CN111725992A - 多相转换器 - Google Patents

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Abstract

本说明书提供一种多相转换器，涉及检测与并联连接的多个升压转换器电路(3a～3d)的各自连接的电流传感器(5)的异常的技术。本说明书所公开的多相转换器(3a～3d)具备电流传感器(5)。控制器(9)算出向多相转换器输入的总输入电流的推定值(IALL)。控制器(9)在全部的电流传感器(5)的计测值之和与推定值(IALL)之差偏离了规定的容许范围的情况下输出表示电流传感器的异常的异常通知信号。由于该多相转换器(2)使用向多相转换器输入的总输入电流的推定值(IALL)，所以即使连接的升压转换器电路的数量增加，控制器(9)的处理负荷的增加也小。

Description

多相转换器
技术领域
本说明书所公开的技术涉及多个电压转换器电路并联连接的多相转换器。尤其是，涉及各个电压转换器电路具备电流传感器并且具备能够执行电流传感器的异常检测处理的控制器的多相转换器。
背景技术
在专利文献1、2中公开了多个电压转换器电路并联连接并且在各个电压转换器电路设置有电流传感器的多相转换器。专利文献1的多相转换器应用于电动汽车，将蓄电池的直流功率变换为行驶用的电动机的驱动功率。在专利文献1中也公开了检测电流传感器的异常的技术。专利文献1的多相转换器以不从电动机输出转矩的方式使电流流向电动机，基于将流向电动机的电流与流向各个电压转换器电路的电流进行比较的结果来检测电流传感器的异常的有无。
在专利文献2中也公开了检测多相转换器的各个转换器电路所具备的电流传感器的异常的技术。各个转换器电路是具备电抗器的变压电路。专利文献2所公开的异常检测方法基于电流传感器的计测值和电抗器的电感来算出各个转换器电路的升压前电压或升压后电压。在多个转换器电路的升压前电压(或升压后电压)不同的情况下，判断为电流传感器的异常。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2016-116262号公报
专利文献2：日本特开2017-229123号公报
发明内容
发明所要解决的课题
本说明书提供以与专利文献1、2所公开的技术不同的方法来检测多相转换器的各个转换器电路所具备的电流传感器的异常的技术。
用于解决课题的手段
本说明书所公开的多相转换器具备并联连接的多个电压转换器电路、设置于各个电压转换器电路的电流传感器及控制器。控制器算出向多相转换器输入的总输入电流的推定值。控制器在全部的电流传感器的计测值的总和与推定值之差偏离了规定的容许范围的情况下输出表示电流传感器的异常的异常通知信号。由于该多相转换器使用向多相转换器输入的总输入电流的推定值，所以即使连接的电压转换器电路的数量增加，控制器的处理负荷的增加也小。
推定值算出的一例是将向多相转换器的输入功率或多相转换器的输出功率除以向多相转换器的输入电压。多相转换器的输出功率有时能够从连接于多相转换器的输出端的设备取得。在一例中，在多相转换器的输出端连接变换器，在变换器的交流端连接电动机。由于变换器控制电动机的转速，所以变换器具备计测向电动机供给的电流的电流传感器。由于变换器的交流输出的电压确定，所以能够从变换器所具备的电流传感器得到变换器的输出功率。即，本说明书所公开的多相转换器有时能够利用连接于输出端的设备所具有的传感器来得到总输入电流的推定值。在这样的情况下，多相转换器的成本被抑制。
