DE112016002954T5

DE112016002954T5 - Wechselrichtervorrichtung für ein elektrisch angetriebenes Fahrzeug

Info

Publication number: DE112016002954T5
Application number: DE112016002954.3T
Authority: DE
Inventors: Yasushi Nakamura; Tomoya Hirano
Original assignee: Aisin AW Co Ltd
Current assignee: Aisin Corp
Priority date: 2015-09-18
Filing date: 2016-09-15
Publication date: 2018-03-15
Also published as: JPWO2017047696A1; US10615682B2; US20190123635A1; CN108028612B; CN108028612A; WO2017047696A1; JP6443558B2

Abstract

Eine Wechselrichtervorrichtung für ein elektrisch angetriebenes Fahrzeug weist einen Glättungskondensator, einen Entladewiderstand, ein erstes und zweites Entladeschaltelement, die in Serie zwischen beiden Enden des Glättungskondensators verbunden sind, und eine Klemmschaltung auf, die für mindestens eines von dem ersten und zweiten Entladeschaltelement vorgesehen ist. Die Klemmschaltung weist ein Umkehrflussverhinderungselement und ein Konstantspannungserzeugungselement auf, das einen konstanten Spannungsabfall verursachen, wenn eine Spannung über dem Konstantspannungserzeugungselement einen im Voraus festgelegten Wert überschreitet.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrisch angetriebene Fahrzeugwechselrichtervorrichtung bzw. eine Wechselrichtervorrichtung für ein elektrisch angetriebenes Fahrzeug.
TECHNISCHER HINTERGRUND
Bekannt ist eine Wechselrichtervorrichtung für ein elektrisch angetriebenes Fahrzeug, bei der ein einzelnes Schaltelement, das elektrisch parallel geschaltet ist zu einem Glättungskondensator, eingeschaltet wird, um eine in dem Glättungskondensator angesammelte Ladung an Masse freizugeben (siehe beispielsweise das Patentdokument 1). Betreffende Dokumente vom Stand der Technik.
Patentdokumente
Patentdokument 1: Japanische Patentanmeldungsveröffentlichung mit der Nr. 2013-188092 ( JP 2013-188092 A )
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Das durch die Erfindung zu lösende Problem
Bei der Wechselrichtervorrichtung für ein elektrisch angetriebenes Fahrzeug, bei der ein einzelnes Schaltelement verwendet wird, wie in dem obigen Patentdokument 1 beschrieben, kann jedoch die Spannung über dem Glättungskondensator nicht höher werden als die Stehspannung des Schaltelements, und folglich ist es schwierig, eine größere Spannung über dem Glättungskondensator, die eine Drehzahlerhöhung eines Motors mit sich bringt, zu unterstützen. Um eine höhere Spannung zu unterstützen, ist es also notwendig, die Stehspannung des Schaltelements anzuheben, wodurch Kosten, physikalische Abmessungen (Größe) und ein Leistungsverlust zunehmen.
Ausgehend von dem Vorangegangen, ist es denkbar, eine Mehrzahl von Schaltelementen, die miteinander in Serie geschaltet sind, parallel zu dem Glättungskondensator zu schalten, um eine höhere Spannung über den Glättungskondensator zu erlauben, ohne die Stehspannung der Schaltelemente anzuheben. Mit einem derartigen Verfahren können jedoch unsymmetrische Spannungen an der Mehrzahl von Schaltelementen anliegen, wenn eine individuelle Differenz (beispielsweise eine Differenz bezüglich der Schwellenwertspannung, bei der die Schaltelemente eingeschaltet werden) zwischen der Mehrzahl von Schaltelementen vorliegt. In diesem Fall kann eine Spannung, die gleich oder größer als die Stehspannung ist, an das Schaltelement in der oberen Stufe angelegt werden, wenn beispielsweise das Schaltelement in der unteren Stufe früher eingeschaltet wird als das Schaltelement in der oberen Stufe.
Diesbezüglich ist es auch möglich, die individuelle Differenz zwischen zwei Schaltelementen im Voraus zum Zeitpunkt der Herstellung zu messen und eine Klemmschaltung zu der Seite eines Schaltelements hinzuzufügen, das später eingeschaltet wird. Ein derartiges Verfahren erfordert jedoch Aufwand (Arbeitsstunden), um die individuelle Differenz zu messen.
Aus Sicht des Vorangegangenen ist es eine Aufgabe der vorliegenden Offenbarung, eine Wechselrichtervorrichtung für ein elektrisch angetriebenes Fahrzeug zu schaffen, bei der eine Mehrzahl von Schaltelementen, die in Serie miteinander parallel zu einem Glättungskondensator geschaltet sind, die Wahrscheinlichkeit des Anliegens einer Spannung an den Schaltelementen, die gleich oder größer als die Stehspannung ist, reduziert.
[Mittel zum Lösen des Problems]
Ein Aspekt der vorliegenden Offenbarung liefert ...
[Wirkungen der Erfindung]
Gemäß der vorliegenden Offenbarung kann eine Wechselrichtervorrichtung für ein elektrisch angetriebenes Fahrzeug erhalten werden, bei der eine Mehrzahl von Schaltelementen elektrisch parallel geschaltet ist zu einem Glättungskondensator und die Möglichkeit des Anliegens einer Spannung an den Schaltelementen, die gleich oder größer als die Stehspannung ist, reduziert ist.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 zeigt ein Beispiel des Gesamtaufbaus eines Motorantriebssystems für ein elektrisch angetriebenes Fahrzeug.
2 zeigt eine Wechselrichtervorrichtung für ein elektrisch angetriebenes Fahrzeug gemäß einem Ausführungsbeispiel (erstes Ausführungsbeispiel).
3 zeigt ein Beispiel einer Spannungswellenform, die durch eine Entladesteuerungsschaltung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel erzielt wird.
4 zeigt eine Entladesteuerungsschaltung gemäß einem ersten Vergleichsbeispiel.
5 zeigt eine Entladesteuerungsschaltung gemäß einem zweiten Vergleichsbeispiel.
6 zeigt ein Beispiel einer Spannungswellenform, die durch die Entladesteuerungsschaltung gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel erzielt wird.
7 zeigt eine Wechselrichtervorrichtung für ein elektrisch angetriebenes Fahrzeug gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel (zweites Ausführungsbeispiel).
AUSFÜHRUNGSFORMEN DER ERFINDUNG
Ausführungsbeispiele werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
Sofern nicht anders benannt, bedeutet der Ausdruck „Verbindung“ zwischen verschiedenen Elementen in der folgenden Beschreibung eine „elektrische Verbindung“.
1 zeigt ein Beispiel des Gesamtaufbaus eines Motorantriebssystems 1 für ein elektrisch angetriebenes Fahrzeug. Das Motorantriebssystem 1 ist ein System, das ein Fahrzeug antreibt, indem ein Fahrmotor 40 unter Verwendung einer elektrischen Leistung einer Hochspannungsbatterie 10 angetrieben wird. Einzelheiten des Typs und des Aufbaus des elektrisch angetriebenen Fahrzeugs können nach Wunsch festgelegt werden, solange das elektrisch angetriebene Fahrzeug fährt, indem der Fahrmotor 40 unter Verwendung einer elektrischen Leistung angetrieben wird. Typische Beispiele des elektrisch angetriebenen Fahrzeugs umfassen Hybridfahrzeuge mit einem Verbrennungsmotor und dem Fahrmotor 40 als Leistungsquellen und elektrische Fahrzeuge, die nur den Fahrmotor 40 als Leistungsquelle aufweisen.
Wie in 1 gezeigt, weist das Motorantriebssystem 1 die Hochspannungsbatterie 10, eine Wechselrichtervorrichtung 12 für ein elektrisch angetriebenes Fahrzeug, den Fahrmotor 40 und eine Wechselrichtersteuerungsvorrichtung 50 auf.
Die Hochspannungsbatterie 10 kann irgendeine elektrische Akkumulationsvorrichtung sein, die elektrische Leistung ansammelt, um eine Gleichspannung (DC-Spannung) auszugeben, und kann eine Nickelwasserstoffbatterie, eine Lithiumionenbatterie oder ein kapazitives Bauteil, wie beispielsweise ein elektrischer Doppelschichtkondensator, sein. Die Hochspannungsbatterie 10 ist typischerweise eine Batterie mit einer Nennspannung über 100 V. Die Nennspannung beträgt beispielsweise 288 V.
