專利名稱：電力變換裝置和配備了電力變換裝置的車輛的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電力變換裝置。更確切地說，本發(fā)明涉及一種具有檢測(cè)絕緣電阻功能的電力變換裝置，并且還涉及配備了該電力變換裝置的車輛。
背景技術(shù)：
為保證電氣化安全，ISO(國際標(biāo)準(zhǔn)化組織)標(biāo)準(zhǔn)以及ECE(歐洲經(jīng)濟(jì)委員會(huì))標(biāo)準(zhǔn)要求對(duì)于一定的電壓，必須保證一定的絕緣電阻值。也即，在具有被規(guī)定為標(biāo)準(zhǔn)值的絕緣電阻率KR(Ω/V)以及工作電壓Vs的系統(tǒng)中，需要保證絕緣電阻R＝KR×Vs(Ω)。
因此，從安全角度來看，在操作期間準(zhǔn)確檢測(cè)絕緣電阻是非常重要的，日本專利申請(qǐng)公開2002-325302披露了一種漏電檢測(cè)器，其能夠準(zhǔn)確檢測(cè)電力單元中的漏電，該電力單元用于驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)，使得混合動(dòng)力車、電動(dòng)車等電驅(qū)動(dòng)車輛得以行駛。
此外，在由電負(fù)載和產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)該電負(fù)載的電力的電力變換裝置(電力單元)所組成的系統(tǒng)中，還已知一種結(jié)構(gòu)，其中電力變換裝置不僅具有在直流電和交流電之間進(jìn)行電力轉(zhuǎn)換的功能，還具有轉(zhuǎn)換電壓電平的功能。例如，日本專利申請(qǐng)公開2003-134606披露了一種混合動(dòng)力車驅(qū)動(dòng)單元，其具有這樣的結(jié)構(gòu)，其中，輸入電壓被升壓變換器升壓，然后被轉(zhuǎn)換為用于驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)單元的交流電壓。
然而，無論日本專利申請(qǐng)公開2002-325302還是日本專利申請(qǐng)公開2003-134606都沒有披露這樣的結(jié)構(gòu)，其中，電力變換裝置(電力單元)的工作條件在絕緣電阻老化時(shí)發(fā)生變化。因此，如果此絕緣電阻老化，除了停止變換器(單元)的工作，沒有其它辦法可保證安全，或者，在相同的條件下讓變換器(單元)繼續(xù)工作，而不考慮改進(jìn)安全性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)目的在于提供一種電力變換裝置，其能夠通過校正工作條件得以連續(xù)地工作，以這種方式即使在絕緣電阻老化時(shí)，也可確保安全。本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種配備了此電力變換裝置的車輛。
在本發(fā)明的第一方面，電力變換裝置配備了電壓轉(zhuǎn)換電路，控制電路，以及檢測(cè)電路。電壓轉(zhuǎn)換電路接收輸入電壓，并將其轉(zhuǎn)換為可用于驅(qū)動(dòng)電負(fù)載的工作電壓。檢測(cè)電路檢測(cè)電壓轉(zhuǎn)換電路輸出側(cè)的絕緣電阻。控制電路確定工作電壓的設(shè)定值，并在檢測(cè)電路所檢測(cè)到的絕緣電阻老化時(shí)，將此時(shí)的工作電壓設(shè)置為低于絕緣電阻正常工作時(shí)的工作電壓。
根據(jù)本發(fā)明的上述第一方面，絕緣電阻可在操作期間得到檢測(cè)，而且工作電壓可在絕緣電阻老化時(shí)降低。因此，即使絕緣電阻已經(jīng)老化，在確保安全的條件下仍可繼續(xù)操作。
