CN111886789A - 功率转换装置 - Google Patents

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Abstract

在包括了温度检测装置(400)的DC‑DC转换器(200)中,为了即使在冷却器发生了异常的情况下或温度检测装置(400)发生了故障的情况下,也不停止动作或不使输出过度降低地边保护DC‑DC转换器(200)不过热,边持续进行输出,在控制装置(2)中,根据温度值以多个阶段来设定使基于下垂特性的控制开始的电流值,并且根据所述温度检测装置(400)检测出的温度来切换所述电流值进行基于下垂特性的控制。

Description

功率转换装置
技术领域
本申请涉及功率转换装置。
背景技术
车载电源***中,由电压不同的两个电池构成车载电源***的双电池型车用电源装置被使用于混合动力汽车或怠速停止车。该双电池型车用电源装置中,由数十到数百V的高电压电池对大功率负载进行供电,由现有的十几V的例如铅电池那样的低电压电池(辅机电池、以下称为低压电池)对一般的低电压的电负载进行供电。高电压电池由高电压的发电装置进行充电,高电压电池或发电装置构成为通过降压型的DC-DC转换器向低压电池或低电压的电负载进行供电。
该降压型的DC-DC转换器中内置有半导体开关元件,为了利用适于低压电池的充电的负载***的电源电压进行供电,对半导体开关元件进行反馈控制以使得输出电压收敛于规定的目标值。
这种DC-DC转换器中,内置的半导体开关元件的温度管理较为重要,基于与检测出的半导体开关元件的温度相关的信息,若半导体开关元件的温度进入到接近规定的停止温度的过热区域,则限制DC-DC转换器的输出电流并抑制半导体开关元件的过热,使半导体开关元件的温度不上升到停止温度,若达到停止温度则使半导体开关元件的动作停止。
另外,提出了在功率转换装置中输出电流变得大于预先设定的阈值的情况下执行使DC-DC转换器的输出电压降低的节电控制的方案(专利文献1)。上述方案是在输出电流变成大于阈值的情况下,通过限制输出电压,从而可以保护DC-DC转换器中所包含的部件不受热的影响。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本专利特开2011-87407号公报
发明内容
发明所要解决的技术问题
具有下垂特性的DC-DC转换器中,由于在过电流区域中输出电压被限制,因此能阻碍该半导体开关元件达到停止温度,即使在限制了DC-DC转换器的输出的状态被持续的情况下,也能持续进行低压电池的充电,因此能抑制低压电池的发动机的起动性恶化的问题。
然而,在对DC-DC转换器进行冷却的冷却水的水温因车种而不同的情况或冷却水温急剧上升的情况下(例如,使用与DC-DC转换相同的冷却水的其他组件在动作时的发热所导致的影响等),有可能在冷却器异常情况下(例如,当冷却器的冷却方式为水冷方式时,因水泵的故障、配管龟裂导致的排水等),仅通过输出电压限制,部件仍可能会发生故障。
本申请是为了解决上述的问题而完成的,其目的在于获得一种功率转换装置,该功率转换装置包括对DC-DC转换器的温度进行检测的温度检测装置,通过边适当地保护功率转换装置的结构部件不过热,边抑制结构部件的高规格化,来力图实现小型化和低成本化。另外,本申请的目的还在于提供一种具备控制方法的功率转换装置,该控制方法使得即使在温度检测装置发生了故障的情况下也能避免动作停止而对低压电池适当地进行充电。
解决技术问题所采用的技术方案
本申请所涉及的功率转换装置的特征在于,包括:对输入的电力进行降压并进行输出的DC-DC转换器;对所述DC-DC转换输出的电流值进行检测的电流检测装置;对所述DC-DC转换器的温度进行检测的温度检测装置;以及根据温度值以多个阶段来设定使基于下垂特性的控制开始的电流值,并根据所述温度检测装置检测出的温度来切换所述设定值并进行所述控制的控制部。
发明效果
根据本申请所公开的功率转换装置,能根据DC-DC转换器的温度的状况而适当地变更使基于下垂特性的控制开始的电流值(开始电流值),从而适当地保护功率转换装置的结构部件不过热,并能持续进行动作直到达到因过热而停止的极限温度状态为止,从而DC-DC转换器能进行输出,因此,对于总能量平衡而言效率也较为良好。
附图说明
