电动汽车用变压电路

1. 一种电动汽车用变压电路，具有：
高压蓄电池(102)，其向安装在电动汽车上的行驶用电动机 (109)供给电力；
变换器(104)，其安装在所述高压蓄电池(102)和所述行驶 用电动机(109)之间，具有电容器(105)，该变换器(104)将由 所述高压蓄电池(102)供给的直流电流变换为交流电流而向所述行 驶用电动机(109)供给；
DC/DC转换器(101)，其以与所述变换器(104)并联的方式 连接在所述高压蓄电池(102)上，将所述高压蓄电池(102)的电压 变换为低电压而输出；
接触器电路(120)，其安装在所述高压蓄电池(102)和所述 变换器(104)之间，在开始将所述高压蓄电池(102)的电力向所述 行驶用电动机(109)供给时，进行对所述变换器(104)的冲击电流 的抑制处理；以及DC/DC转换器起动允许单元(111、113)，其在检测出由所 述接触器电路(120)进行的所述抑制处理结束的情况下，允许所述 DC/DC转换器(101)的起动，
其中，所述接触器电路包括：
主接触器(106)；以及
预充电电路，其以与所述主接触器(106)并联的方式配置，并 由预充电接触器(107)和以与所述预充电接触器(107)串联的方式 配置的电阻(108)构成，
其特征在于，
具有控制所述DC/DC转换器的动作的DC/DC转换器控制单元 (112)，
所述DC/DC转换器起动允许单元(111、113)具有：
动作指令部(113)，其包含在所述DC/DC转换器控制单元(112) 中，同时，如果被输入起动允许信号且被输入预先设定的动作电压， 则向所述DC/DC转换器(101)发出动作指令；以及开关(111)，其设置在对所述DC/DC转换器(101)的所述起 动允许信号的输入线路上，并以与所述主接触器(106)的从断开向接 通的切换同步的方式从断开切换为接通。

技术领域\n本发明涉及一种电动汽车所具有的将高压蓄电池的电力变换为 低电压而向低压蓄电池进行充电的DC/DC转换器。\n背景技术\n通常，包括混合动力电动汽车在内的电动汽车中，具有储存较 高电压(例如500V左右)的直流电力的行驶用蓄电池(高压蓄电池)、 将行驶用蓄电池的直流电力变换为交流电力的变换器、以及利用由变 换器变换后的交流电力驱动的行驶用电动机，对以可以传递动力的方 式与行驶用电动机的输出轴连结的驱动轮进行旋转驱动，由此，使车 辆行驶。\n此外，除了行驶用蓄电池之外，还具有储存较低电压(例如24V 或者12V)的直流电力的车载电气设备用蓄电池(低压蓄电池)，利 用该车载电气设备用蓄电池的电力使车载电气设备动作，该车载电气 设备包括车辆的前照灯或制动灯等照明系电气设备、空调的压缩机或 冷凝器等空调系电气设备、音响等音响电气设备、或者电动动力转向 装置、制动器用真空泵等控制系电气设备、各种控制器(ECU等) 的控制系电气设备等。\n车载电气设备用蓄电池通过DC/DC转换器与行驶用蓄电池相连 接，行驶用蓄电池的以高电压输出的电力由DC/DC转换器变换为低 电压后，储存在车载电气设备用蓄电池中。\n这种电动汽车或者混合动力电动汽车，为了防止过大的冲击电 流输入至电气系统中，在高压设备(即行驶用电动机)起动时，进行 被称为预充电控制的冲击电流抑制处理。\n对该预充电控制进行说明。在行驶用蓄电池和变换器之间安装 用于通断与行驶用蓄电池的电连接的开关(主接触器)。此外，为了 抑制由行驶用蓄电池提供的电压变动，在变换器的输入端设有电容 器，该电容器用于对输入的电压进行平滑化之后进行从直流电力向交 流电力的变换。\n但是，如果来自于蓄电池的直流电流经过主接触器而输入至变 换器中，则在上述电容器中短时间内流过巨大的电流(冲击电流)， 其结果，发生导致主接触器的接点熔化等损坏的问题。