DE112009004962B4 - Vorrichtung zum Erfassen eines Kurzschlusses einer Ausgangsdiode in einem Wandler - Google Patents
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Abstract
eine Spannungsüberwachungseinheit zum Überwachen von Eingangsgleichspannungen des ersten und des zweiten Wandlers;
gekennzeichnet durch
eine Beurteilungssteuereinheit zum Beurteilen, dass eine Ausgangsdiode des ersten Wandlers kurzgeschlossen ist, wenn eine Eingangsgleichspannung, welche durch die Spannungsüberwachungseinheit überwacht wird, hinsichtlich des ersten Wandlers auf eine Nach-Erhöhungs-Spannung ansteigt, welche durch den zweiten Wandler während eines Erhöhungsbetriebs des zweiten Wandlers erhöht wird.
Description
- Gebiet der Erfindung
- Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Technik, welche in einem Wandler (Spannungswandler) zum Umwandeln einer Eingangsgleichspannung in eine vorbestimmte Ausgangsgleichspannung verwendet wird.
- Hintergrund der Erfindung
- Ein DC-DC-Wandler zum Erhöhen und/oder Erniedrigen einer Gleichspannung (DC-Spannung) ist als Spannungswandler bekannt. Der DC-DC-Wandler wird weithin in elektrischen Einrichtungen einschließlich einer elektrischen Schaltung, wie beispielsweise einem Personalcomputer, einer AV-Einrichtung, einem tragbaren Telefon, einem Leistungssystem und etc. verwendet. Kürzlich gibt es ein Beispiel, in dem der DC-DC-Wandler in einem Leistungssystem für ein Fahrzeug wie beispielsweise ein Brennstoffzellenfahrzeug, Elektrofahrzeug, Hybridfahrzeug etc. verwendet wird.
- Beispielsweise offenbart die
JP 2007-318938 A - Kurzfassung der Erfindung
- Problem, welches durch die Erfindung zu lösen ist
- Der DC-DC-Wandler kann beispielsweise durch die Kombination von einem Schaltelement wie beispielsweise einem Transistor etc., einer Spule (Drossel bzw. Drosselspule), einem Kondensator, einer Diode und etc. konfiguriert sein. Wenn ein Problem in einer Ausgangsdiode, welche seriell mit einer Drosselspule verbunden ist auftritt, und dann ein Kurzschluss auftritt, kann ein elektrischer Strom rückwärts von der Drosselspule zu einer Eingangsseite (Gleichstromleistungsversorgungsseite) fließen. Die Eingabe eines solchen rückwärts gerichteten Stromes in eine Gleichstromleistungsversorgung wie beispielsweise eine Brennstoffzelle kann verursachen, dass die Gleichstromleistungsversorgung rückwärts bzw. verkehrt aufgeladen wird und beschädigt oder in ihrer Leistungsfähigkeit bzw. Leistung verschlechtert wird.
- Demzufolge ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Erfassung eines Kurzschlussfehlers einer Ausgangsdiode zu ermöglichen. Weiterhin ist es auch eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, es zu ermöglichen, dass verhindert wird, dass eine Gleichstromleistungsversorgung beschädigt oder in ihrer Leistungsfähigkeit verschlechtert wird durch ein Verhindern, dass die Gleichstromleistungsversorgung rückwärts bzw. verkehrt aufgeladen wird.
- Neben den obigen Aufgaben kann es auch als eine von anderen Aufgaben der vorliegenden Erfindung aufgelistet werden, einen Betrieb und einen Effekt zu erreichen, welche von jeder Konfiguration abgeleitet sind, welche in den Ausführungsformen zur Ausführung der Erfindung, welche später beschrieben werden veranschaulicht sind, und nicht durch herkömmliche Techniken erreicht werden können.
- Mittel zum Lösen des Problems
- Ein Aspekt der Vorrichtung zum Erfassen eines Kurzschlusses einer Ausgangsdiode in einem Wandler der vorliegenden Erfindung ist eine Vorrichtung zum Erfassen eines Kurzschlusses einer Ausgangsdiode in einem Wandler, welcher in einem Leistungsversorgungssystem verwendet wird, welches einen ersten und zweiten Wandler aufweist, welche in der Lage sind, eine Eingangsgleichspannung von einer Gleichstromleistungsversorgung zu erhöhen, um eine Nach-Erhöhungs-Spannung über eine Ausgangsdiode auszugeben, wobei die Ausgangsenden des ersten und zweiten Konverters parallel zueinander verbunden sind, wobei die Vorrichtung aufweist: eine Spannungsüberwachungseinheit zum Überwachen von Eingangsgleichspannungen des ersten und zweiten Konverters und eine Beurteilungssteuereinheit zum Beurteilen, dass eine Ausgangsdiode des ersten Konverters kurzgeschlossen ist, wenn die Eingangsgleichspannung, welche durch die Spannungsüberwachungseinheit überwacht wird, sich hinsichtlich des ersten Wandlers auf eine Nach-Erhöhungs-Spannung erhöht, welche durch den zweiten Wandler während eines Erhöhungsbetriebs des zweiten Wandlers erhöht wurde.
