CN107408902B - 电力系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种能够在产生异常时进行电动机的快速减速以及蓄电器的快速放电的电力系统。在异常检测装置(30)检测到异常时，电力系统(10)的控制装置(34)进行交替地切换上臂三相短路控制和下臂三相短路控制的切换控制，其中该上臂三相短路控制将全部的上臂(52u、52v、52w)设为通电状态并将全部的下臂(54u、54v、54w)设为非通电状态，该下臂三相短路控制将全部的上臂(52u、52v、52w)设为非通电状态并将全部的下臂(54u、54v、54w)设为通电状态。在切换两种短路控制时，也可以产生使上臂以及下臂的通电状态重复的通电重复期间。

Description

电力系统
技术领域
本发明涉及具有包括三相(U相、V相、W相)的上臂以及下臂的逆变器的电力系统。
背景技术
关于美国专利申请公开第2013/0204477号公报(以下，称为“US 2013/0204477A1”。)，其目的在于，在产生了碰撞时，更适当地保护逆变器、三相交流电动机的同时，对积蓄在平滑蓄电器的电荷迅速地进行放电([0006]、摘要)。为了达到该目的，在US 2013/0204477 A1中，在感测到碰撞之后，逆变器41、42的上臂晶体管T11～T13、T21～T23全部截止，并且下臂晶体管T14～T16、T24～T26全部导通。此外，之后在马达MG1、MG2未产生反电动势时，对逆变器41、42的上臂晶体管T11～T13、T21～T23中的至少任意一个施加比完全导通时的栅极电压V1低的栅极电压V2。除此之外，逆变器41、42的下臂晶体管T14～T16、T24～T26中的与施加了栅极电压V2的上臂晶体管串联连接的下臂晶体管导通(摘要)。
关于日本特开2011-182578号公报(以下，称为“JP 2011-182578 A”。)，其目的在于，提供一种能够在实现过热保护的同时对蓄电器的电荷进行放电的电力变换装置([0004]、摘要)。为了达到该目的，在JP 2011-182578A中，温度传感器27检测下臂用晶体管24的温度。控制电路26对下臂用晶体管24施加电流限制的同时将上臂用晶体管23以及下臂用晶体管24同时导通而通过晶体管23、24对高压蓄电器25的电荷进行放电。除此之外，若由温度传感器27检测出的下臂用晶体管24的温度达到规定值，则控制电路26使下臂用晶体管24截止(摘要)。
发明内容
如上所述，在US 2013/0204477 A1中，在马达MG1、MG2产生了反电动势的情况下(即，在马达MG1、MG2的发电量大的情况下)，使全部的上臂晶体管T11～T13、T21～T23截止，并使全部的下臂晶体管T14～T16、T24～T26导通(摘要)。此时，发热部位限定在下臂晶体管T14～T16、T24～T26。从在谋求下臂晶体管(开关元件)的保护的同时使发热量增加(或者加快马达MG1、MG2(电动机)的减速)的观点出发，存在改善的余地。
在JP 2011-182578A中，涉及到用于使蓄电器25放电的升压变换器20(晶体管23、24)的控制，而对于逆变器30(晶体管31～36)的控制并未进行研究。
另外，在产生异常时经由逆变器控制来加快电动机的减速的必要性并不限于车辆。
本发明是考虑到如上所述的课题而完成的，其目的在于，提供一种能够在产生异常时加快电动机的减速的电力系统。
本发明涉及的电力系统具备：
电动机；
电源；
逆变器，其包括U相、V相以及W相的上臂以及下臂；
控制装置，其控制所述逆变器，从而控制从所述电源向所述电动机的电力供给；
蓄电器，其在所述逆变器的直流端侧与所述逆变器并联连接；和
异常检测装置，其检测需要所述电动机的停止或输出降低的异常，
所述电力系统的特征在于，
在所述异常检测装置检测到所述异常时，所述控制装置进行交替地切换上臂三相短路控制和下臂三相短路控制的切换控制，其中所述上臂三相短路控制将全部的所述上臂设为通电状态，并将全部的所述下臂设为非通电状态，所述下臂三相短路控制将全部的所述上臂设为非通电状态，并将全部的所述下臂设为通电状态。
根据本发明，在检测到需要电动机的停止或输出降低的异常时，交替地产生上臂三相短路控制和下臂三相短路控制。在两种三相短路控制中，因为在闭合电路内电流会急剧增加，所以能够将电动机具有的动能快速地变换为热。因此，能够实现电动机的快速减速或快速停止。
