電源單元的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及一種電源單元。電源單元（11）包括在正電極和負(fù)電極之間產(chǎn)生高電壓的高電壓源（HVS）、連接在正電極和負(fù)電極之間的平滑電容器（40）、包括相互串聯(lián)連接的電阻器（51）和第一開(kāi)關(guān)裝置（52）并且連接在正電極和負(fù)電極之間的快速放電電路（50），和將第一開(kāi)關(guān)裝置（52）控制為接通狀態(tài)和關(guān)斷狀態(tài)中的一個(gè)的放電控制電路（120）。當(dāng)檢測(cè)到在快速放電控制電路（120）控制第一開(kāi)關(guān)裝置（52）以保持第一開(kāi)關(guān)裝置（52）處于關(guān)斷狀態(tài)中的同時(shí)，電流通過(guò)電阻器（51）流動(dòng)的異常狀況時(shí)，高電壓源（HVS）被控制以保持產(chǎn)生用于熔斷電阻器（51）的給定的高電壓。
【專(zhuān)利說(shuō)明】電源單元
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]例如，本發(fā)明涉及一種用于向例如諸如用于驅(qū)動(dòng)車(chē)輛的電動(dòng)機(jī)和用于驅(qū)動(dòng)機(jī)器的電動(dòng)機(jī)的負(fù)載單元供應(yīng)電力的電源單元。
【背景技術(shù)】
[0002]通常，用于向諸如驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的負(fù)載單元供應(yīng)電力的電源單元經(jīng)常包括諸如逆變器的開(kāi)關(guān)電路。相應(yīng)地，這種類(lèi)型的電源單元經(jīng)常包括平滑電容器。因?yàn)槠交娙萜鬟B接在電源單元的正電極和負(fù)電極之間，所以在電容器的相對(duì)端之間的電壓是相對(duì)高的。因此，大量的電荷被存儲(chǔ)在平滑電容器中。因此，當(dāng)車(chē)輛、機(jī)器等發(fā)生異常時(shí)，期望快速地將平滑電容器放電(快速地釋放存儲(chǔ)在平滑電容器中的電荷)。
[0003]在涉及用于車(chē)輛的電源單元的相關(guān)技術(shù)的一個(gè)實(shí)例中，包括電阻器(電阻性元件)和開(kāi)關(guān)裝置(晶體管)的放電部(快速放電電路)與平滑電容器并聯(lián)布置，并且當(dāng)檢測(cè)到車(chē)輛碰撞時(shí)，開(kāi)關(guān)裝置切換到接通(ON)狀態(tài)。結(jié)果，在檢測(cè)到車(chē)輛碰撞之后，平滑電容器快速地放電(例如見(jiàn)日本專(zhuān)利申請(qǐng)公報(bào)N0.2012-186887 (JP2012-186887A)。
[0004]然而，例如，如果使得放電部的開(kāi)關(guān)裝置進(jìn)入短路故障狀況中，在正電極和負(fù)電極之間的電壓減??；因此，不能將足夠的電力供應(yīng)到負(fù)載單元。相應(yīng)地，在負(fù)載單元是用于驅(qū)動(dòng)車(chē)輛或者機(jī)器的電動(dòng)機(jī)時(shí)，車(chē)輛或者機(jī)器不可以繼續(xù)正常地操作。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明提供一種電源單元，當(dāng)平滑電容器在平滑電容器不應(yīng)該放電的情況下經(jīng)由放電部放電的異常狀況被檢測(cè)到時(shí)，該電源單元能夠通過(guò)切斷由放電部形成的放電電流路徑來(lái)繼續(xù)向負(fù)載單元供應(yīng)電力。
[0006]本發(fā)明的一個(gè)方面涉及一種電源單元，該電源單元包括:高電壓源，其向正電極和負(fù)電極產(chǎn)生高電壓，從而向連接到正電極和負(fù)電極的負(fù)載單元供應(yīng)電力；平滑電容器，其連接在正電極和負(fù)電極之間；放電部，其包括相互串聯(lián)連接的電阻器和第一開(kāi)關(guān)裝置，并且其連接到正電極和負(fù)電極；和放電控制部，其將第一開(kāi)關(guān)裝置控制為接通(ON)狀態(tài)和關(guān)斷(OFF)狀態(tài)中的一個(gè)，其中當(dāng)?shù)谝婚_(kāi)關(guān)裝置處于接通狀態(tài)中時(shí)，利用放電部將平滑電容器的電荷放電。
[0007]該電源單元進(jìn)一步包括強(qiáng)制切斷部，其當(dāng)異常狀況被檢測(cè)到時(shí)，強(qiáng)制地切斷由放電部形成的放電電流路徑，在該異常狀況中，在放電控制部控制第一開(kāi)關(guān)裝置從而保持第一開(kāi)關(guān)裝置處于關(guān)斷狀態(tài)中的情形中，電流通過(guò)電阻器流動(dòng)。
[0008]利用以上布置，當(dāng)上述異常狀況被檢測(cè)到時(shí)，強(qiáng)制切斷部強(qiáng)制地切斷放電電流路徑；因此，在平滑電容器的端子之間的電壓不減小，并且能夠保持將電力供應(yīng)到負(fù)載單元。
[0009]相應(yīng)地，當(dāng)電源單元被用作用于向作為負(fù)載單元的、用于驅(qū)動(dòng)車(chē)輛的電動(dòng)機(jī)供應(yīng)電力的裝置時(shí)，保持車(chē)輛行駛是可能的。
[0010]強(qiáng)制切斷部可以被配置為，當(dāng)異常狀況被檢測(cè)到時(shí)，控制高電壓源，使得高電壓源保持產(chǎn)生用于熔斷放電部的電阻器的給定的高電壓。
[0011]利用以上布置，當(dāng)上述異常狀況被檢測(cè)到時(shí)，由于由電阻器產(chǎn)生的熱，放電部的電阻器熔斷，使得放電電流路徑被切斷；因此，在平滑電容器的端子之間的電壓不減小，并且能夠繼續(xù)將電力供應(yīng)到負(fù)載單元。