特別地，設(shè)置工作電壓使其保持低于某受控電壓，此受控電壓可以表示為預(yù)定標(biāo)準(zhǔn)比率的倒數(shù)與檢測(cè)到的絕緣電阻的乘積，其中所述比率指所要保證的絕緣電阻關(guān)于工作電壓的比。從而，ISO標(biāo)準(zhǔn)或ECE標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的絕緣電阻的標(biāo)準(zhǔn)值可以得到滿足。
此外，如果電壓轉(zhuǎn)換電路被設(shè)計(jì)為允許電壓升壓，在上述受控電壓低于輸入電壓的情況下，工作電壓被設(shè)置為與未進(jìn)行電壓提升操作的電壓轉(zhuǎn)換電路的輸入電壓電平相同。結(jié)果，相對(duì)抵消了由于絕緣電阻老化導(dǎo)致的安全性降低。
在前述第一方面中，控制電路可依照檢測(cè)到的絕緣電阻設(shè)置工作電壓，從而使得此工作電壓將不超過由絕緣電阻確定的受控電壓。
在與前述第一方面相關(guān)的方面中，受控電壓可表示為預(yù)定標(biāo)準(zhǔn)比率的倒數(shù)與檢測(cè)到的絕緣電阻的乘積，其中所述比率指所要保證的絕緣電阻關(guān)于工作電壓的比。
在前述第一方面中，如果受控電壓高于最大電壓，控制電路可將工作電壓設(shè)置在某個(gè)范圍內(nèi)，使得工作電壓的上限值等于電壓轉(zhuǎn)換電路所能輸出的最大電壓。如果受控電壓低于最小電壓，控制電路可設(shè)置工作電壓，使其等于電壓轉(zhuǎn)換電路所能輸出的最小電壓。如果受控電壓高于最小電壓而低于最大電壓，控制電路可將工作電壓設(shè)置在某個(gè)范圍內(nèi)，使得工作電壓的上限值等于上限電壓。
在與前述第一方面相關(guān)的一個(gè)方面中，電壓轉(zhuǎn)換電路可以升高輸入電壓，并且，如果受控電壓低于輸入電壓，控制電路可將工作電壓設(shè)置為等于此輸入電壓。
在前述第一方面或者與之相關(guān)的方面中，電壓轉(zhuǎn)換電路可配備非絕緣變換器。
在前述第一方面或者與之相關(guān)的方面中，電壓轉(zhuǎn)換電路可配備絕緣變換器，構(gòu)造此絕緣變換器使得變壓器配備在電源和電負(fù)載之間。
在本發(fā)明的第二方面中，披露了一種車輛，其具有直流電力單元，用于提供為直流電壓的輸入電壓，根據(jù)前述第一方面的電力變換裝置，以及交流電動(dòng)機(jī)，其被配備作為電負(fù)載，并且能夠驅(qū)動(dòng)至少一個(gè)車輪。電力變換裝置配備在電壓轉(zhuǎn)換電路和交流電動(dòng)機(jī)之間，并且還包括逆變器，用于進(jìn)行工作電壓與用于驅(qū)動(dòng)式地控制交流電動(dòng)機(jī)的交流電壓之間的電力轉(zhuǎn)換。
根據(jù)前述第二方面，此車輛可以在電力變換裝置的工作期間檢測(cè)絕緣電阻，其中該電力變換裝置驅(qū)動(dòng)式地控制用于驅(qū)動(dòng)車輪的交流電動(dòng)機(jī)，并且當(dāng)絕緣電阻老化時(shí)，其可以降低工作電壓。這樣，即使不能容易地保證車輛中的絕緣特性，但由于防止了絕緣電阻老化所引起的安全惡化，還可以繼續(xù)操作，從而滿足了ISO標(biāo)準(zhǔn)、ECE標(biāo)準(zhǔn)等所規(guī)定的絕緣電阻的標(biāo)準(zhǔn)比率(Ω/V)。
在前述第二方面中，電壓轉(zhuǎn)換電路可以升高輸入電壓。
在前述第二方面或者與之相關(guān)的方面中，電壓轉(zhuǎn)換電路可配備非絕緣變換器。
在前述第二方面或者與之相關(guān)的方面中，電壓轉(zhuǎn)換電路可配備絕緣變換器，構(gòu)造此絕緣變換器使得變壓器配備在電源和電負(fù)載之間。


圖1為原理框圖，用于解釋裝配了根據(jù)本發(fā)明的電力變換裝置的混合動(dòng)力車的構(gòu)造；圖2為電路圖，示出了根據(jù)本發(fā)明的電力變換裝置的構(gòu)造；圖3為流程圖，用于解釋圖2所示的控制電路的操作；圖4為由控制電路確定工作電壓的技術(shù)的詳細(xì)解釋視圖；圖5為電路圖，用于解釋作為根據(jù)本發(fā)明的電力變換裝置的代表例的示于圖1中的PCU的構(gòu)造。
