專利名稱：電源裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及具有電容器和電池的混合結(jié)構(gòu)的電源裝置。
背景技術(shù)：
由于近年來的電池技術(shù)的進(jìn)步，混合動(dòng)力車的普及迅速發(fā)展。這樣的混合動(dòng)力車采用通過電池驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)等、并將減速時(shí)的能量向電源再生的電源系統(tǒng)。在這樣的電源系統(tǒng)中，由于新型電池的出現(xiàn)、小型輕量化以及高輸出密度化，從密封鉛電池向Ni氫電池、進(jìn)而向Li離子電池發(fā)展。在任何一種電池中為提高能量密度，都在進(jìn)行電池活性物質(zhì)的開發(fā)，或者高電容而且高輸出的電池結(jié)構(gòu)的開發(fā)，努力實(shí)現(xiàn)輸出密度高、使用時(shí)間更長(zhǎng)的電源。但是，在汽車領(lǐng)域中，一直在進(jìn)行進(jìn)一步改善燃料消耗率(燃費(fèi))的努力，但是能夠預(yù)想到有今后也為了削減二氧化碳等的排放物而在現(xiàn)有的汽車中追加新的燃料消耗率改善功能的傾向。因此，正在朝向需要更低損失的電源即內(nèi)部電阻小的電源的方向發(fā)展。在蓄電池(二次電池)中實(shí)現(xiàn)上述那樣的低電阻的電源的情況下，其最大輸出電流的小的程度成為問題。因此不需要輸出電流限制的大電容電化學(xué)電容器的必要性升高。 作為其一例，一般公知有雙電荷層(電偶極子層)電容器(EDLC)。雙電荷層電容器表示用于平滑等的電容器和電池的中間的特性。另外，作為比表示雙電荷層電容器和電池的中間的特性更高能量密度的電容器，可以舉出摻雜有鋰離子的混合電容器(HC)。關(guān)于這些電容器，公知有雖然能量密度小但是輸出密度比電池高因而適用于對(duì)瞬間輸出提出要求的怠速停止系統(tǒng)的例子。但是，因?yàn)橥ǔｋ娙萜髯苑烹娸^大，所以以與鉛蓄電池等的電池的混合結(jié)構(gòu)使用。在連接鉛蓄電池和電容器的開關(guān)中，使用機(jī)械式的繼電器或者M(jìn)OSFET (metal oxide field-effect transistor，金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)晶體管)等的半導(dǎo)體開關(guān)元件。但是，因?yàn)殡娙萜鞯淖苑烹娸^大，所以例如在長(zhǎng)期保管后再起動(dòng)時(shí)，在鉛蓄電池和電容器之間容易產(chǎn)生大的電位差。這樣當(dāng)在有電位差的狀態(tài)下接通鉛蓄電池與電容器之間的開關(guān)時(shí)，因?yàn)殡娙萜鞯膬?nèi)部電阻小，所以從鉛蓄電池流出過大的電流，由此造成鉛蓄電池的壽命縮短。作為防止這樣的過大的電流流動(dòng)的方法，公知有與開關(guān)并聯(lián)設(shè)置限制電阻和開關(guān)，通過經(jīng)由限制電阻向電容器流過電流來限制充電電流的方法(預(yù)充電)(例如參照專利文獻(xiàn)1)。另外，也公知有代替限制電阻而與開關(guān)并聯(lián)設(shè)置半導(dǎo)體開關(guān)元件，使用該半導(dǎo)體開關(guān)元件實(shí)現(xiàn)預(yù)充電功能的結(jié)構(gòu)(例如參照專利文獻(xiàn)2)?，F(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)1 日本國(guó)特開2005-312156號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)2 日本國(guó)特開2007-143221號(hào)公報(bào)

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明要解決的課題但是，當(dāng)通過限制電阻預(yù)充電數(shù)百 數(shù)千F的大電容電容器時(shí)，由于CR的時(shí)間常數(shù)而發(fā)生充電時(shí)間變得過長(zhǎng)的問題。此外，為縮短該充電時(shí)間而需要減小限制電阻的電阻值，但是在減小限制電阻值而導(dǎo)致流過更大的電流的情況下，不得不配合電流值使限制電阻的額定電力值增大。因此，引起限制電阻的大型化和高成本化，進(jìn)而也需要追加處理限制電阻的發(fā)熱的冷卻結(jié)構(gòu)。另一方面，在代替限制電阻而僅用半導(dǎo)體開關(guān)元件進(jìn)行預(yù)充電的結(jié)構(gòu)的情況下， 需要以不超過半導(dǎo)體開關(guān)元件的額定電容的方式控制半導(dǎo)體開關(guān)元件的控制電壓。因此， 要流過數(shù)十到數(shù)百A的大電流是困難的，預(yù)充電時(shí)間變長(zhǎng)。另外，需要探討監(jiān)視半導(dǎo)體開關(guān)元件的溫度等的冷卻關(guān)系。