转换器的输出二极管短路检测装置.pdf

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摘要
申请专利号:

CN200980159944.0

申请日:

2009.06.18

公开号:

CN102804574A

公开日:

2012.11.28

当前法律状态:

授权

有效性:

有权

法律详情:

授权|||实质审查的生效IPC(主分类):H02M 3/155申请日:20090618|||公开

IPC分类号:

H02M3/155

主分类号:

H02M3/155

申请人:

丰田自动车株式会社

发明人:

南井俊彦; 长谷川贵彦

地址:

日本爱知县丰田市

优先权:

专利代理机构:

中原信达知识产权代理有限责任公司 11219

代理人:

苏卉;车文

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内容摘要

一种转换器的输出二极管短路检测装置,其具备:电压监视部(120),监视输出端之间并联连接的第1及第2转换器(12、14)的输入直流电压;以及判断控制部(20),在第2转换器(14)的升压动作过程中对于第1转换器(12)由电压监视部(120)所监视到的输入直流电压上升为由第2转换器(14)进行升压后的升压后电压(VH)时,判断为第1转换器(12)的输出二极管(D11)发生了短路。

权利要求书

1.一种转换器的输出二极管短路检测装置,其用于电源系统,该电源系统具备能够对来自直流电源的输入直流电压进行升压并将升压后的电压经由输出二极管输出的第1及第2转换器,上述第1及第2转换器的输出端之间并联连接,其中,上述转换器的输出二极管短路检测装置具备:电压监视部,监视上述第1及第2转换器的输入直流电压;以及判断控制部,在上述第2转换器的升压动作过程中对于上述第1转换器由上述电压监视部所监视到的输入直流电压上升为由上述第2转换器进行升压后的升压后电压时,判断为上述第1转换器的输出二极管发生了短路。2.根据权利要求1所述的转换器的输出二极管短路检测装置,其中,上述判断控制部在判断为上述输出二极管发生了短路时停止上述第1转换器、或上述第1及第2转换器的升压动作。3.一种转换器的输出二极管短路检测装置,其用于电源系统,该电源系统具备能够对来自直流电源的输入直流电压进行升压并将升压后的电压经由输出二极管输出的转换器,其中,上述转换器的输出二极管短路检测装置具备:电压监视部,监视上述输出二极管的两端电压;以及判断控制部,在上述转换器的升压动作过程中,当上述两端电压的差值变为零时,判断为上述输出二极管发生了短路。4.根据权利要求3所述的转换器的输出二极管短路检测装置,其中,上述判断控制部在判断为上述输出二极管发生了短路时停止上述转换器的升压动作。

说明书

转换器的输出二极管短路检测装置

技术领域

本发明涉及一种将输入直流电压转换为规定的输出直流电压的转
换器(电压转换器)所使用的技术。

背景技术

作为电压转换器,对直流(DC)电压进行升压及/或降压的DC-DC
转换器已被公知。DC-DC转换器广泛应用于个人计算机、AV设备、
移动电话、电源系统等包括电气电路的电气设备。近年来,也具有在
燃料电池汽车、电动汽车、混合动力汽车等车辆的电源系统中使用
DC-DC转换器的例子。

专利文献1:日本特开2007-318938号公报

发明内容

DC-DC转换器例如可组合晶体管等转换元件、线圈(电抗器)、
电容器及二极管等而成。其中,例如在与电抗器串联的输出二极管中
产生异常而发生短路时,电流可能会从电抗器向输入侧(直流电源侧)
逆流。这种逆流电流输入到燃料电池等的直流电源时,会被以直流电
流进行逆充电,可能引起破损、性能退化。

因此,本发明的目的之一是,可检测出输出二极管的短路故障。
并且,本发明的目的之一还在于,防止直流电源的逆充电,防止直流
电源的破损、性能退化。

此外,不限于上述目的,可实现作为下述用于实施发明的方式中
所示的各构成所产生的作用效果的、现有技术无法获得的作用效果,
也可是本发明的其他目的之一。

本发明的转换器的输出二极管短路检测装置的一个方式中,其用
于电源系统,该电源系统具备能够对来自直流电源的输入直流电压进
行升压并将升压后的电压经由输出二极管输出的第1及第2转换器,
上述第1及第2转换器的输出端之间并联连接,其具有:电压监视部,
监视上述第1及第2转换器的输入直流电压;以及判断控制部,在上
述第2转换器的升压动作过程中对于上述第1转换器由上述电压监视
部所监视到的输入直流电压上升为由上述第2转换器进行升压后的升
压后电压时,判断为上述第1转换器的输出二极管发生了短路。

其中,上述判断控制部在判断为上述输出二极管发生了短路时可
停止上述第1转换器、或上述第1及第2转换器的升压动作。

并且,本发明的转换器的输出二极管短路检测装置的其他方式中,
用于电源系统,该电源系统具备能够对来自直流电源的输入直流电压
进行升压并将升压后的电压经由输出二极管输出的转换器,其具有:
电压监视部,监视上述输出二极管的两端电压;以及判断控制部,在
上述转换器的升压动作过程中,当上述两端电压的差值变为零时,判
断为上述输出二极管发生了短路。

其中,上述判断控制部在判断为上述输出二极管发生了短路时,
可停止上述转换器的升压动作。

根据本发明,可检测出输出二极管的短路(故障)。并且,可防
止直流电流的逆充电,防止直流电源的破损、性能退化。

附图说明

图1是表示一个实施方式涉及的电源系统及搭载了该电源系统的
车辆1的构成例的示意图。

图2是表示图1示例的FC升压转换器及蓄电池升压转换器的一例
的图。

图3是说明在图2示例的构成中产生输出二极管的短路故障时的
动作例的图。

图4是表示图2示例的构成的变形例的图。

图5是表示图2示例的构成的其他变形例的图。

具体实施方式

以下参照附图说明本发明的实施方式。但以下说明的实施方式仅
是示例,并不排除以下未明示的各种变形、技术的适用。即,本发明
在不脱离其主旨的范围可进行各种变形(组合各实施例等)并实施。
并且,在以下附图中,对相同或类似的部分附加相同或类似的标记来
表示。附图是示意性的,不一定与实际尺寸、比率等一致。附图相互
之间也包括彼此大小关系、比率不同的部分。