此外，根据本发明，使用上臂三相短路控制和下臂三相短路控制这两者。因此，与仅进行上臂三相短路控制或下臂三相短路控制中的一方的情况相比，能够在使发热部位分散的同时提高电动机的减速度。因此，能够在保护上臂以及下臂免受热损害的同时提高电动机的减速度。
所述控制装置也可以在切换所述上臂三相短路控制和所述下臂三相短路控制时产生使电流流过所述上臂的状态(通电状态)和电流流过所述下臂的状态(通电状态)重复的通电重复期间。由此，能够立即释放蓄积在与逆变器并联连接的蓄电器的电荷，安全性提高。
所述控制装置也可以与所述切换控制的开始时的所述通电重复期间相比将之后的所述通电重复期间设得较长。若至少产生通电重复期间，则会进行蓄电器的放电，蓄电器的电位会下降。通过在蓄电器的电位下降的状态下延长通电重复期间，从而能够在避免逆变器的损伤的同时缩短放电时间。
所述电力系统可以应用于以所述电动机为驱动源的电动车辆，所述异常检测装置可以是对所述电动车辆的碰撞进行检测的碰撞检测装置。由此，即使在电动车辆的碰撞后车轮进行空转的情况下，也能够通过使空转的车轮立即减速或停止，从而提高碰撞后的安全性。此外，在产生通电重复期间的情况下，通过立即释放蓄电器的电荷，也能够提高碰撞后的安全性。
附图说明
图1是作为本发明的一个实施方式涉及的电力系统的电动车辆的概略结构图。
图2是所述实施方式中的放电控制的流程图。
图3是所述实施方式中的逆变器短路控制的流程图(图2的S3的细节)。
图4是示出所述实施方式中的上臂驱动信号、下臂驱动信号以及死区时间与各种控制的关系的图。
图5是示出所述实施方式的上臂三相短路控制时的电流的流动的图。
图6是示出所述实施方式的下臂三相短路控制时的所述电流的流动的图。
图7是示出所述实施方式的通电重复控制时的所述电流的流动的图。
图8是示出所述实施方式的常规控制中的上臂驱动信号、下臂驱动信号以及死区时间、和各开关元件中的集电极-发射极间电压、栅极-发射极间电压、集电极-发射极间电流的图。
图9是示出所述实施方式的逆变器短路控制中的上臂驱动信号、下臂驱动信号以及死区时间、和各开关元件中的集电极-发射极间电压、栅极-发射极间电压、集电极-发射极间电流的图。
图10A示出使用了比较例涉及的放电控制的情况下的放电特性，图10B示出使用了本实施方式涉及的放电控制的情况下的放电特性。
具体实施方式
I.一个实施方式
<I-A.结构>
[I-A-1.电动车辆10的整体结构]
图1是作为本发明的一个实施方式涉及的电力系统的电动车辆10(以下，也称为“车辆10”。)的概略结构图。车辆10具有行驶马达12(以下，也称为“马达12”或“驱动马达12”。)、逆变器14、高电压电池16、蓄电器(Condenser)18、电阻20、接触器22、旋转变压器(Resolver)24、电压传感器26、车速传感器28、碰撞检测装置30、起动开关32、电子控制装置34(以下，也称为“ECU34”。)、低电压电池36、以及降压变换器38。
另外，也可以与JP 2011-182578 A同样地在逆变器14与高电压电池16(以下也称为“电池16”。)之间设置DC/DC变换器。
[I-A-2.马达12]
马达12是三相交流无刷式的马达。马达12基于从电池16供给的电力来生成驱动力，并利用该驱动力通过传动装置(未图示)使车轮(未图示)转动。此外，马达12将通过进行再生而生成的电力(再生电力Preg)[W]输出到电池16。也可以对未图示的辅机输出再生电力Preg。
[I-A-3.逆变器14]
逆变器14具有三相全桥型的结构，进行直流-交流变换。更具体而言，逆变器14将直流变换为三相的交流并供给到马达12，另一方面将伴随再生动作的交流-直流变换后的直流供给到电池16等。
如图1所示，逆变器14具有三相的臂单元50u、50v、50w。各臂单元50u、50v、50w具有上臂52u、52v、52w和下臂54u、54v、54w。
上臂52u、52v、52w具备上臂开关元件60u、60v、60w(以下称为“上臂SW元件60u、60v、60w”或“SW元件60u、60v、60w”。)和二极管62u、62v、62w。
同样地，下臂54u、54v、54w具备下臂开关元件64u、64v、64w(以下称为“下臂SW元件64u、64v、64w”或“SW元件64u、64v、64w”。)和二极管66u、66v、66w。
SW元件60u、60v、60w、64u、64v、64w例如可采用绝缘栅双极晶体管(IGBT)。或者，SW元件60u、60v、60w、64u、64v、64w也可以使用MOSFET等。
在各臂单元50u、50v、50w中，上臂52u、52v、52w和下臂54u、54v、54w的中点70u、70v、70w与马达12的绕组72u、72v、72w连结。
