CN111146769A - 电源电路保护装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及电源电路保护装置。所述电源电路保护装置用于包括蓄电装置、驱动电动机和充电端子的车辆，并且包括继电装置、熔断器装置和控制装置。继电装置选择性地形成连接蓄电装置和驱动电动机的第一电路、以及连接蓄电装置和充电端子的第二电路。熔断器装置被插入在蓄电装置和继电装置之间。熔断器装置包括第一熔断器、具有比第一熔断器的熔断特性更难熔断的熔断特性的第二熔断器以及切换机制。在控制装置接收到预定充电请求而控制继电装置使得将第二电路连接至控制装置时，控制装置控制切换机构使得第二熔断器连接到蓄电装置。

Description

电源电路保护装置
相关申请的交叉引用
本申请基于2018年11月2日提交的日本专利申请序列号2018-207339并且要求其优先权，其公开内容通过引用被整体合并在此。
技术领域
本公开涉及一种电源电路保护装置，并且更具体地，涉及一种用于保护电动车辆的电源电路免受过电流影响的电源电路保护装置。
背景技术
日本专利公开No.2009-290966公开一种涉及用于保护电池免受过电流影响的电源保护装置的技术。在此技术中，经过能够被第一电流中断的高电流熔断器的第一路径和经过能够被小于第一电流的第二电流中断的低电流熔断器的并且平行于第一路径而设置的第二路径被与电池一起串联地形成载流路径。在供应电力时，通过第一路径供应电力，并且在停止电力供应时，通过第二路径供应电力。结果，在停止电力供应时发生微小的短路，通过切断低电流熔断器来抑制电池的放电。
发明内容
作为驱动电动机的电源的蓄电装置通过从外部充电设施供应的电力来被充电。在对蓄电装置进行充电时，供应的电力越大，充电时间越短。因此，与这种快速充电相对应的电源电路可以被连续地供应有大于在正常驱动期间所假设的电力的电力。在这种情况下，因为驱动时的电源电路的电流负载和充电时电源电路的电流负载彼此大不相同，所以可能难以保护在运行时的电源电路和充电时的电源电路免受过电流的影响。
鉴于上述问题完成本公开，并且其目的在于提供一种能够在车辆驱动时和充电时同时保护电源电路的电源电路保护装置。
第一公开内容被应用于车辆的电源电路保护装置，以实现上述目的。车辆包括：蓄电装置，该蓄电装置用作车辆的驱动电源；驱动电动机，该驱动电动机接收存储在蓄电装置中的电力供应；以及充电端子，该充电端子对蓄电装置进行充电。电源电路保护装置包括继电装置、熔断器装置和用于控制继电装置和熔断器装置的控制装置。继电装置选择性地形成连接蓄电装置和驱动电动机的第一电路、以及连接蓄电装置和充电端子的第二电路。熔断器装置被插入在蓄电装置和继电装置之间。熔断器装置包括第一熔断器、第二熔断器和切换机制。第二熔断器具有比第一熔断器更难熔断的熔断特性。切换机制被配置成以选择性的方式在第一熔断器和第二熔断器之间切换蓄电装置的连接目的地。所述控制装置被配置成：当所述控制装置接收到预定充电请求而控制继电装置以使得第二电路连接到控制装置时，控制切换机制以使得第二熔断器连接到蓄电装置。
第二公开在第一公开中具有以下进一步的特征。
预定充电要求是用于向蓄电装置供应150kW或更高的电力的充电请求。
第三公开在第一公开中具有以下进一步的特征。
直到第二熔断器在预定电流条件下熔断为止的时间长于直到第一熔断器在相同电流条件下熔断为止的时间。
第四公开在第一公开中具有进一步的以下特征。
所述继电装置包括用于切换第一电路的连接和断开的第一继电器以及用于切换第二电路的连接和断开的第二继电器。控制装置被配置成在接收到充电请求时通过第二继电器连接第二电路并且通过第一继电器断开第一电路。
第五公开在第一公开中具有以下特征。
控制装置被配置成在接收到充电请求时在第一电路和第二电路都断开的情况下控制切换机制。