图1是表示一个实施方式涉及的电源系统10及搭载了该电源系统
10的车辆1的构成例的示意图。

电源系统10例如是具有燃料电池(FC)11的燃料电池系统,车
辆1是作为以燃料电池系统10为驱动电力的供给源的电气设备的一例
的燃料电池汽车。但车辆1也可是电动汽车、混合动力汽车。

车辆1具有:对驱动轮2进行驱动的电机16、电子控制单元(ECU)
20、检测加速踏板的开度的加速踏板传感器21等。加速踏板传感器21
电连接到电子控制单元20,例如,由ECU20对应检测出的加速踏板的
开度来控制电机16(驱动轮)2的旋转速度。

燃料电池系统10除了上述燃料电池(FC)11之外,作为非限定
性的一例,具有FC升压转换器12、蓄电池13、蓄电池升压转换器14、
逆变器15等。FC升压转换器12是对输入DC电压进行升压的第1转
换器的一例,蓄电池升压转换器14是对输入DC电压进行升压的第2
转换器的一例。

FC 11是利用电气化学反应进行发电的装置。FC 11可采用固体高
分子型、磷酸型、熔融碳酸盐型、固体氧化物型、碱性电解质型等各
种类型的燃料电池。FC 11发出的电力用于驱动车辆1的驱动轮2的电
机16的驱动电力、蓄电池13的充电。

蓄电池13是可充电放电的二次电池,可采用锂离子、镍氢、镍镉
等各种类型的二次电池。蓄电池13可向车辆1、FC 11运行时使用的各
种电气设备提供电力。这里所说的电气设备例如包括车辆1的照明设
备、空调设备、液压泵、提供FC11的燃料气体或改性原料的泵、调整
改性器的温度的加热器等。

如图1所示,这些FC 11及蓄电池13与逆变器15电连接且并联连
接。在从FC 11到逆变器15的电气路径上,设有FC升压转换器12。
FC升压转换器12是对输入DC电压进行升压的DC-DC转换器,在可
转换的范围内将FC 11所产生的DC电压转换为规定的DC电压(例如
升压),可施加到逆变器15。通过该升压动作,即使FC 11的输出电
力较低,也可确保驱动电机16所需的驱动电力。

另一方面,在蓄电池13到逆变器15的电气路径中,蓄电池升压
转换器14并联到FC升压转换器12和逆变器15之间的电气路径。该
转换器14也是DC-DC转换器,在可转换的范围内可将蓄电池13或逆
变器15施加的DC电压转换为规定的DC电压。

转换器14可采用能进行升压及降压的升降压型的转换器,例如控
制(升高)来自蓄电池13的输入DC电压并输出到逆变器15一侧,并
可控制(降低)来自FC 11或电机16的输入DC电压并输出到蓄电池
13。这样一来,可进行蓄电池13的充电放电。

并且,转换器14通过控制输出电压,可控制逆变器15的端子电
压。该控制可控制与逆变器15并联连接的各电源(FC 11及蓄电池13)
的相对输出电压差,适当分开使用两者的电力。

逆变器15从FC 11经由转换器12、并从蓄电池13经由转换器14,
接受DC电压的输入,将该输入DC电压转换为交流(AC),将其作
为电机16的驱动电压提供。此时,ECU20控制逆变器15的动作(转
换),以向电机16提供与要求动力对应的AC电压。

ECU20除了上述控制外,还统一控制车辆1及燃料电池系统10
的动作(运行)。ECU20例如可作为微机实现,该微机具有作为运算
处理装置的一例的CPU、作为存储装置的一例的RAM、ROM等。ECU20
电连接到电机16、燃料电池系统10的各要素、各种传感器组,适当实
施各种传感器值的接收、计算处理、指令(控制信号)的发送等。传
感器组除了加速踏板传感器21外,例如还可包括:检测蓄电池13的
充电状态(SOC:State of Change)的SOC传感器、检测车速(电机
16的转速)的车速传感器、对升压转换器12(14)设置的下述电压传
感器、电流传感器等。

(升压转换器12及14)

图2表示升压转换器12及14的电气电路图的一例。如图2所示,
升压转换器12例如具有:电抗器(线圈)L1;(输出)二极管D11;
电容C11及C12;开关电路SW1,其具有转换元件S1及(逆并联)二
极管D12。升压转换器14例如具有:电抗器(线圈)L2;(输出)二
极管D21;电容C21及C22;开关电路SW2,其具有转换元件S2及(逆
并联)二极管D22。

此外,在图2中,VL1表示FC升压转换器12的输入电压(升压
前电压),VH1(≥VL1)表示该转换器12的输出电压(升压后电压)。
并且,VL2表示蓄电池升压转换器14的输入电压(升压前电压),VH2
(≥VL2)表示蓄电池升压转换器14的输出电压(升压后电压)。VL1
和VL2可以是相同的电压,也可是不同的电压。VH1和VH2也同样。

升压转换器12(14)的转换元件S1(S2)作为非限定性的一例,
可采用绝缘栅双极型晶体管(IGBT)。

在升压转换器12(14)中,电抗器L1(L2)的一端串联到作为直
流电源的FC 11(蓄电池13)的高电位侧,并且另一端串联到输出二极
管D 11(D21)的正极。

在电抗器L 1(L2)和FC 11(蓄电池)13之间,连接输入电容C11
(C21)的一端,该输入电容C11(C21)的另一端连接到FC 11(蓄电
池13)的低电位侧(例如接地),FC11(蓄电池13)的输出电压VL 1
(VL2)作为输入电压施加到两端。电容C11(C21)作为输入平滑电
容而发挥作用,以使FC 11(蓄电池13)的输出电流平滑化,降低波动。