另外，以下将各臂单元50u、50v、50w统称为臂单元50，将各上臂52u、52v、52w统称为上臂52，将各下臂54u、54v、54w统称为下臂54，将各上臂SW元件60u、60v、60w统称为上臂SW元件60，将各下臂SW元件64u、64v、64w统称为下臂SW元件64，将绕组72u、72v、72w统称为绕组72。
各上臂SW元件60以及各下臂SW元件64通过来自ECU34的驱动信号UH、VH、WH、UL、VL、WL进行驱动。以下，也将驱动信号UH、VH、WH称为上臂驱动信号UH、VH、WH。此外，也将驱动信号UL、VL、WL称为下臂驱动信号UL、VL、WL。在图1中，省略了从ECU34到各上臂SW元件60以及各下臂SW元件64的信号线的图示。
[I-A-4.高电压电池16]
高电压电池16是包括多个电池单体且能够输出高电压(几百伏)的蓄电装置(储能装置)，例如能够利用锂离子二次电池、镍氢二次电池等。在本实施方式中，利用了锂离子二次电池。也可以代替电池16而使用电容器等蓄电装置。
[I-A-5.蓄电器18、电阻20以及接触器22]
蓄电器18是抑制逆变器14与电池16之间(直流端侧)的电压变动的平滑蓄电器。电阻20是与蓄电器18并联连接、并且在车辆10的停止时等使蓄电器18放电的放电电阻。接触器22配置在逆变器14与电池16之间，基于来自ECU34的指令进行导通以及断开。
[I-A-6.旋转变压器24、电压传感器26以及车速传感器28]
旋转变压器24检测作为马达12的未图示的输出轴或转子的旋转角度(相对于马达12的未图示的定子固定的坐标系中的旋转角度)的电角度θ。
电压传感器26检测蓄电器18的电压Vc(以下也称为“蓄电器电压Vc”。)[V]。蓄电器电压Vc还表示逆变器14的直流端电压。车速传感器28检测车辆10的车速V[km/h]。
[I-A-7.碰撞检测装置30以及起动开关32]
碰撞检测装置30(异常检测装置)检测车辆10与外部物体(其它车辆、人、墙等)的碰撞并通知给ECU34。起动开关32通过切换马达12的接通断开，从而对车辆10可否行驶进行切换。
[I-A-8.ECU34]
ECU34经由逆变器14对马达12进行控制，并如图1所示，具有输入输出部80、运算部82以及存储部84。
输入输出部80经由信号线40(通信线)与车辆10的各部分进行信号的输入输出，并且进行来自低电压电池36的电力的输入。输入输出部80具备将所输入的模拟信号变换为数字信号的未图示的A/D变换电路。
运算部82基于来自旋转变压器24、电压传感器26、车速传感器28、碰撞检测装置30以及起动开关32的各信号进行运算。而且，运算部82基于运算结果，生成对于逆变器14的上臂驱动信号UH、VH、WH以及下臂驱动信号UL、VL、WL。
本实施方式的运算部82在车辆10的驾驶结束时或产生碰撞时执行放电控制。在放电控制中，通过使旋转(空转)中的马达12的再生电力Preg放电，从而使马达12减速或停止。除此之外，在放电控制中，使蓄电器18的残留电力放电。
在放电控制等中，运算部82例如基于来自旋转变压器24的电角度θ来计算出马达12的机械角θmot。此外，运算部82基于电角度θ或机械角θmot来计算出平均每单位时间的马达转速Nmot[rpm或rad/sec]。进而，在放电控制中，运算部82执行继续向ECU34的电力供给的电力供给控制，直到马达12停止且蓄电器18的放电完成为止。
运算部82通过执行存储在存储部84中的程序来进行动作。所述程序也可以经由未图示的无线通信装置(便携式电话机、智能电话等)从外部进行供给。还能够由硬件(电路部件)构成所述程序的一部分。
存储部84由对变换为数字信号的摄像信号、供各种运算处理使用的临时数据等进行存储的RAM(Random Access Memory：随机存取存储器)、以及对执行程序、表或映射等进行存储的ROM(Read Only Memory：只读存储器)等构成。
[I-A-9.低电压电池36以及降压变换器38]
低电压电池36是能够输出低电压(在本实施方式中为12伏)的蓄电装置，例如能够利用铅蓄电池等二次电池。降压变换器38对低电压电池36的输出电压进行降压并输出到ECU34。
<I-B.各种控制>
[I-B-1.放电控制]
(I-B-1-1.放电控制的整体流程)
接下来，对本实施方式中的放电控制进行说明。如上所述，在放电控制中，通过使旋转(空转)中的马达12的再生电力Preg放电，从而使马达12减速或停止。除此之外，在放电控制中，使蓄电器18的残留电力放电。
