DE102016103041A1

DE102016103041A1 - Leistungsumwandlungsvorrichtung

Info

Publication number: DE102016103041A1
Application number: DE102016103041.4A
Authority: DE
Inventors: Yoshihito Mizuno
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2015-02-24
Filing date: 2016-02-22
Publication date: 2016-08-25
Also published as: CN105915092A; JP2016158381A; US20160248316A1; CN105915092B; US9774215B2; JP6237671B2

Abstract

Ein Kondensator ist parallel zu einer Batterie geschaltet; ein Aufwärtswandler ist mit der Batterie und dem ersten Kondensator verbunden; ein weiterer Kondensator ist parallel zu dem Aufwärtswandler geschaltet; ein Wechselrichter ist parallel zu dem Aufwärtswandler und dem weiteren Kondensator geschaltet; eine Leitung eines elektrischen Referenzpotentials verbindet einen negativseitigen Anschluss der Batterie mit dem Kondensator, dem Aufwärtswandler, dem weiteren Kondensator und dem Wechselrichter in der angegebenen Reihenfolge; und ein Überbrückungspfad wird, wenn eine Unterer-Arm-Schaltvorrichtung des Aufwärtswandlers eine Kurzschlussstörung aufweist, durch Unterbrechung der Leitung eines elektrischen Referenzpotentials an einer Position ausgebildet, die zumindest eine von einer Position zwischen dem negativseitigen Anschluss und dem Kondensator und einer weiteren Position zwischen dem Aufwärtswandler und dem weiteren Kondensator umfasst. Der Überbrückungspfad überbrückt die Unterer-Arm-Schaltvorrichtung und verbindet den negativseitigen Anschluss mit dem Wechselrichter.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Leistungsumwandlungsvorrichtung, und insbesondere auf eine Leistungsumwandlungsvorrichtung, die im Stande ist, Energie von einer Batterie über einen Aufwärtswandler bzw. Hochsetzsteller an einen Wechselrichter zuzuführen.
2. Beschreibung der verwandten Technik
In der verwandten Technik ist eine Energieversorgungsvorrichtung bekannt, die eine Störungs- bzw. Ausfallsicherungsfunktion gegen eine Störung bzw. einen Ausfall aufweist (siehe zum Beispiel japanische Patentanmeldungsoffenlegungsschrift Nr. 2012-130108 ). Diese Energieversorgungsvorrichtung umfasst einen Schalter, der zwischen einer Batterie und einer Last auf einer Hauptstromleitung eingefügt ist, und einen Überbrückungs- bzw. Umgehungspfad, der den Schalter überbrückt bzw. umgeht. Der Schalter schaltet zwischen einem Zustand einer Verbindung zwischen der Batterie und der Last über die Hauptstromleitung und einem Zustand einer Trennung dieser Verbindung um. Der Überbrückungs- bzw. Umgehungspfad ist eine Stromleitung, die den Schaltet überbrückt bzw. umgeht und die Batterie und die Last verbindet, wenn der Schalter eine Störung aufweist. Bei dieser Energieversorgungsvorrichtung verbindet der Überbrückungs- bzw. Umgehungspfad die Batterie und die Last, selbst wenn der Schalter eine Störung aufweist. Somit ist es möglich, eine Energieversorgung von der Batterie an die Last zu gewährleisten.
KURZFASSUNG DER ERFINDUNG
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst eine Leistungsumwandlungsvorrichtung: eine Batterie; einen ersten Kondensator, der parallel zu der Batterie geschaltet ist; einen Aufwärtswandler, der mit der Batterie und dem ersten Kondensator verbunden ist; einen zweiten Kondensator, der parallel zu dem Aufwärtswandler geschaltet ist; einen Wechselrichter, der parallel zu dem Aufwärtswandler und dem zweiten Kondensator geschaltet ist; eine Leitung eines elektrischen Referenzpotentials, die einen negativseitigen Anschluss der Batterie mit dem ersten Kondensator, dem Aufwärtswandler, dem zweiten Kondensator und dem Wechselrichter in einer Reihenfolge des ersten Kondensators, des Aufwärtswandlers, des zweiten Kondensators und des Wechselrichters verbindet; und einen Überbrückungspfad, der, wenn eine in dem Aufwärtswandler umfasste Unterer-Arm-Schaltvorrichtung eine Kurzschlussstörung aufweist, als Folge dessen ausgebildet wird, dass die Leitung eines elektrischen Referenzpotentials an einer Position unterbrochen wird, die zumindest eine von einer ersten Position zwischen dem negativseitigen Anschluss und dem ersten Kondensator und einer zweiten Position zwischen dem Aufwärtswandler und dem zweiten Kondensator umfasst. Der Überbrückungspfad überbrückt die Unterer-Arm-Schaltvorrichtung des Aufwärtswandlers und verbindet den negativseitigen Anschluss mit dem Wechselrichter.
Weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden ausführlichen Beschreibung deutlicher, wenn diese in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen gelesen wird.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 veranschaulicht eine Konfiguration einer Leistungsumwandlungsvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel;
2 ist ein Ablaufdiagramm einer Steuerroutine, die in der Leistungsumwandlungsvorrichtung durchgeführt wird; und
3 veranschaulicht teilweise einen Teil einer Leistungsumwandlungsvorrichtung gemäß einer Abwandlung.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
Aus Gründen der Zweckmäßigkeit wird zunächst die Beschreibung der vorgenannten verwandten Technik fortgesetzt.
Als ein System, das Energie von einer Batterie an eine Last zuführt, gibt es ein System, das einen Aufwärtswandler bzw. Hochsetzsteller verwendet, in dem eine Schaltvorrichtung eines oberen Arms und eine Schaltvorrichtung eines unteren Arms in Reihe geschaltet sind. Es wird erwogen, in diesem System einen Überbrückungs- bzw. Umgehungspfad bereitzustellen, der die Batterie mit der Last oder einem Wechselrichter verbindet, um eine Energieversorgung von der Batterie an die Last oder den Wechselrichter zu gewährleisten, selbst wenn die Schaltvorrichtung des unteren Arms in dem Aufwärtswandler eine Kurzschlussstörung aufweist. In diesem Fall ist es notwendig, einen derartigen Umschaltpunkt bereitzustellen, um eine Stromleitung, die Energie von der Batterie an die Last oder den Wechselrichter zuführt, zwischen der Hauptstromleitung und dem Überbrückungs- bzw. Umgehungspfad umzuschalten.
Wenn der Umschaltpunkt bereitgestellt ist, tritt jedoch unvermeidlich eine Erhöhung der Induktivität der Stromleitung auf. Daher kann abhängig von einer tatsächlichen Position des Umschaltpunkts eine Stoßspannung so weit erhöht werden, dass sie die Stehspannung bzw. Spannungsfestigkeit des Aufwärtswandlers oder des Wechselrichters übersteigt. Alternativ können die Kosten erhöht werden, die erforderlich sind, um eine solche Erhöhung der Stoßspannung zu vermeiden.
Die Ausführungsbeispiele wurden in Anbetracht dieses Punkts entwickelt und eine Aufgabe der Ausführungsbeispiele besteht darin, eine Leistungsumwandlungsvorrichtung bereitzustellen, die im Stande ist, mit niedrigen Kosten eine Erhöhung einer Stoßspannung zu unterbinden, die aufgrund des Vorhandenseins eines Umschaltpunkts zum Umschalten zwischen einer Hauptstromleitung und einem Überbrückungs- bzw. Umgehungspfad erzeugt wird, während eine Energieversorgung von einer Batterie an einen Wechselrichter mit dem Überbrückungs- bzw. Umgehungspfad gewährleistet wird, wenn ein Aufwärtswandler bzw. Hochsetzsteller eine Kurzschlussstörung aufweist.
Nachstehend werden unter Verwendung der Zeichnungen die Leistungsumwandlungsvorrichtungen gemäß den Ausführungsbeispielen beschrieben.
