CN112600412A - 电力控制装置 - Google Patents

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山口修功
中村优太
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Abstract

本电力控制装置具备：逆变器，驱动电动机；升降压转换器，执行将来自第1直流电源的电力升压而供给至逆变器的升压动作、以及将来自逆变器的电力降压而供给至第1直流电源的降压动作；第1电容器，被设置在第1直流电源和升降压转换器之间；第2电容器，被设置在升降压转换器和逆变器之间；以及控制装置，从第2直流电源被供给电力，在车辆发生了碰撞的情况下，执行使第2电容器的残留电荷放电的放电控制。升降压转换器包括：作为开关元件的上臂以及下臂；以及电抗器，包括第1端部以及第2端部，第1端部与第1电容器连接，第2端部被连接在上臂和下臂之间。作为放电控制，控制装置将下臂固定在截止状态，以规定的占空比对上臂进行开关控制。

Description

电力控制装置
技术领域
本发明涉及电力控制装置。
本申请要求基于2019年10月2日向日本国提出申请的特愿2019－181832号的优先权，将其内容沿用于此。
背景技术
在国际公开第2011/089723号中公开了电力控制装置，被安装在车辆上，将来自电池的直流电力变换为交流电力后供给至电动发电机，将在电动发电机中产生的交流电力变换为直流电力后供给至上述电池。
上述电力控制装置具备升降压转换器、第1电容器、第2电容器以及电动机ECU(Electronic Control Unit，电子控制单元)。升降压转换器具备成为上臂以及下臂的两个开关元件和电抗器，被设置在电池和逆变器之间。
第1电容器是被设置在电池和升降压转换器之间(初级侧)的平滑电容器。第2电容器是被设置在升降压转换器和逆变器之间(次级侧)的平滑电容器。电动机ECU控制上臂以及下臂。
但是，在由于发生了车辆的碰撞的情况等，车辆停车的情况下，需要将电力控制装置从电池分离，并迅速地使第2电容器的残留电荷消耗。因此，上述电动机ECU进行将升降压转换器的上臂和下臂交替地接通的控制，执行将第2电容器的残留电荷放电的放电控制。
发明内容
发明要解决的课题
可是，在上述电力控制装置中，由于放电控制，第2电容器的残留电荷流入至第1电容器，初级侧的电压变为过电压。其结果，在上述电力控制装置中，从设备保护的观点出发，存在升降压转换器的动作停止的可能性。因此，本发明者们，为了防止初级侧的电压变为过电压，考虑以规定的占空比分别控制第1电容器以及第2电容器，使得初级侧的电压被维持为目标值。但是，在该情况下，存在通过升降压转换器升压的电力从初级侧被供给至次级侧的情况，所以有次级侧的电压变为过电压的危险。其结果，无法将第2电容器的残留电荷放电。
本发明是鉴于这样的情况而完成的，目的是提供抑制初级侧以及次级侧的电压变为过电压，并且能够将第2电容器的残留电荷放电的电力控制装置。
用于解决课题的手段
(1)本发明的一个方式是具有电动机、第1直流电源、第2直流电源的车辆的电力控制装置，该电力控制装置具备：逆变器，驱动所述电动机；升降压转换器，执行将来自所述第1直流电源的电力升压而供给至所述逆变器的升压动作、以及将来自所述逆变器的电力降压而供给至所述第1直流电源的降压动作；第1电容器，被设置在所述第1直流电源和所述升降压转换器之间；第2电容器，被设置在所述升降压转换器和所述逆变器之间；以及控制装置，从所述第2直流电源被供给电力，在所述车辆发生了碰撞的情况下，执行使所述第2电容器的残留电荷放电的放电控制，所述升降压转换器具备：作为开关元件的上臂以及下臂；以及电抗器，包括第1端部以及第2端部，所述第1端部被连接到所述第1电容器，所述第2端部被连接到所述上臂和所述下臂之间，作为所述放电控制，所述控制装置将所述下臂固定在截止状态，以规定的占空比对所述上臂进行开关控制。
(2)在上述(1)的电力控制装置中，所述车辆的辅机也可以被连接在所述第1直流电源和所述升降压转换器之间。
(3)在上述(1)或者上述(2)的电力控制装置中，也可以还具备：备用电源，在从所述第2直流电源至所述控制装置的电力供给被停止的情况下，将所述第1电容器中积累的电力供给至所述控制装置。