- Die Beurteilungssteuereinheit hierin kann den Erhöhungsbetrieb des ersten Wandlers oder des ersten Wandlers und des zweiten Wandlers stoppen, wenn beurteilt wird, dass die Ausgangsdiode kurzgeschlossen ist.
- Weiterhin ist ein anderer Aspekt der Vorrichtung zum Erfassen eines Kurzschlusses einer Ausgangsdiode in einem Wandler der vorliegenden Erfindung eine Vorrichtung zum Erfassen eines Kurzschlusses einer Ausgangsdiode in einem Wandler, welcher in einem Leistungsversorgungssystem verwendet wird, welches einen Wandler aufweist, welcher in der Lage ist, eine Eingangsgleichspannung einer Gleichstromleistungsversorgung zu erhöhen, um eine Nach-Erhöhungs-Spannung über eine Ausgangsdiode auszugeben, wobei die Vorrichtung aufweist: eine Spannungsüberwachungseinheit zum Überwachen einer Spannung zwischen beiden Enden der Ausgangsdiode; und eine Beurteilungssteuereinheit zum Beurteilen dass, wenn ein Unterschied in der Spannung zwischen beiden Enden Null wird, die Ausgangsdiode kurzgeschlossen ist.
- Die Beurteilungssteuereinheit hierin kann den Erhöhungsbetrieb des Wandlers stoppen, wenn beurteilt wird, dass die Ausgangsdiode kurzgeschlossen ist.
- Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
- Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, den Kurzschluss (Fehler) einer Ausgangsdiode zu erfassen. Weiterhin ist es möglich, zu verhindern, dass eine Gleichstromleistungsversorgung rückwärts geladen wird, und dadurch zu verhindern, dass die Gleichstromleistungsversorgung beschädigt oder in ihrer Leistungsfähigkeit verschlechtert wird.
- Kurze Beschreibung der Zeichnungen
-
1 ist eine Darstellung, welche schematisch Konfigurationsbeispiele eines Leistungsversorgungssystems und eines Fahrzeugs1 , welches mit dem Leistungsversorgungssystem gemäß einer Ausführungsform ausgestattet ist, veranschaulicht. -
2 ist eine Darstellung, welche ein Beispiel eines FC-Erhöhungs-Wandlers und eines Batterie-Erhöhungs-Wandlers, welche in1 abgebildet sind, veranschaulicht. -
3 ist eine Darstellung, welche ein Beispiel eines Betriebes in einem Fall darstellt, in dem ein Kurzschlussfehler der Ausgangsdiode in der Konfiguration, welche in2 abgebildet ist, auftritt. -
4 ist eine Darstellung, welche eine Abwandlung der Konfiguration, welche in2 dargestellt ist, veranschaulicht. -
5 ist eine Darstellung, welche eine andere Abwandlung der Konfiguration, welche in2 abgebildet ist, veranschaulicht. - Beschreibung von Ausführungsformen
- Hierin werden nachstehend einige Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben werden. Die nachstehend zu beschreibenden Ausführungsformen sind jedoch nur veranschaulichend und haben keine Absicht, die Anwendung von verschiedenen Abwandlungen und Techniken, welche nachstehend nicht spezifiziert werden, auszuschließen. Genauer kann die vorliegende Erfindung durch unterschiedliche Modifikationen (beispielsweise Kombinieren von jeweiligen Ausführungsformen etc.) ausgeführt werden ohne vom Bereich der Erfindung abzuweichen. Zusätzlich ist in der folgenden Beschreibung der Zeichnungen ein gleiches oder ähnliches Bezugszeichen einer gleichen oder ähnlichen Komponente bzw. einem gleichen oder ähnlichen Bauteil gegeben. Die Zeichnungen sind jedoch schematisch und entsprechen nicht notwendigerweise der tatsächlichen Dimension oder dem tatsächlichen Verhältnis etc. Es kann ein Abschnitt eingeschlossen sein, in dem die Beziehung oder das Verhältnis der gegenseitigen Dimensionen sich zwischen den jeweiligen Zeichnungen unterscheidet.