Die Wechselrichtervorrichtung 12 für ein elektrisch angetriebenes Fahrzeug enthält einen Glättungskondensator C, eine Entladeschaltung 20 und einen Wechselrichter 30.
Der Glättungskondensator C ist parallel zu dem Wechselrichter 30 geschaltet.
Die Entladeschaltung 20 hat eine Funktion zum Freigeben (Entladen) einer Ladung, die in dem Glättungskondensator C angesammelt ist, an Masse in dem Fall, dass ein Entladebefehl eingegeben wird. Der Entladebefehl wird typischerweise eingegeben, wenn eine Kollision des Fahrzeugs detektiert wird oder wenn bestimmt wird, dass eine Kollision des Fahrzeugs unvermeidbar ist. Der Entladebefehl kann von einer Airbag-ECU geliefert werden, die eine Sicherheitsvorrichtung (beispielsweise einen Airbag) des Fahrzeugs steuert, von einer Pre-Crash-ECU (nicht gezeigt) oder dergleichen. Die Entladeschaltung 20 wird später weiter beschrieben.
Der Wechselrichter 30 besteht aus Armen bzw. Zweigen für eine U-Phase, V-Phase und W-Phase, die parallel zueinander zwischen einer positiven Elektrodenleitung und einer negativen Elektrodenleitung vorgesehen sind. Der U-Phasenarm ist gebildet aus einer Serienverbindung von Schaltelementen (in dem Beispiel IGBTs (isolierte Gatebipolartransistoren)) Q1 und Q2. Der V-Phasenarm ist gebildet durch eine Serienverbindung von Schaltelementen (in dem Beispiel IGBTs) Q3 und Q4. Der W-Phasenarm ist gebildet durch eine Serienverbindung von Schaltelementen (in dem Beispiel IGBTs) Q5 und Q6. Dioden D11 bis D16 befinden sich jeweils zwischen dem Kollektor und dem Emitter der Schaltelemente Q1 bis Q6, um jeweils einem Strom zu erlauben von der Emitterseite zu der Kollektorseite zu fließen. Die Schaltelemente Q1 bis Q6 können Schaltelemente sein, die andere sind als IGBTs, beispielsweise MOSFETs (Metalloxidhalbleiterfeldeffekttransistoren).
Der Fahrmotor 40 ist ein Dreiphasenwechselstrommotor (AC-Motor) mit ersten Enden von drei Spulen für die U-Phase, V-Phase und W-Phase, die an einem gemeinsamen Mittelpunkt verbunden sind. Das zweite Ende der U-Phasenspule ist mit einem Mittelpunkt M1 zwischen den Schaltelementen Q1 und Q2 verbunden. Das zweite Ende der V-Phasenspule ist mit einem Mittelpunkt M2 zwischen den Schaltelementen Q3 und Q4 verbunden. Das zweite Ende der W-Phasenspule ist mit einem Mittelpunkt M3 zwischen den Schaltelementen Q5 und Q6 verbunden. Der Glättungskondensator C ist zwischen den Kollektor des Schaltelements Q1 und die negative Elektrodenleitung geschaltet.
Die Wechselrichtersteuerungsvorrichtung 50 steuert den Wechselrichter 30. Die Wechselrichtersteuerungsvorrichtung 50 weist beispielsweise eine CPU, ein ROM und einen Hauptspeicher (nicht gezeigt) auf. Verschiedene Funktionen der Wechselrichtersteuerungsvorrichtung 50 werden durch den Hauptspeicher erreicht, in dem ein Steuerungsprogramm, das in dem ROM etc. gespeichert ist, ausgelesen und von der CPU ausgeführt wird. Der Wechselrichter 30 kann nach Bedarf gesteuert werden. Grundsätzlich werden die zwei Schaltelemente Q1 und Q2 gegenphasig ein- und ausgeschaltet. Die zwei Schaltelemente Q3 und Q4 für die V-Phase werden gegenphasig ein- und ausgeschaltet. Die zwei Schaltelemente Q5 und Q6 werden gegenphasig ein- und ausgeschaltet.
In dem in 1 gezeigten Beispiel weist das Motorantriebssystem 1 einen einzelnen Fahrmotor 40 auf. Das Motorantriebssystem 1 kann jedoch einen zusätzlichen Motor (einschließlich einen elektrischen Generator) aufweisen. In diesem Fall kann der zusätzliche Motor (oder Motoren) mit der Hochspannungsbatterie 10 verbunden sein zusammen mit einem entsprechenden Wechselrichter (oder mehreren Wechselrichter) parallel zu dem Fahrmotor 40 und dem Wechselrichter 30. In dem in 1 gezeigten Beispiel weist darüber hinaus das Motorantriebssystem 1 keinen DC/DC-Wandler (Gleichstromwandler) auf. Ein DC/DC-Wandler kann jedoch zwischen der Hochspannungsbatterie 1 und dem Wechselrichter 30 vorgesehen sein.
Wie in 1 gezeigt, ist ein Trennschalter SW1 zwischen der Hochspannungsbatterie 10 und dem Glättungskondensator C vorgesehen, um die Lieferung einer elektrischen Leistung von der Hochspannungsbatterie 10 zu trennen bzw. unterbrechen. Der Trennschalter SW1 kann aus einem Halbleiterschalter, einem Relay, etc. bestehen. Der Trennschalter SW1 ist normalerweise eingeschaltet und wird ausgeschaltet, wenn beispielsweise eine Kollision des Fahrzeugs detektiert wird. Das Ein-/Ausschalten des Trennschalters SW1 kann durch die Wechselrichtersteuerungsvorrichtung 50 erfolgen oder kann von einer anderen Steuerungsvorrichtung durchgeführt werden.
Das Motorantriebssystem 1 weist ferner eine Entladeschaltung 20 auf. Wie in 1 gezeigt, ist die Entladeschaltung 20 parallel mit dem Glättungskondensator C verbunden. In dem in 1 gezeigten Beispiel befindet sich die Entladeschaltung 20 zwischen dem Glättungskondensator C und dem Wechselrichter 30. Es ist jedoch nur notwendig, dass sich die Entladeschaltung 20 bezüglich des Trennschalters SW1 auf der Seite des Glättungskondensators C befindet. Die Entladeschaltung 20 kann sich folglich zwischen der Hochspannungsbatterie 10 (und dem Trennschalter SW1) und dem Glättungskondensator C befinden.
[Erstes Ausführungsbeispiel]
Als Nächstes wird eine Wechselrichtervorrichtung für ein elektrisch angetriebenes Fahrzeug gemäß einem Ausführungsbeispiel (erstes Ausführungsbeispiel) beschrieben, das für das Motorantriebsystem 1 für das elektrisch angetriebene Fahrzeug, wie in 1 gezeigt, verwendet werden kann.
2 zeigt die Wechselrichtervorrichtung 12 für ein elektrisch angetriebenes Fahrzeug gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel. In 2 sind, zusätzlich zu der Wechselrichtervorrichtung 12 für ein elektrisch angetriebenes Fahrzeug, die Hochspannungsbatterie 10 und der Trennschalter SW1 gezeigt. In 2 stellt ein Punkt P einen Punkt mit dem gleichen Potential wie ein Anschluss des Glättungskondensators C auf der positiven Elektrodenseite dar und entspricht einem Punkt P in 1. N bezeichnet einen Punkt mit dem gleichen Potential (Massepotential) wie ein Anschluss des Glättungskondensators C auf der negativen Elektrodenseite und entspricht einem Punkt N in 1.
Die Entladeschaltung 20 weist einen Entladewiderstand R1, eine Leistungsquellenschaltung 62, eine Abnormalitätsdetektionsschaltung 64 und eine Entladesteuerungsschaltung 66 auf.
Ein Ende des Entladewiderstands R1 ist mit der positiven Elektrodenseite des Glättungskondensators C verbunden, und das andere Ende des Entladewiderstands R1 ist mit Masse verbunden.
Die Leistungsquellenschaltung 62 hat eine Funktion zum Erzeugen einer Leistungsquellenspannung Vcc (Leistungsversorgungsspannung), die an die Abnormalitätsdetektionsschaltung 64 und die Entladesteuerungsschaltung 66 geliefert wird. Die Leistungsquellenschaltung 62 erzeugt die Leistungsquellenspannung Vcc mit einer konstanten Spannung (beispielsweise +15 V), indem die Spannung des Glättungskondensators C (Entladung des Glättungskondensators C) verwendet wird. Die Leistungsquellenschaltung 62 ist parallel mit dem Glättungskondensator C verbunden.
