CN109428473B - 车辆的电源系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种车辆的电源系统，当车辆发生碰撞时，能够使与高电压电池连接的高电压电路中所设置的电容器的蓄积电荷迅速放电。车辆的电源系统包括与高电压电池连接的第1电力线、第1电力线，与第1反相器的直流输入输出侧连接的第2电力线、第2电力线，设置于第2电力线、第2电力线上的第2平滑电容器，相对于第1电力线、第1电力线与高电压DC‑DC转换器并联的低电压DC‑DC转换器，以及对低电压DC‑DC转换器的开关元件进行驱动的驱动电路，第2电力线、第2电力线与驱动电路是通过第3电力线而连接，在所述第3电力线上设置有使来自第2平滑电容器的电力降压而供给至驱动电路，通过所述驱动电路而加以消耗的降压装置。

Description

车辆的电源系统
技术领域
本发明涉及一种车辆的电源系统。
背景技术
混合动力汽车或电动汽车等电动车辆搭载有电源系统，通过利用由所述电源系统供给的电力对马达进行驱动而行驶。电源系统包括高电压电池、对所述高电压电池的输出电压进行转换的DC-DC转换器、以及将DC-DC转换器的直流输出转换成交流而供给至马达的反相器(inverter)。并且，在由这些DC-DC转换器及反相器等构成的高电压电路中，设置有多个大电容的平滑电容器。
但是，在车辆的行驶过程中，为了使电源系统的直流电力稳定化，在所述多个平滑电容器中必须预先蓄积电荷，然而例如当车辆发生了碰撞时，就需要这些平滑电容器中所蓄积的电荷迅速放电。
在专利文献1中，揭示了如下技术：在经由DC-DC转换器及反相器将高电压电池与马达加以连接的车辆的电力转换装置中，在车辆发生碰撞时，利用设置于DC-DC转换器中的平滑电容器中所蓄积的残留电荷，使用来对反相器进行控制的控制装置工作。根据专利文献1的电力转换装置，可以利用控制装置使平滑电容器中所蓄积的残留电荷放电。
[现有技术文献]
[专利文献]
[专利文献1]国际公开第2010/131340号公报
发明内容
[发明所要解决的问题]
然而，在专利文献1的电力转换装置中，是将相对于DC-DC转换器从高电压电池侧的电力线撷取的电力供给至控制装置。因此，在车辆发生碰撞时，相对于DC-DC转换器设置于高电压电池侧的平滑电容器中所蓄积的残留电荷可以通过控制装置而迅速消耗，然而相对于DC-DC转换器设置在反相器侧的平滑电容器中所蓄积的残留电荷则被DC-DC转换器中所设置的二极管阻碍放电，因此无法通过控制装置而迅速消耗。
本发明的目的在于提供一种车辆的电源系统，在车辆发生碰撞时，能够使与高电压电池连接的高电压电路中所设置的电容器的蓄积电荷迅速放电。
[解决问题的技术手段]
(1)车辆(例如，下述车辆V)的电源系统(例如，下述电源系统1)包括：高电压电池(例如，下述高电压电池21)；第1电力线(例如，下述第1电力线26p、第1电力线26n)，与所述高电压电池连接；电力转换器(例如，下述第1反相器23、第2反相器24)，对直流电力与交流电力进行转换；第2电力线(例如，下述第2电力线27p、第2电力线27n)，与所述电力转换器的直流输入输出侧连接；第1电压转换器(例如，下述高电压DC-DC转换器22)，在所述第1电力线与所述第2电力线之间对电压进行转换；电容器(例如，下述第2平滑电容器C2)，设置于所述第2电力线上；第2电压转换器(例如，下述低电压DC-DC转换器25)，相对于所述第1电力线与所述第1电压转换器并联；以及驱动电路(例如，下述驱动电路25d)，对所述第2电压转换器的开关元件进行驱动；并且所述第2电力线与所述驱动电路是通过第3电力线(例如，下述第3电力线51)而连接，所述驱动电路是消耗经由所述第3电力线从所述第2电力线供给的电力而工作。
(2)在此情况下，优选的是：所述电源系统包括：低电压电池(例如，下述低电压电池31)，输出电压低于所述高电压电池；系统控制部(例如，下述系统电子控制单元(electronic control unit，ECU)8)，对所述电力转换器及所述第1电压转换器进行控制；第1系统控制电力线(例如，下述第1系统控制电力线32)，将所述低电压电池与所述系统控制部加以连接；降压装置(例如，下述降压装置55及电源集成电路(integrated circuit，IC)56)，设置于所述第3电力线上，使来自所述电容器的电力降压而供给至所述驱动电路，通过所述驱动电路而加以消耗；以及第2系统控制电力线(例如，下述第2系统控制电力线53)，将所述第3电力线之中比所述降压装置更靠所述驱动电路之侧与所述系统控制部加以连接；并且所述降压装置在所述车辆发生碰撞时，使来自所述电容器的电力降压而供给至所述驱动电路及所述系统控制部，通过所述驱动电路及所述系统控制部而加以消耗。
(3)在此情况下，优选的是：所述电力转换器及所述第1电压转换器是通过所述第2电压转换器的输出电力来控制。
(4)在此情况下，优选的是：所述电源系统包括：低电压电池(例如，下述低电压电池31)，输出电压低于所述高电压电池；系统控制部(例如，下述系统ECU 8)，对所述电力转换器及所述第1电压转换器进行控制；第1系统控制电力线(例如，下述第1系统控制电力线32)，将所述低电压电池与所述系统控制部加以连接；降压装置(例如，下述降压装置55及电源IC 56)，设置在所述第3电力线上，使来自所述电容器的电力降压而供给至所述驱动电路，通过所述驱动电路而加以消耗；第2系统控制电力线(例如，下述第2系统控制电力线53)，将所述第3电力线之中比所述降压装置更靠所述驱动电路之侧与所述第1系统控制电力线加以连接；第1二极管(例如，下述第1二极管33)，设置在所述第1系统控制电力线之中比所述第2系统控制电力线的连接点更靠所述低电压电池之侧，允许从所述低电压电池向所述系统控制部的电流；以及第2二极管(例如，下述第2二极管54)，设置在所述第2系统控制电力线上，允许从所述降压装置向所述系统控制部的电流；并且所述降压装置使来自所述电容器的电力降压至处于所述系统控制部的工作电压范围内并且低于所述低电压电池为正常的状态下的输出电压的电压为止。
