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Bereich der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Steuerungsvorrichtung für ein elektrisches Fahrzeug bzw. ein Elektrofahrzeug, und bezieht sich insbesondere auf eine Steuerung für den Fall, dass ein Überstromselbstschutz eines Traktionsinverters arbeitet.
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Beschreibung des Standes der Technik
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Die Druckschrift
US 6 422 331 B1 offenbart ein Hybridfahrzeug mit einer Leistungsantriebseinheit, die Leistung aus einer Hauptbatterie erhält und zusätzlich Leistung aus einer Hilfsbatterie über einen Gleichspannungswandler erhält. Die Leistungsantriebseinheit weist eine Selbstschutzschaltung 75 auf. Weiterhin ist ein Schalter vorgesehen, durch den die Verbindung zwischen der Hauptbatterie und der Leistungsantriebseinheit unterbrochen werden kann.
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Die Druckschrift
JP 2001 - 204 106 A beschreibt ein Leistungssystem in einem Elektrofahrzeug. Dabei ist eine Brennstoffzelle mit einem Inverter verbunden, über den ein Motor angetrieben wird. Weiterhin ist eine zusätzliche Batterie über einen Leistungswandler mit dem Eingang des Umrichters verbunden. Darüber hinaus ist ein Schalter vorgesehen, durch den der Eingang des Inverters sowohl von der Brennstoffzelle als auch der zusätzlichen Batterie getrennt wird. Außerdem ist auch für die Brennstoffzelle ein Schalter vorgesehen.
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Weitere Anordnungen von elektrischen Hybridfahrzeugen, die mit einer Brennstoffzelle und einer Sekundärzelle (Speichereinrichtung) ausgestattet sind, die als Leistungsversorgungseinrichtung verwendet werden, und wobei ein Traktionsinverter zum Zuführen von Wechselstromleistung zu einem Traktionsmotor (Fahrmotor) zur Verwendung bei dem Fahren des Fahrzeugs, eine Brennstoffzelle zum Zuführen von Gleichstromleistung zu dem Traktionsinverter, und eine parallel mit der Brennstoffzelle über einen Gleichspannungs-/Gleichspannungs-Wandler (DC/DC-Wandler) parallel geschaltete Sekundärzelle in einem Leistungsversorgungssystem für ein Fahrzeug vorgesehen sind, sind beispielsweise in der japanischen Offenlegungsschrift
JP 2002 - 118979 A offenbart und sind bekannt. Der Traktionsinverter empfängt eine zugeführte Gleichstromleistung von sowohl der Brennstoffzelle und der Sekundärzelle als auch von einer dieser Zellen, wandelt diese in eine Wechselstromleistung um und treibt den Traktionsmotor an.
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[Patentdokument 1]
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Japanische Offenlegungsschrift
JP 2002 - 118979 A .
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Tritt jedoch die Situation auf, dass ein Überstrom von der Brennstoffzelle in dem Traktionsinverter fließt, und arbeitet eine Selbstschutzschaltung des Traktionsinverters und wird ein Inverterschaltvorgang (Inverterschaltbetrieb) beendet, dann fließt dieser Überstrom zu dem DC/DC-Wandler, der parallel zur Brennstoffzelle geschaltet ist, und es besteht die Gefahr, dass der DC/DC-Wandler (oder die Speichereinrichtung) beschädigt werden können.
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Die vorliegende Erfindung befasst sich mit dem Problem der Bereitstellung einer Steuerungsvorrichtung für ein elektrisches Fahrzeug bzw. ein Elektrofahrzeug, bei dem der Fluss eines Überstroms zu einem DC/DC-Wandler in dem Fall beendet wird, dass das Umschalten des Traktionsinverters unter Verwendung des Überstromselbstschutzes beendet wird.
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Diese Aufgabe wird durch eine Steuerungsvorrichtung für ein Elektrofahrzeug gelöst, wie sie in Patentanspruch 1 angegeben ist.