根据第一公开，当控制继电装置使得第二电路响应于预定充电请求而被连接时，控制切换机制，使得第二熔断器被连接到蓄电装置。这使其即使当以比驱动期间的电流负载更高的电流负载执行充电时，也能够通过第二熔断器有效地保护电源电路。
根据第二公开，能够实现电源电路在供应150kW或更高的电力的超快速充电时的保护和电源电路在驱动时的保护。
根据第三公开，第二熔断器可以被配置成比第一熔断器更难熔断的熔断器。
根据第四公开，继电装置包括第一继电器和第二继电器。根据这种配置，可以通过使用不同的继电器来切换第一电路和第二电路的连接和断开。
根据第五公开，当接收到充电请求时，控制切换机制，使得第二熔断器在继电装置断开第一电路和第二电路的条件下连接。结果，能够通过切换机制在连接操作时切断通电，从而能够提供具有高安全性的装置。
附图说明
图1是示出根据第一实施例的电源电路保护装置的示意性配置的图。
图2是示出根据第一实施例的电源电路保护装置的比较示例的图。
图3是示出熔断器装置中使用的熔断器的I-T特性的示例的图。
图4是用于解释在驱动期间的电源电路的电路配置的图。
图5是用于描述超快速充电期间的电路配置的图。
图6是根据第一实施例的电源电路保护装置中执行的程序的流程图。
图7是示出根据第一实施例的电源电路保护装置包括的ECU的硬件配置的示例的图；以及
图8是示出根据第一实施例的电源电路保护装置中包括的ECU的硬件配置的另一示例的图。
具体实施方式
在下文中，将参考附图描述本公开的实施例。然而，将要理解，即使在实施例的以下描述中提及每个元件的数目、量、数量、范围或其他数字属性，本公开也不限于所提到的数字属性，除非另有明确说明，或者除非在理论上由数值属性明确指定本公开。此外，除非另外明确地描述，否则结合以下实施例描述的结构或步骤等不一定是本公开必不可少的，或者除非通过理论上的结构、步骤等明确地指定本公开。
第一实施例
1-1.第一实施例的电源电路保护装置的配置
下面将参考附图描述本公开的第一实施例。图1是示出根据第一实施例的电源电路保护装置的示意性配置的图。例如,电源电路保护装置100被安装在诸如电动车辆或混合动力车辆的车辆上，所述车辆包括作为驱动电源的蓄电装置和驱动电动机。
如图1中所示，根据第一实施例的电源电路保护装置100包括电源电路10。电源电路10包括作为第一电路的驱动电路12和作为第二电路的充电电路14。
驱动电路12是用于经由功率控制单元(下文中，也称为“PCU”)22从蓄电装置16向驱动电动机24供应电力的电路。具体地，驱动电路12包括蓄电装置16、用于切换驱动电路12的连接和断开的作为第一继电器的系统主继电器(以下也称为“SMR”)18、以及熔断器装置20。
该蓄电装置16由连接多个单元电池的直流组装电池组成。
该蓄电装置16被配置成能够通过以三并联组装例如由锂离子电池或镍金属氢化物电池组成的96个单电池来输出420A的电流值。
SMR 18被配置为包括在电源电路保护装置100中的继电装置的一部分，并且被设置在蓄电装置16和PCU 22之间的路径中。当不需要向PCU 22供应电力时，例如当点火开关关闭时，SMR 18切断蓄电装置16和PCU 22之间的电力供应。SMR 18被容纳在接线盒26内。
SMR 18具有用于根据来自稍后描述的ECU 30的命令在断开状态和闭合状态之间切换的接触点。通过断开和闭合触点，切换蓄电装置16和PCU 22之间的电气断开和连接。第一实施例的SMR 18包括两个触点181和182。触点181被设置在连接到蓄电装置16的正电极的正电极侧电力线161的中间。触点182被设置在连接到蓄电装置16的负电极的负电极侧电力线162的中间。两个触点181和182根据来自ECU30的指令同时断开和闭合。
PCU 22用于控制驱动电动机24。具体地，PCU 22接收从蓄电装置16供应的电力并且操作驱动电动机24作为车辆的驱动源。
熔断器装置20是用于保护电源电路10免受过电流影响的装置。稍后将详细描述熔断器装置20的配置。