图2是本实施方式中的放电控制的流程图。在步骤S1中，ECU34判定车辆10的驾驶是否结束或者是否产生了车辆10的碰撞。
关于车辆10的驾驶结束，ECU34例如能够在车辆10的起动开关32断开时判定车辆10的驾驶已结束。或者，ECU34也可以根据来自车速传感器28的车速V成为车速阈值THv以下来进行判定。车速阈值THv例如能够设为零或其附近值。另外，关于起动开关32断开的情况下的对ECU34的电力供给控制在后面叙述。车辆10的碰撞产生能够基于来自碰撞检测装置30的信号(碰撞信号)进行判定。
在车辆10的驾驶未结束且未产生碰撞的情况下(S1：否)，结束此次的放电控制。在该情况下，进行如下常规控制，即：对马达12进行驱动而使车辆10行驶的动力运行控制、通过马达12进行再生而使车辆10减速的减速时再生控制等。若本次的放电处理结束，则在经过了给定时间后从步骤S1起重新开始放电控制。在车辆10的驾驶结束的情况下或者在产生了碰撞的情况下(S1：是)，在步骤S2中，ECU34使接触器22断开。
在随后的步骤S3中，ECU34执行逆变器短路控制(详细内容参照图3在后面叙述。)。在步骤S4中，ECU34判定平均每单位时间的马达转速Nmot是否成为阈值THnmot(以下也称为“转速阈值THnmot”或“马达转速阈值THnmot”。)以下。阈值THnmot是对马达12停止的情况进行判定的阈值，例如能够设为零或其附近值。
在马达转速Nmot不是阈值THnmot以下的情况下(S4：否)，返回到步骤S3，继续进行逆变器短路控制。在马达转速Nmot为阈值THnmot以下的情况下(S4：是)，进入到步骤S5。
在步骤S5中，ECU34判定蓄电器电压Vc是否为阈值THvc1(以下也称为“电压阈值THvc1”或“第一电压阈值THvc1”。)以下。阈值THvc1是用于对蓄电器18的放电结束的情况进行判定的阈值，例如能够设为零或其附近值。
在蓄电器电压Vc不是阈值THvcl以下的情况下(S5：否)，返回到步骤S3，继续进行逆变器短路控制。在蓄电器电压Vc为阈值THvcl以下的情况下(S5：是)，结束此次的放电控制。
(I-B-1-2.逆变器短路控制(图2的S3))
(I-B-1-2-1.逆变器短路控制的流程)
图3是本实施方式中的逆变器短路控制的流程图(图2的S3的细节)。图4是示出本实施方式中的上臂驱动信号UH、VH、WH、下臂驱动信号UL、VL、WL以及死区时间dt与各种控制的关系的图。
在图3的步骤S11中，ECU34设定用于控制上臂驱动信号UH、VH、WH的输出期间Tup(以下也称为“上臂驱动期间Tup”或“期间Tup”。)以及下臂驱动信号UL、VL、WL的输出期间Tlow(以下也称为“下臂驱动期间Tlow”或“期间Tlow”。)的开关周期Psw。
如图4所示，开关周期Psw由上臂驱动期间Tup、下臂驱动期间Tlow、设定在上臂驱动期间Tup与下臂驱动期间Tlow之间的两个死区时间dt构成。
另外，也可以通过将驱动信号UH、VH、WH的一部分设为梳齿状等，从而在上臂驱动期间Tup的一部分设置不输出驱动信号UH、VH、WH的期间。同样地，也可以在下臂驱动期间Tlow的一部分设置不输出驱动信号UL、VL、WL的期间。
在本实施方式的逆变器短路控制中，使用脉冲宽度调制(PWM：Pulse WidthModulation)。也可以代替其而使用脉冲频率调制(PFM：Pulse Frequency Modulation)。另外，在PWM的情况下，如果将在常规控制以及逆变器短路控制中使用的开关周期Psw设为固定值，则也能够省略步骤S11。
在步骤S12中，ECU34判定蓄电器电压Vc是否为阈值THvc2(以下也称为“电压阈值THvc2”或“第二电压阈值THvc2”。)以上。阈值THvc2是用于切换死区时间dt的长度的阈值，是大于第一电压阈值THvc1(图2的S5)的值。
在蓄电器电压Vc为阈值THvc2以上的情况下(S12：是)以及在蓄电器电压Vc不是阈值THvc2以上的情况下(S12：否)，ECU34均执行上臂三相短路控制以及下臂三相短路控制(S13、S14)。此外，在本实施方式中，伴随上臂三相短路控制以及下臂三相短路控制，产生通电重复期间Tov(图7以及图9)。
将在蓄电器电压Vc不是阈值THvc2以上的情况下(S12：否)使用的死区时间dt2(S14)设得比在蓄电器电压Vc为阈值THvc2以上的情况下(S12：是)使用的死区时间dt1(S13)短。