(4)在从上述(1)至(3)的任意1项电力控制装置中，也可以如以下那样构成：还具备：电压传感器，测量所述第1电容器的端子间电压，所述控制装置基于在所述电压传感器中测量的所述端子间电压、和作为所述端子间电压的目标值的第1目标值，求出所述规定的占空比。
(5)在上述(4)的电力控制装置中，也可以如以下那样构成：还具备：电流传感器，测量在所述电抗器中流动的电流，所述控制装置基于在所述电压传感器中测量的所述端子间电压与所述第1目标值的差分，求出作为所述电流的目标值的第2目标值，并求出所述规定的占空比，使得在所述电流传感器中测量的所述电流变为所述第2目标值。
发明的效果
如以上说明的那样，根据本发明的上述各方式，可以提供抑制初级侧以及次级侧的电压变为过电压，能够将第2电容器的残留电荷放电的电力控制装置。
附图说明
图1是表示具备本发明的一个实施方式的电力控制装置的车辆A的结构的方框图。
图2是说明用于进行该实施方式的控制部21的放电控制的功能部的方框图。
图3是说明该实施方式的电力控制装置1的放电控制的曲线图，横轴表示时间，纵轴表示电压。
附图标记说明
1 电力控制装置
2 接触器
3 第1电容器
4 升降压转换器
5 辅机
6 第2电容器
7 第1电压传感器
8 第2电压传感器
15 电动机ECU(控制装置)
T1 开关元件(上臂)
T2 开关元件(下臂)
具体实施方式
以下，使用附图说明本发明的一个实施方式的电力控制装置。图1是表示具备本实施方式的电力控制装置的车辆A的结构的方框图。此外，图1所示的车辆A例如是混合动力汽车或电动汽车。
如图1所示，车辆A具备电池BT、电动发电机MG以及电力控制装置1。
电池BT例如是锂离子电池等可再充电的二次电池。
电动发电机MG为交流旋转电机。例如，电动发电机MG被用作由车辆A的发动机(未图示)驱动的发电机，并且也被用作起动该发动机的电动机。电动发电机主要作为电动机动作，驱动车辆A的车轮(未图示)。另一方面，在车辆A的制动时或下行斜面中的加速度降低时，电动发电机MG作为发电机动作，并将发电的电力(以下，称为“再生电力”。)再生到电力控制装置1中。
电力控制装置1将来自电池BT的直流电力变换为交流电力后供给至电动发电机MG。此外，电力控制装置1将在电动发电机MG中产生的交流电力即再生电力变换为直流电力后供给至电池BT。
在车辆A发生了碰撞的情况下，电力控制装置1执行使电力控制装置1中设置的平滑电容器的残留电荷(至少第2电容器6的残留电荷)放电的放电控制。
以下，说明本实施方式的电力控制装置1的概略结构。
本实施方式的电力控制装置1具备：接触器2、第1电容器3、升降压转换器4、辅机5、第2电容器6、第1电压传感器7、第2电压传感器8、逆变器9、控制电源10、二极管11、备用电源12、电流传感器13、以及电动机ECU(Electronic Control Unit)15。另外，电动机ECU15为本发明的“控制装置”的一例。
接触器2在外部ECU14的控制下，连接电池BT和升降压转换器4之间，或者解除电池BT和升降压转换器4之间的连接。
第1电容器3是设置在升降压转换器4的初级侧(电池BT侧)的平滑用的电容器。即，第1电容器3被设置在电池BT和升降压转换器4之间。
升降压转换器4具备：电抗器L、被串联连接的开关元件T1、T2、以及与开关元件T1、T2在相反方向上并联连接的二极管D1、D2。
电抗器L具备第1端部以及第2端部。电抗器L的第1端部被连接到接触器2以及第1电容器3。电抗器L的第2端部被连接在开关元件T1(上臂)和开关元件T2(下臂)之间。另外，作为开关元件T1、T2可以使用IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor：绝缘栅双极晶体管)或者FET(Field Effective Transistor：场效应晶体管)。
通过由电动机ECU15的控制而导通或者截止开关元件T1、T2，升降压转换器4进行将来自电池BT(第1直流电源)的电力升压而供给至逆变器9的升压动作，或者进行将来自逆变器9的电力降压而供给至电池BT的降压动作。
辅机5被连接到升降压转换器4的初级侧。即，辅机5被连接在接触器2和电抗器L的第1端部之间。在接触器2为打开(断开状态)，电池BT和升降压转换器4之间的连接被解除的情况下，辅机5将第1电容器3中积累的电力作为动作源而动作。
第2电容器6是被设置在升降压转换器4的次级侧(逆变器9侧)的平滑用的电容器。即，第2电容器6被设置在升降压转换器4和逆变器9之间。