\n于是，以与主接触器并联的方式设置开关(预充电接触器)和 电阻器(电阻)，在接通主接触器之前，接通预充电接触器。于是， 变换器输入端的电容器慢慢被充电而电容器的电压上升，行驶用蓄电 池侧和电容器(变换器)侧之间的电位差变小。然后接通主接触器。 通过进行这种控制(预充电控制)，防止接通主接触器时产生过大的 冲击电流，不会发生主接触器的损坏等。\n例如，图4表示现有的电动汽车的电源装置中的电路。如图4 所示，行驶用电动机109通过变换器104与行驶用蓄电池102相连接。 此外，车载电气设备用蓄电池103以与变换器104并联的方式通过 DC/DC转换器101与行驶用蓄电池102相连接，从车载电气设备用 蓄电池103向各种车载电气设备110进行连接。\n在行驶用蓄电池102和变换器104以及DC/DC转换器101之间， 以并联的方式安装用于通断它们之间的电连接的主接触器106和预 充电接触器107，在预充电接触器107上，以串联的方式配置电阻器 108。\n此外，在变换器104的输入端设有电容器105。\n因此，在起动车辆时等使行驶用电动机109起动的情况下，首 先接通预充电接触器107，慢慢向电容器105充电。然后，如果电容 器105被充分充电，行驶用蓄电池102和电容器105之间的电位差充 分小，则接通主接触器106。\n如果接通主接触器106，则行驶用蓄电池102的电力通过变换器 104提供给行驶用电动机109，对与行驶用电动机109驱动连结的未图 示的驱动轮进行旋转驱动。另一方面，行驶用蓄电池102的电力通过 DC/DC转换器101变换为低电压，储存在车载电气设备用蓄电池103 中。然后，利用来自于车载电气设备用蓄电池的电力供给，使各种车 载电气设备110动作。\n此外，在DC/DC转换器101上还连接着控制电源，如果从控制 电源输入电力之后从作为充电用电源的行驶用蓄电池102侧输入规 格范围的电压(动作电压)，则DC/DC转换器开始动作。\n图5(a)是表示预充电控制时的电容器105的电压上升的曲线 图。如图5(a)所示，在电动汽车起动时等使行驶用电动机109起 动的情况下，在T1时刻，首先接通预充电接触器107而开始预充电控 制，电容器105慢慢被充电而电压上升。之后在T2时刻，如果行驶用 蓄电池102和电容器105之间的电位差变得充分小(例如30V左右)， 则结束预充电控制，接通主接触器106。如果接通主接触器106，则电 容器105的电压急剧上升而在T3时刻与行驶用蓄电池102的电压大致 相同。在T2～T3期间，如果电容器105的电压达到DC/DC转换器动 作电压(在本例中为480V)，则DC/DC转换器101开始动作，将行 驶用蓄电池102的高压电力变换为低电压而向车载电气设备用蓄电池 103供给电力。\n预充电控制的结束，如上所述，可以通过行驶用蓄电池102的 电压和电容器105的电压之间的电压差接近于小于或等于规定值来 进行判定，但除此之外，也可以以从预充电控制开始时所经过的时间 达到规定时间、或者变换器(电容器)的电压上升率下降为小于或等 于规定上升率作为结束的条件，来进行判定。\n通常，在基于电压差或者电压上升率等条件进行预充电控制结 束的判定的情况下，以图6所示的流程进行。此外，在图6的例子中， 通过电压差接近于小于或等于规定值，来进行预充电控制结束的判 定。\n如图6所示，如果预充电控制开始，则在步骤S01中接通预充 电接触器，进入步骤S02。在步骤S02中，对行驶用蓄电池电压Vb 和变换器电压Vinv之间的差与预先设定的规定值的大小进行比较。 然后，在行驶用蓄电池电压Vb和变换器电压Vinv之间的差小于或 等于规定值的情况下，判定为预充电已结束，进入步骤S03，接通主 接触器，断开预充电接触器。