用于解決課題的技術(shù)手段本發(fā)明的電源裝置的第一方式，具有與電池并聯(lián)連接的電容器；與電容器串聯(lián)連接的兩個(gè)開關(guān)電路；與兩個(gè)開關(guān)電路中的一個(gè)開關(guān)電路并聯(lián)連接的預(yù)充電開關(guān)電路；和控制部，其在電容器的電壓比電池的電壓低時(shí)，對(duì)預(yù)充電開關(guān)電路以及兩個(gè)開關(guān)電路中的至少一個(gè)開關(guān)電路進(jìn)行控制，進(jìn)行電容器的預(yù)充電電流限制。此外，與電容器串聯(lián)連接的兩個(gè)開關(guān)電路和預(yù)充電開關(guān)電路，各自具有一個(gè)半導(dǎo)體開關(guān)元件或者并聯(lián)連接的多個(gè)半導(dǎo)體開關(guān)元件。進(jìn)而也可以在預(yù)充電電流限制時(shí)，對(duì)構(gòu)成與電容器串聯(lián)連接的各開關(guān)電路的半導(dǎo)體開關(guān)元件進(jìn)行斷開(OFF)控制，并且對(duì)構(gòu)成預(yù)充電開關(guān)電路的半導(dǎo)體開關(guān)元件進(jìn)行導(dǎo)通 (ON)控制，使得預(yù)充電開關(guān)電路，和不與該預(yù)充電開關(guān)電路并聯(lián)連接的開關(guān)電路的半導(dǎo)體開關(guān)元件的內(nèi)置二極管成為通電狀態(tài)。另外也可以，在預(yù)充電電流限制時(shí)，對(duì)構(gòu)成預(yù)充電開關(guān)電路的半導(dǎo)體開關(guān)元件進(jìn)行導(dǎo)通控制，并且對(duì)在與電容器串聯(lián)連接的兩個(gè)開關(guān)電路之中的、與預(yù)充電開關(guān)電路并聯(lián)連接的開關(guān)電路的半導(dǎo)體開關(guān)元件進(jìn)行PWM(Pulse Width Modulation，脈沖寬度調(diào)制)控制，對(duì)另一個(gè)開關(guān)電路的半導(dǎo)體開關(guān)元件進(jìn)行斷開控制。進(jìn)而也可以對(duì)構(gòu)成預(yù)充電開關(guān)電路的半導(dǎo)體開關(guān)元件進(jìn)行PWM(Pulse Width Modulation，脈沖寬度調(diào)制)控制，對(duì)構(gòu)成預(yù)充電開關(guān)電路的半導(dǎo)體開關(guān)元件的柵極電壓進(jìn)行控制，調(diào)整該半導(dǎo)體開關(guān)元件的導(dǎo)通電阻。另外也可以使電容器為摻雜有鋰離子的混合電容器。在這種情況下，在預(yù)充電電流限制時(shí)，對(duì)預(yù)充電開關(guān)電路的各半導(dǎo)體開關(guān)元件階段地進(jìn)行導(dǎo)通控制，使混合電容器的內(nèi)部電阻發(fā)生疑似增加。本發(fā)明的電源裝置的第二方式，具有與電池并聯(lián)連接的電容器；與電容器串聯(lián)連接的，包括一個(gè)半導(dǎo)體開關(guān)元件或者并聯(lián)連接的多個(gè)半導(dǎo)體開關(guān)元件的兩個(gè)開關(guān)電路； 和控制部，其在電容器的電壓比電池的電壓低時(shí)，控制各開關(guān)電路的半導(dǎo)體開關(guān)元件使得由兩個(gè)開關(guān)電路分擔(dān)電流限制時(shí)的損失，進(jìn)行電容器的預(yù)充電電流限制。此外也可以，在預(yù)充電電流限制時(shí)，對(duì)一個(gè)開關(guān)電路的半導(dǎo)體開關(guān)元件進(jìn)行斷開控制，并且對(duì)另一個(gè)開關(guān)電路的半導(dǎo)體開關(guān)元件進(jìn)行PWM控制，使得一個(gè)開關(guān)電路的半導(dǎo)體開關(guān)元件的內(nèi)置二極管，和另一個(gè)開關(guān)電路成為通電狀態(tài)。也可以在預(yù)充電電流限制時(shí)，對(duì)一個(gè)開關(guān)電路的半導(dǎo)體開關(guān)元件進(jìn)行斷開控制， 并且控制另一個(gè)開關(guān)電路的半導(dǎo)體開關(guān)元件的柵極電壓，使得一個(gè)開關(guān)電路的半導(dǎo)體開關(guān)元件的內(nèi)置二極管，和另一個(gè)開關(guān)電路成為通電狀態(tài)。發(fā)明的效果根據(jù)本發(fā)明，能夠抑制電池劣化和實(shí)現(xiàn)電源裝置的小型化，能夠在短時(shí)間內(nèi)將電容器充電到可使用的狀態(tài)。


圖1是在旋轉(zhuǎn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)中使用本發(fā)明的第一實(shí)施方式的電源裝置的情況下的概略框圖。圖2是表示預(yù)充電時(shí)的充電電流路徑的附圖。圖3是表示控制過程的流程圖。圖4是表示分別用并聯(lián)連接的多個(gè)MOSFET構(gòu)成充電切斷用M0SFET31和放電切斷用M0SFET32的情況的附圖。圖5是說明本發(fā)明的第二實(shí)施方式的電源裝置的附圖。圖6是說明本發(fā)明的第三實(shí)施方式的電源裝置的附圖。