Die Leistungsquellenschaltung 62 weist einen Optokoppler PC, ein Schaltelement MOS1, das ein MOSFET ist, ein Schaltelement MOS2, das ein MOSFET, eine Zenerdiode (DZ1) und Widerstände R3 und R4 auf.
Das Schaltelement MOS1, das Schaltelement MOS2 und ein Kondensator C2 sind miteinander in Serie verbunden. Ein Drainanschluss Dr1 des Schaltelements MOS1 ist mit der positiven Elektrodenseite des Glättungskondensators C verbunden. Ein Sourceanschluss S1 des Schaltelements MOS1 ist mit einem Drainanschluss Dr2 des Schaltelements MOS2 verbunden. Ein Sourceanschluss S2 des Schaltelements MOS2 ist über den Kondensator C2 mit Masse verbunden. In dieser Weise sind das Schaltelement MOS1, das Schaltelement MOS2 und der Kondensator C2, die in Serie zueinander geschaltet sind, parallel zu dem Glättungskondensator C geschaltet.
Die Widerstände R3 und R4 und die Zenerdiode DZ1 sind miteinander in Serie verbunden. Die Widerstände R3 und R4 und die Zenerdiode DZ1, die miteinander in Serie verbunden sind, sind parallel zu dem Glättungskondensator C geschaltet, separat zu dem Schaltelement MOS1, dem Schaltelement MOS2 und dem Kondensator C2, die auch miteinander in Serie verbunden sind. Ein Gateanschluss G1 des Schaltelements MOS1 ist zwischen den Widerstand R3 und den Widerstand R4 geschaltet. Ein Gateanschluss G2 des Schaltelements MOS2 ist zwischen den Widerstand R4 und die Zenerdiode DZ1 geschaltet. Die Zenerdiode DZ1 ist zwischen den Gateanschluss G2 des Schaltelements MOS2 und Masse in einer derartigen Orientierung geschaltet, dass die Kathode mit dem Gateanschluss G2 des Schaltelements MOS2 verbunden ist.
Ein Entladebefehl wird in die Leistungsquellenschaltung 62 eingegeben. In dem gezeigten Beispiel wird der Entladebefehl über den Optokoppler PC in die Leistungsquellenschaltung 62 eingegeben. Der Entladebefehl ist beispielsweise ein Pulssignal mit „Hi“ entsprechend einem Entlade-EIN-Befehl und „Lo“ entsprechend einem Entlade-AUS-Befehl. Wenn der Entladebefehl eingegeben wird, wird ein Phototransistor des Optokopplers PC eingeschaltet. Wenn der Phototransistor eingeschaltet ist, wird eine konstante Spannung Vdz1 an den Gateanschluss G2 des Schaltelements MOS2 durch die Zenerdiode DZ1 angelegt, und eine konstante Spannung, die von den Widerständen R3 und R4 geteilt wird, wird an den Gateanschluss G1 des Schaltelements MOS1 angelegt. Eine Spannung, die erhalten wird, indem die Spannung Vdz1 von der Spannung auf der positiven Elektrodenseite des Glättungskondensators C subtrahiert wird und die resultierende Spannung durch die Widerstände R3 und R4 geteilt wird, wird an den Gateanschluss G1 des Schaltelements MOS1 angelegt. In diesem Fall arbeiten das Schaltelement MOS1 und das Schaltelement MOS2 als lineare Regulatoren bzw. Regler. Folglich wird eine Leistungsquellenspannung Vcc, die eine konstante Spannung ist, erzeugt. Wie in 2 gezeigt, wird die Leistungsquellenspannung Vcc von der Abnormalitätsdetektionsschaltung 64 und der Entladesteuerungsschaltung 66 verwendet.
Die Abnormalitätsdetetionsschaltung 64 hat eine Funktion zum Verhindern einer abnormalen langen Fortsetzung des Entladens, beispielsweise aufgrund einer Abnormalität des Trennschalters SW1, etc. Die Abnormalitätsdetektionsschaltung 64 weist eine Steuerungsschaltung 64A und einen Transistor Tr1 auf. Wenn der Entladebefehl eingegeben ist, wird die Leistungsquellenspannung Vcc an die Abnormalitätsdetektionsschaltung 64 angelegt, wie oben diskutiert. Die Steuerungsschaltung 64A der Abnormalitätsdetektionsschaltung 64 erzwingt das Einschalten des Transistors Tr1, wenn eine vorbestimmte Bedingung nach dem Start des Entladens erfüllt ist. Beispielsweise schaltet die Steuerungsschaltung 64A der Abnormalitätsdetektionsschaltung 64 den Transistor Tr1 in dem Fall ein, bei dem die Leistungsversorgungsspannung Vcc nach Verstreichen einer bestimmten Zeit ΔT1 nach dem Start der Anlegung der Leistungsquellenspannung Vcc immer noch angelegt ist. Dies geschieht deshalb, weil angenommen wird, dass der Trennschalter SW1 geschlossen sein könnte, selbst wenn der Entladebefehl erzeugt wird, aufgrund einer gewissen Abnormalität (beispielsweise ein Fall, bei dem der Trennschalter SW1 in dem Ein-Zustand fixiert ist). Die bestimmte Zeit ΔT1 entspricht dem oberen Grenzwert der Zeit, mit der ein Entladen fortgesetzt werden kann, und kann ein angepasster Wert sein, der basierend auf einem Test oder dergleichen angepasst ist.
Die Entladesteuerungsschaltung 66 hat eine Funktion zum Freigeben (Entladen) einer Ladung, die in dem Glättungskondensator C angesammelt ist, an Masse über den Entladewiderstand R1. Die Entladesteuerungsschaltung 66 arbeitet mit der Leistungsquellenspannung Vcc, die von der Leistungsquellenschaltung 62 erzeugt wird, wie oben diskutiert.
Die Entladesteuerungsschaltung 66 weist ein erstes Entladeschaltelement MOS11, ein zweites Entladeschaltelement MOS12, einen ersten Draht 71, einen zweiten Draht 72, einen dritten Draht 73, einen vierten Draht 74, eine Zenerdiode DZ2 (ein Beispiel des ersten Konstantspannungserzeugungselements), Dioden D1 und D2 und Widerstände R11 und R12 auf.
Das erste Entladeschaltelement MOS11 und das zweite Entladeschaltelement MOS12 sind mit dem Entladewiderstand R1 in Reihe geschaltet. Speziell ist ein Drainanschluss Dr11 des ersten Entladeschaltelements MOS11 mit dem Entladewiderstand R1 verbunden, und ein Sourceanschluss S11 des ersten Entladeschaltelements MOS11 ist mit einem Drainanschluss Dr12 des zweiten Entladeschaltelements MOS12 verbunden. Ein Sourceanschluss S12 des zweiten Entladeschaltelements MOS12 ist mit Masse verbunden.
Ein Ende (siehe ein Verbindungspunkt 711) des ersten Drahts 71 ist mit einem Eingangsanschluss (ein Beispiel des Leistungszuführungsbereichs) der Leistungsquellenspannung Vcc verbunden, und das andere Ende (siehe ein Verbindungspunkt 712) des ersten Drahts 71 ist mit einem Gateanschluss G12 des zweiten Entladeschaltelements MOS12 verbunden. Der Verbindungspunkt 711 des ersten Drahts 71 befindet sich zwischen dem Kollektor des Transistors Tr1 und dem Eingangsanschluss der Leistungsquellenspannung Vcc. In dem Fall, bei dem der Transistor Tr1 ausgeschaltet ist, während die Leistungsquellenspannung Vcc erzeugt wird, wird folglich eine Spannung, die der Leistungsquellenspannung Vcc entspricht (eine Spannung, die um eine Größe, die dem Spannungsabfall aufgrund des Widerstands 21 entspricht, kleiner ist) an dem Verbindungspunkt 711 des ersten Drahts 71 angelegt. In dem Fall, bei dem der Transistor Tr1 eingeschaltet ist, während die Leistungsquellenspannung Vcc erzeugt wird, ist dagegen der Verbindungspunkt 711 des ersten Drahts 71 im Wesentlichen auf Massepotential. Das andere Ende des Widerstands R12, ein Ende, das mit der Masse verbunden ist, ist mit einem Punkt auf der ersten Leitung 71 zwischen einem Verbindungspunkt 721 zwischen dem zweiten Draht 72 und dem Gateanschluss G12 des zweiten Entladeschaltelements MOS12 verbunden. Der Widerstand R12k ist vorgesehen, um den Gateanschluss G12 des zweiten Entladeschaltelements MOS12 zu laden bzw. anzusteuern.
