WO2018047288A1 - Vehicle power supply system and method for controlling vehicle power supply system - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a vehicle power supply system and a control method for the vehicle power supply system.
- a DC-DC converter that steps down the voltage of a high-voltage side battery for driving a motor and charges the low-voltage side battery for supplying power to electrical components.
- a vehicle power supply system equipped with a transistor for protecting the DC-DC converter and a control circuit for controlling the transistor (for example, Patent Documents 1 and 2).
- the transistor and the transistor are controlled by the DC-DC converter. It is necessary to mount a control circuit for monitoring the transistor and the like. Therefore, the DC-DC converter is enlarged and cannot be made inexpensive.
- the present application relates to a vehicle power supply system and a vehicle power supply capable of protecting a large-current or small-current backflow current and making the DC-DC converter larger and less expensive than conventional ones.
- An object of the present invention is to provide a system control method.
- an aspect of the present invention provides a vehicle power supply system in which a voltage of a power supply that supplies power to a motor that drives a vehicle is stepped down by a DC-DC converter to supply power to the battery.
- a rectifier circuit that is provided between the rectifier circuit and the battery, detects a reverse current flowing from the battery to the DC-DC converter, and detects the reverse current and the battery and the rectifier circuit.
- a switch unit that switches a switch connected between the switch and the switch to an OFF state. It is a stem.
- one aspect of the present invention is the above-described vehicle power supply system, wherein the fusing member is based on a first reference value that is a value of the backflow current that is a determination reference for turning the switch from an on state to an off state. Is blown when the second reference value, which is a large value, is exceeded.
- One aspect of the present invention is the above-described vehicle power supply system, in which the switch unit is configured to switch the switch when the backflow current exceeds the first reference value for a predetermined delay time. Is turned from an on state to an off state.
- one aspect of the present invention is the above-described vehicle power supply system, wherein the fusing member is blown in a time shorter than the predetermined delay time.
- One aspect of the present invention is the above-described vehicle power supply system, wherein the first reference value, the predetermined delay time, and the current value flowing through the fusing member and the current value in the fusing member are:
- the fusing characteristics indicating the fusing time until the fusing member blows when flowing through the fusing member is determined according to the component rating of the part through which the reverse current flows, including the rectifying element.
- one aspect of the present invention is the above-described vehicle power supply system, wherein the fusing member has a number and a cross-sectional area set according to the second reference value.
- Another aspect of the present invention is a control method for a vehicle power supply system that supplies power to a battery by stepping down a voltage of a power supply that supplies power to a motor that drives the vehicle, using a DC-DC converter.
- the DC-DC converter has a rectifier circuit in which at least a part between the rectifier element and the outside is connected via a fusing member, and a switch unit provided between the rectifier circuit and the battery,
- a vehicle power supply system characterized in that a switch connected between the battery and the rectifier circuit is changed from an on state to an off state in response to a reverse current flowing from the battery to the DC-DC converter. It is a control method.
- a vehicular power supply system that can protect a large-current or small-current backflow current and that does not make the DC-DC converter larger and less expensive than the conventional one, and a vehicle A method for controlling a power supply system for a vehicle can be provided.
- FIG. 2 is a block diagram illustrating a configuration example of an ON / OFF circuit 32 illustrated in FIG. 1. It is a characteristic view for demonstrating the operation example of the vehicle power supply system 1 shown in FIG. It is a figure for demonstrating the operation example of the switch part 3 shown in FIG.
- FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration example of a vehicle power supply system 1 according to a first embodiment of the present invention.
- a vehicle power supply system 1 shown in FIG. 1 is mounted on an electric vehicle such as a pure electric vehicle, a hybrid electric vehicle, a plug-in hybrid electric vehicle, or a hydrogen fuel cell vehicle.
- the vehicle power supply system 1 includes a DC-DC converter 2 and a switch unit 3.
- the vehicle power supply system 1 is a system that supplies power to the battery 5 and the like by stepping down the voltage of the power supply 4 that supplies power to the motor 61 that drives the vehicle by the DC-DC converter 2.
- the battery 5 is a power storage device having a rated voltage lower than the rated voltage of the power source 4, and is connected to an electrical load 9 such as an electrical component via a fuse 8.
- the power source 4 is a direct current power source, for example, a high voltage battery having a rated voltage higher than the rated voltage of the battery 5.
- the positive electrode of the power supply 4 is connected to the input terminal 25 of the DC-DC converter 2, and the negative electrode of the power supply 4 is connected to the input terminal 26 of the DC-DC converter 2.
- the power source 4 is not limited to a high voltage battery, and may be a power source such as a capacitor, a hydrogen fuel cell, or a generator, or a combination of a plurality of types of power sources.