(5)在此情况下，优选的是：所述电源系统包括：开关(例如，下述第2开关59)，设置在所述第3电力线及所述第2系统控制电力线之中，成为从所述第2电力线向所述系统控制部的电流的路径的部分；以及开关控制部(例如，下述后备电源ECU 57)，通过供给所述高电压电池的电力而进行所述电容器的预充电时，打开所述开关。
[发明的效果]
(1)在本发明中，利用第1电力线、第1电压转换器及第2电力线将从高电压电池到电力转换器之间加以连接，在第1电力线上与第1电压转换器并列地连接着第2电压转换器，在第2电力线上设置电容器。并且，在本发明中，通过利用第3电力线将对第2电压转换器的开关元件进行驱动的驱动电路与第2电力线加以连接，而在所述驱动电路中，消耗来自第2电力线上所设置的电容器的电力而工作。根据本发明，当车辆发生了碰撞时，电容器中所蓄积的电荷可以经由第3电力线供给至第2电压转换器的驱动电路，通过所述驱动电路而加以消耗。
(2)在本发明中，利用第1系统控制电力线，将对电力转换器及第1电压转换器进行控制的系统控制部与低电压电池加以连接，并利用第2系统控制电力线将所述系统控制部与第3电力线之中比降压装置更靠驱动电路之侧加以连接。在一般的车辆中，考虑到操作者对车辆的维护性，对系统控制部或车辆辅助设备供给电力的低电压电池多数情况下是设置在发动机舱内之中车辆前方侧。因此，当车辆发生碰撞时，存在低电压电池与系统控制部的连接消失，从而无法从低电压电池向系统控制部供给电力的情况。再者，即使在室内设置有低电压电池的情况下，在车辆发生碰撞时也存在低电压系统引起层间短路(layer short)，从而同样无法从低电压电池向系统控制部供给电力的情况。与此相对，在本发明中，当由于车辆发生碰撞，低电压电池与系统控制部的连接消失，或产生层间短路，而无法从低电压电池向系统控制部供给电力时，可以经由第2系统控制电力线及降压装置将设置在第2电力线上的电容器中所蓄积的电荷供给至系统控制部。由此，即使在因为车辆发生碰撞而使低电压电池与系统控制部的连接消失的情况，或因为层间短路而无法从低电压电池向系统控制部供给电力的情况下，也可以继续利用系统控制部进行电力转换器及第1电压转换器的控制。并且，根据本发明，在车辆发生碰撞后，电容器中所蓄积的电荷可以通过第2电压转换器的驱动电路及系统控制部两者而迅速消耗。
(3)在本发明中，通过第2电压转换器的输出电力，来对电力转换器及第1电压转换器进行控制。由此，在车辆发生碰撞时，可以使第1电力线或第1电压转换器中所设置的电容器中蓄积的电荷，通过对电力转换器或第1电压转换器进行控制的系统控制部而消耗。
(4)在本发明中，利用第1系统控制电力线将系统控制部与低电压电池加以连接，进而在所述第1系统控制电力线上设置第1二极管。并且，利用第2系统控制电力线将第3电力线之中比降压装置更靠驱动电路之侧与第1系统控制电力线之中比第1二极管更靠系统控制部之侧加以连接，进而在所述第2系统控制电力线上设置第2二极管。并且，在本发明中，通过降压装置，而使来自电容器的电力降压至处于系统控制部的工作电压范围内并且低于低电压电池为正常的状态下的输出电压的电压为止。
在这里，在车辆发生碰撞时，存在如上所述低电压电池与系统控制部的连接消失，或在低电压系统中产生层间短路，从而无法从低电压电池向系统控制部供给电力的情况。并且，当因为低电压电池的劣化过度发展而使其输出电压下降时，也存在无法从低电压电池向系统控制部供给电力的情况。与此相对，根据本发明，在低电压电池与系统控制部的连接未消失并且未因层间短路或过度劣化等而使低电压电池的输出电压下降的正常情况时，对系统控制部是从更高电位的低电压电池供给电力。并且，在例如因碰撞而使低电压电池与系统控制部的连接消失时，或因层间短路或过度劣化等而使低电压电池的输出电压下降时等异常产生时，则经由第2系统控制电力线及降压装置，将电容器的电力供给至系统控制部，从而可以使电容器中所蓄积的电荷放电，并且继续利用系统控制部进行控制。再者，在本发明中，通过如上所述在第1系统控制电力线及第2系统控制电力线上分别设置二极管，可以一方面利用降压装置使第2系统控制电力线侧的电位维持在系统控制部的工作电压范围内，一方面经由第1系统控制电力线将来自低电压电池的电力供给至系统控制部。由此，当车辆发生了碰撞时，可以探测到所述碰撞，并且无需对应于此进行特别的控制，便立即将系统控制部的电源从低电压电池切换至降压装置侧。因此，在本发明中，可以在车辆的碰撞的前后不间断地对系统控制部持续供给电力。并且，当因为层间短路或过度劣化等而使低电压电池的输出电压低于降压装置的输出电压时，也同样可以将系统控制部的电源从低电压电池切换至降压装置侧。并且，根据本发明，当车辆发生碰撞，低电压电池与系统控制部的连接消失时，可以立即转移至电容器中所蓄积的电荷的放电。
(5)如所述(4)的发明，当利用第2系统控制电力线将降压装置与系统控制部加以连接时，电容器与系统控制部成为一直电连接的状态，因此例如当车辆开动时，利用高电压电池的电力进行电容器的预充电时，会将高电压电池的输出电力的一部分供给至系统控制部，从而有可能耗费时间来预充电。因此，在本发明中，在第3电力线及第2系统控制电力线之中成为从第2电力线向系统控制部的电流的路径的部分上设置开关，进而在进行电容器的预充电时，通过开关控制部来打开所述开关。由此，在电容器的预充电时，电容器与系统控制部的连接被电性阻断，因而可以利用高电压电池的电力来迅速完成预充电。
附图说明
图1是表示搭载本发明的一个实施方式的电源系统的电动车辆的构成的图。
图2是示意性地表示车辆的通常行驶中的电源系统的运行例的图。
图3是示意性地表示通常行驶中的车辆与物体发生碰撞，低电压电池与后备电源ECU及系统ECU 8的连接消失时的电源系统的运行例的图。
