電源裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及一種向負(fù)載提供電源的電源裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]以往以來，使用一種將電池與電容器組合起來向負(fù)載提供電源的電源裝置。在日本JP2006-345606A中公開了一種將電池與電容器并聯(lián)連接的車輛用電源系統(tǒng)。在該電源系統(tǒng)中，通過從電容器和電池提供的電能來驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的逆變器。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]然而，在日本JP2006-345606A的電源系統(tǒng)中，當(dāng)電容器的電壓低于能夠驅(qū)動(dòng)逆變器的電壓時(shí)，無法再利用來自電容器的電能來驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)。另外，與在放電時(shí)電壓緩慢下降的二次電池不同，電容器具有在放電時(shí)電壓線性地下降的特性。因此，當(dāng)電容器的電壓下降時(shí)，即便還殘存有電能也無法再從電容器提供電能來驅(qū)動(dòng)逆變器。
[0004]本發(fā)明是鑒于上述問題而完成的，其目的在于有效地活用電容器的電能。
[0005]根據(jù)本發(fā)明的某一方式，提供一種將二次電池與電容器組合起來向負(fù)載提供電源的電源裝置，該電源裝置具備:開關(guān)元件，其切換從上述電容器向上述負(fù)載的電源的提供；DC-DC轉(zhuǎn)換器，其能夠?qū)⑸鲜龆坞姵氐碾妷荷邅硖峁┑缴鲜鲐?fù)載；以及控制部，其在上述電容器的電壓小于能夠驅(qū)動(dòng)上述負(fù)載的最低電壓的情況下，對(duì)上述開關(guān)元件進(jìn)行脈沖控制，并且控制上述DC-DC轉(zhuǎn)換器來使上述DC-DC轉(zhuǎn)換器與上述開關(guān)元件交替地輸出脈沖電流，使得能夠?qū)惶娴剌敵龅拿}沖電流進(jìn)行合成來向上述負(fù)載提供電源。
[0006]下面參照附圖來詳細(xì)說明本發(fā)明的實(shí)施方式、本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)。
【附圖說明】
[0007]圖1是本發(fā)明的實(shí)施方式的電源裝置的電路圖。
[0008]圖2是本發(fā)明的實(shí)施方式的電源裝置的框圖。
[0009]圖3是表示從電源裝置向負(fù)載的電源提供控制的流程圖。
[0010]圖4是說明電源裝置的作用的圖。
【具體實(shí)施方式】
[0011]下面，參照?qǐng)D1至圖4來說明本發(fā)明的實(shí)施方式的電源裝置100。
[0012]首先，參照?qǐng)D1和圖2來說明電源裝置100的結(jié)構(gòu)。
[0013]電源裝置100是將二次電池I與電容器2組合起來向負(fù)載提供電源的裝置。該負(fù)載是被二次電池I和電容器2提供電源來驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)5的逆變器50。電源裝置100應(yīng)用于HEV (Hybrid Electric Vehicle:混合動(dòng)力型車輛)、EV (Electric Vehicle:電動(dòng)車輛)等。
[0014]首先，說明被電源裝置100提供電源的逆變器50和由逆變器50驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)機(jī)5。
[0015]電動(dòng)機(jī)5是搭載于HEV、EV的驅(qū)動(dòng)用電動(dòng)機(jī)。電動(dòng)機(jī)5是利用三相交流來生成旋轉(zhuǎn)磁場而被驅(qū)動(dòng)的三相感應(yīng)電動(dòng)發(fā)電機(jī)。電動(dòng)機(jī)5具備定子和轉(zhuǎn)子，該定子在內(nèi)周具有分別構(gòu)成U相、V相以及W相的多個(gè)線圈(省略圖示)，該轉(zhuǎn)子具有永磁體，在定子的內(nèi)周旋轉(zhuǎn)。電動(dòng)機(jī)5的定子固定于車體(省略圖示)，轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)軸與車輪的車軸(省略圖示)連結(jié)。電動(dòng)機(jī)5能夠?qū)㈦娔苻D(zhuǎn)換為車輪的旋轉(zhuǎn)，并且能夠?qū)④囕喌男D(zhuǎn)轉(zhuǎn)換為電能。