-
1 ist eine Darstellung, welche schematisch Konfigurationsbeispiele eines Leistungsversorgungssystems10 und eines Fahrzeugs1 , welches mit dem Leistungsversorgungssystem10 gemäß einer Ausführungsform ausgestattet ist, veranschaulicht. - Das Leistungsversorgungssystem
10 ist veranschaulichend ein Brennstoffzellensystem, welches eine Brennstoffzelle (FC = fuel cell = Brennstoffzelle)11 aufweist, und das Fahrzeug1 ist ein Brennstoffzellenfahrzeug, welches ein Beispiel für elektrische Einrichtungen ist, welche das Brennstoffzellensystem10 als die Versorgungsquelle für eine elektrische Antriebsleistung haben. Das Fahrzeug1 kann jedoch ein Elektrofahrzeug oder ein Hybridfahrzeug sein. - Das Fahrzeug
1 weist einen Motor16 zum Antreiben eines Antriebsrades2 , eine elektronische Steuer- bzw. Regeleinheit (ECU = Electronic Control Unit = Elektronische Steuer- bzw. Regeleinheit)20 , einen Gaspedalsensor21 zum Erfassen der Öffnung gemäß einem Gaspedal etc. auf. Der Gaspedalsensor21 ist elektrisch mit der elektronischen Steuer- bzw. Regeleinheit20 verbunden, und beispielsweise wird die Drehgeschwindigkeit des Motors16 (des Antriebsrades2 ) durch die ECU20 in Übereinstimmung mit der erfassten Öffnung gemäß dem Gaspedal gesteuert bzw. geregelt. - Neben der Brennstoffzelle (FC)
11 weist das Brennstoffzellensystem10 als ein nichtbeschränkendes Beispiel einen FC-Erhöhungs-Wandler12 , eine Batterie13 , einen Batterie-Erhöhungs-Wandler14 , einen Inverter15 etc. auf. Der FC-Erhöhungs-Wandler12 ist ein Beispiel eines ersten Wandlers, um eine Eingangs-DC-Spannung zu erhöhen, und der Batterie-Erhöhungs-Wandler14 ist ein Beispiel eines zweiten Wandlers, um eine Eingangs-DC-Spannung zu erhöhen. - Die FC
11 ist eine Einrichtung zum Erzeugen elektrischer Leistung durch Verwendung einer elektrochemischen Reaktion. Verschiedene Typen von Brennstoffzellen einschließlich einem Polymer-Elektrolyt-Typ, einem Phosphorsäure-Typ, einem Schmelzcarbonat-Typ, einem Festoxid-Typ, einem Alkali-Elektrolyt-Typ, etc. sind auf die FC11 anwendbar. Die elektrische Leistung, welche durch die FC11 erzeugt wird, wird für die elektrische Antriebsleistung des Motors16 , welcher das Antriebsrad2 des Fahrzeugs1 antreibt, und für das Laden der Batterie13 verwendet. - Die Batterie
13 ist eine Sekundärbatterie, welche in der Lage ist, geladen/entladen zu werden und verschiedene Typen von Sekundärbatterien, einschließlich einer vom Lithium-Ionen-Typ, einer vom Nickel-Wasserstoff-Typ, einer vom Nickel-Cadmium-Typ etc. sind auf die Batterie13 anwendbar. Die Batterie13 kann verschiedenen elektrischen Einrichtungen, welche beim Betrieb des Fahrzeuges1 oder der FC11 verwendet werden, elektrische Leistung zur Verfügung stellen. Die elektrische Einrichtung, welche hierin beschrieben ist weist auf: eine Beleuchtungsausstattung, eine Klimaanlagenausstattung und eine Hydraulikpumpe des Fahrzeuges1 ; und eine Pumpe zum Zurverfügungstellen eines Brennstoffgases oder des reformierten Materials davon und einen Heizer zum Anpassen der Temperatur einer Reformiereinrichtung der FC11 etc. - Wie in
1 veranschaulicht ist, sind die FC11 und die Batterie13 elektrisch parallel mit dem Inverter15 verbunden. Der FC-Erhöhungs-Wandler12 ist in einem elektrischen Weg vorgesehen, welcher sich von der FC11 zu dem Inverter15 erstreckt. Der FC-Erhöhungs-Wandler12 ist ein DC-DC-Wandler zum Erhöhen einer Eingangs-DC-Spannung und ist in der Lage, eine DC-Spannung, welche in der FC11 erzeugt wird, in eine vorbestimmte DC-Spannung innerhalb eines umwandelbaren Bereiches davon umzuwandeln (beispielsweise zu erhöhen), um eine solche DC-Spannung an den Inverter15 anzulegen. Solch ein Erhöhungsbetrieb erlaubt es, eine elektrische Antriebsleistung, welche zum Antreiben des Motors16 benötigt wird, sicherzustellen, auch wenn die Ausgabeleistung der FC11 gering ist. - Indessen ist der Batterie-Erhöhungs-Wandler
14 mit einem elektrischen Weg, welcher sich von der Batterie13 zu dem Inverter15 erstreckt, hinsichtlich des elektrischen Weges zwischen dem FC-Erhöhungs-Wandler12 und dem Inverter15 parallel verbunden. Der Wandler14 ist auch ein DC-DC-Wandler und ist in der Lage, eine DC-Spannung, welche von der Batterie13 oder dem Inverter15 angewandt bzw. angelegt wird, in eine vorbestimmte DC-Spannung innerhalb eines umwandelbaren Bereiches davon umzuwandeln. - Ein Erhöhungs- und Erniedrigungswandler (step-up-and-down converter), welcher in der Lage ist, eine Spannung sowohl zu erhöhen als auch zu erniedrigen, kann auf den Wandler