\n此外，步骤S02中，在行驶用蓄电池电压Vb和变换器电压Vinv 之间的差大于规定值的情况下，进入步骤S04，在步骤S04中对从预 充电控制开始时所经过的时间进行比较，在经过时间为5秒以内的情 况下，返回到步骤S02。此外，步骤S04中，在经过时间大于或等于 规定时间(图6的例子中为5秒)的情况下，判断为装置中存在某些 异常，进入步骤S05，进行错误显示，将预充电控制中止(超时)。\n但是，在上述现有技术中，有时候从预充电控制开始到结束， 需要花费比平时长得多的时间，该情况下，在电容器105的电压充分 上升之前预充电控制超时，有可能发生行驶用电动机109的起动失败 等问题。\n对这种现象进行研究的结果，发现是由于预充电控制过程中 DC/DC转换器101开始动作，这成为了上述问题的原因。\n如果在预充电控制过程中DC/DC转换器101开始动作，则因为 通过DC/DC转换器101向车载电气设备用蓄电池103侧供给电力， 所以向电容器105提供的电力下降，电容器105的充电需要时间。此 外，在此时负载侧(车载电气设备110等)的电力要求大的情况下， 因为产生大的电压变动而预充电控制中向电容器105充电的电力流 向负载侧，所以也可能使电容器105的电压下降。\n因此可以明确，因为不能迅速地进行电容器105的充电，预充 电控制需要时间，所以在电容器105的电压充分上升之前控制超时， 其结果，导致行驶用电动机109的起动失败等问题。\n此外，如上所述，因为如果预充电过程中DC/DC转换器101动 作，则电容器105的电压上升变得缓慢，所以在例如基于经过时间或 者电压上升率的条件来判定预充电控制的结束的情况下，这成为错误 判定的原因，电容器105的电压上升不充分，尽管不能满足本来的预 充电结束条件，却接通主接触器106，有可能产生过大的冲击电流。\n于是，继续对预充电控制的过程中DC/DC转换器101动作的原 因研究的结果，发现是由于行驶用蓄电池102的电压根据充电状态等 上下变动而引起的。对该原因进行更详细的说明。\nDC/DC转换器101的动作电压，基于行驶用蓄电池102的规格 电压范围，设定为比该行驶用蓄电池102的规格电压的下限值稍低的 值。\n但是，行驶用蓄电池102的电压在满充电时等，有时会上升到 规格电压的上限值左右，例如在规格电压范围为485～520V的情况下， 实际的电压如图5(b)所示，有时候会达到520V。该情况下，在预 充电控制过程中，在行驶用蓄电池侧和变换器(电容器)侧的电压差 充分变小之前，变换器侧的电压达到了动作电压(480V)，由此DC/DC 转换器101动作。\n如果为了消除这种问题，将DC/DC转换器101的动作电压设定 为更高电压侧(例如500V)，则会担心在行驶用蓄电池102的电压 处于规格电压范围的下限值附近的情况下，即使预充电控制完成后接 通主接触器106，DC/DC转换器101也不动作。\n本发明就是鉴于上述问题而提出的，其目的在于，提供一种电 动汽车用变压电路，其在将高压蓄电池的电力充电到低压蓄电池时， 可以稳定地进行从高压蓄电池向变换器的预充电控制。\n发明内容\n为了实现上述目的，本发明的电动汽车用变压电路具有：高压 蓄电池，其向安装在电动汽车上的行驶用电动机供给电力；变换器， 其安装在所述高压蓄电池和所述行驶用电动机之间，具有电容器，并 将由所述高压蓄电池供给的直流电流变换为交流电流后，向所述行驶 用电动机供给；DC/DC转换器，其以与所述变换器并联的方式连接 在所述高压蓄电池上，并将所述高压蓄电池的电压变换为低电压而输 出；接触器电路，其安装在所述高压蓄电池和所述变换器之间，在开 始将所述高压蓄电池的电力向所述行驶用电动机供给时，进行对所述 