1 veranschaulicht die Leistungsumwandlungsvorrichtung 10 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel.
Die Leistungsumwandlungsvorrichtung 10 ist zum Beispiel ein System, das in einem Elektrofahrzeug oder einem Hybridfahrzeug installiert ist, die Ausgangsspannung einer Fahrzeugbatterie erhöht, um eine höhere Spannung zu erhalten, die höhere Spannung an einen das Fahrzeug antreibenden Motor zuführt, und den Motor antreibt. Es ist zu beachten, dass die Leistungsumwandlungsvorrichtung 10 auch eine derartige Konfiguration aufweisen kann, dass sie außerdem Energie, die durch den Motor erzeugt wird, nach Herabsetzung der Spannung an die Fahrzeugbatterie zuführt, um die Fahrzeugbatterie aufzuladen.
Die Leistungsumwandlungsvorrichtung 10 umfasst eine Batterie 12, einen Aufwärtswandler bzw. Hochsetzsteller 14, einen Wechselrichter 16 und einen Motor 18. Die Batterie 12 ist eine aufladbare Lithium-Ionen-Batterie oder Nickel-Metallhydrid-Batterie, und ist eine Hochspannungsbatterie, die zum Ausgeben einer Gleichspannung von zum Beispiel 240 Volt im Stande ist. Mit dem positivseitigen Anschluss der Batterie 12 ist eine positivseitige Stromleitung 20 verbunden, die als eine Leitung eines elektrischen Referenzpotentials dient. Mit dem negativseitigen Anschluss der Batterie 12 ist eine negativseitige Stromleitung 22 verbunden, die als eine weitere Leitung eines elektrischen Referenzpotentials dient.
Auf der positivseitigen Stromleitung 20 ist ein Relaisschalter 24 eingefügt. Auch ist auf der negativseitigen Stromleitung 22 ein weiterer Relaisschalter 26 eingefügt. Die Relaisschalter 24 und 26 ermöglichen eine elektrische Leitung zwischen der Batterie 12 und dem Aufwärtswandler 14 mit der positivseitigen Stromleitung 20 und der negativseitigen Stromleitung 22, sowie eine Unterbrechung der elektrischen Leitung, und sie werden gemäß Anweisungen von einer Steuereinheit eingeschaltet und ausgeschaltet.
Zwischen der positivseitigen Stromleitung 20 und der negativseitigen Stromleitung 22 ist ein Kondensator 28 verbunden. Mit anderen Worten hat die Batterie 12 den Kondensator 28 parallel geschaltet. Der Kondensator 28 ist, entlang der Stromleitungen 20 und 22, auf der Seite des Aufwärtswandlers 14 von den Relaisschaltern 24 und 26 verbunden. Der Kondensator 28 ist eine Schaltvorrichtung, die die Ausgangsspannung der Batterie 12 glättet und die Spannung stabilisiert, die von der Batterie 12 an den Aufwärtswandler 14 angelegt wird.
Auch kann oder können ein oder mehrere Lasten, wie etwa ein Gleichspannungswandler bzw. Umrichter 30, eine Klimaanlage 32 und/oder dergleichen zwischen der positivseitigen Stromleitung 20 und der negativseitigen Stromleitung 22 verbunden sein, wie es in 1 gezeigt ist. In diesem Fall ist jeweils ein Anschluss von dem Gleichspannungswandler bzw. Umrichter 30 und der Klimaanlage 32 mit der positivseitigen Stromleitung 20 an einem Verbindungspunkt zwischen dem Relaisschalter 24 und dem Kondensator 28 verbunden, und ist jeweils der andere Anschluss von diesen mit der negativseitigen Stromleitung 22 an einem Verbindungspunkt zwischen dem Relaisschalter 26 und dem Kondensator 28 verbunden.
Der Gleichspannungswandler bzw. Umrichter 30 ist mit einer Last wie etwa einer Hilfsbatterie 34 oder dergleichen verbunden, die Energie mit einer vorbestimmten Spannung (zum Beispiel 12 Volt oder dergleichen) an verschiedene elektrische Einrichtungen zuführt. Der Gleichspannungswandler bzw. Umrichter 30 umfasst ein oder mehrere Spulen, ein oder mehrere Schaltvorrichtungen und/oder dergleichen. Der Gleichspannungswandler bzw. Umrichter 30 ist im Stande, die Ausgangsspannung der Batterie 12 herabzusetzen und die Energie dann an die Hilfsbatterie 34 zuzuführen. Der Gleichspannungswandler bzw. Umrichter 30 arbeitet unter der Steuerung der Steuereinheit. Die Klimaanlage 32 erhält von der Batterie 12 zugeführte Energie und arbeitet so.
Der Aufwärtswandler 14 ist mit der Batterie 12 und dem Kondensator 28 über die Stromleitungen 20 und 22 verbunden. Der Aufwärtswandler 14 ist eine Schaltung, die die Gleichspannung, die von der Batterie 12 und dem Kondensator 28 über die Stromleitungen 20 und 22 zugeführt wird, auf eine vorbestimmte Gleichspannung (zum Beispiel 650 Volt oder dergleichen) erhöht. Der Aufwärtswandler 14 umfasst eine Spule 40, eine Oberer-Arm-Vorrichtung 42 und eine Unterer-Arm-Vorrichtung 44.
Die Spule 40 ist auf der positivseitigen Stromleitung 20 eingefügt. Ein Anschluss der Spule 40 ist mit dem positivseitigen Anschluss der Batterie 12 (eigentlich einem Anschluss des Kondensators 28 und des Relaisschalters 24) verbunden. Der andere Anschluss der Spule 40 ist mit dem Verbindungspunkt zwischen der Oberer-Arm-Vorrichtung 42 und der Unterer-Arm-Vorrichtung 44 verbunden. Die Spule hat eine Funktion zum Aufladen bzw. Ansammeln von Energie und zum Entladen bzw. Abgeben der Energie, wenn eine Spannungswandlung zwischen der Seite der Batterie 12 und der Seite des Wechselrichters 16 durchgeführt wird.
Die Oberer-Arm-Vorrichtung 42 und die Unterer-Arm-Vorrichtung 44 stellen ein Paar von Vorrichtungen dar, die zwischen einer hochspannungsseitigen Stromleitung 48 und der negativseitigen Stromleitung 22 in Reihe geschaltet sind. Die Oberer-Arm-Vorrichtung 42 und die Unterer-Arm-Vorrichtung 44 umfassen jeweils Leistungshalbleitervorrichtungen. Der Verbindungspunkt der Oberer-Arm-Vorrichtung 42 und der Unterer-Arm-Vorrichtung 44 ist mit der positivseitigen Stromleitung 22 (eigentlich dem anderen Anschluss der Spule 40) verbunden.
Die Oberer-Arm-Vorrichtung 42 umfasst einen Bipolartransistor mit isoliertem Gate (IGBT) 50 und eine Diode 52. Der Kollektor von dem IGBT 50 ist mit der hochspannungsseitigen Stromleitung 48 verbunden, und der Emitter von diesem ist mit dem Verbindungspunkt zwischen der Oberer-Arm-Vorrichtung 42 und der Unterer-Arm-Vorrichtung 44, d.h. dem anderen Anschluss der Spule 40, verbunden. Der IGBT 50 ist eine Schaltvorrichtung, die gemäß Anweisungen von der Steuereinheit, die nachstehend beschrieben wird, eingeschaltet und ausgeschaltet wird, und auf diese Weise Schaltvorgänge durchführt. Die Diode 52 ist zwischen dem Kollektor und dem Emitter von dem IGBT 50 antiparallel geschaltet. Die Diode 52 lässt nur einen Durchfluss eines Stroms von dem Emitter zu dem Kollektor von dem IGBT 50 zu.