具體實(shí)施例方式
下面，將參照附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施例。需要注意的是，附圖中相同或者相似的部分用同樣的參考符號(hào)標(biāo)注，并且對(duì)這些部分不進(jìn)行重復(fù)描述。
圖1為原理框圖，用于解釋裝配了根據(jù)本發(fā)明的電力變換裝置的混合動(dòng)力車的構(gòu)造。
參照?qǐng)D1，根據(jù)本發(fā)明本實(shí)施例的混合動(dòng)力車100裝配了電池100，PCU(電力控制單元)20，電力輸出裝置30，差速齒輪(DG差速齒輪)40，前輪50L、50R，后輪60L、60R，前座70L、70R，以及后座80。
作為“直流電力單元”的電池10由，比如，鎳氫、鋰離子等類型的二次電池構(gòu)成。電池10向PCU 20提供直流電壓，并由來自PCU 20的直流電壓充電。電池10置于后座80后面。
電力輸出裝置30置于位于儀表板90前面的發(fā)動(dòng)機(jī)室中。PCU 20與電力輸出裝置30電連接。電力輸出裝置30與DG 40相連接。
PCU 20升高來自電池10的直流電壓，將升高后的直流電壓轉(zhuǎn)換為交流電壓，從而驅(qū)動(dòng)式地控制包含在電力輸出裝置30中的電動(dòng)發(fā)電機(jī)MG。此外，PCU 20將由包含在電力輸出裝置30中的電動(dòng)發(fā)電機(jī)MG產(chǎn)生的交流電壓轉(zhuǎn)換為直流電壓，并給電池10充電。即，所述PCU 20響應(yīng)于“電力變換裝置”，此電力變換裝置進(jìn)行在由電池10提供的直流電與用于驅(qū)動(dòng)式地控制電動(dòng)發(fā)電機(jī)MG的交流電之間的電力轉(zhuǎn)換。
電力輸出裝置30將由發(fā)動(dòng)機(jī)和/或電動(dòng)發(fā)電機(jī)MG獲得的電能經(jīng)由DG 40傳送給前輪50L、50R，從而驅(qū)動(dòng)前輪50L、50R。此外，電力輸出裝置30產(chǎn)生歸因于由前輪50L、50R獲得的電動(dòng)發(fā)電機(jī)MG的回轉(zhuǎn)力的電能，并將所產(chǎn)生的電能提供給PCU 20。即，電動(dòng)發(fā)電機(jī)MG扮演著能驅(qū)動(dòng)至少一個(gè)車輪的“交流電動(dòng)機(jī)”的角色。DG 40將來自電力輸出裝置30的電力傳送給前輪50L、50R，并將前輪50L、50R的回轉(zhuǎn)力傳送給電力輸出裝置30。
接下來，將給出對(duì)根據(jù)本發(fā)明的電力變換裝置的一般構(gòu)造的描述，以及如圖1所示，當(dāng)電力變換裝置配備于混合動(dòng)力車100時(shí)的具體構(gòu)造。
圖2為電路圖，其示出了根據(jù)本發(fā)明的電力變換裝置的構(gòu)造。
參照?qǐng)D2，根據(jù)本發(fā)明的電力變換裝置110配備了電源120，電壓轉(zhuǎn)換電路130，電負(fù)載驅(qū)動(dòng)電路140，控制電路160，以及檢測(cè)電路170。電源120置于電力轉(zhuǎn)換電路130的輸入側(cè)，并提供輸入電壓V1。電壓轉(zhuǎn)換電路130將輸入電壓V1轉(zhuǎn)換為工作電壓V2。電負(fù)載驅(qū)動(dòng)電路140置于電壓轉(zhuǎn)換電路130和電負(fù)載150之間。