图1是本申请实施方式1所涉及的功率转换装置的简要结构图。
图2是表示在本申请实施方式1所涉及的功率转换装置的控制部中所执行的控制处理的流程图。
图3是本申请实施方式1所涉及的功率转换装置的简要电路图。
图4A是用于对本申请实施方式1所涉及的功率转换装置中半导体开关元件的切换模式中的模式1进行说明的图。
图4B是用于对本申请实施方式1所涉及的功率转换装置中半导体开关元件的切换模式中的模式2进行说明的图。
图4C是用于对本申请实施方式1所涉及的功率转换装置中半导体开关元件的切换模式中的模式3进行说明的图。
图4D是用于对本申请实施方式1所涉及的功率转换装置中半导体开关元件的切换模式中的模式4进行说明的图。
图5是表示本申请实施方式1所涉及的功率转换装置的各部分的信号和电流的时序图的图。
图6是表示DC-DC转换器的输出电流与输出电压之间关系的图。
图7是表示在本申请实施方式1所涉及的功率转换装置中输出电压与输出电流之间关系的图。
图8是表示在本申请实施方式1所涉及的功率转换装置中温度传感器值和输出电流的时序图的图。
图9是表示在本申请实施方式4所涉及的功率转换装置中温度传感器值和输出电流的时序图的图。
图10A是表示在本申请实施方式4所涉及的功率转换装置的变形例中温度传感器值和输出电流的时序图的图。
图10B是表示在本申请实施方式4所涉及的功率转换装置的变形例中冷却器的冷却水温与输出电流之间关系的说明图。
图11是表示在本申请实施方式5所涉及的功率转换装置中输出电压与输出电流之间关系的图。
图12是表示本申请实施方式5所涉及的功率转换装置的温度传感器值和输出电流的时序图的图。
图13是表示本申请实施方式5所涉及的功率转换装置的变形例中的温度传感器值和输出电流的时序图的图。
图14是表示本申请实施方式6所涉及的功率转换装置的温度传感器值和输出电流的时序图的图。
图15是表示本申请实施方式6所涉及的功率转换装置的冷却机构的说明图。
图16是表示本申请实施方式1至6所涉及的功率转换装置的变形例的简要结构图。
图17是表示对本申请实施方式1所涉及的功率转换装置的变形列进行示出的各部分的信号、电流的时序图的图。
具体实施方式
以下,使用附图对本申请所涉及的功率转换装置的优选实施方式进行说明。此外,各图中对相同或相当的部分标注相同标号,并省略重复说明。
实施方式1.
以下,将本申请实施方式1所涉及的功率转换装置的简要结构示出于图1。如图所示,实施方式1中,将高压电池1连接至功率转换装置50的输入,将低压电池13连接至功率转换装置50的输出。构成为功率转换装置50中所输入的高压电力由DC-DC转换器200进行降压,并输出低压的电力。DC-DC转换器200的输出的电压值由电压检测装置21进行测定,输出的电流值由电流检测装置22进行测定。另外,DC-DC转换器200的温度由温度检测装置400进行测定,测定值被发送至控制部2。
控制部2包括处理装置210和存储装置220。虽然存储装置220未详细图示,但具备随机存取储存器等易失性存储装置、和闪存等非易失性的辅助存储装置。另外,也可以具备硬盘这样的辅助存储装置以取代闪存。处理装置210执行从存储装置220输入的程序。在此情况下,从辅助存储装置经由易失性存储装置向处理装置210输入程序。另外,处理装置210可以将运算结果等数据输出到存储装置220的易失性存储装置,也可经由易失性存储装置将数据保存于辅助存储装置。由电压检测装置21、电流检测装置22以及温度检测装置400测定出的结果由处理装置210接收,并用作在进行控制以使得DC-DC转换器200的输出接近目标值时的参数。该处理装置210控制DC-DC转换器200的开关动作,以根据DC-DC转换器200的温度状态来进行基于下垂特性的控制。对于确定使基于该下垂特性的控制开始的电流值(开始电流值),存储装置220中包括对温度与控制开始电流值之间的关系进行确定而得到的表221,选择并切换与温度值相对应的开始电流值来进行使用,并在与温度值相对应的电流值处开始下垂控制。即,表221中作为设定值记录有与温度相对应的电流值,将所检测出的温度值与表进行核对,调出与温度值相对应的电流值。
接着,参照图2,对由本实施方式所涉及的功率转换装置即控制部2执行的程序的控制结构进行说明。此外,图2所示的程序按照预先设定的每个采样时间来执行。
