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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Fahrzeug-Stromversorgungsvorrichtung, die mit zumindest einem Wechselrichter, der Gleichstrom-Eingangsspannung in Wechselstrom-Ausgangsspannung umwandelt, und einem Wandler, der die Gleichstrom-Eingangsspannung in Gleichstrom-Ausgangsspannung umwandelt, konfiguriert ist.
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Beschreibung des Stands der Technik
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Ein Fahrzeug, wie etwa ein Hybridauto, das elektrische Energie verwendet, ist mit einem Antriebsmotor, einer Hochspannungsbatterie zum Zuführen elektrischen Stroms an den Antriebsmotor und einem Wechselrichter ausgerüstet. Die Spannung der Hochspannungsbatterie erreicht im Allgemeinen 100 V bis 400 V; der Wechselrichter wandelt die Gleichspannung der Hochspannungsbatterie in Wechselspannung um, um so dem Antriebsmotor Strom zuzuführen. Darüber hinaus wird elektrische Ausrüstung eines 12-V-Systems in einem konventionellen Auto mit Strom durch einen Generator gespeist, der, durch seinen Verbrennungsmotor angetrieben, Elektrizität erzeugt. Jedoch hat das Hybridauto einen Modus des Motorstopps; daher ist das Auto mit einem Wandler ausgerüstet, der die Spannung der Hochspannungsbatterie in die Spannung des 12-V-Systems umwandelt, um so der 12-V-System-Elektroausrüstung Strom zuzuführen. Der vorstehende Wechselrichter und Wandler sind im Fahrzeug in verschiedenen Konfigurationen montiert, wie etwa jene, bei denen der Wechselrichter und der Wandler in ihren entsprechenden getrennten Gehäusen montiert sind und die Gehäuse integral in einem Stück ausgebildet sind (siehe Patentdokument 1), und der Wechselrichter und Wandler im selben Gehäuse montiert sind.
- Patentdokument 1: Japanische Patentoffenlegungsschrift JP 2013 - 99 053 A
- Patentdokument 2: US 2010 / 0 054 010 A1
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Jedoch sind der Wechselrichter und Wandler im Patentdokument 1 mit ihren entsprechenden Steuerschaltungen und Stromversorgungsschaltungen versehen, und Komponenten auf den Substraten sind nicht zwischen ihnen geteilt, wodurch ein Problem der Vorrichtungsgröße verursacht wird und die Kosten steigen. Insbesondere da die ISO 26262:2011 Funktionalsicherheitsnorm, die auf Fahrzeuge abgezielt, erfordert, dass die Zuverlässigkeit der Vorrichtung sicher erzielt wird, hat das vorstehende Problem wachsende Aufmerksamkeit auf sich gezogen. Daher ist es nun eine dringende Angelegenheit, dass die Fahrzeuge mit der funktionalen Sicherheitsnorm zu niedrigeren Kosten kompatibel sind.
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Darüber hinaus unterscheidet sich eine Elektrolastkapazität für elektrische Ausstattung allgemein von Fahrzeug zu Fahrzeug; daher müssen für jedes Fahrzeug geeignete Wandler montiert werden. Der Teil, der am meisten Modifikationen unterworfen ist, abhängig von der elektrischen Lastkapazität, ist eine Leistungseinheit innerhalb des Wandlers. Die Fahrzeugstromversorgungsvorrichtung gemäß Patentdokument 1 ist mit dem Wechselrichter und Wandler integral in einem Stück ausgebildet konfiguriert; der Wandler beinhaltet eine Steuereinheit, eine Stromversorgungs-Schaltungseinheit und eine Leistungseinheit. Um die elektrische Lastkapazität zu ändern, das heißt um die Leistungseinheit des Wandlers in der Konfiguration von Patentdokument 1 zu modifizieren, muss nicht nur das interne Layout des Wandlers neu angeordnet werden, sondern auch die den Inverter einschließenden Gesamtabmessungen müssen geändert werden. Weiterhin sind der Wechselrichter und der Wandler integral in einem Teil ausgebildet; daher müssen, falls einer von ihnen ausfällt, beide ersetzt werden.
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Patentdokument 2 betrifft ein Verfahren und System zum Invertieren von in einem Fahrzeug gespeicherter Gleichstromenergie in Wechselstromenergie, die zur Versorgung von Geräten oder anderen Vorrichtungen ausreicht, die traditionell Wechselstromenergie aus einer Wandsteckdose erhalten.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung ist gemacht worden, um das vorstehende Problem zu lösen und zielt auf die Bereitstellung einer Fahrzeugstromversorgungsvorrichtung ab, die Reduktion bei Größe und Kosten der Vorrichtung erzielen kann, sichere Flexibilität gegenüber Spezifikationsänderung und welche die Wartbarkeit beim Auftreten irgendeines Ausfalls verbessern kann.