具體實(shí)施例方式下面參照

用于實(shí)施本發(fā)明的實(shí)施方式。一第一實(shí)施方式一圖1是在旋轉(zhuǎn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)中使用本發(fā)明的第一實(shí)施方式的電源裝置的情況下的概略框圖。在圖1中，電源裝置2，通過繼電器fejb與逆變器裝置4連接。旋轉(zhuǎn)電機(jī)3通過逆變器裝置4旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)。旋轉(zhuǎn)電機(jī)3構(gòu)成車輛的怠速停止系統(tǒng)中發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)用的起動(dòng)電動(dòng)機(jī)或者電動(dòng)發(fā)電機(jī)。電源裝置2具有與鉛蓄電池等的蓄電池1并聯(lián)連接的電容器10、充電切斷用 M0SFET31、放電切斷用M0SFET32、預(yù)充電用M0SFET33、柵極驅(qū)動(dòng)器12、控制部14、電壓檢測(cè)部16、溫度檢測(cè)部18、電流檢測(cè)部20。在本實(shí)施方式中，作為電容器10使用雙電荷層電容器，但是只要是需要與雙電荷層電容器同樣的保護(hù)控制的大容量電容器，本發(fā)明都能夠應(yīng)用。電容器10由多個(gè)單元組成。在本實(shí)施方式中，通過在各M0SFET31 33中使用N溝道(通道)MOSFET形成低電阻的結(jié)構(gòu)，但是，顯然各MOSFET的全部或者任何一個(gè)使用P溝道MOSFET也可以，只要是能夠?qū)崿F(xiàn)同樣的功能的元件，都可以應(yīng)用。另外，在放電切斷用M0SFET32、充電切斷用M0SFET31以及預(yù)充電用M0SFET33使用 N溝道MOSFET的情況下，對(duì)于驅(qū)動(dòng)MOSFET的柵極的柵極驅(qū)動(dòng)器12，能夠使用升壓型柵極驅(qū)動(dòng)器。升壓型柵極驅(qū)動(dòng)器，只要是能夠進(jìn)行充電泵(灌注泵)型等N溝道MOSFET的柵極驅(qū)動(dòng)的元件即可，使用什么樣的元件都可以。控制部14進(jìn)行電源裝置整體的控制，使用專用的IC或者通用的微計(jì)算機(jī)，但是只要是能夠?qū)崿F(xiàn)同樣的功能的設(shè)備即可，并不限于此。控制部14，在控制柵極驅(qū)動(dòng)器12的控制功能之外，還具有各部電壓的監(jiān)視功能、調(diào)整電容器10的各單元電壓的平衡開關(guān)功能、 向上級(jí)的通信功能等。作為控制部14監(jiān)視的各部電壓，有蓄電池1的總電壓、通過電壓檢測(cè)部16檢測(cè)出的電容器10的各單元電壓或總電壓、電流檢測(cè)部20的輸出、溫度檢測(cè)部18的輸出等。來自各部的輸出，通過在控制部14設(shè)置的A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換并取入。另外，作為向上級(jí)通信的功能，只要是 CAN (Controller Area Network), I2C (Inter-Integrated Circuit)、 SPI (System Packet hterface)等必要的功能，什么樣的都可以。在本實(shí)施方式中，將旋轉(zhuǎn)電機(jī)3起動(dòng)時(shí)的起動(dòng)信號(hào)(IGN信號(hào))通過通信功能從上級(jí)輸入。在本實(shí)施方式中，作為電流檢測(cè)部20，使用通過霍爾(* 一& )元件進(jìn)行電流檢測(cè)的組件，但是也可以通過從放電切斷用M0SFET32到充電切斷用M0SFET31的兩端電壓的差動(dòng)放大器檢測(cè)、或者分流電阻的電壓測(cè)定、或者變流器的電壓測(cè)定等進(jìn)行電流檢測(cè)。另外， 檢測(cè)出的電流值，設(shè)想是通過在控制部14中內(nèi)置的A/D轉(zhuǎn)換器取得的，但是只要是能夠?qū)崿F(xiàn)同樣的功能的方式，任意的都可以。溫度檢測(cè)部18，能夠考慮為通過將NTC熱敏電阻(熱變阻器)或者PTC熱敏電阻與電阻串聯(lián)連接的分壓的檢測(cè)、或者通過溫度IC的檢測(cè)等，但是只要是能夠?qū)崿F(xiàn)與此同樣的功能方式都可以。作為溫度檢測(cè)的對(duì)象，可以考慮電容器單元、安裝有MOSFET的基板、框體等，也可以根據(jù)需要追加。此外，圖1的溫度檢測(cè)部18，檢測(cè)安裝有MOSFET的基板的溫度。溫度檢測(cè)值，設(shè)想通過在控制部14內(nèi)內(nèi)置的A/D轉(zhuǎn)換器取得，但是只要是能夠?qū)崿F(xiàn)同樣的功能的設(shè)備，什么樣的都可以。