另一方面，充电电路14是用于从诸如充电站或家用电源的外部充电设施50向蓄电装置16供应电力以对蓄电装置16进行充电的电路。具体地，除了驱动电路12公用的蓄电装置16和熔断器装置20之外，充电电路14还包括充电端子32、充电器34和用于切换充电电路14的连接和断开的作为第二继电器的充电系统主继电器(下文中也称为“SMR_chg”)36。
充电端子32连接到用于对蓄电装置16进行充电的外部充电设施50。外部充电设施50是能够超快速充电以供应150kW或更高的电力的外部充电设施。当充电端子32连接到外部充电设施50时，来自外部充电设施50的AC电力经由AC电力线321输入到充电器34。
充电器34是具有用于将来自外部充电设施50的AC电力转换为DC电力的AC-DC转换功能的装置。由充电器34转换的DC电力被供应给正DC电力线341和负DC电力线342。此外，充电器34将CHG信号发送到ECU 30，该CHG信号指示充电终端32连接到外部充电设施50，即，发布对蓄电装置16的充电请求。
在JB 26中，正DC电力线341连接到连接在SMR 18的接触点181和蓄电装置16之间的正电力线161。在JB 26中，负DC电力线342连接到连接在SMR 18的触点182和熔断器装置20之间的负DC电力线162。
SMR_chg 36被配置为包括在电源电路保护装置100中的继电装置的一部分，并且被设置在蓄电装置16和充电器34之间的路径中。当ECU 30接收到指示充电端子32连接到外部充电设施50的CHG信号时，SMR_chg 36电连接蓄电装置16和充电器34。SMR_chg 36被容纳在JB 26内部。
SMR_chg 36具有用于根据来自ECU 30的命令在断开状态和闭合状态之间切换的接触点。通过断开和闭合触点，切换蓄电装置16和充电器34之间的电气断开和连接。第一实施例的SMR_chg 36包括两个触点361、362。触点361被设置在连接到充电器34的正电极的正DC电力线341的中间。触点362被设置在连接到充电器34的负电极的负DC电力线342的中间。两个触点361和362根据来自ECU 30的命令同时断开和闭合。
熔断器装置20被插入在蓄电装置16和JB 26之间的负极侧电力线162的中间。熔断器装置20包括第一熔断器201、第二熔断器202和切换机制203。第一熔断器201和第二熔断器202被连接使得并联插入在负极侧电力线162的中间。切换装置203是用于响应于来自稍后将描述的ECU 30的命令在第一熔断器201和第二熔断器202之间选择性地切换连接到蓄电装置16的目的地的装置。即，在熔断器装置20中，第一熔断器201和第二熔断器202中的任意一个被插入在负极侧电力线162中的路径中。
电源电路保护装置100包括作为控制装置的ECU(电子控制单元)30。ECU 30是包括RAM(随机存取存储器)、ROM(只读存储器)、CPU(中央处理单元)和输入/输出接口的微计算机。除了上述CHG信号之外，还向ECU 30输入指示车辆的点火开关被接通的IG信号。ECU 30基于输入的信号控制SMR 18、SMR_chg 36和熔断器装置20的操作。
1-2.第一实施例的电源电路保护装置的操作
接下来，将描述根据第一实施例的电源电路保护装置100的特有操作。包括在根据第一实施例的电源电路保护装置100中的电源电路10在车辆被驱动时使用驱动电路12将蓄电装置16的电力供应到驱动电动机24。当对蓄电装置16进行充电时，电源电路10使用充电电路14将外部充电设施50的电力供应给蓄电装置16。
这里，在对蓄电装置16进行充电的情况下，随着充电速度的增加，有必要向蓄电装置16供应更大的电力。例如，在快速充电的情况下，通常，需要大约50kW的电力，然而在比所述快速充电的情况更快的超快速充电的情况下，需要150kW或更高的电力。第一实施例的电源电路保护装置100中的电源电路10被构造成使得：通过将超快速充电时的电流值Ic的平方乘以最大充电时间Tc而获得的在超快速充电时的焦耳热积分值(Ic2*Tc)大于从在假定行驶时的电流要求值Id以及从连续的驱动时间Td而估计出的在行驶时的焦耳热积分值(Id2*Td)。因此，在第一实施例的电源电路保护装置100中，超快速充电时的电流负载大大偏离了驱动时的电流负载。