图4是用于说明电源系统的开动处理的顺序的时间图。
符号的说明
1：电源系统
2：高电压电路
5：后备电源单元
8：系统ECU(系统控制部)
21：高电压电池
22：高电压DC-DC转换器(第1电压转换器)
23：第1反相器(电力转换器)
24：第2反相器(电力转换器)
25：低电压DC-DC转换器(第2电压转换器)
25d：驱动电路(驱动电路)
26n、26p：第1电力线
27n、27p：第2电力线
28n：负极接触器
28p：正极接触器
29：主电路
31：低电压电池
32：第1系统控制电力线
33：第1二极管
35：碰撞探测部
36：电池ECU
51：第3电力线
53：第2系统控制电力线
54：第2二极管
55：降压装置
56：电源IC
57：后备电源ECU(开关控制部)
58：第1开关
59：第2开关(开关)
221：低压侧正极端子
222：低压侧负极端子
223：高压侧正极端子
224：高压侧负极端子
225H：高臂元件
225L：低臂元件
227：负母线
C1：第1平滑电容器(电容器)
C2：第2平滑电容器(电容器)
E：发动机
G：发电机
M：电动机
L：电抗器
t1～t6：时刻
V：车辆
V1：高电压电路2的第1电力线26p、第1电力线26n之间的电压
V2：高电压电路2的第2电力线27p、第2电力线27n之间的电压
VB：低电压电池31的输出电压
Vcc：降压装置55的输出电压
W：驱动轮
具体实施方式
以下，一边参照附图，一边对本发明的一个实施方式进行说明。
图1是表示搭载本实施方式的电源系统1的电动车辆V(以下简称为“车辆”)的构成的图。再者，在本实施方式中，作为车辆V，是以包含发动机E、电动机M及发电机G的所谓混合动力车辆为例进行说明，但是本发明并不限于此。本发明的电源系统并不限于混合动力车辆，只要是电动汽车或燃料电池汽车等使用电池中所蓄积的电力而行驶的车辆，就可以应用于任意车辆。
车辆V包括电源系统1、发动机E、电动机M、发电机G及驱动轮W。电动机M主要产生用于车辆V行驶的动力。电动机M与驱动轮W连接。通过从电源系统1向电动机M供给电力而产生于电动机M中的扭矩经由未图示的动力传递机构传递至驱动轮W，使驱动轮W旋转，从而使车辆V行驶。并且，电动机M在车辆V的减速再生时作为发电机而发挥作用。由电动机M发出的电力是对电源系统1所具备的下述高电压电池21充电。
发动机E与发电机G连接。发电机G是通过发动机E的动力来驱动，产生电力。由发电机G发出的电力是对高电压电池21充电。再者，发动机E经由未图示的动力传递机构与驱动轮W连接，能够利用发动机E的动力来使驱动轮W驱动。
电源系统1包括设置有高电压电池21的高电压电路2、设置有低电压电池31的低电压电路、后备电源单元5及系统ECU 8。
高电压电路2包括高电压电池21，高电压DC-DC转换器22，将高电压电池21的正负两极与高电压DC-DC转换器22的低压侧正极端子221及低压侧负极端子222加以连接的第1电力线26p、第1电力线26n，第1反相器(inverter)23，第2反相器24，将高电压DC-DC转换器22的高压侧正极端子223及高压侧负极端子224与各反相器23、反相器24的直流输入输出侧加以连接的第2电力线27p、第2电力线27n，与第1电力线26p、第1电力线26n连接的低电压DC-DC转换器25，其驱动电路25d，以及与第2电力线27p、第2电力线27n连接的第2平滑电容器C2。
高电压电池21是能够实现将化学能转换成电能的放电、及将电能转换成化学能的充电两者的蓄电池。以下，说明使用通过锂离子在电极间移动而进行充放电的所谓锂离子蓄电池作为所述高电压电池21的情况，但是本发明并不限于此。
在第1电力线26p、第1电力线26n上，分别设置有正极接触器28p及负极接触器(contactor)28n。所述接触器28p、接触器28n是常开(normal open)型，在未输入来自外部的指令信号的状态下打开而切断高电压电池21的两电极与第1电力线26p、第1电力线26n的导通，在输入了指令信号的状态下关闭而将高电压电池21与第1电力线26p、第1电力线26n加以连接。所述接触器28p、接触器28n根据从电池ECU36发送的指令信号，利用由低电压电池31供给的电力而开关。再者，正极接触器28p成为预充电接触器，具有用于缓和朝向高电压电路2中所设置的多个平滑电容器的涌入电流(inrush current)的预充电电阻。
高电压DC-DC转换器22设置在第1电力线26p、第1电力线26n与第2电力线27p、第2电力线27n之间。高电压DC-DC转换器22的低压侧正极端子221及低压侧负极端子222分别如上所述经由第1电力线26p、第1电力线26n与高电压电池21连接。高电压DC-DC转换器22的高压侧正极端子223及高压侧负极端子224分别如上所述经由第2电力线27p、第2电力线27n与第1反相器23及第2反相器24连接。
高电压DC-DC转换器22是使电抗器(reactor)L、第1平滑电容器C1、高臂(higharm)元件225H、低臂(low arm)元件225L、负母线227组合而构成的双向DC-DC转换器。
负母线227是将低压侧负极端子222与高压侧负极端子224加以连接的配线。第1平滑电容器C1中，其一端侧与低压侧正极端子221连接，其另一端侧与负母线227连接。电抗器L中，其一端侧与低压侧正极端子221连接，其另一端侧与高臂元件225H和低臂元件225L的连接节点(node)连接。
高臂元件225H包括绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor，IGBT)或金属氧化物半导体场效应晶体管(metallic oxide semiconductor field effecttransistor，MOSFET)等已知的功率切换(power switching)元件、以及与所述功率切换元件并联的二极管。低臂元件225L包括IGBT或MOSFET等已知的功率切换元件、以及与所述功率切换元件并联的二极管。这些高臂元件225H及低臂元件225L在高压侧正极端子223与负母线227之间依此顺序串联。