Die Unterer-Arm-Vorrichtung 44 umfasst einen IGBT 54 und eine Diode 56. Der Kollektor von dem IGBT 54 ist mit dem Verbindungspunkt zwischen der Oberer-Arm-Vorrichtung 42 und der Unterer-Arm-Vorrichtung 44, d.h. dem anderen Anschluss der Spule 40, verbunden, und der Emitter von dem IGBT 54 ist mit der negativseitigen Stromleitung 22 verbunden. Der IGBT 54 ist eine Schaltvorrichtung, die gemäß Anweisungen von der Steuereinheit eingeschaltet und ausgeschaltet wird, und auf diese Weise Schaltvorgänge durchführt. Die Diode 56 ist zwischen dem Kollektor und dem Emitter von dem IGBT 54 antiparallel geschaltet. Die Diode 56 lässt nur einen Durchfluss eines Stroms von dem Emitter zu dem Kollektor von dem IGBG 54 zu.
Ein Kondensator 58 ist zwischen der hochspannungsseitigen Stromleitung 48 und der negativseitigen Stromleitung 22 verbunden. Mit anderen Worten ist der Kondensator 58 parallel zum dem Aufwärtswandler 14 geschaltet. Der Kondensator 58 ist eine Schaltvorrichtung, die die Spannung zwischen der hochspannungsseitigen Stromleitung 48 und der negativseitigen Stromleitung 22, d.h. die Ausgangsspannung des Aufwärtswandler 14, glättet und die Spannung stabilisiert, die von dem Aufwärtswandler 14 an den Wechselrichter 16 angelegt wird.
Auch ist der Wechselrichter 16 zwischen der hochspannungsseitigen Stromleitung 48 und der negativseitigen Stromleitung 22 verbunden. Der Wechselrichter 16 ist parallel zu dem Aufwärtswandler und dem Kondensator 58 geschaltet. Der Wechselrichter 16 ist eine Schaltung, die die hohe Gleichspannung zwischen der hochspannungsseitigen Stromleitung 48 und der negativseitigen Stromleitung 22, die von dem Aufwärtswandler 14 zugeführt wird, in eine Wechselspannung wandelt.
Der Motor 18 ist mit dem Wechselrichter 16 verbunden. Der Motor 18 ist ein dreiphasiger Motor, der aus der von dem Wechselrichter 16 zugeführten Wechselspannungsenergie/-leistung Antriebsenergie/-leistung (zum Beispiel Antriebsenergie/-leistung, die Antriebsräder dreht) erzeugt. Es ist zu beachten, dass der Motor zum Beispiel ein Motorgenerator sein kann, der Energie/Leistung als Ergebnis dessen erzeugt, dass er durch die Antriebsräder angetrieben wird. Der Wechselrichter 16 legt die aus der Wandlung erhaltene Wechselspannung an den Motor 18 an, und treibt den Motor 18 auf diese Weise an.
Der Wechselrichter 16 umfasst Oberer-Arm-Vorrichtungen 60 (d.h. 60U, 60V und 60W in 1, wie sie nachstehend beschrieben werden) und Unterer-Arm-Vorrichtungen 62 (d.h. 62U, 62V und 62W in 1, wie sie nachstehend beschrieben werden). Die Oberer-Arm-Vorrichtungen 60 und die Unterer-Arm-Vorrichtungen 62 stellen Paare von Vorrichtungen dar, wobei jedes Paar zwischen der hochspannungsseitigen Stromleitung 48 und der negativseitigen Stromleitung 22 in Reihe geschaltet ist. Die Oberer-Arm-Vorrichtungen 60 und die Unterer-Arm-Vorrichtungen 62 entsprechen den jeweiligen Phasen des Motors 18 (d.h. der U-Phase, der V-Phase und der W-Phase). Die Oberer-Arm-Vorrichtungen 60 und die Unterer-Arm-Vorrichtungen 62 für die jeweiligen Phasen umfassen jeweils Leistungshalbleitervorrichtungen.
Die Oberer-Arm-Vorrichtung 60 von jeder Phase umfasst einen IGBT 64 (d.h. 64U, 64V oder 64W in 1) und eine Diode 66 (d.h. 66U, 66V oder 66W in 1). Der Kollektor von dem IGBT 64 ist mit der hochspannungsseitigen Stromleitung 48 verbunden, und der Emitter von dem IGBT 64 ist mit dem Verbindungspunkt zwischen der Oberer-Arm-Vorrichtung 60 und der Unterer-Arm-Vorrichtung 62 von der gleichen Phase verbunden. Der IGBT 64 ist eine Schaltvorrichtung, die gemäß Anweisungen von der Steuereinheit eingeschaltet und ausgeschaltet wird, und auf diese Weise Schaltvorgänge durchführt. Die Diode 66 ist zwischen dem Kollektor und dem Emitter von dem IGBT 64 antiparallel geschaltet. Die Diode 66 lässt nur einen Durchfluss eines Stroms von dem Emitter zu dem Kollektor von dem IGBT 64 zu.
Die Unterer-Arm-Vorrichtung 62 von jeder Phase umfasst einen IGBT 68 (d.h. 68U, 68V oder 68W in 1) und eine Diode 70 (d.h. 70U, 70V oder 70W in 1). Der Kollektor von dem IGBT 68 ist mit dem Verbindungspunkt zwischen der Oberer-Arm-Vorrichtung 60 und der Unterer-Arm-Vorrichtung 62 (eigentlich dem Emitter von dem IGBT 64 von der Oberer-Arm-Vorrichtung 60) von der gleichen Phase verbunden, und der Emitter von dem IGBT 68 ist mit der negativseitigen Stromleitung 22 verbunden. Der IGBT 68 ist eine Schaltvorrichtung, die gemäß Anweisungen von der Steuereinheit eingeschaltet und ausgeschaltet wird, und auf diese Weise Schaltvorgänge durchführt. Die Diode 70 ist zwischen dem Kollektor und dem Emitter von dem IGBT 68 antiparallel geschaltet. Die Diode 70 lässt nur einen Durchfluss eines Stroms von dem Emitter zu dem Kollektor von dem IGBT 68 zu.
Wie es vorstehend dargelegt ist, sind die Suffixe "U", "V" und "W" den jeweiligen Bezugszeichen von den Oberer-Arm-Vorrichtungen 60, den Unterer-Arm-Vorrichtungen 62, den IGBTs 64 und 68, sowie den Dioden 66 und 70 von der U-Phase, der V-Phase und der W-Phase beigefügt. Daher wird in einigen Fällen auf diese Vorrichtungen als die Oberer-Arm-Vorrichtungen 60U, 60V und 60W, die Unterer-Arm-Vorrichtungen 62U, 62V und 62W, die IGBTs 64U, 64V, 64W, 68U, 68V und 68W, sowie die Dioden 66U, 66V, 66W, 70U, 70V und 70W Bezug genommen.
Die negativseitige Stromleitung 22 ist in einer solchen Art und Weise eingerichtet, dass sie den negativseitigen Anschluss der Batterie 12 mit dem Relaisschalter 26, dem Kondensator 28, dem Aufwärtswandler 14 (eigentlich dem Emitter von dem IGBT 54 der Unterer-Arm-Vorrichtung 44), dem Kondensator 58 und dem Wechselrichter 16 (eigentlich den Emittern von den IGBTs 68 der Unterer-Arm-Vorrichtungen 62) in der angegebenen Reihenfolge verbindet. Es ist zu beachten, dass die negativseitige Stromleitung 22 auch in einer solchen Art und Weise eingerichtet sein kann, dass sie den negativseitigen Anschluss der Batterie 12 mit dem Gleichspannungswandler bzw. Umrichter 30 und der Klimaanlage 32 in der angegebenen Reihenfolge oder der umgekehrten Reihenfolge zwischen dem Relaisschalter 26 und dem Kondensator 28 verbindet.