Ein Ende (siehe der Verbindungspunkt 721) des zweiten Drahts 72 ist mit einem Punkt auf dem ersten Draht 71 zwischen dem Verbindungspunkt 711 und dem Gateanschluss G12 des zweiten Entladeschaltelements MOS12 verbunden, und das andere Ende (siehe ein Verbindungspunkt 722) des zweiten Drahts 72 ist mit dem Gateanschluss des ersten Entladeschaltelements verbunden. Das Potential von einem Ende (siehe der Verbindungspunkt 721) des zweiten Drahts 72 ist gleich dem Potential des Verbindungspunkts 711 des ersten Drahts 71.
Der zweite Draht 72 ist mit der Diode D1 vorgesehen. Die Diode D1 verhindert einen Stromfluss in Richtung entgegengesetzt zu der Richtung zu einem Gateanschluss G11 des ersten Entladeschaltelements MOS11.
Ein Ende (siehe ein Verbindungspunkt 731) des dritten Drahts 73 ist mit einem Punkt auf dem zweiten Draht 72 zwischen der Diode D1 und dem Gateanschluss G12 des zweiten Entladeschaltelements MOS12 verbunden, und das andere Ende (siehe ein Verbindungspunkt 732) des dritten Drahts 73 ist zwischen den Drainanschluss Dr11 des ersten Entladeschaltelements MOS11 und den Entladewiderstand R1 geschaltet.
Der dritte Draht 73 ist mit der Zenerdiode DZ2 und der Diode D2 vorgesehen. Die Zenerdiode DZ2 ist in einer derartigen Richtung vorgesehen, dass die Kathode mit dem Drainanschluss Dr11 des ersten Entladeschaltelements MOS11 verbunden ist. Die Diode D2 ist in einer derartigen Richtung vorgesehen, dass die Anode mit der Anode der Zenerdiode DZ2 verbunden ist.
Ein Ende (siehe ein Verbindungspunkt 741) des vierten Drahts 74 ist mit einem Punkt auf dem zweiten Draht 72 zwischen der Diode D1 und den Gateanschluss G12 des zweiten Entladeschaltelements MOS12 verbunden, und das andere Ende (siehe ein Verbindungspunkt 742) des vierten Drahts 74 ist zwischen den Sourceanschluss S11 des ersten Entladeschaltelements MOS11 und den Drainanschluss Dr12 des zweiten Entladeschaltelements MOS12 geschaltet.
Der vierte Draht 74 ist mit dem Widerstand R11 versehen.
Der dritte Draht 73, die Zenerdiode DZ2 und die Diode D2 arbeiten hier mit dem ersten Entladeschaltelement MOS11 zusammen, um als eine Klemmschaltung zu arbeiten, die eine Drain-Source-Spannung Vds des ersten Entladeschaltelements MOS11 begrenzt (klemmt), so dass sie einen vorbestimmten oberen Grenzwert (Klemmspannung) nicht überschreitet. Wenn Vz und Vf in der in 2 gezeigten Richtung definiert sind, wird speziell eine Klemmspannung Vds_klemm durch die folgende Formel festgelegt. Vds_klemm = Vz + Vf + Vth Formel (1), wobei Vth eine Schwellenwertspannung für das erste Entladeschaltelement MOS11 ist. Bei der in 2 gezeigten Wechselrichtervorrichtung 12 für ein elektrisch angetriebenes Fahrzeug arbeitet die Zenerdiode DZ2, etc. in dieser Weise als eine Klemmschaltung, wie oben diskutiert, und das Anlegen einer Spannung an das erste Entladeschaltelement MOS11, die größer ist als die Stehspannung, kann verhindert werden.
Es sei angenommen, dass das Potential auf der positiven Elektrodenseite des Glättungskondensators C zum Zeitpunkt des Startens des Entladens gleich 1200 V beträgt, und die Stehspannung des ersten Entladeschaltelements MOS11 beispielsweise 900 V ist. Wenn angenommen wird, dass Vz, Vf und Vth in der obigen Formel (1) gleich 600 V, 1 V bzw. 4 V sind, beträgt beispielsweise die Klemmspannung Vds_klemm 605 V. Durch Bestimmen der Werte von Vz, etc., unter Berücksichtigung des Werts der Stehspannung des ersten Entladeschaltelements MOS11 kann in dieser Weise insgesamt die Stehspannung der Entladeschaltung 20 erhöht werden, ohne dass die Stehspannung des ersten Entladeschaltelements MOS11 größer als 1200 V gemacht werden muss.
Als nächstes wird der Betrieb (Funktion) der Entladesteuerungsschaltung 66, wie in 2 gezeigt, weiter unter Bezugnahme auf 3, etc. beschrieben.
3 zeigt ein Beispiel einer Spannungswellenform, die erzielt wird durch die Entladesteuerungsschaltung 66 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel. 4 zeigt eine Entladesteuerungsschaltung gemäß einem ersten Vergleichsbeispiel. 5 zeigt eine Entladesteuerungsschaltung gemäß einem zweiten Vergleichsbeispiel. 6 zeigt ein Beispiel einer Spannungswellenform, die durch die Entladesteuerungsschaltung gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel erzielt wird.
In den 3 und 6 zeigen die oberen Graphen jeweilige Spannungswellenformen einer Gate-Source-Spannung Vgs11 des ersten Entladeschaltelements MOS11 und eine Gate-Source-Spannung Vgs12 des zweiten Entladeschaltelements MOS12, und die unteren Graphen zeigen jeweils Spannungswellenformen einer Drain-Source-Spannung Vds11 des ersten Entladeschaltelements MOS11 und eine Drain-Source-Spannung Vds12 des zweiten Entladeschaltelements MOS12. Die Spannungswellenformen in den 3 und 6 haben für Vergleichszwecke den gleichen Maßstab.
In dem ersten Vergleichsbeispiel, wie in 4 gezeigt, wird die Leistungsquellenspannung Vcc aufgeteilt und an die jeweiligen Gates des ersten Entladeschaltelements MOS11 und des zweiten Entladeschaltelements MOS12 angelegt.
Es sei hier angenommen, dass eine individuelle Differenz (in der Schwellenwertspannung) zwischen dem ersten Entladeschaltelement MOS11 und dem zweiten Entladeschaltelement MOS12 vorliegt, und dass die Schwellenwertspannung des ersten Entladeschaltelements MOS11 geringer ist als die des zweiten Entladeschaltelements MOS12. In diesem Fall, obwohl nicht gezeigt, wenn in dem ersten Vergleichsbeispiel die Leistungsquellenspannung Vcc gemäß der Eingabe eines Entladebefehls angehoben wird, wird das zweite Entladeschaltelement MOS12 früher eingeschaltet als das erste Entladeschaltelement MOS11 und die Drain-Source-Spannung Vds11 des ersten Entladeschaltelements MOS11 steigt abrupt an, da das zweite Entladeschaltelement MOS12 eingeschaltet wird. In diesem Fall kann die Drain-Source-Spannung Vds11 des ersten Entladeschaltelements MOS11 eine Stehspannung V_GRENZ des ersten Entladeschaltelements MOS11 übersteigen.
In einem zweiten Vergleichsbeispiel, wie in 5 gezeigt, ist eine Zenerdiode DZ30 zwischen dem Gateanschluss G11 und dem Sourceanschluss S11 des ersten Entladeschaltelements MOS11 vorgesehen, ein Draht 81 von der Seite des Drainanschlusses Dr11 des ersten Entladeschaltelements MOS11 (der Draht 81, der einen Widerstand R31 und einen Kondensator C31 aufweist) ist mit der Anodenseite der Zenerdiode DZ30 verbunden, und ein Draht 82 von Masse (der Draht 82, der einen Widerstand R32 und einen Kondensator C32 aufweist) ist mit der Kathodenseite der Zenerdiode DZ30 verbunden.