高臂元件225H的功率切换元件的集电极(collector)与高压侧正极端子223连接，其射极(emitter)与低臂元件225L的集电极连接。低臂元件225L的功率切换元件的射极与负母线227连接。高臂元件225H中所设置的二极管的正方向是从电抗器L向高压侧正极端子223的方向。并且，低臂元件225L中所设置的二极管的正方向是从负母线227向电抗器L的方向。
这些高臂元件225H及低臂元件225L分别通过栅极驱动信号而接通或断开，所述栅极驱动信号是通过系统ECU 8所具备的栅极驱动电路(gate drive circuit)(未图示)而生成。
高电压DC-DC转换器22通过按照从系统ECU 8的栅极驱动电路以规定的时序生成的栅极驱动信号对所述元件225H、元件225L进行接通/断开驱动，而发挥升压功能及降压功能。所谓升压功能，是指使施加至低压侧的端子221、端子222的电压升压而输出至高压侧的端子223、端子224的功能，由此电流从第1电力线26p、第1电力线26n流入至第2电力线27p、第2电力线27n。此外，所谓降压功能，是指使施加至高压侧的端子223、端子224的电压降压而输出至低压侧的端子221、端子222的功能，由此电流从第2电力线27p、第2电力线27n流入至第1电力线26p、第1电力线26n。再者，以下，将第1电力线26p、第1电力线26n之间的电位差记作V1，将第2电力线27p、第2电力线27n之间的电位差记作V2。
第1反相器23及第2反相器24例如是包括将多个开关元件(例如，IGBT)加以桥接而构成的桥接电路(bridge circuit)的利用脉冲宽度调制的脉宽调制(pulse-widthmodulation，PWM)反相器，具备对直流电力与交流电力进行转换的功能。第1反相器23在其直流输入输出侧与第2电力线27p、第2电力线27n连接，在交流输入输出侧与电动机M的U相、V相、W相的各线圈连接。第2反相器24在其直流输入输出侧与第2电力线27p、第2电力线27n连接，在交流输入输出侧与发电机G的U相、V相、W相的各线圈连接。
第1反相器23是针对每个相将与电动机M的U相连接的高位侧U相开关元件及低位侧U相开关元件、与电动机M的V相连接的高位侧V相开关元件及低位侧V相开关元件、及与电动机M的W相连接的高位侧W相开关元件及低位侧W相开关元件加以桥接而构成。
第1反相器23通过按照从系统ECU 8的栅极驱动电路以规定的时序生成的栅极驱动信号对所述各相的开关元件进行接通/断开驱动，而将从高电压DC-DC转换器22供给的直流电力转换成交流电力供给至电动机M，或将从电动机M供给的交流电力转换成直流电力供给至高电压DC-DC转换器22。
第2反相器24是针对每个相将与发电机G的U相连接的高位侧U相开关元件及低位侧U相开关元件、与发电机G的V相连接的高位侧V相开关元件及低位侧V相开关元件、及与发电机G的W相连接的高位侧W相开关元件及低位侧W相开关元件加以桥接而构成。
第2反相器24通过按照从系统ECU 8的栅极驱动电路以规定的时序生成的栅极驱动信号对所述各相的开关元件进行接通/断开驱动，而将从高电压DC-DC转换器22供给的直流电力转换成交流电力供给至发电机G，或将从发电机G供给的交流电力转换成直流电力供给至高电压DC-DC转换器22。
低电压DC-DC转换器25相对于第1电力线26p、第1电力线26n，与高电压DC-DC转换器22并联。驱动电路25d通过使用从后备电源单元5供给的电力而对低电压DC-DC转换器25的开关元件进行接通/断开驱动，从而使第1电力线26p、第1电力线26n之间的电压V1降压，供给至低电压电池31，对低电压电池31进行充电。
系统ECU 8是负责车辆V的行驶控制，更具体来说负责高电压电路2之中由高电压DC-DC转换器22、第1反相器23、第2反相器24及第2平滑电容器C2构成的主电路29的控制的微型计算机(micro computer)。所述系统ECU 8是利用由低电压电池31或后备电源单元5供给的电力来工作。系统ECU 8在驾驶员为了开动电源系统1而使启动开关(start switch)(未图示)接通后，基于由低电压电池31供给的电力而起动，然后利用由低电压电池31或后备电源单元5供给的电力来工作。
低电压电路包括低电压电池31、第1系统控制电力线32、第1二极管33、碰撞探测部35及电池ECU 36。
低电压电池31是能够实现将化学能转换成电能的放电、及将电能转换成化学能的充电两者的蓄电池。在本实施方式中，是对使用铅电池作为电池3的情况进行说明，所述铅电池在电极中使用了铅，但是本发明并不限于此。并且，以下，说明使用其输出电压低于高电压电池21的输出电压的电池作为低电压电池31的情况。再者，以下，说明考虑到操作者对车辆的维护性，将所述低电压电池31设置在车辆V的未图示的发动机舱之中车辆前方侧的情况，但是本发明并不限于此。
第1系统控制电力线32是将低电压电池31与后备电源ECU 57及系统ECU 8加以连接，将电力从低电压电池31供给至后备电源ECU 57及系统ECU 8的供电线。再者，以下，将第1系统控制电力线32的电压，即，将低电压电池31的输出电压记作VB。
第1二极管33设置在第1系统控制电力线32上。第1二极管33的正方向是从低电压电池31向后备电源ECU 57及系统ECU 8的方向，允许从低电压电池31向后备电源ECU 57及系统ECU 8的电流。
碰撞探测部35通过利用加速度传感器(未图示)的检测信号，来判断车辆V是否发生了碰撞或侧翻，当判定为发生了碰撞或侧翻时，向电池ECU 36发送碰撞探测信号。碰撞探测部35是利用由低电压电池31供给的电力来工作。