[0012]放電部可以包括與電阻器和第一開(kāi)關(guān)裝置串聯(lián)連接的第二開(kāi)關(guān)裝置，并且強(qiáng)制切斷部可以被配置為當(dāng)異常狀況被檢測(cè)到時(shí)將第二開(kāi)關(guān)裝置從接通狀態(tài)切換到關(guān)斷狀態(tài)。
[0013]利用以上布置，當(dāng)上述異常狀況被檢測(cè)到時(shí)，第二開(kāi)關(guān)裝置被置于關(guān)斷狀態(tài)中；因此，在平滑電容器的端子之間的電壓不減小，并且能夠繼續(xù)將電力供應(yīng)到負(fù)載單元。
[0014]附圖簡(jiǎn)要說(shuō)明
[0015]將在下面參考附圖描述本發(fā)明的示例性實(shí)施例的特征、優(yōu)點(diǎn)以及技術(shù)和工業(yè)意義，其中類(lèi)似的數(shù)字表示類(lèi)似的元件，并且其中:
[0016]圖1是示出根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的車(chē)輛的電源單元、負(fù)載單元，和驅(qū)動(dòng)單元的配置的概略視圖；
[0017]圖2是示意當(dāng)圖1所示的集成控制裝置的CPU執(zhí)行強(qiáng)制切斷操作時(shí)執(zhí)行的例程的流程圖；
[0018]圖3是對(duì)于解釋設(shè)計(jì)圖1所示的放電電阻器的方法而言有用的視圖；
[0019]圖4是示出根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的車(chē)輛的電源單元、負(fù)載單元，和驅(qū)動(dòng)單元的配置的概略視圖；并且
[0020]圖5是示意當(dāng)圖4所示的集成控制裝置的CPU執(zhí)行強(qiáng)制切斷操作時(shí)執(zhí)行的例程的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0021]將參考附圖描述根據(jù)本發(fā)明的每一個(gè)實(shí)施例的電源單元。每一個(gè)實(shí)施例的電源單元應(yīng)用于混合動(dòng)力車(chē)輛。然而，應(yīng)該理解本發(fā)明還可以應(yīng)用于諸如電動(dòng)車(chē)輛和燃料電池車(chē)輛的車(chē)輛，和包括使用從高電壓電源供應(yīng)的電力的負(fù)載單元(例如，電動(dòng)機(jī))的系統(tǒng)，諸如機(jī)床、船只和航空器。
[0022]<第一實(shí)施例>
[0023](配置)如在圖1中所示，根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的電源單元(也將稱(chēng)為“第一電源單元”)11被安裝在混合動(dòng)力車(chē)輛(也將稱(chēng)為“車(chē)輛”)10上。此外，負(fù)載單元12和驅(qū)動(dòng)單元13安裝在車(chē)輛10上。
[0024]電源單元11包括高電壓源HVS、平滑電容器部SC，和放電部DCHG。
[0025]高電壓源HVS包括蓄電池20、升壓轉(zhuǎn)換器30，和系統(tǒng)主繼電器SMRl - SMR3。
[0026]蓄電池20是可充電/可放電二次電池，在該實(shí)施例中它是鋰離子電池。蓄電池20向一對(duì)蓄電池端子P1、NI產(chǎn)生DC電力。蓄電池20利用從外部施加到該一對(duì)蓄電池端子PUNl的電壓充電。
[0027]升壓轉(zhuǎn)換器30具有一對(duì)低電壓側(cè)端子P2、N2，和一對(duì)高電壓側(cè)端子P3、N3。升壓轉(zhuǎn)換器30包括電容器31、電抗器32、第一晶體管(功率M0SFET) 33、二極管34、第二晶體管(功率M0SFET)35，和二極管36。如在圖1中所示，這些元件構(gòu)成已知的升壓斬波電路。
[0028]通過(guò)使用升壓斬波電路，升壓轉(zhuǎn)換器30能夠?qū)ⅰ盎镜扔谠谠撘粚?duì)蓄電池端子P1、N1之間的電壓(S卩，蓄電池電壓)的低電壓側(cè)電壓VL”轉(zhuǎn)換成“作為在該一對(duì)高電壓側(cè)端子P3、N3之間的電壓的高電壓側(cè)電壓VH)”，并且反之亦然。即，基于來(lái)自集成控制裝置100(將在以后描述)的PWM (脈沖寬度調(diào)制)信號(hào)開(kāi)關(guān)第一晶體管33和第二晶體管35，使得升壓轉(zhuǎn)換器30能夠執(zhí)行用于將低電壓側(cè)電壓VL轉(zhuǎn)換成高電壓側(cè)電壓VH的升壓或者增壓操作，和用于將高電壓側(cè)電壓VH轉(zhuǎn)換成低電壓側(cè)電壓VL的降壓操作。升壓轉(zhuǎn)換器30的操作是眾所周知的，并且因此將不予以進(jìn)一步描述。
[0029]系統(tǒng)主繼電器(將稱(chēng)為“繼電器”)SMR1 - SMR3是與“車(chē)輛10的電力開(kāi)關(guān)”(未示出)相結(jié)合地操作以將蓄電池20連接到升壓轉(zhuǎn)換器30和將蓄電池20從升壓轉(zhuǎn)換器30斷開(kāi)的裝置。繼電器SMRl連接在端子NI和電阻器RL的一端之間。電阻器RL的另一端連接到端子N2。繼電器SMR2連接在端子NI和端子N2之間。繼電器SMR3連接在端子Pl和端子P2之間。繼電器SMRl -SMR3根據(jù)來(lái)自集成控制裝置100的信號(hào)開(kāi)路(open)和閉合(close)。
[0030]平滑電容器部SC包括平滑電容器40。平滑電容器40連接在端子P3和端子N3之間，并且平滑在端子P3和端子N3之間產(chǎn)生的脈動(dòng)。