在电抗器L1(L2)和输出二极管D11(D21)之间,连接转换元
件S1(S2)的集电器,转换元件S1(S2)的放射器连接到FC11(蓄
电池13)的低电位侧。并且,在转换元件S1(S2)的集电器上连接逆
并联二极管D12(D22)的负极,在转换元件S1(S2)的发射器上连
接该二极管D12(D22)的正极。

输出二极管D11(D21)的负极上连接输出电容C12(C22)的一
端,该输出电容C12(C22)的另一端连接到FC11(蓄电池13)的低
电位侧。输出电容C12(C22)作为输出平滑电容而发挥作用,以使从
输出二极管D11(D21)经由逆变器15提供到电机16的输出电流平滑
化,降低波动。该输出电容C12(C22)的两端电压VH1(VH2)相当
于升压后电压。

转换元件S1(S2)的栅极电压例如由ECU20周期性地进行接通/
断开控制。转换的周期(载波频率)作为非限定性的一例,例如为100ms
(10kHz)左右。

在转换元件S1(S2)接通的期间,FC 11(蓄电池13)的输出电
流经由电抗器L1(L2)及转换元件S1(S2)回流到FC 11(蓄电池13)
的低电位侧,电能积蓄到电抗器L1(L2)中。另一方面,在转换元件
S1(S2)断开的期间,之前积蓄到电抗器L1(L2)的电能与FC11(蓄
电池13)的输出电压重叠,经由输出二极管D11(D21)输出。

因此,升压转换器12(14)可把来自FC11(蓄电池13)的输入
DC电压VL1(VL2)升压为输出DC电压VH1(VH2),并经由输出
二极管D11(D21)输出升压后电压VH1(VH2)。

(输出二极管D11(D21)的短路故障检测)

如上所述,在两个升压转换器12及14并联连接到逆变器15(电
机16)的双转换器系统中,如图3所示,假设以下情况:在一个升压
转换器14驱动过程中(升压动作过程中),另一个升压转换器12的
输出二极管D11因某种异常而短路,发生故障。此外,与另一个升压
转换器12是处于驱动中还是非驱动中(待机中)无关。并且,为了方
便,假设VL1=VL2=VL、VH1=VH2=VH。

这种情况下,在升压转换器12中,因输出二极管D11的两端短路,
所以通过正常动作的升压转换器14而升压后的电压VH施加到输入电
容C11。因此,输入电容C11的两端电压上升为VH,比FC11的输出
电压VL高。其结果是,产生向FC11一侧逆流的电流(逆向电流)。
通过该逆向电流,FC11被逆充电,会产生FC11的破损、性能退化。
此外,升压转换器14的输出二极管D21发生短路故障时也一样。

因此,在本实施方式中,对作为升压转换器12及14的输入电压
(VL)的电容C11及C21的两端电压,分别由电压传感器120检测(监
视)。电压传感器120是监视升压转换器12及14的输入DC电压的电
压监视部的一例。电压传感器120分别例如电连接到ECU20,可将各
电压传感器值提供给ECU20。

ECU20周期性地判断任一电压传感器120的电压传感器值是否超
过规定阈值(例如VL可采用的电压的最大值),如超过,则判断为接
收到该电压传感器值的电压传感器120所对应的升压转换器12或14
中的输出二极管D11或D21发生了短路故障。上述阈值例如可存储到
ECU20内的存储器中。

换言之,ECU20作为判断控制部的一例而发挥作用,其在一个升
压转换器14的升压动作过程中,对于另一个升压转换器12由电压传
感器120所监视到(检测到)的输入DC电压(FC的输出DC电压)
上升为由升压转换器14进行升压后的升压后电压VH时,判断为另一
个升压转换器12的输出二极管D11发生了短路。

其中,如图3所示,在产生了短路故障的升压转换器12中,在输
出二极管D11短路的状态下转换元件S1接通时,使施加了由升压转换
器14进行升压后的升压后电压VH的电气路径发生短路。因此,超过
额定电流的过电流可能流入到该转换元件S1。

因此,ECU20在判断为输出二极管D11发生了短路故障时,断开
控制产生短路故障的升压转换器12的转换元件S1,停止该升压转换器
12的驱动(升压动作)。这样一来,可防止过电流流入到转换元件S1
而产生破损等。

此外,在产生短路故障的升压转换器12的转换元件S1断开的状
态下,该升压转换器12的输入电压VL对应未发生短路故障的升压转
换器14的升压动作而上升。因此,发生短路故障的升压转换器12原
本处于非驱动中(待机中)时、及该升压转换器12正在驱动中、转换
元件S1的过电流保护功能发挥作用而转变为断开时,在任意一种情况
下,ECU20均可:只要另一个升压转换器14处于正常驱动中,则可根
据通过电压传感器120获得的电压传感器值,判断、检测输出二极管
D11的异常短路。

检测出输出二极管D11的短路故障时,ECU20也可附加地将正常
驱动中的升压转换器14的转换元件S2也控制为断开。这样一来,作
为电源系统10整体的升压动作停止,因此可避免因部分输出二极管
D11的短路故障而使电源系统10整体陷入到故障的情况(可实现故障
故障保护系统)。

此外,向FC 11或蓄电池13一侧逆流的电流有时是因电机16所产
生的逆电动势而产生的。因此,例如在电机16的转速为一定值以上、
有可能产生一定程度以上的逆电动势的情况下,ECU20可实施对电机
16的磁场削弱控制,以抑制因该逆电动势而产生的再生电流。这样一
来,即使升压转换器12或14产生短路故障,也可保护电源系统10免
受电机16的逆电动势而产生的再生电流的干扰。

此外,和上述例相反,在升压转换器14的输出二极管D21发生短
路故障时,也可和上述一样地通过ECU20检测出该短路故障。

(变形例1)