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Das heißt, die erfindungsgemäße Steuerungsvorrichtung für ein Elektrofahrzeug ist eine Steuerungsvorrichtung mit einer ersten Gleichstromleistungs-Zuführungseinrichtung zum Zuführen einer Gleichstromleistung zu einem Traktionsinverter, und einer zweiten Gleichstromleistungs-Zuführungseinrichtung, die über einen DC/DC-Wandler parallel zu der ersten Gleichstromleistungs-Zuführungseinrichtung geschaltet ist. Die Steuerungsvorrichtung weist eine erste Selbstschutzschaltung zum Schützen einer Schaltung des Traktionsinverters von durch die erste Gleichstromleistungs-Zuführungseinrichtung zugeführten Überströmen, und eine zweite Selbstschutzschaltung zum Stoppen eines Schaltbetriebs des DC/DC-Wandlers in Synchronisation mit dem Betrieb der ersten Selbstschutzschaltung auf, um einen in den DC/DC-Wandler fließenden Überstrom abzuschalten. Da das Abschalten des Umschaltbetriebs des DC/DC-Wandlers eine hervorragende Ansprechfähigkeit aufweist, ist es für die zweite Selbstschutzschaltung des DC/DC-Wandlers möglich, dass diese ohne Verzögerung bei dem Starten des Betriebs der ersten Selbstschutzschaltung des Traktionsinverters arbeitet.
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Es ist ferner bevorzugt, einen Aufbau vorzusehen, bei dem die zweite Selbstschutzschaltung den Umschaltvorgang des DC/DC-Wandlers nach dem Ablaufen einer vorbestimmten Zeitdauer seit dem Start des Betriebs der ersten Selbstschutzschaltung des Traktionsinverters zwingend neu gestartet wird. Liegt ein zeitweiliger Überstrom vor, dann wird das System innerhalb einer kurzen Zeitdauer wiederhergestellt, und ein normales Fahren des Fahrzeugs kann fortgesetzt werden.
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Figurenliste
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- 1 zeigt die Darstellung eines Systemaufbaus für ein Leistungszuführungssystem für ein Elektrofahrzeug gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN
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AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
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1 zeigt einen Systemaufbau, der sich auf ein Leistungsversorgungssystem eines Elektrofahrzeugs bzw. eines elektrischen Fahrzeugs gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel bezieht. Ein Traktionsinverter 50 zum Zuführen einer Wechselstromleistung zu einem Traktionsmotor (Leistungslast) 60, eine erste Gleichstromleistungs-Zuführungseinrichtung 20 zum Zuführen einer Gleichstromleistung zu dem Traktionsinverter 50, eine zweite Gleichstromleistungs-Zuführungseinrichtung 30, die über einen DC/DC-Wandler (Gleichspannungs-/Gleichspannungs-Wandler) 40 parallel zu der ersten Gleichstromleistungs-Zuführungseinrichtung 20 geschaltet ist, ein Relais (Abschaltteil) 70 zum Abschalten der Zuführung einer Leistung von der ersten Gleichstromleistungs-Zuführungseinrichtung 20 zu dem Traktionsinverter 50, und eine Steuerungseinheit 80 zum Durchführen der Steuerung des Leistungszuführungssystems sind in einem Leistungszufuhrungssystem eines Elektrofahrzeugs (elektrisches Fahrzeug) 10 angeordnet.
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Die erste Gleichstromleistungs-Zuführungseinrichtung 20 ist eine Leistungszuführungseinrichtung, die als eine Hauptleistungszuführung für das System dient und vorzugsweise in Form beispielsweise einer Brennstoffzelle vorgesehen ist. Die Brennstoffzelle ist eine Einrichtung zum Umwandeln von chemischer Energie, die in dem Brennstoffgas und dem Oxidationsgas enthalten ist, in elektrische Energie, und weist die Vorteile einer hohen Energieeffizienz auf, während wenig giftige Abgase erzeugt werden und auf die Verwendung von Benzin-Brennstoff verzichtet werden kann. Die zweite Gleichstromleistungs-Zuführungseinrichtung 30 ist eine Leistungszuführungseinrichtung, die als eine Hilfsleistungszuführung für das System dient, und die vorzugsweise als eine Sekundärzelle, wie beispielsweise eine Nickelcadmium-Speicherzelle, eine Nickel-Hydridspeicherzelle oder eine Lithiumsekundärzelle und dergleichen ausgebildet ist, oder als eine Speichereinrichtung wie einen Kondensator und dergleichen vorgesehen ist, die für ein Laden und Entladen ausgelegt sind. Durch die Ausgestaltung eines Hybridleistungszuführungssystems in Verbindung mit der ersten Gleichstromleistungs-Zuführungseinrichtung 20 und der zweiten Gleichstromleistungs-Zuführungseinrichtung 30 ist es somit möglich, beispielsweise kinetische Energie bei dem Bremsen des Fahrzeugs in elektrische Energie zum Speichern in der zweiten Gleichstromleistungs-Zuführungseinrichtung 30 wiederzugewinnen, so dass in dem Fall, dass eine momentane Leistung zum Starten oder für eine Beschleunigung und dergleichen erforderlich ist, ein Mangel bei der durch die erste Gleichstromleistungs-Zuführungseinrichtung 20 zugeführten Leistung durch die zweite Gleichstromleistungs-Zuführungseinrichtung 30 ausgeglichen werden kann.