[0031 ] 放電部DCHG包括快速放電電路50?？焖俜烹婋娐?0與平滑電容器40并聯(lián)連接。SP，快速放電電路50連接在端子P3和端子N3之間?？焖俜烹婋娐?0包括放電電阻器51、開(kāi)關(guān)裝置52，和放電電流傳感器53。放電電阻器51、開(kāi)關(guān)裝置52，和放電電流傳感器53串聯(lián)連接。在該實(shí)施例中，放電電流傳感器53是分路電阻器。為了方便起見(jiàn)，開(kāi)關(guān)裝置52是所謂的“第一開(kāi)關(guān)裝置”。開(kāi)關(guān)裝置52是功率M0SFET。
[0032]負(fù)載單元12包括第一逆變器60、第二逆變器70、第一電動(dòng)機(jī)81，和第二電動(dòng)機(jī)82。
[0033]第一逆變器60具有一對(duì)輸入端子P4、N4。該一對(duì)輸入端子P4、N4分別地連接到升壓轉(zhuǎn)換器30的該一對(duì)高電壓側(cè)端子P3、N3。第一逆變器60包括U相臂、V相臂，和W相臂。這些臂中的每一個(gè)插入在該一對(duì)輸入端子P4、N4之間，并且這些臂相互并聯(lián)連接。
[0034]第一逆變器60的U相臂具有IGBT61S和IGBT62s。二極管61d和二極管62d分別地與IGBT61s和IGBT62s反向并聯(lián)連接。IGBT61s和IGBT62s相互串聯(lián)連接。在IGBT61s和IGBT62S之間的連接點(diǎn)連接到第一電動(dòng)機(jī)81的U相線圈(未示出)。
[0035]第一逆變器60的V相臂具有IGBT63s、二極管63d、IGBT64s，和二極管64d。如在圖1中所示，在這些元件之間的連接關(guān)系與U相臂的連接關(guān)系相同，并且在IGBT63S和IGBT64s之間的連接點(diǎn)連接到第一電動(dòng)機(jī)81的V相線圈(未示出)。
[0036]第一逆變器60的W相臂具有IGBT65s、二極管65d、IGBT66s，和二極管66d。如在圖1中所示，在這些元件之間的連接關(guān)系與U相臂的連接關(guān)系相同，并且在IGBT65S和IGBT66S之間的連接點(diǎn)連接到第一電動(dòng)機(jī)81的W相線圈(未示出)。
[0037]通過(guò)使用這些裝置，根據(jù)來(lái)自集成控制裝置100的信號(hào)，第一逆變器60將從升壓轉(zhuǎn)換器30接收的DC電力轉(zhuǎn)換成具有U相、V相和W相的三相AC電力，并且向第一電動(dòng)機(jī)81遞送AC電力。第一逆變器60的操作是眾所周知的，并且因此將不予以進(jìn)一步描述。
[0038]第二逆變器70類(lèi)似于第一逆變器60地配置。即，第二逆變器70的一對(duì)輸入端子P5、N5分別地連接到升壓轉(zhuǎn)換器30的該一對(duì)高電壓側(cè)端子P3、N3。第二逆變器70包括IGBT71s - 76s和二極管71d - 76d。通過(guò)使用這些裝置，第二逆變器70根據(jù)來(lái)自集成控制裝置100的信號(hào)，將從升壓轉(zhuǎn)換器30接收的DC電力轉(zhuǎn)換成具有U相、V相和W相的三相AC電力，并且向第二電動(dòng)機(jī)82遞送AC電力。第二逆變器70的操作是眾所周知的，并且因此將不予以進(jìn)一步描述。
[0039]第一電動(dòng)機(jī)81和第二電動(dòng)機(jī)82是同步發(fā)電電動(dòng)機(jī)。即，第一電動(dòng)機(jī)81和第二電動(dòng)機(jī)82中的每一個(gè)可以作為電動(dòng)機(jī)操作并且也作為發(fā)電機(jī)操作。第一電動(dòng)機(jī)81主要地用作發(fā)電機(jī)。第二電動(dòng)機(jī)82主要地用作電動(dòng)機(jī)，并且產(chǎn)生車(chē)輛10的驅(qū)動(dòng)力(用于使車(chē)輛10行駛的扭矩)。
[0040]驅(qū)動(dòng)單元13包括內(nèi)燃機(jī)83、動(dòng)力分配裝置90、減速裝置91、驅(qū)動(dòng)軸92、差動(dòng)齒輪93，和驅(qū)動(dòng)輪94。
[0041]內(nèi)燃機(jī)83是汽油發(fā)動(dòng)機(jī)，并且能夠產(chǎn)生車(chē)輛10的驅(qū)動(dòng)力?；趤?lái)自集成控制裝置100的信號(hào)，控制內(nèi)燃機(jī)83的吸入空氣量、燃料注射量等。
[0042]動(dòng)力分配裝置90包括行星齒輪機(jī)構(gòu)，并且被布置成轉(zhuǎn)換來(lái)自?xún)?nèi)燃機(jī)83、第一電動(dòng)機(jī)81和第二電動(dòng)機(jī)82的扭矩，并且經(jīng)由減速裝置91和驅(qū)動(dòng)軸92將扭矩遞送到差動(dòng)齒輪93。遞送到差動(dòng)齒輪93的扭矩被傳遞到驅(qū)動(dòng)輪94。動(dòng)力分配裝置90及其控制方法是眾所周知的，并且在例如日本專(zhuān)利申請(qǐng)公開(kāi)N0.2009-126450 (JP 2009-126450A)(美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)公開(kāi) N0.2010/0241297)和日本專(zhuān)利申請(qǐng)公開(kāi) N0.9-308012 (JP 9-308012A)(具有 1997年3月10日的美國(guó)提交日的美國(guó)專(zhuān)利6，131，680)中詳細(xì)描述。這些公開(kāi)在這里被引用，并且因此被結(jié)合到該申請(qǐng)的說(shuō)明書(shū)中。
[0043]車(chē)輛10進(jìn)一步包括控制單元CNT?？刂茊卧狢NT包括集成控制裝置100、碰撞檢測(cè)部110、快速放電控制電路120，和異常檢測(cè)部130。