如图4所示,在升压转换器12(14)中,在直流电源11(13)和
输入电容C11(C21)之间,或可替代以在输入电容C11(C21)的连
接点和该电容C11(C21)之间,作为检测该处的电流量的电流检测部
的一例,可附加设置电流传感器121。有时本来就设有电流传感器121,
以便在升压动作时控制从直流电源11(13)一侧流入到电抗器L1(L2)
的平均电流量。

电流传感器121例如可采用磁比例式的传感器。磁比例式电流传
感器通过测定应测定的电流在导体内流动时的磁场,间接地测定电流
的大小。例如,将和电流对应的磁场通过霍尔传感器转换为电压信号,
通过放大电路放大该输出电压,将和电流对应的输出电压作为传感器
值输出。

该电流传感器12例如电连接到ECU20,可将检测出的电流值(电
流传感器值)提供给ECU20。此时,ECU20除了电压传感器120的电
压传感器值外,还可将电流传感器121的电流传感器值用于输出二极
管D11(D21)的短路异常判断。

例如,ECU20在电压传感器值及电流传感器值都满足规定的判断
条件时(例如超过各传感器值分别对应的阈值时),可判断为对应的
升压转换器12或14的输出二极管D11或D21发生了短路故障。因此,
可提高短路故障判断的可靠度。

(变形例2)

上述输出二极管D11(或D21)的短路故障判断也可通过监控输
出二极管D11(或D21)的两端电压来实施。例如如图5所示,在输出
二极管D11的两端设置比较仪122。比较仪122是监视输出二极管D11
的两端电压的电压监视部的一例,例如电连接到ECU20,可将比较仪
122的比较结果提供给ECU20。此外,图5中虽省略了图示,但比较
仪122也可设置到升压转换器14的输出二极管D21。

ECU20是判断控制部的另一例,当比较仪122的比较结果、即输
出二极管D11(或D21)的两端电压的差值变为0时,可判断为输出二
极管D 11(或D21)发生了短路故障。

该例中,如上述实施方式所示,即使多个电压转换器12及14未
并联连接,只要设置了比较仪122的升压转换器12或14在升压动作
过程中,则通过输出二极管D11(或D21)的两端电压的差值变为零,
即可判断为发生了短路故障。与之相对,和上述实施方式相同,当升
压转换器12及14并联连接时,如任意一个升压转换器12或14正在
升压动作过程中,则可进行短路故障判断。

此外,对各升压转换器12及14,也可附加设置上述电压传感器
120及/或电流传感器121。这种情况下,ECU20根据比较仪122的比
较结果、及电压传感器值及/或电流传感器值的组合,通过判断、检测
输出二极管D11或D21的短路故障,可提高判断、检测的可靠性。

(其他)

上述实施方式可适用于共振型DC-DC转换器等其他种类的转换
器。并且,上述实施方式不限于车载的DC-DC转换器,也可适用于个
人计算机、视听(AV)设备、移动终端等电气设备中搭载的DC-DC
转换器。

附图标记说明

1车辆

2驱动轮

10电源系统(燃料电池系统)

11燃料电池(FC)

12FC升压转换器

13蓄电池

14蓄电池升压转换器

15逆变器

16电机

20电子控制单元(ECU)(判断控制部)

21加速踏板传感器

120电压传感器(电压监视部)

121电流传感器

122比较仪(电压监视部)

C11、C12、C21、C22电容

D11、D12、D21、D22二极管

L1、L2电抗器(线圈)

S1、S2转换元件

SW1SW2开关电路

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转换器的输出二极管短路检测装置.pdf_第2页
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转换器的输出二极管短路检测装置.pdf_第3页
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1、(10)申请公布号 CN 102804574 A (43)申请公布日 2012.11.28 CN 102804574 A *CN102804574A* (21)申请号 200980159944.0 (22)申请日 2009.06.18 H02M 3/155(2006.01) (71)申请人 丰田自动车株式会社 地址 日本爱知县丰田市 (72)发明人 南井俊彦 长谷川贵彦 (74)专利代理机构 中原信达知识产权代理有限 责任公司 11219 代理人 苏卉 车文 (54) 发明名称 转换器的输出二极管短路检测装置 (57) 摘要 一种转换器的输出二极管短路检测装置, 其 具备 : 电压监视部 (1。

2、20), 监视输出端之间并联连 接的第1及第2转换器(12、 14)的输入直流电压 ; 以及判断控制部 (20), 在第 2 转换器 (14) 的升压 动作过程中对于第 1 转换器 (12) 由电压监视部 (120) 所监视到的输入直流电压上升为由第 2 转 换器(14)进行升压后的升压后电压(VH)时, 判断 为第1转换器(12)的输出二极管(D11)发生了短 路。 (85)PCT申请进入国家阶段日 2011.12.19 (86)PCT申请的申请数据 PCT/JP2009/061103 2009.06.18 (87)PCT申请的公布数据 WO2010/146688 JA 2010.12.23。

3、 (51)Int.Cl. 权利要求书 1 页 说明书 7 页 附图 5 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 1 页 说明书 7 页 附图 5 页 1/1 页 2 1. 一种转换器的输出二极管短路检测装置, 其用于电源系统, 该电源系统具备能够对 来自直流电源的输入直流电压进行升压并将升压后的电压经由输出二极管输出的第 1 及 第 2 转换器, 上述第 1 及第 2 转换器的输出端之间并联连接, 其中, 上述转换器的输出二极 管短路检测装置具备 : 电压监视部, 监视上述第 1 及第 2 转换器的输入直流电压 ; 以及 判断控制部, 在上述第 2 转换器的。

4、升压动作过程中对于上述第 1 转换器由上述电压监 视部所监视到的输入直流电压上升为由上述第 2 转换器进行升压后的升压后电压时, 判断 为上述第 1 转换器的输出二极管发生了短路。 2. 根据权利要求 1 所述的转换器的输出二极管短路检测装置, 其中, 上述判断控制部 在判断为上述输出二极管发生了短路时停止上述第 1 转换器、 或上述第 1 及第 2 转换器的 升压动作。 3. 一种转换器的输出二极管短路检测装置, 其用于电源系统, 该电源系统具备能够对 来自直流电源的输入直流电压进行升压并将升压后的电压经由输出二极管输出的转换器, 其中, 上述转换器的输出二极管短路检测装置具备 : 电压监视。