在電力路徑中，在從電容器10向蓄電池1的+側(cè)的供給路徑中，設(shè)置與電容器10 串聯(lián)連接的放電切斷用M0SFET32和充電切斷用M0SFET31。在充電切斷用M0SFET31上并聯(lián)連接預(yù)充電用M0SFET33。此外根據(jù)需要，也可以將放電切斷用M0SFET32和充電切斷用 M0SFET31以及預(yù)充電用M0SFET33中的某一個(gè)移動(dòng)到接地側(cè)，也可以在+側(cè)或者接地側(cè)通過追加而增加MOSFET。放電切斷用M0SFET32構(gòu)成為體二極管321的正向(順方向)與電容器10的放電電流方向相反。充電切斷用M0SFET31以及預(yù)充電用M0SFET33構(gòu)成為體二極管311、333 的正向與對(duì)電容器10的充電電流方向相反。因?yàn)槌潆娗袛嘤肕0SFET31具有反向連接的體二極管311，所以即使斷開(OFF)充電切斷用M0SFET31，來自電容器10的放電電流也能夠在正向流過體二極管311，不切斷放電電流。作為切斷放電電流的開關(guān)，串聯(lián)設(shè)置放電切斷用M0SFET32。當(dāng)斷開放電切斷用 M0SFET32時(shí)，放電電流被切斷。但是，因?yàn)轶w二極管321的正向是充電電流方向的同方向， 所以即使斷開放電切斷用M0SFET32，充電電流也能夠流過體二極管321。這樣，通過反向串聯(lián)連接兩個(gè)M0SFET31、32，能夠?qū)Τ潆婋娏骱头烹婋娏麟p方進(jìn)行切斷、非切斷操作。此外，在圖1表示的例子中，將充電切斷用M0SFET31配置在電源線側(cè)(+側(cè))，將放電切斷用M0SFET32配置在電容器1側(cè)，但是反過來配置也可以。在通常使用狀態(tài)亦即蓄電池1和電容器10之間無電位差，不進(jìn)行預(yù)充電的狀態(tài)下，充電切斷用M0SFET31、放電切斷用M0SFET32以及預(yù)充電用M0SFET33全部成為導(dǎo)通 (ON)狀態(tài)。因?yàn)樵贗GN起動(dòng)時(shí)在旋轉(zhuǎn)電機(jī)3中流過大電流，所以對(duì)于充電切斷用M0SFET31 以及放電切斷用M0SFET32使用與大電流對(duì)應(yīng)的M0SFET。
接著敘述本實(shí)施方式中的控制方法。圖2是表示預(yù)充電時(shí)的充電電流路徑的附圖。在圖2中，表示對(duì)于控制方法的說明所必要的電容器10、蓄電池1和M0SFET31 33。 圖3是表示控制過程的流程圖，控制程序在控制部14中執(zhí)行。當(dāng)向控制部14從上級(jí)輸入起動(dòng)信號(hào)IGN時(shí)。前進(jìn)到步驟S100。在步驟S100，控制部14比較蓄電池1的總電壓與電容器10的總電壓，判斷它們的電位差是否在預(yù)先設(shè)定的電位差閾值以上。亦即，判定電容器10的電壓是否比蓄電池1的電壓低，是否需要預(yù)充電。 作為電位差閾值，可以考慮放電切斷用M0SFET32的體二極管321的正向電壓(例如0. 5V)， 但是不一定限于該電壓。當(dāng)在步驟SlOO判定為蓄電池1和電容器10的電位差比電位差閾值小時(shí)，前進(jìn)到步驟S120，將各M0SFET31 33設(shè)定為導(dǎo)通狀態(tài)，亦即設(shè)定為能夠自由地進(jìn)行電容器1的充放電的通常使用狀態(tài)。其后前進(jìn)到步驟S130，作為電源裝置的通常的動(dòng)作開始。另一方面，當(dāng)在步驟SlOO判定為在電位差閾值以上時(shí)，前進(jìn)到步驟S115，執(zhí)行用于預(yù)充電動(dòng)作的處理。在步驟S115，為進(jìn)行預(yù)充電動(dòng)作，控制部14指令柵極驅(qū)動(dòng)器12，使充電切斷用M0SFET31和放電切斷用M0SFET32成為斷開狀態(tài)，使預(yù)充電用M0SFET33成為導(dǎo)通狀態(tài)。此時(shí)，充電電流沿用虛線表示的路徑流入電容器10。在斷開狀態(tài)的放電切斷用M0SFET32中，充電電流僅通過體二極管321。另一方面，對(duì)于斷開狀態(tài)的充電切斷用M0SFET31，充電電流不能通過，經(jīng)由導(dǎo)通狀態(tài)的預(yù)充電用 M0SFET33流入電容器10。這樣，進(jìn)行電容器10的充電。此外，控制預(yù)充電用M0SFET33 使得通過通常必要的電壓保持導(dǎo)通狀態(tài)，但是也可以通過調(diào)整柵極電壓而調(diào)整預(yù)充電用 M0SFET33的導(dǎo)通電阻，將充電電流調(diào)整為最佳值。例如，在預(yù)充電時(shí)的元件溫度變得過高的情況下，降低柵極電壓而降低充電電流值。另外，也可以對(duì)預(yù)充電用M0SFET33的柵極施加PWM(Pulse Width Modulation，脈沖寬度調(diào)制)脈沖，通過PWM控制調(diào)整充電電流量。