14 angewandt werden. Es ist demnach möglich, beispielsweise eine Eingangs-DC-Spannung von der Batterie13 zu steuern (erhöhen), um solch eine Eingangs-DC-Spannung an den Inverter15 auszugeben, und eine Eingangs-DC-Spannung von der FC11 oder dem Motor16 zu steuern (erniedrigen), um solch eine Eingangs-DC-Spannung an die Batterie13 auszugeben, wodurch es der Batterie13 ermöglicht wird, geladen/entladen zu werden. - Weiterhin wird die Ausgangsspannung des Wandlers
14 gesteuert und dadurch ist es möglich, die Anschlussspannung des Inverters15 zu steuern. Die Steuerung steuert eine relative Ausgangsspannungsdifferenz zwischen jeweiligen Leistungsversorgungen (der FC11 und der Batterie13 ), welche mit dem Inverter15 parallel verbunden sind und macht es dadurch möglich, die elektrischen Leistungen von beiden Leistungsversorgungen getrennt angemessen zu verwenden. - Der Inverter
15 empfängt die Eingabe einer DC-Spannung von der FC11 durch den Wandler12 und von der Batterie13 durch den Wandler14 , wandelt dann solch eine Eingangs-DC-Spannung in eine Wechselspannung (AC-Spannung) um und stellt demnach solch eine Wechselspannung als eine Antriebsspannung für den Motor16 zur Verfügung. Indessen steuert die ECU20 den Betrieb (das Schalten) des Inverters15 derart, dass eine AC-Spannung gemäß einer erforderten Leistung dem Motor16 zur Verfügung gestellt wird. - Die ECU
20 steuert bzw. regelt im Allgemeinen zusätzlich zu den oben beschriebenen Steuerungen bzw. Regelungen den Betrieb (Antrieb) des Fahrzeugs1 und des Brennstoffzellensystems10 . Die ECU20 kann veranschaulicht realisiert werden als Mikrocomputer ausgestattet mit einer CPU, welche ein Beispiel einer arithmetischen Verarbeitungseinheit ist, einem RAM und einem ROM, welche Beispiele von Speichereinrichtungen sind, etc. Die ECU20 ist elektrisch mit dem Motor16 , jeder Komponente bzw. jedem Bestandteil des Kraftstoffzellensystems10 und verschiedenen Sensoren verbunden und dadurch führt sie angemessen den Empfang verschiedener Sensorwerte, eine arithmetische Verarbeitung, ein Übertragen von Instruktionen bzw. Befehlen (Steuer- bzw. Regelsignalen) etc. durch. Die Sensoren können neben dem Gaspedalsensor21 einen SOC-Sensor zum Erfassen des Ladungszustandes (SOC = State of Charge = Ladungszustand) der Batterie13 , einen Fahrzeuggeschwindigkeitssensor zum Erfassen einer Fahrzeuggeschwindigkeit (der Anzahl von Umdrehungen des Motors16 ), einen Spannungssensor und einen Stromsensor, welcher für den Erhöhungs-Wandler12 (14 ) vorgesehen ist, dessen Spannungssensor und Stromsensor später beschrieben werden, etc. einschließen. - (Erhöhungs-Wandler
12 und14 ) - Als nächstes ist ein Beispiel eines elektrischen Schaltungsdiagramms der Erhöhungs-Wandler
12 und14 in2 dargestellt. Wie in2 dargestellt ist, weist der Erhöhungs-Wandler12 veranschaulichend auf: eine Drossel bzw. Drosselspule (Spule) L1, eine (Ausgangs-)Diode D11, Kondensatoren C11 und C12; und eine Schaltschaltung SW1, welche ein Schaltelement S1 und eine (antiparallele) Diode D12 hat. Der Erhöhungs-Wandler14 weist veranschaulichend auch auf: eine Drossel bzw. Drosselspule (Spule) L2; eine (Ausgangs-)Diode D21, Kondensatoren C21 und C22; und eine Schaltschaltung SW2, welche ein Schaltelement S2 und eine (antiparallele) Diode D22 hat. - Es sei festgehalten, dass in
2 VL1 die Eingangsspannung (Vor-Erhöhungs-Spannung) des FC-Erhöhungs-Wandlers12 repräsentiert, und dass VH1 (≥ VL1) die Ausgangsspannung (Nach-Erhöhungs-Spannung) des vorstehend erwähnten Wandlers12 repräsentiert. Weiterhin repräsentiert VL2 die Eingangsspannung (Vor-Erhöhungs-Spannung) des Batterie-Erhöhungs-Wandlers14 und VH2 (≥ VL2) repräsentiert die Ausgangsspannung (Nach-Erhöhungs-Spannung) des Batterie-Erhöhungs-Wandlers14 . VL1 und VL2 können die gleiche Spannung oder verschiedene Spannungen sein. Dasselbe gilt für VH1 und VH2. - Als ein nichtbeschränkendes Beispiel ist ein isolierter Gate-Bipolar-Transistor (IGBT) auf das Schaltelement S1 (S2) des Erhöhungs-Wandlers