在步骤(以下,将步骤记载为“S”)100中,控制部2读取输出电压、输出电流和传感器温度。所谓传感器温度为由图1所示的温度检测装置400检测的温度。控制部2例如也可以在读取到输出电压、输出电流、传感器温度之后,执行对预先设定的时间的平均值分别进行计算的平均化处理。
在S101中,控制部2对温度传感器值是否超过了第1阈值Tth1进行判定。在温度传感器值为第1阈值Tth1以上的情况下(在S101中为“是”),处理转移至S102,执行节电控制。节电控制为一种控制方法,在该控制方法中,控制部2为了提高低压电池13的总能量平衡而使输出电流具有规定的倾斜度而降低下垂开始电流。这里,在温度传感器值小于第1阈值Tth1的情况下(在S101中为“否”的情况),处理返回至S101。
在S103中,控制部2在节电控制执行过程中,读取输出电压、输出电流以及传感器温度。接着,在S104中,对温度传感器值是否超过了第2阈值Tth2进行判定。在温度传感器值为第2阈值Tth2以上的情况下(在S104中为“是”),处理转移至S105。在S105中,控制部2判定为冷却器异常,为了抑制输出电流而将下垂控制的开始电流从第2设定值Ib切换为第3设定值Ic。例如,当温度检测装置检测的温度的值超过第1阈值Tth1时,将使基于下垂特性的控制开始的电流值设为小于第1设定值Ia的第2设定值。
另一方面,在S104中,在温度传感器值小于第2阈值Tth2的情况下(在S104中为“否”的情况),处理转移至S106。接着,在S106中,控制部2对温度传感器值是否小于阈值Tth0进行判定。在S106中,在温度传感器值小于阈值Tth0的情况下(在S106中为“是”的情况),处理转移至S107。在S107中控制部2判定为冷却器恢复到正常,将下垂控制的开始电流值从第2设定值Ib返回至第1设定值Ia。另外,在S106中,在温度传感器值为阈值Tth0以上的情况下(在S106中为“否”的情况),处理返回至S106。此外,在S101中,在温度传感器值小于第1阈值Tth1的情况下,虽然再次返回至S101的处理,但此时,在S108中反复的次数被计数,用于确认该装置是在稳定状态下进行动作。另外,在S104至S106的处理中也同样地,在S109中反复的次数被计数,进行采用时间中的正常状态的确认。
接着,对简要电路结构进行说明。图3表示本申请实施方式1所涉及的绝缘型DC-DC转换器200的电路。图3中,DC-DC转换器200由从输入部的高压电池1到输出侧的负载12、低压电池13的要素构成。高压电池1的后级侧连接有四个半导体开关元件3、4、5、6。作为该半导体开关元件,例如使用MOSFET。控制部2经由控制线30a、30b、30c、30d,对半导体开关元件3、4、5、6进行导通、截止驱动。半导体开关元件3的源极与半导体开关元件4的漏极之间的连接点连接至变压器7的一次绕组,另一端连接至半导体开关元件5的源极与半导体开关元件6的漏极之间的连接点。变压器7为绝缘变压器。
另外,输入电压检测装置20与高压电池1并联连接。
变压器7的二次绕组连接有整流用二极管8、9。为了二次侧整流,将平滑电抗器10、平滑电容器11连接到二极管8、9的后级。此外,平滑电抗器10的后级串联连接有电流检测装置22,电压检测装置21与负载12并联连接。另外,DC-DC转换器200内部包括温度传感器SnsTL,控制部2经由信号线31a、31b、31c、31d来获取电压、电流、温度信息。这里,在该功率转换装置50应用于电动车或混合动力汽车的情况下,高压电池1代表性地由镍氢或锂离子等充电电池构成。高压电池1的电压至少为100V以上。
对于包括上述电路的DC-DC转换器200的基本动作,使用图4A、图4B、图4C、图4D以及图5进行说明。此外,本实施方式的DC-DC转换器200根据各半导体开关元件3、4、5、6的状态,存在图4A、图4B、图4C、图4D所示的四个动作模式。
模式1为半导体开关元件3和半导体开关元件6导通、半导体开关元件4和半导体开关元件5截止的状态。此时,流过变压器7的一次绕组侧的电流从高压电池1开始以半导体开关元件3、变压器7(一次绕组侧)、半导体开关元件6的路径流动。这里,变压器7从一次侧向二次侧传输电力,流过变压器7的二次侧绕组侧的电流从变压器7(二次绕组侧)开始以整流用二极管8、平滑电抗器10、外部负载12的路径流动。