图2是示出根据第一实施例的电源电路保护装置的比较示例的图。除了熔断器装置60的配置之外，该图中所示的比较示例的电源电路保护装置200具有与第一实施例相同的配置。在此图中示出的比较示例中，公共熔断器601被用于在驱动时形成的驱动电路12和在超快速充电充电时形成的充电电路14两者。
当采用比较示例的这种配置作为电源电路保护装置时，可能难以在驱动和超快速充电场景中保护电源电路10。具体地，如果指定熔断器的熔断特性以满足在超快速充电时保护充电电路14的要求，则电源电路10可能无法在驱动期间有效地切断过电流。相反，如果指定熔断器的熔断特性以满足驱动期间驱动电路12的保护要求，则熔断器装置20可能由于重复超快速充电而变得不够耐用。
因此，根据第一实施例的电源电路保护装置100包括能够切换插入电源电路10中的熔断器的熔断器装置20。在熔断器装置20中，第一熔断器201和第二熔断器202中的一个通过切换机制203插入电源电路10中。
第一熔断器201是在车辆驱动时主要选择的驱动熔断器。第一熔断器201具有与驱动时的电流负载的要求对应的熔断特性。例如，当执行高负载驱动时，在大约10秒的短时间内可能需要大约150kW的电力。第一熔断器201需要具有与这种电流负载相对应的熔断特性。因此，在一个或多个实施例中，当选择熔断器熔断特性时，熔断电流I和熔断时间T之间的关系(下文中称为“IT特性”)或上述的焦耳热积分值可以用作指数。
第二熔断器202是在蓄电装置16的超快速充电时选择的充电熔断器。第二熔断器202具有与超快速充电时的电流负载的要求对应的熔断特性。
当比较第一熔断器201的熔断特性和第二熔断器202的熔断特性时，第二熔断器202具有比第一熔断器201更难熔断的熔断特性。图3是示出熔断器装置中使用的熔断器的I-T特性的示例的图。如此图所示，在第二熔断器202在添加任意熔断电流I的电流条件下被熔断之前的熔断时间T2长于在第一熔断器201在相同的电流条件下被熔断之前的熔断时间T1。
切换机制203根据车辆是在驱动还是充电来切换插入在负极侧电力线162的中间的熔断器。图4是用于解释驱动期间的电源电路的电路配置的图。如此图中所示，当正在驱动车辆时，切换机制203的接触点连接到第一熔断器201的侧面。当正在驱动车辆时，SMR 18的触点181和182闭合，并且SMR_chg 36的触点361和362被断开。结果，当正在驱动车辆时，蓄电装置16和PCU 22被电连接，并且第一熔断器201串联连接在蓄电装置16和PCU 22之间。如上所述，第一熔断器201具有满足驱动期间的电流负载的要求的熔断特性。因此，根据第一实施例的电源电路保护装置100，可以在驱动期间保护电源电路10免受过电流的影响。
图5是用于解释超快速充电时的电路配置的图。如此图中所示，在蓄电装置16的超快速充电时，切换机制203的接触点连接到第二熔断器202的侧面。在超快速充电时，SMR_chg 36的触点361和362被闭合，并且SMR 18的触点181和182被断开。结果，在超快速充电时，蓄电装置16和充电器34被电连接，并且第二熔断器202串联连接在蓄电装置16和充电器34之间。如上所述，第二熔断器202具有满足超快速充电时的电流负载的要求的熔断特性。因此，根据第一实施例的电源电路保护装置100，能够在超快速充电时保护电源电路10免受过电流的影响。
1-3.在第一实施例的电源电路保护装置中执行的具体处理
接下来，将参考流程图描述由ECU 30执行的例程的具体处理。
图6是在根据第一实施例的电源电路保护装置中执行的例程的流程图。ECU 30以预定的控制周期重复地执行图6所示的例程。在图6中所示的例程的步骤S100中，首先，ECU30确定是否已经接收到指示接通点火开关的IG信号。结果，如果确定满足确定，则处理进入下一步骤S102。
