CN101814720A - 电动车辆逆变器设备及其保护方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及电动车辆逆变器设备及其保护方法。在电动车辆逆变器设备(100)中，当通过电动车辆之间的碰撞使碰撞检测器(16)进行操作时车辆控制控制器(15)检测从碰撞检测器(16)输出的开关断开信号。然后，高压电池单元(8)的逆变器主电路连接开关(10)进入断开状态。因此，从高压电池(12)到直流总线部件的直流电源被中断。另外，通过强制放电电路部件(22b)放电被充电在主电路电容器(7)中的电荷。

Description

电动车辆逆变器设备及其保护方法
相关申请的交叉引用
本申请基于并且根据35U.S.Cζ119要求2009年2月20日提交的日本专利申请No.2009-038271的优先权。
技术领域
本发明涉及用于作为被安装在电动汽车、混合汽车等等中的电动车辆半导体功率转换设备的逆变器设备的保护电路和方法。
背景技术
电动车辆逆变器设备被连接至高压电池单元，该高压电池单元集成了高压中断功能和涌入电流抑制功能并且具有数百伏特(V)的电压。即使当高压电池单元被从逆变器设备断开时，高压保留在主电路电容器中。从增强安全的观点，用于防止维护期间和碰撞事故中的电击的出现的对策是重要的。作为对策之一，放电电阻或者放电电路迄今已经被安装在逆变器设备的高压部件中。
图11示出根据在专利文献1中公布的电动机驱动设备的传统示例1的放电电路。
<专利文献1中公布的放电电路的操作>
<在电机的启动时>
如图11中所示，当直流(DC)无刷电机M启动(即，电源电路处于导通状态)时，控制器62分别使电源继电器Ry1的接触进入断开状态(截止状态)，并且使充电继电器Ry2的接触进入闭合状态(导通状态)。另外，控制器62使常闭合型的继电器Ry3的接触进入断开状态(截止状态)。在此条件下，通过常闭合型的继电器Ry3的接触来中断在放电电阻器R1中流动的电流。因此，通过充电电阻器R2将电荷存储在平滑电容器C中。即，平滑电容器C被充电。这时，充电电阻器R2被***在电源和平滑电容器C之间。因此，防止涌入电流流入平滑电容器C中。
《在电机的操作期间》
控制器62使电源继电器Ry1的接触进入闭合状态(导通状态)并且使充电继电器Ry2的接触进入断开状态(截止状态)。因此，在稳定的操作状态中以预定的旋转速度通过电源电路的逆变器61操作DC无刷电机M。
《在电机的停止时》
另一方面，当DC无刷电机M停止(即，电源电路处于截止状态)时，控制器62使电源继电器Ry1的接触和充电继电器Ry2的接触进入断开状态(截止状态)。另外，控制器62使常闭合型继电器Ry3进入闭合状态(导通状态)。在此状态中，被存储在平滑电容器C中的电荷流过充电电阻器R1和常闭合型继电器Ry3。因此，平滑电容器C被放电。
图12示出根据在专利文献2中公布的用于DC-DC转换器等等的电源设备的传统示例2的放电电路。
<专利文献2中公布的放电电路的构造>
《放电电流控制部件DL》
如图12中所示，通过放电电阻器R1和切换元件Q1的串联电路组成放电电流控制部件DL。通过导通和截止切换元件Q1来执行接地点切换元件Q1和输出端子Out之间的电流路径的导通/截止控制。因此，能够执行流入放电电阻器R1的电流的导通/截止控制。
《电荷存储部件CS》
通过用作整流元件的二极管D11和用作电荷存储装置的电容器C11组成电荷存储部件CS。二极管D11的阳极被连接至输出端子Out，而二极管D11的阴极被连接至电容器C11的电极中的一个从而电容器C11的另一个电极被连接至接地点。作为电荷存储部件输出端子CST，二极管D11和电容器C11之间的连接点被连接至放电控制部件DC。通过此电路构造，与输出电压基本相同的电压能够被保持在是电容器C11的端子中的一个的电荷存储部件输出端子CST处。因此，此电压被提供给放电控制部件DC作为控制部件电源电压。
《放电控制部件DC》
通过被连接在电荷存储部件输出端子CST与接地点之间的晶体管Q12、电阻器R16和R17的串联电路、以及用于通过将偏置施加给晶体管Q12的输入端子(在此情况下基电极)来执行晶体管Q12的导通/截止控制的电阻器R18和R19组成放电控制部件DC。电阻器R18的端子中的一个被连接至电荷存储部件输出端子CST。电阻器R18和R19之间的连接点被连接至晶体管Q12的输入端子。电阻器R19被连接至输入电压检测部件ID。从输入电压检测部件ID输出的输入检测信号被作为输入信号施加给晶体管Q12的输入端子。
《输入电压检测部件ID》
图13是示出在图12中所示的输入电压检测部件ID的电路图。如图13中所示，电阻器R21和R22的串联电路、电阻器R23和齐纳二极管ZD21的串联电路、运算放大器AMP的电源端子、以及电阻器R25和晶体管Q21的串联电路被连接在输入端子In与接地点之间。另外，在另一端子处被连接至输入端子In的电阻器R24的端子中的一个和运算放大器AMP的输出端子被连接晶体管Q21的输入端子。电阻器R21和R22之间的连接点被连接至运算放大器AMP的负输入端子，而电阻器R23和齐纳二极管ZD21之间的连接点被连接至运算放大器AMP的正输入端子。
《输入电压检测部件ID的操作1：稳态下的逻辑H信号的输出》
在稳态下，输入端子In的电压是输入电压本身并且具有逻辑高电平。这时，齐纳二极管ZD21被导通。运算放大器AMP的正输入端子处的电压是齐纳二极管ZD21的齐纳电压。另一方面，通过使用电阻器R21和R22的分压获得的电压被施加给运算放大器AMP的负输入端子。此电压被设置为高于齐纳电压。当运算放大器AMP的负输入端子处的电势高于正输入端子处的电势时，运算放大器AMP的输出处于逻辑低电平。因此，晶体管Q21被截止。因为晶体管Q21被截止所以在电阻器R25中没有电流流动。输入电压检测部件ID将其电平是逻辑高电平的信号作为输入检测信号输出至放电控制部件DC。即，在稳态下，从输入电压检测部件ID输出其电平是逻辑高电平的信号。
《输入电压检测部件ID的操作2：在后沿时间的逻辑L信号的输出》
在后沿时间，在输入端子In处的电压被降低到等于或者低于齐纳二极管ZD21的齐纳电压的情况下，运算放大器AMP的正输入端子处的电势是输入端子In处的电压。另一方面，因为输入端子In处的电压通过电阻器R21和R22进行分压所以运算放大器AMP的负输入端子处的电势低于输入端子In处的电压。当运算放大器AMP的正输入端子处的电势高于负输入端子处的电势时，运算放大器AMP的输出具有逻辑高电平。因此，晶体管Q21被导通。因为晶体管Q21被导通，所以电流在电阻器R25中流动。输入电压检测部件ID将其电平是逻辑低电平的信号作为输入检测信号输出至放电控制部件DC。即，在后沿时间，从输入电压检测部件ID输出其电平是逻辑低电平的信号。
《专利文献2中公布的放电电路的操作》
在其中输出端子Out处的输出电压被保持在额定电压的稳态下，到输入端子In的输入电压基本上等于额定电压。因此，输入电压检测部件ID将其电平是逻辑高电平(或者截止信号(在下文中通过逻辑电平来表示))的信号作为输入检测信号输出至是放电控制部件DC的输入端子的电阻器R19的端子。因为通过将逻辑高电平信号输入至放电控制部件DC截止晶体管Q12，所以放电控制部件DC的输出是逻辑低电平信号(具有等于接地电势的电平的信号，或者无信号)。因此，切换元件Q1的输入端子处于接地电平。因此，切换元件Q1被截止。没有放电电流在放电电阻器R1中流动。即，在稳态下，放电电流控制部件DL没有馈送任何放电电流。
即，图12和图13中的根据传统的示例2的放电电路通过使用被连接至输入端子的输入电压检测部件ID检测输入电压，并且通过将根据输入电压的输入检测信号输出至放电控制部件DC，基于控制部件电源电压和输入检测信号执行经由放电电阻器R1的放电控制和放电电流控制部件DL的切换元件Q1的导通/截止控制。
接下来参考图14，示出根据传统示例3的放电电路。
《根据传统示例3的放电电路》
如图14中所示，放电电路被构造为当放电命令信号FD1被输入至绝缘电路的光耦合器36时，栅极驱动PNP晶体管42被导通，栅极驱动电压Vc1经由电阻器43和41被施加给功率金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)40的栅极，因此，功率MOSFET 40被导通，并且经由放电电阻器39执行放电操作。栅极电源电路部件30具有电阻器31，该电阻器31被连接至高压电容器的正端子P；齐纳二极管33，该齐纳二极管33生成栅极驱动电压Vc1并且被连接至高压电容器的负端子N；以及电解电容器34，该电解电容器34存储与齐纳二极管33上生成的电压相对应的电荷并且提供栅极驱动电源电压。