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Eine Fahrzeugstromversorgungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst: einen DC-DC-Wandler, welche Gleichstrom-Eingangsspannung aus einer Antriebsbatterie in Gleichstrom-Ausgangsspannung wandelt; zumindest ein Substrat des DC-DC-Wandlers; ein Wandlergehäuse, das zumindest den DC-DC-Wandler und das Substrat des DC-DC-Wandlers aufnimmt; eine Wechselrichterschaltung, welche die Gleichstrom-Eingangsspannung in Wechselstrom-Ausgangsspannung wandelt; eine Wechselrichtersteuereinheit, welche die Wechselrichterschaltung steuert; eine Wechselrichter-Stromversorgungsschaltung, die Strom der Wechselrichtersteuereinheit zuführt; eine Hochspannungs-Detektionsschaltung, welche die Gleichstrom-Eingangsspannung der Wechselrichterschaltung detektiert; eine Treiberschaltung des DC-DC-Wandlers, welche Schaltelemente in den DC-DC-Wandler antreibt; ein Substrat der Wechselrichterschaltung, auf dem zumindest die Wechselrichtersteuereinheit, die Wechselrichter-Stromversorgungsschaltung, die Hochspannungs-Detektionsschaltung und die Treiberschaltung des DC-DC-Wandlers montiert sind; ein Wechselrichtergehäuse, das zumindest die Wechselrichterschaltung und das Substrat der Wechselrichterschaltung aufnimmt; und Verbindungsdrähte, die zwischen dem Substrat des DC-DC-Wandlers und dem Substrat der Wechselrichterschaltung vorgesehen sind, um diese Substrate miteinander zu verbinden; wobei über die Verbindungsdrähte gesendete Signale zumindest ein Steuersignal des DC-DC-Wandlers, ein internes Spannungssignal des DC-DC-Wandlers, ein internes Stromsignal des DC-DC-Wandlers, ein internes Temperatursignal des DC-DC-Wandlers und ein Gleichstrom-Eingangsspannungssignal beinhalten; der DC-DC-Wandler durch die Wechselrichtersteuerschaltung über die Verbindungsdrähte gesteuert und diagnostiziert wird; die Wechselrichtersteuereinheit eine Einheit zur Bestimmung einer Freigabe des DC-DC-Wandlers beinhaltet, die feststellt, ob der DC-DC-Wandler angetrieben werden kann oder nicht, basierend auf dem durch die Hochspannungs-Detektionsschaltung detektierten Gleichstromeingangsspannungswert; und wenn die durch die Hochspannungs-Detektionsschaltung detektierte Gleichstromeingangsspannung einen vorbestimmten Bereich übersteigt, die Einheit zur Bestimmung einer Freigabe des DC-DC-Wandlers an die Treiberschaltung des DC-DC-Wandlers ein Stopp-Steuersignal des DC-DC-Wandlers ausgibt.
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Gemäß der Fahrzeugstromversorgungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung können die Steuereinheit, die Stromversorgungsschaltung und die Hochspannungs-Detektionsschaltung auf der Wechselrichterseite mit der Wandlerseite geteilt werden, wodurch eine Reduktion bei der Größe und den Kosten des Wandlers erzielt wird. Die Steuereinheit auf der Wechselrichterseite hat auch eine Funktion des Ausgebens des Stopp-Steuersignals des DC-DC-Wandlers, basierend auf der durch die Hochspannungs-Detektionsschaltung detektierten Spannung, wenn der Spannungswert den vorgegebenen Bereich übersteigt. Dadurch kann eine Funktion des Detektierens einer Abnormalität bei der Wandlereingangsspannung erzielt werden, ohne die Hochspannungs-Detektionsschaltung auf dem Substrat des DC-DC-Wandlers zu montieren.
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Darüber hinaus, wenn die Elektrolastkapazität verändert wird, das heißt die Leistungseinheit des Wandlers modifiziert wird, da nur die Leistungseinheit des Wandlers im getrennten Gehäuse untergebracht ist, kann die Modifikation innerhalb nur der Leistungseinheit abgeschlossen werden, so dass die, den Wechselrichter enthaltenden Abmessungen nicht mehr länger geändert werden müssen. Daher kann die Flexibilität der Fahrzeugstromversorgungsvorrichtung gegenüber Änderungen bei der Spezifikation der Fahrzeugelektrolastkapazität sichergestellt werden.
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Die vorstehende und andere Aufgaben, Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung der vorliegenden Erfindung bei Zusammenschau mit den beigefügten Zeichnungen ersichtlicher.
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Figurenliste
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- 1A und 1B sind beide eine Ansicht, welche die Konfiguration einer Fahrzeugstromversorgungsvorrichtung gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung zeigt;
- 2A und 2B sind beide eine Ansicht, welche die Konfiguration einer Fahrzeugstromversorgungsvorrichtung gemäß Ausführungsform 2 der Erfindung zeigt; und
- 3A und 3B sind beide eine Ansicht, welche die Konfiguration einer Fahrzeugstromversorgungsvorrichtung gemäß Ausführungsform 3 der vorliegenden Erfindung zeigt.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGEN AUSFÜHRUNGSFORM
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Nachfolgend werden Fahrzeugstromversorgungsvorrichtung gemäß Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert.
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Ausführungsform 1
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1A und 1B sind beide eine Ansicht, welche die Konfiguration einer Fahrzeugstromversorgungsvorrichtung gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung zeigen. In 1A und 1B bezeichnet das Bezugszeichen 101 eine Antriebsbatterie, welche eine Hochspannungsbatterie ist, die als Stromversorgungsquelle für einen Motor 102 zum Antreiben eines Fahrzeugs dient, und die Gleichstromspannung an einen DC-DC-Wandler 107 und an eine Wechselrichterschaltung 108, die später beschrieben werden, liefert. Das Bezugszeichen 103 bezeichnet eine 12-V-System-Elektriklast einschließlich Lampen, Audioausstattung und einer Steuereinheit; das Bezugszeichen 104 bezeichnet eine Hilfsbatterie zum Liefern von Strom an die Elektriklast 103 des Fahrzeugs, und die auf einer Niederspannungsseite des DC-DC-Wandler 107 montiert und durch den Wandler geladen wird.