Die Leistungsumwandlungsvorrichtung 10 umfasst auch einen Überbrückungs- bzw. Umgehungspfad 72. Der Überbrückungs- bzw. Umgehungspfad 72 überbrückt bzw. umgeht einen solchen Teil der negativseitigen Stromleitung 22, dass die Unterer-Arm-Vorrichtung 44 des Aufwärtswandlers 14 überbrückt bzw. umgangen wird. Der Überbrückungs- bzw. Umgehungspfad 72 ist durch eine feste Strom- bzw. Sammelschiene, eine Stromleitung oder dergleichen aufgebaut, die aus Kupfer oder dergleichen besteht. Es ist zu beachten, dass der Überbrückungs- bzw. Umgehungspfad 72, aus dem Gesichtspunkt einer Reduzierung von parasitärer Induktivität und/oder einer Reduzierung einer Schwankung der Induktivität, vorzugsweise durch eine Verdrahtung einer Bauart mit parallelen flachen Platten aufgebaut sei kann, die aus einer festen Strom- bzw. Sammelschiene besteht.
Ein Anschluss des Überbrückungspfads 72 kann mit der negativseitigen Stromleitung 22 an einem Verbindungspunkt α auf der Primärseite, d.h. der Seite der Batterie 12, von dem Kondensator 28 (eigentlich zwischen dem Relaisschalter 26 (der alternativ der Gleichspannungswandler bzw. Umrichter 30 oder die Klimaanlage 32 sein kann) und dem Kondensator 28) verbunden sein. Der andere Anschluss des Überbrückungspfads 72 kann mit der negativseitigen Stromleitung 22 an einem Verbindungspunkt β auf der Sekundärseite, d.h. der Seite des Inverters 16, von dem Aufwärtswandler 14 und auch der Primärseite, d.h. der Seite des Aufwärtswandler 14, von dem Kondensator 58 (eigentlichen zwischen dem Aufwärtswandler 14 und dem Kondensator 58) verbunden sein.
Die Leistungsumwandlungsvorrichtung 10 umfasst ferner zwei Um- bzw. Wechselschalter 74 und 76. Ein Anschluss von dem Umschalter 74 ist mit dem Verbindungspunkt α verbunden, und der Umschalter 74 liegt auf der negativseitigen Stromleitung 22 auf der Primärseite, d.h. der Seite der Batterie 12, von dem Kondensator 28 (eigentlichen zwischen dem Relaisschalter 26 (der alternativ der Gleichspannungswandler bzw. Umrichter 30 oder die Klimaanlage 32 sein kann) und dem Kondensator 28) eingefügt. Ein Anschluss von dem Umschalter 76 ist mit dem Verbindungspunkt β verbunden, und der Umschalter 76 liegt auf der negativseitigen Stromleitung 22 auf der Sekundärseite, d.h. der Seite des Inverters 16, von dem Aufwärtswandler 14, und auch der Primärseite, d.h. der Seite des Aufwärtswandlers 14, von dem Kondensator 58 (eigentlich zwischen dem Aufwärtswandler 14 und dem Kondensator 58) eingefügt.
Die jeweiligen Umschalter 74 und 76 schalten einen solchen Verbindungspfad, der den negativseitigen Anschluss der Batterie 12 mit dem Wechselrichter 16 verbindet, zwischen einem Hauptpfad, d.h. einem entsprechenden Teil der negativseitigen Stromleitung 22, der mit dem Aufwärtswandler 14 verbunden ist, und dem Überbrückungspfad 72, der den Aufwärtswandler 14 überbrückt, um. Es ist zu beachten, dass die Umschalter 74 und 76 solche einer Relaiskontaktumschaltbauart oder einer Mechanikkontaktumschaltbauart sein können. Die Relais der Relaiskontaktumschaltbauart können solche eines mechanischen Typs oder eines Halbleitertyps sein. In dieser Hinsicht sind die Relais eines Halbleitertyps, aus dem Gesichtspunkt einer Reduzierung der Induktivität zur Unterdrückung eines Stoßes, vorteilhaft.
Die Umschalter 74 und 76 werden jeweils gemäß Anweisungen von der Steuereinheit eingeschaltet und ausgeschaltet. Tatsächlich werden die Umschalter 74 und 76 jeweils ausgeschaltet, um den Verbindungspfad auf den entsprechenden Teil der negativseitigen Stromleitung 22 umzuschalten. Die Umschalter 74 und 76 werden jeweils eingeschaltet, um den Verbindungspfad auf den Überbrückungspfad 72 umzuschalten. Der Umschalter 74 und der Umschalter 76 werden in Synchronisation zueinander eingeschaltet und ausgeschaltet.
Die Leistungsumwandlungsvorrichtung 10 umfasst ferner die Steuereinheit 80. Die Steuereinheit 80 ist mit den Relaisschaltern 24 und 26, den IGBTs 50 und 54 des Aufwärtswandlers 14, den IGBTs 64U, 64V, 64W, 68U, 68V und 68W des Wechselrichters 16, sowie den Umschaltern 74 und 76 verbunden. Die Steuereinheit 80 steuert ein Einschalten und Ausschalten der Relaisschalter 24 und 26, der IGBTs 50 und 54 des Aufwärtswandlers 14, der IGBTs 64U, 64V, 64W, 68U, 68V und 68W des Wechselrichters 16, sowie der Umschalter 74 und 76.
Die Steuereinheit 80 bestimmt, ob irgendein Abschaltfaktor (zum Beispiel eine hohe Temperatur oder dergleichen) in Bezug auf einen Prozess der Wandlung der Ausgangsenergie/-leistung der Batterie 12 und der Zuführung der gewandelten Energie/Leistung an den Motor 18 auftritt. Wenn die Steuereinheit 80 bestimmt, dass kein Abschaltfaktor auftritt, schaltet die Steuereinheit 80 die Relaisschalter 24 und 26 ein. In diesem Fall gibt die Steuereinheit 80 derartige Gatesignale aus, dass die IGBTs 50 und 54 des Aufwärtswandlers 14 in PWM-Weise angesteuert werden, und gibt sie auch derartige Gatesignale aus, dass die IGBTs 64U, 64V, 64W, 68U, 68V und 68W der jeweiligen Phasen des Wechselrichters 16 in PWM-Weise angesteuert werden.
Auch detektiert die Steuereinheit 80 verschiedene Störungen basierend auf verschiedenen Zuständen (zum Beispiel Spannungen, Strömen und/oder dergleichen). Insbesondere detektiert die Steuereinheit 80 eine Kurzschlussstörung (mit anderen Worten eine Kurzschlussstörung zwischen dem Kollektor und dem Emitter) von dem IGBTs 54 der Unterer-Arm-Vorrichtung 44 in dem Aufwärtswandler 14. Es ist zu beachten, dass eine Detektion einer Kurzschlussstörung von dem IGBT 54 basierend auf einem Ergebnis eines Vergleichs zwischen der Spannung an dem Kollektor und der Spannung an dem Emitter von dem IGBT 54 vorgenommen werden kann. Die Steuereinheit 80 steuert ein Einschalten und Ausschalten der Umschalter 74 und 76 basierend auf einem Bestimmungsergebnis dahingehend, ob eine Kurzschlussstörung von dem IGBT 54 auftritt.
Nachstehend werden Betriebsvorgänge der Leistungsumwandlungsvorrichtung 10 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel beschrieben.
Wenn zum Beispiel eine Anforderung zum Antreiben des Motors 18 dadurch gegeben wird, dass die Zündung des Fahrzeugs eingeschaltet wird, oder dergleichen, erhöht die Steuereinheit 80 der Leistungsumwandlungsvorrichtung 10 die Ausgangsspannung der Batterie 12 durch den Aufwärtswandler 14, wandelt sie die auf diese Weise erhöhte Gleichspannung durch den Wechselrichter 16 in eine Wechselspannung um, und führt sie die auf diese Weise erhaltene Wechselspannungsleistung an den Motor 18 zu. Es ist zu beachten, dass es möglich ist, dass dieser Prozess angehalten wird, wenn die Anforderung zum Antreiben des Motors 18 dadurch gestoppt wird, dass die Zündung des Fahrzeugs ausgeschaltet wird, oder dergleichen.