模式2为半导体开关元件3、4、5、6全部截止的状态。此时,变压器7的一次侧没有电流流过,电流未被传输至二次侧。然而,在变压器7的二次侧,因平滑电抗器10的自感,而使得电流从平滑电抗器10开始以外部负载12、变压器7(二次绕组侧)、整流用二极管8、9、平滑电抗器10的路径流动。
模式3为半导体开关元件3和半导体开关元件6截止、半导体开关元件4和半导体开关元件5导通的状态。此时,流过变压器7的一次绕组侧的电流从高压电池1开始以半导体开关元件5、变压器7(一次绕组侧)、半导体开关元件4的路径流动。这里,变压器7从一次侧向二次侧传输电力,流过变压器7的二次侧绕组侧的电流从变压器7(二次绕组侧)开始以整流用二极管9、平滑电抗器10、外部负载12的路径流动。
模式4为半导体开关元件3、4、5、6全部截止的状态。此时,变压器7的一次侧没有电流流过,电力未被传输至二次侧。然而,在二次侧,因平滑电抗器10的自感,而使得电流从平滑电抗器10开始以外部负载12、变压器7(二次绕组侧)、整流用二极管8、9、平滑电抗器10的路径流动。
模式4结束后,返回至模式1再次反复进入模式1至模式4。此外,各模式中,流过平滑电抗器10的电流中的交流分量流过平滑电容器11。图5表示本申请实施方式1所涉及的功率转换装置的半导体开关元件3、4、5、6中的信号Q3、Q4、Q5、Q6和流过平滑电抗器10的电流I10的时序图。
如上所述,控制部2边使半导体开关元件3、4、5、6导通、截止,边调整半导体开关元件的占空比(D)宽度,从而控制所希望的输出电压。
在具有如上所述的结构的实施方式1的功率转换装置中,控制部2在输出电流变得大于阈值的情况下,执行使DC-DC转换器200的输出电压降低的节电控制。在输出电流变得大于阈值的情况下,通过限制输出电压,从而可以保护DC-DC转换器200中所包含的部件不受热的影响。在该功率转换装置应用于电动车或混合动力汽车的情况下,作为输出电流比额定电流增加的主要原因,例如,为下述情况:使PTC(Positive TemperatureCoefficient:正温度系数)加热器动作的情况;由用户追加纯正部件以外的电子部件(例如,电饰或防盗器等)的情况;或除上述情况之外,还为需要长时间在上坡路行驶等大于通常行驶的驱动转矩的情况。
控制部2在有过大的电流流过时,如图6那样具有通过使电压下降来抑制过输出那样的下垂特性。图6的纵轴表示输出电压(V),图6的横轴表示输出电流(I)。这里,将下垂特性作为C1的曲线来进行说明,但并不限于此,例如也可以为由虚线示出的C2的曲线的特性。
控制部2假设一种情况,例如,将在低压电池13充电时所设定的上限电压Va设定为输出电压的目标值。如图6所示,控制部2控制DC-DC转换器200以输出与目标电压相同的上限电压Va,直到输出电流增加到第1设定值Ia。接着,控制部2在输出电流大于第1设定值Ia的情况下,将小于上限电压Va的值设定为目标电压,控制DC-DC转换器200以使得输出电压变得小于Va。
通过以上的节电控制,保护DC-DC转换器中所包含的部件不受热的影响,但例如在进入冷却器的水温比预想要高的情况下,即使在未进入下垂控制的输出电流(<第1设定值Ia)处部件也有可能因异常发热而导致发生故障。因此,实施方式1所涉及的功率转换装置中,DC-DC转化器200内包括温度传感器SnsTL,在温度传感器SnsTL的值超过了规定温度时,控制部2判断为冷却水温异常,使下垂控制的开始电流值下降(第2设定值Ib)。图7表示此时的输出电压与输出电流之间的关系。另外,图8表示在本申请实施方式1所涉及的功率转换装置中、温度传感器值和输出电流的时序图。
根据图8,假设下述情况:DC-DC转换器200的输出电流Iout为下垂开始电流的第1设定值Ia以下而未进入节电控制。此时,若冷却器发生异常,则温度传感器SnsTL的温度增加。此时,当温度传感器SnsTL的温度超过阈值Tth时,控制部2将下垂控制的开始电流从第1设定值Ia变更为第2设定值Ib,使输出电流从Iout降低至第2设定值Ib。由此,即使冷却器发生异常,也可以保护DC-DC转换器中所包含的部件不受热的影响。接着,当在节电动作过程中由温度传感器SnsTL检测出的温度低于Tth'时,控制部2将下垂开始电流从第2设定值Ib返回至第1设定值Ia,节电控制被解除。
实施方式2.