5、部, 监视上述输出二极管的两端电压 ; 以及 判断控制部, 在上述转换器的升压动作过程中, 当上述两端电压的差值变为零时, 判断 为上述输出二极管发生了短路。 4. 根据权利要求 3 所述的转换器的输出二极管短路检测装置, 其中, 上述判断控制部 在判断为上述输出二极管发生了短路时停止上述转换器的升压动作。 权 利 要 求 书 CN 102804574 A 2 1/7 页 3 转换器的输出二极管短路检测装置 技术领域 0001 本发明涉及一种将输入直流电压转换为规定的输出直流电压的转换器 ( 电压转 换器 ) 所使用的技术。 背景技术 0002 作为电压转换器, 对直流 (DC) 电压进行升压。

6、及 / 或降压的 DC-DC 转换器已被公 知。DC-DC 转换器广泛应用于个人计算机、 AV 设备、 移动电话、 电源系统等包括电气电路的 电气设备。近年来, 也具有在燃料电池汽车、 电动汽车、 混合动力汽车等车辆的电源系统中 使用 DC-DC 转换器的例子。 0003 专利文献 1 : 日本特开 2007-318938 号公报 发明内容 0004 DC-DC 转换器例如可组合晶体管等转换元件、 线圈 ( 电抗器 )、 电容器及二极管等 而成。 其中, 例如在与电抗器串联的输出二极管中产生异常而发生短路时, 电流可能会从电 抗器向输入侧 ( 直流电源侧 ) 逆流。这种逆流电流输入到燃料电池等。

7、的直流电源时, 会被 以直流电流进行逆充电, 可能引起破损、 性能退化。 0005 因此, 本发明的目的之一是, 可检测出输出二极管的短路故障。并且, 本发明的目 的之一还在于, 防止直流电源的逆充电, 防止直流电源的破损、 性能退化。 0006 此外, 不限于上述目的, 可实现作为下述用于实施发明的方式中所示的各构成所 产生的作用效果的、 现有技术无法获得的作用效果, 也可是本发明的其他目的之一。 0007 本发明的转换器的输出二极管短路检测装置的一个方式中, 其用于电源系统, 该 电源系统具备能够对来自直流电源的输入直流电压进行升压并将升压后的电压经由输出 二极管输出的第 1 及第 2 转。

8、换器, 上述第 1 及第 2 转换器的输出端之间并联连接, 其具有 : 电压监视部, 监视上述第 1 及第 2 转换器的输入直流电压 ; 以及判断控制部, 在上述第 2 转 换器的升压动作过程中对于上述第 1 转换器由上述电压监视部所监视到的输入直流电压 上升为由上述第 2 转换器进行升压后的升压后电压时, 判断为上述第 1 转换器的输出二极 管发生了短路。 0008 其中, 上述判断控制部在判断为上述输出二极管发生了短路时可停止上述第 1 转 换器、 或上述第 1 及第 2 转换器的升压动作。 0009 并且, 本发明的转换器的输出二极管短路检测装置的其他方式中, 用于电源系统, 该电源系统。

9、具备能够对来自直流电源的输入直流电压进行升压并将升压后的电压经由输 出二极管输出的转换器, 其具有 : 电压监视部, 监视上述输出二极管的两端电压 ; 以及判断 控制部, 在上述转换器的升压动作过程中, 当上述两端电压的差值变为零时, 判断为上述输 出二极管发生了短路。 0010 其中, 上述判断控制部在判断为上述输出二极管发生了短路时, 可停止上述转换 器的升压动作。 说 明 书 CN 102804574 A 3 2/7 页 4 0011 根据本发明, 可检测出输出二极管的短路 ( 故障 )。并且, 可防止直流电流的逆充 电, 防止直流电源的破损、 性能退化。 附图说明 0012 图1是表示。

10、一个实施方式涉及的电源系统及搭载了该电源系统的车辆1的构成例 的示意图。 0013 图 2 是表示图 1 示例的 FC 升压转换器及蓄电池升压转换器的一例的图。 0014 图 3 是说明在图 2 示例的构成中产生输出二极管的短路故障时的动作例的图。 0015 图 4 是表示图 2 示例的构成的变形例的图。 0016 图 5 是表示图 2 示例的构成的其他变形例的图。 具体实施方式 0017 以下参照附图说明本发明的实施方式。但以下说明的实施方式仅是示例, 并不排 除以下未明示的各种变形、 技术的适用。 即, 本发明在不脱离其主旨的范围可进行各种变形 ( 组合各实施例等 ) 并实施。并且, 在以。

11、下附图中, 对相同或类似的部分附加相同或类似的 标记来表示。附图是示意性的, 不一定与实际尺寸、 比率等一致。附图相互之间也包括彼此 大小关系、 比率不同的部分。 0018 图 1 是表示一个实施方式涉及的电源系统 10 及搭载了该电源系统 10 的车辆 1 的 构成例的示意图。 0019 电源系统 10 例如是具有燃料电池 (FC)11 的燃料电池系统, 车辆 1 是作为以燃料 电池系统 10 为驱动电力的供给源的电气设备的一例的燃料电池汽车。但车辆 1 也可是电 动汽车、 混合动力汽车。 0020 车辆 1 具有 : 对驱动轮 2 进行驱动的电机 16、 电子控制单元 (ECU)20、 检。

12、测加速踏 板的开度的加速踏板传感器21等。 加速踏板传感器21电连接到电子控制单元20, 例如, 由 ECU20 对应检测出的加速踏板的开度来控制电机 16( 驱动轮 )2 的旋转速度。 0021 燃料电池系统 10 除了上述燃料电池 (FC)11 之外, 作为非限定性的一例, 具有 FC 升压转换器 12、 蓄电池 13、 蓄电池升压转换器 14、 逆变器 15 等。FC 升压转换器 12 是对输 入 DC 电压进行升压的第 1 转换器的一例, 蓄电池升压转换器 14 是对输入 DC 电压进行升压 的第 2 转换器的一例。 0022 FC 11 是利用电气化学反应进行发电的装置。FC 11 。