Ähnlich sei angenommen, dass eine individuelle Differenz (in der Schwellenwertspannung) vorliegt zwischen dem ersten Entladeschaltelement MOS11 und dem zweiten Entladeschaltelement MOS12, und dass die Schwellenwertspannung des ersten Entladeschaltelements MOS11 geringer ist als die des zweiten Entladeschaltelements MOS12. In diesem Fall wird in dem zweiten Vergleichsbeispiel, wenn die Leistungsquellenspannung Vcc gemäß einer Eingabe eines Entladebefehls angehoben wird, wie in 6 gezeigt, das zweite Entladeschaltelement MOS12 früher eingeschaltet als das erste Entladeschaltelement MOS11. In diesem Fall beginnt der Kondensator C32 sich zu entladen, zusammen mit einem abrupten Anstieg der Drain-Source-Spannung Vds11 des ersten Entladeschaltelements MOS11. Zusammen mit dem abrupten Ansteigen kann die Drain-Source-Spannung Vds11 des ersten Entladeschaltelements MOS11 die Stehspannung V_GRENZ des ersten Entladeschaltelements MOS11 übersteigen (siehe Zeitpunkt t4 in 6).
Im Gegensatz dazu wird in dem ersten Ausführungsbeispiel, wenn die Leistungsquellenspannung Vcc gemäß einer Eingabe eines Entladebefehls angehoben wird, zuerst der Gateanschluss G12 des zweiten Entladeschaltelements MOS12 über den ersten Draht 71 entladen (siehe Zeitpunkt t1 in 3), und das zweite Entladeschaltelement MOS12 wird eingeschaltet. Dies passiert, da ein Stromfluss zum Laden des Gates des ersten Entladeschaltelements MOS11 über den zweiten Draht 72 nicht erfolgt solange das zweite Entladeschaltelement MOS 12 eingeschaltet ist. In dieser Weise wird eine „Zeitdifferenz“ festgelegt, mit der ein Einschalten des ersten Entladeschaltelements MOS11 beginnt, nachdem das zweite Schaltelement MOS12 eingeschaltet ist. Gleiches gilt für den Fall, dass eine individuelle Differenz (in der Schwellenwertspannung) vorliegt zwischen dem ersten Entladeschaltelement MOS11 und dem zweiten Entladeschaltelement MOS12, und die Schwellenwertspannung des ersten Entladeschaltelements MOS11 größer ist als die des zweiten Entladeschaltelements MOS12.
In dem ersten Ausführungsbeispiel, wenn das zweite Entladeschaltelement MOS12 eingeschaltet wird, wird die Drain-Source-Spannung Vds11 des ersten Entladeschaltelements MOS11 erhöht (siehe Zeitpunkt t2 in 3), da das zweite Entladeschaltelement MOS12 eingeschaltet wird. In diesem Fall arbeitet jedoch die oben diskutierte Klemmschaltung, und die Drain-Source-Spannung Vds11 des ersten Entladeschaltelements MOS11 übersteigt nicht die Klemmspannung Vds_klemm (siehe einen Punkt X in 3). In dieser Weise kann mit dem ersten Ausführungsbeispiel das erste Entladeschaltelement MOS11 zum Zeitpunkt des Startens des Entladens geschützt werden.
In dem ersten Ausführungsbeispiel, wenn das zweite Entladeschaltelement MOS12 eingeschaltet wird, wird ein Stromfluss zum Laden des Gates des ersten Entladeschaltelements MOS11 über den zweiten Draht 72 erzeugt (ein Stromfluss in Richtung Masse über die Verbindungspunkte 711, 721, 731 und 742 und das zweite Entladeschaltelement MOS12), und das Gate des ersten Entladeschaltelements MOS11 beginnt, geladen zu werden (siehe Zeitpunkt t3 in 3). Zusammen mit dem Start des Ladens wird die Drain-Source-Spannung Vds11 des ersten Entladeschaltelements MOS11 reduziert, ohne die Klemmspannung Vds_klemm zu überschreiten. Schließlich ist das erste Entladeschaltelement MOS11 vollständig eingeschaltet, was ein Entladen über den Entladewiderstand R1 begünstigt.
In dem ersten Ausführungsbeispiel, obwohl nicht gezeigt, wenn das Entladen voranschreitet, wie oben diskutiert, wird das Potential auf der positiven Elektrodenseite des Glättungskondensators C reduziert (das Potential auf der positiven Elektrodenseite des Glättungskondensators C zu Beginn des Entladens beträgt beispielsweise 1200 V). Das Entladen wird fortgesetzt bis das Potential auf der positiven Elektrodenseite des Glättungskondensators C ausreichend gering wird (beispielsweise 30 V). Wenn das Potential auf der positiven Elektrodenseite des Glättungskondensators C sich weiter reduziert, ausreichend, um danach das Erzeugen der Leistungsquellenspannung Vcc nicht zu erlauben, werden die jeweiligen Gate-Source-Spannungen des ersten Entladeschaltelements MOS11 und des zweiten Entladeschaltelements MOS12 reduziert, und beide, das erste Entladeschaltelement MOS11 und das zweite Entladeschaltelement MOS12 werden ausgeschaltet (also das Entladen ist beendet).
[Zweites Ausführungsbeispiel]
Als Nächstes wird eine Wechselrichtervorrichtung für ein elektrisch angetriebenes Fahrzeug gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel (zweites Ausführungsbeispiel) beschrieben, die verwendet werden kann für das in 1 gezeigte Motorantriebssystem 1 für ein elektrisch angetriebenes Fahrzeug.
7 zeigt eine Wechselrichtervorrichtung 112 für ein elektrisch angetriebenes Fahrzeug gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel. In 7 sind die Hochspannungsbatterie 10 und der Trennschalter SW1 zusätzlich zu der Wechselrichtervorrichtung 12B für ein elektrisch angetriebenes Fahrzeug gezeigt. In 7 repräsentiert ein Punkt P einen Punkt mit dem gleichen Potential wie ein Anschluss des Glättungskondensators C auf der positiven Elektrodenseite und entspricht dem Punkt P in 1. N gibt einen Punkt an mit gleichem Potential (Massepotential), wie ein Anschluss des Glättungskondensators C auf der negativen Elektrodenseite, und entspricht dem Punkt N in 1.
Die Wechselrichtervorrichtung 12B für ein elektrisch angetriebenes Fahrzeug gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von der Wechselrichtervorrichtung 12 für ein elektrisch angetriebenes Fahrzeug gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel, wie oben diskutiert, dadurch, dass die Entladeschaltung 20 ersetzt ist durch eine Entladeschaltung 20B, wie in 7 gezeigt. Die Entladeschaltung 20B unterscheidet sich von der Entladeschaltung 20 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel, wie oben diskutiert, dadurch, dass ein fünfter Draht 75, eine Zenerdiode DZ3 (ein Beispiel des zweiten Konstantspannungserzeugungselements) und eine Diode D3 hinzugefügt sind. In 7 haben die Komponenten, die gleich denen der Wechselrichtervorrichtung 12 für ein elektrisch angetriebenes Fahrzeug gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel sind, die gleichen Bezugszeichen, und deren Beschreibung wird weggelassen.
Ein Ende (siehe ein Verbindungspunkt 751) des fünften Drahts 75 ist mit einem Punkt auf dem ersten Draht 71 zwischen dem Verbindungspunkt 721 des zweiten Drahts 72 und dem Gateanschluss G12 des zweiten Entladeschaltelements MOS12 verbunden, und das andere Ende (siehe ein Verbindungspunkt 752) des fünften Drahts 75 ist zwischen den Verbindungspunkt 742 des vierten Drahts 74 und den Drainanschluss Dr12 des zweiten Entladeschaltelements MOS12 geschaltet.
Der fünfte Draht 75 ist mit der Zenerdiode DZ3 und der Diode D3 versehen. Die Zenerdiode DZ3 ist derart orientiert, dass die Kathode mit dem Drainanschluss Dr12 des zweiten Entladeschaltelements MOS12 verbunden ist. Die Diode D3 ist derart orientiert, dass die Anode mit der Anode der Zenerdiode DZ3 verbunden ist.
Der fünfte Draht 75, die Zenerdiode DZ3 und die Diode D3 arbeiten mit dem zweiten Entladeschaltelement MOS12 zusammen, um als Klemmschaltung zu arbeiten, die eine Drain-Source-Spannung Vds des zweiten Entladeschaltelements MOS12 klemmt, um einen vorbestimmten oberen Grenzwert (Klemmspannung) nicht zu übersteigen. Eine derartige Funktion als Klemmschaltung ist im Wesentlichen gleich der Funktion, die erzielt wird durch die Zenerdiode DZ2, etc. wie oben diskutiert, und wird folglich nicht weiter beschrieben.