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Das Bezugszeichen 105 bezeichnet ein Wechselrichtergehäuse, das ein erstes Gehäuse ist, in welchem eine Wechselrichter-Leistungseinheit einschließlich einer Wechselrichterschaltung 108 und eines Substrat der Wechselrichterschaltungs 116 montiert und aufgenommen ist; das Bezugszeichen 106 bezeichnet ein Wandlergehäuse, das ein zweites Gehäuse ist, in welchem eine Wandlerleistungseinheit einschließlich dem DC-DC-Wandler 107 montiert und aufgenommen ist.
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Der DC-DC-Wandler 107 ist mit zumindest nicht illustrierten Schaltelementen (beispielsweise MOSFETs), Magnetteilen einschließlich eines Isolationstransformators, einem Spannungssensor, einem Stromsensor und einem Temperatursensor versehen; der DC-DC-Wandler 107 enthält in dieser Ausführungsform 1 ein Substrat des DC-DC-Wandlers.
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Darüber hinaus ist die Wechselrichterschaltung 108 mit zumindest nicht illustrierten Schaltelementen (beispielsweise IGBTs), einem Glättungskondensator, einem Resolver, einem Stromsensor und einem Temperatursensor konfiguriert.
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Das Bezugszeichen 109 bezeichnet ein Strom-/Temperatur-Detektionsschaltung zum Detektieren eines Stroms und einer Temperatur innerhalb der Wechselrichterschaltung 108; das Bezugszeichen 110 bezeichnet eine Hochspannungs-Detektionsschaltung zum Detektieren einer Gleichstrom-Eingangsspannung in die Wechselrichterschaltung 108. Die Hochspannungs-Detektionsschaltung ist in dieser Ausführungsform 1 nicht innerhalb des Wandlers vorgesehen, aber der Wandler wird durch die, durch die Hochspannungs-Detektionsschaltung 110 innerhalb des Wechselrichters detektierte Spannung gesteuert. Dadurch kann eine Reduktion bei der Größe und den Kosten des Wandlers erzielt werden.
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Das Bezugszeichen 111 bezeichnet eine Wechselrichterantriebsschaltung, die einen WechselrichterAntriebssignal zum Antreiben der Schaltelemente in der Wechselrichterschaltung 108 ausgibt; das Bezugszeichen 112 bezeichnet eine Resolver-Eingangs-/Ausgangsschaltung, durch welche ein Signal in den in der Wechselrichterschaltung 108 vorgesehenen Resolver ein und daraus ausgegeben wird.
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Das Bezugszeichen 113 bezeichnet eine Steuereinheit, welche Funktionen des Steuerns und Diagnostizieren der Wechselrichterschaltung und DC-DC-Wandler aufweist, und dazu dient, e Wechselrichterschaltung 108 und den DC-DC-Wandler 107 zu steuern, und die ein Stopp-Steuersignal des Wechselrichters oder ein Stopp-Steuersignal des DC-DC-Wandlers ausgibt, wenn eine Abnormalität im Wechselrichter oder Wandler auftritt, um so den Betrieb ihrer entsprechenden Hauptschaltungen zu stoppen. Zusätzlich weist die Steuereinheit auch eine Funktion des Ausgebens des Stopp-Steuersignal des DC-DC-Wandlerss, basierend auf der Spannung, welche die Hochspannungs-Detektionsschaltung 110 ausgibt, auf, wenn der Spannungswert einen vorgegebenen Bereich übersteigt. Dadurch kann die Funktion des Bestimmens einer Abnormalität der Wandlereingangsspannung selbst erzielt werden, falls die Hochspannungs-Detektionsschaltung nicht auf dem Substrat des DC-DC-Wandlers montiert ist. Jegliche Steuereinheit ist nicht innerhalb des Wandlers, wie in dieser Ausführungsform 1, vorgesehen, aber die Steuereinheit innerhalb des Wechselrichters wird mit dem Wandler geteilt, um so den Wandler zu steuern, wodurch eine Reduktion bei der Größe und den Kosten des Wandlers erzielt werden können.
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Das Bezugszeichen 114 bezeichnet eine Stromversorgungsschaltung zum Zuführen von Strom an zumindest die Steuereinheit 113, die Wechselrichterantriebsschaltung 111 und die Treiberschaltung des DC-DC-Wandlers 115. Es ist keinerlei Stromversorgungsschaltung auf der Wandlerseite in dieser Ausführungsform 1 vorgesehen, sondern die auf der Wechselrichterseite vorgesehene Stromversorgungsschaltung wird mit der Wandlerseite geteilt. Daher kann eine Reduktion bei der Größe und den Kosten des Wandlers erzielt werden.