《根据传统示例4的放电电路》
图15示出在用于放电电路的过热保护电路被添加至图14中所示的放电电路的情况下的根据传统示例4的放电电路。
如图15中所示，放电电路15其特征在于强制放电电路部件22a被提供有用于保护放电电阻器39避免过热的过热保护部件28，从而过热保护部件28被布置在功率MOSFET 40的栅极电阻器41和栅极驱动PNP晶体管42的集电极的连接点与高压电容器的负端子N之间。通过检测电阻器51上生成的电压来检测放电电流。当通过将电压施加给NPN晶体管47的基极导通NPN晶体管47时，PNP晶体管46的基极被连接至栅极电源电路部件30的0V的电压。这时，PNP晶体管46的发射极-集电极结导电以将基极驱动电压施加给NPN晶体管47的基极。因此，NPN晶体管47保持导通状态。另外，功率MOSFET 40的栅极电压下降到0V。因此，功率MOSFET 40被导通，并且放电电流被中断。
以前述的方式继续截止栅极电压的操作。因此，通过在高压施加状态下执行放电操作来保护放电电阻器39避免过热。
[专利文献1]JP-A-6-276610(第4页，和图1)
[专利文献2]JP-A-2003-235241(第6页至第7页，以及图2和图4)
<传统的放电电路的缺点>
然而，前述的传统的电动车辆逆变器设备的高压放电电路被构造为经常地执行放电。因此，放电电阻器在尺寸上很大。由于所要求的空间和重量的增加导致车辆的逆变器设备的可安装性变差并且增加制造成本。
在通过放大电阻器的空气冷却执行冷却逆变器设备的方法的情况下，电动车辆低速运行时，冷却性能被降低。因此，在最坏的情况下，放电电阻器可能进入烧坏状态。因此，绝对有必要将逆变器设备安装在车辆的水冷却部件上。然而，传统的放电电路具有下述问题，即因此到车辆的逆变器设备的可安装性变得更差。
《根据专利文献1的放电电路的缺点>
在专利文献1中公布的根据图11中示出的传统示例1的构造的放电电路中，在电源继电器Ry1和充电继电器Ry2被断开之后常闭合型继电器Ry3被导通。因此，通过放电电阻器R1放电平滑电容器C的高压。这时，在充电继电器Ry2或者电源继电器Ry1的励磁操作晶体管中出现导通故障的情况下，保持电源继电器Ry1或者Ry2的励磁状态。因此，高压电源Vdc保持被连接至放电电阻器R1。因此，根据专利文献1的放电电路具有下述问题，即引起放电电阻器R1的过热毁坏。根据专利文献1的放电电路具有其它的问题，即在电源继电器Ry1或者充电继电器Ry2正常断开的情况下，即使当DC无刷电机M执行重新生成操作或者继续旋转时，电流也继续不断地在放电电阻器R1中流动，从而放电电阻器R1过热。
《根据专利文献2的放电电路的缺点》
在专利文献2中公布的根据图12和图13中所示的根据传统的示例2的构造的放电电路中，没有相互绝缘输入电压和输出电压。输入端侧和输出端侧共享0伏特线。因此，使用输入电压检测信息在输出侧执行放电控制。另一方面，在具有高压部件的逆变器设备中，通过使用低压电池的电源电路操作电路控制部件和检测控制部件，并且因此电路控制部件和检测控制部件不能够被构造为具有与高压部件相同的电势。因此，根据专利文献2的被提供有使用放电电路的高压部件的逆变器设备具有必须要求绝缘电路的问题。
《根据传统示例3的放电电路的缺点》
根据图14中所示的传统示例3的构造的放电电路具有下述问题。即，担心发生下述状态，其中由于例如低压电池的中断或者切跳(chattering)，没有根据放电命令信号FD1的信号状态完成放电操作。
另外，当在高压施加状态输入放电信号时，电流持续地在放电电阻器中流动，从而放电电阻器过热。
另外，在图14中的强制放电电路部件22的栅极电源电路部件30中，电阻器31的电阻值被设置为高值，因为栅极电源电压低。因此，当逆变器设备启动时，设备到达能够执行放电操作的栅极电源电压之前耗费很长时间。
《根据传统的示例4的放电电路的缺点》
在根据图15中所示的传统示例4的构造的放电电路中，为了防止图14中所示的放电电阻器39的过热的问题的发生，过热保护电路部件28被添加至图14中所示的电路。尽管当过热保护电路部件28被布置在此安装位置时栅极驱动电势能够被设置为0V并且放电操作能够被停止，但是可能发生下面的缺点。
即，因为栅极电源电路部件30的电源阻抗高，所以存储电解电容器34的电压立即下降到0V。在此期间，栅极驱动PNP晶体管42会被截止。因此，流过PNP晶体管46的发射极-集电极结的电流的量是0。NPN晶体管47的基极电流为0，从而NPN晶体管47被截止，并且锁存状态被取消。在主电路电容器7的端子电压Vpn保持在高压状态，并且在放电命令信号FD1被输入的情况下，当经由电阻器31通过二极管38将存储电解电容器34充电到接近于齐纳二极管33的齐纳电压的电平以生成栅极电源电压时，PNP晶体管42被再次导通。因此，功率MOSFET 40被导通。因此，放电操作被再次开始。放电电流经由放电电阻器38从其流动。然而，在高压施加状态被继续的同时，过热状态再次出现。放电操作和用于过热保护的停止放电的操作被间歇地重复。因此，担心的是，放电电阻器39会最终达到过热状态和烧坏状态。
发明内容
鉴于此问题完成本发明。本发明的目的是提供一种逆变器设备，其能够在维护时，尤其在电动车辆碰撞事故中能够防止电击等等的发生，并且其具有高的可靠性并且在尺寸和重量上小并且到车辆的可安装性良好并且经济效益良好，并且本发明的目的还在于提供一种保护方法。
为了解决问题，通过下述构造和方法实施本发明。
根据本发明的第一方面，提供了一种电动车辆逆变器设备，其包括：
逆变器部件，所述逆变器部件被构造为驱动被机械地连接至电动车辆的车辆驱动部件的交流(AC)电动机；
转换器部件，所述转换器部件被构造为将通过电动车辆的引擎驱动力生成电功率的AC发电机生成的电功率转换为预定的电压范围内的DC电压；
逆变器控制器，所述逆变器控制器被构造为控制所述逆变器部件和所述转换器部件；
主电路电容器，所述主电路电容器被连接在所述逆变器与所述转换器的DC总线的正极线和负极线(以下称之为DC总线)之间；以及
强制放电电路部件，所述强制放电电路部件被构造为响应于放电命令信号放电被充电在所述主电路电容器中的电荷，
从高压电池单元提供用于所述逆变器部件的直流电源，所述高压电池单元包括逆变器主电路连接开关、高压电池以及涌入电流抑制电路，所述涌入电流抑制电路被构造为当所述逆变器主电路连接开关被接通时抑制来自于高压电池的涌入电流并且被连接至DC总线，
从低压电池单元提供控制电源，所述低压电池单元包括低压电池和开关，所述开关被构造为断开和闭合所述低压电池，
电动车辆逆变器设备接收来自于车辆控制控制器的控制信号以及来自于碰撞检测器的控制信号并且根据上述信号对电动车辆逆变器设备进行控制，所述车辆控制控制器被构造为监督地控制电动车辆，并且所述碰撞检测器被连接在所述车辆控制控制器和所述低压电池之间并且包括开关，所述开关被构造为当检测到由于电动车辆的碰撞导致的冲击时进入断开状态，其中
所述车辆控制控制器检测表示当通过电动车辆的碰撞操作碰撞检测器时碰撞检测器的开关被断开的断开信号；
所述车辆控制控制器使所述高压电池单元的所述逆变器主电路连接开关进入断开状态，中断对DC总线部件的高压电池的直流电源的供给并且将放电命令信号输出至所述强制放电电路部件；以及
所述强制放电电路部件放电被充电在所述主电路电容器中的电荷。
根据本发明的第二方面，提供了如第一方面中的电动车辆逆变器设备，其中
所述强制放电电路部件包括：
放电电路部件，所述放电电路部件包括被串联地连接在所述DC总线之间的放电电阻器、功率半导体元件、以及放电电流检测电阻器；
放电电阻器过热保护电路部件，所述放电电阻器过热保护电路部件被构造为通过接收由于流过所述放电电流检测电阻器的放电电流导致的压降生成的电压作为到其的输入而进行操作；
栅极电源电路部件，所述栅极电源电路部件被构造为从所述DC总线之间的直流电压生成用于所述功率半导体元件的驱动电源；
驱动电路部件，所述驱动电路部件被构造为将驱动信号给予所述功率半导体元件的控制端子；以及
放电信号锁存电路部件，所述放电信号锁存电路部件被构造为接收根据来自于所述碰撞检测器的检测信号的放电命令信号并且将驱动信号给予所述驱动电路部件；
当接收根据来自于所述碰撞检测器的检测信号的放电命令信号时，所述放电信号锁存电路部件保持到所述驱动电路部件的导通信号从而所述放电电路部件能够继续保持放电操作导通状态；并且
当所述主电路电容器的端子电压通过放电操作被降低到接近于0伏特的值时，并且当所述栅极电源电路部件的电源电压被降低到等于或者低于所述驱动电路部件的可操作电压的值时，所述放电操作导通状态被取消。
根据本发明的第三方面，提供了如第一方面的电动车辆逆变器设备，其中
所述强制放电电路部件包括：
