功率转换系统的制作方法

本发明涉及例如搭载于混合动力汽车等车辆的功率转换系统，特别涉及在检测到车辆碰撞时或动力停止时进行与车辆信息相对应的电动机转速下降控制的功率转换系统。

背景技术：

以往，已知如下混合动力汽车，该混合动力汽车包括：直流电源，该直流电源能进行充放电；升压整流器，该升压整流器将由该直流电源所提供的直流电压进行升压；一次滤波电容器，该一次滤波电容器对直流电源与升压整流器之间的电压进行滤波；逆变器，该逆变器将从升压整流器输出的高压的直流电压转换为交流电压；二次滤波电容器，该二次滤波电容器对升压整流器与逆变器之间的电压进行滤波；以及三相交流电动机，该三相交流电动机通过施加从逆变器输出的交流电压来对车辆的驱动力、控制力进行控制。

在这样的混合动力汽车中，为了确保车辆的安全性，在车辆发生碰撞时或动力停止时，需要迅速地对存储于滤波电容器的高电压的电荷进行放电，以防止触电。此时，若电动机正在旋转，则来自电动机的感应电压会导致二次滤波电容器的电压上升，因此，放电时间会延长。

因此，例如在日本专利特开2016-111754号公报(专利文献1)、日本专利特开2016-111755号公报(专利文献2)或国际公开第2016/136815号(专利文献3)中，提出了一种为了抑制来自电动机的感应电压引起的电压上升而在车辆发生碰撞后使电动机的转速下降的方法。

另外，例如在日本专利特开2015-144518号公报(专利文献4)中提出了以下方法：即使在用于驱动逆变器控制电路的电源断开的情况下，也通过由二次滤波电容器的端子间电压向逆变器控制电路提供电源，从而使存储于二次滤波电容器的电荷进行放电。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利特开2016－111754号公报

专利文献2：日本专利特开2016－111755号公报

专利文献3：国际公开第2016/136815号

专利文献4：日本专利特开2015－144518号公报

然而，在专利文献1、2或专利文献3中所提出的方法中，在使电动机转速下降时有可能会使用于驱动逆变器控制电路的电源消失。另外，在专利文献4所提出的方法中，未考虑为了驱动逆变器控制电路而提供的滤波电容器端子间电压是否能驱动逆变器控制电路。

技术实现要素：

发明所要解决的技术问题

本发明是鉴于上述现有课题而完成的，其目的在于，提供一种功率转换系统，该功率转换系统在车辆发生碰撞后或动力停止后的电动机转速下降控制中，能迅速地对存储于二次滤波电容器的高电压的电荷进行放电而不使驱动逆变器控制部的电源消失。

用于解决技术问题的技术手段

为了达到上述目的，本发明所涉及的功率转换系统包括：直流电源；升压整流器，该升压整流器对由所述直流电源所提供的直流电压进行升压；逆变器，该逆变器将从所述升压整流器输出的直流电压转换为交流电压；电容器，该电容器对所述升压整流器与所述逆变器之间的端子间电压进行滤波；逆变器控制部，该逆变器控制部利用所述电容器的端子间电压来提供电源；端子间电压检测单元，该端子间电压检测单元对所述电容器的端子间电压进行检测；电动机，该电动机由所述逆变器来进行驱动，与车轴相连结；电动机转速检测单元，该电动机转速检测单元对所述电动机的转速进行检测；以及放电判定指示部，该放电判定指示部输出对存储于所述电容器的电荷进行放电的指示。

由所述放电判定指示部发出执行放电动作的指示，在所述电动机的转速为预先设定的阈值以上的情况下，利用所述逆变器控制部来进行使所述电动机的转速下降的电动机转速下降控制，

在执行所述电动机转速下降控制的过程中，在从所述端子间电压检测单元所获得的端子间电压小于预先设定的阈值的情况下，停止所述电动机转速下降控制，从而将由电动机旋转而产生的感应电压施加于所述电容器，使所述电容器的端子间电压上升。