在現(xiàn)有技術(shù)中，為了進(jìn)行預(yù)充電時(shí)的電流限制，必須僅由限制電阻或者預(yù)充電用的半導(dǎo)體開關(guān)元件(與預(yù)充電用M0SFET33相當(dāng))負(fù)擔(dān)損失。另外，因?yàn)橄拗齐娮?、預(yù)充電用半導(dǎo)體開關(guān)元件的允許損失小，所以難于流過數(shù)十到數(shù)百A的大電流。但是，在本實(shí)施方式中，預(yù)充電時(shí)的電流限制中的損失，由放電切斷用M0SFET32 的體二極管321的損失，和預(yù)充電用M0SFET33的導(dǎo)通電阻的損失分擔(dān)，由此能夠?qū)⑸岱稚⒌絻蓚€(gè)M0SFET31、32，提高散熱性能。進(jìn)而，因?yàn)樵陔娙萜?0中有內(nèi)部電阻，所以也通過該內(nèi)部電阻的損失分擔(dān)。在圖2表示的結(jié)構(gòu)中，在電容器中流過大電流的情況下的各M0SFET32、33和電容器10的損失W(32)、W(33)、W(10)的大小，為W(32) > ff(33) ^ff(IO)的順序，具有在原來作為大電流通電用而散熱性優(yōu)良的設(shè)計(jì)的放電切斷用M0SFET32中分散損失的優(yōu)點(diǎn)。此外，在上述實(shí)施方式中，以對(duì)于電容器10使用雙電荷層電容器的情況為例進(jìn)行了說明，但是對(duì)于電容器10使用在負(fù)極中摻雜鋰離子的混合電容器的情況下，預(yù)充電時(shí)階段地急劇地進(jìn)行對(duì)預(yù)充電用M0SFET33的柵極的電壓施加。在混合電容器的情況下，當(dāng)階段地急劇提升充電開始時(shí)的電流時(shí)，可以看到端子電壓相對(duì)于開放電壓大幅降低的現(xiàn)象。亦即，通過階段地升高電流，能夠疑似地(虛擬地)使內(nèi)部電阻增加?？芍?，該內(nèi)部電阻的疑似的增加，如果是預(yù)充電動(dòng)作時(shí)間程度，則繼續(xù)。因此，在電容器10使用混合電容器的情況下，階段地急劇地進(jìn)行對(duì)預(yù)充電用M0SFET33的柵極的電壓施加，使內(nèi)部電阻疑似增加，能夠增大電容器10負(fù)擔(dān)的損失。其結(jié)果是，關(guān)于損失的放電切斷用M0SFET32和預(yù)充電用M0SFET33的負(fù)擔(dān)量變小，即使在蓄電池1和電容器10之間的電位差變得更大，預(yù)充電電流更大的情況下，也能夠容易地應(yīng)對(duì)。在圖1、2表示的例子中，對(duì)于充電切斷用M0SFET31、放電切斷用M0SFET32、預(yù)充電用M0SFET33使用一個(gè)M0SFET。但是也可以如圖4所示，分別用并聯(lián)連接的多個(gè)MOSFET構(gòu)成設(shè)想通常使用時(shí)流過大電流的充電切斷用M0SFET31和放電切斷用M0SFET32。顯然，對(duì)于預(yù)充電用M0SFET33，也可以用并聯(lián)連接的多個(gè)MOSFET構(gòu)成。另外，也可以將并聯(lián)連接的充電切斷用M0SFET31和預(yù)充電用M0SFET33制成一體，作為該一體化的組件，使用能夠分別驅(qū)動(dòng)?xùn)艠O的單片組件。如上所述，在本實(shí)施方式中，在具有與蓄電池1并聯(lián)連接的電容器10的電源裝置中，具有與電容器10串聯(lián)連接的充電切斷用M0SFET31和放電切斷用M0SFET32以及與充電切斷用M0SFET31并聯(lián)連接的預(yù)充電用M0SFET33，在電容器10的電壓比蓄電池1的電壓低時(shí)，用預(yù)充電用M0SFET33和放電切斷用M0SFET32分擔(dān)電流限制時(shí)的損失。這樣，因?yàn)槟軌驕p少各個(gè)MOSFET的負(fù)擔(dān)，所以能夠提高散熱性，并且能夠在預(yù)充電時(shí)繼續(xù)流過大電流。其結(jié)果是，將預(yù)充電電流值限制為對(duì)于蓄電池1不成為負(fù)擔(dān)的值，在抑制蓄電池1的溫度上升、劣化的同時(shí)，能夠以短時(shí)間將電容器10充電到可使用的狀態(tài)。此外，M0SFET31、32具有進(jìn)行電容器10的電力路徑的開閉的開關(guān)電路的功能，通過僅在該M0SFET32的二極管321上流過預(yù)充電時(shí)的電流，M0SFET32也作為分擔(dān)損失的元件起作用。另外，通過用并聯(lián)連接的多個(gè)MOSFET構(gòu)成作為開關(guān)電路的M0SFET31、32的各個(gè)， 能夠容易地應(yīng)對(duì)大電流，而且，能夠?qū)0SFET32中的損失分散到更多元件。此外，對(duì)于預(yù)充電用M0SFET33也通過用并聯(lián)連接的多個(gè)MOSFET構(gòu)成，能夠使損失更加分散，能夠利用額定電容小的M0SFET。另外，取代對(duì)預(yù)充電用M0SFET33的簡(jiǎn)單導(dǎo)通控制，也可以調(diào)整柵極電壓， 或者進(jìn)行PWM控制，將預(yù)充電電流值調(diào)整到希望的值。