工作電壓V2用于驅(qū)動(dòng)電負(fù)載150。電負(fù)載驅(qū)動(dòng)電路140接收工作電壓V2，并產(chǎn)生用于驅(qū)動(dòng)電負(fù)載150的電力。可以避免使用電負(fù)載驅(qū)動(dòng)電路140，而采取一種構(gòu)造，其中電負(fù)載150直接由電壓轉(zhuǎn)換電路130輸出的工作電壓V2驅(qū)動(dòng)。反過來看，在如此構(gòu)造的情況下需要設(shè)置電負(fù)載驅(qū)動(dòng)電路140，即，在該構(gòu)造中，通過對(duì)電壓電平轉(zhuǎn)換后獲得的工作電壓V2進(jìn)一步進(jìn)行電力轉(zhuǎn)換來驅(qū)動(dòng)電負(fù)載150。如上所述，并不一定需要使用電負(fù)載驅(qū)動(dòng)電路140。是否需要使用電負(fù)載驅(qū)動(dòng)電路140，取決于電負(fù)載150的類型。
檢測(cè)電路170測(cè)量電壓轉(zhuǎn)換電路130輸出側(cè)的絕緣電阻值R?？刂齐娐?60通過依據(jù)由檢測(cè)電路170檢測(cè)到的絕緣電阻值R，控制電壓轉(zhuǎn)換電路130中的電壓轉(zhuǎn)換比K，來確定工作電壓V2的設(shè)定值。電壓轉(zhuǎn)換比K被表示為工作電壓V2和輸入電壓V1的比(即，K＝V2/V1)。
在根據(jù)本發(fā)明的電力變換裝置中，檢測(cè)絕緣電阻的方法，即，檢測(cè)電路170的構(gòu)造并沒有特別的限制，根據(jù)優(yōu)選的設(shè)計(jì)，可以采用任何已知的技術(shù)。
圖3為流程圖，其解釋圖2所示控制電路的工作。
參照?qǐng)D3，控制電路160通過對(duì)檢測(cè)電路170的輸入信號(hào)進(jìn)行采樣，來檢測(cè)絕緣電阻(步驟S100)。依據(jù)所檢測(cè)的絕緣電阻值R，控制電路160通過將在以下描述的技術(shù)，確定作為來自電壓轉(zhuǎn)換電路130的輸出電壓的工作電壓V2(步驟S110)。進(jìn)一步的步驟120和130將被解釋如下。
圖4為由控制電路確定工作電壓的技術(shù)的詳細(xì)解釋視圖。
圖4中的橫坐標(biāo)軸表示檢測(cè)到的絕緣電阻值R(Ω)，而圖4中的縱坐標(biāo)軸表示從電壓轉(zhuǎn)換電路130輸出的工作電壓V2(V)的設(shè)定值。
前述ISO和ECE標(biāo)準(zhǔn)確定了絕緣電阻的標(biāo)準(zhǔn)比率KR(Ω/V)，其定義為所要保證的絕緣電阻關(guān)于工作電壓V2的比。因此，控制電路160需要設(shè)置工作電壓V2，使得工作電壓V2保持至少低于“受控電壓”，依據(jù)檢測(cè)到的絕緣電阻值R確定該受控電壓以允許能夠保證標(biāo)準(zhǔn)所要求的必需的絕緣電阻。如圖4中虛線300所指示的，“受控電壓”表示為前述標(biāo)準(zhǔn)比率的倒數(shù)(1/KR)與檢測(cè)到的絕緣電阻值R的乘積。
另外，工作電壓V2的上限值依據(jù)圖4所示的設(shè)定的特性線310，考慮電壓轉(zhuǎn)換電路130的可能輸出范圍而確定。
工作電壓V2的最大電壓和最小電壓VTmax和VTmin，其示于圖4的縱坐標(biāo)軸上，由輸入電壓V1和電壓轉(zhuǎn)換電路130中的電壓轉(zhuǎn)換比K的可能范圍確定。電壓轉(zhuǎn)換比K的可能范圍根據(jù)電路結(jié)構(gòu)和電壓轉(zhuǎn)換電路130的電路常數(shù)預(yù)先確定。例如，如果構(gòu)造電壓轉(zhuǎn)換電路130使得輸入電壓可被升高(K≥1.0)，最小電壓VTmin等于輸入電壓V1。
在根據(jù)本發(fā)明的電力變換裝置中，電壓轉(zhuǎn)換電路130的電壓轉(zhuǎn)換比K的可能范圍并沒有特殊限制。只要提供了電壓電平轉(zhuǎn)換函數(shù)，任何電路結(jié)構(gòu)都可被采用。
首先，在受控電壓(虛線300)高于工作電壓V2的最大電壓VTmax的區(qū)域324中，工作電壓V2的上限值設(shè)置為與電壓轉(zhuǎn)換比K的最大值相對(duì)應(yīng)的最大電壓VTmax。
相反，在受控電壓(虛線300)低于工作電壓V2的最小電壓VTmin的區(qū)域320中，工作電壓V2的上限值設(shè)置為與電壓轉(zhuǎn)換比K的最小值相對(duì)應(yīng)的最小電壓VTmin。