对于上臂三相短路控制、下臂三相短路控制以及通电重复期间Tov，参照图4～图10B在后面叙述。
(I-B-1-2-2.上臂三相短路控制)
图5是示出本实施方式的上臂三相短路控制时的电流I的流动的图。图5中的多个粗箭头分别表示电流I的流动(对于图6以及图7也是同样的。)。如图5所示，上臂三相短路控制使由三相的上臂52u、52v、52w和马达12构成的闭合电路100短路。由此，在闭合电路100内会流动比较大的电流I。因此，由马达12的动能产生的电能(再生电力Preg)在上臂SW元件60u、60v、60w等中变换为热能。因此，能够提高马达12的减速程度。
在执行上臂三相短路控制时，ECU34对各上臂52u、52v、52w同时输出驱动信号UH、VH、WH(参照图4)。但是，像参照图8以及图9后述的那样，输出上臂驱动信号UH、VH、WH的期间Tup(例如，图4的时间点t1～t2、t5～t6)和闭合电路100短路的期间略有不同。关于上臂驱动信号UH、VH、WH的输出定时以及输出期间Tup，与下臂驱动信号UL、VL、WL一起在后面叙述。
(I-B-1-2-3.下臂三相短路控制)
图6是示出本实施方式的下臂三相短路控制时的电流I的流动的图。如图6所示，下臂三相短路控制使由三相的下臂54u、54v、54w和马达12构成的闭合电路102短路。由此，在闭合电路102内流动比较大的电流I。因此，由马达12的动能产生的电能在下臂SW元件64u、64v、64w等中变换为热能。因此，能够提高马达12的减速程度。
在执行下臂三相短路控制时，ECU34对各下臂54u、54v、54w同时输出驱动信号UL、VL、WL(参照图4)。但是，像参照图8以及图9后述的那样，输出下臂驱动信号UL、VL、WL的期间Tlow(例如，图4的时间点t3～t4)和闭合电路102短路的期间略有不同。此外，上臂驱动期间Tup与下臂驱动期间Tlow之间(例如，时间点t2～t3、时间点t4～t5)为死区时间dt。
在本实施方式中，上臂驱动信号UH、VH、WH以及下臂驱动信号UL、VL、WL的输出定时以及输出期间Tup、Tlow计算如下。即，在逆变器短路控制中，ECU34将各开关周期Psw中的上臂驱动信号UH、VH、WH的占空比DUTup以及下臂驱动信号UL、VL、WL的占空比DUTlow分别设定为50％。实际上，可以将一个开关周期Psw整体的占空比DUT设为100％，下臂SW元件64的占空比DUTlow能够作为从100％减去上臂SW元件60的占空比DUTup的值来进行运算。
另外，占空比DUTup、DUTlow不必一定设为50％。此外，即使在将一个开关周期Psw整体的占空比DUT设为100％的情况下，也可以将占空比DUTup、DUTlow的合计设为小于100％的值。作为将占空比DUTup、DUTlow的合计设为小于100％的值的情况，例如能够举出在一个开关周期Psw中分别呈梳齿状输出上臂驱动信号UH、VH、WH以及下臂驱动信号UL、VL、WL的情况。
然后，ECU34基于占空比DUTup、DUTlow，计算出上臂驱动信号UH、VH、WH以及下臂驱动信号UL、VL、WL的输出期间Tup、Tlow的基准值(以下称为“基准输出期间Tref”。)。接下来，ECU34从基准输出期间Tref减去死区时间dt来作为目标输出期间Ttar。另外，如图4所示，在本实施方式中，在开关周期Psw的最初、以及输出期间Tup与Tlow之间这两处存在死区时间dt。作为替代，也可以在输出期间Tup与Tlow之间、以及开关周期Psw的最后这两处存在死区时间dt。
(I-B-1-2-4.通电重复期间Tov)
(I-B-1-2-4-1.通电重复期间Tov的概要)
图7是示出本实施方式的通电重复期间Tov中的电流I的流动的图。如图7所示，在通电重复期间Tov中，由三相的上臂52u、52v、52w、三相的下臂54u、54v、54w、蓄电器18和电阻20构成的闭合电路104短路。以下，也将产生通电重复期间Tov的控制称为通电重复控制。
图8是示出本实施方式的常规控制中的上臂驱动信号UH、VH、WH、下臂驱动信号UL、VL、WL以及死区时间dt和各SW元件60u、60v、60w、64u、64v、64w中的集电极-发射极间电压Vce、栅极-发射极间电压Vge、集电极-发射极间电流Ice的图。图9是示出本实施方式的逆变器短路控制中的上臂驱动信号UH、VH、WH、下臂驱动信号UL、VL、WL以及死区时间dt和各SW元件60u、60v、60w、64u、64v、64w中的集电极-发射极间电压Vce、栅极-发射极间电压Vge、集电极-发射极间电流Ice的图。