电池ECU 36是负责关于接触器28p、接触器28n的接通/断开或高电压电池21及低电压电池31的状态的监视等的控制的微型计算机。电池ECU 36是利用由低电压电池31供给的电力来工作。
电池ECU 36在驾驶员使启动开关接通后，基于由低电压电池31供给的电力而起动，开始设置于高电压电路2中的多个平滑电容器C1～平滑电容器C2的预充电。更具体来说，电池ECU 36通过使接触器28p、接触器28n接通，将高电压电池21连接于第1电力线26p、第1电力线26n而进行平滑电容器C1～平滑电容器C2的预充电。再者，电池ECU 36在进行平滑电容器C1～平滑电容器C2的预充电时，使负极接触器28n接通，并且使正极接触器28p之中包含预充电电阻的接触器接通。并且，电池ECU 36在平滑电容器C1～平滑电容器C2的预充电完成后，使正极接触器28p之中不含预充电电阻的接触器接通。由此，可以缓和执行预充电时朝向平滑电容器C1～平滑电容器C2的涌入电流。
并且，电池ECU 36及下述后备电源ECU 57能够经由未图示的控制器局域网(controller area network，CAN)总线进行CAN通信。因此，电池ECU36在通过如上所述的顺序进行平滑电容器C1～平滑电容器C2的预充电的期间，将表示上述主旨的CAN信号发送至后备电源ECU 57，以不阻碍正在执行的预充电。
并且，电池ECU 36在如以上所述使接触器28p、接触器28n接通之后，在驾驶员为使电源系统1停止而使启动开关断开的情况下，或者从碰撞探测部35接收到碰撞探测信号的情况下，使接触器28p、接触器28n断开，从而使高电压电池21与第1电力线26p、第1电力线26n断开。
后备电源单元5包括第3电力线51、第2系统控制电力线53、第2二极管54、降压装置55、电源集成电路(integrated circuit，IC)56、后备电源ECU57、第1开关58及第2开关59。
第3电力线51是将高电压电路2的第2电力线27p与低电压DC-DC转换器25的驱动电路25d加以连接，从第2电力线27p向驱动电路25d供给电力的供电线。
降压装置55设置在第3电力线51上。降压装置55是绝缘型的DC-DC转换器，包括：变压器(transformer)，其一次侧与第2电力线27p侧连接，其二次侧与驱动电路25d侧连接；以及开关元件，使流入至所述变压器的一次侧的电流断开或连续。电源IC 56在使启动开关接通，而如上所述使接触器28p、接触器28n接通之后，利用从第1电力线26p(或第2电力线27p)供给的电力对降压装置55的开关元件进行接通/断开驱动，从而使从第2电力线27p供给的电力降压而输出至驱动电路25d侧。
第1开关58设置在第3电力线51之中比降压装置55更靠驱动电路25d之侧，使降压装置55与驱动电路25d的连接断开或连续。第1开关58是常开型，在未输入来自外部的指令信号的状态下打开而切断降压装置55与驱动电路25d的导通，在输入了指令信号的状态下关闭而将降压装置55与驱动电路25d加以连接。第1开关58根据从后备电源ECU 57发送的指令信号而开关。
第2系统控制电力线53是将第3电力线51之中第1开关58与降压装置55之间、与第1系统控制电力线32之中比第1二极管33更靠后备电源ECU57及系统ECU 8之侧加以连接，从降压装置55向后备电源ECU 57及系统ECU 8供给电力的供电线。再者，以下，将第2系统控制电力线53的电压，即，将降压装置55的输出电压记作Vcc。再者，以下，对将第2系统控制电力线53连接于第1系统控制电力线32的情况进行说明，但是本发明并不限于此。第2系统控制电力线53也可以不经由第1系统控制电力线32，而与后备电源ECU 57及系统ECU 8直接连接。
第2开关59设置在第2系统控制电力线53上，使降压装置55与后备电源ECU 57及系统ECU 8的连接断开或连续。第2开关59是常开型，在未输入来自外部的指令信号的状态下打开而切断降压装置55与后备电源ECU 57及系统ECU 8的导通，在输入了指令信号的状态下关闭而将降压装置55与后备电源ECU 57及系统ECU 8加以连接。第2开关59根据从后备电源ECU57发送的指令信号而开关。
第2二极管54设置在第2系统控制电力线53之中比第2开关59更靠第1系统控制电力线32之侧。第2二极管54的正方向是从降压装置55向后备电源ECU 57及系统ECU 8的方向，允许从降压装置55向后备电源ECU 57及系统ECU 8的电流。
在这里，对降压装置55的输出电压Vcc的设定进行说明。如图1所示，在负责车辆V的行驶控制的系统ECU 8中，分别经由二极管33、二极管54而连接有作为电力供给源的低电压电池31及降压装置55。因此，在系统ECU8中，能够从所述两个电力供给源之中更高电位者选择性地供给电力。在本实施方式中，通过将低电压电池31设为系统ECU 8的主电源，将降压装置55用作低电压电池31产生故障时(更具体来说，由于车辆V发生碰撞，而使低电压电池31与系统ECU 8的连接消失的情况、或低电压电池31为不正常的状态的情况等)的后备电源，而将降压装置55的输出电压Vcc设定为处于系统ECU 8的工作电压范围内并且低于低电压电池31为正常的状态下的输出电压VB。在这里，所谓低电压电池31为不正常的状态，是指例如因为低电压电池31的劣化过度发展，而使其输出电压大大低于新品时的状态。
后备电源ECU 57是负责关于第1开关58及第2开关59的接通/断开的控制的微型计算机。后备电源ECU 57是利用由低电压电池31或后备电源单元5供给的电力来工作。
后备电源ECU 57在驾驶员使启动开关接通之后，与系统ECU 8同样地，基于由低电压电池31供给的电力而起动，然后利用由低电压电池31或后备电源单元5供给的电力而工作。并且，后备电源ECU 57在基于由低电压电池31供给的电力而起动之后，使第1开关58及第2开关59一同接通，从而形成为能够从降压装置55向驱动电路25d、后备电源ECU 57及系统ECU 8供给电力的状态。