另外，在多相转换器的输入端连接有燃料电池的情况下，燃料电池的目标输出功率有时能够活用为向多相转换器的输入功率。并且，燃料电池具有计测输出电压的电压传感器。在该情况下，燃料电池的输出电压成为向多相转换器的输入电压。在该情况下，通过将向多相转换器的输入功率(燃料电池的目标输出功率)除以向多相转换器的输入电压(燃料电池的输出电压)而得到总输入电流的推定值。在该情况下，能够基于连接于多相转换器的输入端的设备(在该情况下是燃料电池)所具有的信息来得到总输入电流的推定值。在该情况下，多相转换器所具备的传感器可以少，因此成本也被抑制。
控制器在上述的总和与推定值之差偏离了上述的容许范围的情况下，可以通过以下的处理来确定发生了异常的电流传感器。控制器将推定值除以电压转换器电路的数量而得到的值与各个电流传感器的计测值之差的绝对值最大的电流传感器确定为发生了异常的电流传感器。能够通过简单的计算来确定发生了异常的电流传感器。
或者，控制器在上述的总和与推定值之差偏离了上述的容许范围的情况下，也可以通过以下的处理来确定发生了异常的电流传感器。控制器算出对推定值乘以((N-1)/N)而得到的第一值(其中，N是多个所述电压转换器的数量)和从计测值的总和减去各个电流传感器的计测值而得到的多个第二值。控制器将与在第一值与各个第二值之差的绝对值最小的第二值的算出时排除的计测值对应的电流传感器确定为发生了异常的电流传感器。在第一值与第二值之差最小的情况下，在第二值算出时使用的3个电流传感器的计测值全部表示正确的值。由此，能够判断为在输出了在第二值算出时排除的计测值的电流传感器中发生了异常。
本说明书所公开的技术的详情和进一步的改良将在以下的“具体实施方式”中说明。
附图说明
图1是实施例的多相转换器的电路图。
图2是作为实施例的多相转换器的应用例的电动汽车的功率系统的框图。
图3是实施例的多相转换器的控制器所执行的异常检测处理的流程图。
图4是变形例的异常检测处理流程图。
具体实施方式
参照附图来说明实施例的多相转换器2。图1示出多相转换器2的电路图。多相转换器2具备斩波型的4个升压转换器电路3a～3d和控制器9。4个升压转换器3a～3d在多相转换器2的输入端11与输出端12之间并联连接。4个升压转换器3a～3d各自具备计测输入电流的电流传感器5。
对升压转换器电路3a的构造进行说明。升压转换器电路3a具备电抗器4、开关元件6、2个二极管7、8。电抗器4的一端连接于输入端正极11a，另一端连接于二极管7的阳极。二极管7的阴极连接于多相转换器2的输出端正极12a。输入端负极11b与输出端负极12b直接连接。开关元件6的集电极(正极侧电极)连接于电抗器4与二极管7之间和输入端负极11b(输出端负极12b)。二极管8相对于开关元件6反并联地连接。通过开关元件6接通断开，输入到输入端11的功率的电压被升压并从输出端12输出。图1的斩波型的升压转换器电路3a的结构和动作是周知的，因此省略详细的说明。
开关元件6由控制器9控制。连接控制器9与开关元件6的虚线及连接控制器9与电流传感器5的点线表示通信线。
在电抗器4与二极管7之间连接有电流传感器5。电流传感器5计测在电抗器4中流动的电流，即升压转换器电路3a的输入电流。
升压转换器电路3b～3d具有与升压转换器电路3a相同的构造，因此省略说明。
在输出端正极12a与输出端负极12b之间连接有平滑电容器13。平滑电容器13为了除去升压转换器电路3a～3d的输出电压中包含的脉动而设置。
升压转换器电路3a～3d的开关元件6由控制器9控制。控制器9向4个升压转换器电路3a～3d供给相同的驱动信号。4个升压转换器3a～3d以相同的升压比进行动作。通过并联连接的4个升压转换器电路3a～3d以相同的升压比进行动作，4个升压转换器电路3a～3d犹如作为1个大容量的升压转换器进行动作。多相转换器2具有升压转换器电路3a的4倍的电流容量。