对于实施方式2的功率转换装置进行说明。实施方式2的功率转换装置的电路结构与实施方式1相同。实施方式2的功率转换装置的温度传感器SnsTL设置在整流用二极管的附近以对二次侧的整流电路、即整流用二极管8、9的温度进行检测。
这里,在实施方式2中的功率转换装置的DC-DC转换器200应用于电动车或混合动力汽车的情况下,作为高压电池1连接有锂离子电池,低压电池13与铅电池相连接。锂离子电池比铅电池的电压范围要大。因此,即使在相同负载条件(相同输出电流)下,由于DC-DC转换器的输入电流因高压电池1的电压而不同,因此损耗也不同。即,当温度传感器SnsTL监视变压器7的一次侧、例如半导体开关元件3、4、5、6中的任意一个的温度时,即使在相同的负载条件下所监视的温度也会因输入电压而发生变化。因此,必须设定相对于最差条件具有余量的温度阈值(Tth),由此会导致过度的设计而使得部件成本变高。
另一方面,在变压器7的二次侧,由于连接有铅电池的低压电池13电压变动较少,因此对于整流用二极管8、9的损耗,由负载条件唯一决定其损耗,由此可知输出电流与整流二极管温度相关。因此,在实施方式2中的功率转换装置中,即使将温度传感器SnsTL限定为整流用二极管8、9的温度来进行检测,也能获得与实施方式1相同的效果并减少温度传感器、例如热敏电阻的个数,起到成本降低的效果。
这里,变压器7的二次侧的主电路部件中,还存在平滑电抗器10、平滑电容器11等,但由温度传感器SnsTL进行检测的部件优选为整流用二极管8、9。这是由于,一般情况下,二极管与电容器或电抗器相比热容量较小。例如,当冷却器发生了异常时,若热容量较小则温度上升较快,因此,此处通过检测整流用二极管温度能迅速注意到异常。反之,在对平滑电抗器10的温度进行监视的情况下,温度上升与二极管相比较慢,由此当控制部2从由温度传感器SnsTL获取到的温度中检测到异常时,对于整流用二极管8、9的温度,其温度已经变成高温,部件有可能发生故障。
实施方式3.
对于实施方式3的功率转换装置进行说明。实施方式3的功率转换装置的电路结构与实施方式2相同。实施方式3的功率转换装置中,其特征在于,DC-DC转换器内部具备温度传感器SnsTL,并且温度传感器SnsTL监视整流用二极管8、9的温度,但希望二极管温度为发热最多的部位。例如,假定整流用二极管和半导体开关元件的连接部温度都为150℃。此时,在DC-DC转换器以规定的负载条件进行动作时整流用二极管的温度为140℃时,若设半导体开关元件的温度为150℃,则若实施方式2的功率转换装置的控制部2在由温度传感器SnsTL检测出的温度的值达到140℃之前不停止动作则有可能会导致半导体开关元件的温度超过150℃而发生故障。即,作为整流用二极管其实力即使达到150℃,也仅能在140℃以下使用。另外,同样地,若设存在其他发热最多的部位,则根据该部件的上限温度时的负载条件来进行规定,以决定温度传感器SnsTL的温度阈值Tth。
这里,实施方式3所涉及的功率转换装置中,若整流用二极管被设计为发热最多的部位,则控制部2仅通过由温度传感器SnsTL检测的温度来监视整流用二极管的温度状态即可,无需利用其他部件来设定温度的阈值,因此,能没有冗余地使用部件。因此,实施方式3所涉及的功率转换装置中,能获得与实施方式2相同的效果,并能将部件使用到极限,因此起到抑制无用的成本增加的效果。
实施方式4.
对于实施方式4的功率转换装置进行说明。实施方式4的功率转换装置的电路结构与实施方式1相同。实施方式4的功率转换装置中,在实施方式1中所说明的节电控制上是不同的。图9表示在本申请实施方式4所涉及的功率转换装置中温度传感器值和输出电流的时序图。另外,虚线为实施方式1中所说明的节电控制时的下垂电流值的切换方法。实施方式4的功率转换装置的控制部2在由温度传感器SnsTL获取到的温度超过了规定的阈值(Tth)时,并不是如实施方式1所示那样将下垂开始电流从第1设定值Ia变更为第2设定值Ib而立即缩小输出电流的控制,而是通过使输出电流的电流变化速度具有具备规定倾斜度(A/s)的扫描特性,从而能有效地输出图9的施加了阴影的区域的面积部分的能量。
根据图9可知,通过使输出电流的电流变化速度具有规定的倾斜度而降低,从而能边保护部件,边利用实施方式1中所说明的下垂电流的切换来向电池侧有效地提供电力。即,若从低压电池13来考虑,则实施方式4的功率转换装置的节电控制的总能量平衡得到提高,能更有效地进行灵活运用。
实施方式4中,控制部2为了提高低压电池13的总能量平衡,采用使输出电流具有规定的倾斜度而降低下垂开始电流那样的节电控制方法来进行了说明,但并不限于此,例如,如图10A所示那样,控制部2在温度传感器SnsTL的输出超过了规定阈值Tth的温度时,可以线性地调整下垂开始电流以使得由温度传感器SnsTL检测出的温度的值收敛于阈值Tth附近。由于该节电控制方法能对下垂电流值根据冷却器或负载的状态适当地调整输出电流,因此能进一步提高能量平衡。另外,图10B表示采用本节电控制方法时的冷却器的冷却水温与输出电流之间的关系。由于控制部2能沿着由温度传感器SnsTL检测出的温度值来线性地改变下垂开始电流,因此即使在进入至实施方式4的功率转换装置的冷却器中的水温比设想的要高的情况下,也能将最适当的电流输出至低压电池13而不使部件发生故障。
实施方式4的功率转换装置的其他例中,线性地控制了输出电流以使得温度传感器值追随于阈值Tth周边,但并不限于此,也可以设定多个下垂开始电流值,对各下垂电流值按阶段来进行控制(多阶段控制)。
实施方式5.