变换器的冲击电流的抑制处理；以及DC/DC转换器起动允许单元， 其在检测出所述接触器电路进行的所述抑制处理结束的情况下，允许 所述DC/DC转换器的起动，其中，所述接触器电路由主接触器和预 充电电路构成，所述预充电电路以与所述主接触器并联的方式配置， 并由预充电接触器和以与所述预充电接触器串联的方式配置的电阻 构成，其特征在于，电动汽车用变压电路具有控制所述DC/DC转换 器的动作的DC/DC转换器控制单元，所述DC/DC转换器起动允许单 元具有：动作指令部，其包含在所述DC/DC转换器控制单元中，同时， 如果被输入起动允许信号、且被输入预先设定的动作电压，则向所述 DC/DC转换器发出动作指令；以及开关，其设置在对所述DC/DC转 换器的所述起动允许信号的输入线路上，并以与所述主接触器的从断 开向接通的切换同步的方式从断开切换为接通。\n根据本发明的电动汽车用变压电路，因为即使在预充电电路进 行的冲击电流抑制处理的过程中，电容器的电压达到DC/DC转换器 的动作电压的情况下，DC/DC转换器起动允许单元也不允许DC/DC 转换器的起动，所以DC/DC转换器不会动作。因此，不会被DC/DC 转换器夺去电力，电容器可以迅速被充电而完成冲击电流抑制处理。 于是，避免由控制的超时引起的起动失败，可以进行稳定的起动(预 充电控制)。此外，因为电容器的电压上升稳定，所以即使在根据经 过时间或者电压上升率判定冲击电流抑制处理的完成的情况下，也不 会错误判定，可以防止过大的冲击电流的发生。\n并且，作为DC/DC转换器起动单元，是在对DC/DC转换器的起 动允许信号的输入线路上设置与主接触器同步的开关这样简单的结 构，由此，可以可靠地防止在冲击电流抑制处理中DC/DC转换器动作。\n附图说明\n图1是表示本发明的一个实施方式所涉及的电动汽车用变压电 路的电路图。\n图2是表示本发明的一个实施方式所涉及的预充电控制时的流 程图。\n图3是表示本发明的一个实施方式所涉及的预充电控制时的变 换器的电压上升、和行驶用蓄电池电压以及DC/DC转换器动作电压 之间的关系的曲线图。\n图4是表示现有电动汽车中的变压电路的电路图。\n图5(a)和图5(b)是表示现有技术中的预充电控制时的变换 器的电压上升、和行驶用蓄电池电压以及DC/DC转换器动作电压之 间的关系的曲线图，图5(a)是平常时的情况，图5(b)是行驶用 蓄电池输出电压比规格电压高的情况。\n图6是表示现有技术中的预充电控制时的流程图。\n具体实施方式\n下面参照附图，对本发明的实施方式进行说明。图1～3用于说 明本发明的一个实施形式所涉及的电动汽车用变压电路。图1是表示 本实施方式中的电动汽车用变压电路的电路图。此外，图2是表示本 实施方式中的预充电控制的流程图。此外，图3是表示本实施方式中 的预充电控制(冲击电流抑制处理)时电容器的电压上升的图。并且， 在图1中，对与图4的现有技术相当的部分标注相同的标号。\n如图1所示，本实施方式的电动汽车用变压电路中具有行驶用 电动机109、高压(例如500V)的行驶用蓄电池(高压蓄电池)102、 具有电容器105的变换器104、DC/DC转换器101、以及包含预充电电 路的接触器电路120。\n行驶用电动机109通过变换器104与行驶用蓄电池102相连接， 车载电气设备用蓄电池103以与变换器104并联的方式，通过DC/DC 转换器101与行驶用蓄电池102相连接，车载电气设备用蓄电池103 与各种车载电气设备110相连接。\n接触器电路120的构成方式为，主接触器106与相互串联连接的 预充电接触器107和电阻器108(预充电电路)并联，并配置在变换器 104的高压侧(即行驶用蓄电池102侧)。