另一方面，如上所述在使启动开关接通之后，通过电池ECU 36而使接触器28p、接触器28n接通，从而进行平滑电容器C1～平滑电容器C2的预充电。因此，后备电源ECU 57在从电池ECU 36接收正在执行平滑电容器C1～平滑电容器C2的预充电的主旨的CAN信号的期间，将第1开关58及第2开关59之中至少第2开关59设为断开的状态，以不阻碍这些平滑电容器C1～平滑电容器C2的预充电。然后，后备电源ECU 57在平滑电容器C1～平滑电容器C2的预充电完成，并从电池ECU 36接收到预充电已完成的主旨的CAN信号时，将此前一直处于断开的状态的开关设为接通。并且，通过如上所述开始平滑电容器C1～平滑电容器C2的预充电，而使得在电压V1或电压V2超过规定的阈值时，电源IC 56起动降压装置55，利用降压装置55的输出电力，通过驱动电路25d而开始低电压DC-DC转换器25的驱动。
其次，一边参照图2及图3，一边对电源系统1的运行例进行说明。
图2是示意性地表示车辆V的通常行驶中的电源系统1的运行例的图。在这里，所谓通常行驶中，更具体来说，是指平滑电容器C1～平滑电容器C2的预充电完成之后。
如上所述，后备电源ECU 57在通常行驶中使第1开关58及第2开关59一同接通，降压装置55使从第2电力线27p供给的电力降压而输出。驱动电路25d消耗降压装置55的输出电力而对低电压DC-DC转换器25进行驱动。由此，低电压DC-DC转换器25使从第1电力线26p供给的电力降压，而对低电压电池31进行充电。再者，这时，如上所述，降压装置55的输出电压Vcc设定为低于低电压电池31的输出电压VB。因此，对后备电源ECU 57及系统ECU 8，供给来自更高电位的低电压电池31的电力。系统ECU 8利用由低电压电池31供给的电力而工作，对主电路29进行控制。
图3是示意性地表示通常行驶中的车辆V与物体发生碰撞，低电压电池31与后备电源ECU 57及系统ECU 8的连接消失时的电源系统1的运行例的图。再者，例如，在因为被供给来自低电压电池31的电力的低电压系统中产生层间短路而使低电压电池31的电压下降的情况下，也同样地运行。
当车辆V发生碰撞时，如上所述，电池ECU 36使接触器28p、接触器28n断开，而使高电压电池21与第1电力线26p、第1电力线26n断开。
再者，当使高电压电池21与第1电力线26p、第1电力线26n刚刚断开后，在设置于高电压电路2中的平滑电容器C1～平滑电容器C2中残留有大量电荷，所以必须使其迅速地放电，使高电压电路2的电位迅速下降。因此，降压装置55经由第2电力线27p使由平滑电容器C1、平滑电容器C2供给的电力降压而供给至驱动电路25d。驱动电路25d利用由降压装置55供给的电力而对低电压DC-DC转换器25的开关元件进行接通/断开驱动，由此消耗平滑电容器C1～平滑电容器C2中所残留的电力。
并且，当因为车辆V发生碰撞而使低电压电池31与系统ECU 8的连接消失时，降压装置55的输出电压Vcc高于低电压电池31的输出电压VB，从而变为能够从降压装置55向后备电源ECU 57及系统ECU 8供给电力的状态。因此，降压装置55通过经由第2电力线27p使由平滑电容器C1、平滑电容器C2供给的电力降压，如上所述供给至驱动电路25d，并且供给至后备电源ECU 57及系统ECU 8，而使平滑电容器C1～平滑电容器C2中所残留的电力通过这些后备电源ECU 57及系统ECU 8而消耗。
并且，系统ECU 8在车辆V发生碰撞后，如上所述利用由后备电源单元5供给的电力而工作，执行例如使电动机3的空转停止的控制、主动消耗平滑电容器C1～平滑电容器C2中所蓄积的电力的放电控制等。
如以上所述，在车辆V刚刚发生碰撞后，平滑电容器C1～平滑电容器C2中所残留的电力会经由后备电源单元5供给至驱动电路25d、后备电源ECU 57及系统ECU 8，并通过这些构件而消耗，因此可以使高电压电路2的电位迅速下降。在这里，残留于第1平滑电容器C1中的电力如图3所示，经由电抗器L、高臂元件225H的二极管、第2电力线27p及第3电力线51而供给至降压装置55。并且，残留于第2平滑电容器C2中的电力如图3所示，经由第2电力线27p及第3电力线51而供给至降压装置55。
在这里，与将第3电力线与高电压电路2的第1电力线26p连接的情况进行比较，来说明将第3电力线51与高电压电路2的第2电力线27p连接的优点。第2平滑电容器C2和高电压DC-DC转换器22的高臂元件225H与低臂元件225L的串联体并联。因此，在将第3电力线与第1电力线26p连接的情况下，残留于第2平滑电容器C2中的电荷只有使高臂元件225H接通，才能供给至降压装置55。与此相对，在电源系统1中，是将第3电力线51与第2电力线27p连接，从而当车辆V发生碰撞时，可以将两个平滑电容器C1～平滑电容器C2中所残留的电荷经由第3电力线51迅速供给至降压装置55，通过驱动电路25d而加以消耗。
其次，一边参照图4，一边对电源系统1的开动处理进行说明。图4是用于说明电源系统1的开动处理的顺序的时间图。图4中，从上段起依次表示低电压电池31的输出电压VB，后备电源ECU 57，第1开关58，高电压电路2的第1电力线26p、第1电力线26n之间的电压V1，高电压电路2的第2电力线27p、第2电力线27n之间的电压V2，降压装置55的输出电压Vcc及第2开关59。
首先，在时刻t1，对应于为了使电源系统1起动而使启动开关接通，低电压电池31的输出电压VB上升，对后备电源ECU 57、系统ECU 8及电池ECU 36开始供给来自低电压电池31的电力。然后，在时刻t2，后备电源ECU57上升。在时刻t3，后备电源ECU 57使第1开关58及第2开关59接通，将降压装置55与低电压DC-DC转换器25的驱动电路25d加以连接。