升压转换器电路3a～3d各自具备电流传感器5。多相转换器2具备检测电流传感器5的异常的功能。为了便于说明，将升压转换器3a～3d分别称作第一转换器电路3a、第二转换器电路3b、第三转换器电路3c、第四转换器电路3d。另外，将各个转换器电路的电流传感器5的计测值称作第一计测值IL1、第二计测值IL2、第三计测值IL3、第四计测值IL4。而且，为了对多个电流传感器5的各自进行区分，有时将第一转换器电路3a的电流传感器利用标号5a来表示。同样，有时将第二转换器电路3b的电流传感器利用标号5b来表示，将第三转换器3c的电流传感器利用标号5c来表示，将第四转换器电路3d的电流传感器利用标号5d来表示。
控制器9能够推定向多相转换器2输入的总输入电流。将总输入电流的推定值利用符号“IALL”来表示。得到推定值IALL的方法将在后文叙述。
控制器9在第一～第四计测值IL1、IL2、IL3、IL4的总和与总输入电流的推定值IALL之差的绝对值偏离了规定的容许范围的情况下，将表示电流传感器5的异常的信号(异常通知信号)向上位的控制器输出。
接着，控制器9将推定值IALL除以升压转换器电路的个数(在实施例的情况下是“4”)而得到的值(IALL/4)与第一～第四计测值IL1、IL2、IL3、IL4的各自进行比较。控制器9将输出了推定值IALL/4与计测值之差的绝对值最大时的计测值的电流传感器5确定为发生了异常的电流传感器。控制器9将包括确定出的电流传感器5的标识符的异常通知信号向上位的控制器发送。
取代上述的确定异常发生电流传感器的处理，控制器9也可以通过以下的处理来确定发生了异常的电流传感器。控制器9算出对总输入电流的推定值(IALL)乘以((N-1)/N)而得到的第一值。在此，N是升压转换器电路的数量，在实施例的情况下N＝4。接着，控制器9算出从全部的电流传感器5的计测值IL1、IL2、IL3、IL4的总和减去各个电流传感器5的计测值而得到的多个第二值。将4个第二值分别记为第二一值＝IL2+IL3+IL4、第二二值＝IL1+IL3+LI4、第二三值＝IL1+IL2+LI4、第二四值＝IL1+IL2+LI3。
第二一值是从4个电流传感器5的计测值的总和排除电流传感器5a(第一转换器电路3a的电流传感器)的计测值而得到的值。第二二值是从4个电流传感器5的计测值的总和排除电流传感器5b的计测值而得到的值。第二三值是从4个电流传感器5的计测值的总和排除电流传感器5c的计测值而得到的值。第二四值是从4个电流传感器5的计测值的总和排除电流传感器5d的计测值而得到的值。
控制器9将第一值与第二一值～第二四值的各自进行比较，将输出了在两者之差的绝对值最小时的第二值的算出时排除的推定值的电流传感器5确定为发生了异常的电流传感器。
例如，在第一值与第二一值之差的绝对值最小的情况下，控制器9确定为输出了在算出第二一值时排除的计测值的第一转换器电路3a的电流传感器5a是异常发生电流传感器。或者，在第一值与第二四之差的绝对值最小的情况下，确定为输出了在算出第二四值时排除的计测值的第四转换器电路3d的电流传感器5d是异常发生电流传感器。
第二值(第二一值～第二四值)接近第一值意味着除了输出了在算出第二值时排除的计测值的电流传感器之外的剩余的电流传感器的计测值正确。因而，能够确定为输出了在第一值与第二值之差最小时的第二值的算出时排除的计测值的电流传感器是异常发生的电流传感器。
实施例的多相转换器2例如应用于电动汽车。以下，对实施例的多相转换器2的应用事例进行说明。图2示出使用多相转换器2的电动汽车100的框图。多相转换器2的电路结构在图1中进行了说明，因此，在图2中省略了多相转换器2的电路的图示。
在多相转换器2的输入端11连接燃料电池21。在多相转换器2的输出端12连接功率变换器22。在功率变换器22的交流端连接行驶用的电动机23。
另外，在功率变换器22上连接蓄电池24。功率变换器22使用由多相转换器2升压后的功率和蓄电池24的功率来生成电动机23的驱动功率。电动机23是三相交流电动机，功率变换器22将燃料电池21和蓄电池24的直流功率变换为用于驱动电动机23的三相交流功率。