发明效果

根据本发明所涉及的功率转换系统，利用所述结构，能在电动机转速下降后迅速地对存储于滤波电容器的高电压的电荷进行放电，而不使驱动逆变器控制部的电源消失。

附图说明

图1是表示本发明的实施方式1所涉及的功率转换系统的结构图。

图2是表示本发明的实施方式1所涉及的功率转换系统的放电控制装置的放电动作的流程图。

图3是表示本发明的实施方式1所涉及的功率转换系统的放电控制装置的放电动作的流程图。

具体实施方式

以下，使用附图对本发明所涉及的功率转换系统的实施方式进行说明。此外，在以下的实施方式中，对功率转换系统搭载于混合动力汽车的情况进行说明，但也可以搭载于除混合动力汽车以外的车辆。

实施方式1.

图1是表示本发明的实施方式1所涉及的功率转换系统的结构图。

如图1所示，实施方式1所涉及的功率转换系统包括直流电源10、升压整流器20、一次滤波电容器30、作为一次滤波电容器30的端子间电压检测单元的一次电压传感器31、逆变器40、二次滤波电容器50、作为二次滤波电容器50的端子间电压检测单元的二次电压传感器51、三相交流电动机60、作为三相交流电动机60的转速检测单元的电动机转速传感器61、电动机温度传感器62、以及放电控制部70。

直流电源10能进行充放电，并经由逆变器40与三相交流电动机60进行电力的交换。升压整流器20设于直流电源10与逆变器40之间，利用dc/dc转换来将由直流电源10所提供的直流电压进行升压。一次滤波电容器30连接在直流电源10与升压整流器20之间，对直流电源10与升压整流器20之间的电压进行滤波。另外，一次电压传感器31对一次滤波电容器30的高电压侧节点与低电压侧节点之间的电压进行测量。

逆变器40通过dc/ac转换将由升压整流器20所输出的高压的直流电压转换为交流电压。二次滤波电容器50连接在升压整流器20与逆变器40之间，对升压整流器20与逆变器40之间的电压进行滤波。另外，二次电压传感器51对二次滤波电容器50的高电压侧节点与低电压侧节点之间的电压进行测量。

三相交流电动机60施加由逆变器40所输出的交流电压，从而对车辆的驱动力、制动力进行控制。电动机转速传感器61对三相交流电动机60的转速进行测量。电动机温度传感器62对三相交流电动机60的温度进行测量。

放电控制部70包括整流器控制部71、逆变器控制部72、放电判定指示部73以及逆变器控制部用备用电源74。放电判定指示部73在由碰撞传感器75检测到车辆发生碰撞的情况下，或者在由车速控制部76将动力设为停止状态的情况下，向逆变器控制部72输出对存储于二次滤波电容器50的电荷进行放电的指示。另外，放电判定指示部73也可以同时向整流器控制部71输出对存储于一次滤波电容器30及升压整流器20内的能量转移用电容器23的电荷进行放电的指示。逆变器控制部用备用电源74是在陷入无法使用通常使用的电源的状态的情况下暂时使用的备用电源，是将存储于二次滤波电容器50的电荷作为电力的提供源的电源。

整流器控制部71对包含于升压整流器20的功率半导体元件的构成要素即半导体开关元件21a～21d的开关动作进行控制，来进行升压整流器20中的dc/dc转换。逆变器控制部72对逆变器40所包含的开关臂的上臂侧功率半导体元件44a及下臂侧功率半导体元件44b的半导体开关元件41a～41f的开关动作进行控制，来进行逆变器40中的dc/ac转换。

在升压整流器20和逆变器40中，功率半导体元件以将半导体开关元件与半导体整流元件互相反向并联连接而成的结构为单位。另外，将功率半导体元件的串联连接体称为臂。

这里，对逆变器40的详细结构进行说明。逆变器40的臂的条数设得与进行驱动的三相交流电动机60的相数相对应，如图1所示，逆变器40由u相、v相、w相这3个开关臂45a～45c构成。