12 (14 ) anwendbar. - In dem Erhöhungs-Wandler
12 (14 ) ist die Drosselspule L1 (L2) an ihrem einen Ende mit der Seite hohen Potentials der FC11 (der Batterie13 ), welche eine Gleichstromleistungsversorgung ist, in Serie verbunden, und an ihrem anderen Ende in Serie mit der Anode der Ausgangsdiode D11 (D21) in Serie verbunden. - Das eine Ende des Eingangskondensators C11 (C21) ist zwischen der Drosselspule L1 (L2) und der FC
11 (der Batterie13 ) verbunden, das andere Ende des Eingangskondensators C11 (C21) ist mit der Seite niedrigen Potentials (beispielsweise Masse) der FC11 (der Batterie13 ) verbunden, und die Ausgangsspannung VL1 (VL2) der FC11 (der Batterie13 ) ist an beide Enden als eine Eingangsspannung angelegt. Der Kondensator C11 (C21) glättet den Ausgangsstrom der FC11 (der Batterie13 ), um als ein Eingangsglättungskondensator zum Verringern von Welligkeit zu dienen. - Der Kollektor des Schaltelements S1 (S2) ist zwischen der Drosselspule L1 (L2) und der Ausgangsdiode D11 (D21) verbunden, und der Emitter des Schaltelements S1 (S2) ist mit der Seite niedrigen Potentials der FC
11 (der Batterie13 ) verbunden. Weiterhin ist die Kathode der antiparallelen Diode D12 (D22) mit dem Kollektor des Schaltelements S1 (S2) verbunden und die Anode der Diode D12 (D22) ist mit dem Emitter des Schaltelements S1 (S2) verbunden. - Das eine Ende des Ausgangskondensators C12 (C22) ist mit der Kathode der Ausgangsdiode D11 (D21) verbunden, und das andere Ende des Ausgangskondensators C12 (C22) ist mit der Seite niedrigen Potentials der FC
11 (der Batterie13 ) verbunden. Der Ausgangskondensator C12 (C22) glättet den Ausgangsstrom, welcher von der Ausgangsdiode D11 (D21) durch den Inverter15 dem Motor16 zur Verfügung gestellt wird, um als ein Ausgangsglättungskondensator zu dienen, welcher eine Welligkeit verringert. Eine Spannung zwischen beiden Enden VH1 (VH2) des Ausgangskondensators C12 (C22) entspricht einer Nach-Erhöhungs-Spannung. - Das Schaltelement S1 (S2) ist derart, dass seine Gate-Spannung periodisch AN/AUS-gesteuert wird, beispielsweise von der ECU
20 . Als ein nichtbeschränkendes Beispiel ist die Schaltperiode (Trägerfrequenz) ungefähr 100 ms (100 kHz). - Während der Periode bzw. Zeitdauer, in welcher das Schaltelement S1 (S2) an ist, kehrt der Ausgangsstrom der FC
11 (der Batterie13 ) durch die Drosselspule L1 und das Schaltelement S1 (S2) zu der Seite niedrigen Potentials der FC11 (der Batterie13 ) zurück, und demnach wird elektrische Energie in der Drosselspule bzw. Spule L1 (L2) gespeichert. Andererseits wird während der Zeitdauer, in welcher das Schaltelement S1 (S2) aus ist, die elektrische Energie, welche in der Drosselspule bzw. Spule L1 (L2) bis zu der Zeit gespeichert wurde, der Ausgangsspannung der FC11 (der Batterie13 ) überlagert und dann durch die Ausgangsdiode D11 (D21) ausgegeben. - Auf eine solche Art und Weise kann der Erhöhungs-Wandler
12 (14 ) die Eingangs-DC-Spannung VL1 (VL2) von der FC11 (der Batterie13 ) auf die Ausgangs-DC-Spannung VH1 (VH2) erhöhen und dann die Nach-Erhöhungs-Spannung VH1 (VH2) durch die Ausgangsdiode D11 (D21) ausgeben. - (Erfassung eines Kurzschlussfehlers in der Ausgangsdiode D11 (D12))
- Angenommen ist ein Fall, in dem in einem Zwei-Wandler-System, in welchem zwei Erhöhungs-Wandler
12 und14 mit dem Inverter15 (dem Motor16 ) parallel wie obenstehend beschrieben wie in3 dargestellt, verbunden sind, während des Betriebs (während des Erhöhungsbetriebs) eines Erhöhungs-Wandlers14 die Ausgangsdiode D11 des anderen Wandlers12 kurzgeschlossen ist und dann aufgrund irgendeiner Schwierigkeit fehlerhaft ist. Es sei bemerkt, dass es keine Rolle spielt, ob der andere Wandler betrieben wird oder nicht betrieben wird (Standby). Weiterhin wird für beschreibende Zwecke angenommen, dass: VL1 = VL2 = VL; und VH1 = VH2 = VH. - In einem solchen Fall sind beide Enden der Ausgangsdiode D11 in dem Erhöhungs-Wandler