在區(qū)域320中，由于不滿足標(biāo)準(zhǔn)比率KR，例如，如果電負(fù)載150處于某種模式，則操作需要被停止?；蛘?，如果電負(fù)載150處于不會(huì)引發(fā)安全問題的模式時(shí)，即使在不滿足標(biāo)準(zhǔn)比率KR的情況下，只要警告消息被發(fā)送給操作員，就可以繼續(xù)操作。這樣，在根據(jù)本發(fā)明的構(gòu)造中，通過將工作電壓V2降低到其下限，由絕緣電阻老化所引發(fā)的安全惡化相對(duì)被抵消了。
除此之外，在上述區(qū)域320和324之間的中間區(qū)域322中，工作電壓V2的上限值等于受控電壓(虛線300)。即，工作電壓V2的上限值設(shè)置為能夠滿足標(biāo)準(zhǔn)比率KR的最大值。
在區(qū)域322和324中，只要不超過由設(shè)定的特性線310所指示的上限值，考慮電負(fù)載150的效率確定工作電壓V2。一般而言，可通過提高工作電壓V2并降低負(fù)載電流更有效地提高負(fù)載效率。因此，通過將工作電壓V2設(shè)置為對(duì)應(yīng)于絕緣電阻值R的上限值，可實(shí)現(xiàn)耗電的全面降低。另一方面，在區(qū)域320中，工作電壓V2被確定為由設(shè)定的特性線310所指示的最小電壓VTmin。
如果將作為區(qū)域320和322之間的邊界值的絕緣電阻標(biāo)注為Rt1，且將作為區(qū)域322和324之間的邊界值的絕緣電阻標(biāo)注為Rt2，可得到Rt1＝KR×VTmin，且Rt2＝KR×VTmax。如果絕緣電阻已經(jīng)從對(duì)應(yīng)于可確保足夠絕緣電阻的正常狀態(tài)的區(qū)域324降低，即，如果R＜Rt2，則通過如上所述設(shè)置工作電壓V2的上限值，控制電路160可以確定絕緣電阻已經(jīng)老化。然后，根據(jù)圖4所示設(shè)定的特性線310，控制電路160可將工作電壓V2設(shè)置為低于正常狀態(tài)下的電壓。
再次參照?qǐng)D3，控制電路160從在步驟S120中設(shè)置的工作電壓V2設(shè)置電壓轉(zhuǎn)換比K，并發(fā)出控制指令，使得電壓轉(zhuǎn)換電路130工作于設(shè)定的電壓轉(zhuǎn)換比(步驟S120)。當(dāng)本發(fā)明的電力變換裝置工作時(shí)，每次預(yù)定周期經(jīng)過進(jìn)行步驟S100到S120的操作(步驟S130)。
于是，在本發(fā)明的電力變換裝置中，絕緣電阻在其工作期間被定期檢測(cè)，且工作電壓在絕緣電阻老化時(shí)被降低，這樣在保證安全的同時(shí)可以繼續(xù)操作。
特別地，由于工作電壓被設(shè)置以保持低于表達(dá)為絕緣電阻和預(yù)定標(biāo)準(zhǔn)比率之乘積的受控電壓，可以滿足任何定義為絕緣電阻值與工作電壓的比的絕緣電阻的標(biāo)準(zhǔn)值。
接下來，將描述一種具體構(gòu)造，其中，根據(jù)本發(fā)明的電力變換裝置被用為裝載于圖1所示混合動(dòng)力車100上的PCU 20。
圖5為電路圖，用于解釋作為根據(jù)本發(fā)明的電力變換裝置的代表例的如圖1所示的PCU的構(gòu)造。
參照?qǐng)D5，PCU 20包括檢測(cè)電路170，啟動(dòng)繼電器202、204，平滑電容器210、240，變換器220，以及逆變器250。
從以下描述將可知，電池10對(duì)應(yīng)于圖2中所示的“電源120”，變換器220對(duì)應(yīng)于圖2中所示的“電壓轉(zhuǎn)換電路130”。具體而言，變換器220被描述為使得輸入電壓升高的電壓轉(zhuǎn)換電路的例子。同理，逆變器250對(duì)應(yīng)于圖2所示的“電負(fù)載驅(qū)動(dòng)電路140”，且電動(dòng)發(fā)電機(jī)MG對(duì)應(yīng)于圖2所示的“電負(fù)載150”。