DC-DC转换器，所述DC-DC转换器被构造为将从所述低压电池提供的电池电压转换为控制电路部件的操作电压；
存储部件，所述存储部件被构造为存储所述DC-DC转换器的输出电压；
放电操作命令输入部件，所述放电操作命令输入部件被构造为输入来自于所述碰撞检测器的检测信号和来自于所述车辆控制控制器的放电信号；
放电命令延迟部件，所述放电命令延迟部件被构造为防止被输入到所述放电操作命令输入部件的信号的切跳的发生；
放电信号绝缘部件，所述放电信号绝缘部件被构造为电气地绝缘来自于所述放电命令延迟部件的输出信号；并且
所述存储部件具有充分的存储容量使得在电动车辆的碰撞时能够稍微地延迟由于从所述低压电池单元提供的电压的中断导致的压降，并且能够保持在控制电路部件可操作的电源电压直到所述强制放电电路部件的放电操作被启动。
根据本发明的第四方面，提供如第二方面中的电动车辆逆变器设备，其中
所述栅极电源电路部件包括在DC总线之间经由二极管串联地连接的电阻器和齐纳二极管，以及相互串联地连接并且分别并行地连接至所述电阻器和所述齐纳二极管的电解电容器；并且
所述齐纳二极管的齐纳电压高于所述驱动电路部件的可操作电压，并且等于并且低于所述功率半导体元件的容许栅极电压。
根据本发明的第五方面，提供了如第二方面的电动车辆逆变器设备，其中
放电电路部件的功率半导体元件包括MOSFET或者IGBT。
根据本发明的第六方面，提供了如第二方面的电动车辆逆变器设备，其中
所述驱动电路部件包括：
第一栅极电阻器，所述第一栅极电阻器被连接至包括MOSFET或者IGBT的所述功率半导体元件的栅极；
第一PNP晶体管和第二栅极电阻器，所述第一PNP晶体管和第二栅极电阻器被串联地连接至所述第一栅极电阻器；以及
第三电阻器和齐纳二极管，所述第三电阻器和齐纳二极管被串联地连接至所述第一PNP晶体管的基极；
所述放电信号锁存电路部件被提供在所述齐纳二极管的阳极一侧；并且
所述放电信号锁存电路部件包括被连接在一起作为闸流管的NPN晶体管和PNP晶体管。
根据本发明的第七方面，提供了如第二方面的电动车辆逆变器设备，其中
所述放电电阻器过热保护电路部件经由电阻器将所述放电电路部件的放电电流检测电阻器的端子电压引入NPN晶体管的基极；
电容器和电阻器彼此并联地连接在所述NPN晶体管的基极-发射极结之间；
PNP晶体管的基极被连接至所述NPN晶体管的集电极；
所述PNP晶体管的集电极被连接至所述NPN晶体管的基极；并且
所述PNP晶体管的发射极被连接至所述驱动电路部件的第二栅极电阻器和所述第一PNP晶体管的发射极之间的连接点。
根据本发明的第八方面，提供了如第三方面的电动车辆逆变器设备，其中
所述强制放电电路部件被构造为放电命令锁存部件被提供在所述放电命令延迟部件和所述放电信号绝缘部件之间并且保持放电命令信号；并且
所述强制放电电路部件将放电状态监测信号输出至车辆控制控制器。
根据本发明的第九方面，提供如第六方面的电动车辆逆变器设备，其中
所述放电信号锁存电路部件被构造为单PNP晶体管的发射极被连接至所述驱动电路部件的齐纳二极管的阳极；
所述放电信号锁存电路部件不具有锁存放电命令信号的功能；并且
所述放电信号锁存电路部件被构造为接收预先锁存的放电命令信号并且使所述驱动电路部件进行操作。
根据本发明的第十方面，提供如第四方面的电动车辆逆变器设备，其中
所述栅极电源电路部件被构造为相互串联地连接的放电重启晶体管和放电重启电阻器被并联地连接至彼此并联地连接的所述齐纳二极管和电解电容器；并且
当就在完成放电操作时接收来自于所述车辆控制控制器的重启命令部件的放电重启信号时，所述栅极电源电路部件导通所述放电重启晶体管并且放电被充电在所述电解电容器中的电荷。
根据本发明的第十一方面，提供了如第二方面的电动车辆逆变器设备，其中
所述放电电路部件的功率半导体元件被替换为放电继电器；
通过所述驱动电路部件励磁所述放电继电器的励磁绕组；
所述放电继电器的接触中的一个被连接至所述放电电阻器；并且
所述放电继电器的另一个接触被连接至所述放电电流检测电阻器。
根据本发明的第十二方面，提供了用于电动车辆逆变器设备的保护方法，
所述电动车辆逆变器设备包括：
逆变器部件，所述逆变器部件被构造为驱动被机械地连接至电动车辆的车辆驱动部件的AC电动机；
转换器部件，所述转换器部件被构造为将通过电动车辆的引擎驱动力生成电功率的AC发电机生成的电功率转换为预定的电压范围内的直流电压；
逆变器控制器，所述逆变器控制器被构造为控制所述逆变器部件和所述转换器部件；
主电路电容器，所述主电路电容器被连接在所述逆变器与所述转换器的DC总线之间；以及
强制放电电路部件，所述强制放电电路部件被构造为响应于放电命令信号放电被充电在所述主电路电容器中的电荷，
从高压电池单元提供用于所述逆变器部件的直流电源，所述高压电池单元包括逆变器主电路连接开关、高压电池以及涌入电流抑制电路，所述涌入电流抑制电路被构造为当所述逆变器主电路连接开关被接通时抑制来自于高压电池的涌入电流并且被连接至DC总线，
从低压电池单元提供控制电源，所述低压电池单元包括低压电池和开关，所述开关被构造为断开并且闭合所述低压电池，
所述电动车辆逆变器设备接收来自于车辆控制控制器的控制信号以及来自于碰撞检测器的控制信号并且根据上述信号对电动车辆逆变器设备进行控制，所述车辆控制控制器被构造为监督地控制电动车辆，并且所述碰撞检测器被连接在所述车辆控制控制器和所述低压电池之间并且包括开关，所述开关被构造为当检测到由于电动车辆的碰撞导致的冲击时进入断开状态，
所述保护方法包括：
通过所述车辆控制控制器检测表示当通过电动车辆的碰撞操作碰撞检测器时碰撞检测器的开关被断开的断开信号；
通过所述车辆控制控制器使所述高压电池单元的所述逆变器主电路连接开关进入断开状态，
通过所述车辆控制控制器中断对DC总线部件的高压电池的直流电源的供给，
通过所述车辆控制控制器将放电命令信号输出至所述强制放电电路部件；以及
通过所述强制放电电路部件放电被充电在所述主电路电容器中的电荷。
根据本发明的第十三方面，提供了如第十二方面的用于电动车辆逆变器设备的保护方法，其中，
所述强制放电电路部件包括：
放电电路部件，所述放电电路部件包括被串联地连接在所述DC总线之间的放电电阻器、功率半导体元件、以及放电电流检测电阻器；
放电电阻器过热保护电路部件，所述放电电阻器过热保护电路部件被构造为通过接收由于流过所述放电电流检测电阻器的放电电流导致的压降生成的电压作为到其的输入而进行操作；
栅极电源电路部件，所述栅极电源电路部件被构造为从所述DC总线之间的直流电压生成用于所述功率半导体元件的驱动电源；
驱动电路部件，所述驱动电路部件被构造为将驱动信号给予所述功率半导体元件的控制端子；以及
放电信号锁存电路部件，所述放电信号锁存电路部件被构造为接收根据来自于所述碰撞检测器的检测信号的放电命令信号并且将驱动信号给予所述驱动电路部件；
当接收根据来自于所述碰撞检测器的检测信号的放电命令信号时，所述放电信号锁存电路部件保持到所述驱动电路部件的导通信号从而所述放电电路部件能够继续保持放电操作导通状态；并且
当所述主电路电容器的端子电压通过放电操作被降低到接近于0伏特的值时，并且当所述栅极电源电路部件的电源电压被降低到等于或者低于所述驱动电路部件的可操作电压的值时，所述放电操作导通状态被取消。
根据本发明的第十四方面，提供了如第十二方面的用于电动车辆逆变器设备的保护方法，其中
所述强制放电电路部件包括：
DC-DC转换器，所述DC-DC转换器被构造为将从所述低压电池提供的电池电压转换为控制电路部件的操作电压；
存储部件，所述存储部件被构造为存储所述DC-DC转换器的输出电压；
放电操作命令输入部件，所述放电操作命令输入部件被构造为输入来自于所述碰撞检测器的检测信号和来自于所述车辆控制控制器的放电信号；
放电命令延迟部件，所述放电命令延迟部件被构造为防止被输入到所述放电操作命令输入部件的信号的切跳的发生；
放电信号绝缘部件，所述放电信号绝缘部件被构造为电气地绝缘来自于所述放电命令延迟部件的输出信号；并且
所述存储部件具有充分的存储容量使得在电动车辆的碰撞时能够稍微地延迟由于从所述低压电池单元提供的电压的中断导致的压降，并且能够保持在控制电路部件可操作的电源电压直到所述强制放电电路部件的放电操作被启动。
根据本发明的第十五方面，提供如第十三方面中的用于电动车辆逆变器设备的保护方法，其中
所述栅极电源电路部件包括在DC总线之间经由二极管串联地连接的电阻器和齐纳二极管，以及相互串联地连接并且分别并行地连接至所述电阻器和所述齐纳二极管的电解电容器；并且
所述齐纳二极管的齐纳电压高于所述驱动电路部件的可操作电压，并且等于并且低于所述功率半导体元件的容许栅极电压。