如图8以及图9所示，对于驱动信号UH、VH、WH、UL、VL、WL的变化(从“高”到“低”或从“低”到“高”)，在集电极-发射极间电流Ice(以下也称为“电流Ice”。)响应之前，存在时间差。
例如，在关于常规控制的图8中，若在时间点t11处上臂驱动信号UH、VH、WH从“高”切换为“低”(0V)，则在时间点t12处电流Ice变为零，上臂52u、52v、52w(上臂SW元件60u、60v、60w)实际上截止。因此，时间点t11～t12为止的时间为时间差(以下称为“时间差ΔT1”。)。
此外，若在时间点t13处下臂驱动信号UL、VL、WL从“低”切换为“高”，则在时间点t14处电流Ice从零起开始上升，下臂54u、54v、54w(下臂SW元件64u、64v、64w)实际上导通。因此，时间点t13～t14为止的时间为时间差(以下称为“时间差ΔT2”。)。
在常规控制中，为了避免产生包括逆变器14的闭合电路(闭合电路100、102、104中的任意一者)中的短路，考虑时间差ΔT1、ΔT2来设定死区时间dt。即，死区时间dt设定为比时间差ΔT1、ΔT2中的任意一者都长的时间。由此，产生上臂52u、52v、52w的电流Ice和下臂54u、54v、54w的电流Ice均成为零的非通电时间Tnov。
与此相对，如图9所示，在本实施方式的逆变器短路控制中，有意地产生上臂52u、52v、52w的导通状态(电流Ice不为零的状态)和下臂54u、54v、54w的导通状态(电流Ice不为零的状态)重复的期间Tov(通电重复期间Tov)(图9的时间点t23～t24)。
换言之，逆变器短路控制中的死区时间dt设定为比时间差ΔT1、ΔT2中的任意一者都短的值。如上所述，死区时间dt例如是从将上臂驱动信号UH、VH、WH从“高”切换为“低”(0V)的时间点(时间点t21)至将下臂驱动信号UL、VL、WL从“低”切换为“高”的时间点(时间点t22)为止的期间。通过将死区时间dt设定为比时间差ΔT1、ΔT2中的任意一者都短的值，从而在闭合电路104中产生给定的短暂时间的短路状态(参照图7)。
在该情况下，在闭合电路104内会流动比较大的电流I。因此，由马达12的动能产生的电能(再生电力Preg)在SW元件60u、60v、60w、64u、64v、64w等中变换为热能。因此，能够提高马达12的减速程度。此外，蓄积在蓄电器18的电能也会在SW元件60u、60v、60w、64u、64v、64w等中变换为热能。因此，能够加快蓄电器18的放电。
(I-B-1-2-4-2.死区时间dt的长度)
在本实施方式的通电重复控制中，若蓄电器18的放电进展，则缩短死区时间dt。即，在图3的步骤S12中，在蓄电器电压Vc为阈值THvc2以上的情况下(S12：是)，ECU34使用dt1作为死区时间dt(S13)。此外，在蓄电器电压Vc不是阈值THvc2以上的情况下(S12：否)，ECU34使用dt2作为死区时间dt(S14)。死区时间dt2比死区时间dt1短。因此，与使用死区时间dt1的情况相比，在使用死区时间dt2的情况下，通电重复期间Tov较长。
图10A示出使用了比较例涉及的放电控制的情况下的放电特性。图10B示出使用了本实施方式涉及的放电控制的情况下的放电特性。在图10A以及图10B中，横轴表示时间，纵轴表示蓄电器电压Vc。在比较例中，未使用图3的步骤S12、S14，只使用步骤S11、S13。
从图10A以及图10B的时间点t31至时间点t32为止，比较例和本实施方式示出相同的特性。在时间点t32，因为蓄电器电压Vc变为不是阈值THvc2以上(图3的S12：否)，所以在本实施方式中将死区时间dt从dt1变更为dt2(＜dt1)(S14)。由此，在本实施方式中，减少放电时间常数(或增加放电量)。因此，能够加快马达12的减速以及蓄电器18的放电(参照图10B)。
[I-B-2.对ECU34的电力供给控制]
如上所述，在图2的步骤S1的时间点检测到起动开关32断开的ECU34(运算部82)执行电力供给控制。在电力供给控制中，使降压变换器38动作来继续向ECU34的电力供给，直到马达12停止(图2的S4：是)并且蓄电器18的放电完成为止(S5：是)。
<I-C.本实施方式的效果>
如上所述，根据本实施方式，在检测到车辆10的碰撞(异常)时(图2的S1：是)，交替地产生上臂三相短路控制和下臂三相短路控制(图2～图4)。在两种三相短路控制中，由于在闭合电路100、102(图5以及图6)内电流I急剧增加，因此能够将马达12具有的动能快速地变换为热。因此，能够实现马达12的快速减速或快速停止。