12 kurzgeschlossen gewesen, demzufolge wird eine Spannung VH, welche durch den Erhöhungs-Wandler14 im normalen Betrieb erhöht wird, an den Eingangskondensator C11 angelegt. Demnach steigt eine Spannung zwischen beiden Enden des Eingangskondensators C11 auf VH an und wird dann höher als die Ausgangsspannung VL der FC11 . Als ein Ergebnis wird ein elektrischer Strom, welcher nach hinten zu der Seite der FC11 fließt (Umkehrstrom), erzeugt. Wenn die FC11 durch einen solchen Umkehrstrom umgekehrt bzw. verkehrt geladen wird, kann die FC11 beschädigt oder in ihrer Leistungsfähigkeit verschlechtert werden. Es sei bemerkt, dass dasselbe für den Fall wahr ist, in dem die Ausgangsdiode D21 des Erhöhungs-Wandlers14 einen Kurzschlussfehler hat. - Demzufolge werden in der vorliegenden Ausführungsform Spannungen zwischen beiden Enden der Kondensatoren C11 und C21, welche die Eingangsspannungen (VL) der Erhöhungs-Wandler
12 und14 sind, jeweils durch die Spannungssensoren120 erfasst (überwacht). Der Spannungssensor120 ist ein Beispiel einer Spannungsüberwachungseinheit zum Überwachen der Eingangs-DC-Spannungen des Erhöhungs-Wandlers12 /14 . Die Spannungssensoren120 sind elektrisch beispielsweise mit der ECU20 verbunden und können jeweilige Spannungssensorwerte für die ECU20 bereitstellen. - Die ECU
20 beurteilt periodisch, ob ein Spannungssensorwert von einem der Spannungssensoren120 einen vorbestimmten Grenzwert (beispielsweise maximal zulässiger Spannungswert für VL) überschreitet oder nicht, und wenn er überschritten wird, beurteilt die ECU20 , dass die Ausgangsdiode D11 oder D21 in dem Erhöhungs-Wandler12 oder14 , welcher dem Spannungssensor120 entspricht, von welchem solch ein Spannungssensorwert erhalten wird, kurzgeschlossen ist. Der Grenzwert kann beispielsweise in einem Speicher in der ECU20 gespeichert werden. - In anderen Worten gesagt dient die ECU
20 als ein Beispiel einer Beurteilungssteuereinheit zum Beurteilen dass, wenn während des Erhöhungsbetriebs eines Erhöhungs-Wandlers14 eine Eingangs-DC-Spannung (die Ausgangs-DC-Spannung der FC11 ), welche durch den Spannungssensor120 mit Hinsicht auf den anderen Erhöhungs-Wandler12 erfasst wird, auf eine Nach-Erhöhungs-Spannung VH zunimmt, welche durch den Erhöhungs-Wandler14 erhöht wurde, die Ausgangsdiode D11 des anderen Erhöhungs-Wandlers12 kurzgeschlossen ist. - In einer solchen Situation wird, wie in
3 dargestellt ist, wenn das Schaltelement S1 in dem Zustand angeschaltet ist, in dem die Ausgangsdiode D11 in dem Erhöhungs-Wandler12 , in welchem ein Kurzschlussfehler aufgetreten ist, kurzgeschlossen ist, ein elektrischer Weg, auf welchen die Nach-Erhöhungs-Spannung VH, welche durch den Erhöhungs-Wandler14 erhöht wurde, angewendet wird, kurzgeschlossen werden. Demnach würde möglicherweise ein Überstrom, welcher einen Nennstrom überschreitet, in solch ein Schaltelement S1 fließen. - Demzufolge steuert, wenn die ECU
20 beurteilt, dass die Ausgangsdiode D11 einen Kurzschlussfehler hat, sie derart, dass das Schaltelement S1 des Erhöhungs-Wandlers12 , in welchem ein Kurzschlussfehler aufgetreten ist, ausgeschaltet wird, um den Antrieb bzw. Betrieb (Erhöhungsbetrieb) solch eines Erhöhungs-Wandlers12 zu stoppen. Demnach ist es möglich, zu verhindern, dass ein Schaden oder dergleichen aufgrund eines Überstroms, welcher in das Schaltelement S1 fließt, auftritt. - Es sei bemerkt, dass, auch wenn das Schaltelement S1 des Erhöhungs-Wandlers
12 , in welchem ein Kurzschlussfehler aufgetreten ist, in einem AUS-Zustand ist, die Eingangsspannung VL solch eines Erhöhungs-Wandlers12 in Antwort auf den Erhöhungsbetrieb des Erhöhungs-Wandlers14 , in welchem ein Kurzschlussfehler nicht aufgetreten ist, zunimmt. Demzufolge kann in beiden Fällen, in denen der Erhöhungs-Wandler12 , in welchem ein Kurzschlussfehler aufgetreten ist, ursprünglich nicht betrieben wird (auf Standby), und in denen eine Überstromschutzfunktion während des Betriebs solch eines Erhöhungs-Wandlers12 wirkt, so dass das Schaltelement S1 abgeschaltet wird, die ECU20 den abnormalen Kurzschluss der Ausgangsdiode D11 basierend auf einem Spannungssensorwert beurteilen und erfassen, welcher durch die Spannungssensoren120 erhalten wird, solange der andere Erhöhungs-Wandler14 normal betrieben wird. - Wenn der Kurzschlussfehler der Ausgangsdiode D11 erfasst ist, kann die ECU