根据本发明的第十六方面，提供如第十四方面中的用于电动车辆逆变器设备的保护方法，其中
所述强制放电电路部件被构造为放电命令锁存部件被提供在所述放电命令延迟部件和所述放电信号绝缘部件之间并且保持放电命令信号；并且
所述强制放电电路部件将放电状态监测信号输出至车辆控制控制器。
根据本发明的第十七方面，提供如第十五方面中的用于电动车辆逆变器设备的保护方法，其中
所述栅极电源电路部件被构造为相互串联地连接的放电重启晶体管和放电重启电阻器被并联地连接至彼此并联地连接的所述齐纳二极管和电解电容器；并且
当就在完成放电操作时接收来自于所述车辆控制控制器的重启命令部件的放电重启信号时，所述栅极电源电路部件导通所述放电重启晶体管并且放电被充电在所述电解电容器中的电荷。
<本发明的第一和第十二方面的优点>
根据本发明的第一和第十二方面，当电动车辆的碰撞事故等等发生时，根据从碰撞检测器输出的碰撞检测信号立即释放高压电池单元的逆变器主电路连接开关。同时，碰撞检测信号作为放电命令信号被输入至逆变器设备的强制放电电路部件。然后，通过放电电阻器放电被充电有电荷的主电路电容器上生成的高压。因此，本发明具有下述优点，能够防止发生由于损坏的电源线或者车辆主体与高压部件的接触导致的短路电流引起的高压电池的过热，并且能够提供改进了安全的电动车辆逆变器设备。
<本发明的第二和第十三方面的优点>
根据本发明的第二和第十三方面，通过放电信号锁存电路部件锁存在发生车辆的碰撞时生成的放电命令信号。因此，即使当从低压电池到逆变器设备的电源被中断使得放电命令信号无法使用时，根据从主电路电容器提供的高压生成强制放电电路部件的操作功率。因此，设备能够继续执行放电操作直到主电路电容器的端子电压被降低到低电压。
<本发明的第三和第十四方面的优点>
根据本发明的第三和第十四方面，能够防止发生放电命令信号的切跳。即使当低电压电池被中断时，能够在一段时间内防止电压下降。因此，能够启动强制放电电路部件的放电操作。
<本发明的第四和第十五方面的优点>
根据本发明的第四和第十五方面，在强制放电电路部件的栅极电源电路部件中提供了启动改进电解电容器。因此，能够在其中立刻存储栅极电源电压。因此，即使当与设备的启动同时输入放电命令信号时，能够进行放电操作。
<本发明的第五方面的优点>
根据本发明的第五方面，能够利用诸如MOSFET或者绝缘栅双极晶体管(IGBT)的多种类型的功率半导体元件。尤其地，当使用栅极驱动型功率半导体元件时，仅当栅极驱动型功率半导体元件被导通时消耗栅极电流。因此，能够最小化栅极驱动电源。能够增强设计的灵活性。
<本发明的第六方面的优点>
根据本发明的第六方面，通过放电信号锁存电路部件锁存放电命令信号。因此，即使当从低压电池到逆变器设备的电源被中断使得放电命令信号“失灵(down)”时，设备能够继续将栅极电压施加给放电电路部件的功率半导体元件。因此，设备能够维持放电操作直到栅极电源电路部件的输出电压被降低到等于或者小于预定电压的值。
<本发明的第七方面的优点>
根据本发明的第七方面，即使在放电电阻器达到过热条件同时逆变器设备保持其中高压被施加给其主电路电容器的状态的情况下，设备执行根据放电电流检测信号截止放电电路部件的功率MOSFET的栅极电压的操作。因此，设备停止放电操作。另外，即使当不存在放电电流检测信号时，通过保持放电操作停止状态同时继续将高压施加给主电路电容器能够防止放电电阻器过热。
<本发明的第八、第九以及第十六方面的优点>
根据本发明的第八、第九以及第十六方面，在高压端子侧强制放电电路部件中没有提供放电信号锁存电路部件，而放电信号锁存电路部件被提供在低压端子侧。另外，放电命令锁存信号作为放电状态信号被输出至车辆控制控制器。然后，监测放电操作。因此，在放电操作期间通过控制高压使得没有被施加给逆变器设备能够防止放电电阻器过热。
通过碰撞检测器的操作中断来自于低压电池的电源。因此，通过存储部件在一段时间内保持控制电源电压。然而，当控制电源电压被降低到接近于0V的值时，自动地取消放电命令锁存信号。因此，能够停止放电操作。
<本发明的第十和第十七方面的优点>
根据本发明的第十和第十七方面，将放电重启信号从车辆控制控制器的重启命令部件输出至强制放电电路部件的放电重启晶体管。因此，栅极电源电路部件的输出电压被降低到0V。因此，即使当在完成放电操作时将高压再次施加给强制放电电路部件时，能够在短时间内执行重启操作。
<本发明的第十一方面的优点>
根据本发明的第十一方面，继电器能够被用作放电电路部件的功率半导体元件的替代。当噪声等等损坏栅极部件时，在功率半导体元件中可能出现故障使得电路进入恒定导电状态。另一方面，继电器具有下述结构，其中，相互绝缘励磁绕组和接触点部件，从而继电器抵抗噪声的影响。因此，不用担心电路可能进入其中使用功率半导体元件的电路可能进入的故障模式。
附图说明
基于下面的附图将会详细地描述本发明的实施例，其中：
图1是示出根据本发明的实施例1的电动车辆逆变器设备和***设备的整体构造的图；
图2是示出根据本发明的实施例2的强制放电电路部件22b的详细情况的图；
图3A至图3C是示出根据本发明的实施例2的强制放电电路部件22b的放电操作的波形图；
图4是示出根据本发明的实施例2的到强制放电电路部件22b的栅极电源电路部件30a的启动电流路径的图；
图5A至图5D是示出在存在图4中所示的启动改进电解电容器32以及不存在启动改进电解电容器32的情况下的电源电路部件30a的输出电压的上升特性的波形图；
图6是示出保护根据本发明的实施例2的强制放电电路部件22b的放电电阻器39避免过热的操作的图；
图7A至图7E是示出图6中的放电电阻器过热保护电路部件28a的操作的波形图，其分别示出电路部件28a的组件处的信号的波形；
图8是示出根据本发明的实施例3的强制放电电路部件22c的详细情况的图；
图9是示出根据本发明的实施例4的强制放电电路部件22d的详细情况的图；
图10是示出根据本发明的实施例5的强制放电电路部件22e的详细情况的图；
图11是示出根据传统的示例1的电动机驱动设备中的放电电路的图；
图12是示出根据传统的示例2的电源电路中的放电电路的图；
图13是示出在图12中所示的输入电压检测电路ID的电路图；
图14是示出被提供有从高压生成栅极驱动电压的栅极电源电路部件30的根据传统示例3的放电电路的电路图；以及
图15是示出通过将放电电阻器过热保护电路部件28添加至图14中所示的放电电路而构造的根据传统示例4的放电电路的图。
具体实施方式
在下文中，参考图1至图10描述本发明的实施例。
尽管被安装在电动车辆中的实际逆变器设备集成各种功能和装置，但是通过在附图中仅示出与本发明有关的功能和装置来描述实施例。通过使用相同的附图标记指定相同的功能或者装置省略装置和功能的重复的描述。
[实施例1]
图1示出根据本发明的实施例1的电动车辆逆变器设备和***设备的整体构造的图。
<实施例1的电路构造>
参考图1，附图标记1指定诸如轮胎和车轮的车辆驱动部件。附图标记2表示电动车辆电源生成引擎部件。附图标记3指定被机械地连接至车辆驱动部件1的三相AC电动机。附图标记4表示用于通过引擎的驱动力生成电功率的三相AC发电机。附图标记100指定逆变器设备。附图标记8表示车载高压电池单元。附图标记15指定用于监督地控制整个车辆的车辆控制控制器。附图标记16表示碰撞检测器，当检测到由电动车辆之间的碰撞引起的冲击时该碰撞检测器进行操作从而断开内部开关。附图标记17指定低压电池单元。
《逆变器设备100的构造》
逆变器设备100包括逆变器部件5，该逆变器部件5用于驱动三相AC电动机3；转换器部件6，该转换器部件6用于将由三相AC发电机生成的电功率转换为预定的电压范围内的DC电压；主电路电容器7，该主电路电容器7被连接在逆变器部件5与转换器部件6的公共DC总线之间；电压检测器13，该电压检测器13用于检测主电路DC电压；逆变器控制器14，该逆变器控制器14用于控制逆变器部件5和逆变器部件6；以及强制放电电路部件22b，该强制放电电路部件22b用于根据由放电信号20或者21表示的命令放电存储在被充电到高压的主电路电容器7中的电荷。
逆变器部件5是已知的三相逆变器电路，该三相逆变器电路包括六个IGBT和分别反向(inversely)并联地连接至IGBT的续流二极管。
转换器部件6由下述电路构成，该电路包括六个IGBT和分别反向并联地连接至IGBT的续流二极管。
《车载高压电池单元8的构造》
附图标记8指定车载高压电池单元，该车载高压电池单元包括高压电池涌入电路9、逆变器主电路连接开关10、涌入电流抑制电阻器11、以及诸如锂电池的车载高压电池12。
《车辆控制控制器15的功能》