[0044]集成控制裝置100包括用于控制車(chē)輛10的多個(gè)電子控制單元(EOT)。S卩，集成控制裝置100包括:執(zhí)行車(chē)輛10的驅(qū)動(dòng)力、電池充電等等的集成控制的電力管理ECU ;控制第一電動(dòng)機(jī)81和第二電動(dòng)機(jī)82的MG-E⑶；控制內(nèi)燃機(jī)83的發(fā)動(dòng)機(jī)E⑶；監(jiān)視蓄電池20的電池ECU等等。電子控制單元中的每一個(gè)是包括CPU、存儲(chǔ)器等的微型計(jì)算機(jī)，并且執(zhí)行相應(yīng)的程序。電子控制單元經(jīng)由通信線路相互交換信息。
[0045]集成控制裝置100連接到蓄電池20、繼電器SMRl - SMR3、升壓轉(zhuǎn)換器30、第一逆變器60、第二逆變器70、碰撞檢測(cè)部110、快速放電控制電路120，和異常檢測(cè)部130。集成控制裝置100被配置為當(dāng)它從碰撞檢測(cè)部110接收到碰撞檢測(cè)信號(hào)時(shí)，向快速放電控制電路120發(fā)送“放電命令信號(hào)”。此外，集成控制裝置100被配置為當(dāng)發(fā)生如在以后描述的短路故障時(shí)，基于來(lái)自異常檢測(cè)部130的信號(hào)，向升壓轉(zhuǎn)換器30發(fā)送“電阻器熔斷高電壓產(chǎn)生命令號(hào)”。
[0046]碰撞檢測(cè)部110基于來(lái)自安裝在車(chē)輛10中的適當(dāng)位置處的G傳感器(加速度傳感器)的信號(hào)，利用眾所周知的方法來(lái)確定車(chē)輛10是否已經(jīng)發(fā)生碰撞。當(dāng)確定車(chē)輛10已經(jīng)發(fā)生碰撞時(shí)，碰撞檢測(cè)部110向集成控制裝置100發(fā)送碰撞檢測(cè)信號(hào)。
[0047]當(dāng)快速放電控制電路120從集成控制裝置100接收放電命令信號(hào)時(shí)，它將開(kāi)關(guān)裝置52從斷電狀態(tài)(OFF)切換到通電狀態(tài)(0N)，從而對(duì)平滑電容器40放電。
[0048]異常檢測(cè)部130接收跨放電電流傳感器53的相對(duì)端的電壓。因?yàn)榉烹婋娏鱾鞲衅?3是分路電阻器，所以跨其相對(duì)端的電壓與通過(guò)“由放電電阻器51和開(kāi)關(guān)裝置52組成的放電電流路徑”流動(dòng)的電流成比例。異常檢測(cè)部130將從放電電流傳感器53接收的電壓與用于確定短路故障(異常狀況)的閾值比較，并且向集成控制裝置100發(fā)送比較結(jié)果。[0049]放電電阻器51被設(shè)置用于當(dāng)由碰撞檢測(cè)部110檢測(cè)到車(chē)輛10的碰撞時(shí)，將存儲(chǔ)在平滑電容器40中的電荷放電，并且在給定時(shí)間段(5秒或者更短)內(nèi)將平滑電容器40的電壓降低為給定電壓或者更低(例如，60V或者更低)。在另一方面，在車(chē)輛10的正常行駛期間，快速放電控制電路120控制開(kāi)關(guān)裝置52，使得開(kāi)關(guān)裝置52被保持在“關(guān)斷”狀態(tài)中。
[0050]當(dāng)檢測(cè)到由于某個(gè)原因而使開(kāi)關(guān)裝置52被置于“接通”狀態(tài)中的異常狀況(電流通過(guò)放電電阻器51和開(kāi)關(guān)裝置52流動(dòng)的異常狀況)時(shí)，即使開(kāi)關(guān)裝置52受到快速放電控制電路120控制從而被置于“關(guān)斷”狀態(tài)中，升壓轉(zhuǎn)換器30也基于上述“電阻器熔斷高電壓產(chǎn)生命令信號(hào)”而被控制，使得跨該一對(duì)高電壓側(cè)端子P3、N3的電壓升高到強(qiáng)制升壓電壓。結(jié)果，使大電流通過(guò)放電電阻器51流動(dòng)，并且放電電阻器51被設(shè)計(jì)成由于電流通過(guò)那里流動(dòng)而被熔斷或者熔化。將在以后描述設(shè)計(jì)這種類(lèi)型的放電電阻器51的方法。
[0051]此外，車(chē)輛10包括電壓計(jì)21和電壓計(jì)22。電壓計(jì)21測(cè)量低電壓側(cè)電壓VL，并且將其發(fā)送到集成控制裝置100。電壓計(jì)22測(cè)量高電壓側(cè)電壓VH，并且將其發(fā)送到集成控制裝置100。
[0052]集成控制裝置100基于車(chē)輛10要求的扭矩，確定高電壓側(cè)電壓VH的目標(biāo)值，并且控制升壓轉(zhuǎn)換器30，使得由電壓計(jì)22檢測(cè)的實(shí)際高電壓側(cè)電壓VH與目標(biāo)值一致。在車(chē)輛10行駛(正常行駛)期間，高電壓側(cè)電壓VH的目標(biāo)值如將在以后描述地被保持為低于強(qiáng)制升壓電壓(例如，600V)的電壓(例如，200 - 400V)。然而，在正常行駛期間高電壓側(cè)電壓VH的目標(biāo)值可以即刻地被設(shè)定為等于強(qiáng)制升壓電壓的電壓。
[0053](操作)接著，將分別地關(guān)于車(chē)輛10碰撞的情形和短路故障的情形描述如上所述構(gòu)造的第一電源單元11的操作。
[0054]<碰撞的情形 > 如上所述，當(dāng)車(chē)輛10進(jìn)行碰撞時(shí)，將碰撞檢測(cè)信號(hào)從碰撞檢測(cè)部110傳輸?shù)郊煽刂蒲b置100。響應(yīng)于該信號(hào)，集成控制裝置100向快速放電控制電路120發(fā)送“放電命令信號(hào)”。已經(jīng)接收這個(gè)信號(hào)的快速放電控制電路120執(zhí)行控制，從而使得快速放電電路50的第一開(kāi)關(guān)裝置52進(jìn)入接通狀態(tài)中。相應(yīng)地，電流通過(guò)快速放電電路50的放電電阻器51流動(dòng)，并且存儲(chǔ)在平滑電容器40中的電荷被放電。