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Das Bezugszeichen 115 bezeichnet die Treiberschaltung des DC-DC-Wandlers 115, die ein Steuersignal des DC-DC-Wandlers zum Antreiben der Schaltelemente in der DC-DC-Wandler 107 ausgibt; das Bezugszeichen 116 bezeichnet das Substrat der Wechselrichterschaltung, auf dem zumindest die Strom-/Temperatur-Detektionsschaltung 109, die Hochspannungs-Detektionsschaltung 110, die Wechselrichterantriebsschaltung 111, die Resolver-Eingabe-/Ausgabeschaltung 112, die Steuereinheit 113, die Stromversorgungsschaltung 114 und die Treiberschaltung des DC-DC-Wandlers 115 montiert sind. Das Bezugszeichen 117 bezeichnet Verbindungsdrähte zum Verbinden zumindest des Positionsdetektors 116 und des Substrat des DC-DC-Wandlerss (in dem DC-DC-Wandler 107 enthalten) miteinander; die Verbindungsdrähte 117 beinhalten Drähte für zumindest ein internes Spannungssignal des DC-DC-Wandlers, ein internes Stromsignal des DC-DC-Wandlers, ein internes Temperatursignal des DC-DC-Wandlers, ein Steuersignal des DC-DC-Wandlers und ein Gleichstrom-Eingangsspannungssignal. Zusätzlich, obwohl die Gleichstromeingangsspannung dem Wandler über das Substrat der Wechselrichterschaltung 116 in dieser Ausführungsform 1 zugeführt wird, kann die Spannung über eine Busschiene oder Drahtleitungssatz, außer dem Substrat der Wechselrichterschaltung 116, geliefert werden.
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Wie oben beschrieben, ist die Fahrzeugstromversorgungsvorrichtung gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung mit zumindest einem Wechselrichter, der die Gleichstromeingangsspannung in Wechselstromausgangsspannung wandelt, und einen Wandler, der die Gleichstromeingangsspannung ein Gleichstromausgangsspannung wandelt, konfiguriert, wobei eine Reduktion bei Größe und Kosten des Wandlers erzielt werden kann.
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Das heißt, dass eine Stromversorgungsschaltung, eine Steuereinheit wie etwa ein Mikroprozessor und eine Hochspannungs-Detektionsschaltung in sowohl den Wechselrichter- als auch Wandlerseiten bei einer konventionellen Vorrichtung vorgesehen sind; jedoch sind in der Fahrzeugstromversorgungsvorrichtung gemäß Ausführungsform 1 die Steuereinheit, die Stromversorgungsschaltung und die Hochspannungs-Detektionsschaltung, die in der Wechselrichterseite vorgesehen sind, mit der Wandlerseite geteilt, wodurch eine Reduktion bei der Größe und den Kosten des Wandlers erzielt wird.
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Darüber hinaus weist die Steuereinheit 113 auch die Funktion des Ausgebens des Stopp-Steuersignal des DC-DC-Wandlerss, basierend auf der Spannung der Hochspannungs-Detektionsschaltung 110 Ausgaben auf, wenn der Spannungswert den vorgegebenen Bereich übersteigt. Dadurch kann die Funktion des Bestimmens einer Abnormalität der Wandlereingangsspannung erzielt werden, selbst falls die Hochspannungs-Detektionsschaltung nicht auf dem Substrat des DC-DC-Wandlers montiert ist.
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Weiterhin differiert allgemein die Elektrolastkapazität von Fahrzeug zu Fahrzeug; daher müssen Fahrzeuge mit einem für jedes Fahrzeug geeigneten Wandler ausgerüstet sein. Der Teil, der Modifikationen am meisten unterliegt, abhängig von der Elektrolastkapazität, ist die Leistungseinheit innerhalb des Wandlers. Die Fahrzeugstromversorgungsvorrichtung gemäß Patentdokument 1 ist mit einem Wechselrichter und einem Wandler konfiguriert, die integral in einem Teil ausgebildet sind; der Wandler beinhaltet eine Steuereinheit, eine Stromversorgungsschaltungseinheit und eine Leistungseinheit. Um die elektrische Lastkapazität zu verändern, das heißt um die Leistungseinheit des Wandlers in einer konventionellen Vorrichtung wie oben zu modifizieren, muss nicht nur das interne Layout des Wandlers neu angeordnet werden, sondern auch die Abmessungen einschließlich des Wechselrichters müssen verändert werden. Im Gegensatz dazu, da nur die Leistungseinheit des Wandlers in einem getrennten Gehäuse in der Fahrzeugstromversorgungsvorrichtung gemäß Ausführungsform 1 aufgenommen ist, kann die Modifikation innerhalb nur der Leistungseinheit abgeschlossen werden, so dass eine Modifikation des Wandlers unnötig wird. Daher kann die Flexibilität der Fahrzeugstromversorgungsvorrichtung sichergestellt werden gegenüber Änderungen bei der Spezifikation der Fahrzeug-Elektrolastkapazität.
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Zusätzlich ist die konventionelle Fahrzeugstromversorgungsvorrichtung mit dem Wechselrichter und Wandler, die integral in einem Teil ausgebildet sind, konfiguriert; daher müssen, selbst wenn irgendeine von ihnen ausfällt, beide ersetzt werden. Im Gegensatz dazu muss, da in der Konfiguration der vorliegenden Ausführungsform der Wechselrichter und der Wandler in ihren entsprechenden getrennten Gehäusen montiert sind, nur eine ausgefallene Komponente ersetzt werden.