车辆控制控制器15控制逆变器设备的逆变器控制器14、强制放电电路部件22b、高压电池单元8、其它的***设备等等。从车辆控制控制器15输出的信号20表示与从碰撞检测器16输出的检测信号同步的放电信号(FD1)。信号21表示从车辆控制控制器15输出的放电信号(FD2)。
《低压电池单元17的构造》
低压电池单元17包括低压电池18和通过车辆控制控制器15执行其导通/截止控制的开关19。
接下来，在下文中参考图1描述实施例1的操作。
<碰撞时的问题1：可能生成高压电池12的短路电流>
在由于某些事故等等导致电动车辆相互碰撞的情况下，当由于例如车辆主体碰撞和接触的冲击导致逆变器设备100的高压部件连接电缆损坏，短路电流流过高压电池12。因此，担心高压电池12可能过热。
<碰撞时的问题2：可能生成主电路电容器7的短路电流>
担心在损坏的电缆和车辆主体之间的接触可能短路逆变器设备100的主电路电容器7的两个端子，并且由于高压导致的短路电流可能流过。
<用于解决问题1的操作>
当碰撞检测器16检测到由电动车辆的碰撞引起的冲击时，碰撞检测器16的内部开关被断开。碰撞检测器16被连接在低压电池单元17和车辆控制控制器15之间。因此，当碰撞检测器16的开关被断开时，来自于低压电池18的电压没有被供给车辆控制控制器15。响应于电压截止信号，高压电池单元8的逆变器主电路连接开关10被同时断开，从而高压电池单元8与逆变器设备100的主电路部件之间的连接被强制性地断开。通过执行此操作能够避免由于短路电流导致过热高压电池12的风险。
<用于解决问题2的操作1>
使用在断开状态下进行操作的放电信号(FD1)20，或者从车辆控制控制器15输出的放电信号(FD2)21，使强制放电电路部件22b执行放电操作。因此，逆变器设备100的主电路电容器7上生成的高压被强制地放电。因此，能够防止由于损坏的电缆到车辆主体的接触导致生成短路电流等等。
<用于解决问题2的操作2>
当电动车辆的车辆驱动键的状态被从导通装置变成截止状态时，低压电池单元17的开关19被断开。因此，从前述的碰撞检测器16断开低压电池18。因此，设备能够获得与在碰撞检测器16进行操作的前述情况下相类似的优点。因此，通过强制放电电路部件22b能够放电逆变器设备100的主电路电容器7上生成的高压。
[实施例2]
<实施例2的电路构造>
图2是示出根据本发明的实施例2的图1中示出的强制放电电路部件22b的详细情况的图。如图2中所示，根据实施例2的电路包括碰撞检测器16、车辆控制控制器15、强制放电电路部件22b、以及逆变器设备100的主电路电容器7。在“断开”状态下被连接至低压电池单元17的碰撞检测器16(参见图1)经由车辆控制控制器15将放电信号(FD1)20输出至强制放电电路部件22b作为碰撞检测信号。
另外，车辆控制控制器15将发射极接地晶体管52的集电极连接至放电信号(FD1)20。车辆控制控制器15响应于发射极接地晶体管52的导通操作将放电信号(FD2)21输出至强制放电电路部件22b。强制放电电路部件22b被连接至主电路电容器7的端子P和N并且包括功能块部件221和由功能块部件221控制的强制放电电路222。
首先，在下文中参考图2描述功能块部件221。
<功能块部件221的电路构造>
功能块部件221包括低压电池18、12V-5V电压转换DC-DC转换器37、+5V存储部件23、用于接收并且输入前述的放电信号(FD1)20和放电信号(FD2)21的放电操作命令输入部件24、放电命令延迟部件25、以及放电信号绝缘部件26。
接下来，在下文中描述强制放电电路222。
<强制放电电路222的电路构造>
强制放电电路222包括放电信号锁存电路部件27、放电电阻器过热保护电路部件28a、PNP晶体管驱动电路部件29、栅极电源电路部件30a、放电电路部件40H、以及用于驱动功率MOSFET 40的驱动电路部件40K。
1)放电信号锁存电路部件27包括连接在一起作为晶闸管的PNP晶体管46a和NPN晶体管47a。
2)放电电阻器过热保护电路部件28a包括放电电流检测电阻器51，该放电电流检测电阻器51用于检测放电电流；延迟电阻器50，该延迟电阻器50用于延迟检测到的电压；用于其的检测电压延迟电容器48；电阻器49，该电阻器49用于并联地连接至电容器48；以及组成锁存电路的PNP晶体管46和NPN晶体管47。
3)放电电路部件40H包括放电晶体管39和功率MOSFET 40。
4)用于驱动功率MOSFET 40的驱动电路40K包括栅极驱动晶体管41，该栅极驱动晶体管41用于驱动功率MOSFET 40的栅极；功率MOSFET栅极驱动PNP晶体管42；以及电阻器43，该电阻器43还用作功率MOSFET栅极驱动电阻器并且用于当放电电阻器过热保护电路部件28a被驱动时减少涌入电流。
5)PNP晶体管驱动电路部件29包括电阻器44，该电阻器44用于PNP晶体管42的基极；和齐纳二极管45，该齐纳二极管45用作用于PNP晶体管42的基极的基准电源。
6)栅极电源电路部件30a包括电阻器31，该电阻器31用于当提供电功率时限制电流；齐纳二极管33，该齐纳二极管33用于生成栅极电源电压；电解电容器34，该电解电容器34用作用于存储栅极电源电压的存储部件；以及启动改进电解电容器32，该启动改进电解电容器32能够在启动时快速地执行启动功率的供给。栅极电源电路部件30a从主电路电容器7上生成的高压生成电功率并且将电功率提供给用于功率MOSFET 40的栅极电路部件，并且提供给放电电阻器过热保护电路部件28a。可施加给齐纳二极管33的齐纳电压的电压等于或者高于齐纳二极管45的齐纳电压并且等于或者小于功率MOSFET 40的容许栅极电压。
接下来，在下文中参考图2描述强制放电电路部件22b的强制放电电路222和功能块部件221的放电操作。
<在碰撞时即使当截止电池单元时也能够在一段时间内进行放电电路的操作>
当碰撞检测器16检测到冲击时，低压电池单元17的开关19被断开。与此同时，强制放电电路部件22b的低压电池18被断开。因此，从低压电池18没有提供电功率。对于强制放电电路部件22b的放电操作命令输入部件24、放电命令延迟部件25、以及放电信号绝缘部件26来说必须进行用于电路操作的控制电源。当没有将用于控制的电源提供到其时，不能够执行放电操作。因此，通过在强制放电电路部件22b中提供+5V存储部件23能够执行放电电路的操作，其中该+5V存储部件23即使当来自低压电池单元17的用于控制的电源(从低压电池18提供的电源)被中断时能够在一段时间内保持用于控制的电源。
担心切跳信号和噪声可能被叠加在用作在碰撞检测器16操作时要使用的断开信号的放电信号(FD1)20上。然而，为了防止此故障的发生，在放电操作命令输入部件24接收信号之后在放电命令延迟部件25处执行滤波。因此，防止了故障。因为通过放电信号绝缘部件26绝缘高压电路部件和低压电路部件。因此，能够执行高压电路部件的放电信号锁存电路部件27的操作。
<放电电路的放电操作>
接下来，在下文中简要地描述放电操作。
当通过电动车辆的碰撞来操作碰撞检测器16时，放电信号(FD1)20被从其发送，从而放电信号锁存电路部件27被导通。因此，栅极驱动PNP晶体管42被导通。因此，功率MOSFET 40的栅极被驱动，从而功率MOSFET 40被导通。
经由放电电阻器39通过功率MOSFET 40短路主电路电容器7的端子电压Vpn。因此，执行放电操作从而设置表示放电电流Id的放电曲线，如图3B中所示。端子电压Vpn被降低到0V，如图3A中所示。替代使用前述的功率MOSFET 40，IGBT和双极晶体管能够组成放电电路部件40H。
栅极电源电路部件30a被连接至主电路的高压部件。因此，栅极电源电路部件30a能够提供栅极电源电压直到完成放电。因此，当车辆之间的碰撞出现时，从碰撞检测器16发送放电信号(FD1)20。在放电信号锁存电路部件27被导通之后，放电信号被维持直到栅极电源电路部件30a的输出电压被降低到齐纳二极管45的齐纳电压附近。
因此，放电电路被构造为甚至在低压电池18被中断之后长时间没有输入放电信号的情况下，通过其中的每一个被提供有来自于独立的电源的电功率的栅极电源电路部件30a和放电信号锁存电路部件27能够执行放电操作。
甚至在通过放电操作中途取消放电信号(FD1)20的情况下，如图3C中所示，能够继续进行放电操作同时通过放电信号锁存电路部件27保持主电路电容器7的端子电压Vpn。
在主电路电容器7的端子电压Vpn等于0V的情况下，当通过放电操作将用于功率MOSFET 40的栅极的栅极电源电路部件30a的输出电压减小为低于确定栅极驱动PNP晶体管42的基极基准电压的齐纳二极管45的齐纳电压时取消放电信号锁存电路部件27的放电信号。
<栅极电源电路部件的输出电压的改进上升特性的操作>
接下来，描述用于在启动时改进栅极电源电路部件30a的输出电压的上升特性的操作。