此外，根据本实施方式，使用上臂三相短路控制和下臂三相短路控制这两者(图3以及图4)。因此，与仅进行上臂三相短路控制或下臂三相短路控制中的一方的情况相比，能够在使发热部位分散的同时提高马达12的减速度。因此，能够在保护上臂52u、52v、52w以及下臂54u、54v、54w免受热损害的同时提高马达12的减速度。
在本实施方式中，ECU34(控制装置)在上臂三相短路控制与下臂三相短路控制的切换时，产生使上臂52u、52v、52w的通电状态和下臂54u、54v、54w的通电状态重复的通电重复期间Tov(图3、图7以及图9)。由此，能够立即释放蓄积在与逆变器14并联连接的蓄电器18中的电荷，安全性提高。
在本实施方式中，与交替地切换上臂三相短路控制和下臂三相短路控制的切换控制的开始时的死区时间dt1(图3的S13)相比，ECU34(控制装置)将之后的死区时间dt2(S14)设得较短。由此，使通电重复期间Tov变长。若至少产生通电重复期间Tov，则会进行蓄电器18的放电，蓄电器18的电位会下降。通过在蓄电器18的电位下降的状态下使通电重复期间Tov变长，从而能够在避免逆变器14的损伤的同时缩短放电时间。
本实施方式应用于以马达12为驱动源的电动车辆10(图1)。此外，通过碰撞检测装置30(异常检测装置)来检测车辆10的碰撞(需要马达12的停止或输出降低的异常)。由此，即使在车辆10的碰撞后车轮空转的情况下，也能够通过使空转的车轮立即减速或停止，从而提高碰撞后的安全性。除此之外，因为产生通电重复期间Tov(图3、图7以及图9)，所以通过立即释放蓄电器18的电荷，也能够提高碰撞后的安全性。
II.变形例
另外，当然，本发明不限于上述实施方式，能够基于本说明书的记载内容采用各种结构。例如，能够采用以下的结构。
<II-A.搭载对象>
在上述实施方式中，将车辆10作为电力系统来应用了本发明。然而，例如，从使用上臂三相短路控制以及下臂三相短路控制的观点出发，并不限于此。例如，也可以将其它对象作为电力系统来应用本发明。例如，也能够将船舶、航空器等移动物体作为电力系统来应用本发明。或者，也可以将机器人、制造装置、家庭用电力系统或家电产品作为电力系统来应用本发明。
上述实施方式的车辆10是作为驱动源只具有马达12并且作为电力源只具有电池16的狭义的电动汽车(battery vehicle)(图1)。然而，例如，从使用上臂三相短路控制以及下臂三相短路控制的观点出发，并不限于此。例如，车辆10也可以是混合动力车辆、燃料电池车辆等。
<II-B.逆变器14>
在上述实施方式中，对使用三个上臂SW元件60u、60v、60w和三个下臂SW元件64u、64v、64w的例子进行了说明(图1)。然而，例如，从将上臂52u、52v、52w以及下臂54u、54v、54w分别设为三相的观点出发，SW元件60、64的数目并不限于此。例如，也能够设置六个上臂SW元件60，并对各相分配两个SW元件60。同样地，也能够设置六个下臂SW元件64，并对各相分配两个SW元件64。
<II-C.放电控制>
[II-C-1.整体]
在上述实施方式中，作为进行逆变器短路控制的条件，使用了车辆10的驾驶结束以及车辆10的碰撞产生(图2的S1)。然而，例如，从使用上臂三相短路控制以及下臂三相短路控制的观点出发，并不限于此。例如，也能够只使用车辆10的驾驶结束或车辆10产生碰撞中的一方。
在上述实施方式中，组合使用了上臂三相短路控制以及下臂三相短路控制和通电重复控制(图2～图4)。然而，例如，从使用上臂三相短路控制以及下臂三相短路控制的观点出发，也能够省略通电重复控制。相反，如果关注通电重复控制，也能够是仅同时产生上臂三相短路控制以及下臂三相短路控制的结构。
[II-C-2.上臂三相短路控制以及下臂三相短路控制]
在上述实施方式中，将上臂三相短路控制以及下臂三相短路控制的占空比DUTup、DUTlow设为彼此相等的值(50％)(图3以及图4)。然而，例如，从使用上臂三相短路控制以及下臂三相短路控制的观点出发，并不限于此。例如，也能够使占空比DUTup、DUTlow中的一方大于50％，并使另一方小于50％。或者，也可以在逆变器短路控制的一开始，将占空比DUTup、DUTlow的合计设为小于100％，并根据蓄电器电压Vc的下降等使占空比DUTup、DUTlow的合计接近100％。