此外，在变换器104的输入 端设置电容器105。\n因此，在接触器电路120中，预充电控制时首先接通预充电接 触器107，利用电阻器108的电阻抑制过大的冲击电流，同时慢慢向 电容器105充电。然后，如果电容器105被充分地充电，行驶用蓄电 池102的电压和电容器105的电压之间的差小于或等于规定值(本实 施例中为30V)，则接通主接触器106，断开预充电接触器107。\n此外，主接触器106和预充电接触器107的通断控制，是基于 行驶用蓄电池102中检测出的电压值和变换器104中检测出的电压 值，利用未图示的电子控制装置来进行控制的。\n此外，还向DC/DC转换器101输入控制电源和DC/DC转换器 起动允许信号。并且，在输入DC/DC转换器起动允许信号的输入线 路上，安装与主接触器106连动的起动允许开关111。通过主接触器 106从断开切换为接通，该起动允许开关111从断开切换为接通， DC/DC转换器起动允许信号被输入至DC/DC转换器101内的转换器 控制器112中。在转换器控制器112中，具有如果输入DC/DC转换 器起动允许信号且输入预先设定的动作电压，则使DC/DC转换器101 动作的功能(动作指令部)113。在这里，DC/DC转换器101的动作 电压设定为480V。\n本发明的一个实施方式所涉及的电动汽车用变压电路因为具有 这种结构，所以在行驶用电动机109起动时，例如进行如图2的流程 图所示的处理。即，在电动汽车起动时等使行驶用电动机109起动的 情况下，首先在步骤S01中接通预充电接触器107，并使计时器动作。\n然后，步骤S02中，对行驶用蓄电池102的电压Vb和变换器 104(电容器105)的电压Vinv之间的差、与预先设定的规定值V0 (例如30V)进行比较。然后，在行驶用蓄电池102的电压Vb和变 换器104的电压Vinv之间的差大于规定值V0的情况下，进入步骤 S04，对在步骤S01中开始计量的计时值T和预先设定的规定时间 T0(例如5秒)进行比较，在计时值T小于T0的情况下返回到步骤 S02。\n此外，在步骤S02中行驶用蓄电池的电压Vb和变换器104的电 压Vinv之间的差小于或等于规定值V0的情况下，进入步骤S03，接 通主接触器106，断开预充电接触器107。并且，与主接触器106的 接通连动地接通起动允许开关111，结束预充电控制。\n另一方面，在步骤S04中，如果计时值T大于或等于规定时间 T0，则进入步骤S05，进行错误显示，将预充电控制结束(中止)。 也就是说，如果步骤S01中接通预充电接触器107，则行驶用蓄电池 102的电力经过电阻器108提供给电容器105，不会产生过大的冲击 电流，慢慢给电容器105充电。\n然后，步骤S02中，如果判定电容器105被充分地充电，行驶 用蓄电池102和电容器105之间的电位差充分小(小于或等于规定值 30V)，则在步骤S03中接通主接触器106，断开预充电接触器107。\n此外，与主接触器106的接通连动，起动允许开关111被接通， DC/DC转换器起动允许信号被输入至DC/DC转换器101中。此时， 由于接通主接触器106而向DC/DC转换器101施加大于或等于动作 电压的电压，除此之外，由于接通起动允许开关111而向DC/DC转 换器101输入DC/DC转换器起动信号。\n由此，DC/DC转换器101开始动作，行驶用蓄电池102的电力 通过DC/DC转换器101变换为低电压而储存在车载电气设备用蓄电 池103中。然后，利用来自于车载电气设备用蓄电池103的电力供给， 使各种车载电气设备110动作。\n此外，如果接通主接触器106，则行驶用蓄电池102的直流电力 通过变换器104变换为交流电力而被提供给行驶用电动机109，利用 未图示的电动机控制器的控制，对行驶用电动机109进行驱动，由此 对与行驶用电动机109驱动连结的未图示的驱动轮进行旋转驱动。