[0055]同時(shí)，集成控制裝置100向繼電器SMRl - SMR3發(fā)送“開(kāi)路命令信號(hào)”，從而即刻地停止電源單元11的高電壓系統(tǒng)的操作。結(jié)果，繼電器SMRl - SMR3即刻地開(kāi)路，并且經(jīng)由升壓轉(zhuǎn)換器30的電力供應(yīng)停止。相應(yīng)地，在車(chē)輛10碰撞的情形中，存儲(chǔ)在平滑電容器40中的電荷被快速地放電。
[0056]<短路故障的情形 > 如上所述，當(dāng)發(fā)生短路故障(異常狀況、異常放電狀況)時(shí)，集成控制裝置100基于來(lái)自異常檢測(cè)部130的信號(hào)向升壓轉(zhuǎn)換器30發(fā)送“電阻器熔斷高電壓產(chǎn)生命令信號(hào)”。將參考圖2的流程圖更加詳細(xì)地描述這點(diǎn)。
[0057]集成控制裝置100的CPU被配置為每次經(jīng)過(guò)給定長(zhǎng)度的時(shí)間則執(zhí)行如在圖2的流程圖中所示意的例程。因此，在適當(dāng)?shù)臅r(shí)間，CPU從步驟S200開(kāi)始該例程，并且前進(jìn)到步驟S210以確定CPU是否向快速放電電路50的第一開(kāi)關(guān)裝置52發(fā)送“關(guān)斷”命令。換言之，CPU在這個(gè)時(shí)點(diǎn)確定是否“無(wú)任何放電命令信號(hào)產(chǎn)生”。
[0058]如果如上所述，車(chē)輛10處于碰撞中，則CPU向快速放電控制電路120發(fā)送用于將第一開(kāi)關(guān)裝置52置于接通狀態(tài)中的命令信號(hào)。即，CPU產(chǎn)生放電命令信號(hào)。在此情形中，CPU在步驟S210中做出否定(“NO”)決定，并且直接地前進(jìn)到步驟S295以立即結(jié)束該例程。[0059]如果車(chē)輛10不處于碰撞中，而是處于正常行駛狀況中，則CPU向快速放電控制電路120發(fā)送用于將第一開(kāi)關(guān)裝置52控制為關(guān)斷狀態(tài)的信號(hào)。在此情形中，CPU在步驟S210中做出肯定決定(“YES”)，并且前進(jìn)到步驟S220以確定從異常檢測(cè)部130傳輸?shù)谋容^結(jié)果是否指示“發(fā)生短路故障(異常狀況)”。
[0060]“短路故障(異常狀況)”可以由于某些原因發(fā)生。例如，可以考慮如下兩個(gè)原因。[0061 ] (I)由于第一開(kāi)關(guān)裝置52的絕緣擊穿，第一開(kāi)關(guān)裝置52的內(nèi)部總是處于短路狀況中。
[0062](2)快速放電控制電路120失效，并且即使從集成控制裝置100 (CPU)向快速放電控制電路120發(fā)送“用于將第一開(kāi)關(guān)裝置52設(shè)定為關(guān)斷狀態(tài)的命令”，也從快速放電控制電路120向第一開(kāi)關(guān)裝置52發(fā)送用于將第一開(kāi)關(guān)裝置52設(shè)定為接通狀態(tài)的信號(hào)。
[0063]假設(shè)發(fā)生短路故障。在此情形中，跨放電電流傳感器(分路電阻器)53的相對(duì)端的電壓變得大于用于確定短路故障的閾值。相應(yīng)地，異常檢測(cè)部130向集成控制裝置100發(fā)送指示這個(gè)事實(shí)(短路故障發(fā)生)的信號(hào)。結(jié)果，CPU在步驟S220中做出肯定決定(“YES”)，并且前進(jìn)到步驟S230，以向升壓轉(zhuǎn)換器30發(fā)送上述“電阻器熔斷高電壓產(chǎn)生命令信號(hào)”。
[0064]S卩，當(dāng)CPU前進(jìn)到步驟S230時(shí)，它與負(fù)載單元12的負(fù)載狀況無(wú)關(guān)地，將在升壓轉(zhuǎn)換器30的輸出端子之間的電壓VH (在該一對(duì)高電壓側(cè)端子P3、N3之間的電壓)的目標(biāo)值VHtgt設(shè)定為“強(qiáng)制升壓電壓(例如，600V)”。此外，CPU控制升壓轉(zhuǎn)換器30，使得在升壓轉(zhuǎn)換器30的輸出端子之間的電壓VH與目標(biāo)值VHtgt—致。結(jié)果，在該一對(duì)高電壓側(cè)端子P3、N3之間的電壓被強(qiáng)制地升高到強(qiáng)制升壓電壓。CPU的這個(gè)操作還將稱(chēng)為“強(qiáng)制升壓操作”。
[0065]此時(shí)，因?yàn)榈谝婚_(kāi)關(guān)裝置52保持處于“接通”狀態(tài)中，所以電流I (=VHtgt/RD)基本通過(guò)放電電阻器51流動(dòng)，其中RD是放電電阻器51的電阻值。應(yīng)該指出，第一開(kāi)關(guān)裝置52當(dāng)處于“接通”狀態(tài)中時(shí)的電阻和放電電流傳感器53的電阻足夠地小于值RD，并且因此能夠被忽略。
[0066]同時(shí)，放電電阻器51的額定值被設(shè)計(jì)為，使得如果“強(qiáng)制升壓操作”持續(xù)給定的時(shí)間段，則放電電阻器51必然熔斷。結(jié)果，放電電阻器51熔斷，并且快速放電電路50的放電電流路徑被切斷或者斷開(kāi)，從而維持在該一對(duì)高電壓側(cè)端子P3、N3之間的電壓。相應(yīng)地，能夠保持將電力供應(yīng)到負(fù)載單元12 (第一電動(dòng)機(jī)81、第二電動(dòng)機(jī)82等)，由此保持車(chē)輛10行駛。然后，CPU前進(jìn)到步驟S295以立即結(jié)束這個(gè)例程。