逆变器40的u相开关臂45a例如使用以si为材料的绝缘栅双极型晶体管(igbt)来作为半导体开关元件41a、41b，并使用同样以si为材料的pin二极管来作为半导体整流元件42a、42b。另外，也可以使用其它材料。

半导体开关元件41a的集电极电极c上连接有半导体整流元件42a的阴极电极k，半导体开关元件41a的发射极电极e上连接有半导体整流元件42a的阳极电极a，互相反向并联连接，成为功率半导体元件的一个单位。另外，同样地，半导体开关元件41b的集电极电极c上连接有半导体整流元件42b的阴极电极k，半导体开关元件41b的发射极电极e上连接有半导体整流元件42b的阳极电极a。由此，逆变器40的u相开关臂45a由半导体开关元件41a和半导体整流元件42a所构成的功率半导体元件、以及半导体开关元件41b和半导体整流元件42b所构成的功率半导体元件串联连接而构成。

此外，逆变器40的v相开关臂45b和w相开关臂45c也采用与u相开关臂45a相同的结构，v相开关臂45b由半导体开关元件41c和半导体整流元件42c所构成的功率半导体元件、以及半导体开关元件41d和半导体整流元件42d所构成的功率半导体元件串联连接而构成，另外，w相开关臂45c由半导体开关元件41e和半导体整流元件42e所构成的功率半导体元件、以及半导体开关元件41f和半导体整流元件42f所构成的功率半导体元件串联连接而构成。

另外，逆变器控制部72对逆变器40所包含的开关臂45a～45c的上臂侧功率半导体元件44a及下臂侧功率半导体元件44b所包含的半导体开关元件的开关动作进行控制，来对与三相交流电动机60相连接的连接节点uac、vac、wac的电位进行调整，从而对流向三相交流电动机60的电流量进行控制。

其结果是，三相交流电动机60对车辆的驱动力、制动力进行控制。另外，逆变器控制部72从电动机转速传感器61获取三相交流电动机60的旋转信息，从电动机温度传感器62获取三相交流电动机60的温度信息。

接着，对升压整流器20的详细结构进行说明。升压整流器20包括由4个功率半导体元件串联连接而成的臂。

如图1所示，升压整流器20的臂使用以si为材料的igbt来作为半导体开关元件21a、21b、21c、21d，并使用同样以si为材料的pin二极管来作为半导体整流元件22a、22b、22c、22d。

半导体开关元件21a的集电极电极c上连接有半导体整流元件22a的阴极电极k，半导体开关元件21a的发射极电极e上连接有半导体整流元件22a的阳极电极a，互相反向并联连接，成为功率半导体元件的一个单位。另外，与半导体开关元件21a、半导体整流元件22a的连接相同，半导体开关元件21b与半导体整流元件22b、半导体开关元件21c与半导体整流元件22c、以及半导体开关元件21d与半导体整流元件22d也相连接，从而成为功率半导体元件的一个单位。这里，半导体开关元件21d的发射极电极e与一次滤波电容器30的低电压侧节点n1相连接，并与二次滤波电容器50的低电压侧节点n2相连接。另外，低电压侧节点n2与逆变器40的下臂侧功率半导体元件44b的节点nu、nv、nw相连接。

因此，直流电源10的低电压侧输出端子、低电压侧节点n1、n2及逆变器40的下臂侧功率半导体元件44b的节点nu、nv、nw均为等电位(作为代表，为电位vn)。

另外，半导体开关元件21d的集电极电极c与半导体开关元件21c的发射极电极e及能量转移用电容器23的低电压侧节点相连接。

半导体开关元件21c的集电极电极c与半导体开关元件21b的发射极电极e及电抗器25的线圈的一端相连接。另外，半导体开关元件21b的集电极电极c与半导体开关元件21a的发射极电极e及能量转移用电容器23的高电压侧节点相连接。另外，在能量转移用电容器23的附近，设有对能量转移用电容器23的电压进行测量的能量转移电压传感器24。