Tatsächlich fließt, wenn die Spannung durch die Batterie 12 an die Spule 40 angelegt wird, ein Strom in der folgenden Reihenfolge: positivseitiger Anschluss der Batterie 12 → positivseitige Stromleitung 20 → Spule 40 → Diode 52 der Oberer-Arm-Vorrichtung 42 des Aufwärtswandlers 14 → hochspannungsseitige Stromleitung 48 → Kondensator 58 und Wechselrichter 16 parallel zu Kondensator 58, der die Leistung an den Motor 18 liefert → negativseitige Stromleitung 22 → negativseitiger Anschluss der Batterie 12. In diesem Fall wird der Kondensator 58 aufgeladen, und wird auch die Spule 40 aufgeladen.
Wenn der IGBT 54 der Unterer-Arm-Vorrichtung 44 des Aufwärtswandlers 14 ausgehend von dem vorgenannten Zustand des Stromflusses eingeschaltet wird, fließt ein Strom in der folgenden Reihenfolge: positivseitiger Anschluss der Batterie 12 → positivseitige Stromleitung 20 → Spule 40 → IGBT 54 der Unterer-Arm-Vorrichtung 44 → negativseitige Stromleitung 22 → negativseitiger Anschluss der Batterie 12. In diesem Fall nimmt die durch den vorstehend beschriebenen Pfad fließende Strommenge mit der Zeit linear zu, und wird die Spule 40 einhergehend mit der Zunahme der Strommenge weiter aufgeladen. Es ist zu beachten, dass in diesem Fall der Kondensator 58 entladen wird. Daher wird die Energiezufuhr an den Wechselrichter 16 beibehalten.
Als Nächstes, wenn der IGBT 54 der Unterer-Arm-Vorrichtung 44 ausgeschaltet wird, fließt dann ein Strom in der folgenden Reihenfolge: positivseitiger Anschluss der Batterie 12 → positivseitige Stromleitung 20 → Spule 40 → Diode 52 der Oberer-Arm-Vorrichtung 42 des Aufwärtswandlers 14 → hochspannungsseitige Stromleitung 48 → Wechselrichter 16, der die Leistung an den Motor 18 liefert, und Kondensator 58 parallel dazu → negativseitige Stromleitung 22 → negativseitiger Anschluss der Batterie 12. In diesem Fall nimmt die durch den vorstehend beschriebenen Pfad fließende Strommenge mit der Zeit linear ab, und wird die Spule 40 einhergehend mit der Abnahme der Strommenge entladen.
Durch diesen Prozess wird die Ausgangsspannung des Aufwärtswandlers 14 größer als die Ausgangsspannung der Batterie 12 und wird auf diese Weise ein Hochsetzvorgang durchgeführt. Der Kondensator 58 wird bis auf die so erhöhte Spannung aufgeladen. Auch wird die Energiezufuhr an den Wechselrichter 16 mit der erhöhten Spannung beibehalten. Daher werden ein Einschalten und Ausschalten von dem IGBT 54 der Unterer-Arm-Vorrichtung 44 wiederholt, und wird dadurch ein Zustand fortgesetzt, in dem die Gleichspannungsenergie/-leistung an den Wechselrichte 16 geliefert wird, während der Aufwärtswandler 14 die Spannung, die größer ist als die Ausgangsspannung der Batterie 12, an den Wechselrichter 16 anlegt.
In dem Wechselrichter 16 werden die Oberer- und Unterer-Arm-Vorrichtungen 60 und 62 der drei Phasen mit den jeweiligen Phasendifferenzen von 120° eingeschaltet und ausgeschaltet, und werden die IBGTs 64U, 64V und 64W der Oberer-Arm-Vorrichtungen 60U, 60V und 60W, sowie die IGBTs 68U, 68V, und 68W der Unterer-Arm-Vorrichtungen 62U, 62V und 62W abwechselnd eingeschaltet und ausgeschaltet. Auf diese Weise wandelt der Wechselrichter 12 die Gleichspannung, die von der Seite des Aufwärtswandlers 14 eingespeist wird, in eine Wechselspannung, die dann an den Motor 18 abgegeben wird.
Durch diesen Prozess wird die Energie von der Batterie 12 an den Motor 18 zugeführt, während der Aufwärtswandler 14 die höhere Spannung an den Motor 18 anlegt. Somit wird der Motor 18 angetrieben. Daher ist es bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel möglich, den Motor 18 mit der Energie von der Batterie 12 anzutreiben, und ist es daher möglich, einen Antrieb des Fahrzeugs mit dem Motor 18 zu gewährleisten.
2 ist ein Ablaufdiagramm von einem Beispiel einer Steuerroutine, die durch die Leistungsumwandlungsvorrichtung 10 bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel durchgeführt wird. Die in 2 gezeigte Routine wird in/nach/zu jedem vorbestimmten Zeitintervall in der Steuereinheit 80 durchgeführt, während der Motor 18 angetrieben wird.
In der Leistungsumwandlungsvorrichtung 10 detektiert die Steuereinheit 80 Störungen basierend auf verschiedenen Zuständen. Insbesondere bestimmt die Steuereinheit 80, ob der IGBT 54 der Unterer-Arm-Vorrichtung 44 des Aufwärtswandlers 14 eine Kurzschlussstörung aufweist (Schritt 100).
Wenn die Steuereinheit 80 in Schritt 100 bestimmt, dass der IGBT 54 keine Kurzschlussstörung aufweist, schaltet die Steuereinheit 80 die beiden Umschalter 74 und 76 aus, und verbindet sie somit den negativseitigen Anschluss der Batterie 12 mit dem Kondensator 28 und dem Aufwärtswandler 14 über die negativseitige Stromleitung 22 (Schritt 110). In diesem Fall wird, da der negativseitige Anschluss der Batterie 12 mit dem Kondensator 28 und dem Aufwärtswandler 14 über die negativseitige Stromleitung 22 verbunden wird, der negativseitige Anschluss der Batterie 12 mit dem Wechselrichter 16 über den Kondensator 28, den Aufwärtswandler 14 und den Kondensator 58 verbunden.
Durch diesen Prozess wird die Ausgangsspannung der Batterie 12 durch den Aufwärtswandler 14 auf eine höhere Spannung erhöht, und wird die Energie von der Batterie 12 an den Wechselrichter 16 und den Motor 18 zugeführt, während der Aufwärtswandler 14 die höhere Spannung an den Wechselrichter 16 und den Motor 18 anlegt. Daher ist es als Folge des vorgenannten Prozesses möglich, den Motor 18 mit der höheren Spannung anzutreiben, und ist es dadurch möglich, das Fahrzeug anzutreiben, um es zu veranlassen, dass es in dem normalen Zustand fährt.
Andererseits, wenn die Steuereinheit 80 in Schritt 100 bestimmt, dass der IGBT 54 eine Kurzschlussstörung aufweist, schaltet die Steuereinheit 80 die beiden Umschalter 74 und 76 ein, und verbindet sie somit den negativseitigen Anschluss der Batterie 12 mit dem Überbrückungspfad 72 (Schritt 120). In diesem Fall wird die negativseitige Stromleitung 22 an der Position zwischen dem Relaisschalter 26 und dem Kondensator 28 (dem Verbindungspunkt α) und auch an der Position zwischen dem Aufwärtswandler 14 und dem Kondensator 58 (dem Verbindungspunkt β) unterbrochen (geöffnet). Auch wird der Überbrückungspfad 72 hergestellt, wodurch der negativseitige Anschluss der Batterie 12 mit dem Wechselrichter 16 verbunden wird, wobei die Unterer-Arm-Vorrichtung 44 des Aufwärtswandlers 14 überbrückt wird.