啟動(dòng)繼電器202連接在電源線201和電池10的正極之間，并且啟動(dòng)繼電器204連接在地線205和電池10的正極之間。啟動(dòng)繼電器202、204在操作期間導(dǎo)通，而在操作停止期間不導(dǎo)通。
平滑電容器210連接在電源線201和地線205之間，平滑來自電池10的輸入電壓V1。
變換器220包括電抗器230，開關(guān)元件Q1、Q2，以及二極管D1、D2。例如，IGBT(絕緣柵雙極晶體管)在本實(shí)施例中作為開關(guān)元件使用。
電抗器230連接在電源線201和開關(guān)元件Q1、Q2的連接節(jié)點(diǎn)之間。開關(guān)元件Q1、Q2在電源線206和地線205之間串聯(lián)連接。反并聯(lián)的二極管D1、D2分別連接在開關(guān)元件Q1、Q2各自的集電極和發(fā)射極之間，從而電流從發(fā)射極側(cè)流向集電極側(cè)。響應(yīng)于來自控制電路(ECU電動(dòng)控制單元)160的柵極信號(hào)G1、G2，開關(guān)元件Q1、Q2受到開/關(guān)控制，即，開關(guān)控制。
電容器240連接在電源線206和地線205之間，用來平滑變換器220的輸出電壓，即，作為逆變器250的輸入電壓的工作電壓V2。
地線205經(jīng)由絕緣電阻通過車輛100(圖1)的車身接地。關(guān)于在電力變換裝置220輸出側(cè)，即，在高電壓側(cè)的絕緣電阻值R的問題，在于保證上述標(biāo)準(zhǔn)比率。
逆變器250由U相臂251，V相臂252，以及W相臂253組成。U相臂251、V相臂252以及W相臂253在電源線206和地線205之間并聯(lián)連接。U相臂251由串聯(lián)連接的開關(guān)元件Q3、Q4組成。V相臂252由串聯(lián)連接的開關(guān)元件Q5、Q6組成。W相臂253由串聯(lián)連接的開關(guān)元件Q7、Q8組成。反并聯(lián)的二極管D3到D8分別連接在開關(guān)元件Q3到Q8各自的集電極和發(fā)射極之間。響應(yīng)于來自控制電路160的柵極信號(hào)G3到G8，開關(guān)元件Q3到Q8受到開/關(guān)控制，即，開關(guān)控制。
各相臂的中間點(diǎn)分別連接到作為三相永磁電動(dòng)機(jī)的電動(dòng)發(fā)電機(jī)MG的各相線圈261到263的相端。各線圈261到263通常將其一端與中性點(diǎn)相連接。交流電動(dòng)機(jī)，其可具有任意數(shù)目的相(例如，三相)，并可以是任何類型(例如，永磁電動(dòng)機(jī))，可用來作為所述電動(dòng)發(fā)電機(jī)MG。
變換器220接收從電池10向電源線201和地線205之間的點(diǎn)提供的輸入電壓V1，并響應(yīng)于柵極信號(hào)G1、G2，進(jìn)行開關(guān)元件Q1、Q2的開關(guān)控制。變換器220從而升高輸入電壓V1，產(chǎn)生工作電壓V2，并將其提供給電容器240。
變換器220中的升壓比，即，電壓轉(zhuǎn)換比K＝V2/V1，依據(jù)開關(guān)元件Q1、Q2之間所占周期的比(占空比)確定。此外，當(dāng)輸入電壓V1在變換器220中被轉(zhuǎn)換為工作電壓V2時(shí)，就確立了K≥1.0的關(guān)系，并且工作電壓V2的最小電壓等于輸入電壓V1。
電容器240平滑來自變換器220的工作電壓V2，并將其提供給逆變器250。逆變器250將來自電容器240的工作電壓V2轉(zhuǎn)換為交流電壓，并驅(qū)動(dòng)電動(dòng)發(fā)電機(jī)MG。
此外，通過響應(yīng)于柵極信號(hào)G3到G8分別對(duì)開關(guān)元件Q3到Q8進(jìn)行開關(guān)控制，逆變器250將電動(dòng)發(fā)電機(jī)MG產(chǎn)生的交流電壓轉(zhuǎn)換為直流電壓，并將其提供給電容器240。電容器240平滑來自電動(dòng)發(fā)電機(jī)MG的直流電壓，并將其提供給變換器220。變換器220降低來自電容器240的直流電壓，并將其提供給電池10或者輔助電源的DC/DC變換器(未示出)。