[0016]逆變器50是從由二次電池I和電容器2提供的直流電力生成交流電力的電流變換機(jī)。逆變器50的額定電壓為600V，能夠驅(qū)動(dòng)它的最低電壓為350V。該最低電壓相當(dāng)于能夠驅(qū)動(dòng)負(fù)載的最低電壓。
[0017]逆變器50將從二次電池I和電容器2提供的直流電力轉(zhuǎn)換為由相位依次相差120度的U相、V相以及W相構(gòu)成的三層的交流并提供到電動(dòng)機(jī)5。
[0018]逆變器50具有正側(cè)電力線51a、負(fù)側(cè)電力線51b、U相電力線51u、V相電力線51v、W相電力線51w。正側(cè)電力線51a與二次電池I及電容器2的正極連接。負(fù)側(cè)電力線51b與二次電池I及電容器2的負(fù)極連接。U相電力線51u、V相電力線51v以及W相電力線51w設(shè)置于正側(cè)電力線51a與負(fù)側(cè)電力線51b之間。另外，在正側(cè)電力線51a與負(fù)側(cè)電力線51b之間并聯(lián)連接有平滑電容器55，該平滑電容器55使在二次電池I及電容器2與逆變器50之間流動(dòng)的直流電力平滑化。
[0019]逆變器50具有六個(gè)作為開關(guān)元件的 IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor:絕緣柵雙極型晶體管)53u、54u、53v、54v、53w及54w。這些IGBT53u?54w是具有反向地并聯(lián)連接的整流二極管的帶二極管的IGBT。
[0020]IGBT 53u與IGBT 54u串聯(lián)地設(shè)置于U相電力線51u。U相電力線51u的IGBT 53u與IGBT 54u之間與電動(dòng)機(jī)5的構(gòu)成U相的線圈連接。IGBT 53v與IGBT 54v串聯(lián)地設(shè)置于V相電力線51v。V相電力線51v的IGBT 53v與IGBT54v之間與電動(dòng)機(jī)5的構(gòu)成V相的線圈連接。IGBT 53w與IGBT 54w串聯(lián)地設(shè)置于W相電力線51w。W相電力線51w的IGBT53w與IGBT 54w之間與電動(dòng)機(jī)5的構(gòu)成W相的線圈連接。
[0021]通過電動(dòng)機(jī)控制器(省略圖示)來控制IGBT 53u、54u、53v、54v、53w以及54w，由此逆變器50生成交流電流來驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)5。
[0022]接著，說明電源裝置100的結(jié)構(gòu)。
[0023]電源裝置100具備:二次電池電源部11，其具有二次電池I ;電容器電源部21，其具有電容器2 ；以及作為控制部的控制器30 (參照?qǐng)D2)，其控制從二次電池I和電容器2向逆變器50的電源的提供。二次電池電源部11與電容器電源部21并聯(lián)連接。也就是說，二次電池I與電容器2并聯(lián)連接。
[0024]二次電池I是鋰離子二次電池、鎳氫二次電池等化學(xué)電池。在此，二次電池I的電壓被設(shè)定為300V。對(duì)二次電池I設(shè)置檢測SOC (State of Charge:充電狀態(tài))并將對(duì)應(yīng)的信號(hào)發(fā)送到控制器30的二次電池SOC檢測器la(參照?qǐng)D2)。
[0025]電容器2是串聯(lián)連接多個(gè)來設(shè)定成期望的電壓并且并聯(lián)連接多個(gè)來設(shè)定成期望的蓄電容量的雙電層電容器。在此，電容器2的電壓被設(shè)定為600V。對(duì)電容器2設(shè)置檢測電壓并將對(duì)應(yīng)的信號(hào)發(fā)送到控制器30的電容器電壓檢測器2a(參照?qǐng)D2)。
[0026]電容器電源部21具備開關(guān)元件25，該開關(guān)元件25切換從電容器2向逆變器50的電源的提供。
[0027]開關(guān)元件25由控制器30進(jìn)行開閉控制。開關(guān)元件25在被切換為接通狀態(tài)時(shí)，使得能夠直接從電容器2向逆變器50提供電源。開關(guān)元件25例如是IGBT、MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor:金屬氧化膜半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管)等能夠以電氣方式高速地進(jìn)行開閉控制的開關(guān)。
