车辆用电源装置的制作方法

本发明涉及一种车辆用电源装置。特别地，本发明涉及一种能够为多个在不同电压下工作的负载提供电力，并通过简单配置能够实现用户可靠的防触电措施的车辆用电源装置。

背景技术：

1、传统上，汽车的电路分为两种类型，即从具有12v或24v电压的铅蓄电池提供低电压电力的电路，以及从具有300v至400v电压的驱动用二次电池提供高电压电力的电路。铅蓄电池重量大，并且制造和处理这类电池对环境有较大的影响。此外，近年来，电动车辆和混合动力车辆有需要在更高的电压下提供电力的情况。因此，正在开发能够使用同一个电源为车辆提供不同电压的二次电池系统。

2、在二次电池系统中，广泛使用将多个蓄电元件串联连接的二次电池。这种二次电池能够获得高电压输出，并通过增加蓄电元件的数量高效地提供电力。同时，车辆用电源装置需要严格的防触电措施。特别是在工作电压为60v或更高的直流电压的电力系统中，安全措施必不可少。

3、发明人先前发明了一种车辆用电源装置，通过降压手段从高电压电源获得低电压电源，无需使用变压器等绝缘手段即可以防止人体触电。该发明公开在专利文献1中。专利文献1中的车辆用电源装置的基本配置如图5所示。车辆用电源装置从由多个蓄电元件构成的高电压电源600向工作在12v电压下的电负载300和高电压负载装置400提供电力。车辆用电源装置包括多个开关装置，将高电压电源600的部分蓄电元件连接到电负载300，并通过在约100微秒的周期内选择性地开关这些开关装置，向电负载提供规定电压的电力。通过控制开关装置的连接时间来控制蓄电元件之间的电压平衡。此外，专利文献1中的车辆用电源装置包括一个漏电检测装置100，用于检测高电压电源与接地电位之间的漏电电流。漏电检测装置100在所有开关装置都断开的空载时间期间内检测是否存在漏电。漏电检测装置测量例如高电压电源与地电极之间的漏电电流。控制装置在漏电电流检测装置检测到的漏电电流大于0安培时判定发生了漏电，并通过禁止开关装置的后续连接或通过断开切断装置500、501来防止触电发生。

4、发明人还发明了一种高电压电源，其特征在于，在将多个电池串联连接的二次电池中，电池之间提供的输出端子接地。该发明公开在专利文献2中。专利文献2中高电压电源的基本配置如图6所示。高电压电源124包括多个电池111，这些电池包括多个串联连接的蓄电元件。电池111之间的输出端子连接到车体的接地105，并构成接地电位。这样降低了高电压电源124与接地105之间的最大电位差，即使在向高电压负载装置103提供电力的情况下，也无需对车体进行绝缘。高电压电源124还包括一个平衡器132，其与所有电池111并联连接并形成旁路电路，从而动态控制多个电池111的充电/放电状态。

5、当将具有3v电压的通用蓄电元件应用于专利文献1中的车辆用电源装置时，为了向额定为300v高电压的负载设备提供电力，需要100个蓄电元件和50个开关元件。设置大量开关元件导致整个装置成本增加，并增加控制的复杂性。与此同时，在专利文献2的高电压电源中，当向额定电压为300v的负载设备提供电力时，高电压电源124与接地105之间的电位差至少为150v。因此，有必要采用类似传统技术的防触电措施。

6、相关技术文献

7、专利文献

8、专利文献1：日本特开2021-114847号公报

9、专利文献2：日本特开2020-199925号公报

技术实现思路

1、发明要解决的问题

2、在车辆供电系统中，需要在各种电路与用户可能接触的车体之间提供可靠的绝缘。然而，对于包含多种电压系统的电源系统，用于电压控制和绝缘的装置配置的倾向趋于大型化和高成本化。

3、针对上述问题，本发明旨在提供一种能够提供多种电压并实施可靠防触电措施的车辆用电源装置。

4、用于解决问题的手段

5、本发明涉及一种车辆用电源装置，用于向低电压负载和由比低电压负载更高电压驱动的高电压负载提供电力。根据本发明的车辆用电源装置包括：第一蓄电元件组，其中多个蓄电元件串联连接并获得规定电压的直流电源；第二蓄电元件组，由多个蓄电元件串联连接构成，第二蓄电元件组与第一蓄电元件组的正极侧串联连接，并与第一蓄电元件组组合构成高电压直流电源；主动平衡器，位于第一蓄电元件组与第二蓄电元件组之间；切断装置，用于切断来自高电压直流电源的电力；控制装置；以及漏电检测装置。控制装置通过控制第一开关装置和第二开关装置来执行获得规定的低电压的控制，通过控制主动平衡器来执行使所有蓄电元件的容量基本均衡的控制，并执行切换切断装置的控制。漏电检测装置检测高电压直流电源与接地电位之间的漏电电流，并向控制装置发送信号。控制装置在第一开关装置和第二开关装置断开的空载时间期间内判定从漏电检测装置发送的信号，并在漏电电流达到规定的水平时，切断向低电压负载和高电压负载中的任一者或两者提供的电力并保持规定的期间。

6、根据本发明的车辆用电源装置中，主动平衡器优选地连接到三个点，即第一蓄电元件组的负极侧、第二蓄电元件组的正极侧，以及设置在第一蓄电元件组和第二蓄电元件组之间的输出端子。

7、根据本发明的车辆用电源装置的控制装置，当漏电电流达到规定的水平时，能够将切断装置固定在断开状态。

8、根据本发明的车辆用电源装置的控制装置，当漏电电流达到规定的水平时，还重复操作：将切断装置保持在断开状态规定的期间后，再次导通切断装置。

9、根据本发明的车辆用电源装置的控制装置，控制开关装置以使第一开关装置、第二开关装置和低电压负载连接的期间乘以漏电检测装置的漏电检测值的最大值为0.003安培×1秒或更小。

10、根据本发明的车辆用电源装置的控制装置，当漏电电流达到规定的水平时，禁止第一开关装置和第二开关装置的连接。

11、根据本发明的车辆用电源装置，构成漏电电流的参考的电流值设定为0安培。控制装置在漏电电流大于0安培时，优选地切断向低电压负载和高电压负载中的任一者或两者提供的电力。

12、发明效果

13、根据本发明的车辆用电源装置能够提供高电压电力和低电压电力。通过第一开关装置和第二开关装置从第一蓄电元件组提供低电压。本发明不需要传统技术中从高电压电源获得低电压所需的dc-dc转换器和大量开关元件，因此能够简化整个装置的配置，使装置比传统技术更为廉价。

14、根据本发明的车辆用电源装置，其第一开关装置和第二开关装置的耐压仅需与第一蓄电元件组输出的电压兼容，并且可以应用耐压更低的开关装置。因此，可以简化整体装置的配置，并且可以降低成本。

15、与此同时，根据本发明的车辆用电源装置中，控制装置的防触电单元在第一开关装置和第二开关装置断开的空载时间期间内判定从漏电检测装置发送的信号，并在漏电电流达到规定的水平时，切断向低电压负载和高电压负载中的任一者或两者提供的电力并保持规定的期间，从而实施可靠的防触电措施并确保安全性。

16、特别地，控制装置在适当的时间和期间输出命令以将切断装置断开，切断装置根据命令切断电流。因此，停止提供来自高电压直流电源的电力，能够在高电压系统和高电压负载周围实施可靠的防触电措施。

17、另外，通过控制装置输出的命令禁止第一开关装置和第二开关装置的连接，使得开关装置断开，停止提供低电压电力，能够在低电压系统和低电压负载周围实施可靠的防触电措施。