在步骤S102中，ECU 30控制熔断器装置20。更具体地，ECU 30操作切换装置203以将第一熔断器201的触点连接到负电力线162。当步骤S102的处理完成时，处理进入步骤S104。
在步骤S104中，ECU 30控制继电装置。具体地，ECU30将SMR 18的连接状态操作为闭合状态，并且将SMR_chg36的连接状态操作为断开状态。也就是说，当接通点火开关时，作为继电装置的SMR 18保持连接。当完成步骤S104的处理时，终止该例程的处理。
另一方面，如果在步骤S100的处理中不满足确定，则处理进入下一步骤S106。在步骤S106中，ECU 30确定是否正在执行超快速充电。这里，ECU 30确定是否已经从充电器34接收到CHG信号，该CHG信号指示充电端子32被连接到外部充电设施50。结果，当确定建立确定时，处理进入步骤S108。
在步骤S108中，ECU 30控制熔断器装置20。更具体地，ECU 30操作切换装置203以将第二熔断器202的触点连接到负电力线162。当完成步骤S108的处理时，处理进入步骤S110。
在步骤S110中，ECU 30控制继电装置。具体地，ECU 30将SMR_chg 36的连接状态操作为闭合状态以准备对蓄电装置16进行充电，并且将SMR 18连接状态操作到断开状态。也就是说，作为继电装置的SMR_chg 36在断开点火开关并执行超快速充电期间保持在连接状态下。当完成步骤S110的处理时，终止该例程的处理。
如果在步骤S106的处理中确定没有建立上述情况，则处理进入步骤S112。在步骤S112中，ECU 30控制继电装置。特别地，ECU 30将SMR 18和SMR_chg 36连接状态都操作到断开状态。也就是说，当断开点火开关并且不执行超快速充电时，作为继电装置的SMR 18和SMR_chg 36都保持断开以便于抑制蓄电装置16中的电力耗散。当完成步骤S112的处理时，终止此例程的处理。
如上所述，根据图6中所示的例程的处理，可以在驾驶车辆时和在对车辆进行充电时选择性地使用熔断器。这使其能够根据相应的要求优化在驱动期间使用的熔断器和在充电期间使用的熔断器。
此外，在第一实施例的电源电路保护装置100中，因为熔断器通过切换装置203交替连接，即使在JB26中发生短路，电流也不会同时流到第一熔断器201和第二熔断器202。因此，因为可以适当地操作第一熔断器201和第二熔断器202，所以可以保护电源电路10免受过电流的影响。
根据图6中所示的例程的处理，当熔断器装置20的切换单元203被操作时，SMR 18和SMR_chg 36的连接状态总是在前一例程的步骤S112的处理中被控制为断开状态。结果，能够防止切换机制203在通电状态下操作，从而能够保护电源电路10免受切换时可能发生的过电流的影响。
1-4.修改的示例
可以如下所述修改根据第一实施例的电源电路保护装置100。
充电端子32可以被配置成可连接到供应DC电力的外部充电设施。在这种情况下，充电器34可以被配置为具有用于将从外部充电设施输入的DC电力转换成适合于充电的DC电力的DC-DC转换功能的设备。
SMR 18不限于具有两个触点181和182的配置。也就是说，SMR 18可以具有一个或多个触点。类似地，SMR_chg 36的配置不限于具有两个触点361和362的配置。即，SMR_chg36可以具有一个或多个触点。
取决于充电模式，充电时的电流负载可能不会偏离驱动时的电流负载。例如，在使用大约50kW的电力进行快速充电或者使用小于该电力的电力进行正常充电的情况下，可以操作切换机制203以如在驱动的情况下那样连接第二熔断器202。这使其即使在正常充电或快速充电期间也可以保护电源电路10免受过电流的影响。
