与所述第一正极线之间，所述第三二极管与所述第三切换元件逆方向地并联连接，所述第四二极管与所述第四切换元件逆方向地并联连接，所述第二电抗器连接到作为所述第三切换元件和所述第四切换元件之间的中间点的第二中间点并且连接到所述第二正极线；
第一电流传感器，所述第一电流传感器被配置为检测充电和放电所述电池的电池电流；
第二电流传感器，所述第二电流传感器被配置为检测通过所述第一电抗器的第一电抗器电流；
第三电流传感器，所述第三电流传感器被配置为检测通过所述第二电抗器的第二电抗器电流；以及
电子控制单元，所述电子控制单元被配置为当所述电池电流为从所述电池放电时的值、所述第一电抗器电流为从所述第二正极线侧通向所述第一中间点侧时的值、并且所述第二电抗器电流为从所述第二中间点侧通向所述第二正极线侧时的值时，确定所述第三切换元件具有导通故障，所述电子控制单元被配置为当所述电池电流为从所述电池放电时的值、所述第二电抗器电流为从所述第二正极线侧通向所述第二中间点侧时的值、并且所述第一电抗器电流为从所述第一中间点侧通向所述第二正极线侧时的值时，确定所述第一切换元件具有导通故障。
2.根据权利要求1所述的电源装置，其特征在于
所述电子控制单元被配置为当所述第一切换元件的导通故障或所述第三切换元件的导通故障被检测到时，控制所述第一升压转换器和所述第二升压转换器，使得停止所述第一升压转换器和所述第二升压转换器的升压。
3.根据权利要求1或2所述的电源装置，其特征在于，所述负载为电动机。
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