当电动车辆逆变器设备100启动时，电流I1从高压电池单元8流过启动改进电解电容器32和栅极电源电路部件30a的栅极电源电解电容器34。通过充电电容器34，栅极电源电解电容器34的内端子电压Vc1上升到齐纳二极管33的齐纳电压。在充电电容器34之后降低栅极电源电解电容器34的电压Vc1的情况下，电流I1从高压电池单元8流动，从而保持栅极电源电路部件30a的输出电压。
在没有在其中提供启动改进电解电容器32的情况下，在启动时电流I1流过电流I1’的路径。因此，栅极电源电解电容器34的电压Vc1的上升时间增加，如图5中所示。在栅极电源电解电容器34的电压Vc1达到能够进行放电操作的电源电压值(下文中称为“可放电电压”)所花费的时间Ts2太长的情况下，例如，当就在电动车辆启动之后发生电动车辆之间的碰撞时，并且当栅极电源电路部件30a的输出电压没有达到可放电电压时，尽管发送了放电信号(FD1)20但是不进行放电操作。
当在启动时启动电源时，选择启动改进电解电容器32的容量从而在安全的启动时间Ts1中栅极电源电解电容器34的电压Vc1达到可放电电压。因此，如图5B和图5C中所示，启动改进电解电容器32的电压Vc2使得栅极电源电路部件30a的输出电压能够立即上升。
<保护放电电阻器避免过热的操作>
接下来，在下文中参考图6描述保护放电电阻器39避免过热的操作。
当高压电池单元8处于断开状态下，并且放电命令FD1被输入至放电信号锁存电路部件27时，用于驱动功率MOSFET 40的栅极的栅极驱动PNP晶体管42被导通。然后，电压被施加给功率MOSFET 40的栅极，从而功率MOSFET 40被导通。这时，由于主电路电容器7的高压导致放电电流Id流过放电电阻器39。放电电流Id具有由衰减曲线表示的图3B中所示的波形，并且通过流过由编号(1)所指定的路径而减少到0。
然后，当高压电池单元8发生故障并且保持被连接至逆变器设备的主电路时，电流Id继续在放电电阻器39中流动。因此，放电电阻器39过热并且进入高温状态。最后，放电电阻器39被损坏。在逆变器设备的某些操作条件下，高温继续应用状态持续很长时间。在这样的情况下，当放电命令FD1被输入时，放电电阻器39在高温时可能损坏。因此，必须通过在放电电阻器39没有过热并且没有损坏的通电时间内截止功率MOSFET 40来保护放电电阻器39。
参考图6，包括电阻器50和电容器48的延迟电路的时间常数被设置为下面将会描述的如图7C中所示的放电容许时间Ts。当从放电电流检测电阻器51的端子电压通过由编号(2)所指定的路径经由电阻器50和电容器48获得的输出电压超过V2，通过由编号(3)所指定的路径导通NPN晶体管。当NPN晶体管47被导通时，基极电流从PNP晶体管46的发射极流过由编号(4)所指定的路径。然后，PNP晶体管46的发射极-集电极结被导通，从而电流在NPN晶体管47的基极中流动。这时，电阻器43被安装在栅极电源电解电容器34和PNP晶体管46之间。因此，本实施例具有下述功能，即当晶体管被导通时抑制通过由编号(5)所指定的路径的涌入电流，从而防止晶体管被损坏。
当高压继续被施加给主电路电容器7时，电流继续经由二极管38和电阻器31流过图6中所示的由编号(4)所指定的路径。栅极驱动PNP晶体管42的输入电压保持被中断的状态。因此，功率MOSFET 40的栅极电压变成0V。只要继续施加高压，功率MOSFET保持截止状态以防止放电电阻器39过热和被损害。
当高压电池单元8处于断开状态，并且主电路电容器7的电压Vpn是0V，并且栅极电源电路部件30a的输出电压被降低到0V时，PNP晶体管46和NPN晶体管47的通电状态被取消并且变成截止状态。因此，放电停止状态(保护锁存状态)被取消。设备被返回到其中所有的电路没有被毁坏并且能够被重新启动的状态。
图7A至图7E是示出图6中的放电电阻器过热保护电路部件28a的操作的波形图，其分别示出电路部件28a的组件处的信号的波形。在下文中，通过参考图7A至图7E描述保护放电电阻器39的操作。
如图7A中所示，当高压电池单元8的逆变器主电路连接开关10处于导通状态时，主电路电容器7的端子电压Vpn处于高压状态。当在此状态下放电信号(FD1)20(参见图6)被输入至形成的放电电路部件22b时，功率MOSFET 40被导通，从而放电电流Id流过放电电阻器39。然而，高压电池12(参见图1)保持被连接至逆变器主电路。因此，端子电压Vpn保持恒压，如图7B中所示的电压Vpn的波形所示。因此，放电电流Id进入其中放电电流Id作为恒流保持流动的状态中。因此，担心放电电阻器39可能过热并且可能烧坏。
因此，在通过包括电阻器50和电容器48的延迟电路的时间常数设置的放电容许时间Ts内，图6中所示的放电电阻器过热保护电路部件28a中断栅极驱动PNP晶体管42的输入电压。另外，放电电阻器过热保护电路部件28a保持被中断的状态并且截止功率MOSFET 40(参见图7C)。当高压电池12保持被连接至逆变器主电路时，放电电阻器过热保护电路部件28a的保护锁存状态被取消。因此，功率MOSFET 40保持截止状态，从而放电电阻器39没有通电并且没有过热。
接下来，当高压电池单元8的逆变器主电路连接开关10被截止时，因为高压电池12没有被连接至逆变器主电路所以如图7B中所示逐渐地降低电压Vpn。当Vpn＝0V时，栅极电源电路部件30a的输出电压是0V。因此，包括PNP晶体管46和NPN晶体管47的锁存电路的保护锁存状态被取消。
[实施例3]
<根据实施例3的强制放电电路部件与根据实施例2的强制放电电路部件之间的不同>
图8是示出根据本发明的实施例3的强制放电电路部件22c的详细情况的图。
图2中所示的强制放电电路部件22b与根据实施例3的强制放电电路部件22c之间的不同如下。1)如图8中所示，增加了放电命令锁存部件。从放电命令锁存部件55输出的放电状态信号(FD3)54被连接至发射极接地晶体管53以监测车辆控制控制器15的放电状态。2)图2中所示的放电信号锁存电路部件27被替换为PNP晶体管46b。图2中所示的电阻器35和NPN晶体管52被省略。
在下文中，描述与其前述的不同有关的功能块部件及其电路构造。
参考图8，当用作碰撞检测信号的放电信号(FD1)20通过放电操作命令输入部件24和放电命令延迟部件25被输入至放电命令锁存部件55时，放电命令锁存部件55将放电信号输出至放电信号绝缘部件26作为放电锁存信号。另外，放电状态信号(FD3)54被输出。本实施例被构造为图2中所示的放电信号锁存电路部件27的锁存功能被转移到放电命令锁存部件55，并且通过放电信号绝缘部件24的输出驱动PNP晶体管46b。
接下来，参考图8在下文中描述由强制放电电路部件22c执行的监测放电的操作。
<由强制放电电路部件22c执行的放电监测操作>
<放电操作的开始>
通过放电命令锁存部件55保持来自于放电操作命令输入部件24和放电命令延迟部件25的放电操作信号(执行锁存操作)。通过放电信号绝缘部件26将放电锁存信号转换为具有低电平的绝缘信号。因此，PNP晶体管46b被导通。作为该操作的结果，用于驱动功率MOSFET 40的栅极的栅极驱动PNP晶体管42被导通。然后，功率MOSFET 40被导通。因此，经由放电电阻器39执行放电主电路电容器7的操作。
《放电操作的停止》
与放电命令锁存部件55的锁存操作同时地，低电压电池18被断开。+5V存储部件23的电势被逐渐地减低到0V。因此，锁存状态被取消。当锁存状态被取消，并且放电命令信号被消除时，PNP晶体管46b被截止以中断功率MOSFET 40的栅极电压。因此，放电操作停止。
《放电操作的监测》
由放电命令锁存部件55锁存的信号与强制放电电路部件22c的放电操作同步。放电命令锁存部件55的锁存信号被输出至用于监测车辆控制控制器15的放电状态的发射极接地晶体管53作为放电状态信号(FD3)54。因此，能够监测放电状态。
[实施例4]
图9是示出根据本发明的实施例4的强制放电电路部件22d的详细情况的图。
<根据实施例4的强制放电电流部件与根据实施例2的强制放电电流部件之间的不同>
根据实施例4的强制放电电路部件22d与根据实施例2的图2中所示的强制放电电路部件22b之间的不同如下。
参考图9，放电重启晶体管57的集电极被连接至栅极电源电解电容器34的高压侧电极。放电重启晶体管57的发射极经由放电重启晶体管56连接至栅极电源电解电容器34的低压侧电极。从车辆控制控制器15的重启命令部件58输出的放电重启信号60被输入至放电重启晶体管57的基极。
<根据实施例4的强制放电电路部件22d的放电重启操作>
接下来，在下文中参考图9描述强制放电电路部件22d的放电重启操作。