此外，包括在根据第一实施例的电源电路保护装置100中的ECU 30可以如下配置。图7是示出根据第一实施例的电源电路保护装置中包括的ECU的硬件配置的示例的图。包括在根据第一实施例的电源电路保护装置100中的ECU 30的各个功能由处理电路实现。在图7中所示的示例中，ECU 30的处理电路包括至少一个处理器301和至少一个存储器302。
在处理电路包括至少一个处理器301和至少一个存储器302的情况下，ECU 30的各个功能可以通过软件、固件或软件和固件的组合来实现。软件和固件中的至少一个被描述为程序。软件和固件中的至少一个存储在至少一个存储器302中。至少一个处理器301通过读取和执行存储在至少一个存储器302中的程序来实现ECU 30的各个功能。至少一个处理器301也称为CPU(中央处理单元)、中央处理器、处理单元、运算单元、微处理器、微计算机或DSP(数字信号处理器)。例如，至少一个存储器302是例如非易失性或易失性半导体存储器，诸如RAM(随机存取存储器)、ROM(只读存储器)、闪存、EPROM(可擦除可编程只读存储器)、或EEPROM(电可擦除可编程只读存储器)、磁盘、软盘、光盘。
图8是示出根据第一实施例的电源电路保护装置中包括的ECU的硬件配置的另一示例的图。在图8所示的示例中，ECU 30的处理电路包括至少一个专用硬件303。
在处理电路包括至少一个专用硬件303的情况下，处理电路可以是例如单个电路、复合电路、编程处理器、并行编程处理器、ASIC(专用集成电路)、FPGA(现场可编程门阵列)或其组合。ECU 30的各个单元的功能可以由处理电路单独实现。此外，ECU 30的各个单元的功能也可以由处理电路集中实现。
此外，ECU 30的各个功能的一部分可以由专用硬件303实现，而另一个可以由软件或固件实现。如上所述，处理电路通过硬件303、软件、固件或其组合来实现ECU 30的各个功能。

Claims (5)

1.一种用于车辆的电源电路保护装置，所述车辆包括蓄电装置、驱动电动机以及充电端子，所述蓄电装置被用作所述车辆的驱动电源，所述驱动电动机用于接收被存储在所述蓄电装置中的电力的供应，所述充电端子用于对所述蓄电装置进行充电，所述电源电路保护装置包括：
继电装置，所述继电装置用于选择性地形成连接所述蓄电装置和所述驱动电动机的第一电路、以及连接所述蓄电装置和所述充电端子的第二电路；
熔断器装置，所述熔断器装置被插入在所述蓄电装置和所述继电装置之间，所述熔断器装置包括：
第一熔断器；
第二熔断器，所述第二熔断器具有比所述第一熔断器更难熔断的熔断特性；以及
切换机制，所述切换机制被配置成以选择性的方式在所述第一熔断器和所述第二熔断器之间切换所述蓄电装置的连接目的地；以及
控制装置，所述控制装置用于控制所述继电装置和所述熔断器装置，所述控制装置被配置成：
当所述控制装置接收到预定充电请求而控制所述继电装置以使得所述第二电路被连接到所述控制装置时，控制所述切换机制以使得所述第二熔断器被连接到所述蓄电装置。
2.根据权利要求1所述的电源电路保护装置，其中，
所述预定充电请求是用于向所述蓄电装置供应150kW或更高的电力的充电请求。
3.根据权利要求1或2所述的电源电路保护装置，其中，
直到所述第二熔断器在预定电流条件下熔断为止的时间长于直到所述第一熔断器在相同电流条件下熔断为止的时间。
4.根据权利要求1至3中的任一项所述的电源保护电路装置，
其中，所述继电装置包括用于切换所述第一电路的连接和断开的第一继电器、以及用于切换所述第二电路的连接和断开的第二继电器，以及，
其中，所述控制装置被配置成：在接收到所述充电请求时，通过所述第二继电器连接所述第二电路并且通过所述第一继电器断开所述第一电路。
5.根据权利要求1至4中的任一项所述的电源电路保护装置，其中，
所述控制装置被配置成：在接收到所述充电请求时，在所述第一电路和所述第二电路被断开的情况下控制所述切换机制。
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