控制電路160產(chǎn)生柵極信號(hào)G3到G8，以依據(jù)來自各種傳感器的輸出值，控制逆變器250的操作，從而，對(duì)應(yīng)于電動(dòng)機(jī)指令值的轉(zhuǎn)矩、回轉(zhuǎn)等在電動(dòng)發(fā)電機(jī)MG中生成。來自傳感器的輸出值包括，例如，來自電動(dòng)發(fā)電機(jī)的位置/速度傳感器的輸出，每一相中的電流傳感器的輸出，以及來自用于檢測(cè)工作電壓V2的感應(yīng)器的輸出。
控制電路160依據(jù)由檢測(cè)電路170根據(jù)圖3和圖4所示的控制模式測(cè)量到的絕緣電阻值R，確定工作電壓V2。此外，控制電路160產(chǎn)生柵極信號(hào)G1、G2，從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)應(yīng)于所確定的工作電壓V2的電壓轉(zhuǎn)換比(升壓比)K。
通過采用上述構(gòu)造，在混合動(dòng)力車100中，絕緣電阻在操作期間被定期檢測(cè)，并且，在絕緣電阻老化時(shí)，工作電壓降低，這樣，可在保證安全的同時(shí)，繼續(xù)操作。
從以上敘述可知，本實(shí)施例中描述了一個(gè)構(gòu)造的例子，其中，根據(jù)本發(fā)明的電力變換裝置被裝載在混合動(dòng)力車中，并且，此混合動(dòng)力車具有作為電負(fù)載的用于驅(qū)動(dòng)車輪的交流電動(dòng)機(jī)。特別地，由于絕緣屬性在車輛中不易得到保證，絕緣電阻的標(biāo)準(zhǔn)比率(Ω/V)在ISO標(biāo)準(zhǔn)、ECE標(biāo)準(zhǔn)等中有嚴(yán)格規(guī)定。因此，根據(jù)本發(fā)明的電力變換裝置的應(yīng)用具有重要意義。
然而，根據(jù)本發(fā)明的電力變換裝置的應(yīng)用并不限于前述構(gòu)造例。即，本發(fā)明可應(yīng)用于具有轉(zhuǎn)換電壓以及檢測(cè)絕緣電阻功能的電力變換裝置，而無需對(duì)電負(fù)載等進(jìn)行特別限制。
在圖5所示的構(gòu)造例中，非絕緣變換器220作為允許電壓升高的電壓轉(zhuǎn)換電路的具體實(shí)例被描述。然而，具有其它電路結(jié)構(gòu)的絕緣變換器等，例如，其中在電源和負(fù)載之間配備了變壓器的構(gòu)造，也可以被使用。
此處披露的實(shí)施例需要被理解為范例，而不具有任何限制性。本發(fā)明的范圍不是由以上描述，而是根據(jù)權(quán)利要求定義。本發(fā)明意在并入等同于權(quán)利要求的含義和范圍的所有改進(jìn)。
權(quán)利要求
1.一種電力變換裝置，其配備了電壓轉(zhuǎn)換電路，用于接收輸入電壓，并將該輸入電壓轉(zhuǎn)換為可用于驅(qū)動(dòng)電負(fù)載的工作電壓，其還配備了檢測(cè)電路，用于檢測(cè)所述電壓轉(zhuǎn)換電路輸出側(cè)的絕緣電阻，其特征在于控制電路確定所述工作電壓的設(shè)定值，并當(dāng)所述檢測(cè)電路檢測(cè)到的所述絕緣電阻老化時(shí)，將所述工作電壓設(shè)置為低于所述絕緣電阻正常工作時(shí)的所述工作電壓。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的電力變換裝置，其特征在于，所述控制電路依據(jù)所檢測(cè)的絕緣電阻設(shè)置所述工作電壓，使得所述工作電壓保持低于由所述絕緣電阻所確定的受控電壓。