燃料电池21从上位控制器29接收目标输出功率Pfct，以实现目标输出功率Pfct的方式进行动作。另外，燃料电池21具备计测输出电压Vfc的电压传感器25。蓄电池24具备计测输出功率Pbat的传感器28。
功率变换器22具备计测输入电压的电压传感器26和计测输出电流的电流传感器27。通过将电压传感器26的计测值与电流传感器27的计测值相乘，得到电动机23的输出功率Pm。
如前所述，多相转换器2的控制器9能够取得总输入电流的推定值IALL。推定值IALL能够通过将多相转换器2的输出功率Pfdc除以多相转换器2的输入电压而求出。在多相转换器2的输入端11连接有燃料电池21，燃料电池21具备计测输出电压Vfc的电压传感器25。控制器9取得电压传感器25所计测的输出电压Vfc，将其用作输入电压来算出推定值IALL。
控制器9能够通过将多相转换器2的输出功率Pfdc除以输入电压(燃料电池21的输出电压Vfc)来得到总输入电流的推定值IALL。或者，控制器9能够通过将多相转换器2的输入功率除以输入电压(燃料电池21的输出电压Vfc)来得到总输入电流的推定值IALL。需要说明的是，控制器9也可以将对燃料电池21的输出电压Vfc乘以变换效率系数而得到的值用作向多相转换器2的输入电压。
多相转换器2的输出功率Pfdc通过从电动机23的输出功率Pm减去蓄电池24的输出功率Pbat而得到。如前所述，电动机23的输出功率Pm能够根据功率变换器22所具备的电压传感器26和电流传感器27的计测值来算出。另外，蓄电池24的输出功率Pbat能够从传感器28取得。
控制器9能够将上位控制器29向燃料电池21发送的目标输出功率Pfct用作多相转换器2的输入功率的推定值。
如以上这样，控制器9能够根据连接于多相转换器2的设备(燃料电池21、功率变换器22、电动机23、蓄电池24)所具有的信息来得到总输入电流的推定值IALL。多相转换器2不需要专门用于得到总输入电流的推定值IALL的传感器。因而，多相转换器2能够以低成本具备电流传感器的异常检测功能。
图3示出控制器9所执行的异常检测处理的流程图。图3的处理以规定的周期反复执行。控制器9求出多相转换器2的输出功率Pfdc(步骤S2)。如前所述，控制器9通过从电动机的输出功率Pm减去蓄电池24的输出功率Pbat来得到输出功率Pfdc。
接着，控制器9得到多相转换器2的总输入电流的推定值IALL。具体而言，控制器9将在步骤S2中得到的输出功率Pfdc除以对燃料电池21的输出电压Vfc(多相转换器2的输入电压)乘以效率Ef而得到的值(步骤S3)。
接着，控制器9检查全部的转换器电路3a～3d的电流传感器5的计测值(IL1、IL2、IL3、IL4)的总和与推定值IALL之差是否为规定的范围外(步骤S4)。
在计测值的总和与推定值IALL之差的绝对值为规定的范围内的情况(步骤S4：否)，控制器9判断为全部的电流传感器5正常，结束处理。
另一方面，控制器9在计测值的总和与推定值IALL之差的绝对值偏离了规定的范围的情况下，判断为在升压转换器电路3a～3d的任一者的电流传感器5中发生了异常(步骤S4：是)。在该情况下，控制器9将推定值IALL除以4(升压转换器电路的数量)而得到的值与各计测值ILj(j＝1～4)之差的绝对值最大时的电流传感器确定为异常发生电流传感器(步骤S5)。最后，控制器9将确定出的电流传感器的标识符和表示在由该标识符表示的电流传感器中发生了异常的异常通知信号向上位控制器29通知(步骤S6)。
通过图3的处理，能够在多相转换器2中检测电流传感器5的异常。
图4示出变形例的异常检测处理的流程图。图4的流程图取代图3的流程图步骤S5而具备步骤S5a。步骤S5a以外的处理与图3的流程图的处理相同，因此省略说明。