在上述实施方式中，在一个开关周期Psw之中包含了上臂三相短路控制以及下臂三相短路控制(图4)。然而，例如，从使用上臂三相短路控制以及下臂三相短路控制的观点出发，并不限于此。例如，也能够在第一开关周期Psw1中进行上臂三相短路控制，并在随后的第二开关周期Psw2中进行下臂三相短路控制。或者，也能够在第一开关周期Psw1中进行上臂三相短路控制，在第二开关周期Psw2中从上臂三相短路控制切换为下臂三相短路控制，并在第三开关周期Psw3中进行下臂三相短路控制。
在上述实施方式中，在生成由上臂52u、52v、52w和马达12构成的闭合电路100时，使三相全部的上臂52u、52v、52w导通(图5)。然而，例如，从使由上臂52u、52v、52w和马达12构成的闭合电路100内短路的观点或交替地切换使用上臂52u、52v、52w的短路和使用下臂54u、54v、54w的短路的观点出发，也可以仅使二相或一相的上臂52(例如仅上臂52v、52w)导通。在该情况下，也可以对二相的组合或者一相依次进行切换。对于下臂54u、54v、54w也是同样的。
在上述实施方式中，以在上臂三相短路控制中使各SW元件60u、60v、60w完全导通而在下臂三相短路控制中使各SW元件64u、64v、64w完全导通为前提(图4)。然而，例如，从切换使用上臂三相短路控制以及下臂三相短路控制的观点出发，并不限于此。
[II-C-3.通电重复控制]
在上述实施方式的逆变器短路控制(通电重复控制)中，将死区时间dt的长度设为dt1和dt2这两个阶段(图3)。然而，例如，从根据蓄电器电压Vc的下降或马达转速Nmot的减少来延长通电重复期间Tov的观点(或者缩短死区时间dt的观点)出发，并不限于此。例如，也能够使用对蓄电器电压Vc或马达转速Nmot与死区时间dt的关系进行了规定的映射来设定死区时间dt的长度。
在上述实施方式中，作为切换死区时间dt的长度的条件，使用了蓄电器电压Vc(图3的S12)。然而，例如，从抑制各SW元件60u、60v、60w、64u、64v、64w的发热的观点出发，并不限于此。例如，也可以在蓄电器电压Vc的基础上或者取代蓄电器电压Vc，根据马达转速Nmot或马达12的再生电压Vreg[V]的下降来缩短死区时间dt。
在上述实施方式中，配合逆变器短路控制的开始，开始了通电重复控制(图2～图4)。然而，例如，从在蓄电器电压Vc或再生电压Vreg降低的时间点开始进行通电重复控制的观点出发，并不限于此。例如，也可以在逆变器短路控制的开始后，在蓄电器电压Vc成为第三电压阈值THvc3(THvc3＞THvc2＞THvc1)以下时，开始进行通电重复控制。
附图标记说明
10：电动车辆(电力系统)
12：马达(电动机)
14：逆变器
16：高电压电池(电源)
18：蓄电器
30：碰撞检测装置(异常检测装置)
34：ECU(控制装置)
52u、52v、52w：上臂
54u、54v、54w：下臂
Tov：通电重复期间。

Claims (2)

1.一种电力系统，具备：
电动机(12)；
电源(16)；
逆变器(14)，其包括U相、V相以及W相的上臂(52u、52v、52w)以及下臂(54u、54v、54w)；
控制装置(34)，其控制所述逆变器(14)，从而控制从所述电源(16)向所述电动机(12)的电力供给；
蓄电器(18)，其在所述逆变器(14)的直流端侧与所述逆变器(14)并联连接；和
异常检测装置，检测需要所述电动机(12)的停止或输出降低的异常，
所述电力系统的特征在于，
在所述异常检测装置检测到所述异常时，所述控制装置(34)进行交替地切换上臂三相短路控制和下臂三相短路控制的切换控制，其中所述上臂三相短路控制将全部的所述上臂(52u、52v、52w)设为通电状态，并将全部的所述下臂(54u、54v、54w)设为非通电状态，所述下臂三相短路控制将全部的所述上臂(52u、52v、52w)设为非通电状态，并将全部的所述下臂(54u、54v、54w)设为通电状态，而且，
所述控制装置(34)在所述上臂三相短路控制与所述下臂三相短路控制的切换时，产生使电流流过所述上臂(52u、52v、52w)的状态与电流流过所述下臂(54u、54v、54w)的状态同时产生的通电重复期间，
与所述切换控制的开始时的所述通电重复期间相比，所述控制装置(34)将之后的所述通电重复期间设得较长。
2.根据权利要求1所述的电力系统，其特征在于，
所述电力系统应用于以所述电动机(12)为驱动源的电动车辆(10)，
所述异常检测装置是检测所述电动车辆(10)的碰撞的碰撞检测装置(30)。
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