一第二實(shí)施方式一圖5是說明本發(fā)明的第二實(shí)施方式的電源裝置的附圖，是與第一實(shí)施方式中的圖 2對(duì)應(yīng)的附圖。此外，其他的結(jié)構(gòu)與第一實(shí)施方式相同，省略說明。在第二實(shí)施方式中，如圖5所示，在從電容器10到蓄電池1的+側(cè)的供給路徑中，設(shè)置與電容器10串聯(lián)連接的放電切斷用M0SFET32和充電切斷用M0SFET31。此外，與第一實(shí)施方式的情況相同，也可以根據(jù)需要將M0SFET31、32的某一個(gè)移動(dòng)到接地側(cè)，也可以在+側(cè)或者接地側(cè)通過追加而增加 MOSFET。通常使用時(shí)，使M0SFET31、32的兩方都成為導(dǎo)通狀態(tài)。在預(yù)充電時(shí)，如圖5所示， 使放電切斷用M0SFET32斷開，并且對(duì)于充電切斷用M0SFET31的柵極進(jìn)行PWM控制。其結(jié)果是，充電電流如虛線所示通過放電切斷用M0SFET32的體二極管321和充電切斷用 M0SFET31，流入電容器10。充電切斷用M0SFET31中的P麗控制，根據(jù)蓄電池1和電容器10 的電位差調(diào)整。在第二實(shí)施方式中，通過用與大電流對(duì)應(yīng)的M0SFET31、32和電容器10的內(nèi)部電阻分擔(dān)損失，能夠提高散熱性能。另外，在預(yù)充電中流過大電流的情況下的各M0SFET31、32和電容器10的損失W(31)、W(32)、W(IO)的大小，為W(32) ^ ff(31) > W(IO)的順序，具有在原來與大電流對(duì)應(yīng)散熱性優(yōu)良的設(shè)計(jì)的放電切斷用M0SFET32以及充電切斷用M0SFET31分散損失的優(yōu)點(diǎn)。如上所述，在第二實(shí)施方式中，在具有與蓄電池1并聯(lián)連接的電容器10的電源裝置中，作為開關(guān)電路具有與電容器10串聯(lián)連接的充電切斷用M0SFET31以及放電切斷用 M0SFET32，在電容器10的電壓比蓄電池1的電壓低時(shí)，用充電切斷用M0SFET31和放電切斷用M0SFET32分擔(dān)電流限制時(shí)的損失。這樣，因?yàn)槟軌驕p少各個(gè)MOSFET的負(fù)擔(dān)，所以能夠提高散熱性，同時(shí)能夠在預(yù)充電時(shí)繼續(xù)流過大電流。其結(jié)果是，將預(yù)充電電流值限制為對(duì)于蓄電池1不成為負(fù)擔(dān)的值，在抑制蓄電池1的溫度上升、劣化的同時(shí)，能夠以短時(shí)間將電容器10充電到可使用的狀態(tài)。進(jìn)而，與第一實(shí)施方式比較時(shí)，因?yàn)槭÷粤祟A(yù)充電用M0SFET33，所以能夠進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)低成本化和小型化。此外，也可以使預(yù)充電用M0SFET33與充電切斷用M0SFET31并聯(lián)連接，以3個(gè) MOSFET分擔(dān)損失。此時(shí)，不僅對(duì)預(yù)充電用M0SFET33進(jìn)行簡(jiǎn)單導(dǎo)通控制，而且進(jìn)行調(diào)整柵極電壓這樣的控制，或者也可以進(jìn)行PWM控制。另外，如在第一實(shí)施方式中記載的那樣，也可以用并聯(lián)連接的多個(gè)MOSFET構(gòu)成M0SFET31 33。一第三實(shí)施方式一圖6是說明本發(fā)明的第三實(shí)施方式的電源裝置的附圖，是與第一實(shí)施方式中的圖 2對(duì)應(yīng)的附圖。在上述的第一實(shí)施方式中，作為半導(dǎo)體開關(guān)元件使用M0SFET，但是在本實(shí)施方式中，作為電容器10使用高電壓的電容器模塊，代替MOSFET而使用IGBT (insulated gate bipolar transistor，絕緣柵雙極晶體管)模塊。如圖6所示，在從電容器10到蓄電池1的+側(cè)的供給路徑中，設(shè)置與電容器10串聯(lián)連接的放電切斷用IGBT42和充電切斷用IGBT41。在充電切斷用IGBT41并聯(lián)連接預(yù)充電用IGBT43。亦即將圖2中表示的M0SFET31 33置換為IGBT41 43。此外，也可以根據(jù)需要將放電切斷用IGBT42和充電切斷用IGBT41以及預(yù)充電用 IGBT43的某一個(gè)移動(dòng)到接地側(cè)，也可以在+側(cè)或者接地側(cè)通過追加增加IGBT。另外，對(duì)于高電壓的電容器10，應(yīng)用混合電容器。通過使用比雙電荷層電容器最大單元電壓高的混合電容器，能夠減低串聯(lián)單元數(shù)。放電切斷用IGBT42構(gòu)成為體二極管與電容器10的放電電流方向反向地連接。另一方面，充電切斷用IGBT41和預(yù)充電用IGBT43構(gòu)成為體二極管與對(duì)電容器10的充電電流方向反向地連接。