然后，在时刻t4，电池ECU 36使接触器28p、接触器28n接通，将高电压电池21与平滑电容器C1～平滑电容器C2加以连接，开始这些平滑电容器C1～平滑电容器C2的预充电。由此，在时刻t4以后，高电压电路2的电压V1、电压V2开始上升。并且，在所述时刻t4，后备电源ECU 57对应于从电池ECU 36接收到正在执行平滑电容器C1～平滑电容器C2的预充电的主旨的CAN信号，将预充电所需要的电力的一部分供给至系统ECU 8及后备电源ECU 57，使第2开关59断开，以不阻碍所述预充电。
然后，在时刻t5，对应于第1电力线26p、第1电力线26n之间的电压V1(或第2电力线27p、第2电力线27n之间的电压V2)超过规定的起动电压，电源IC 56起动，降压装置55的输出电压Vcc上升。但是，在所述时点，后备电源ECU 57已使第2开关59断开，所以不会将降压装置55的输出电力供给至后备电源ECU 57及系统ECU 8。
然后，在时刻t6，电池ECU 36根据高电压电路2的电压V1、电压V2上升至规定的阈值，判断为平滑电容器C1～平滑电容器C2的预充电已完成，并将表示所述主旨的CAN信号发送至后备电源ECU 57。后备电源ECU 57对应于接收到所述CAN信号，使此前一直断开的第2开关59接通。由此，降压装置55与后备电源ECU 57及系统ECU 8导通，在时刻t6以后，变为能够从降压装置55向所述ECU 57、ECU 8供给电力的状态。
根据本实施方式的电源系统1，获得以下的效果。
(1)在电源系统1中，利用第1电力线26p、第1电力线26n，高电压DC-DC转换器22及第2电力线27p、第2电力线27n来将从高电压电池21到反相器23、反相器24之间加以连接，在第1电力线26p、第1电力线26n上与高电压DC-DC转换器22并列地连接低电压DC-DC转换器25，在第2电力线27p、第2电力线27n上设置第2平滑电容器C2。并且，在电源系统1中，通过第3电力线51来连接对低电压DC-DC转换器25的开关元件进行驱动的驱动电路25d与第2电力线27p，在所述驱动电路25d中，消耗来自第2平滑电容器C2的电力而工作。根据电源系统1，当车辆V发生了碰撞时，平滑电容器C1～平滑电容器C2中所蓄积的电荷可以经由第3电力线51供给至驱动电路25d，通过所述驱动电路25d而消耗。
(2)在电源系统1中，利用第1系统控制电力线32将对反相器23、反相器24及高电压DC-DC转换器22进行控制的系统ECU 8与低电压电池31加以连接，利用第2系统控制电力线53将系统ECU 8与第3电力线51之中比降压装置55更靠驱动电路25d之侧加以连接。根据电源系统1，当车辆V发生碰撞，低电压电池31与系统ECU 8的连接消失时，可以将平滑电容器C1～平滑电容器C2中所蓄积的电荷经由第2系统控制电力线53及降压装置55供给至系统ECU 8。由此，即使在因为车辆V发生碰撞而使低电压电池31与系统ECU 8的连接消失，或在低电压系统中产生层间短路，从而无法从低电压电池向系统ECU 8供给电力时，也可以继续利用系统ECU 8对反相器23、反相器24及高电压DC-DC转换器22进行控制。并且，根据电源系统1，在车辆V发生碰撞后，平滑电容器C1～平滑电容器C2中所蓄积的电荷可以通过低电压DC-DC转换器25的驱动电路25d及系统ECU 8两者而迅速消耗。
(3)在电源系统1中，利用低电压DC-DC转换器25的输出电力，对低电压电池31进行充电，然后通过使用所述低电压电池31的电力而利用系统ECU 8来控制反相器23、反相器24及高电压DC-DC转换器22。由此，在车辆V发生碰撞时，可以使设置于高电压电路2中的平滑电容器C1～平滑电容器C2中所蓄积的电荷，通过对反相器23、反相器24、高电压DC-DC转换器22进行控制的系统ECU 8而消耗。
(4)在电源系统1中，利用第1系统控制电力线32将系统ECU 8与低电压电池31加以连接，进而在所述第1系统控制电力线32上设置第1二极管33。并且，利用第2系统控制电力线53将第3电力线51之中比降压装置55更靠驱动电路25d之侧与第1系统控制电力线32之中比第1二极管33更靠系统ECU 8之侧加以连接，进而在所述第2系统控制电力线53上设置第2二极管54。并且，在电源系统1中，通过降压装置55，而使来自平滑电容器C1～平滑电容器C2的电力降压至处于系统ECU 57的工作电压范围内并且低于低电压电池31为正常的状态下的输出电压的电压为止。
在这里，当车辆V发生碰撞时，存在如上所述低电压电池31与系统ECU8的连接消失，或在低电压系统中产生层间短路，无法从低电压电池31对系统ECU 8供给电力的情况。并且，在因为低电压电池31的劣化过度发展而使其输出电压下降的情况下，也存在无法从低电压电池31向系统ECU 8供给电力的情况。与此相对，根据电源系统1，在低电压电池31与系统ECU 8的连接未消失并且未因层间短路或过度劣化等而使低电压电池31的输出电压下降的正常情况时，对系统ECU 8可以从更高电位的低电压电池31供给电力。并且，例如在因为碰撞而使低电压电池31与系统ECU 8的连接消失时，或因为层间短路或过度劣化等而使低电压电池31的输出电压下降时等异常产生时，可以经由第2系统控制电力线53及降压装置55，将平滑电容器C1～平滑电容器C2的电力供给至系统ECU 8，使平滑电容器C1～平滑电容器C2中所蓄积的电荷放电，并且继续利用系统ECU 8进行控制。再者，在电源系统1中，如上所述通过在第1系统控制电力线32及第2系统控制电力线53上分别设置二极管33、二极管54，可以一边利用降压装置55使第2系统控制电力线53侧的电位维持在系统ECU 8的工作电压范围内，一边经由第1系统控制电力线32将来自低电压电池31的电力供给至系统ECU 8。由此，当车辆V发生了碰撞时，可以探测到所述碰撞，并且无需对应于此进行特别的控制，便立即将系统ECU 8的电源从低电压电池31切换至降压装置55侧。因此，在电源系统1中，可以在车辆V的碰撞的前后不间断地对系统ECU 8持续供给电力。并且，在因为层间短路或过度劣化等而使低电压电池31的输出电压VB低于降压装置55的输出电压Vcc时，也同样地可以将系统ECU 8的电源从低电压电池31切换至降压装置55侧。并且，根据电源系统1，当车辆V发生了碰撞，低电压电池31与系统ECU 8的连接消失时，可以立即转移至平滑电容器C1～平滑电容器C2中所蓄积的电荷的放电。