对于实施方式5的功率转换装置进行说明。实施方式5的功率转换装置的电路结构与实施方式1相同。实施方式5的功率转换装置以具备了水冷冷却机构的水冷为前提,在实施方式5中,涉及在冷却器中没有冷却水进入的情况下的排水状态时针对冷却异常时的节电控制方法。
控制部2包括排水检测机构,当控制部2判断为排水状态(冷却器异常)时,控制部2将下垂开始电流值设定为比节电时的下垂开始电流值(第2设定值Ib)更小的第3设定值Ic。第3设定值Ic的输出电流值为可在即使水不流过冷却器、部件也不会发生故障的范围内输出的电流值。
图11表示此时的输出电压与输出电流之间的关系。
通常,当发生上述那样的冷却器异常时部件温度有可能超过耐热温度而停止动作,但若正在驾驶车辆的用户什么也没有注意到而继续使用低压***的附件等电子部件(例如,音响或空调),则会导致电池恶化,最糟的情况下,电池会过放电,电子设备停止工作。因此,对于实施方式5所涉及的功率转换装置的节电控制方法,即使冷却器处于排水等异常状态下,只要DC-DC转换器正常,就可通过将少量电流输出至低压电池13来使电池充电,从而抑制上述那样的问题,设为可持续行驶从而也能应对跛行模式。
图12表示实施方式5的功率转换装置中的输出电流和温度传感器的时序图。实施方式5的功率转换装置中,控制部2根据由温度传感器SnsTL检测出的温度的值,进行节电控制和排水检测的判定。图12中,首先,在输出电流Iout为第2设定值Ib以上时,设在t=t0处发生了排水。此时,由于不能正常冷却,因此部件的温度上升,由温度传感器SnsTL所检测的部件的温度值也上升。这里,控制部2在温度传感器SnsTL的温度达到第1阈值Tth1时,由于进行节电控制因此使下垂开始电流降低至第2设定值Ib(t=t1)。接着,若仅水温较高,则可以进行一定程度的冷却,但由于水排出而几乎成为风冷状态,导致冷却器的温度大幅上升。因此,即使用第2设定值Ib来限制输出电流,部件的温度也会持续上升。接着,控制部2在温度传感器SnsTL的温度达到第2阈值Tth2时,控制部2判定为排水状态(冷却器异常),控制部2将下垂开始电流下降至第3设定值Ic(t=t2)。
本实施方式所涉及的功率转换装置中,控制部2根据由温度传感器SnsTL检测出的温度值判定出冷却器异常,但并不限于此,也可以使用CAN(Controller Area Network:控制器局域网)等通信线,从位于功率转换装置的外部的ECU(Electronic Control Unit:电子控制单元)、例如对水泵等冷却装置进行监视的ECU获取冷却水的状况。该情况下,基于外部信号的结果来判定冷却器异常。
另外作为判定冷却器异常的方法,功率转换装置提供多个作为温度传感器SnsTL的例如热敏电阻,使各温度传感器分别具有节电控制用和排水检测用(冷却器异常判定用)的功能,控制部2也可以根据由排水检测用的温度传感器检测出的温度值来判定为冷却器异常。此时,通过将排水检测用的温度传感器安装于在排水时温度变得最高的部件,从而与实施方式5的功率转换装置相同,能获得即使在排水时也不停止而能尽可能地提供电力这一效果,并能起到可提高检测精度、检测速度的效果。
实施方式5的功率转换装置中将下垂开始电流的切换设为了2值控制(第1设定值Ia和第2设定值Ib),但并不限于此,例如也可以如实施方式4所说明的那样设为相对于温度传感器值而线性地降低输出电流的节电控制。图13表示实施方式5所涉及的功率转换装置的变形例中的输出电流与温度传感器的时序图。图13为在下述情况时的说明图,即:在控制部2从温度传感器SnsTL获得的温度超过了第1阈值Tth1因而输出电流受到抑制,但冷却器不能在水处于排出状态下工作,因此温度缓慢持续上升而超过了第2阈值Tth2,由此,控制部2判定为冷却器异常,将下垂开始电流变更为第3设定值Ic。
实施方式6.