Durch diesen Prozess wird die Unterer-Arm-Vorrichtung 44 (eigentlich der Emitter von dem IGBT 54 und die Anode von der Diode 56) des Aufwärtswandlers 14, in dem der IGBT 54 die Kurzschlussstörung aufweist, von der negativseitigen Stromleitung 22 getrennt, die mit dem negativseitigen Anschluss der Batterie 12 verbunden ist, wobei der entsprechende Teil in der Schaltung durch den Überbrückungspfad 72 ersetzt wird. Selbst wenn der IGBT 54 die Kurzschlussstörung aufweist, ist es somit möglich zu verhindern, dass das elektrische Potential des Verbindungspunkts zwischen der Oberer-Arm-Vorrichtung 42 und der Unterer-Arm-Vorrichtung 44 des Aufwärtswandlers 14 ständig mit dem elektrischen Potential der negativseitigen Stromleitung 22 (mit anderen Worten dem elektrischen Potential des negativseitigen Anschlusses der Batterie 12) übereinstimmt. Selbst wenn der IGBT 54 die Kurzschlussstörung aufweist, ist es somit möglich zu verhindern, dass ein Strom, der von dem positivseitigen Anschluss der Batterie 12 ausgegeben wird, durch die positivseitige Stromleitung 20 fließt und daraufhin ständig über die Unterer-Arm-Vorrichtung 44 des Aufwärtswandlers 14 in die negativseitige Stromleitung 22 fließt, um zu dem negativseitigen Anschluss der Batterie 12 zurückzukehren.
Durch den vorgenannten Prozess wird auch die Verbindung zwischen dem negativseitigen Anschluss der Batterie 12 und dem Wechselrichter 16 über den Überbrückungspfad 72 beibehalten. Selbst wenn, wie es vorstehend dargelegt ist, die Unterer-Arm-Vorrichtung 44 des Aufwärtswandlers 14 von der negativseitigen Stromleitung 22 getrennt wird, die mit dem negativseitigen Anschluss der Batterie 12 verbunden ist, wobei der entsprechende Teil durch den Überbrückungspfad 72 ersetzt wird, ist es daher möglich, den Strompfad für eine Rückkehr von der Seite des Wechselrichters 16 zu dem negativseitigen Anschluss der Batterie 12 über den Überbrückungspfad 72 sicherzustellen.
Wie es vorstehend dargelegt ist, wenn die Unterer-Arm-Vorrichtung 44 von der negativseitigen Stromleitung 22 getrennt wird, die mit dem negativseitigen Anschluss der Batterie 12 verbunden ist, wobei der entsprechende Teil durch den Überbrückungspfad 72 ersetzt wird, fließt der Strom, der von dem positivseitigen Anschluss der Batterie 12 ausgegeben wird, in der folgenden Reihenfolge: positivseitige Stromleitung 20 → Spule 40 → Diode 52 der Oberer-Arm-Vorrichtung 42 → hochspannungsseitige Stromleitung 48 → Wechselrichter 16, der die Leistung an den Motor 18 liefert, parallel zu dem Kondensator 58 → negativseitige Stromleitung 22 → Verbindungspunkt β → Überbrückungspfad 72 → Verbindungspunkt α → negativseitige Stromleitung 22, und kehrt er somit zu dem negativseitigen Anschluss der Batterie 12 zurück.
In diesem Fall, da es nicht möglich ist, die Ausgangsspannung der Batterie 12 durch den Aufwärtswandler 14 zu erhöhen, ist es nicht möglich, Energie von der Batterie 12 mit der normalen höheren Spannung an den Wechselrichter 16 und den Motor 18 zuzuführen. Da es möglich ist, eine derartige niedrigere Spannung als die Ausgangsspannung der Batterie 12 an den Wechselrichter 16 und den Motor 18 anzulegen, ist es jedoch möglich, Energie von der Batterie 12 an den Wechselrichter 16 und den Motor 18 mit der niedrigeren Spannung zuzuführen. Selbst während der Kurzschlussstörung von dem IGBT 54 ist es daher möglich, ein Anlegen der Spannung von der Batterie 12 an den Wechselrichter 16 und den Motor 18 sicherzustellen, und ist es somit möglich, ein Antreiben des Motors 18 fortzusetzen. Dadurch ist es möglich, einen Antrieb des Fahrzeugs sicherzustellen, um dieses zu veranlassen zu fahren, wenn auch in einem eingeschränkten Zustand (d.h. mit einer niedrigeren Geschwindigkeit) im Vergleich zu dem normalen Zustand.
Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel, wenn der IGBT 54 die Kurzschlussstörung aufweist, ist der eine Anschluss des Überbrückungspfads 72 mit der negativseitigen Stromleitung 22 an dem Verbindungspunkt α verbunden, und ist auch der andere Anschluss des Überbrückungspfads 72 mit der negativseitigen Stromleitung 22 an dem Verbindungspunkt β verbunden. Dadurch wird der Überbrückungspfads 72 hergestellt. Mit andern Worten wird der Verbindungspfad, der den negativseitigen Anschluss der Batterie 12 mit dem Wechselrichter 16 verbindet, zwischen dem entsprechenden Teil der negativseitigen Stromleitung 22, der den Hauptpfad darstellt, der mit dem Aufwärtswandler 14 entsprechend dem Normalfall verbunden ist, und dem Überbrückungspfad 72, der den Aufwärtswandler 14 entsprechend dem Fall überbrückt, in dem der IGBT 54 die Kurzschlussstörung aufweist, umgeschaltet.
Der Überbrückungspfad 72 ist mit der negativseitigen Stromleitung 22 an dem Verbindungspunkt α und dem Verbindungspunkt β verbunden. Der Verbindungspunkt α liegt auf der Primärseite, d.h. der Seite der Batterie 12, von dem Kondensator 28 (eigentlich zwischen dem Relaisschalter 26 und dem Kondensator 28). Der Verbindungspunkt β liegt auf der Sekundärseite, d.h. der Seite des Wechselrichters 16, von dem Aufwärtswandler 14 und der Primärseite, d.h. der Seite des Aufwärtswandlers 14, von dem Kondensator 58 (eigentlich zwischen dem Aufwärtswandler 14 und dem Kondensator 58).
Zu Vergleichszwecken wird ein Vergleichsbeispiel angenommen, in dem der Verbindungspunkt β, an dem das andere Ende des Überbrückungspfads 72, der als Gegenmaßnahme gegen eine Kurzschlussstörung von dem IGBT 54 dient, mit der negativseitigen Stromleitung 22 verbunden ist, auf der Sekundärseite (der Seite des Wechselrichters 16) von dem Kondensator 58 liegt. In dem Vergleichsbeispiel führt der Verbindungspunkt β zu einer Erhöhung der Induktivität in der Schaltung auf der Sekundärseite des Kondensators 58. Als Folge hiervon nimmt die Stoßspannung auf der Sekundärseite des Kondensators 58 zu. Um die Erhöhung der Stoßspannung auf der Sekundärseite des Kondensators 58 zu unterbinden, ist es notwendig, die Schaltgeschwindigkeiten von allen Schaltvorrichtungen (IGBTs 64 und 68) auf der Sekundärseite des Kondensators 58 zu reduzieren, oder eine Beschaltung bzw. Dämpfungsschaltung wie etwas einen Kondensator unmittelbar benachbart zu jeder Armvorrichtung 60 oder 62 auf der Sekundärseite des Kondensators 58 zu installieren. Somit können die Kosten für die Gegenmaßnahme gegen den Stoß dramatisch steigen.