此外，在本實(shí)施方式中因?yàn)槭歉唠妷?，所以也可以代替預(yù)充電用IGBT43 而使用預(yù)充電用繼電器。接著說明第三實(shí)施方式中的控制方法。在通常使用狀態(tài)下，充電切斷用IGBT41、 放電切斷用IGBT42以及預(yù)充電用IGBT43這3個(gè)都為導(dǎo)通狀態(tài)。在輸入來自外部的起動(dòng)信號(hào)ING后，比較電容器10的總電壓和蓄電池1的電壓，在電容器10的電壓比蓄電池1的電壓低的情況下進(jìn)行預(yù)充電動(dòng)作。作為此時(shí)的判定基準(zhǔn)的電位差閾值，設(shè)定為放電切斷用 IGBT42的體二極管的正向(順方向)電壓(例如0.5V)以上，但是也可以根據(jù)需要變更。預(yù)充電時(shí)流向電容器10的充電電流路徑如圖6的虛線所示，充電電流在通過放電切斷用IGBT42的體二極管后，通過預(yù)充電用IGBT43流入電容器10。如上所述，混合電容器通過階段地控制電流能夠使內(nèi)部電阻疑似增加。因此，通過階段地驅(qū)動(dòng)預(yù)充電用IGBT43，使內(nèi)部電阻疑似增加，能夠增大電容器10負(fù)擔(dān)的損失的量。其結(jié)果是，即使在蓄電池1與電容器10之間的電位差大的情況下，也能夠充分應(yīng)對(duì)。在上述的例子中，在預(yù)充電用IGBT43上階段地施加通常必要的柵極電壓，但是也可以通過調(diào)整柵極電壓來調(diào)整預(yù)充電用IGBT43的導(dǎo)通電阻，或者通過在預(yù)充電用IGBT43 的柵極施加PWM脈沖，通過PWM控制調(diào)整預(yù)充電電流。在現(xiàn)有技術(shù)中，為進(jìn)行預(yù)充電時(shí)的電流限制，必須僅由限制電阻或者半導(dǎo)體開關(guān)元件(MOSFET)負(fù)擔(dān)損失。進(jìn)而，因?yàn)橄拗齐娮?、開關(guān)元件的允許損失小，所以具有難于流過數(shù)十到數(shù)百A的大電流這樣的缺點(diǎn)。但是，在本實(shí)施方式中，通過用與大電流放電對(duì)應(yīng)的放電切斷用IGBT42、預(yù)充電用IGBT43和電容器10的內(nèi)部電阻分擔(dān)損失，能夠提高散熱性能。在本實(shí)施方式中，在預(yù)充電中流過大電流的情況下的電容器10(混合電容器)、 IGBT42、43 的損失 W(IO)、WK42)、WK43)，為 W(IO) > W(42) >ff(43)的順序，具有在原來用于大電流放電的散熱性優(yōu)良的設(shè)計(jì)的放電切斷用IGBT42分散損失的優(yōu)點(diǎn)。另外，因?yàn)樵陬A(yù)充電時(shí)能夠流過大電流，所以能夠在短時(shí)間內(nèi)將電容器10充電到可使用的狀態(tài)。進(jìn)而，因?yàn)榇嬖诂F(xiàn)有技術(shù)中用的繼電器、限制電阻而使用半導(dǎo)體開關(guān)元件，所以能夠?qū)崿F(xiàn)小型化、 低成本化。此外，在代替預(yù)充電用IGBT43而使用預(yù)充電用繼電器的情況下，在預(yù)充電時(shí)關(guān)閉繼電器。通過放電切斷用IGBT42和電容器10的內(nèi)部電阻分擔(dān)損失。在上述的實(shí)施方式中，以在車輛的怠速停止系統(tǒng)中應(yīng)用的情況為例進(jìn)行了說明， 但是不限于此，也可以在向各種負(fù)載供給電力的混合動(dòng)力結(jié)構(gòu)的電源裝置中應(yīng)用。此外，以上的說明不過是一例，在不損示本發(fā)明的特征的基礎(chǔ)上，本發(fā)明不限于上述實(shí)施方式。另外，也可以將實(shí)施方式與一個(gè)或者多個(gè)變形例進(jìn)行組合。下面的優(yōu)先權(quán)基礎(chǔ)申請(qǐng)的公開內(nèi)容作為引用文字合并于本發(fā)明。日本國(guó)專利申請(qǐng)2009年第34019號(hào)(2009年2月17日申請(qǐng))
權(quán)利要求
1.一種電源裝置，其特征在于，具有與電池并聯(lián)連接的電容器；與所述電容器串聯(lián)連接的兩個(gè)開關(guān)電路；與所述兩個(gè)開關(guān)電路中的一個(gè)開關(guān)電路并聯(lián)連接的預(yù)充電開關(guān)電路；和控制部，其在所述電容器的電壓比所述電池的電壓低時(shí)，對(duì)所述預(yù)充電開關(guān)電路以及所述兩個(gè)開關(guān)電路中的至少一個(gè)開關(guān)電路進(jìn)行控制，進(jìn)行所述電容器的預(yù)充電電流限制。
2.如權(quán)利要求1所述的電源裝置，其特征在于與所述電容器串聯(lián)連接的兩個(gè)開關(guān)電路和所述預(yù)充電開關(guān)電路，各自具有一個(gè)半導(dǎo)體開關(guān)元件或者并聯(lián)連接的多個(gè)半導(dǎo)體開關(guān)元件。