对于实施方式6的功率转换装置进行说明。实施方式6的功率转换装置的电路结构与实施方式1相同。实施方式6的功率转换装置以水冷冷却为前提,实施方式6涉及温度传感器SnsTL发生了故障(电源短路、接地短路等)情况下的防故障控制方法。
图14是对实施方式6所涉及的功率转换装置中、温度传感器SnsTL发生了故障时的防故障方法进行说明的输出电流和温度传感器的时序图。例如,控制部2利用对由温度传感器电路获得的温度进行电压转换而得到的AD值(对信号所示的电压值进行A/D转换而得到的数字值)获取温度信息。例如,将输入至控制部2的微机中的AD值设计在0至5V的范围内,其中,作为能检测温度传感器电路的故障的电源短路·接地短路对策,将能由温度传感器获取的温度范围的上限值设为小于5V,将其下限值设计在0V以上的规定范围内并将进入该规定范围内的温度的AD值设为正常范围。
图14中,设温度传感器电路中发生了接地短路故障。在t=t1时,由温度传感器SnsTL检测出的AD值小于规定范围,因此,控制部2判定为温度传感器电路发生故障,为了限制输出电流而将下垂开始电流切换至第2设定值Ib。这里,第2设定值Ib为即使输入高温的水温、部件也不会发生故障而能够耐受的输出电流。
通过进行如上述那样的防故障控制,从而即使在温度传感器电路发生了故障的情况下也能不停止地向低压电池13提供稳定的电力。
作为实施方式6所涉及的功率转换装置的变形例,在控制部2包括了与温度传感器SnsTL不同的可检测排水(冷却器异常)的机构、例如如实施方式5的变形例所说明的那样从外部的ECU通过通信进行的检测或与节电用温度传感器不同的多个温度传感器的情况下,若判断为温度传感器电路发生故障,在将输出电流作为第2设定值Ib而追加了控制的状况下,判定为发生了排水(冷却器异常),则控制部2为了使输出电流值进一步降低,将下垂控制的开始电流值从第2设定值Ib切换成第3设定值Ic(参照图11)。
实施方式6所涉及的功率转换装置中,虽然在温度传感器电路发生了故障时进行控制以抑制输出电流,但可以想到为了冷却车辆内的功率转换装置等而对冷却水进行控制的水泵会在不注意时进行间歇驱动等从而导致部件温度上升。因此,如图15所示那样,实施方式6所涉及的功率转换装置50被水冷冷却,使冷却水从电动水泵51经由冷却配管52在功率转换装置50中循环。这里,功率转换装置50的控制部2经由通信线54a与控制车辆的外部ECU53相连,同样地,ECU53经由通信线54b与电动水泵51相连。ECU53通过控制线55向电动水泵51发出指令信号以输出所希望的水量。这里,通信线例如为CAN。
这里,实施方式6所涉及的功率转换装置中,在判断出温度传感器电路发生了故障时,控制部2在降低输出电流的同时,经由通信线54a向ECU53输出信号以输出规定的流量以上。ECU53接受来自控制部2的信息并进行控制以向电动水泵51输出规定的流量。由此,实施方式6所涉及的功率转换装置中,即使在温度传感器电路发生了故障的情况下也能不停止地向低压电池提供稳定的电力。
各实施方式中所说明的功率转换装置中,由电流检测装置22检测出输出电流值,但并不限于此,例如,如图16所示那样,也可以在一次侧(高压电池侧)具备输入电流检测装置22a,从输入电流推测输出电流。在降压转换器的情况下,与输出电流相比,输入电流较小,因此该结构能抑制电流传感器的成本。
各实施方式中所说明的功率转换装置中,以中心抽头方式的形态示出了DC-DC转换器的变压器,但并不限于此,也可以为二次侧绕组的两端分别连接到全桥结构的二极管的中点的结构。
各实施方式中所说明的功率转换装置中将整流电路设为二极管整流来进行了说明,但并不限于此,例如也可以为同步整流。
另外,各实施方式中所说明的电压电池13为电压低于高压电池1的蓄电装置,可以为12V电池或24V电池,也可以为其他电压电池,并不特别限于12V电池。
实施方式1所涉及的功率转换装置中,DC-DC转换器的开关控制方法设为了硬件开关,但并不限于此,例如也可以为相位偏移控制方式。该情况下,控制部2将半导体开关元件3和半导体开关元件6作为一对开关元件来进行控制,使各半导体开关元件4、5的相位错开半个周期(偏移180°相位)来进行控制。图17表示该情况下的各部分的信号、电流的时序图。
如图17所示那样,设置死区时间td来控制半导体开关元件3、4和半导体开关元件5、6的导通、截止,分别使其上下臂不短路。