20 zusätzlich derart steuern, dass das Schaltelement S2 des normal betriebenen Erhöhungs-Wandlers14 auch ausgeschaltet wird. Der Erhöhungsbetrieb des gesamten Leistungsversorgungssystems10 ist demnach gestoppt und demzufolge kann eine Situation, in der das Leistungsversorgungssystem10 aufgrund des Kurzschlussfehlers eines Teils der Ausgangsdiode D11 in einen systemweiten Fehler fällt, vermieden werden (d. h. ein ausfallsicheres System kann erreicht werden). - Es sei bemerkt, dass es einen Fall geben kann, in dem ein Strom, welcher rückwärts zu der FC
11 oder der Seite der Batterie13 fließt, durch eine gegenelektromotorische Kraft erzeugt wird, welche in dem Motor16 auftritt. Demzufolge kann, wenn beispielsweise die Anzahl von Umdrehungen des Motor16 größer als oder gleich einem bestimmten Wert ist, und wenn es eine Möglichkeit gibt, dass ein bestimmtes Niveau an gegenelektromotorischer Kraft auftritt, die ECU20 eine feldschwächende Steuerung hinsichtlich des Motors16 durchführen, so dass ein regenerativer bzw. positiv rückgekoppelter Strom, welcher durch eine solche gegenelektromotorische Kraft erzeugt wird, unterdrückt wird. Demnach kann, auch wenn ein Kurzschlussfehler in dem Erhöhungs-Wandler12 oder14 auftritt, das Leistungsversorgungssystem10 vor einem positiv rückgekoppelten Strom, welcher durch die gegenelektromotorische Kraft des Motors16 verursacht wird, geschützt werden. - Es sei bemerkt, dass auch in einem Fall, in dem, im Gegensatz zu dem obigen Beispiel, die Ausgangsdiode D21 des Erhöhungs-Kondensators
14 einen Kurzschlussfehler hat, solch ein Kurzschlussfehler durch die ECU20 in derselben Art und Weise wie obenstehend erfasst werden kann. - (Abwandlung 1)
- Wie in
4 dargestellt bzw. abgebildet ist, kann in dem Erhöhungs-Wandler12 (14 ) ein Stromsensor121 zusätzlich zwischen der Gleichstromleistungsversorgung11 (13 ) und dem Eingangskondensator C11 (C21) oder alternativ zwischen dem Verbindungspunkt des Eingangskondensators C11 (C21) und dem Eingangskondensator C11 (C21) vorgesehen sein als ein Beispiel einer Stromerfassungseinheit zum Erfassen der Strommenge an solchen Orten vorgesehen sein. Es kann einen Fall geben, in dem der Stromsensor121 ursprünglich zum Zweck des Steuerns bzw. Regelns der Durchschnittsmenge von Strom vorgesehen ist, welcher zu der Zeit des Erhöhungsbetriebes von der Gleichstromleistungsversorgung11 (13 ) zu der Drosselspule L1 (L2) fließt. - Veranschaulichend ist ein Sensor vom Magnetproportions-Typ auf den Stromsensor bzw. als Stromsensor
121 anwendbar. Ein Sensor vom Magnetproportions-Typ misst indirekt die Größe eines elektrischen Stromes durch ein Messen eines Magnetfeldes zu einer Zeit, wenn der zu messende Strom durch einen Leiter fließt. Beispielsweise wird ein Magnetfeld gemäß einem Strom in ein Spannungssignal durch ein Hall-Element umgewandelt, solche eine Ausgangsspannung wird durch eine Verstärkerschaltung verstärkt und dann wird die Ausgangsspannung gemäß dem Strom als ein Sensorwert ausgegeben. - Veranschaulichend ist der Stromsensor
121 elektrisch mit der ECU20 verbunden und ist in der Lage, den erfassten Stromwert (Stromsensorwert) für die ECU20 bereitzustellen. In solch einem Fall kann die ECU20 zusätzlich zu einem Spannungssensorwert von dem Spannungssensor120 einen Stromsensorwert von dem Stromsensor121 für die Kurzschlussabnormalitätsbeurteilung an der Ausgangsdiode D11 (D21) verwenden. - Wenn beispielsweise sowohl der Spannungssensorwert als auch der Stromsensorwert eine vorbestimmte Beurteilungsbedingung erfüllen (veranschaulichend, wenn jeder Sensorwert jeden entsprechenden Grenzwert überschreitet), kann die ECU
20 beurteilen, dass die Ausgangsdiode D11 oder D21 des entsprechenden Erhöhungs-Wandlers12 oder14 einen Kurzschlussfehler hat. Demnach kann die Genauigkeit einer Kurzschlussfehlerbeurteilung verbessert werden. - (Abwandlung 2)
- Die Kurzschlussfehlerbeurteilung der Ausgangsdiode D11 (oder D21), welche obenstehend beschrieben ist, kann durch ein Überwachen einer Spannung zwischen beiden Enden der Ausgangsdiode D11 (oder D21) durchgeführt werden. Wie in
5 dargestellt ist, ist beispielsweise ein Vergleicher bzw. Komparator122 an beiden Enden der Ausgangsdiode D11 vorgesehen. Der Komparator122 ist ein Beispiel einer Spannungsüberwachungseinheit zum Überwachen einer Spannung zwischen beiden Enden der Ausgangsdiode D11 und, beispielsweise ist der Komparator122 elektrisch mit der ECU20 verbunden und ist dadurch in der Lage, für die ECU20 ein Vergleichsergebnis in dem Komparator122 bereitzustellen. Es sei bemerkt, dass jedoch, in5 nicht gezeigt, ein Komparator122 auch an der Ausgangsdiode D21 des Erhöhungs-Wandlers14 vorgesehen sein kann. - Die ECU