另一方面，半导体开关元件21a的集电极电极c与二次滤波电容器50的高电压侧节点p2相连接。另外，高电压侧节点p2与逆变器40的上臂侧功率半导体元件44a的节点pu、pv、pw相连接。因此，高电压侧节点p2及逆变器40的上臂侧功率半导体元件44a的节点pu、pv、pw均为等电位(作为代表，为电位vp)。

接着，对车辆发生碰撞时或动力停止时的功率转换装置的动作进行说明。

首先，放电控制部70在由碰撞传感器75检测到车辆发生碰撞的情况下，或在由车速控制部76结束车辆的使用并成为动力停止状态的情况下，使车辆安全地停车。

接着，停止来自直流电源10的供电，放电判定指示部73向逆变器控制部72发出执行放电动作的指示。根据放电判定指示部73所发出的执行放电动作的指示，逆变器控制部72首先进行控制，使得逆变器40的半导体开关元件全都成为断开(开)状态，并利用电动机转速传感器61来获得旋转信息。

这里，在以下情况下，即：尽管进行了上述控制，但来自电动机转速传感器61的旋转信息仍示出三相交流电动机60正处于旋转过程中，存在因车辆的驱动轮(未图示)在从路面浮起的状态下发生空转、或即使在发生碰撞后车辆也未完全停止等外部原因而导致三相交流电动机60持续旋转的可能性。

在这样的情况下，三相交流电动机60产生反电动势，电流流向逆变器40的功率半导体元件，从而有可能导致本来应该放电的二次滤波电容器50发生蓄电。因此，在以下情况下，即：虽然车辆发生碰撞，应该对某些乘客采取救护措施或进行车辆的事故后处理，但处于三相交流电动机60正在进行旋转而产生反电动势的状况下，希望使三相交流电动机60的转速迅速下降，并进行放电控制以防止二次滤波电容器50进行蓄电。

此外，在发生碰撞时存在电源供应停止的情况，因此，使用逆变器控制部用备用电源74。逆变器控制部用备用电源74是以存储于二次滤波电容器50的电荷为电力的提供源的电源，因此，希望将二次滤波电容器50的高电压侧节点p2与低电压侧节点n2的电位差控制为逆变器控制部72可动作的电压以上、且控制为不存在触电的危险性的电压以下。另外，为了提高安全性能，希望在通常的车辆停止时也实施本放电控制。

以下，一边参照图2及图3所示的流程图，一边对利用逆变器控制部72来对二次滤波电容器50的电荷进行放电的动作进行说明。

首先，在开始后(步骤s100)，在步骤s101中，放电判定指示部73从碰撞传感器75(例如加速度传感器)获取车辆的碰撞检测信息，在检测到车辆碰撞的情况下，向逆变器控制部72输出放电指示，并转移至步骤s102。在未检测到车辆碰撞的情况下，转移至步骤s105。

在步骤s105中，由车速控制部76获取车速信息，在检测到车辆停止的情况下，向逆变器控制部72输出放电指示，并转移至步骤s102。在未检测到车辆停止的情况下，转移至步骤s101，并重复上述动作。

在步骤s102中，由电动机转速传感器61获取转速信息rmot，并转移至步骤s103。

在步骤s103中，对步骤s102中所获得的转速rmot与预先设定的规定阈值rth进行比较。规定阈值rth为对是否需要使三相交流电动机60的转速下降进行判断的设定值，在判定为rmot＞rth的情况下，开始放电控制，并转移至步骤s106。另一方面，在未判定为rmot＞rth的情况下，结束本控制。

在步骤s106中，开始电动机转速下降控制。电动机转速下降控制是通过抑制三相交流电动机60的转速来进行的放电控制。一般，利用使上臂侧功率半导体元件44a全部断开并同时使下臂侧功率半导体元件44b全部导通的状态来进行。