13、可采用固体高分子型、 磷酸 型、 熔融碳酸盐型、 固体氧化物型、 碱性电解质型等各种类型的燃料电池。 FC 11发出的电力 用于驱动车辆 1 的驱动轮 2 的电机 16 的驱动电力、 蓄电池 13 的充电。 0023 蓄电池 13 是可充电放电的二次电池, 可采用锂离子、 镍氢、 镍镉等各种类型的二 次电池。蓄电池 13 可向车辆 1、 FC 11 运行时使用的各种电气设备提供电力。这里所说的 电气设备例如包括车辆1的照明设备、 空调设备、 液压泵、 提供FC11的燃料气体或改性原料 的泵、 调整改性器的温度的加热器等。 0024 如图 1 所示, 这些 FC 11 及蓄电池 13 与逆变器 。

14、15 电连接且并联连接。在从 FC 11 到逆变器 15 的电气路径上, 设有 FC 升压转换器 12。FC 升压转换器 12 是对输入 DC 电压进 行升压的 DC-DC 转换器, 在可转换的范围内将 FC 11 所产生的 DC 电压转换为规定的 DC 电 说 明 书 CN 102804574 A 4 3/7 页 5 压 ( 例如升压 ), 可施加到逆变器 15。通过该升压动作, 即使 FC 11 的输出电力较低, 也可 确保驱动电机 16 所需的驱动电力。 0025 另一方面, 在蓄电池 13 到逆变器 15 的电气路径中, 蓄电池升压转换器 14 并联到 FC 升压转换器 12 和逆变器。

15、 15 之间的电气路径。该转换器 14 也是 DC-DC 转换器, 在可转换 的范围内可将蓄电池 13 或逆变器 15 施加的 DC 电压转换为规定的 DC 电压。 0026 转换器 14 可采用能进行升压及降压的升降压型的转换器, 例如控制 ( 升高 ) 来自 蓄电池 13 的输入 DC 电压并输出到逆变器 15 一侧, 并可控制 ( 降低 ) 来自 FC 11 或电机 16 的输入 DC 电压并输出到蓄电池 13。这样一来, 可进行蓄电池 13 的充电放电。 0027 并且, 转换器 14 通过控制输出电压, 可控制逆变器 15 的端子电压。该控制可控制 与逆变器 15 并联连接的各电源 。

16、(FC 11 及蓄电池 13) 的相对输出电压差, 适当分开使用两 者的电力。 0028 逆变器 15 从 FC 11 经由转换器 12、 并从蓄电池 13 经由转换器 14, 接受 DC 电压的 输入, 将该输入 DC 电压转换为交流 (AC), 将其作为电机 16 的驱动电压提供。此时, ECU20 控制逆变器 15 的动作 ( 转换 ), 以向电机 16 提供与要求动力对应的 AC 电压。 0029 ECU20 除了上述控制外, 还统一控制车辆 1 及燃料电池系统 10 的动作 ( 运行 )。 ECU20 例如可作为微机实现, 该微机具有作为运算处理装置的一例的 CPU、 作为存储装置的。

17、 一例的 RAM、 ROM 等。ECU20 电连接到电机 16、 燃料电池系统 10 的各要素、 各种传感器组, 适 当实施各种传感器值的接收、 计算处理、 指令 ( 控制信号 ) 的发送等。传感器组除了加速踏 板传感器 21 外, 例如还可包括 : 检测蓄电池 13 的充电状态 (SOC : State of Change) 的 SOC 传感器、 检测车速 ( 电机 16 的转速 ) 的车速传感器、 对升压转换器 12(14) 设置的下述电压 传感器、 电流传感器等。 0030 ( 升压转换器 12 及 14) 0031 图 2 表示升压转换器 12 及 14 的电气电路图的一例。如图 2 。

18、所示, 升压转换器 12 例如具有 : 电抗器 ( 线圈 )L1 ; ( 输出 ) 二极管 D11 ; 电容 C11 及 C12 ; 开关电路 SW1, 其具有 转换元件 S1 及 ( 逆并联 ) 二极管 D12。升压转换器 14 例如具有 : 电抗器 ( 线圈 )L2 ; ( 输 出 ) 二极管 D21 ; 电容 C21 及 C22 ; 开关电路 SW2, 其具有转换元件 S2 及 ( 逆并联 ) 二极管 D22。 0032 此外, 在图 2 中, VL1 表示 FC 升压转换器 12 的输入电压 ( 升压前电压 ), VH1( VL1) 表示该转换器 12 的输出电压 ( 升压后电压 )。。

19、并且, VL2 表示蓄电池升压转换 器 14 的输入电压 ( 升压前电压 ), VH2( VL2) 表示蓄电池升压转换器 14 的输出电压 ( 升 压后电压 )。VL1 和 VL2 可以是相同的电压, 也可是不同的电压。VH1 和 VH2 也同样。 0033 升压转换器 12(14) 的转换元件 S1(S2) 作为非限定性的一例, 可采用绝缘栅双极 型晶体管 (IGBT)。 0034 在升压转换器 12(14) 中, 电抗器 L1(L2) 的一端串联到作为直流电源的 FC 11( 蓄 电池 13) 的高电位侧, 并且另一端串联到输出二极管 D 11(D21) 的正极。 0035 在电抗器 L 。

20、1(L2) 和 FC 11( 蓄电池 )13 之间, 连接输入电容 C11(C21) 的一端, 该 输入电容 C11(C21) 的另一端连接到 FC 11( 蓄电池 13) 的低电位侧 ( 例如接地 ), FC11( 蓄 电池 13) 的输出电压 VL 1(VL2) 作为输入电压施加到两端。电容 C11(C21) 作为输入平滑 电容而发挥作用, 以使 FC 11( 蓄电池 13) 的输出电流平滑化, 降低波动。 说 明 书 CN 102804574 A 5 4/7 页 6 0036 在电抗器 L1(L2) 和输出二极管 D11(D21) 之间, 连接转换元件 S1(S2) 的集电器, 转换元件。