20 ist ein anderes Beispiel der Beurteilungssteuereinheit und ist in der Lage zu beurteilen, dass die Ausgangsdiode D11 (oder D21) einen Kurzschlussfehler hat, wenn ein Vergleichsergebnis in dem Komparator122 , nämlich die Differenz in der Spannung zwischen beiden Enden der Ausgangsdiode D11 (oder D21) Null wird. - In diesem Beispiel ist es, auch wenn eine Mehrzahl von Erhöhungs-Wandlern
12 und14 nicht, wie in der oben beschriebenen Ausführungsform, parallel verbunden sind, möglich, solange der Erhöhungs-Wandler12 oder14 , welcher mit dem Komparator122 versehen ist, in einem Erhöhungsbetrieb ist, zu beurteilen, dass ein Kurzschlussfehler aufgetreten ist daraus, dass die Differenz in der Spannung zwischen beiden Enden der Ausgangsdiode D11 (oder D21) Null wird. Im Gegensatz hierzu kann, wenn die Erhöhungs-Wandler12 und14 wie in der oben beschriebenen Ausführungsform parallel verbunden sind, eine Kurzschlussfehlerbeurteilung geführt werden, solange irgendeiner der Erhöhungs-Wandler12 und14 in einem Erhöhungsbetrieb ist. - Es sei beemerkt, dass der Spannungssensor
120 und/oder Stromsensor121 , welche obenstehend beschrieben sind, zusätzlich hinsichtlich jedes der Erhöhungs-Wandler12 und14 vorgesehen sein kann. In einem solchen Fall beurteilt und erfasst die ECU20 den Kurzschlussfehler der Ausgangsdiode D11 oder D21 basierend auf einem Vergleichsergebnis in dem Komparator122 und der Kombination eines Spannungssensorwerts und/oder eines Stromsensorwerts, und demnach kann eine Verbesserung der Bewertungs-/Erfassungsgenauigkeit erreicht werden. - (Andere)
- Die oben beschriebenen Ausführungsformen können auf andere Arten von Wandlern wie beispielsweise resonante DC-DC-Wandler etc. angewandt werden. Weiterhin können die oben beschriebenen Ausführungsformen nicht nur auf einen im Fahrzeug montierten DC-DC-Wandler, sondern auch auf einen DC-DC-Wandler, welcher in einer elektrischen Einrichtung, beispielsweise einem Personalcomputer, einer audiovisualen Einrichtung, einem mobilen Terminal montiert ist, angewandt werden.
- Bezugszeichenliste
-
- 1
- Fahrzeug
- 2
- Antriebsrad
- 10
- Leistungsversorgungssystem (Brennstoffzellensystem)
- 11
- Brennstoffzelle (FC)
- 12
- FC-Erhöhungs-Wandler
- 13
- Batterie
- 14
- Batterie-Erhöhungs-Wandler
- 15
- Inverter
- 16
- Motor
- 20
- Elektronische Steuereinheit (ECU) (Beurteilungssteuereinheit)
- 21
- Gaspedalsensor
- 120
- Spannungssensor (Spannungsüberwachungseinheit)
- 121
- Stromsensor
- 122
- Komparator (Spannungsüberwachungseinheit)
- C11, C12, C21, C22
- Kondensator
- D11, D12, D21, D22
- Diode
- L1, L2
- Reaktor bzw. Spule bzw. Drosselspule (Spule)
- S1, S2
- Schaltelement
- SW1, SW2
- Schaltschaltung
Claims (2)
- Vorrichtung zum Erfassen eines Kurzschlusses einer Ausgangsdiode in einem Wandler, der in einem Leistungsversorgungssystem verwendet wird, welches einen ersten und einen zweiten Wandler aufweist, welche in der Lage sind, eine Eingangsgleichspannung von einer Gleichstromleistungsversorgung zu erhöhen, um eine Nach-Erhöhungs-Spannung über eine Ausgangsdiode auszugeben, wobei die Ausgangsenden des ersten und des zweiten Wandlers parallel zueinander verbunden sind, wobei die Vorrichtung aufweist: eine Spannungsüberwachungseinheit zum Überwachen von Eingangsgleichspannungen des ersten und des zweiten Wandlers; gekennzeichnet durch eine Beurteilungssteuereinheit zum Beurteilen, dass eine Ausgangsdiode des ersten Wandlers kurzgeschlossen ist, wenn eine Eingangsgleichspannung, welche durch die Spannungsüberwachungseinheit überwacht wird, hinsichtlich des ersten Wandlers auf eine Nach-Erhöhungs-Spannung ansteigt, welche durch den zweiten Wandler während eines Erhöhungsbetriebs des zweiten Wandlers erhöht wird.
- Vorrichtung zum Erfassen eines Kurzschlusses einer Ausgangsdiode in einem Wandler nach Anspruch 1, wobei, wenn beurteilt wird, dass die Ausgangsdiode kurzgeschlossen ist, die Beurteilungssteuereinheit den Erhöhungsbetrieb des ersten Wandlers oder des ersten und zweiten Wandlers stoppt.
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