第1电压传感器7是被安装在第1电容器3的两端子间，测量第2电容器6的两端子间的电压值Vc1(以下，称为“端子间电压值Vc1”。)的传感器。第1电压传感器7将测量到的端子间电压值Vc1输出到电动机ECU15。
第2电压传感器8是被安装在第2电容器6的两端子间，测量第2电容器6的两端子间的电压值Vc2(以下，称为“端子间电压值Vc2”。)的传感器。第2电压传感器8将测量到的端子间电压值Vc2输出到电动机ECU15。
逆变器9旋转驱动车辆A的电动发电机MG。逆变器9将从升降压转换器4供给的直流电力变换为交流电力而供给至电动发电机MG。此外，逆变器9将从电动发电机MG再生的再生电力变换为直流电力，供给至升降压转换器4。此外，逆变器9也可以通过电动机ECU15进行控制。
控制电源10(第2直流电源)是经由电源线L对电动机ECU15供给电力的直流电源。具体地说，控制电源10是电动机ECU15的电源，将作为电动机ECU15的动作源的控制电压供给至电动机ECU15。另外，控制电源10可以使用镍氢电池或锂离子电池这样的二次电池。此外，控制电源10也可以使用电双层电容(电容器)，以取代二次电池。
二极管11的阳极被连接到控制电源10的正端子，阴极被连接到电动机ECU15。该二极管11是防止逆流用的二极管。
备用电源12是控制电源10的备用电源。备用电源12使用在第1电容器3中积累的电力，生成作为电动机ECU15可动作的电压的备用电压Va，供给至电动机ECU15。例如，备用电源12将第1电容器3中积累的电力作为电动机ECU15的动作电力进行供给。例如，备用电源12也可以具备DCDC转换器。另外，备用电源12始终向电动机ECU15供给备用电压Va。
电流传感器13测量电抗器L中流动的电流值IL，将该测量的电流值IL输出到电动机ECU15。
外部ECU14进行电池BT的充放电控制以及接触器2的控制。具体地说，在车辆A产生了异常(例如，电池异常、车辆A的碰撞等)的情况、或者点火熄灭的情况下，外部ECU14控制接触器2来解除电池BT和升降压转换器4之间的连接，将放电指令信号输出到电动机ECU15。例如，外部ECU14通过来自车辆A中安装的碰撞检测装置(例如，Supplemental RestraintSystem，辅助约束系统)的碰撞检测信号来检测车辆A的碰撞。
电动机ECU15通过进行升降压转换器4以及逆变器9的驱动控制，进行电动发电机MG的旋转控制。电动机ECU15通过控制升降压转换器4的开关元件T1、T2的各自的开关，控制升降压转换器4的升压动作以及降压动作。此外，在车辆A发生了碰撞的情况下，电动机ECU15接收从外部ECU14输出的放电指令信号，至少开始将第2电容器6中积累的电荷迅速放电的放电控制。
该放电控制是，通过将开关元件T2(下臂)固定在截止状态，以规定的占空比D对开关元件T1(上臂)进行开关控制，将升降压转换器4仅限定在降压动作而进行动作，从而将第1电容器3以及第2电容器6中的至少第2电容器6中积累的电荷放电的控制。
另外，该电动机ECU15的电源是控制电源10以及备用电源12。电动机ECU15也可以通过CPU(Central Processing Unit，中央处理单元)或者MPU(Micro-Processing Unit，微处理单元)等微处理器、MCU(Memory Control Unit，存储器控制单元)等微控制器等构成。
以下，使用图2说明用于进行本实施方式的控制部21的放电控制的功能部。图2是说明用于进行本实施方式的控制部21的放电控制的功能部的方框图。
控制部21具备占空比生成部30以及驱动控制部40。
占空比生成部30具备第1偏差器31、第1PI控制器32、第2偏差器33、第2PI控制器34以及运算器35。
第1偏差器31从第1电压传感器7获取第1电压传感器7测量的端子间电压值Vc1。此外，第1偏差器31读取电动机ECU15的存储部(例如，非易失性存储器)中存储的目标电压值VM(第1目标值)。该目标电压值VM是第1电容器3的端子间电压的目标值。并且，第1偏差器31求从第1电压传感器7获取的端子间电压值Vc1、与读取的第1目标值VM1的差分ΔV。并且，第1偏差器31将求出的差分ΔV输出到第1PI控制器32。