[0028]開關(guān)元件25在電容器2的電壓為能夠驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)5的電壓的情況下，被切換為接通狀態(tài)，使得連續(xù)地從電容器2向逆變器50提供電源。當(dāng)開關(guān)元件25被切換為斷開狀態(tài)時(shí)，無法再從電容器2向逆變器50提供電源。
[0029]另外，開關(guān)元件25在被切換為接通狀態(tài)時(shí)，使得能夠?qū)⒂呻妱?dòng)機(jī)5發(fā)電得到的電力直接充入到電容器2。由此，能夠減少電容器2充電時(shí)的能量損耗。
[0030]二次電池電源部11具備DC-DC轉(zhuǎn)換器15，在僅通過來自電容器2的電源無法驅(qū)動(dòng)逆變器50的情況下，該DC-DC轉(zhuǎn)換器15能夠?qū)⒍坞姵豂的電壓升高并提供到電動(dòng)機(jī)5。
[0031]DC-DC轉(zhuǎn)換器15能夠?qū)⒍坞姵豂的電壓升高并提供到電動(dòng)機(jī)5，并且能夠?qū)⒂呻妱?dòng)機(jī)5發(fā)電得到的電力降壓并充入到二次電池I。
[0032]DC-DC轉(zhuǎn)換器15具備:電抗器16，其設(shè)置于二次電池I的下游；降壓控制晶體管17，其設(shè)置于電抗器16與電動(dòng)機(jī)5的上游之間，能夠通過切換將來自電動(dòng)機(jī)5的充電電壓降低；以及升壓控制晶體管18，其設(shè)置于電抗器16與電動(dòng)機(jī)5的下游之間，能夠切換電抗器16的電流來利用感應(yīng)電動(dòng)勢將向電動(dòng)機(jī)5提供的提供電壓升高。
[0033]電抗器16在升壓控制晶體管18導(dǎo)通時(shí)蓄積能量。而且，在升壓控制晶體管18變?yōu)榻刂箷r(shí)，從電容器2輸入的電壓以及由電抗器16中蓄積的能量產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢被輸出。由此，電抗器16能夠通過升壓控制晶體管18的切換將輸入電壓升高并輸出。
[0034]通過控制器30來切換升壓控制晶體管18。升壓控制晶體管18是具有反向地并聯(lián)連接的整流二極管的帶二極管的IGBT。升壓控制晶體管18能夠切換電抗器16的電流來利用感應(yīng)電動(dòng)勢將向電動(dòng)機(jī)5提供的提供電壓升高。
[0035]當(dāng)將升壓控制晶體管18切換為導(dǎo)通時(shí)，來自電容器2的正極的電流經(jīng)由電抗器16和升壓控制晶體管18流向電容器2的負(fù)極。通過該電流的環(huán)路在電抗器16中蓄積能量。
[0036]通過控制器30來切換降壓控制晶體管17。降壓控制晶體管17是具有反向地并聯(lián)連接的整流二極管的帶二極管的IGBT。降壓控制晶體管17能夠通過切換將來自電動(dòng)機(jī)5的充電電壓降低。降壓控制晶體管17通過斬波控制將電動(dòng)機(jī)5發(fā)電得到的電力降壓并充入到電容器2。
[0037]平滑電容器19使由降壓控制晶體管17進(jìn)行斬波控制后輸出的電壓平滑化。由此，能夠使向電容器2充入由電動(dòng)機(jī)5發(fā)電得到的電力時(shí)的電壓平滑化進(jìn)而穩(wěn)定。
[0038]控制器30(參照?qǐng)D2)用于進(jìn)行電源裝置100的控制。控制器30是具備CPU(中央運(yùn)算處理裝置)、ROM(只讀存儲(chǔ)器)、RAM(隨機(jī)存取存儲(chǔ)器)以及I/O接口(輸入輸出接口)的微型計(jì)算機(jī)。RAM存儲(chǔ)CPU的處理中的數(shù)據(jù)。ROM預(yù)先存儲(chǔ)CPU的控制程序等。I/O接口使用于與所連接的設(shè)備之間的信息的輸入輸出。通過使CPU、RAM等按照ROM中保存的程序進(jìn)行動(dòng)作來實(shí)現(xiàn)電源裝置100的控制。
[0039]接著，參照?qǐng)D3和圖4來說明控制器30對(duì)電源裝置100的控制?？刂破?0例如以每隔10毫秒的固定時(shí)間間隔反復(fù)執(zhí)行圖3示出的例程。在圖4中，橫軸表示時(shí)間，縱軸從上到下依次表示電動(dòng)機(jī)5的驅(qū)動(dòng)力、電容器2的輸出電壓、二次電池I的輸出電壓以及逆變器50的輸入電壓。
[0040]在步驟101中，控制器30讀入由電容器電壓檢測器2a檢測出的電容器2的電壓。
[0041]在步驟102中，控制器30判定電容器2的電壓是否為第一設(shè)定