- a motor 61 is connected to the power supply 4 via the control device 6.
- the motor 61 is an electric motor and is a drive source of a vehicle on which the vehicle power supply system 1 is mounted.
- the motor 61 is driven and controlled by the control device 6 using the power supply 4 as a power source. There may be a plurality of motors 61, or the motor 61 may be driven in cooperation with an engine such as an internal combustion engine (not shown) mounted on the vehicle.
- the DC-DC converter (DC-DC converter) 2 steps down the DC voltage of the power supply 4 input between the input terminal 25 and the input terminal 26 and outputs it from between the output terminal 27 and the output terminal 28.
- FIG. 1 illustration of a voltage detection unit, a part of current detection unit, a control line, and the like provided in the DC-DC converter 2 is omitted.
- the DC-DC converter 2 includes an inverter circuit 21, a transformer T, a rectifier circuit 22, a DC-DC converter control unit 24, a coil L, and a capacitor Cout.
- the DC-DC converter 2 is an insulation type using a transformer T, and has a synchronous rectification type configuration in which the rectifier element of the rectifier circuit 22 is configured by a transistor.
- the inverter circuit 21 includes four transistors Q1 to Q4 made of, for example, n-channel MOSFETs (metal oxide semiconductor field effect transistors).
- the transistors Q1 to Q4 are bridge-connected and controlled by the DC-DC converter control unit 24.
- the DC power input from between the input terminal 25 and the input terminal 26 is converted into AC power to the primary coil 201 of the transformer T. Output.
- a current transformer CT is connected in series to the primary coil 201.
- the secondary coil of the transformer T is composed of a secondary coil 202 and a secondary coil 203 connected in series.
- the connection end of the secondary coil 202 and the secondary coil 203 is connected to one end of the coil L.
- the other end of the secondary coil 202 is connected to a metal electrode (bonding pad) 221 in the rectifier circuit 22.
- the other end of the secondary coil 203 is connected to the metal electrode 222 in the rectifier circuit 22.
- the rectifier circuit 22 is a circuit that rectifies the power supplied from the DC-DC converter 2 to the battery 5 into a direct current, and is configured on a substrate such as an insulating metal substrate.
- the rectifier circuit 22 includes two transistors Q5 and Q6 made of, for example, n-channel MOSFETs.
- the transistors Q5 and Q6 are on / off controlled by the DC-DC converter control unit 24 in synchronization with the on / off operation of the primary transistors Q1 to Q4, and the AC power output from the secondary side of the transformer T is supplied to the transistors Q5 and Q6. Rectify to DC power.
- Transistors Q5 and Q6 are one configuration example of the rectifying element.
- the transistor Q5 and the transistor Q6 are bare chips that are not molded, and are bonded to, for example, a substrate constituting the rectifier circuit 22.
- the metal electrodes (bonding pads) 231 to 236 on the chips constituting the transistors Q5 and Q6 and the metal electrodes 221 to 224 on the substrate are bonded by bonding wires 225 to 228 which are fusing members. Yes.
- the transistors Q5 and Q6 in the bonding connection are hermetically sealed with a sealing material such as silicone gel.
- the bonding wires 225 to 228 or a part of the bonding wires 225 to 228 have a fusing characteristic that blows when a predetermined current is applied for a predetermined time.
- the bonding wires 225 to 228 may be composed of a single thin line or a plurality of thin lines.
- the fusing characteristics of the transistor Q5 may be the same or different for both the bonding wire 225 and the bonding wire 226.
- the fusing characteristics of bonding wire 227 and bonding wire 228 may be the same or different. This fusing characteristic will be described later.
- the rectifier circuit 22 of the present embodiment is provided in the DC-DC converter 2 and is a circuit that rectifies the power supplied from the DC-DC converter 2 to the battery 5 into a direct current, and includes a transistor Q5 and a transistor that are rectifier elements.
- At least a part between Q6 and the outside of the rectifier circuit 22 is connected via bonding wires 225 to 228 which are fusing members.
- the outside of the rectifier circuit 22 means a circuit outside the rectifier circuit 22, an external element, or an external wiring.
- the metal electrode 231 on the chip connected to the drain of the transistor Q5 is connected to the metal electrode 221 on the substrate via the bonding wire 225.
- the metal electrode 232 on the chip connected to the source of the transistor Q5 is connected to the metal electrode 223 on the substrate via a bonding wire 226.
- the metal electrode 233 on the chip connected to the gate of the transistor Q5 is connected to a metal electrode on the substrate (not shown) via a bonding wire (not shown).
- the metal electrode 234 on the chip connected to the drain of the transistor Q6 is connected to the metal electrode 222 on the substrate via the bonding wire 227.