Mit der Wechselrichtervorrichtung 12B für ein elektrisch angetriebenes Fahrzeug, wie in 7 gezeigt, werden die folgenden Wirkungen erzielt, zusätzlich zu den Wirkungen, die durch das erste Ausführungsbeispiel erzielt werden, wie oben beschrieben. Bei der Wechselrichtervorrichtung 12B für ein elektrisch angetriebenes Fahrzeug arbeitet die Zenerdiode DZ3, etc. als Klemmschaltung, wie oben diskutiert, und folglich kann das Anliegen einer Spannung an dem zweiten Entladeschaltelement MOS12, die die Stehspannung übersteigt, verhindert werden.
Die Funktion als Klemmschaltung, die erzielt wird durch die Zenerdiode DZ3, etc., ist effizient, wenn die Abnormalitätsdetektionsschaltung 64 beispielsweise arbeitet. Speziell erzwingt die Abnormalitätsdetektionsschaltung 64 das Einschalten des Transistors Tr1, wenn eine vorbestimmte Bedingung nach dem Start des Entladens erfüllt ist, wie oben diskutiert. Zu diesem Zeitpunkt ist das Potential auf der positiven Elektrodenseite des Glättungskondensators C mitunter immer noch größer als die Stehspannung des zweiten Entladeschaltelements MOS12. In diesem Fall, wenn der Transistor Tr1 eingeschaltet wird, wird das zweite Entladeschaltelement MOS12 ausgeschaltet mit einem Einschalten des ersten Entladeschaltelements MOS11. In diesem Fall arbeitet die Klemmschaltung, die die Zenerdiode DZ3, etc. aufweist. Folglich übersteigt die Drain-Source-Spannung Vds11 des zweiten Entladeschaltelements MOS12 nicht die Klemmspannung Vds_klemm, selbst in dem Fall, dass das zweite Entladeschaltelement MOS12 ausgeschaltet wird mit einem Einschalten des ersten Entladeschaltelements MOS11. In dieser Weise kann gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel das zweite Entladeschaltelement MOS12 während eines Betriebs der Abnormalitätsdetektionsschaltung 64 geschützt werden.
Obwohl Ausführungsbeispiele im Einzelnen im Vorangegangen diskutiert worden sind, ist die vorliegende Erfindung nicht auf die spezifischen Ausführungsbeispiele beschränkt, und verschiedene Modifikationen und Änderungen können vorgenommen werden, ohne den Bereich der Ansprüche zu verlassen. Darüber hinaus können alle oder kann eine Mehrzahl von Elementen gemäß den Ausführungsbeispielen, wie im Vorangegangenen diskutiert, miteinander kombiniert werden.
Beispielsweise kann ein Varistor anstelle der Zenerdioden DZ2 und DZ3 in dem ersten und zweiten Ausführungsbeispiel, wie oben diskutiert, verwendet werden.
In dem oben diskutierten ersten Ausführungsbeispiel ist eine Klemmschaltung vorgesehen, die die Drain-Source-Spannung Vds des ersten Entladeschaltelements MOS11 begrenzt (klemmt), so dass sie einen vorbestimmten oberen Grenzwert (Klemmspannung) nicht übersteigt. Eine ähnliche Klemmschaltung kann jedoch für das zweite Entladeschaltelement MOS12 vorgesehen sein, anstatt für das erste Entladeschaltelement MOS11. In diesem Fall wird eine Spannung von dem ersten Draht 71 direkt an das Gate des ersten Entladeschaltelements MOS11 angelegt, anstatt an das zweite Entladeschaltelement MOS12. Bezüglich der oben beschriebenen Ausführungsbeispiele werden ferner folgende Konfigurationen offenbart.
[1]
Eine Wechselrichtervorrichtung (12, 12B) für ein elektrisch angetriebenes Fahrzeug, die für eine Antriebsschaltung eines Motors vorgesehen ist, die eine Antriebskraft für das Fahrzeug erzeugt, weist auf:
einen Glättungskondensator (C);
einen Entladewiderstand (R1), dessen eines Ende elektrisch verbunden ist mit einer positiven Elektrodenseite des Glättungskondensators (C);
ein erstes Entladeschaltelement (MOS11), das ein Gate aufweist und elektrisch mit dem anderen Ende des Entladewiderstands (R1) derart verbunden ist, dass eine elektrische Serienverbindung mit dem Entladewiderstand (R1) erfolgt;
ein zweites Entladeschaltelement (MOS12), das ein Gate aufweist und elektrisch zwischen den Entladewiderstand (R1) und das erste Entladeschaltelement (MOS11) und Masse geschaltet;
eine Steuerungsschaltung (64A), die direkt an das Gate von einem von dem ersten Entladeschaltelement (MOS11) und dem zweiten Entladeschaltelement (MOS12) ein Signal zum Einschalten des Gates anlegt;
ein Zeitdifferenzeinstellungsmittel (66) zum Festlegen einer Zeitdifferenz, mit der das andere von dem ersten Entladeschaltelement und dem zweiten Entladeschaltelement beginnt eingeschaltet zu werden nach dem Einschalten des einen Schaltelements; und
eine Klemmschaltung (73, D2, DZ2), die für das andere Schaltelement vorgesehen ist und eine Spannung über dem anderen Schaltelement begrenzt, so dass diese einen im Voraus bestimmten oberen Grenzwert nicht überschreitet.
In dem oben unter [1] beschriebenen Aufbau sind das erste Entladeschaltelement (MOS11) und das zweite Entladeschaltelement (MOS12) in Serie miteinander verbunden. Folglich kann eine höhere Spannung über dem Glättungskondensator (C) unterstützt werden. Wenn das zweite Entladeschaltelement (MOS12) während des Entladens früher eingeschaltet wird, wird die Spannung über dem zweiten Entladeschaltelement (MOS12) reduziert, gemäß
einer Zunahme der Spannung, die an dem ersten Entladeschaltelement (MOS11) anliegt. Die über dem ersten Entladeschaltelement (MOS11) anzulegende Spannung wird jedoch durch die Klemmschaltung derart begrenzt, dass sie den im Voraus bestimmten oberen Grenzwert nicht überschreitet. Folglich kann die Wahrscheinlichkeit des Anliegens einer Spannung an dem ersten Entladeschaltelement (MOS11), die gleich oder größer als die Stehspannung ist, reduziert werden. Das Vorsehen des Zeitdifferenzeinstellungsmittels (66) eliminiert die Notwendigkeit die individuelle Differenz zwischen dem ersten Entladeschaltelement (MOS11) und dem zweiten Entladeschaltelement (MOS12) im Voraus zu messen.
[2]
Die Wechselrichtervorrichtung (12, 12B) für ein elektrisch angetriebenes Fahrzeug, wie unter [1] beschrieben, weist ferner auf:
eine Leistungsquellenschaltung (62), die eine Leistungsquellenspannung an einem Leistungszuführungsbereich erzeugt, in dem Fall, dass ein Entladebefehl eingegeben wird, wobei
das Zeitdifferenzeinstellungsmittel (66) aufweist:
einen ersten Draht (71), dessen eines Ende elektrisch verbunden ist mit dem Leistungszuführungsbereich, und dessen anderes Ende elektrisch verbunden ist mit dem Gate des einen Schaltelements (MOS12, MOS11);
einen zweiten Draht (72), dessen eines Ende elektrisch verbunden ist mit einer Stelle auf dem ersten Draht (71) zwischen dem Leistungszuführungsbereich und dem Gate des einen Schaltelements (MOS12, MOS11), und dessen anderes Ende elektrisch verbunden ist mit dem Gate des anderen Schaltelements (MOS11, MOS12);
ein erstes Umkehrflussverhinderungselement (D1), das auf dem zweiten Draht (72) vorgesehen ist, und das einen Stromfluss in Richtung entgegengesetzt zu der Richtung zu dem Gate des anderen Schaltelements (MOS11, MOS12) verhindert;
einen vierten Draht (74), dessen eines Ende elektrisch verbunden ist mit einer Stelle auf dem zweiten Draht (72) zwischen dem ersten Umkehrflussverhinderungselement (D1) und dem Gate des anderen Schaltelements (MOS11, MOS12), und dessen anderes Ende elektrisch zwischen das anderen Schaltelement (MOS11, MOS12) und das einen Schaltelement (MOS12, MOS11) geschaltet ist; und
ein Widerstandselement (R11), das auf dem vierten Draht (74) vorgesehen ist.
