CN110641283A - 功率控制装置 - Google Patents

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Abstract

提供一种功率控制装置，该功率控制装置在有效地使储存在车辆的功率控制装置内所设置的平滑用电容器中的能量放电的方面表现优异。对于放电动作所需要的驱动功率，将由平滑用电容器的能量生成的备用电源装置的输出电压电平切换为放电动作时辅助电池电压电平以上，从而有助于缩短平滑用电容器的放电时间，并能抑制在放电动作时的来自辅助电池的供电，有助于降低辅助电池的充放电次数。

Description

功率控制装置
技术领域
本发明涉及功率控制装置。
背景技术
由200V至400V的高压电池对搭载于电动车或混合动力车的功率控制装置施加高电压。存在直接将该高电压的电压使用于电动发电机的情况、与对该高电压进一步升压来使用的情况。此时，若用于进行功率控制装置内部的电压平滑的电容器(下面，平滑用电容器)中剩余电荷(能量)，则会导致在车辆的修理或维护时的操作者、在车辆发生碰撞时的驾驶员、同乘者或救助者可能碰触到高电压部而触电。因此，在发生碰撞时及通常动作结束时，平滑用电容器需要放电至即使人碰触到也不触电的电压。
作为与上述问题相对应的现有技术，例如，专利文献1中公开了下述结构，即：在车辆发生碰撞等时，检测来自向平滑用电容器的放电控制部供电的辅助电池的电源线的异常(断线或电压低下)，并在存在将碰撞通知给放电控制部的通信线的异常(断线或电压低下)的情况下，由备用电源从外部对放电控制部进行供电，并将储存于电容器的电荷进行放电。
此外，专利文献2中公开了下述结构，即：至少由备用电源提供在放电时的放电动作所需要的功率，并联电池等直流电源或转换器电路等功率源Es、及备用电源Eb来始终将功率提供给放电控制部，当发生因某种切断原因而无法提供来自功率源Es的功率的情况时由备用电源Eb提供紧急用的功率。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利第5333348号公报
专利文献2：日本专利特开2011－244625号公报
发明内容
发明所要解决的技术问题
然而，如专利文献1那样，仅在发生碰撞时、或因某种切断原因而导致来自辅助电池的电源线发生异常时，使用备用电源装置的输出、并在通常时的放电动作中使用辅助电池功率的结构中，辅助电池的充放电次数有所增加。并且，专利文献2中存在下述问题，即：由于在通常的放电动作时没有使用来自备用电源的功率，因此与平滑电容器的容量增加成正比地增加通常的放电时间。
本申请是为了解决上述问题而完成的，其目的在于，提供一种有助于降低辅助电池的充放电次数，并可缩短平滑用电容器的放电时间的功率控制装置。
解决技术问题所采用的技术方案
本申请所公开的功率控制装置包括：
第一平滑用电容器，该第一平滑用电容器对车辆的高压电池的输出进行平滑；
升压转换器，该升压转换器对由第一平滑用电容器平滑而得的电压进行升压；
第二平滑用电容器，该第二平滑用电容器对升压转换器的输出进行平滑；
逆变器部，该逆变器部输入由所述第二平滑用电容器平滑而得的电压；
栅极控制部，该栅极控制部进行用于使第一平滑用电容器及第二平滑用电容器放电的放电动作；
备用电源装置，该备用电源装置与第一平滑用电容器或第二平滑用电容器相连接，并向栅极控制部进行供电；以及
输出电压切换部，该输出电压切换部在通常动作时将所述备用电源装置的电压设为由辅助电池提供给所述栅极控制部的电压以下，并在所述栅极控制部进行放电动作时将所述备用电源装置的电压切换为由所述辅助电池提供的电压以上。
发明效果
根据本申请所公开的功率控制装置，能有效地对设置在功率控制装置的壳体内的平滑用电容器的充电能量进行放电，并能力图提高放电动作时的可靠性。
并且，通过将放电时的备用电源装置的输出设为辅助电池的电压以上，从而降低来自辅助电池的供电，有助于降低辅助电池的充放电次数，并可通过使用平滑用电容器的充电能量从而有助于放电时间的缩短。
附图说明
图1是搭载了实施方式1所涉及的功率控制装置的车辆整体的框图。
图2是示出了图1所涉及的备用电源装置输出的动作的时序图。
图3是表示图1所涉及的输出电压切换部的电路结构的图。
图4是搭载了实施方式2所涉及的功率控制装置的车辆整体的框图。
图5是表示图4所涉及的输出电压切换部的电路结构的图。
图6是搭载了实施方式3所涉及的功率控制装置的车辆整体的框图。
图7是表示实施方式3的上位ECU6、及功率控制装置10内的微机的硬件的一个示例的图。
具体实施方式
下面，参照附图对本申请所涉及的功率控制装置的优选实施方式进行说明。另外，对相同内容及相当部分配置相同标号，并省略其详细说明。在以后的实施方式中也同样，对标注相同标号的结构省略重复的说明。
实施方式1.