第1PI控制器32通过对第1偏差器31求出的差分ΔV应用PI控制(Proportional-Integral Control，比例积分控制)，求在电抗器L中流动的电流IL的目标值即目标电流值IM(第2目标值)。并且，第1PI控制器32将求出的目标电流值IM输出到第2偏差器33。
第2偏差器33从电流传感器13获取电流传感器13测量的电流IL。此外，第2偏差器33从第1PI控制器32获取目标电流值IM。并且，第2偏差器33求电流传感器13测量的电流IL与目标电流值IM之差ΔI。并且，第2偏差器33将求出的差ΔI输出到第2PI控制器34。
第2PI控制器34通过对第2偏差器33求出的差ΔI应用PI控制，求出使得电抗器L中流动的电流IL变为目标电流值IM的指令值。并且，第2PI控制器34将求出的指令值输出到运算器35。
运算器35求出与来自第2PI控制器34的指令值相应的占空比D，生成该占空比D的PWM(Pulse Width Modulation，脉冲宽度调制)信号。即，运算器35求出使得在电流传感器13中测量的电流IL变为目标电流值IM的占空比D。
驱动控制部40通过将运算器35生成的PWM信号输出到开关元件T1(上臂)的控制端子，以运算器35求出的占空比D对开关元件T1进行开关控制。
接着，使用图3说明本实施方式的电力控制装置1的放电控制的流动。图3是说明本实施方式的电力控制装置1的放电控制的图。
作为初始条件，电力控制装置1经由闭合状态的接触器2从电池BT获取电力。电动机ECU15以同一占空比对开关元件T1以及开关元件T2的每一个进行开关控制。由此，升降压转换器4将来自电池BT的电力升压，并通过将该升压后的电力供给至逆变器9，对电动发电机MG进行旋转驱动。在该情况下，在第1电容器3中，通过来自电池BT的电力蓄电电力。在第2电容器6中，通过在升降压转换器4中升压的电力进行蓄电。这里，控制电源10经由二极管11对电动机ECU15供给电力。备用电源12将来自第1电容器3的电力降压，对电动机ECU15供给电力。
如图3所示，首先，设为在时刻t1车辆A发生了碰撞。在该情况下，碰撞检测装置50检测车辆A的碰撞，在从时刻t1起经过规定时间后的时刻t2，将接触器2控制为断开状态，解除电池BT和升降压转换器4的连接。由此，从电池BT至升降压转换器4的电力的供给被停止。
这里，若电池BT与升降压转换器4的连接被解除，则从第1电容器3向辅机5以及备用电源12供给电力。但是，在电动发电机MG为旋转状态的情况下，在电动发电机MG中发生的再生电力在升降压转换器4中被降压，被供给至第1电容器3。因此，第1电容器3的端子间电压值Vc1有从时刻t2缓慢地上升的情况。
在时刻t3，电动机ECU15若从外部ECU14接收放电指令信号，则将开关元件T2(下臂)固定在截止状态，执行以使得电流传感器13中测量的电流IL变为目标电流值IM的占空比D对开关元件T1(上臂)进行开关控制的放电控制。由此，第1电容器3的端子间电压值Vc1被维持为低于过电压值Vo的目标电压值VM，并且升降压转换器4的升压动作被限制。由此，初级侧以及次级侧的过电压被抑制。
此外，在第2电容器6的端子间电压值Vc1超过目标电压值VM的情况下，不进行从第2电容器6至第1电容器3的电荷的移动。在该情况下，从第1电容器3对辅机5以及备用电源12供给电力，第1电容器的端子间电压值Vc1降低。另外，也可以在时刻t3以后的时间段中，控制部21驱动逆变器9，将第2电容器6中积累的一部分电力，经由逆变器9对电动发电机MG放电(以下，“称为电动机负载放电”。)。此外，在通过该电动机负载放电，端子间电压值Vc1高于端子间电压值Vc2的情况下，在放电控制中，电力从第1电容器3经由二极管D1对电动发电机MG放电。
在时刻t4中，若第1电容器3的端子间电压值Vc1低于目标电压值VM，则第2电容器6的电荷移动到第1电容器3。由此，第1电容器3的端子间电压值Vc1一边被维持在目标电压值VM，第2电容器6的端子间电压值Vc2一边降低。并且，在时刻t5中，若端子间电压值Vc1大于端子间电压值Vc2，则电荷从第1电容器3移动到第2电容器6，若端子间电压值Vc2大于端子间电压值Vc1，则电荷从第2电容器6移动到第1电容器3。因此，在时刻t5以后，端子间电压值Vc1以及端子间电压值Vc2缓慢地减少，第1电容器3以及第2电容器6中积累的电荷被放电。并且，在时刻t6中，端子间电压值Vc1以及端子间电压值Vc2降低至规定值Vp的情况下，电动机ECU15也可以停止放电控制。此外，控制部21也可以在来自外部ECU14的放电指示信号消失了的情况下，停止放电控制。