In dem unter [2] beschriebenen Aufbau, wenn die Leistungsquellenspannung ansteigt, wird zuerst das Gate des einen Schaltelements (MOS12, MOS11) über den ersten Draht (71) geladen, und das eine Schaltelement (MOS12, MOS11) wird eingeschaltet. Dies erfolgt deshalb, da ein Stromfluss zum Laden des Gates des anderen Schaltelements (MOS11, MOS12) über den zweiten Draht (72) so lange nicht erzeugt wird, bis das zweite Entladeschaltelement (MOS12) eingeschaltet wird. Die „Zeitdifferenz“ kann in dieser Weise eingestellt werden. In [2] wird eine derartige „Zeitdifferenz“ durch eine Schaltung erzielt. In Modifikationen kann die „Zeitdifferenz“ jedoch unter Verwendung von Software erzielt werden.
[3]
Die unter [2] beschriebene Wechselrichtervorrichtung für ein elektrisch angetriebenes Fahrzeug, bei der die Leistungsquellenschaltung die Leistungsquellenspannung an dem Leistungszuführungsbereich basierend auf einer Spannung des Glättungskondensators erzeugt.
[4]
Die Wechselrichtervorrichtung (12, 12B) für ein elektrisch angetriebenes Fahrzeug, wie in [2] oder [3] beschrieben, bei der die Klemmschaltung aufweist:
einen dritten Draht (73), dessen eines Ende elektrisch verbunden ist mit einer Stelle auf dem zweiten Draht (72) zwischen dem ersten Umkehrflussverhinderungselement (D1) und dem Gate des anderen Schaltelements (MOS11, MOS12), und dessen anderes Ende elektrisch verbunden ist zwischen dem anderen Schaltelement (MOS11, MOS12) und dem Entladewiderstand (R1);
ein zweites Umkehrflussverhinderungselement (D2), das auf dem dritten Draht (73) vorgesehen ist, und das einen Stromfluss in Richtung entgegengesetzt zu der Richtung zu dem Gate des anderen Schaltelements (MOS11, MOS12) verhindert; und
ein erstes Konstantspannungserzeugungselement (DZ2), das auf dem dritten Draht (73) vorgesehen ist, und einen konstanten Spannungsabfall verursacht, wenn eine Spannung über dem ersten Konstantspannungserzeugungselement (DZ2) einen im Voraus bestimmten Wert überschreitet.
In dem in [4] beschriebenen Aufbau erzeugt die Leistungsquellenschaltung (62) eine Leistungsquellenspannung an dem Leistungszuführungsbereich in dem Fall, dass ein Entladebefehl eingegeben wird. Folglich wird das Gate des einen Schaltelements (MOS12, MOS11) über den ersten Draht (71) geladen, und das eine Schaltelement (MOS12, MOS11) wird eingeschaltet. Wenn das eine Schaltelement (MOS12, MOS11) eingeschaltet ist, wird die Spannung über dem einen Schaltelement (MOS12, MOS11) reduziert gemäß einer Zunahme der Spannung, die an dem anderen Schaltelement (MOS11, MOS12) anliegt. Die an das andere Schaltelement (MOS11, MOS12) anzulegende Spannung wird jedoch durch das erste Konstantspannungserzeugungselement (DZ2) begrenzt, um kleiner zu sein als die Spannung über dem Glättungskondensator (C). Folglich kann die Möglichkeit des Anliegens einer Spannung, die gleich oder größer als die Stehpannung ist, an das andere Schaltelement (MOS11, MOS12) reduziert werden. Wenn das eine Schaltelement (MOS12, MOS11) eingeschaltet ist, wird ein Stromfluss von dem Leistungszuführungsbereich über den zweiten Draht (72) und den vierten Draht (74) erzeugt, und ein Laden des Gates des anderen Schaltelements (MOS11, MOS12) beginnt. In dieser Weise werden das eine Schaltelement (MOS12, MOS11) und das andere Schaltelement (MOS11, MOS12) endgültig eingeschaltet, und das Entladen des Glättungskondensators (C) geht weiter.
[5]
Die Wechselrichtervorrichtung (12, 12B) für ein elektrisch angetriebenes Fahrzeug, wie in [2] beschrieben, bei der das erste Konstantspannungserzeugungselement (DZ2) eine Zenerdiode aufweist.
Mit dem in [5] beschriebenen Aufbau kann die Möglichkeit des Anliegens einer Spannung an dem anderen Schaltelement (MOS11, MOS12), die gleich oder größer als die Stehspannung ist, reduziert werden, indem die Zenerdiode verwendet wird.
[6]
Die Wechselrichtervorrichtung (12, 12B) für ein elektrisch angetriebenes Fahrzeug, wie in [2] beschrieben, ferner mit:
einem fünften Draht (75), dessen eines Ende elektrisch verbunden ist mit einer Stelle auf dem ersten Draht (71) zwischen dem einen Ende des zweiten Drahts (72) und dem Gate des anderen Schaltelements (MOS12, MOS11) und dessen anderes Ende elektrisch zwischen das andere Ende des vierten Drahts (74) und das andere Schaltelement (MOS11, MOS12) geschaltet ist;
einem dritten Umkehrflussverhinderungselement, das auf dem fünften Draht (75) vorgesehen ist und einen Stromfluss in Richtung entgegengesetzt zu der Richtung zu dem Gate des einen Schaltelements (MOS12, MOS11) verhindert;
einem zweiten Konstantspannungserzeugungselement (DZ3), das auf dem fünften Draht (75) vorgesehen ist und einen Konstantspannungsabfall verursacht, wenn eine Spannung über dem zweiten Konstantspannungserzeugungselement (DZ3) einen im Voraus bestimmten Wert übersteigt.
Mit dem in [6] beschriebenen Aufbau kann die Möglichkeit des Anliegens einer Spannung an dem eine Schaltelement (MOS12, MOS11), die gleich oder größer als die Stehspannung ist, reduziert werden.
[7]
Die Wechselrichtervorrichtung (12, 12B) für ein elektrisch angetriebenes Fahrzeug, wie in [4] beschrieben, bei der das zweite Konstantspannungserzeugungselement (DZ3) eine Zenerdiode aufweist.
Mit dem in [5] beschriebenen Aufbau kann die Möglichkeit des Anliegens einer Spannung an dem einen Schaltelement (MOS12, MOS11), die gleich oder größer als die Stehspannung ist, reduziert werden, indem die Zenerdiode verwendet wird.
[8]
Die Wechselrichtervorrichtung (12, 12b) für ein elektrisch angetriebenes Fahrzeug, wie in irgendeinem der Punkte [2] bis [5] beschrieben, ferner mit:
einer Abnormalitätsdetektionsschaltung, die eine Stelle auf dem ersten Draht (71) zwischen dem Leistungszuführungsbereich und dem Gate des einen Schaltelements (MOS12, MOS11) elektrisch mit Masse verbindet, in dem Fall, dass eine verstrichene Zeit seit Eingabe des Entladebefehls eine vorbestimmte Zeit überschreitet.
Mit dem in [8] beschriebenen Aufbau kann ein Entladen ausgesetzt werden, indem das eine Schaltelement (MOS12, MOS11) ausgeschaltet wird, in dem Fall, dass die verstrichene Zeit seit der Eingabe des Entladebefehls die vorbestimmte Zeit übersteigt. Ein derartiges Aussetzen des Entladens wird gestartet, indem das eine Schaltelement (MOS12, MOS11) ausgeschaltet wird mit dem Einschalten des anderen Schaltelements (MOS11, MOS12). Zu diesem Zeitpunkt kann, während einer derartigen Ladungsaussetzung, mit dem oben in [4] oder [5] beschriebenen Aufbau die Möglichkeit des Anliegens einer Spannung an dem einen Schaltelement (MOS12, MOS11), die gleich oder größer als die Stehspannung ist, reduziert werden.
[9]
Die Wechselrichtervorrichtung (12, 12B) für ein elektrisch angetriebenes Fahrzeug, gemäß irgendeinem der Punkte [2] bis [6], bei der die Leistungsquellenschaltung (62) aufweist:
ein Hochpotentialschaltelement und ein Niederpotentialschaltelement, die zwischen der positiven Elektrodenseite des Glättungskondensators (C) und Masse parallel zu dem Glättungskondensator (C) vorgesehen sind, wobei das Hochpotentialschaltelement und das Niederpotentialschaltelement in Serie miteinander verbunden sind; und
eine Spannungsteilerschaltung, die an ein Gate des Hochpotentialschaltelements eine Spannung anlegt, die erhalten wird durch Teilen einer Differenz zwischen einer Spannung auf der positiven Elektrodenseite des Glättungskondensators (C) und einer Spannung, die an dem Niederpotentialschaltelement anliegt.