In einer derartigen Konfiguration, dass der Verbindungspunt β, an dem das andere Ende des Überbrückungspfads 72, der als Gegenmaßnahme gegen die Kurzschlussstörung von dem IGBT 54 dient, mit der negativseitigen Stromleitung 22 verbunden ist, auf der Sekundärseite des Aufwärtswandlers 14 und der Primärseite des Kondensators 58 liegt, wie es bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel der Fall ist, führt der Verbindungspunkt β zu einer Erhöhung der Induktivität der Schaltung auf der Primärseite des Kondensators 58. Als Folge hiervon erhöht sich die Stoßspannung auf der Primärseite des Kondensators 58. Es ist jedoch ausreichend, eine Beschaltung bzw. Dämpfungsschaltung wie etwa einen Kondensator auf der Primärseite des Verbindungspunkts β und der Sekundärseite des Aufwärtswandlers 14 zu installieren, oder die Schaltgeschwindigkeit von der Schaltvorrichtung (dem IGBT 50) zu reduzieren, um die Erhöhung der Stoßspannung auf der Primärseite des Kondensators 58 zu unterbinden.
Daher liegt gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel der Verbindungspunkt β, an dem das andere Ende des Überbrückungspfads 72, der als Gegenmaßnahme gegen die Kurzschlussstörung von dem IGBT 54 dient, mit der negativseitigen Stromleitung 22 verbunden ist, auf der Sekundärseite des Aufwärtswandlers 14 und der Primärseite des Kondensators 58. Durch eine derartige Bestimmung der Position des Verbindungspunkts β gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist es möglich, die Kosten für die Gegenmaßnahme gegen den Stoß im Vergleich zu dem Vergleichsbeispiel zu reduzieren, in dem der Verbindungspunkt β auf der Sekundärseite (der Seite des Wechselrichters 16) von dem Kondensator 58 angeordnet ist.
Auch liegt gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel der Verbindungspunkt α, an dem das eine Ende des Überbrückungspfads 72, der als Gegenmaßnahme gegen die Kurzschlussstörung von dem IGBT 54 dient, mit der negativseitigen Stromleitung 22 verbunden ist, auf der Primärseite, d.h. der Seite der Batterie 12, von dem Kondensator 28. Durch eine derartige Bestimmung der Position des Verbindungspunkts α gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel tritt weder eine Induktivitätserhöhung auf der Sekundärseite des Kondensators 58 noch eine Induktivitätserhöhung auf der Primärseite des Kondensators 58 auf, wie etwa diejenigen, die vorstehend als Folge des Vorhandenseins des Verbindungspunkts α beschrieben sind. Daher ist es mit der Position des Verbindungspunkts α gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel möglich, die Erhöhung der Stoßspannung auf der Sekundärseite des Kondensators 58 zu unterbinden, und ist es auch möglich, die Erhöhung der Stoßspannung auf der Primärseite des Kondensators 58 zu unterbinden.
Daher ist es mit der Leistungsumwandlungsvorrichtung 10 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel möglich, die Energieversorgung von der Batterie 12 an den Wechselrichter 16 durch Verwendung des Überbrückungspfads 72 selbst dann sicherzustellen, wenn der IGBT 54 der Unterer-Arm-Vorrichtung 44 des Aufwärtswandlers 14 die Kurzschlussstörung aufweist. Weiterhin ist es möglich, die Erhöhung der Stoßspannung zu unterbinden, die aufgrund des Vorhandenseins der Verbindungspunkte α und β erzeugt wird, an denen die negativseitige Stromleitung 22 mit dem Überbrückungspfad 72 verbunden ist. Auch ist es möglich, die Erhöhung der Stoßspannung mit niedrigen Kosten zu unterbinden. Daher ist es möglich, die Stoßspannung mit niedrigen Kosten derart herabzusetzen, dass sie niedriger oder gleich der Stehspannung bzw. Spannungsfestigkeit des Wechselrichters 16 ist.
Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel stellt der Kondensator 28 ein Beispiel von einem "ersten Kondensator" dar. Der Kondensator 58 stellt ein Beispiel von einem "zweiten Kondensator" dar. Der Motor 18 stellt ein Beispiel von einer "Last" dar. Die negativseitige Stromleitung 22 stellt ein Beispiel von einer "Leitung eines elektrischen Referenzpotentials" dar. Der IGBT 54 der Unterer-Arm-Vorrichtung 54 des Aufwärtswandlers 14 stellt ein Beispiel von einer "Unterer-Arm-Schaltvorrichtung" dar. Die Position des Verbindungspunkts α stellt ein Beispiel von einer "ersten Position" dar. Die Position des Verbindungspunkts β stellt ein Beispiel von einer "zweiten Position" dar. Die Um- bzw. Wechselschalter 74 und 76 stellen Beispiele von einem "Schaltelement" dar. Wenn sie Schritt 100 von der Routine gemäß 2 durchführt, stellt die Steuereinheit 80 ein Beispiel von einem "Störungsbestimmungselement" dar. Wenn sie Schritt 120 von der Routine gemäß 2 durchführt, stellt die Steuereinheit 80 ein Beispiel von einem "Schaltsteuerelement" dar.
Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist das andere Ende des Überbrückungspfads 72, der als Gegenmaßnahme gegen die Kurzschlussstörung von dem IGBT 54 dient, mit der negativseitigen Stromleitung 22 an dem Verbindungspunkt β auf der Sekundärseite des Aufwärtswandlers 14 und der Primärseite des Kondensators 58 (eigentlich zwischen dem Aufwärtswandler 14 und dem Kondensator 58) verbunden. Als Gegenmaßnahme gegen die Erhöhung der Stoßspannung auf der Primärseite des Kondensators 58, die durch das Vorhandensein des Verbindungspunkts β verursacht wird, ist keine Beschaltung bzw. Dämpfungsschaltung installiert.
Es ist jedoch auch möglich, einen Kondensator 90, wie er in 3 gezeigt ist, als Gegenmaßnahme gegen die Erhöhung der Stoßspannung auf der Primärseite des Kondensators 58 zu installieren, die aufgrund des Vorhandenseins des Verbindungspunkts β erzeugt wird. Der Kondensator 90 wird als eine Beschaltung bzw. Dämpfungsschaltung verwendet, die parallel zu dem Aufwärtswandler 14 geschaltet ist. Ein Anschluss des Kondensators 90 ist mit der negativseitigen Stromleitung 22 zwischen dem Verbindungspunkt β und dem Aufwärtswandler 14 (eigentlich dem Emitter von dem IGBT 54 der Unterer-Arm-Vorrichtung 44) verbunden, und der andere Anschluss des Kondensators 90 ist mit der hochspannungsseitigen Stromleitung 48 verbunden.
Gemäß der Abwandlung, die vorstehend unter Verwendung von 3 beschrieben ist, ist es möglich, die Erhöhung der Stoßspannung auf der Primärseite des Kondensators 58 mit dem Kondensator 90 als die Beschaltung bzw. Dämpfungsschaltung positiv bzw. bestimmt zu unterbinden, selbst wenn die Schaltungskonfiguration verwendet wird, in der der Verbindungspunkt β auf der negativseitigen Stromleitung 22 auf der Sekundärseite des Aufwärtswandlers 14 und der Primärseite des Kondensators 58 liegt. Es ist zu beachten, dass bei der Abwandlung der Kondensator 90 ein Beispiel von einem "dritten Kondensator" darstellt.
Bei den vorgenannten Ausführungsbeispielen ist das eine Ende des Überbrückungspfads 72 mit der negativseitigen Stromleitung 22 an dem Verbindungspunkt α auf der Primärseite des Kondensators 28 verbunden, und ist das andere Ende des Überbrückungspfads 72 auf der negativseitigen Stromleitung 22 an dem Verbindungspunkt β auf der Sekundärseite des Aufwärtswandlers 14 und der Primärseite des Kondensators 58 verbunden. Wenn der IGBT 54 die Kurzschlussstörung aufweist, wird dann die negativseitige Stromleitung 22 sowohl an dem Verbindungspunkt α als auch an dem Verbindungspunkt β getrennt bzw. unterbrochen. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt. Es ist auch möglich, dass der Überbrückungspfad 72 an jeweiligen Punkten verbunden ist, die zumindest einen von dem Verbindungspunkt α und dem Verbindungspunkt β umfassen. In diesem Fall wird, wenn der IGBT 54 die Kurzschlussstörung aufweist, die negativseitige Stromleitung 22 an den jeweiligen Positionen getrennt bzw. unterbrochen, die den zumindest einen von dem Verbindungspunkt α und dem Verbindungspunkt β umfassen.