[0067]在執(zhí)行強(qiáng)制升壓操作之后，CPU繼續(xù)監(jiān)視來(lái)自異常檢測(cè)部130的確定結(jié)果。當(dāng)確定結(jié)果是“指示放電電阻器51熔斷的結(jié)果”時(shí)(即，當(dāng)在放電電流傳感器(分路電阻器)53的相對(duì)的端子之間的電壓變得小于用于確定短路故障的閾值時(shí))，CPU可以將在升壓轉(zhuǎn)換器30的輸出端子之間的電壓VH的目標(biāo)值VHtgt設(shè)定為“小于強(qiáng)制升壓電壓的給定值”。
[0068]如以上解釋地，第一電源單元11包括:高電壓源HVS，其在正電極(端子P3)和負(fù)電極(端子N3)之間產(chǎn)生高電壓，從而向連接到正電極和負(fù)電極的負(fù)載單元12供應(yīng)電力；平滑電容器40，其連接在正電極和負(fù)電極之間；放電部DCHG (快速放電電路50)，其連接在正電極和負(fù)電極之間，并且包括相互串聯(lián)連接的電阻器(電阻性元件)51和第一開(kāi)關(guān)裝置52 ；和放電控制部(放電控制電路)120，其將第一開(kāi)關(guān)裝置52控制為“接通”狀態(tài)和“關(guān)斷”狀態(tài)中的任何一個(gè)。在第一電源單元11中，當(dāng)?shù)谝婚_(kāi)關(guān)裝置52處于“接通”狀態(tài)中時(shí)，利用放電部DCHG (快速放電電路50)對(duì)存儲(chǔ)在平滑電容器40中的電荷放電。第一電源單元11進(jìn)一步包括強(qiáng)制切斷部(集成控制裝置100、圖2的步驟S210 -步驟S230)，當(dāng)在放電控制電路120控制第一開(kāi)關(guān)裝置52從而保持第一開(kāi)關(guān)裝置52處于“關(guān)斷”狀態(tài)中的同時(shí)，檢測(cè)到電流(等于或者大于與用于確定短路故障(異常狀況)的閾值對(duì)應(yīng)的值的電流)通過(guò)電阻器(放電電阻器)51流動(dòng)的異常狀況時(shí)，該強(qiáng)制切斷部控制高電壓源HVS，使得它繼續(xù)產(chǎn)生給定的高電壓(強(qiáng)制升壓電壓)，從而熔斷電阻器51。
[0069]相應(yīng)地，當(dāng)車(chē)輛10的快速放電電路50發(fā)生短路故障時(shí)，使得超過(guò)放電電阻器51的額定電流的電流通過(guò)快速放電電路50中的放電電阻器51流動(dòng)，從而熔斷放電電阻器51。即，放電電流路徑被強(qiáng)制地切斷，并且放電停止。換言之，放電電阻器51自身具有將快速放電電路50從短路狀況(異常狀況)轉(zhuǎn)變到強(qiáng)制切斷狀況的功能。相應(yīng)地，當(dāng)檢測(cè)到異常狀況時(shí)，電源單元11能夠強(qiáng)制地切斷放電電流路徑，而不要求將新的(一個(gè)或者多個(gè))構(gòu)件添加到快速放電電路50。因此，即使在短路故障的情形中，電力也能夠被供應(yīng)到負(fù)載單元12，從而使得車(chē)輛10能夠行駛。
[0070]將在下面描述一種設(shè)計(jì)在如上所述強(qiáng)制升壓操作中必然能夠熔斷的放電電阻器51的電阻值RD和額定值的方法。
[0071]首先，將考慮快速放電電路50在車(chē)輛10碰撞時(shí)的正常操作。如果車(chē)輛10進(jìn)行碰撞，并且碰撞檢測(cè)部110正常地操作，則集成控制裝置100產(chǎn)生用于將繼電器SMRl - SMR3置于“關(guān)斷”狀態(tài)中的命令。然后，繼電器SMRl-SMR3被置于“關(guān)斷”狀態(tài)中，并且停止向升壓轉(zhuǎn)換器30供應(yīng)輸入電壓。此外，集成控制裝置100產(chǎn)生用于將快速放電電路50的第一開(kāi)關(guān)裝置52置于“接通”狀態(tài)中的命令。此時(shí)，存儲(chǔ)在平滑電容器40中電荷放電。以下是基于此設(shè)計(jì)放電電阻器51的額 定值的條件。
[0072]設(shè)計(jì)條件(正常時(shí)間)
[0073]升壓轉(zhuǎn)換器30的最大輸出值:VH=600V
[0074]在放電時(shí)的初始電壓值:VH=600V (I)
[0075]放電的目標(biāo)電壓值:在5秒之后，VH=60V (2)
[0076]在以上指示的條件(1)、(2)下，在放電期間的電壓V由以下等式表達(dá)，其中t (秒)指示時(shí)間(見(jiàn)圖3)。
[0077]V=600exp (-0.461t)
[0078]相應(yīng)地，如下地確定時(shí)間常數(shù)τ。
[0079]τ =1/0.461=2.17 (秒)
[0080]如下地確定示出以上放電特性的放電電阻器51的電阻值RD，其中CS表示平滑電容器40的電容值CS。
[0081]RD= τ /CS
[0082]然后，在以上指示的條件下，獲得了在放電期間的焦耳積分值I2t (在放電期間的電流被視為與在端子之間的電壓VH成比例)。用于焦耳積分值I2t的一般公式由以下等式表達(dá)，其中i (t)指示電流。
[0083]I2t= / i2(t)dt
[0084]在形成指數(shù)變遷的充電/放電波形的情形中，焦耳積分值IH1由以下等式(3)表達(dá)。
[0085]^t1= (1/2).(VH/RD)2.τ (3)[0086]在鑒于溫度降額等，基于以上等式(3)的值選擇實(shí)際放電電阻器51的I2t值時(shí)，通常根據(jù)構(gòu)件成本和構(gòu)件尺寸選擇最小額定值中的一個(gè)。
[0087]然后，假設(shè)升壓轉(zhuǎn)換器30的輸出電壓VH被強(qiáng)制地固定為600V。在此情形中的放電波形可以被考慮為矩形波形。在矩形波形的情形中，焦耳積分值由以下等式(4)表達(dá)，其中t (秒)示意時(shí)間。
[0088]I2t2= (VH/RD)2.t (4)
[0089]如下地表達(dá)當(dāng)以上等式(4)的焦耳積分值與以上等式(3)的積分值一致時(shí)的時(shí)間