在就在放电操作完成时再次施加高压的情况下，栅极电源电路部件30b的电解电容器34的电压被设置为等于或者高于提供栅极驱动PNP晶体管42的基极基准电压的齐纳二极管45的齐纳电压。因此，放电信号锁存电路部件27的放电信号的保持状态没有被取消。当在此状态下高压被再次施加给强制放电电路部件22d时，放电操作继续，因为功率MOSFET 40进入导通状态。当继续放电操作同时保持高压施加状态时，放电电阻器过热保护电路部件28a进行操作并且进入放电停止状态(保护锁存状态)。
在完成放电操作时，就在高压被施加给强制放电电路部件22d之前栅极电源电路部件30b的电解电容器34上生成的电压被设置为0V，电解电容器34上生成的电压等于或者低于齐纳二极管45的齐纳电压，其是PNP晶体管42的基极电压。因此，没有电流被提供给放电信号锁存电路部件27。因此，放电信号锁存状态被取消。因此，当高压被再次施加给强制放电电路部件22d时，放电电路部件不处于放电操作状态中。因此，放电电阻器过热保护电路部件28不进行操作。正常地执行启动操作。
就在完成放电操作时从车辆控制控制器15的重启命令部件58输出的放电重启信号60被输入至强制放电电路部件22d的放电重启晶体管57。因此，放电重启晶体管57被导通。然后，通过放电重启电阻器56放电栅极电源电解电容器34的电压并且将其减少到0V。通过此操作消除被提供给放电信号锁存电路部件27的电流。因此，放电信号锁存状态被取消。然后，放电操作停止。接下来，放电重启信号60被从其取消。然后，对其施加高压，从而正常地执行启动操作。就在完成放电操作时，能够执行通过就在完成放电操作时施加高压来正常地执行重启的操作。
[实施例5]
<根据实施例5的强制放电电路部件与根据实施例4的强制放电电路部件的不同>
图10是示出根据本发明的实施例5的强制放电电路部件22e的详细情况的图。根据实施例5的强制放电电路部件22e与根据实施例4的图9中所示的强制放电电路部件22d之间的不同在于图9中所示的功率MOSFET 40被替换为放电继电器59。栅极驱动PNP晶体管42的集电极被连接至放电继电器59的励磁绕组输入端子。其另一励磁绕组输入端子被连接至强制放电电路部件22e中的端子N侧的线。
放电电阻器39被连接至放电继电器59的接触部件中的一个。放电电阻器过热保护电路部件28a的放电电流检测电阻器51被连接至放电继电器59的另一接触部件。
<根据实施例5的强制放电电路部件22e的操作>
在下文中参考图10描述强制放电电路部件22e的操作。
栅极驱动PNP晶体管42被用作用于放电继电器59的励磁绕组驱动晶体管。是PNP晶体管42的基极电压的齐纳二极管45a的齐纳电压被设置为等于或者高于放电继电器59的工作电压的电压。即使当功率MOSFET 40(参见图9)被替换为放电继电器59时，通过安装放电电阻器过热保护电路部件28a能够保护放电电阻器39避免过热，与前述的实施例相类似。
类似地，通过安装栅极电源电路部件30b能够立即启动设备。在完成放电操作时，即使当高压被再次施加给强制放电电路部件22e时，栅极驱动电路部件30b的电解电容器34的电压被设置为等于或者高于提供栅极驱动PNP晶体管42的基极基准电压的齐纳二极管45a的齐纳电压的值，以保持放电。因此，放电信号锁存电路部件27的放电信号保持状态没有被取消。当在此状态下高压被再次施加给强制放电电路部件22e时，因为放电继电器59处于导通状态，因此继续放电操作。当继续放电操作同时保持高压施加状态时，放电电阻器过热保护电路部件28a进行操作并且进入放电停止状态(保护锁存状态)。
在完成放电操作时，就在高压被再次施加给强制放电电路部件22e之前栅极电源电路部件30b的电解电容器34的电压被设置为0V。因此，栅极电源电路部件30b的电压等于或者低于是PNP晶体管42的基极电压的齐纳二极管45a的电压，从而被提供给放电信号锁存电路部件27的电流被消除，并且放电信号锁存状态被取消。
当高压被再次施加给强制放电电路部件22e时，放电电阻器过热保护电路部件28a没有进行操作，因为设备不处于放电操作状态中。因此，正常地执行启动操作。
就在完成放电操作时从车辆控制控制器15的重启命令部件58输出的放电重启信号60被输入至强制放电电路部件22e的放电重启晶体管57。然后，放电重启晶体管57被导通。因此，通过放电重启电阻器56放电栅极电源电解电容器34的电压并且将其减少到0V。通过此操作消除被提供给放电信号锁存电路部件27的电流。然后，放电信号锁存状态被取消。放电操作被停止。
接下来，放电重启信号60被取消，并且高压被施加。然后，正常地执行启动操作。与前述实施例相类似，通过就在完成放电操作时施加高压能够执行正常的重启操作。
通过假定被应用于被安装在电动车辆中的逆变器设备完成本发明。尤其地，根据本发明的逆变器设备能够应用于电动汽车、混合汽车等等作为具有强制放电电路部件的逆变器设备，用于防止当碰撞事故发生时由于高压部件与损坏的电源线或者金属件之间的接触导致的短路、过热等等的发生。

Claims (17)

1.一种电动车辆逆变器设备，包括：
逆变器部件，所述逆变器部件被构造为驱动被机械地连接至电动车辆的车辆驱动部件的AC电动机；
转换器部件，所述转换器部件被构造为将通过电动车辆的引擎驱动力生成电功率的AC发电机生成的电功率转换为预定的电压范围内的直流电压；
逆变器控制器，所述逆变器控制器被构造为控制所述逆变器部件和所述转换器部件；
主电路电容器，所述主电路电容器被连接在所述逆变器与所述转换器的DC总线之间；以及
强制放电电路部件，所述强制放电电路部件被构造为响应于放电命令信号放电被充电在所述主电路电容器中的电荷，
从高压电池单元提供用于所述逆变器部件的直流电源，所述高压电池单元包括逆变器主电路连接开关、高压电池以及涌入电流抑制电路，所述涌入电流抑制电路被构造为当所述逆变器主电路连接开关被接通时抑制来自于高压电池的涌入电流并且被连接至DC总线，
从低压电池单元提供控制电源，所述低压电池单元包括低压电池和开关，所述开关被构造为断开和闭合所述低压电池，
电动车辆逆变器设备接收来自于车辆控制控制器的控制信号以及来自于碰撞检测器的控制信号并且根据上述信号对电动车辆逆变器设备进行控制，所述车辆控制控制器被构造为监督地控制电动车辆，并且所述碰撞检测器被连接在所述车辆控制控制器和所述低压电池之间并且包括开关，所述开关被构造为当检测到由于电动车辆的碰撞导致的冲击时进入断开状态，其中
所述车辆控制控制器检测表示当通过电动车辆的碰撞操作碰撞检测器时碰撞检测器的开关被断开的断开信号；
所述车辆控制控制器使所述高压电池单元的所述逆变器主电路连接开关进入断开状态，中断对DC总线部件的高压电池的直流电源的供给并且将放电命令信号输出至所述强制放电电路部件；以及
所述强制放电电路部件放电被充电在所述主电路电容器中的电荷。
2.根据权利要求1所述的车辆逆变器设备，其中
所述强制放电电路部件包括：
放电电路部件，所述放电电路部件包括被串联地连接在所述DC总线之间的放电电阻器、功率半导体元件、以及放电电流检测电阻器；
放电电阻器过热保护电路部件，所述放电电阻器过热保护电路部件被构造为通过接收由于流过所述放电电流检测电阻器的放电电流导致的压降生成的电压作为到其的输入而进行操作；
栅极电源电路部件，所述栅极电源电路部件被构造为从所述DC总线之间的直流电压生成用于所述功率半导体元件的驱动电源；
驱动电路部件，所述驱动电路部件被构造为将驱动信号给予所述功率半导体元件的控制端子；以及
放电信号锁存电路部件，所述放电信号锁存电路部件被构造为接收根据来自于所述碰撞检测器的检测信号的放电命令信号并且将驱动信号给予所述驱动电路部件；
当接收根据来自于所述碰撞检测器的检测信号的放电命令信号时，所述放电信号锁存电路部件保持到所述驱动电路部件的导通信号从而所述放电电路部件能够继续保持放电操作导通状态；并且
当所述主电路电容器的端子电压通过放电操作被降低到接近于0伏特的值时，并且当所述栅极电源电路部件的电源电压被降低到等于或者低于所述驱动电路部件的可操作电压的值时，所述放电操作导通状态被取消。
3.根据权利要求1所述的车辆逆变器设备，其中
所述强制放电电路部件包括：
DC-DC转换器，所述DC-DC转换器被构造为将从所述低压电池提供的电池电压转换为控制电路部件的操作电压；
存储部件，所述存储部件被构造为存储所述DC-DC转换器的输出电压；
放电操作命令输入部件，所述放电操作命令输入部件被构造为输入来自于所述碰撞检测器的检测信号和来自于所述车辆控制控制器的放电信号；
放电命令延迟部件，所述放电命令延迟部件被构造为防止被输入到所述放电操作命令输入部件的信号的切跳的发生；
放电信号绝缘部件，所述放电信号绝缘部件被构造为电气地绝缘来自于所述放电命令延迟部件的输出信号；并且