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Der Traktionsmotor 60 ist ein Elektromotor zum Erzeugen einer Antriebskraft zum Antreiben bzw. Fahren des Fahrzeugs (Fahrmotor), und ist beispielsweise in Form eines Drei-Phasen-Synchronmotors oder dergleichen ausgebildet. Der Traktionsinverter 50 umfasst eine Drei-Phasen-Brückenschaltung, die beispielsweise aus sechs Leistungstransistoren besteht, wobei die Gleichstromleistung in eine Wechselstromleistung (Drei-Phasen-Wechselstrom) mittels eines Umschaltvorgangs bzw. eines Umschaltbetriebs der Leistungstransistoren umgewandelt und dem Traktionsmotor 60 zugeführt wird. Die Steuerung der Leistungstransistoren wird durch die Steuerungseinheit 80 durchgeführt, und eine bei der Umschaltsteuerung durch die Steuerungseinheit 80 erforderliche Information wird von dem Traktionsinverter 50 übertragen. Der Traktionsinverter 50 bewirkt eine Anpassung der Amplitude und der Frequenz des Drei-Phasen-Wechselstroms, wobei dies erforderlich ist zum Anpassen des Ausgangsdrehmoments und der Drehzahl des Traktionsmotors 60 auf einen gewünschten Wert in Abhängigkeit von einer Anforderungsanweisung durch die Steuerungseinheit 80. Der Traktionsinverter 50 umfasst eine Selbstschutzschaltung 51 zum Schützen der Schaltung vor Überströmen. Wird ein Überstrom ermittelt, dann beendet die Selbstschutzschaltung 51 den Umschaltbetrieb bzw. den Umschaltvorgang des Traktionsinverters 50.
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Zusätzlich zu der Funktion als ein Spannungssteuerungsteil zum Anpassen der Ausgangsspannung der ersten Gleichstromleistungs-Zuführungseinrichtung 20 für eine Anpassung an den Betriebszustand des Systems bewirkt der DC/DC-Wandler 40 ein Vermindern bzw. Herabtransformieren der durch die erste Gleichstromleistungs-Zuführungseinrichtung 20 ausgegebenen Gleichstromspannung und lädt die zweite Gleichstromleistungs-Zuführungseinrichtung 30 im Hinblick auf eine Verwendung als Hilfsleistungszuführung. Die Leistungsumwandlungssteuerung des DC/DC-Wandlers 40 wird mittels der Steuerungseinheit 80 gesteuert. Der DC/DC-Wandler 40 umfasst eine Selbstschutzschaltung 41 zum Schützen der Schaltung vor Überströmen. Wird ein Überstrom ermittelt, dann beendet die Selbstschutzschaltung 41 den Umschaltbetrieb des DC/DC-Wandlers 40.