to
[0090]t= τ /2
[0091]相應(yīng)地，在電壓是600V的恒定值時(shí)，當(dāng)時(shí)間(t)開(kāi)始比τ/2長(zhǎng)時(shí)，電阻器熔斷。然而，應(yīng)該理解，為了簡(jiǎn)潔起見(jiàn)，不考慮上述降額。
[0092]如果在快速放電電路50中使用如上所述地設(shè)計(jì)的放電電阻器51，則在將VH固定為600V的強(qiáng)制升壓操作開(kāi)始之后經(jīng)過(guò)大約(τ /2)秒時(shí)，放電電阻器51的焦耳積分值超過(guò)額定值，并且放電電阻器51熔斷。
[0093]<第二實(shí)施例>
[0094](配置)接著，將描述根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的電源單元IlA(也將稱(chēng)為“第二電源單元”)。如在圖4中所示，類(lèi)似第一電源單元11，第二電源單元IlA應(yīng)用于混合動(dòng)力車(chē)輛
10。在以下說(shuō)明中，與在第一實(shí)施例的說(shuō)明中使用的相同的附圖標(biāo)記被分配給與第一實(shí)施例的那些相同或者相應(yīng)的構(gòu)成元件或者步驟。
[0095]第二電源單元IlA不同于第一電源單元11之處僅僅在于第二開(kāi)關(guān)裝置54被設(shè)置在放電部DCHG中，并且在短路故障的情形中，替代在短路故障期間執(zhí)行強(qiáng)制升壓操作，第二開(kāi)關(guān)裝置54被從“接通”狀態(tài)切換到“關(guān)斷”狀態(tài)。以下，將主要地描述這些差別。
[0096]第二開(kāi)關(guān)裝置54與放電電阻器51和第一開(kāi)關(guān)裝置52串聯(lián)連接。類(lèi)似于第一開(kāi)關(guān)裝置52，第二開(kāi)關(guān)裝置54是功率M0SFET。第二開(kāi)關(guān)裝置54適于基于來(lái)自集成控制裝置100的“切斷命令信號(hào)”從“接通”狀態(tài)改變到“關(guān)斷”狀態(tài)。
[0097]當(dāng)集成控制裝置100從碰撞檢測(cè)部110接收碰撞檢測(cè)信號(hào)時(shí)，它向快速放電控制電路120發(fā)送“放電命令信號(hào)”。此外，在車(chē)輛10行駛時(shí)，集成控制裝置100將第二開(kāi)關(guān)裝置54控制為“接通”狀態(tài)。然而，當(dāng)發(fā)生上述短路故障時(shí)，集成控制裝置100被配置為基于來(lái)自異常檢測(cè)部130的信號(hào)，向第二開(kāi)關(guān)裝置54發(fā)送“切斷命令信號(hào)”。
[0098](操作)接著，將描述如上所述構(gòu)造的第二電源單元IlA的操作。在車(chē)輛10碰撞時(shí)，第二電源單元IlA以與如上所述的第一電源單元11相同的方式操作。以下，將描述發(fā)生短路故障的情形。
[0099]<短路故障的情形 > 如上所述，當(dāng)發(fā)生如上所述的短路故障時(shí)，基于來(lái)自異常檢測(cè)部130的信號(hào)，集成控制裝置100向第二開(kāi)關(guān)裝置54發(fā)送“切斷命令信號(hào)”。將參考圖5的流程圖更加詳細(xì)地描述這點(diǎn)。
[0100]每次經(jīng)過(guò)給定長(zhǎng)度的時(shí)間時(shí)，集成控制裝置100的CPU都執(zhí)行在圖5的流程圖中示意的例程。因此，在適當(dāng)?shù)臅r(shí)間，CPU從圖5的步驟S500開(kāi)始該例程，并且前進(jìn)到步驟S210以確定CPU是否向快速放電電路50的第一開(kāi)關(guān)裝置52發(fā)送“關(guān)斷”命令。換言之，CPU在這個(gè)時(shí)點(diǎn)確定是否“無(wú)任何放電命令信號(hào)產(chǎn)生”。[0101]如果如上所述，車(chē)輛10處于碰撞中，則CPU向快速放電控制電路120發(fā)送用于將第一開(kāi)關(guān)裝置52置于接通狀態(tài)中的命令信號(hào)。即，CPU產(chǎn)生放電命令信號(hào)。在此情形中，CPU在步驟S210中做出否定(“NO”)決定，并且直接地前進(jìn)到步驟S595以立即結(jié)束該例程。
[0102]如果車(chē)輛10不處于碰撞中而是處于正常行駛狀況中，則CPU向快速放電控制電路120發(fā)送用于將第一開(kāi)關(guān)裝置52控制為關(guān)斷狀態(tài)的信號(hào)。在此情形中，如上所述，CPU在步驟S210中做出肯定決定(“YES”)，并且前進(jìn)到步驟S220以確定從異常檢測(cè)部130傳輸?shù)谋容^結(jié)果是否指示“發(fā)生短路故障(異常狀況)”。
[0103]假設(shè)發(fā)生短路故障。在此情形中，異常檢測(cè)部130向集成控制裝置100發(fā)送指示這個(gè)事實(shí)(發(fā)生短路故障)的信號(hào)。結(jié)果，CPU在步驟S220中做出肯定決定(“YES”)，并且前進(jìn)到步驟S510。
[0104]如果CPU前進(jìn)到步驟S510，則它向第二開(kāi)關(guān)裝置54發(fā)送上述“切斷命令信號(hào)”。結(jié)果，第二開(kāi)關(guān)裝置54從“接通”狀態(tài)切換到“關(guān)斷”狀態(tài)。S卩，快速放電電路50的放電電流路徑被切斷，從而維持在該一對(duì)高電壓側(cè)端子P3、N3之間的電壓。相應(yīng)地，能夠保持將電力供應(yīng)到負(fù)載單元12 (第一電動(dòng)機(jī)81、第二電動(dòng)機(jī)82等)，從而保持車(chē)輛10行駛。此后，CPU前進(jìn)到步驟S595，以立即結(jié)束圖5的例程。