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Zusätzlich ist eine Erläuterung in dieser Ausführungsform 1 gegeben worden, die eine Konfiguration exemplifiziert, in der der Wechselrichter und der Wandler in ihren entsprechenden getrennten Gehäusen montiert sind und miteinander durch Verbindungsdrähte verbunden sind; jedoch kann diese Erfindung auf andere Konfigurationen angewendet werden, in denen beispielsweise der Wechselrichter und der Wandler in einem Gehäuse montiert sind. Weiterhin kann diese Erfindung auf eine Stapelkonfiguration ähnlich zu derjenigen in Patentdokument 1 angewendet werden.
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Ausführungsform 2
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2A und 2B sind beide eine Ansicht, welche die Konfiguration eines Kompressions-Selbstzündungs-Innenverbrennungsmotors gemäß Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung zeigt. In 2A und 2B bezeichnet das Bezugszeichen 201 eine Antriebsbatterie, welche eine Hochspannungsbatterie ist, die als eine Stromversorgungsquelle für einen Motor 202 beim Antreiben eines Fahrzeugs dient, und die Gleichstrom-Eingangsspannung an einen DC-DC-Wandler 207 und eine Wechselrichterschaltung 208, die später beschrieben werden, liefert.
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Das Bezugszeichen 203 bezeichnet eine 12-V-System-Elektrolast einschließlich Lampen, Audioausstattung und einer Steuereinheit; das Bezugszeichen 204 bezeichnet eine Hilfsbatterie zum Zuführen von Strom an die Elektrolast 203 des Fahrzeugs, welche auf der Niederspannungsseite der DC-DC-Wandler 207 montiert ist und durch den Wandler geladen wird.
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Das Bezugszeichen 205 bezeichnet ein Wechselrichtergehäuse, das ein erstes Gehäuse ist, in welchem eine Wechselrichter-Leistungseinheit einschließlich eines Substrat der Wechselrichterschaltungs 216 und einer Wechselrichterschaltung 208 montiert und aufgenommen ist; das Bezugszeichen 206 bezeichnet ein Wandlergehäuse, das ein zweites Gehäuse ist, in welchem eine Wandlerleistungseinheit einschließlich der DC-DC-Wandler 207 montiert und untergebracht ist.
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Die DC-DC-Wandler 207 ist mit zumindest nicht illustrierten Schaltelementen (beispielsweise MOSFETs), einen Isolationstransformator beinhaltenden Magnetteilen, einem Spannungssensor, einem Stromsensor und einem Temperatursensor konfiguriert; der DC-DC-Wandler 207 beinhaltet in dieser Ausführungsform 2 ein Substrat des DC-DC-Wandlers. Darüber hinaus ist die Wechselrichterschaltung 208 mit zumindest nicht illustrierten Schaltelementen (beispielsweise IGBTs), einem Glättungskondensator, einem Resolver, einem Stromsensor und einem Temperatursensor konfiguriert.
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Das Bezugszeichen 209 bezeichnet eine Strom-/Temperatur-Detektionsschaltung zum Detektieren eines Stroms und einer Temperatur in der Wechselrichterschaltung 208; das Bezugszeichen 210 bezeichnet eine Hochspannungs-Detektionsschaltung zum Detektieren der Gleichstrom-Eingangsspannung in der Wechselrichterschaltung 208. Irgendeine Hochspannungs-Detektionsschaltung ist nicht innerhalb eines Wandlers in dieser Ausführungsform 2 vorgesehen, aber der Wandler wird durch die durch die Hochspannungs-Detektionsschaltung innerhalb des Wechselrichters detektierte Spannung gesteuert. Daher kann eine Reduktion bei der Größe und den Kosten des Wandlers erzielt werden.
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Das Bezugszeichen 211 bezeichnet eine Wechselrichterantriebsschaltung, die einen WechselrichterAntriebssignal zum Antreiben der Schaltelemente in der Wechselrichterschaltung 208 ausgibt; das Bezugszeichen 212 bezeichnet eine Resolver-Eingangs-/Ausgangsschaltung, durch welche ein Signal in den in der Wechselrichterschaltung 208 vorgesehenen Resolver ein und daraus ausgegeben wird.
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Das Bezugszeichen 213 bezeichnet einen Haupt-Mikroprozessor, der eine Funktion des Steuerns der Wechselrichterschaltung 208 und des DC-DC-Wandler 207 wie auch eine Funktion des Überwachens eines Unter-Mikroprozessors 214, der später beschrieben wird, aufweist, und der zum Steuern der Wechselrichterschaltung 208 und des DC-DC-Wandler 207 dient, und ein Stopp-Steuersignal des Wechselrichters oder ein Stopp-Steuersignal des DC-DC-Wandlers ausgibt, wenn eine Diagnosefunktion des Unter-Mikroprozessors 214 eine Abnormalität des Wechselrichters oder Wandlers detektiert, um so den Betrieb ihrer entsprechenden Hauptschaltungen zu stoppen.
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Zusätzlich weist der Haupt-Mikroprozessor 213 auch eine Funktion des Ausgebens des Stopp-Steuersignal des DC-DC-Wandlerss, basierend auf der Spannung der Hochspannungs-Detektionsschaltung 210 Ausgaben auf, wenn der Spannungswert einen vorgegebenen Bereich übersteigt. Dadurch kann die Funktion der Bestimmung einer Abnormalität der WandlerEingangsspannung erzielt werden, selbst wenn die Hochspannungs-Detektionsschaltung nicht auf dem Substrat des DC-DC-Wandlers montiert ist. Wie oben beschrieben, führen der Haupt-Mikroprozessor und der Unter-Mikroprozessor innerhalb des Wechselrichters die Funktionen des Steuerns und Diagnostizierens des Wandlers in dieser Ausführungsform 2 durch, so dass eine Fahrzeug-Stromversorgungsvorrichtung, die der ISO 26262:2011 Funktionssicherheitsnorm entspricht, erhalten werden kann, während eine Reduktion bei den Kosten und der Größe des Wandlers erzielt wird.