对步骤S5a的处理进行说明。控制器9算出对总输入电流的推定值(IALL)乘以((N-1)/N)而得到的第一值。在此，N是升压转换器电路的数量，在实施例的情况下N＝4。接着，控制器9算出从全部的电流传感器5的计测值IL1、IL2、IL3、IL4的总和减去1个电流传感器的计测值而得到的多个第二值(第二一值、第二二值、第二三值、第二四值)。控制器9算出4个第二值(第二一值～第二四值)的各自与第一值的差值的绝对值dIj(j＝1～4)。控制器9将输出了在算出差值的绝对值dIj最小的第二值时排除的计测值的电流传感器确定为发生了异常的电流传感器。
实施例的多相转换器2为了得到总输入电流的推定值IALL而活用了其他设备的信息。因而，能够减少传感器的数量。另外，由于活用了其他设备的信息，所以即使连接的升压转换器电路的数量增加，控制器9的负担增加也小。
对与本说明书所公开的技术相关的留意点进行叙述。本说明书所公开的技术不限于多个升压转换器电路连接而成的多相转换器，也适合应用于多个降压转换器电路连接而成的多相转换器。本说明书所公开的技术能够应用于多个电压转换器电路并联连接的多相转换器。并联连接的电压转换器的数量可以是任意的。
并联连接的电压转换器电路是具备电抗器的斩波型的电压转换器。各个电压转换器电路具备计测向电压转换器电路输入的电流的电流传感器5。电流传感器5计测在电抗器4中流动的电流。若在图1的二极管7与输出端正极12a之间连接电流传感器5，则电流传感器5的计测值的脉动变大。在脉动大的计测值下，准确性下降。通过与连接于电压转换器电路的输入正极端11a的电抗器4串联地连接电流传感器5，能够得到脉动少的计测值。
以上，虽然详细说明了本发明的具体例，但它们只不过是例示，并不限定权利要求书。在权利要求书所记载的技术中，包括对以上例示的具体例进行各种变形、变更而得到的技术。本说明书或附图所说明的技术要素能够以单独或各种组合的方式发挥技术有用性，不限定于申请时权利要求记载的组合。另外，本说明书或附图所例示的技术能够同时达成多个目的，达成其中一个目的自身就具有技术有用性。
标号说明
2：多相转换器3a～3d：转换器电路3a～3d：升压转换器电路4：电抗器5：电流传感器6：开关元件9：控制器21：燃料电池22：功率变换器24蓄电池25、26：电压传感器27：电流传感器28：传感器29：上位控制器100：电动汽车。

Claims (4)

1.一种多相转换器，具备：
并联连接的多个电压转换器电路；
电流传感器，设置于各个所述电压转换器电路；及
控制器，算出向所述多相转换器输入的总输入电流的推定值，在全部的所述电流传感器的计测值的总和与所述推定值之差偏离了规定的容许范围的情况下输出表示所述电流传感器的异常的异常通知信号。
2.根据权利要求1所述的多相转换器，
所述控制器将向所述多相转换器的输入功率或所述多相转换器的输出功率除以向所述多相转换器的输入电压来算出所述推定值。
3.根据权利要求1或2所述的多相转换器，
所述控制器在所述总和与所述推定值之差偏离了所述容许范围的情况下，将所述推定值除以所述电压转换器电路的数量而得到的值与各个所述电流传感器的所述计测值之差的绝对值最大的所述电流传感器确定为发生了异常的所述电流传感器。
4.根据权利要求1或2所述的多相转换器，
控制器在所述总和与所述推定值之差偏离了所述容许范围的情况下，
算出对所述推定值乘以(N-1)/N而得到的第一值和从所述总和减去各个所述电流传感器的所述计测值而得到的多个第二值，其中，N是多个所述电压转换器的数量，
将在所述第一值与各个所述第二值之差的绝对值最小的所述第二值的算出时排除的所述电流传感器确定为发生了异常的所述电流传感器。
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