- the metal electrode 235 on the chip connected to the source of the transistor Q6 is connected to the metal electrode 224 on the substrate through the bonding wire 228.
- the metal electrode 236 on the chip connected to the gate of the transistor Q6 is connected to the metal electrode on the substrate (not shown) via a bonding wire (not shown).
- the other end of the coil L is connected to one end of the capacitor Cout and the output terminal 27.
- the other end of the capacitor Cout is connected to the metal electrode 223 and the metal electrode 224 via the wiring patterns P1 and P2 and to the output terminal 28.
- the coil L and the capacitor Cout constitute a smoothing circuit.
- the switch unit 3 includes a switch 31, an ON / OFF circuit 32, a diode 33, and a current detection unit 34.
- the switch unit 3 is provided between the rectifier circuit 22 in the DC-DC converter 2 and the battery 5, and when a reverse current Io flowing from the battery 5 to the DC-DC converter 2 is detected, the reverse current In accordance with Io, the switch 31 connected between the battery 5 and the rectifier circuit 22 is switched from the on state to the off state, thereby blocking the reverse current Io.
- the input terminal 35 of the switch unit 3 is connected to one terminal of the switch 31, and the other terminal of the switch 31 is connected to the anode of the diode 33, and the output of the switch unit 3 through (or via) the current detection unit 34.
- the terminal 37 is connected.
- the input terminal 35 is connected to the output terminal 27 of the DC-DC converter 2, and the output terminal 37 is connected to the positive electrode of the battery 5 via the fuse 7.
- the input terminal 36 of the switch 31 is connected to the output terminal 28 of the DC-DC converter 2, the power supply terminal (negative power supply terminal) of the ON / OFF circuit 32, the output terminal 38 of the switch unit 3, and the negative electrode of the battery 5. Yes.
- the switch 31 is a relay having a make contact, and the switch 31 is turned on when a direct current is supplied from the battery 5 via a diode 33 and an ON / OFF circuit 32 to a coil (not shown) of the relay. .
- the switch 31 is turned off.
- the diode 33 is in the reverse direction, so that the switch 31 is turned off.
- the switch 31 is controlled to be turned on or off by the ON / OFF circuit 32 according to the detection result of the current detector 34.
- the ON / OFF circuit 32 controls the switch 31 to be on or off according to the detection result of the current detector 34.
- the diode 33 has an anode connected to the output terminal 37 and a cathode connected to the power supply terminal (positive power supply terminal) of the ON / OFF circuit 32.
- the diode 33 inputs DC power supplied from the battery 5 to the ON / OFF circuit 32 and to the coil of the switch 31 via the ON / OFF circuit 32. To do.
- the current detection unit 34 includes a current detector such as a current transformer or a shunt resistor, and detects the generation of the reverse current Io flowing from the output terminal 37 toward the switch 31 and turns the detection result ON. / OFF circuit 32 to output.
- the current detection unit 34 only needs to have at least performance capable of detecting whether or not a predetermined (eg, several A or more) backflow current Io is generated.
- the current detection unit 34 has, for example, the performance of changing the output signal according to the magnitude of the current and the performance of detecting whether or not a short-circuit current (large current) is generated from the battery 5. Also good.
- the fuse 7 is a large-capacity current fuse, and the rated current is, for example, about several tens to several hundreds A.
- the rated current of the fuse 7 can be determined according to the rated current of the DC-DC converter 2, for example.
- the fuse 7 is blown when the output terminal 27 and the output terminal 28 of the DC-DC converter 2 are short-circuited due to a failure or the like and a short-circuit current is output from the battery 5 to protect components such as wiring. It is provided for.
- the fuse 8 is a small-capacity current fuse, and its rated current is about several A to several tens A.
- the rated current of the fuse 8 can be determined according to the rated current of the electric load 9 and the like.
- the fuse 8 is provided, for example, when the electrical load 9 is short-circuited due to a failure or the like and a short-circuit current is generated from the battery 5 to protect the wiring and the like by fusing.
- a plurality of fuses 8 may be connected in parallel, and one or a plurality of electric loads 9 may be connected to each fuse 8.
- the switch 31 includes a make contact 311 and a coil 312.
- the make contact 311 switches between the input terminal 35 and the output terminal 37 to an on state or an off state.
- the make contact 311 is turned on when a predetermined current is supplied to the coil 312 and turned off when no current is supplied.
- the drive unit 326 is turned on, the coil 312 passes a current corresponding to the output voltage of the battery 5 (or controlled to a predetermined value by the drive unit 326) from the battery 5 shown in FIG.
- the ON / OFF circuit 32 includes a power supply unit 321, an input unit 322, a determination unit 323, a delay unit 324, a blocking unit 325, and a drive unit 326.