Mit dem in [9] beschriebenen Aufbau kann ein Anstieg der Spannung über dem Glättungskondensator (C) unterstützt werden, ohne dass individuelle Stehspannungen des Hochpotentialschaltelements und des Niederpotentialschaltelements angehoben werden müssen, verglichen mit dem Fall, bei dem ein einzelnes Schaltelement verwendet wird.
Die vorliegende internationale Anmeldung beansprucht die Priorität der japanischen Patentanmeldung mit der Nr. 2015-185689 , eingereicht am 18. September 2015, deren gesamter Inhalt durch Bezugnahme aufgenommen wird.
Bezugszeichenliste

1: Motorantriebssystem für ein elektrisch angetriebenes Fahrzeug
12, 12B: Wechselrichtervorrichtung für ein elektrisch angetriebenes Fahrzeug
20: Entladeschaltung
30: Wechselrichter
40: Fahrmotor
62: Leistungsquellenschaltung
66: Entladesteuerungsschaltung (Zeitdifferenzeinstellungsmittel)
71: Erster Draht
72: Zweiter Draht
73: Dritter Draht
74: Vierter Draht
75: Fünfter Draht

Claims

Wechselrichtervorrichtung für ein elektrisch angetriebenes Fahrzeug, die für eine Antriebsschaltung eines Motors vorgesehen ist, die eine Antriebskraft für das Fahrzeug erzeugt, mit: einem Glättungskondensator; einem Entladewiderstand, dessen eines Ende elektrisch mit einer positiven Elektrodenseite des Glättungskondensators verbunden ist; einem ersten Entladeschaltelement, das ein Gate aufweist und mit dem anderen Ende des Entladewiderstands derart elektrisch verbunden ist, dass es mit dem Entladewiderstand elektrisch in Serie geschaltet ist; einem zweiten Entladeschaltelement, das ein Gate aufweist und elektrisch zwischen den Entladewiderstand und das erste Entladeschaltelement und Masse geschaltet ist; einer Steuerungsschaltung, die an das Gate von einem von dem ersten Entladeschaltelement und dem zweiten Entladeschaltelement ein Signal zum Einschalten des Gates direkt anlegt; einem Zeitdifferenzeinstellungsmittel zum Einstellen einer Zeitdifferenz, mit der ein Einschalten des anderen von dem ersten Entladeschaltelement und dem zweiten Entladeschaltelement beginnt, nachdem das eine Schaltelement eingeschaltet worden ist; und einer Klemmschaltung, die für das andere Schaltelement vorgesehen ist, und die eine Spannung über dem anderen Schaltelement begrenzt, so dass ein im Voraus bestimmter oberer Grenzwert nicht überschritten wird.
Wechselrichtervorrichtung für ein elektrisch angetriebenes Fahrzeug nach Anspruch 1, ferner mit: einer Leistungsquellenschaltung, die eine Leistungsquellenspannung an einem Leistungszuführungsbereich in dem Fall erzeugt, dass ein Entladebefehl eingegeben wird, wobei das Zeitdifferenzeinstellungsmittel aufweist: einen ersten Draht, dessen eines Ende elektrisch mit dem Leistungszuführungsbereich verbunden ist und dessen anderes Ende elektrisch mit dem Gate des einen Schaltelements verbunden ist; einen zweiten Draht, dessen eines Ende elektrisch verbunden ist mit einer Stelle auf dem ersten Draht zwischen dem Leistungszuführungsbereich und dem Gate des einen Schaltelements, und dessen anderes Ende elektrisch verbunden ist mit dem Gate des anderen Schaltelements; ein erstes Umkehrflussverhinderungselement, das auf dem zweiten Draht vorgesehen ist und einem Stromfluss in Richtung entgegengesetzt zu der Richtung zu dem Gate des anderen Schaltelements verhindert; einen vierten Draht, dessen eines Ende elektrisch verbunden ist mit einer Stelle auf dem zweiten Draht zwischen dem ersten Umkehrflussverhinderungselement und dem Gate des anderen Schaltelements, und dessen anderes Ende elektrisch zwischen das andere Schaltelement und das einen Schaltelement geschaltet ist; und ein Widerstandselement, das auf dem vierten Draht vorgesehen ist.
Wechselrichtervorrichtung für ein elektrisch angetriebenes Fahrzeug nach Anspruch 2, bei der die Leistungsquellenschaltung die Leistungsquellenspannung an dem Leistungszuführungsbereich basierend auf einer Spannung des Glättungskondensators erzeugt.
Wechselrichtervorrichtung für ein elektrisch angetriebenes Fahrzeug nach Anspruch 2 oder 3, bei der die Klemmschaltung aufweist: einen dritten Draht, dessen eines Ende elektrisch verbunden ist mit einer Stelle auf dem zweiten Draht zwischen dem ersten Umkehrflussverhinderungselement und dem Gate des anderen Schaltelements, und dessen anderes Ende elektrisch zwischen das anderen Schaltelement und den Entladewiderstand geschaltet ist; ein zweites Umkehrflussverhinderungselement, das auf dem dritten Draht vorgesehen ist und einen Stromfluss in Richtung entgegengesetzt zu einer Richtung zu dem Gate des anderen Schaltelements verhindert; und ein erstes Konstantspannungserzeugungselement, das auf dem dritten Draht vorgesehen ist und einen konstanten Spannungsabfalls verursacht, wenn eine Spannung über dem ersten Konstantspannungserzeugungselement einen im Voraus festgelegten Wert überschreitet.
Wechselrichtervorrichtung für ein elektrisch angetriebenes Fahrzeug nach Anspruch 4, bei der das erste Konstantspannungserzeugungselement eine Zenerdiode aufweist.
Wechselrichtervorrichtung für ein elektrisch angetriebenes Fahrzeug nach Anspruch 4, ferner mit: einem fünften Draht, dessen eines Ende elektrisch verbunden ist mit einer Stelle auf dem ersten Draht zwischen dem einen Ende des zweiten Drahts und dem Gate des einen Schaltelements, und dessen anderes Ende elektrisch verbunden ist zwischen dem anderen Ende des vierten Drahts und dem einen Schaltelement; einem dritten Umkehrflussverhinderungselement, das auf dem fünften Draht vorgesehen ist und einen Stromfluss in Richtung entgegengesetzt zu einer Richtung zu dem Gate des einen Schaltelements verhindert; und einem zweiten Konstantspannungserzeugungselement, das auf dem fünften Draht vorgesehen ist, und einen konstanten Spannungsabfall verursacht, wenn eine Spannung über dem zweiten Konstantspannungserzeugungselement einen im Voraus festgelegten Wert überschreitet.
Wechselrichtervorrichtung für ein elektrisch angetriebenes Fahrzeug nach Anspruch 6, bei der das zweite Konstantspannungserzeugungselement eine Zenerdiode aufweist.
Wechselrichtervorrichtung für ein elektrisch angetriebenes Fahrzeug nach einem der Ansprüche 4 bis 7, ferner mit: einer Abnormalitätsdetektionsschaltung, die einen Stelle auf dem ersten Draht zwischen dem Leistungszuführungsbereich und dem Gate des einen Schaltelements elektrisch mit Masse verbindet, in dem Fall, dass eine verstrichene Zeit seit Eingabe des Entladebefehls eine vorbestimmte Zeit überschreitet.
Wechselrichtervorrichtung für ein elektrisch angetriebenes Fahrzeug nach einem der Ansprüche 2 bis 8, bei der die Leistungsquellenschaltung aufweist: ein Hochpotentialschaltelement und ein Niederpotentialschaltelement, die zwischen der positiven Elektrodenseite des Glättungskondensators und Masse parallel zu dem Glättungskondensator vorgesehen sind, wobei das Hochpotentialschaltelement und das Niederpotentialschaltelement in Serie miteinander verbunden sind; und eine Spannungsteilerschaltung, die an ein Gate des Hochpotentialschaltelements eine Spannung anlegt, die erhalten wird durch Teilen einer Differenz zwischen einer Spannung auf der positiven Elektrodenseite des Glättungskondensators und einer Spannung, die an das Niederpotentialschaltelement angelegt ist.