所述存储部件具有充分的存储容量使得在电动车辆的碰撞时能够稍微地延迟由于从所述低压电池单元提供的电压的中断导致的压降，并且能够保持在控制电路部件可操作的电源电压直到所述强制放电电路部件的放电操作被启动。
4.根据权利要求2所述的电动车辆逆变器设备，其中
所述栅极电源电路部件包括在DC总线之间经由二极管串联地连接的电阻器和齐纳二极管，以及相互串联地连接并且分别并行地连接至所述电阻器和所述齐纳二极管的电解电容器；并且
所述齐纳二极管的齐纳电压高于所述驱动电路部件的可操作电压，并且等于并且低于所述功率半导体元件的容许栅极电压。
5.根据权利要求2所述的电动车辆逆变器设备，其中
所述放电电路部件的功率半导体元件包括MOSFET或者IGBT。
6.根据权利要求2所述的电动车辆逆变器设备，其中
所述驱动电路部件包括：
第一栅极电阻器，所述第一栅极电阻器被连接至包括MOSFET或者IGBT的所述功率半导体元件的栅极；
第一PNP晶体管和第二栅极电阻器，所述第一PNP晶体管和第二栅极电阻器被串联地连接至所述第一栅极电阻器；以及
第三电阻器和齐纳二极管，所述第三电阻器和齐纳二极管被串联地连接至所述第一PNP晶体管的基极；
所述放电信号锁存电路部件被提供在所述齐纳二极管的阳极一侧；并且
所述放电信号锁存电路部件包括被连接在一起作为闸流管的NPN晶体管和PNP晶体管。
7.根据权利要求2所述的电动车辆逆变器设备，其中
所述放电电阻器过热保护电路部件经由电阻器将所述放电电路部件的放电电流检测电阻器的端子电压引入NPN晶体管的基极；
电容器和电阻器彼此并联地连接在所述NPN晶体管的基极-发射极结之间；
PNP晶体管的基极被连接至所述NPN晶体管的集电极；
所述PNP晶体管的集电极被连接至所述NPN晶体管的基极；并且
所述PNP晶体管的发射极被连接至所述驱动电路部件的第二栅极电阻器和所述第一PNP晶体管的发射极之间的连接点。
8.根据权利要求3所述的电动车辆逆变器设备，其中
所述强制放电电路部件被构造为放电命令锁存部件被提供在所述放电命令延迟部件和所述放电信号绝缘部件之间并且保持放电命令信号；并且
所述强制放电电路部件将放电状态监测信号输出至车辆控制控制器。
9.根据权利要求6所述的电动车辆逆变器设备，其中
所述放电信号锁存电路部件被构造为单PNP晶体管的发射极被连接至所述驱动电路部件的齐纳二极管的阳极；
所述放电信号锁存电路部件不具有锁存放电命令信号的功能；并且
所述放电信号锁存电路部件被构造为接收预先锁存的放电命令信号并且使所述驱动电路部件进行操作。
10.根据权利要求4所述的电动车辆逆变器设备，其中
所述栅极电源电路部件被构造为相互串联地连接的放电重启晶体管和放电重启电阻器被并联地连接至彼此并联地连接的所述齐纳二极管和电解电容器；并且
当就在完成放电操作时接收来自于所述车辆控制控制器的重启命令部件的放电重启信号时，所述栅极电源电路部件导通所述放电重启晶体管并且放电被充电在所述电解电容器中的电荷。
11.根据权利要求2所述的电动车辆逆变器设备，其中
所述放电电路部件的功率半导体元件被替换为放电继电器；
通过所述驱动电路部件励磁所述放电继电器的励磁绕组；
所述放电继电器的接触中的一个被连接至所述放电电阻器；并且
所述放电继电器的另一个接触被连接至所述放电电流检测电阻器。
12.一种用于电动车辆逆变器设备的保护方法，
所述电动车辆逆变器设备包括：
逆变器部件，所述逆变器部件被构造为驱动被机械地连接至电动车辆的车辆驱动部件的AC电动机；
转换器部件，所述转换器部件被构造为将通过电动车辆的引擎驱动力生成电功率的AC发电机生成的电功率转换为预定的电压范围内的直流电压；
逆变器控制器，所述逆变器控制器被构造为控制所述逆变器部件和所述转换器部件；
主电路电容器，所述主电路电容器被连接在所述逆变器与所述转换器的DC总线之间；以及
强制放电电路部件，所述强制放电电路部件被构造为响应于放电命令信号放电被充电在所述主电路电容器中的电荷，
从高压电池单元提供用于所述逆变器部件的直流电源，所述高压电池单元包括逆变器主电路连接开关、高压电池以及涌入电流抑制电路，所述涌入电流抑制电路被构造为当所述逆变器主电路连接开关被接通时抑制来自于高压电池的涌入电流并且被连接至DC总线，
从低压电池单元提供控制电源，所述低压电池单元包括低压电池和开关，所述开关被构造为断开并且闭合所述低压电池，
所述电动车辆逆变器设备接收来自于车辆控制控制器的控制信号以及来自于碰撞检测器的控制信号并且根据上述信号对电动车辆逆变器设备进行控制，所述车辆控制控制器被构造为监督地控制电动车辆，并且所述碰撞检测器被连接在所述车辆控制控制器和所述低压电池之间并且包括开关，所述开关被构造为当检测到由于电动车辆的碰撞导致的冲击时进入断开状态，
所述保护方法包括：
通过所述车辆控制控制器检测表示当通过电动车辆的碰撞操作碰撞检测器时碰撞检测器的开关被断开的断开信号；
通过所述车辆控制控制器使所述高压电池单元的所述逆变器主电路连接开关进入断开状态，
通过所述车辆控制控制器中断对DC总线部件的高压电池的直流电源的供给，
通过所述车辆控制控制器将放电命令信号输出至所述强制放电电路部件；以及
通过所述强制放电电路部件放电被充电在所述主电路电容器中的电荷。
13.根据权利要求12所述的用于电动车辆逆变器设备的保护方法，其中，
所述强制放电电路部件包括：
放电电路部件，所述放电电路部件包括被串联地连接在所述DC总线之间的放电电阻器、功率半导体元件、以及放电电流检测电阻器；
放电电阻器过热保护电路部件，所述放电电阻器过热保护电路部件被构造为通过接收由于流过所述放电电流检测电阻器的放电电流导致的压降生成的电压作为到其的输入而进行操作；
栅极电源电路部件，所述栅极电源电路部件被构造为从所述DC总线之间的直流电压生成用于所述功率半导体元件的驱动电源；
驱动电路部件，所述驱动电路部件被构造为将驱动信号给予所述功率半导体元件的控制端子；以及
放电信号锁存电路部件，所述放电信号锁存电路部件被构造为接收根据来自于所述碰撞检测器的检测信号的放电命令信号并且将驱动信号给予所述驱动电路部件；
当接收根据来自于所述碰撞检测器的检测信号的放电命令信号时，所述放电信号锁存电路部件保持到所述驱动电路部件的导通信号从而所述放电电路部件能够继续保持放电操作导通状态；并且
当所述主电路电容器的端子电压通过放电操作被降低到接近于0伏特的值时，并且当所述栅极电源电路部件的电源电压被降低到等于或者低于所述驱动电路部件的可操作电压的值时，所述放电操作导通状态被取消。
14.根据权利要求12所述的用于电动车辆逆变器设备的保护方法，其中
所述强制放电电路部件包括：
DC-DC转换器，所述DC-DC转换器被构造为将从所述低压电池提供的电池电压转换为控制电路部件的操作电压；
存储部件，所述存储部件被构造为存储所述DC-DC转换器的输出电压；
放电操作命令输入部件，所述放电操作命令输入部件被构造为输入来自于所述碰撞检测器的检测信号和来自于所述车辆控制控制器的放电信号；
放电命令延迟部件，所述放电命令延迟部件被构造为防止被输入到所述放电操作命令输入部件的信号的切跳的发生；
放电信号绝缘部件，所述放电信号绝缘部件被构造为电气地绝缘来自于所述放电命令延迟部件的输出信号；并且
所述存储部件具有充分的存储容量使得在电动车辆的碰撞时能够稍微地延迟由于从所述低压电池单元提供的电压的中断导致的压降，并且能够保持在控制电路部件可操作的电源电压直到所述强制放电电路部件的放电操作被启动。
15.根据权利要求13所述的用于电动车辆逆变器设备的保护方法，其中
所述栅极电源电路部件包括在DC总线之间经由二极管串联地连接的电阻器和齐纳二极管，以及相互串联地连接并且分别并行地连接至所述电阻器和所述齐纳二极管的电解电容器；并且
所述齐纳二极管的齐纳电压高于所述驱动电路部件的可操作电压，并且等于并且低于所述功率半导体元件的容许栅极电压。
16.根据权利要求14所述的用于电动车辆逆变器设备的保护方法，其中
所述强制放电电路部件被构造为放电命令锁存部件被提供在所述放电命令延迟部件和所述放电信号绝缘部件之间并且保持放电命令信号；并且
所述强制放电电路部件将放电状态监测信号输出至车辆控制控制器。
17.根据权利要求15所述的用于电动车辆逆变器设备的保护方法，其中
所述栅极电源电路部件被构造为相互串联地连接的放电重启晶体管和放电重启电阻器被并联地连接至彼此并联地连接的所述齐纳二极管和电解电容器；并且
当就在完成放电操作时接收来自于所述车辆控制控制器的重启命令部件的放电重启信号时，所述栅极电源电路部件导通所述放电重启晶体管并且放电被充电在所述电解电容器中的电荷。
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