[0105]如以上解釋地，第二電源單元IlA包括:高電壓源HVS，其在正電極(端子P3)和負(fù)電極(端子N3)之間產(chǎn)生高電壓，從而向連接到正電極和負(fù)電極的負(fù)載單元12供應(yīng)電力；平滑電容器40，其連接在正電極和負(fù)電極之間；放電部DCHG (快速放電電路50)，其連接在正電極和負(fù)電極之間，并且包括相互串聯(lián)連接的電阻器(電阻性元件)51和第一開(kāi)關(guān)裝置52 ；和放電控制部(放電控制電路)120，其將第一開(kāi)關(guān)裝置52控制為“接通”狀態(tài)和“關(guān)斷”狀態(tài)中的任何一個(gè)。在電源單元IlA中，當(dāng)?shù)谝婚_(kāi)關(guān)裝置52處于中“接通”狀態(tài)時(shí)，利用快速放電電路50，對(duì)存儲(chǔ)在平滑電容器40中的電荷放電。此外，快速放電電路50包括與電阻器(放電電阻器)51和第一開(kāi)關(guān)裝置52串聯(lián)連接的第二開(kāi)關(guān)裝置54。電源單元IlA進(jìn)一步包括強(qiáng)制切斷部(集成控制裝置100、圖5的步驟S210 -步驟S510)，當(dāng)在放電控制電路120控制第一開(kāi)關(guān)裝置52從而保持第一開(kāi)關(guān)裝置52處于“關(guān)斷”狀態(tài)中的同時(shí)，檢測(cè)到電流(等于或者大于與用于確定短路故障(異常狀況)的閾值對(duì)應(yīng)的值的電流)通過(guò)電阻器51流動(dòng)的異常狀況(第一開(kāi)關(guān)裝置52被置于“接通”狀態(tài)中的異常狀況)時(shí)，該強(qiáng)制切斷部將第二開(kāi)關(guān)裝置54從“接通”狀態(tài)切換到“關(guān)斷”狀態(tài)。
[0106]相應(yīng)地，當(dāng)車(chē)輛10的快速放電電路50發(fā)生短路故障時(shí)，快速放電電路50中的第二開(kāi)關(guān)裝置54從“接通”狀態(tài)切換到“關(guān)斷”狀態(tài)，設(shè)定放電電流路徑被強(qiáng)制地切斷，并且放電停止。相應(yīng)地，第二電源單元IlA能夠即刻地(在第二開(kāi)關(guān)裝置54的響應(yīng)時(shí)間內(nèi))切斷放電電流路徑，從而實(shí)現(xiàn)預(yù)期目標(biāo)。
[0107]本發(fā)明不限于上述實(shí)施例，而是可以在本發(fā)明的范圍內(nèi)采用各種修改實(shí)例。例如，車(chē)輛10可以是電動(dòng)車(chē)輛。而且，升壓轉(zhuǎn)換器30可以是具有除了如以上所示意的之外的類(lèi)型的電壓轉(zhuǎn)換裝置。另外，碰撞檢測(cè)部110可以是已知的ECU和用于氣囊系統(tǒng)的控制的傳感器。而且，快速放電控制電路120可以直接地從碰撞檢測(cè)部110接收碰撞檢測(cè)信號(hào)，并且將第一開(kāi)關(guān)裝置52從“關(guān)斷”狀態(tài)切換到“接通”狀態(tài)。
【權(quán)利要求】
1.一種電源單元，所述電源單元包括:高電壓源，所述高電壓源向正電極和負(fù)電極產(chǎn)生高電壓，從而向連接到所述正電極和所述負(fù)電極的負(fù)載單元(12)供應(yīng)電力；平滑電容器(40)，所述平滑電容器連接在所述正電極和所述負(fù)電極之間；放電部(50)，所述放電部包括相互串聯(lián)連接的電阻器(51)和第一開(kāi)關(guān)裝置(52)，并且所述放電部連接到所述正電極和所述負(fù)電極；和放電控制部(120)，所述放電控制部將所述第一開(kāi)關(guān)裝置(52)控制為接通狀態(tài)和關(guān)斷狀態(tài)中的一個(gè)；所述電源單元適于當(dāng)所述第一開(kāi)關(guān)裝置(52)處于所述接通狀態(tài)中時(shí)使所述放電部將所述平滑電容器(40)的電荷放電，其特征在于包括: 強(qiáng)制切斷部(100)，所述強(qiáng)制切斷部當(dāng)異常狀況被檢測(cè)到時(shí)，強(qiáng)制地切斷由所述放電部形成的放電電流路徑，在所述異常狀況中，在所述放電控制部(120)控制所述第一開(kāi)關(guān)裝置(52)從而保持所述第一開(kāi)關(guān)裝置(52)處于所述關(guān)斷狀態(tài)中的情形中，電流通過(guò)所述電阻器流動(dòng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電源單元，其中 所述強(qiáng)制切斷部(100)被配置為，當(dāng)所述異常狀況被檢測(cè)到時(shí)，控制所述高電壓源，使得所述高電壓源保持產(chǎn)生用于熔斷所述放電部的所述電阻器的給定的高電壓。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電源單元，其中 所述放電部(50)包括與所述電阻器和所述第一開(kāi)關(guān)裝置(52)串聯(lián)連接的第二開(kāi)關(guān)裝置(54)，并且所述強(qiáng)制切斷部(100)被配置為，當(dāng)所述異常狀況被檢測(cè)到時(shí)，將所述第二開(kāi)關(guān)裝置(54)從接通狀態(tài)切換到關(guān)斷狀態(tài)。
【文檔編號(hào)】H02J7/00GK104009665SQ201410047184
【公開(kāi)日】2014年8月27日 申請(qǐng)日期:2014年2月10日 優(yōu)先權(quán)日:2013年2月25日
【發(fā)明者】野村敦 申請(qǐng)人:豐田自動(dòng)車(chē)株式會(huì)社