在步骤s107中，由电动机转速传感器61获取实施电动机转速下降控制时的转速rmot，并转移至步骤s108。

在步骤s108中，对步骤s107中所获得的转速rmot与预先设定的规定阈值rth进行比较。在判定为rmot＞rth的情况下，持续进行电动机转速下降控制，并转移至步骤s110。另一方面，在未判定为rmot＞rth的情况下，转移至步骤s109，结束电动机转速下降控制。在步骤s103和步骤s108中进行比较的阈值rth可以设为相同的设定值，也可以设为不同的设定值。

在步骤s110中，由二次电压传感器51获取二次滤波电容器50的端子间电压信息vc，并转移至步骤s111。

在步骤s111中，对步骤s110中所获得的电压vc与预先设定的规定阈值vth进行比较。在判定为vc＞vth的情况下，持续进行电动机转速下降控制，转移至步骤s117。另一方面，在未判定为vc＞vth的情况下，判断为用于使逆变器控制部72动作的电源电压下降，转移至步骤s112，经过后述的步骤s113在步骤s114中使电动机转速下降控制暂时停止。由此，能迅速地对存储于二次滤波电容器50的高电压的电荷进行放电，而不使用于驱动逆变器控制部72的电源消失。

在步骤s112中，由电动机温度传感器62获取三相交流电动机60的温度信息tmmot，由逆变器温度传感器43a～43b获取逆变器40的温度信息tminv，并转移至步骤s113。逆变器温度传感器43a～43b获取逆变器40的半导体开关元件41a～41f的温度信息，能将至少一个以上的温度传感器配置于某个半导体开关元件的附近来对温度信息进行检测。

在步骤s113中，计算使电动机转速下降控制暂时停止的停止时间tth1，并转移至步骤s114。停止时间的计算方法例如采用下式。tth1＝a×tmmot+b×rmot+c×tminv(a、b、c为各参数的影响度系数)。

在步骤s114中，使电动机转速下降控制暂时停止，开始进行停止经过时间的计数。由此，二次滤波电容器50的放电停止，三相交流电动机60的反电动势导致再次开始向二次滤波电容器50进行蓄电，高电压侧节点p2与低电压侧节点n2的电位差增加。

在步骤s115中，获取停止经过时间tstop，并转移至步骤s116。

在步骤s116中，对步骤s115中所获得的停止经过时间tstop与步骤s113中所计算出的停止时间tth1进行比较。在判定为tstop＞tth1的情况下，再次开始进行电动机转速下降控制，并转移至步骤s106。另一方面，在未判定为tstop＞tth1的情况下，电动机转速下降控制的暂时停止持续，并转移至步骤s115。

另一方面，在电动机转速下降控制中使逆变器40的半导体开关元件41a～41f进行开关，因此，存在半导体开关元件41a～41f的温度上升而导致损坏的可能性。对此，进行从步骤s117起的控制。

在步骤s117中，利用逆变器温度传感器43a～43b来获取逆变器40的温度信息tminv，并转移至步骤s118。

在步骤s118中，对步骤s117中所获得的逆变器40的温度信息tminv与预先设定的规定阈值tmth1进行比较。在判定为tminv＞tmth1的情况下，判断为半导体开关元件41a～41f的温度上升，存在导致半导体开关元件41a～41f损坏的可能性，转移至步骤s119，并使电动机转速下降控制暂时停止。另一方面，在未判定为tminv＞tmth1的情况下，半导体开关元件41a～41f的温度适当，持续进行电动机转速下降控制，并转移至步骤s107。

在步骤s119中，计算使电动机转速下降控制暂时停止的停止时间tth2，并转移至步骤s120。停止时间的计算方法例如采用下式。tth2＝d×tminv(d为参数的影响度系数)。

在步骤s120中，使电动机转速下降控制暂时停止，开始进行停止经过时间的计数。由此，使半导体开关元件41a～41f的开关停止，半导体开关元件41a～41f的温度下降。