图1是搭载了实施方式1所涉及的功率控制装置的车辆整体的框图。
作为车辆具备高压电池1、接触器2、辅助电池3、碰撞检测部4、电动发电机5、及功率控制装置10。
高压电池1是可充电蓄电装置，是镍氢或锂离子等充电电池。
接触器2将高压电池1的功率连接至功率控制装置10，若由碰撞检测部4检测到碰撞，则接触器2被断开，进而切断来自高压电池1的供电。
辅助电池3是可充电蓄电装置，是铅蓄电池等。
碰撞检测部4若检测到车辆的碰撞，则将检测信号通知给后述的功率控制装置10内的栅极控制部80，并使接触器2断开。由碰撞检测部4向栅极控制部80的通知方法存在用信号直接输入至功率控制装置10的方法、及如后述的图6所记载的那样由ECU等上位机型向功率控制装置10发出指令的方法。
电动发电机5由功率控制装置10所驱动，产生车辆的驱动转矩。在车辆的制动等时对能量进行再生。
功率控制装置10中用于驱动电动发电机5的逆变器部60、升压转换器装置110、负责放电控制的栅极控制部80、对栅极控制部80提供驱动功率的备用电源装置70A及对备用电源装置70A的输出电压进行切换的输出电压切换部100配置在相同壳体内。
将来自高压电池1的电压进行升压以向逆变器部60提供的升压转换器装置110由升压转换器用电抗器20、第一平滑用电容器30、将开关元件进行串联配置的升压转换器40构成。第一平滑用电容器30是对在升压转换器用电抗器20和升压转换器40之间的电压变动进行平滑的电容器。升压转换器装置110将从高压电池1提供的功率以维持提供时的电压、或转换成升压后的电压的方式来向驱动电动发电机5的逆变器部60供电。
第二平滑用电容器50是将由升压转换器装置110升压后的电压和逆变器部60之间的电压的变动进行平滑的电容器。
逆变器部60对从升压转换器装置110输出、并由第二平滑用电容器50平滑后的电压进行转换，对电动发电机5进行驱动控制。即，逆变器部60由三相的开关元件构成桥式电路，并将从升压转换器装置110传递的直流功率转换成三相交流。并且，在车辆的制动等时对能量进行再生。
备用电源装置70A连接在升压转换器装置110和逆变器部60之间，在通常动作时，始终输出比辅助电池3的电压要低的电压。在由碰撞检测部4检测到碰撞的情况下，通过输出电压切换部100将备用电源装置70A的输出电压切换成比辅助电池3要高的电压。通过该输出电压切换，即使在碰撞时维持来自辅助电池3的供电的情况下，也可有效地消耗充电至功率控制装置10内的高压电容器即第二平滑用电容器50及第一平滑用电容器30的能量，并使其放电。
栅极控制部80接收来自碰撞检测部4的碰撞检测的信号，驱动逆变器部60来进行控制，以使第一平滑用电容器30及第二平滑用电容器50放电。并且，通过输出电压切换部100将备用电源装置70A的输出电压切换成比辅助电池3要高的电压(图中，虚线箭头意味着指令)。
第一逆流防止二极管91、第二逆流防止二极管92是用于由备用电源装置70A和辅助电池3对用于驱动栅极控制部80的功率进行提供的逆流防止二极管。通常动作时，来自备用电源装置70A的输出电压比来自辅助电池3的电压要低，因此由来自辅助电池3的功率来进行驱动。碰撞检测时，由于通过输出电压切换部100进行切换以使来自备用电源装置70A的电压变得比来自辅助电池3的电压要高，因此由来自备用电源装置70A的功率进行驱动。