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Das Bezugszeichen 214 bezeichnet den Unter-Mikroprozessor, der die Diagnosefunktion der Wechselrichterschaltung 208 und des DC-DC-Wandler 207 aufweist. Der Haupt-Mikroprozessor 213 und der Unter-Mikroprozessor 214 innerhalb des Wechselrichters führen die Funktion des Steuerns und Diagnostizierens des Wandlers in dieser Ausführungsform 2 durch, so dass eine Fahrzeug-Stromversorgungsvorrichtung, welche der ISO 26262:2011 Funktionssicherheitsnorm entspricht, erhalten werden kann, während eine Reduktion bei Größe und Kosten des Wandlers erzielt wird.
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Das Bezugszeichen 215 bezeichnet eine Stromversorgungsschaltung zum Zuführen von Strom zumindest an den Haupt-Mikroprozessor 213, den Unter-Mikroprozessor 214, die Wechselrichter-Antriebsschaltung 211 und eine Treiberschaltung des DC-DC-Wandlers 217. Es ist in dieser Ausführungsform 2 keinerlei Stromversorgungsschaltung innerhalb der Wandlerseite vorgesehen, sondern nur in der Wechselrichterseite. Daher kann eine Reduktion bei Größe und Kosten des Wandlers erzielt werden.
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Das Bezugszeichen 216 bezeichnet das Substrat der Wechselrichterschaltung, auf dem zumindest die Strom-/Temperatur-Detektionsschaltung 209, die Hochspannungs-Detektionsschaltung 210, die Wechselrichter-Antriebsschaltung 211, die Resolver-/Eingabe-/Ausgabeschaltung 212, der Haupt-Mikroprozessor 213, der Unter-Mikroprozessor 214 und die Stromversorgungsschaltung 215 montiert sind; das Bezugszeichen 217 bezeichnet die Treiberschaltung des DC-DC-Wandlers, die ein Steuersignal des DC-DC-Wandlers zum Antreiben der Schaltelemente in dem DC-DC-Wandler ausgibt, und die in dieser Ausführungsform 2 auf dem Substrat des DC-DC-Wandlers innerhalb des Wandlergehäuses 206 montiert ist. Das Bezugszeichen 218 bezeichnet Verbindungsdrähte zum Verbinden zumindest des Substrat der Wechselrichterschaltungs 216 und des Substrat des DC-DC-Wandlerss (in der DC-DC-Wandler 207 enthalten), miteiander; die Verbindungsdrähte 218 beinhalten Drähte für zumindest ein internes Spannungssignal des DC-DC-Wandlers, ein internes Stromsignal des DC-DC-Wandlers, ein internes Temperatursignal des DC-DC-Wandlers, ein Steuersignal des DC-DC-Wandlers, ein Stopp-Steuersignal des DC-DC-Wandlers, eine Stromversorgung für die Treiberschaltung des DC-DC-Wandlers und die Gleichstrom-Eingangsspannung.
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In dieser Ausführungsform 2 wird ein Fall, in welchem die Treiberschaltung des DC-DC-Wandlers auf dem Substrat des DC-DC-Wandlers montiert ist, für den Zweck des Sicherstellens der Signalqualität des Steuersignal des DC-DC-Wandlerss und von Rauschwiderstandsfähigkeit erwogen. Dazu sind die Verbindungsdrähte konfiguriert, einen Draht für das Stopp-Steuersignal des DC-DC-Wandlers zu erhalten, wodurch die DC-DC-Wandler 207 ohne Ausfall gestoppt werden kann, selbst wenn eine Abnormalität im Wandler auftritt. Zusätzlich, obwohl die Gleichstrom-Eingangsspannung dem Wandler über das Substrat der Wechselrichterschaltung 216 in dieser Ausführungsform 2 zugeführt wird, kann die Spannung über einen Bus, eine Schiene oder einen Verdrahtungsleitungssatz, der ein anderer ist als das Substrat der Wechselrichterschaltung 216, zugeführt werden.
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Wie oben beschrieben, ist die Fahrzeug-Stromversorgungsvorrichtung gemäß Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung mit zumindest einem Wechselrichter, der Gleichstrom-Eingangsspannung in Wechselstrom-Ausgangsspannung wandelt, und einem Wandler, der die Gleichstrom-Eingangsspannung in eine Gleichstrom-Ausgangsspannung umwandelt, konfiguriert, wobei eine Reduktion bei Größe und Kosten des Wandlers erzielt werden können. Zusätzlich weist gemäß dieser Ausführungsform 2 der innerhalb des Wechselrichters vorgesehene Mikroprozessor 213 die Funktionen des Steuerns und Überwachens des Wandlers auf, weist der innerhalb des Wechselrichters vorgesehene Unter-Mikroprozessor 214 die Funktion des Diagnostizierens des Wandlers auf und beinhalten die Verbindungsdrähte zum Verbinden des Wechselrichters mit dem Wandler den Draht für das Stopp-Steuersignal des DC-DC-Wandlers, wodurch der Wandler ohne Versagen gestoppt werden kann, selbst wenn der Unter-Mikroprozessor 214 eine Abnormalität des Wandlers entdeckt. Weiterhin wird dieselbe Steuereinheit zwischen dem Wechselrichter und dem Wandler geteilt, wodurch Effekte wie etwa Verbessern der Zuverlässigkeit der Vorrichtung ohne Bereitstellung der Steuerfunktion im Wandler erzeugt werden, und dies ermöglicht es, eine Fahrzeug-Stromversorgungsvorrichtung zu erhalten, die der ISO 26262:2011 Funktionssicherheitsnorm effektiv entspricht.