21、 S1(S2) 的放射器连接到 FC11( 蓄电池 13) 的低电位侧。并且, 在转换元件 S1(S2) 的集电器上连接逆并联二极管 D12(D22) 的负极, 在转换元件 S1(S2) 的发射器上连接该二 极管 D12(D22) 的正极。 0037 输出二极管 D11(D21) 的负极上连接输出电容 C12(C22) 的一端, 该输出电容 C12(C22) 的另一端连接到 FC11( 蓄电池 13) 的低电位侧。输出电容 C12(C22) 作为输出平 滑电容而发挥作用, 以使从输出二极管 D11(D21) 经由逆变器 15 提供到电机 16 的输出电流 平滑化, 降低波动。该输出电容 C12。

22、(C22) 的两端电压 VH1(VH2) 相当于升压后电压。 0038 转换元件 S1(S2) 的栅极电压例如由 ECU20 周期性地进行接通 / 断开控制。转换 的周期 ( 载波频率 ) 作为非限定性的一例, 例如为 100ms(10kHz) 左右。 0039 在转换元件 S1(S2) 接通的期间, FC 11( 蓄电池 13) 的输出电流经由电抗器 L1(L2) 及转换元件 S1(S2) 回流到 FC 11( 蓄电池 13) 的低电位侧, 电能积蓄到电抗器 L1(L2)中。 另一方面, 在转换元件S1(S2)断开的期间, 之前积蓄到电抗器L1(L2)的电能与 FC11( 蓄电池 13) 的。

23、输出电压重叠, 经由输出二极管 D11(D21) 输出。 0040 因此, 升压转换器 12(14) 可把来自 FC11( 蓄电池 13) 的输入 DC 电压 VL1(VL2) 升 压为输出 DC 电压 VH1(VH2), 并经由输出二极管 D11(D21) 输出升压后电压 VH1(VH2)。 0041 ( 输出二极管 D11(D21) 的短路故障检测 ) 0042 如上所述, 在两个升压转换器 12 及 14 并联连接到逆变器 15( 电机 16) 的双转换 器系统中, 如图 3 所示, 假设以下情况 : 在一个升压转换器 14 驱动过程中 ( 升压动作过程 中 ), 另一个升压转换器 12。

24、 的输出二极管 D11 因某种异常而短路, 发生故障。此外, 与另一 个升压转换器 12 是处于驱动中还是非驱动中 ( 待机中 ) 无关。并且, 为了方便, 假设 VL1 VL2 VL、 VH1 VH2 VH。 0043 这种情况下, 在升压转换器12中, 因输出二极管D11的两端短路, 所以通过正常动 作的升压转换器 14 而升压后的电压 VH 施加到输入电容 C11。因此, 输入电容 C11 的两端电 压上升为 VH, 比 FC11 的输出电压 VL 高。其结果是, 产生向 FC11 一侧逆流的电流 ( 逆向电 流 )。通过该逆向电流, FC11 被逆充电, 会产生 FC11 的破损、 性。

25、能退化。此外, 升压转换器 14 的输出二极管 D21 发生短路故障时也一样。 0044 因此, 在本实施方式中, 对作为升压转换器12及14的输入电压(VL)的电容C11及 C21 的两端电压, 分别由电压传感器 120 检测 ( 监视 )。电压传感器 120 是监视升压转换器 12 及 14 的输入 DC 电压的电压监视部的一例。电压传感器 120 分别例如电连接到 ECU20, 可将各电压传感器值提供给 ECU20。 0045 ECU20 周期性地判断任一电压传感器 120 的电压传感器值是否超过规定阈值 ( 例 如VL可采用的电压的最大值), 如超过, 则判断为接收到该电压传感器值的电。

26、压传感器120 所对应的升压转换器 12 或 14 中的输出二极管 D11 或 D21 发生了短路故障。上述阈值例如 可存储到 ECU20 内的存储器中。 0046 换言之, ECU20 作为判断控制部的一例而发挥作用, 其在一个升压转换器 14 的升 压动作过程中, 对于另一个升压转换器12由电压传感器120所监视到(检测到)的输入DC 电压 (FC 的输出 DC 电压 ) 上升为由升压转换器 14 进行升压后的升压后电压 VH 时, 判断为 另一个升压转换器 12 的输出二极管 D11 发生了短路。 说 明 书 CN 102804574 A 6 5/7 页 7 0047 其中, 如图 3 。

27、所示, 在产生了短路故障的升压转换器 12 中, 在输出二极管 D11 短路 的状态下转换元件 S1 接通时, 使施加了由升压转换器 14 进行升压后的升压后电压 VH 的电 气路径发生短路。因此, 超过额定电流的过电流可能流入到该转换元件 S1。 0048 因此, ECU20 在判断为输出二极管 D11 发生了短路故障时, 断开控制产生短路故障 的升压转换器 12 的转换元件 S1, 停止该升压转换器 12 的驱动 ( 升压动作 )。这样一来, 可 防止过电流流入到转换元件 S1 而产生破损等。 0049 此外, 在产生短路故障的升压转换器12的转换元件S1断开的状态下, 该升压转换 器 1。

28、2 的输入电压 VL 对应未发生短路故障的升压转换器 14 的升压动作而上升。因此, 发生 短路故障的升压转换器 12 原本处于非驱动中 ( 待机中 ) 时、 及该升压转换器 12 正在驱动 中、 转换元件 S1 的过电流保护功能发挥作用而转变为断开时, 在任意一种情况下, ECU20 均 可 : 只要另一个升压转换器 14 处于正常驱动中, 则可根据通过电压传感器 120 获得的电压 传感器值, 判断、 检测输出二极管 D11 的异常短路。 0050 检测出输出二极管 D11 的短路故障时, ECU20 也可附加地将正常驱动中的升压转 换器14的转换元件S2也控制为断开。 这样一来, 作为电。