在步骤s121中，获取停止经过时间tstop，并转移至步骤s122。

在步骤s122中，对步骤s121中所获得的停止经过时间tstop与步骤s119中所计算出的停止时间tth2进行比较。在判定为tstop＞tth2的情况下，再次开始进行电动机转速下降控制，并转移至步骤s106。另一方面，在未判定为tstop＞tth2的情况下，电动机转速下降控制的暂时停止持续，并转移至步骤s123。

在步骤s123中，利用逆变器温度传感器43a～43b来获取逆变器40的温度信息tminv，并转移至步骤s124。

在步骤s124中，对步骤s123中所获得的逆变器40的温度信息tminv与比规定阈值tmth1要低的预先设定的规定阈值tmth2进行比较。在判定为tminv＞tmth2的情况下，判断为半导体开关元件41a～41f的温度不是适合再次开始电动机转速下降控制的温度，转移至步骤s121，并使电动机转速下降控制的暂时停止持续。另一方面，在未判定为tminv＞tmth2的情况下，半导体开关元件41a～41f的温度适当，再次开始进行电动机转速下降控制，并转移至步骤s106。规定阈值tmth1与规定阈值tmth2具有tmth1＞tmth2的关系，在经过暂时停止时间前半导体开关元件41a～41f的温度为规定阈值tmth2以下的情况下，再次开始电动机转速下降控制，从而能迅速实现二次滤波电容器50的放电。

如上所述，使电动机转速下降控制暂时停止，来使二次滤波电容器50的端子间电压上升，并进行控制直到三相交流电动机60达到足够低的转速，从而能迅速地对二次滤波电容器50进行放电。

另外，将电动机转速下降控制的暂时停止时间设为规定时间，从而能使施加于二次滤波电容器50的电压接近最佳值，并能利用包含刚停止之前的三相交流电动机60的温度、逆变器40的温度、三相交流电动机60的转速、二次滤波电容器50的端子间电压中的至少一个在内的车辆信息来决定所述规定时间。

另外，在执行所述电动机转速下降控制的过程中，在逆变器40的温度超过预先设定的第一阈值的情况下，中止电动机转速下降控制，在逆变器40的温度小于比所述第一阈值要低的预先设定的第二阈值的情况或经过规定时间的情况下，再次开始电动机转速下降控制，从而能在逆变器温度超过元器件额定值而导致损坏之前进行保护，并能在下降至能实施电动机旋转停止控制的温度的阶段尽快再次开始电动机旋转停止控制，使旋转停止。

另外，在放电判定指示部73检测到车辆发生碰撞的情况及车辆的动力处于停止状态的情况中的至少一种情况下输出放电停止指示，从而能在电动机转速下降后迅速地对存储于二次滤波电容器50的高电压的电荷进行放电，而不使用于驱动逆变器控制部72的电源消失。

此外，也可以由整流器控制部71在与上述二次滤波电容器50的放电的同时进行一次滤波电容器30和能量转移用电容器23的放电控制。在这种情况下，也由逆变器控制部用备用电源74向整流器控制部71进行电源供应。

以上，对本发明的实施方式1所涉及的功率转换系统进行了说明，但本发明可以在其发明范围内对实施方式进行适当的变形、省略。标号说明

10直流电源

20升压整流器

21a～21d半导体开关元件

22a～22d半导体整流元件

25量转移用电容器

24能量转移电压传感器

25电抗器

30一次滤波电容器

31一次电压传感器

40逆变器

41a～41f半导体开关元件

42a～42f半导体整流元件

43a～43b逆变器温度传感器

44a上臂侧功率半导体元件

44b下臂侧功率半导体元件

45au相开关臂

45bv相开关臂

45cw相开关臂

50二次滤波电容器

51二次电压传感器

60三相交流电动机

61电动机转速传感器

62电动机温度传感器

70放电控制部

71整流器控制部

72逆变器控制部

73放电判定指示部

74逆变器控制部用备用电源

75碰撞传感器

76车速控制部