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Zusätzlich ist in dieser Ausführungsform 2 eine Erläuterung gegeben worden, die eine Konfiguration exemplifiziert, in der der Wechselrichter und der Wandler in ihren entsprechenden getrennten Gehäusen montiert und miteinander durch Verbindungsdrähte verbunden sind; jedoch kann diese Erfindung beispielsweise auf eine Konfiguration angewendet werden, in welcher der Wechselrichter und der Wandler in einem Gehäuse montiert sind. Weiterhin kann diese Erfindung auf eine Stapelkonfiguration ähnlich zu derjenigen in Patentdokument 1 angewendet werden.
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Ausführungsform 3
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3A und 3B sind beide eine Ansicht, welche die Konfiguration der Fahrzeug-Stromversorgungsvorrichtung gemäß Ausführungsform 3 der vorliegenden Erfindung zeigt. In 3A und 3B bezeichnet das Bezugszeichen 301 eine Antriebsbatterie, die eine Hochspannungsbatterie ist, die als Stromversorgungsquelle für einen Motor 302 zum Antreiben eines Fahrzeugs dient, und die Gleichstrom-Eingangsspannung an eine DC-DC-Wandler 307 und eine Wechselrichterschaltung 308 liefert, die später beschrieben werden.
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Das Bezugszeichen 303 bezeichnet eine 12-V-System-Elektrolast einschließlich Lampen, Audioausstattung und einer Steuereinheit; das Bezugszeichen 304 bezeichnet eine Hilfsbatterie zum Zuführen von Strom an die Elektrolast 303 des Fahrzeugs, die in der Niederspannungsseite der DC-DC-Wandler 30 montiert ist und durch den Wandler geladen wird.
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Das Bezugszeichen 305 bezeichnet ein Wechselrichtergehäuse, das ein erstes Gehäuse ist, in welchem eine, ein Substrat der Wechselrichterschaltung 317 und eine Wechselrichterschaltung 308 enthaltende Wechselrichter-Leistungseinheit montiert und untergebracht ist; das Bezugszeichen 306 bezeichnet ein Wandlergehäuse, das ein zweites Gehäuse ist, in welchem eine, einen DC-DC-Wandler 307 enthaltende Wandler-Leistungseinheit montiert und untergebracht ist.
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Der DC-DC-Wandler 307 ist mit zumindest nicht illustrierten Schaltelementen (beispielsweise MOSFETs), Magnetteilen einschließlich eines Isolationstransformators, einem Spannungssensor, einem Stromsensor und einem Temperatursensor konfiguriert; in dieser Ausführungsform 3 beinhaltet der DC-DC-Wandler 307 ein Substrat des DC-DC-Wandlers.
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Darüber hinaus ist die Wechselrichterschaltung 308 mit zumindest nicht illustrierten Schaltelementen (beispielsweise IGBTs), einem Glättungskondensator, einem Resolver, einem Stromsensor und einem Temperatursensor konfiguriert.
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Das Bezugszeichen 309 bezeichnet eine Strom-/Temperatur-Detektionsschaltung zum Detektieren eine Stroms und einer Temperatur in der Wechselrichterschaltung 308: das Bezugszeichen 310 bezeichnet eine Hochspannungs-Detektionsschaltung zum Detektieren der Gleichstrom-Eingangsspannung in der Wechselrichterschaltung 308. In dieser Ausführungsform 3 ist keinerlei Hochspannungs-Detektionsschaltung innerhalb des Wandlers vorgesehen, sondern der Wandler wird durch die durch die Hochspannungs-Detektionsschaltung im Wechselrichter detektierte Spannung gesteuert. Daher kann eine Reduktion bei Größe und Kosten des Wandlers erzielt werden.
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Das Bezugszeichen 311 bezeichnet eine Wechselrichter-Antriebsschaltung, die ein Wechselrichterantriebssignal zum Antreiben der Schaltelemente in der Wechselrichterschaltung 308 bezeichnet. Das Bezugszeichen 312 bezeichnet eine Resolver-Eingabe-/Ausgabeschaltung, durch welche ein Signal aus dem in der Wechselrichterschaltung 308 vorgesehenen Resolver eingegeben und daraus ausgegeben wird.
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Das Bezugszeichen 313 bezeichnet einen Haupt-Mikroprozessor, der Funktionen des Steuerns der Wechselrichterschaltung 308, Überwachen eines Unter-Mikroprozessors 314 und Diagnostizieren des DC-DC-Wandler 307 aufweist, und der dazu dient, die Wechselrichterschaltung 308 zu steuern, und ein Stopp-Steuersignal des Wechselrichters ausgibt, wenn die Diagnosefunktion des Unter-Mikroprozessors 314 eine Abnormalität der Wechselrichterschaltung 308 detektiert, um so den Betrieb der Wechselrichterschaltung 308 zu stoppen.