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的電力變換裝置，其特征在于，所述受控電壓表示為預(yù)定標(biāo)準(zhǔn)比率的倒數(shù)與所述檢測(cè)到的絕緣電阻的乘積，該預(yù)定標(biāo)準(zhǔn)比率為所要保證的絕緣電阻關(guān)于所述工作電壓的比。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的電力變換裝置，其特征在于如果所述受控電壓高于所述電壓轉(zhuǎn)換電路所能輸出的最大電壓，所述控制電路將所述工作電壓設(shè)置在某范圍內(nèi)，使得所述工作電壓的上限值等于該最大電壓，如果所述受控電壓低于所述電壓轉(zhuǎn)換電路所能輸出的最小電壓，所述控制電路可設(shè)置所述工作電壓，使所述工作電壓等于該最小電壓，并且如果所述受控電壓高于所述最小電壓而低于所述最大電壓，所述控制電路將所述工作電壓設(shè)置在某個(gè)范圍內(nèi)，使得所述工作電壓的上限值等于所述上限值電壓。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的電力變換裝置，其特征在于所述電壓轉(zhuǎn)換電路可以升高所述輸入電壓，并且，如果所述受控電壓低于所述輸入電壓，所述控制電路可將所述工作電壓設(shè)置為等于此輸入電壓。
6.根據(jù)權(quán)利要求1到5中任何一個(gè)的電力變換裝置，其特征在于，所述電壓轉(zhuǎn)換電路可配備非絕緣變換器。
7.根據(jù)權(quán)利要求1到5中任何一個(gè)的電力變換裝置，其特征在于，所述電壓轉(zhuǎn)換電路可配備絕緣變換器，此絕緣變換器被構(gòu)造為使得變壓器配備在電源和所述電負(fù)載之間。
8.一種車輛，其具有直流電力單元，用于提供為直流電壓的輸入電壓，根據(jù)權(quán)利要求1到5中任何一個(gè)的電力變換裝置，以及交流電動(dòng)機(jī)，其被配備作為電負(fù)載，并且能夠驅(qū)動(dòng)至少一個(gè)車輪，其特征在于所述電力變換裝置配備在所述電壓轉(zhuǎn)換電路和所述交流電動(dòng)機(jī)之間，并且還包括逆變器，其用于在所述工作電壓和用于驅(qū)動(dòng)式地控制所述交流電動(dòng)機(jī)的交流電壓之間進(jìn)行電力轉(zhuǎn)換。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的電力變換裝置，其特征在于，所述電壓轉(zhuǎn)換電路可以升高所述輸入電壓。
10.根據(jù)權(quán)利要求8或9的電力變換裝置，其特征在于，所述電壓轉(zhuǎn)換電路可配備非絕緣變換器。
11.根據(jù)權(quán)利要求8或9的電力變換裝置，其特征在于，所述電壓轉(zhuǎn)換電路可配備絕緣變換器，此絕緣變換器被構(gòu)造為使得變壓器配備在電源和所述電負(fù)載之間。
全文摘要
電源(120)提供輸入電壓(V1)。電壓轉(zhuǎn)換電路(130)將來自電源(120)的輸入電壓(V1)轉(zhuǎn)換為可用于驅(qū)動(dòng)電負(fù)載(150)的工作電壓(V2)。檢測(cè)電路(170)測(cè)量電壓轉(zhuǎn)換電路(130)輸出側(cè)的絕緣電阻值(R)?？刂齐娐?160)依據(jù)由檢測(cè)電路(170)檢測(cè)到的絕緣電阻值(R)，控制電壓轉(zhuǎn)換電路(130)中的電壓轉(zhuǎn)換比(K(K＝V2/V1))，其被表示為工作電壓(V2)與輸入電壓(V1)之間的比?？刂齐娐?160)設(shè)置電壓轉(zhuǎn)換比(K)，使得絕緣電阻老化時(shí)的工作電壓(V2)低于其正常工作時(shí)的工作電壓(V2)。
文檔編號(hào)H02M7/00GK1723602SQ200480001889
公開日2006年1月18日 申請(qǐng)日期2004年11月30日 優(yōu)先權(quán)日2003年12月9日
發(fā)明者中山寬 申請(qǐng)人:豐田自動(dòng)車株式會(huì)社