图2是图1所说明的功率控制装置的动作时序图。纵轴表示各设备的动作的导通、断开或输入输出电压的状态，横轴表示时间的流动。在时刻t1导通的接触器2因来自碰撞检测部4的信号在时刻t3变成导通，从而接触器2在时刻t4变成断开，来自高压电池1的供电被切断。来自对碰撞进行检测、并在时刻t3变成导通的碰撞检测部4的信号还输入至栅极控制部80，根据来自栅极控制部80的指令输出电压切换部100在时刻t5被导通，并将备用电源装置70A的输出电压VB1切换至辅助电池3的电压VB以上即输出电压VB2(时刻t6)。由此，储存在功率控制装置10内的第一平滑用电容器30及第二平滑用电容器50中的能量从备用电源装置70A输出，栅极控制部80控制逆变器部60并进行放电动作(时刻t7)。维持放电动作直到即使人碰触也不触电的电平为止，并在成为该电平以下的时刻结束放电动作。
图2中，输出电压切换部100的导通输出在接触器2由导通变成断开之后进行，但也可以在接触器2进行断开动作之前进行导通输出。
并且，备用电源装置70A的输出在接触器2在时刻t 1被导通之后的时刻始终进行输出(时刻t2)。由此，容易提早进行备用电源装置70A的电压异常的故障检测。
对图1、图2的放电动作通过检测到碰撞而开始的情况进行了说明，但也可以在通常动作结束时，通过检测到通信中断、各种电压传感器的异常等，从而开始同样的放电动作。对以下的实施方式2及3也相同。
图3是图1所示的备用电源装置70A和输出电压切换部100的电路结构的一个示例。例如，作为基本反激电源电路，将备用电源装置70A连接在图1所示的升压转换器装置110和逆变器部60之间，将通过该线路而传递的功率从图3中的功率源200输出。功率源200的功率通过将功率源200与隔离变压器210的一次侧相连接并对开关元件240进行导通/断开而将功率传递至隔离变压器210的二次侧。二极管220和平滑用电容器230进行隔离变压器210的输出的整流及平滑。由反馈电阻部290对平滑化后的电压进行分压，并在由绝缘电路部270绝缘后反馈至DC/DC转换器控制电路部250，来决定备用电源装置70A的输出电压。反馈电阻部290具有一种以上的设定并由反馈电压切换部280来切换其反馈电压，以使得能将按每个设定输出电压而分压得到的电压作为反馈电压。反馈电压切换部280配置在反馈电阻部290的后级，但也可以配置在前级。
在车辆发生碰撞时，通过接收了来自碰撞检测部4的碰撞信号的栅极控制部80来进行切换，以使反馈电压切换部280切换来自反馈电阻部的反馈电压输出，使备用电源装置70A的输出电压输出比辅助电池3的电压要高的电压。反馈电压切换部280由MOSFET(MetalOxide Semiconductor Field-Effect Transistor：金属氧化物半导体场效应晶体管)或晶体管等开关元件构成。绝缘电路部270由绝缘放大器IC或光耦合器等具有绝缘性的元件构成。并且，功率源200可以如后述的图4那样设置在高压电池1和升压转换器装置110之间。
如上所述，通过实施方式1中所说明的功率控制装置，能对设置在壳体内的平滑用电容器的能量有效地进行放电，不仅在发生碰撞时，在通常动作结束时也不会因打开壳体并进行碰触而触电，从而能充分地实现可靠性的提高。
并且，可提供下述的功率控制装置，即：通过将放电时的备用电源装置的输出设为辅助电池的电压以上，从而降低来自辅助电池的供电，有助于降低辅助电池的充放电次数，并可通过使用壳体内的平滑用电容器的充电能量从而有助于放电时间的缩短。
并且，在放电动作以外时，由输出电压切换部将备用电源装置的输出切换至辅助电池电压电平以下并始终进行输出，从而可提早检测出备用电源装置的异常。
实施方式2.