\n因此，在本实施方式所涉及的电动汽车用变压电路中，如图3 所示，在行驶用蓄电池102的充电率高，输出电压处于规格电压范围 的上限值附近时进行冲击电流抑制处理的情况下，即使例如在行驶用 蓄电池102的电压和电容器105的电压之间的电压差小于或等于规定 值V0(30V)之前，电容器105的电压达到DC/DC转换器101的动 作电压(480V)，因为不从DC/DC转换器起动允许单元111发送 DC/DC转换器起动信号，所以也不会开始DC/DC转换器101的动作。\n如图3的实线所示，在T1时刻，如果预充电接触器107接通， 则电容器105慢慢被充电而电压上升。然后，在T2时刻，电容器105 的电压达到DC/DC转换器101的动作电压(480V)，但因为行驶用 蓄电池102的电压和电容器105的电压之间的差大于规定值(30V)， 所以该时刻不会接通主接触器106和起动允许开关111，当然DC/DC 转换器101也不会动作。\n然后，电容器105的电压继续上升，如果在T3时刻与行驶用蓄 电池102之间的电压差小于或等于规定值V0(30V)，则接通主接 触器106，电容器105的电压急剧上升而与行驶用蓄电池102的电压 大致相同。此外，与主接触器106的接通连动，起动允许开关111 被接通，DC/DC转换器101开始动作。\n因此，本实施方式所涉及的电动汽车用变压电路，不会发生如 图3的双点划线所示的现有技术的问题，即，由于在T2时刻DC/DC 转换器101动作，所以在T2～T4的期间行驶用蓄电池102的电力流 向DC/DC转换器101侧，电容器105的电压暂时地下降，或者电压 上升缓慢等电容器105的电压上升不稳定。此外，也不会发生到了 T4时刻电容器105的电压也没有充分上升，由于控制的超时而行驶 用电动机109的起动失败等问题。\n上面对本发明的实施方式进行了说明，但本发明并不限于上述 的实施方式，可以在不脱离本发明主旨的范围内进行各种变形实施。\n例如，在本实施方式中，以行驶用蓄电池102和电容器105之 间的电压差小于或等于规定值作为预充电控制结束的条件，但也可以 取代它，以电容器105的电压上升率小于或等于规定的上升率作为预 充电控制结束的条件。\n即，如图3所示，在预充电控制时，电容器105的电压上升率 随着电压的上升逐渐变缓。因此，通过检测出电容器105的电压上升 率小于或等于规定电压上升率来完成预充电控制，也能获得与本实施 方式相同的效果。并且，因为不会发生如图3的双点划线所示的现有 技术那样的电容器105的电压上升不稳定的问题，所以不会错误判定 预充电控制的结束，可以可靠地抑制过大的冲击电流。\n此外，也可以仅基于从控制开始的经过时间来判定预充电控制 的完成。该情况下，在本实施方式中，虽然不能如图2的步骤S04 和步骤S05所示那样，在从预充电控制开始经过规定时间也不满足 预充电结束条件的情况下，判断出装置中可能有一些异常而进行预充 电控制的中止，但可以利用简单的结构判定电容器105的电压上升。\n此外，在本实施方式中，作为DC/DC转换器起动允许单元，使 用与通过电子控制装置控制的主接触器106连动的起动允许开关 111，但也可以利用电子控制装置分别对主接触器106的通断和 DC/DC转换器101的动作进行控制，在满足规定的预充电控制完成 条件(电压差、电压上升率、经过时间等)的情况下，电子控制装置 使主接触器106接通，同时使起动允许开关111接通。\n本发明可以广泛适用于具有向行驶用电动机供给电力的高压蓄 电池和向车载设备供给电力的低压蓄电池的电动汽车中，当然也可以 适用于混合动力电动汽车中。