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In dem Fall, dass die Selbstschutzschaltung 51 als Ergebnis eines von der ersten Gleichstromleistungs-Zuführungseinrichtung 20 zu dem Traktionsmotor 50 zugeführten Überstroms betrieben (aktiviert) wird bzw. arbeitet, öffnet gemäß dem vorstehend beschriebenen Aufbau die Steuerungseinheit 80 das Relais 70 in Synchronisation mit dem Betrieb (Beenden des Umschaltbetriebs des Traktionsinverters 50) der Selbstschutzschaltung 51 und schaltet die Zufuhr der Leistung von der ersten Gleichstromleistungs-Zuführungseinrichtung zu dem Traktionsinverter 50 ab. Es ist im Ergebnis möglich, zu verhindern, dass in dem DC/DC-Wandler 40 ein Überstrom fließt. Es ist ferner möglich, das Beenden (Betrieb der Selbstschutzschaltung 41) des Umschaltens des DC/DC-Wandlers 40 zu vermeiden. In dem Fall, dass die Selbstschutzschaltung 51 beispielsweise infolge des von der ersten Gleichstromleistungs-Zuführungseinrichtung 20 zu dem Traktionsinverter 50 zugeführten Überstroms arbeitet, wird gemäß einem weiteren Verfahren eine Steuerung in der Weise durchgeführt, dass der Umschaltvorgang des DC/DC-Wandlers 40 beendet wird durch Betätigen bzw. Betreiben der Selbstschutzschaltung 41 des DC/DC-Wandlers 40 in Synchronisation mit dem Betrieb der Selbstschutzschaltung 51 des Traktionsinverters 50. In diesem Fall kann ein Aufbau vorgesehen sein, bei dem die Selbstschutzschaltung 41 in Synchronisation mit dem Betrieb der Selbstschutzschaltung 51 arbeitet, als Ergebnis dessen, dass die Selbstschutzschaltungen 41 und 51 gegenseitig Steuerungssignale übertragen und empfangen, oder es kann ein Aufbau vorgesehen sein, bei dem die Steuerungseinheit 80 bei dem Erfassen des Betriebs der Selbstschutzschaltung 51 bewirkt, dass die Selbstschutzschaltung 41 in Synchronisation damit arbeitet. Es ist des Weiteren ebenfalls möglich, den Umschaltbetrieb des DC/DC-Wandlers 40 durch eine (nicht gezeigte) Zwangsabschalteinrichtung anzuhalten, die getrennt von der Selbstschutzschaltung 41 ist. Die Selbstschutzschaltung 41 oder die Zwangsabschalteinrichtung und dergleichen gemäß der vorstehenden Beschreibung können als ein Umschaltbeendigungsteil für den DC/DC-Wandler 40 dienen. Eine geringe Ansprechverzögerung kann in Verbindung mit dem mechanischen Betrieb zum Öffnen und Schließen des Relais 70 auftreten, wobei die Ansprechfähigkeit jedoch hervorragend ist, falls das Schalten der Selbstschutzschaltung 41 beendet wird.
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Es ist ferner möglich, einen Aufbau vorzusehen, bei dem das Relais 70 zwingend geschlossen wird und der Betrieb der Selbstschutzschaltung 41 zwingend beendet wird (der Schaltbetrieb des DC/DC-Wandlers 40 wird zwingend neu gestartet), nachdem eine vorbestimmte Zeitdauer seit dem Starten des Betriebs der Selbstschutzschaltung 51 abgelaufen ist. Es ist insbesondere ebenfalls möglich, einen Aufbau vorzusehen, bei dem ein Umschaltbeendigungsteil zwingend den Umschaltbetrieb bzw. die Umschaltvorgänge des DC/DC-Wandlers 40 erneut startet, nachdem seit dem Starten des Betriebs der Selbstschutzschaltung 51 des Traktionsinverters 50 eine vorbestimmte Zeitdauer abgelaufen ist. Ist der in dem Traktionsinverter 50 fließende Überstrom nur während eines Übergangs vorhanden (d.h. flüchtig, vorübergehend, Ausgleichsvorgang), dann ist es möglich, innerhalb einer kurzen Zeitdauer zu dem normalen Fahren zurückzukehren.
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Industrielle Anwendbarkeit
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Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, in einem Gleichspannungs-/Gleichspannungs-Wandler (DC/DC-Wandler) in dem Fall das Fließen von Überströmen zu verhindern, dass das Umschalten eines Traktionsinverters als Ergebnis eines Überstromselbstschutzes beendet wird. Es ist ebenfalls möglich, das System innerhalb einer kurzen Zeit zurückzusetzen.