图4是搭载了实施方式2所涉及的功率控制装置的车辆整体的框图。与图1的各部结构及名称相同，但备用电源装置70B的连接对象及进行放电控制的部位与图1不同。图1中，将备用电源装置70A连接在升压转换器装置110和逆变器部60之间，但在图4中，连接在高压电池1和升压转换器装置110之间。并且，由升压转换器40进行放电控制。在碰撞等的放电动作时，将由第一平滑用电容器30的能量在备用电源装置70B中所生成的电压向栅极控制部80进行提供，并由升压转换器装置110进行放电控制。然而，第一平滑用电容器30与第二平滑用电容器50相比容量较小，因此预测在对第二平滑用电容器50进行放电之前用尽第一平滑用电容器30的能量。若用尽能量则不能作为备用电源装置70B来输出，因此在用尽第一平滑用电容器30的能量之前，使用升压转换器40的开关元件来对第二平滑用电容器50的能量进行降压并提供给备用电源装置70B，从而稳定地提供备用电源装置70B的输出直到放电动作结束为止。
图5是表示了图4所示的输出电压切换部100的电路结构的图。与图3是相同的基本反激电源电路，但不同点是通过将电压输入到绝缘电路部270的低压侧接地(GND)从而调整反馈电压。在没有进行放电动作的通常动作时，将绝缘电路部的低压侧GND的电位设为零，以使备用电源装置70B的输出电压成为辅助电池3以下的电压。在从栅极控制部80输出了放电动作指令的情况下，GND电平转换部310的输出通过输入来自反馈电阻部300的输出电压以下、GND以上的正电压，从而降低向绝缘电路部270的反馈电压。反馈电压被降低了的DC/DC转换器控制电路部250应当将反馈电压电平设为设定电压来进行控制以提高备用电源装置70B的输出电压，将比辅助电池3要高的电压从备用电源装置70B提供给栅极控制部80。
如上所述，通过实施方式2中所说明的功率控制装置，除了实施方式1的效果以外，还能降低耐压，因此能更加廉价地构成电路，能稳定地提供备用电源装置的输出直到放电动作结束为止。
实施方式3.