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Darüber hinaus weist der Unter-Mikroprozessor 314 Funktionen des Steuerns des Wandlers, Überwachen des Haupt-Mikroprozessors 313 und Diagnostizieren des Wechselrichters auf, und er dient zur Steuerung der DC-DC-Wandler 307 und gibt ein Stopp-Steuersignal des DC-DC-Wandlers aus, wenn die Diagnosefunktion des Haupt-Mikroprozessors 313 eine Abnormalität der DC-DC-Wandler 307 detektiert, um so den Betrieb des DC-DC-Wandler 307 zu stoppen.
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Wie oben beschrieben, weist in dieser Ausführungsform 3 der Unter-Mikroprozessor 314 innerhalb des Wechselrichters die Funktion des Steuerns des DC-DC-Wandler 307 auf, der daher verhindert, dass der Mikroprozessor 313, der hauptsächlich zum Steuern der Wechselrichterschaltung 308 dient, in seiner Größe anwächst, das heißt, dass eine Fahrzeug-Stromversorgungsvorrichtung, die der ISO 26262:2011 Funktionssicherheitsnorm entspricht, erhalten werden kann, während eine Reduktion der Größe und Kosten der Vorrichtung erzielt wird.
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Das Bezugszeichen 315 bezeichnet eine Stromversorgungsschaltung zum Zuführen von Strom an zumindest den Haupt-Mikroprozessor 313, den Unter-Mikroprozessor 314, die Wechselrichter-Antriebsschaltung 311 und eine Treiberschaltung des DC-DC-Wandlers 316. In dieser Ausführungsform 3 ist keinerlei Stromversorgungsschaltung auf der Wandlerseite vorgesehen, sondern ist nur auf der Wechselrichterseite vorgesehen. Daher kann eine Reduktion bei Größe und Kosten des Wandlers erzielt werden.
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Das Bezugszeichen 316 bezeichnet die Treiberschaltung des DC-DC-Wandlers, die ein Steuersignal des DC-DC-Wandlers zum Antreiben der Schaltelemente in dem DC-DC-Wandler 307 ausgibt, und die in dieser Ausführungsform 3 auf dem Substrat der Wechselrichterschaltung 317 montiert ist. Auf dem Substrat der Wechselrichterschaltung 317 ist zumindest die Strom-/Temperatur-Detektionsschaltung 309, die Hochspannungs-Detektionsschaltung 310, die Wechselrichter-Antriebsschaltung 311, die Resolver-Eingabe-/Ausgabeschaltung 312, der Haupt-Mikroprozessor 313, der Unter-Mikroprozessor 314, die Stromversorgungsschaltung 315 und die Treiberschaltung des DC-DC-Wandlers 316 montiert.
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Das Bezugszeichen 318 bezeichnet Verbindungsdrähte zum Verbinden zumindest des Substrat der Wechselrichterschaltungs 317 mit dem Substrat des DC-DC-Wandlers (in dem DC-DC-Wandler 307 enthalten); die Verbindungdrähte 318 beinhalten Drähte zumindest für ein Internes Spannungssignal des DC-DC-Wandlers, ein Internes Stromsignal des DC-DC-Wandlers, ein Internes Temperatursignal des DC-DC-Wandlers, ein Steuersignal des DC-DC-Wandlers und die Gleichstrom-Eingangsspannung.
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Wie oben beschrieben, ist die Fahrzeug-Stromversorgungsvorrichtung gemäß Ausführungsform 3 der vorliegenden Erfindung mit zumindest einem Wechselrichter, der Gleichstrom-Eingangsspannung in Wechselstrom-Ausgangsspannung wandelt, und einem Wandler, der die Gleichstrom-Eingangsspannung in Gleichstrom-Ausgangsspannung wandelt, konfiguriert, wobei eine Reduktion bei Größe und Kosten des Wandlers erzielt werden kann. Zusätzlich weist gemäß Ausführungsform 3 der Unter-Mikroprozessor 314, der die Funktion des Diagnostizierens des Wechselrichters aufweist, auch die Funktion des Steuern des Wandlers auf, wodurch der Haupt-Mikroprozessor 313 des Wechselrichters daran gehindert werden kann, im Maßstab anzuwachsen. Dadurch kann die Zuverlässigkeit sowohl des Wechselrichters als auch des Wandlers unter Verwendung von preisgünstigeren, kleinen Mikroprozessoren sichergestellt werden, so dass eine Fahrzeug-Stromversorgungsvorrichtung erhalten werden kann, die effektiv der ISO 26262:2011 Funktionssicherheitsnorm entspricht.
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Zusätzlich ist in dieser Ausführungsform 3 eine Erläuterung gemacht worden, die eine Konfiguration exemplifiziert, bei der der Wechselrichter und der Wandler in ihren entsprechenden getrennten Gehäusen montiert sind und miteinander durch Verbindungsdrähte verbunden sind; jedoch kann diese Erfindung auf beispielsweise eine Konfiguration angewendet werden, in welcher der Wechselrichter und der Wandler in einem Gehäuse montiert sind. Weiterhin kann diese Erfindung auf eine Stapelkonfiguration ähnlich zu derjenigen im Patentdokument 1 angewendet werden.