Das heißt, wenn der IGBT 54 die Kurzschlussstörung aufweist, ist es in einem Fall, in dem zum Beispiel die negativseitige Stromleitung 22 an dem Verbindungspunkt α durch den Umschalter 74 unterbrochen wird, möglich, dass die negativseitige Stromleitung 22 an einer anderen Position auf der Sekundärseite (der Seite des Wechselrichters 16) von dem Kondensator 58 durch einen entsprechenden Umschalter unterbrochen wird. Ebenso, wenn der IGBT 54 die Kurzschlussstörung aufweist, ist es in einem Fall, in dem zum Beispiel die negativseitige Stromleitung 22 an dem Verbindungspunkt β durch den Umschalter 76 unterbrochen wird, möglich, die negativseitige Stromleitung 22 an einer anderen Position zwischen dem Kondensator 28 und dem Aufwärtswandler 14 durch einen entsprechenden Umschalter zu unterbrechen.
Bei den vorgenannten Ausführungsbeispielen werden die IGBTs 50, 54, 64 und 68 als die Schaltvorrichtungen der Oberer-Arm-Vorrichtungen 42 und 60 und der Unterer-Arm-Vorrichtungen 44 und 62 des Aufwärtswandlers 14 und des Wechselrichters 16 verwendet, die als die Leistungshalbleitervorrichtungen dienen. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt. Als diese Schaltvorrichtungen können auch Leistungsmetalloxidhalbleiter-Feldeffekttransistoren (Leistungs-MOSFETS) verwendet werden.
Bei den vorgenannten Ausführungsbeispielen ist die Leistungsumwandlungsvorrichtung 10 in einem Elektrofahrzeug oder einem Hybridfahrzeug installiert. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt. Die Leistungsumwandlungsvorrichtung 10 kann auch in einer von einem Fahrzeug abweichenden Vorrichtung oder dergleichen installiert sein bzw. werden.
Gemäß den vorgenannten Ausführungsbeispielen ist es möglich, eine Leistungsumwandlungsvorrichtung bereitzustellen, die im Stande ist, mit niedrigen Kosten eine Erhöhung einer Stoßspannung auf einem niedrigen Niveau zu unterbinden, die durch Bereitstellung eines Umschaltpunkts zum Umschalten zwischen einer Hauptstromleitung und einem Überbrückungs- bzw. Umgehungspfad verursacht wird, während eine Energieversorgung von einer Batterie an einen Wechselrichter mit einem Überbrückungs- bzw. Umgehungspfad gewährleistet wird, wenn ein Aufwärtswandler bzw. Hochsetzsteller eine Kurzschlussstörung aufweist.
Somit wurden die Leistungsumwandlungsvorrichtungen 10 gemäß den Ausführungsbeispielen beschrieben. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf diese Ausführungsbeispiele beschränkt. Es können verschiedene Modifikationen und/oder Implementierungen wie etwa Kombinationen mit einem Teil oder allen von einem oder mehreren weiteren Ausführungsbeispielen, ein oder mehrere Ersetzungen mit einem Teil von einem oder mehreren weiteren Ausführungsbeispielen, usw. innerhalb des Umfangs der vorliegenden Erfindung vorgenommen werden.
Ein Kondensator ist parallel zu einer Batterie geschaltet; ein Aufwärtswandler ist mit der Batterie und dem ersten Kondensator verbunden; ein weiterer Kondensator ist parallel zu dem Aufwärtswandler geschaltet; ein Wechselrichter ist parallel zu dem Aufwärtswandler und dem weiteren Kondensator geschaltet; eine Leitung eines elektrischen Referenzpotentials verbindet einen negativseitigen Anschluss der Batterie mit dem Kondensator, dem Aufwärtswandler, dem weiteren Kondensator und dem Wechselrichter in der angegebenen Reihenfolge; und ein Überbrückungspfad wird, wenn eine Unterer-Arm-Schaltvorrichtung des Aufwärtswandlers eine Kurzschlussstörung aufweist, durch Unterbrechung der Leitung eines elektrischen Referenzpotentials an einer Position ausgebildet, die zumindest eine von einer Position zwischen dem negativseitigen Anschluss und dem Kondensator und einer weiteren Position zwischen dem Aufwärtswandler und dem weiteren Kondensator umfasst. Der Überbrückungspfad überbrückt die Unterer-Arm-Schaltvorrichtung und verbindet den negativseitigen Anschluss mit dem Wechselrichter.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2012-130108 [0002]

Claims

Leistungsumwandlungsvorrichtung mit: einer Batterie; einem ersten Kondensator, der parallel zu der Batterie geschaltet ist; einem Aufwärtswandler, der mit der Batterie und dem ersten Kondensator verbunden ist; einem zweiten Kondensator, der parallel zu dem Aufwärtswandler geschaltet ist; einem Wechselrichter, der parallel zu dem Aufwärtswandler und dem zweiten Kondensator geschaltet ist; einer Leitung eines elektrischen Referenzpotentials, die einen negativseitigen Anschluss der Batterie mit dem ersten Kondensator, dem Aufwärtswandler, dem zweiten Kondensator und dem Wechselrichter in einer Reihenfolge des ersten Kondensators, des Aufwärtswandlers, des zweiten Kondensators und des Wechselrichters verbindet; und einem Überbrückungspfad, der, wenn eine in dem Aufwärtswandler umfasste Unterer-Arm-Schaltvorrichtung eine Kurzschlussstörung aufweist, als Folge dessen ausgebildet wird, dass die Leitung eines elektrischen Referenzpotentials an einer Position unterbrochen wird, die zumindest eine von einer Position zwischen dem negativseitigen Anschluss und dem ersten Kondensator und einer zweiten Position zwischen dem Aufwärtswandler und dem zweiten Kondensator umfasst, wobei der Überbrückungspfad die Unterer-Arm-Schaltvorrichtung des Aufwärtswandlers überbrückt und den negativseitigen Anschluss mit dem Wechselrichter verbindet.
Leistungsumwandlungsvorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei der Überbrückungspfad, wenn die Unterer-Arm-Schaltvorrichtung eine Kurzschlussstörung aufweist, als Folge dessen ausgebildet wird, dass die Leitung eines elektrischen Referenzpotentials an einer die zweite Position umfassenden Position unterbrochen wird, und die Leistungsumwandlungsvorrichtung ferner einen dritten Kondensator umfasst, wobei ein Ende des dritten Kondensators zwischen dem Aufwärtswandler und der zweiten Position mit der Leitung eines elektrischen Referenzpotentials verbunden ist, wobei der dritte Kondensator parallel zu dem Aufwärtswandler geschaltet ist.
Leistungsumwandlungsvorrichtung gemäß Anspruch 1 oder 2, zusätzlich mit: einem Schaltelement, das einen Verbindungspfad, der den negativseitigen Anschluss mit dem Wechselrichter verbindet, zwischen einem entsprechenden Teil der Leitung eines elektrischen Referenzpotentials und dem Überbrückungspfad umschaltet.
Leistungsumwandlungsvorrichtung gemäß Anspruch 3, zusätzlich mit: einem Störungsbestimmungselement, das bestimmt, ob die Unterer-Arm-Schaltvorrichtung eine Kurzschlussstörung aufweist; und einem Schaltsteuerelement, das eine Anweisung an das Schaltelement sendet, um den Verbindungspfad auf den Überbrückungspfad umzuschalten, wenn das Störungsbestimmungselement bestimmt, dass die Unterer-Arm-Schaltvorrichtung eine Kurzschlussstörung aufweist.