图6是搭载了实施方式3所涉及的功率控制装置的车辆整体的框图。连接有上位ECU(Electronic Control Unit：电子控制单元)，以代替图1所示的框图的碰撞检测部4。上位ECU6具有用于由上位向功率控制装置10输出驱动转矩、放电指令、及其它指令的微控制器。在发生碰撞时上位ECU6对碰撞进行检测并向功率控制装置10进行通信，由功率控制装置10内的微机(未图示)驱动栅极控制部80。或者在驾驶结束时，由上位ECU6将伴随着驾驶结束的放电动作的指令向功率控制装置10进行通信，并由功率控制装置10内的微机驱动栅极控制部80。
图7中表示上位ECU6、及功率控制装置10内的微机的硬件的一个示例。由处理器1000及存储装置2000构成，虽未图示，但存储装置具备随机存取存储器等易失性存储装置和闪存等非易失性辅助存储装置。此外，也可具备硬盘这样的辅助存储装置以代替闪存。处理器1000通过执行从存储装置2000输入的程序，从而进行例如上述的上位ECU6的碰撞检测、向功率控制装置的通信。该情况下，从辅助存储装置经由易失性存储装置向处理器1000输入程序。另外，处理器1000可以将运算结果等数据输出至存储装置2000的易失性存储装置，也可以经由易失性存储装置将数据保存至辅助存储装置。
如上所述，通过实施方式3所说明的功率控制装置，除了实施方式1的效果以外，还通过使用上位ECU，能较容易地应对碰撞以外的检测，通用性得到提高并可缩小电路规模。
本申请记载了各种举例示出的实施方式及实施例，但1个或多个实施方式中记载的各种特征、形态及功能并不限于特定实施方式的应用，可单独或以各种组合来应用于实施方式。
因而，可在本申请说明书所公开的技术范围内假设未举例示出的无数变形例。例如，对至少1个结构要素进行变形的情况、添加的情况或省略的情况、甚至提取出至少1个结构要素并与其他实施方式的结构要素进行组合的情况都包含在内。
标号说明
1：高压电池、2：接触器、3：辅助电池、4：碰撞检测部、5:电动发电机、6：上位ECU、10：功率控制装置、20：升压转换器用电抗器、30：第一平滑用电容器、40：升压转换器、50：第二平滑用电容器、60：逆变器部、70A、70B：备用电源装置、80：栅极控制部、91：第一逆流防止二极管、92：第二逆流防止二极管、100：输出电压切换部、110：升压转换器装置、200：功率源、210：隔离变压器、220：二极管、230：平滑用电容器、240：开关元件、250：DC/DC转换器控制电路部、270：绝缘电路部、280：反馈电压切换部、290、300：反馈电阻部、310：GND电平转换部。

Claims (6)

1.一种功率控制装置，其特征在于，包括：
第一平滑用电容器，该第一平滑用电容器对车辆的高压电池的输出进行平滑；
升压转换器，该升压转换器对由所述第一平滑用电容器平滑而得的电压进行升压；
第二平滑用电容器，该第二平滑用电容器对所述升压转换器的输出进行平滑；
逆变器部，该逆变器部输入由所述第二平滑用电容器平滑而得的电压；
栅极控制部，该栅极控制部进行用于使所述第一平滑用电容器及所述第二平滑用电容器放电的放电动作；
备用电源装置，该备用电源装置与所述第一平滑用电容器或所述第二平滑用电容器相连接，并向所述栅极控制部进行供电；以及
输出电压切换部，该输出电压切换部在通常动作时将所述备用电源装置的电压设为由辅助电池提供给所述栅极控制部的电压以下，并在所述栅极控制部进行放电动作时将所述备用电源装置的电压切换为由所述辅助电池提供的电压以上。
2.如权利要求1所述的功率控制装置，其特征在于，
所述栅极控制部的所述放电动作通过检测到碰撞而开始。
3.如权利要求1或2所述的功率控制装置，其特征在于，
所述备用电源装置连接在所述升压转换器和所述逆变器部之间，所述栅极控制部控制所述逆变器部从而进行所述放电动作。
4.如权利要求1或2所述的功率控制装置，其特征在于，
所述备用电源装置连接在所述高压电池和所述升压转换器之间，所述栅极控制部控制所述升压转换器从而进行所述放电动作。
5.如权利要求4所述的功率控制装置，其特征在于，
在所述放电动作时，在所述第一平滑用电容器的电压成为所述备用电源装置的动作电源电压以下的情况下，对所述第二平滑用电容器的能量进行降压并提供所述第二平滑用电容器的能量。
6.如权利要求1至5的任意项所述的功率控制装置，其特征在于，
所述备用电源装置从由所述高压电池进行供电的时刻起向所述栅极控制部进行供电。
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