29、源系统10整体的升压动作停止, 因 此可避免因部分输出二极管 D11 的短路故障而使电源系统 10 整体陷入到故障的情况 ( 可 实现故障故障保护系统 )。 0051 此外, 向 FC 11 或蓄电池 13 一侧逆流的电流有时是因电机 16 所产生的逆电动势 而产生的。因此, 例如在电机 16 的转速为一定值以上、 有可能产生一定程度以上的逆电动 势的情况下, ECU20 可实施对电机 16 的磁场削弱控制, 以抑制因该逆电动势而产生的再生 电流。这样一来, 即使升压转换器 12 或 14 产生短路故障, 也可保护电源系统 10 免受电机 16 的逆电动势而产生的再生电流的干扰。 0052 此。

30、外, 和上述例相反, 在升压转换器14的输出二极管D21发生短路故障时, 也可和 上述一样地通过 ECU20 检测出该短路故障。 0053 ( 变形例 1) 0054 如图4所示, 在升压转换器12(14)中, 在直流电源11(13)和输入电容C11(C21)之 间, 或可替代以在输入电容C11(C21)的连接点和该电容C11(C21)之间, 作为检测该处的电 流量的电流检测部的一例, 可附加设置电流传感器 121。有时本来就设有电流传感器 121, 以便在升压动作时控制从直流电源 11(13) 一侧流入到电抗器 L1(L2) 的平均电流量。 0055 电流传感器 121 例如可采用磁比例式的。

31、传感器。磁比例式电流传感器通过测定应 测定的电流在导体内流动时的磁场, 间接地测定电流的大小。 例如, 将和电流对应的磁场通 过霍尔传感器转换为电压信号, 通过放大电路放大该输出电压, 将和电流对应的输出电压 作为传感器值输出。 0056 该电流传感器 12 例如电连接到 ECU20, 可将检测出的电流值 ( 电流传感器值 ) 提 供给 ECU20。此时, ECU20 除了电压传感器 120 的电压传感器值外, 还可将电流传感器 121 的电流传感器值用于输出二极管 D11(D21) 的短路异常判断。 0057 例如, ECU20 在电压传感器值及电流传感器值都满足规定的判断条件时 ( 例如超。

32、 过各传感器值分别对应的阈值时 ), 可判断为对应的升压转换器 12 或 14 的输出二极管 D11 或 D21 发生了短路故障。因此, 可提高短路故障判断的可靠度。 0058 ( 变形例 2) 说 明 书 CN 102804574 A 7 6/7 页 8 0059 上述输出二极管 D11( 或 D21) 的短路故障判断也可通过监控输出二极管 D11( 或 D21) 的两端电压来实施。例如如图 5 所示, 在输出二极管 D11 的两端设置比较仪 122。比 较仪 122 是监视输出二极管 D11 的两端电压的电压监视部的一例, 例如电连接到 ECU20, 可 将比较仪 122 的比较结果提供给。

33、 ECU20。此外, 图 5 中虽省略了图示, 但比较仪 122 也可设 置到升压转换器 14 的输出二极管 D21。 0060 ECU20 是判断控制部的另一例, 当比较仪 122 的比较结果、 即输出二极管 D11( 或 D21) 的两端电压的差值变为 0 时, 可判断为输出二极管 D 11( 或 D21) 发生了短路故障。 0061 该例中, 如上述实施方式所示, 即使多个电压转换器 12 及 14 未并联连接, 只要设 置了比较仪122的升压转换器12或14在升压动作过程中, 则通过输出二极管D11(或D21) 的两端电压的差值变为零, 即可判断为发生了短路故障。与之相对, 和上述实施。

34、方式相同, 当升压转换器 12 及 14 并联连接时, 如任意一个升压转换器 12 或 14 正在升压动作过程中, 则可进行短路故障判断。 0062 此外, 对各升压转换器 12 及 14, 也可附加设置上述电压传感器 120 及 / 或电流传 感器 121。这种情况下, ECU20 根据比较仪 122 的比较结果、 及电压传感器值及 / 或电流传 感器值的组合, 通过判断、 检测输出二极管D11或D21的短路故障, 可提高判断、 检测的可靠 性。 0063 ( 其他 ) 0064 上述实施方式可适用于共振型 DC-DC 转换器等其他种类的转换器。并且, 上述实 施方式不限于车载的DC-DC转。

35、换器, 也可适用于个人计算机、 视听(AV)设备、 移动终端等电 气设备中搭载的 DC-DC 转换器。 0065 附图标记说明 0066 1 车辆 0067 2 驱动轮 0068 10 电源系统 ( 燃料电池系统 ) 0069 11 燃料电池 (FC) 0070 12FC 升压转换器 0071 13 蓄电池 0072 14 蓄电池升压转换器 0073 15 逆变器 0074 16 电机 0075 20 电子控制单元 (ECU)( 判断控制部 ) 0076 21 加速踏板传感器 0077 120 电压传感器 ( 电压监视部 ) 0078 121 电流传感器 0079 122 比较仪 ( 电压监视。

36、部 ) 0080 C11、 C12、 C21、 C22 电容 0081 D11、 D12、 D21、 D22 二极管 0082 L1、 L2 电抗器 ( 线圈 ) 0083 S1、 S2 转换元件 说 明 书 CN 102804574 A 8 7/7 页 9 0084 SW1SW2 开关电路 说 明 书 CN 102804574 A 9 1/5 页 10 图 1 说 明 书 附 图 CN 102804574 A 10 2/5 页 11 图 2 说 明 书 附 图 CN 102804574 A 11 3/5 页 12 图 3 说 明 书 附 图 CN 102804574 A 12 4/5 页 13 图 4 说 明 书 附 图 CN 102804574 A 13 5/5 页 14 图 5 说 明 书 附 图 CN 102804574 A 14 。

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