3.如權(quán)利要求2所述的電源裝置，其特征在于所述控制部，在所述預(yù)充電電流限制時(shí)，對(duì)構(gòu)成與所述電容器串聯(lián)連接的各開關(guān)電路的半導(dǎo)體開關(guān)元件進(jìn)行斷開控制，并且對(duì)構(gòu)成所述預(yù)充電開關(guān)電路的半導(dǎo)體開關(guān)元件進(jìn)行導(dǎo)通控制，使得所述預(yù)充電開關(guān)電路，和不與該預(yù)充電開關(guān)電路并聯(lián)連接的開關(guān)電路的半導(dǎo)體開關(guān)元件的內(nèi)置二極管成為通電狀態(tài)。
4.如權(quán)利要求2所述的電源裝置，其特征在于所述控制部，在所述預(yù)充電電流限制時(shí)，對(duì)構(gòu)成所述預(yù)充電開關(guān)電路的半導(dǎo)體開關(guān)元件進(jìn)行導(dǎo)通控制，并且對(duì)在與所述電容器串聯(lián)連接的兩個(gè)開關(guān)電路之中的、與所述預(yù)充電開關(guān)電路并聯(lián)連接的開關(guān)電路的半導(dǎo)體開關(guān)元件進(jìn)行PWM(Pulse Width Modulation，脈沖寬度調(diào)制)控制，對(duì)另一個(gè)開關(guān)電路的半導(dǎo)體開關(guān)元件進(jìn)行斷開控制。
5.如權(quán)利要求3或4所述的電源裝置，其特征在于對(duì)構(gòu)成所述預(yù)充電開關(guān)電路的半導(dǎo)體開關(guān)元件進(jìn)行PWM(Pulse Width Modulation，脈沖寬度調(diào)制)控制。
6.如權(quán)利要求3或4所述的電源裝置，其特征在于所述控制部，對(duì)構(gòu)成所述預(yù)充電開關(guān)電路的半導(dǎo)體開關(guān)元件的柵極電壓進(jìn)行控制，調(diào)整該半導(dǎo)體開關(guān)元件的導(dǎo)通電阻。
7.如權(quán)利要求2所述的電源裝置，其特征在于所述電容器是摻雜有鋰離子的混合電容器。
8.如權(quán)利要求7所述的電源裝置，其特征在于所述控制部，在預(yù)充電電流限制時(shí)，對(duì)所述預(yù)充電開關(guān)電路的各半導(dǎo)體開關(guān)元件階段地進(jìn)行導(dǎo)通控制，使所述混合電容器的內(nèi)部電阻發(fā)生疑似增加。
9.一種電源裝置，其特征在于，具有與電池并聯(lián)連接的電容器；與所述電容器串聯(lián)連接的，包括一個(gè)半導(dǎo)體開關(guān)元件或者并聯(lián)連接的多個(gè)半導(dǎo)體開關(guān)元件的兩個(gè)開關(guān)電路；和控制部，其在所述電容器的電壓比所述電池的電壓低時(shí)，控制各開關(guān)電路的半導(dǎo)體開關(guān)元件使得由所述兩個(gè)開關(guān)電路分擔(dān)電流限制時(shí)的損失，進(jìn)行所述電容器的預(yù)充電電流限制。
10.如權(quán)利要求9所述的電源裝置，其特征在于所述控制部，在所述預(yù)充電電流限制時(shí)，對(duì)一個(gè)開關(guān)電路的半導(dǎo)體開關(guān)元件進(jìn)行斷開控制，并且對(duì)另一個(gè)開關(guān)電路的半導(dǎo)體開關(guān)元件進(jìn)行PWM控制，使得所述一個(gè)開關(guān)電路的半導(dǎo)體開關(guān)元件的內(nèi)置二極管，和所述另一個(gè)開關(guān)電路成為通電狀態(tài)。
11.如權(quán)利要求9所述的電源裝置，其特征在于所述控制部，在所述預(yù)充電電流限制時(shí)，對(duì)一個(gè)開關(guān)電路的半導(dǎo)體開關(guān)元件進(jìn)行斷開控制，并且控制另一個(gè)開關(guān)電路的半導(dǎo)體開關(guān)元件的柵極電壓，使得所述一個(gè)開關(guān)電路的半導(dǎo)體開關(guān)元件的內(nèi)置二極管，和所述另一個(gè)開關(guān)電路成為通電狀態(tài)。
全文摘要
一種電源裝置(2)，具有與電池并聯(lián)連接的電容器(10)；與電容器(10)串聯(lián)連接的兩個(gè)開關(guān)電路(31、32)；與兩個(gè)開關(guān)電路(31、32)中的一個(gè)開關(guān)電路并聯(lián)連接的預(yù)充電開關(guān)電路(33)；和控制部(14)，其在電容器(10)的電壓比電池(1)的電壓低時(shí)，控制預(yù)充電開關(guān)電路(33)和開關(guān)電路(32)，進(jìn)行電容器(10)的預(yù)充電電流限制。
文檔編號(hào)H02M1/36GK102318176SQ20108000821
公開日2012年1月11日 申請(qǐng)日期2010年2月17日 優(yōu)先權(quán)日2009年2月17日
發(fā)明者乘松泰明, 今井伸治 申請(qǐng)人:新神戶電機(jī)株式會(huì)社