本申请虽然记载了各种示例性的实施方式以及实施例,但是1个或多个实施方式所记载的各种特征、方式及功能并不仅限于适用特定的实施方式,也可以单独适用于实施方式,或者进行各种组合来适用于实施方式。
因此,可以想到未例示的无数变形例也包含在本申请所公开的技术范围内。例如,设为也包含对至少1个结构要素进行变形、追加或者省略的情况、以及提取至少1个结构要素并与其他实施方式的结构要素进行组合的情况。
标号说明
1 高压电池、
2 控制部、
3、4、5、6 半导体开关元件、
7 变压器、
8、9 整流用二极管、
10 平滑电抗器、
11 平滑电容器、
12 负载、
13 低压电池、
20 输入电压检测装置、
21 电压检测装置、
22 电流检测装置、
22a 输入电流检测装置、
30a、30b、30c、30d 控制线、
31a、31b、31c、31d 信号线、
SnsTL 温度传感器、
50 功率转换装置、
51 电动水泵、
52 冷却配管、
53 外部ECU、
54a、54b 通信线、
55 控制线、
200 DC-DC转换器、
210 处理装置、
220 存储装置、
221 表、
400 温度检测装置。

Claims (13)

1.一种功率转换装置,其特征在于,包括:
DC-DC转换器,该DC-DC转换器对输入的电力进行降压并进行输出;
电流检测装置,该电流检测装置对所述DC-DC转换器输出的电流值进行检测;
温度检测装置,该温度检测装置对所述DC-DC转换器的温度进行检测;以及
控制部,该控制部根据温度值以多个阶段来设定使基于下垂特性的控制开始的电流值,并且根据所述温度检测装置检测出的温度来切换所述电流值并进行所述控制。
2.如权利要求1所述的功率转换装置,其特征在于,
所述DC-DC转换器是一种绝缘型的DC-DC转换器,包括具备了一次绕组和二次绕组的绝缘变压器、半导体开关元件以及与所述绝缘变压器的二次绕组侧相连接的整流电路,所述温度检测装置对所述整流电路的温度进行检测。
3.如权利要求2所述的功率转换装置,其特征在于,
所述整流电路为所述DC-DC转换器中发热最多的部位。
4.如权利要求1至3的任一项所述的功率转换装置,其特征在于,
所述控制部在所述温度检测装置检测出的温度值超过预先设定的第1阈值时,将使所述控制开始的电流值设为小于第1设定值的第2设定值。
5.如权利要求4所述的功率转换装置,其特征在于,
所述控制部在将所述电流值从所述第1设定值切换为所述第2设定值时,使所述DC-DC转换器的输出的电流变化速度具有规定的倾斜度。
6.如权利要求1至5的任一项所述的功率转换装置,其特征在于,
所述DC-DC转换器的所述控制部在所述温度检测装置检测出的温度值超过第1阈值时,控制所述电流值以使得所述温度值收敛于所述第1阈值。
7.如权利要求4或5所述的功率转换装置,其特征在于,
所述功率转换装置具有作为水冷冷却的冷却机构,所述控制部的内部包括进行排水判定的冷却器异常判定单元,所述控制部在判定为冷却器异常时,将所述电流值设为小于第2设定值的第3设定值。
8.如权利要求7所述的功率转换装置,其特征在于,
所述控制部在所述温度值超过大于所述第1阈值的第2阈值时,判定为冷却器异常。
9.如权利要求7所述的功率转换装置,其特征在于,
所述功率转换装置分别包括所述DC-DC转换器的温度检测装置和排水判定用的温度检测装置,当所述排水判定用的温度检测装置的温度值超过了规定阈值时判定为冷却器异常。
10.如权利要求7所述的功率转换装置,其特征在于,
所述控制部在从所述功率转换装置的外部的ECU获取到排水检测的信号时,判定为冷却器异常。
11.如权利要求1至10的任一项所述的功率转换装置,其特征在于,
所述控制部在由所述温度检测装置检测的所述温度值的AD值超过了规定范围时,将所述电流值设为小于第1设定值的第2设定值。
12.如权利要求7至11的任一项所述的功率转换装置,其特征在于,
所述控制部在由所述温度检测装置检测的所述温度值的AD值超过了规定范围且所述控制部判定为冷却器异常时,将所述电流值设为第3设定值。
13.如权利要求11所述的功率转换装置,其特征在于,
所述功率转换装置具有水冷冷却机构,所述功率转换装置的外部具备水泵以及控制所述水泵的ECU,所述控制部在由所述温度检测装置检测的所述温度值的AD值超过了规定范围时,向所述ECU输出指令信号以将所述水泵的流量设为规定值以上的流量。
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