(5)在电源系统1中，通过后备电源单元5而将来自第2电力线27p、第2电力线27n的电力用作低电压电池31的后备电源，所以例如在车辆V的开动时，在利用高电压电池21的电力进行平滑电容器C1～平滑电容器C2的预充电时，有可能将高电压电池21的输出电力的一部分供给至系统ECU 8，从而会耗费时间来预充电。因此，在电源系统1中，在第2系统控制电力线53上设置第2开关59，进而在进行平滑电容器C1～平滑电容器C2的预充电时，通过后备电源ECU 57而使第2开关59断开。由此，在平滑电容器C1～平滑电容器C2的预充电时，平滑电容器C1～平滑电容器C2与系统ECU 8的连接被电性阻断，因而可以利用高电压电池21的电力来迅速完成预充电。
以上，已对本发明的一个实施方式进行说明，但是本发明并不限于此。在本发明的主旨的范围内，也可以适当变更细微部分的构成。例如，高电压DC-DC转换器22、第1反相器23及第2反相器24的具体电路构成并不限于图1～图3所示的构成。特别是作为高电压DC-DC转换器22，除了图1～图3所示的以外，还可以使用具备多级斩波器(multi level chopper)方式、交错(interleave)方式、磁耦合的电路等已知的电路。例如多级斩波器方式的电路中，与第1平滑电容器C1另外地，具备相对于开关元件及二极管等串联体而并联设置的电容器。所述电容器在车辆V发生碰撞时，可以与第2平滑电容器C2同样地经由第3电力线51将残留的电荷迅速供给至降压装置55，通过驱动电路25d而加以消耗。因此，多级斩波器方式的电路应用于本发明时的优点多。
并且，在所述实施方式中，已说明后备电源ECU 57在利用电池ECU 36进行平滑电容器C1～平滑电容器C2的预充电的期间，使第1开关58接通，并使第2开关59断开的情况，但是本发明并不限于此。根据所述实施方式，在进行预充电的期间，也通过使第1开关58接通，而将降压装置55与低电压DC-DC转换器25的驱动电路25d加以连接，因此具有可以形成为能够迅速使用低电压DC-DC转换器25的状态的优点。然而，当驱动电路25d的消耗电力增大时，如果在进行预充电的期间内也继续使第1开关58接通，则也有可能阻碍预充电。因此，在这种情况下，后备电源ECU 57在利用电池ECU36进行平滑电容器C1～平滑电容器C2的预充电的期间内，也可以不仅使第2开关59断开，而且也使第1开关58断开。

Claims (5)

1.一种车辆的电源系统，包括：
高电压电池；
第1电力线，与所述高电压电池连接；
电力转换器，对直流电力与交流电力进行转换；
第2电力线，与所述电力转换器的直流输入输出侧连接；
第1电压转换器，在所述第1电力线与所述第2电力线之间转换电压；
电容器，设置在所述第2电力线上；
第2电压转换器，相对于所述第1电力线与所述第1电压转换器并联；
驱动电路，对所述第2电压转换器的开关元件进行驱动；
低电压电池，输出电压低于所述高电压电池；
系统控制部，对所述电力转换器及所述第1电压转换器进行控制；
第1系统控制电力线，将所述低电压电池与所述系统控制部加以连接；
降压装置，设置在第3电力线上，使来自所述电容器的电力降压而供给至所述驱动电路，通过所述驱动电路而加以消耗；以及
第2系统控制电力线，将所述第3电力线之中的所述降压装置与所述驱动电路之间的节点与所述第1系统控制电力线加以连接；
所述车辆的电源系统的特征在于：
所述第2电力线与所述驱动电路是通过所述第3电力线而连接，
所述驱动电路是消耗经由所述第3电力线从所述第2电力线供给的电力而驱动所述第2电压转换器的开关元件，
所述第2电压转换器在所述第1电力线与第4电力线之间转换电压，并经由所述第4电力线对所述低电压电池进行充电，
在所述车辆发生碰撞时，所述电容器放电电荷，所述电荷的一部分供给至所述驱动电路。
2.根据权利要求1所述的车辆的电源系统，其特征在于，包括：
所述降压装置在所述车辆发生碰撞时，使来自所述电容器的电力降压而供给至所述驱动电路及所述系统控制部，通过所述驱动电路及所述系统控制部而加以消耗。
3.根据权利要求1或2所述的车辆的电源系统，其特征在于：所述电力转换器及所述第1电压转换器是通过所述系统控制部来控制，所述系统控制部使用所述低电压电池的电力，所述低电压电池利用所述第2电压转换器的输出电力进行充电。
4.根据权利要求1所述的车辆的电源系统，其特征在于，包括：
第1二极管，设置在所述第1系统控制电力线之中比所述第2系统控制电力线的连接点更靠所述低电压电池之侧，允许从所述低电压电池向所述系统控制部的电流；以及
第2二极管，设置在所述第2系统控制电力线上，允许从所述降压装置向所述系统控制部的电流；并且
所述降压装置使来自所述电容器的电力降压至处于所述系统控制部的工作电压范围内并且低于所述低电压电池为正常的状态下的输出电压的电压为止。
5.根据权利要求2或4所述的车辆的电源系统，其特征在于，包括：
开关，设置在所述第3电力线及所述第2系统控制电力线之中，成为从所述第2电力线向所述系统控制部的电流的路径的部分；以及
开关控制部，在通过供给所述高电压电池的电力而进行所述电容器的预充电时，打开所述开关。
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