以上，参照附图详细叙述了本发明的一个实施方式，但是具体的结构不仅限于该实施方式，还包含不脱离本发明的宗旨的范围的设计等。由此，还能够采用例如以下说明的变形例。
(变形例)
上述实施方式的电力控制装置1也可以不将控制电源10以及二极管11包含在结构中。
以上，如说明的那样，作为放电控制，电动机ECU15将开关元件T2(下臂)固定在截止状态，以规定的占空比D对开关元件T1(上臂)进行开关控制。
按照这样的结构，可以抑制初级侧以及次级侧的电压变为过电压，将第2电容器的残留电荷放电。
此外，辅机也可以被连接到上述升降压转换器4的初级侧。通过这样的结构，第1电容器3的电荷被放电，可以抑制初级侧的电压变为过电压。由此，从设备保护的观点出发，可以不停止升降压转换器4的动作而执行放电控制。
此外，也可以通过计算机实现上述的电动机ECU15的全部或者一部分。在该情况下，上述计算机也可以具备CPU(Central Processing Unit，中央处理单元)、GPU(GraphicsProcessing Unit，图形处理单元)等处理器以及计算机可读取的记录介质。并且，也可以通过将用于通过计算机实现上述电动机ECU15的全部或者一部分功能的程序记录在上述计算机可读取的记录介质中，使该记录介质中记录的程序读入至上述处理器并执行来实现。这里，“计算机可读取的记录介质”是指，软盘、光磁盘、ROM、CD－ROM等可移动介质、计算机系统中内置的硬盘等存储装置。进而，“计算机可读取的记录介质”也可以包含：如经由因特网等网络或电话线路等通信线路发送程序的情况的通信线那样，在短时间期间动态地保持程序的介质、如成为该情况的服务器或客户的计算机系统内部的易失性存储器那样，在一定时间内保持程序的介质。此外，上述程序可以是用于实现上述的一部分功能的程序，也可以通过与已在计算机系统中记录的程序的组合来实现更前叙述的功能的程序，也可以是使用FPGA(Field Programmable Gate Array，现场可编程门阵列)等可编程逻辑设备来实现的程序。
工业上的可利用性
按照本发明，可以提供抑制初级侧以及次级侧的电压变为过电压，并且能够将第2电容器的残留电荷放电的电力控制装置。由此，工业上的可利用性大。

Claims (5)

1.一种电力控制装置，是具有电动机、第1直流电源、第2直流电源的车辆的电力控制装置，其特征在于，
所述电力控制装置具备：
逆变器，驱动所述电动机；
升降压转换器，执行将来自所述第1直流电源的电力升压而供给至所述逆变器的升压动作、以及将来自所述逆变器的电力降压而供给至所述第1直流电源的降压动作；
第1电容器，被设置在所述第1直流电源和所述升降压转换器之间；
第2电容器，被设置在所述升降压转换器和所述逆变器之间；以及
控制装置，从所述第2直流电源被供给电力，在所述车辆发生了碰撞的情况下，执行使所述第2电容器的残留电荷放电的放电控制，
所述升降压转换器具备：
作为开关元件的上臂以及下臂；以及
电抗器，包括第1端部以及第2端部，所述第1端部被连接到所述第1电容器，所述第2端部被连接到所述上臂和所述下臂之间，
作为所述放电控制，所述控制装置将所述下臂固定在截止状态，以规定的占空比对所述上臂进行开关控制。
2.如权利要求1所述的电力控制装置，其特征在于，
所述车辆的辅机被连接在所述第1直流电源和所述升降压转换器之间。
3.如权利要求1所述的电力控制装置，其特征在于，
还具备：备用电源，在从所述第2直流电源至所述控制装置的电力供给被停止的情况下，将所述第1电容器中积累的电力供给至所述控制装置。
4.如权利要求1所述的电力控制装置，其特征在于，
还具备：电压传感器，测量所述第1电容器的端子间电压，
所述控制装置基于在所述电压传感器中测量的所述端子间电压、和作为所述端子间电压的目标值的第1目标值，求出所述规定的占空比。
5.如权利要求4所述的电力控制装置，其特征在于，
还包括：电流传感器，测量在所述电抗器中流动的电流，
所述控制装置基于在所述电压传感器中测量的所述端子间电压与所述第1目标值的差分，求出作为所述电流的目标值的第2目标值，
所述控制装置求出所述规定的占空比，使得在所述电流传感器中测量的所述电流变为所述第2目标值。
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