- the power supply unit 321 supplies direct current power supplied from the battery 5 via the diode 33 as it is, or by converting voltage to supply power to each unit.
- the input unit 322 inputs the output signal of the current detection unit 34, and outputs a signal resulting from performing signal processing such as amplification, current-voltage conversion, smoothing on the input signal.
- the determination unit 323 determines whether or not the current detection unit 34 has detected a backflow current Io having a magnitude greater than or equal to a predetermined reference value, and outputs a signal indicating the determination result.
- the delay unit 324 delays the signal for a predetermined time and outputs the delayed signal.
- the blocking unit 325 blocks the energization of the coil 312 by the driving unit 326 when the delay unit 324 outputs a predetermined signal. That is, the blocking unit 325 controls the driving unit 326 to be turned off when the delay unit 324 outputs a predetermined signal.
- the drive unit 326 is turned on when electric power is supplied from the power supply unit 321, and supplies a predetermined current to the coil 312.
- a control signal for instructing an off state is input from the blocking unit 325
- the driving unit 326 enters an off state and stops energization of the coil 312. Note that once the drive unit 326 is turned off by the blocking unit 325, the control of the off state is continued regardless of the presence or absence of the signal output of the delay unit 324. This OFF state is continued until, for example, a predetermined release signal (not shown) is input or the supply of power from the power supply unit 321 is stopped.
- the drive unit 326 includes, for example, a transistor provided on the high side or the low side of the coil 312 so as to be in series with the diode 33, a drive circuit for the transistor, a flip-flop circuit for continuing the OFF state, and the like. It is configured.
- the horizontal axis represents the magnitude of the backflow current Io shown in FIG. 1, and the unit is arbitrary.
- the vertical axis is time, and the unit is second.
- Characteristic B indicates the rated value of the part.
- the component means a component through which a reverse current Io including a rectifying element, wiring, a fuse, and the like flows. At a certain current value, if the energization time of the backflow current Io is shorter than the time indicated by the characteristic B corresponding to the current value, the component can operate safely.
- a region A indicated by shading is a region corresponding to the magnitude and duration of the current at which the switch 31 is turned off.
- the magnitude of the current is set according to the determination reference value of the determination unit 323.
- the duration time is set by the delay time of the delay unit 324.
- the region A can be adjusted in the left-right direction indicated by the arrow A1 by changing the determination reference value of the magnitude of the backflow current Io by the determination unit 323.
- the value of the backflow current Io which is a criterion for determining the switch 31 from the on state to the off state, is defined as a first reference value.
- the switch 31 is turned off when the backflow current Io equal to or greater than the first reference value continues for 1 second or more. Further, by changing the delay time of the delay unit 324, the region A can be adjusted in the vertical direction indicated by the arrow A2. In the example shown in FIG. 3, the delay time of the delay unit 324 is set to 1 second.
- the characteristics C1 and C2 are fusing characteristics of the bonding wires 225 to 228.
- the characteristic C1 has the same cross-sectional area (or wire diameter) of the bonding wire as the characteristic C2 and the number is smaller than that of the characteristic C2, or the number of bonding wires is the same as the characteristic C2 and the cross-sectional area is the characteristic C2. It is a characteristic when it is small.
- the characteristic C2 is, for example, a characteristic when the cross-sectional area of the bonding wire is the same as the characteristic C1 and the number is larger than the characteristic C1, or the number of bonding wires is the same as the characteristic C1 and the cross-sectional area is larger than the characteristic C1.
- the fusing characteristics of the bonding wire can be adjusted by the number of bonding wires and the cross-sectional area (or wire diameter) as indicated by an arrow C.
- the cross-sectional area of a some fine wire may be the same, and may differ.
- the fusing characteristics can be adjusted by changing the configuration (number and cross-sectional area).
- the fusing characteristic of the bonding wire when the fusing characteristic of the bonding wire is set to the characteristic C1, when the value of the backflow current Io exceeds the second reference value that is the value of the backflow current Io at the point where the curve of the characteristic C1 deviates from the region A, the delay The bonding wire is melted in a time shorter than the delay time (1 second) set in the part 324, and the backflow current Io is cut off.
- the fusing time in this case varies depending on the characteristic C1 depending on the magnitude of the backflow current Io.
- the reverse current Io is blocked by the switch unit 3 indicated by the region A and the reverse current Io is interrupted by a bonding wire (melting member) indicated by the characteristic C1.
- the backflow current Io can be cut off within the rated region indicated by the characteristic B.
- the characteristic C2 is a curve that passes through the intersection of the characteristic B and the maximum output current of the battery.
- the reverse current Io can be interrupted within the rated region indicated by the characteristic B by combining the interruption of the reverse current Io by the bonding wire (melting member) indicated by the characteristic C2.
- the number and cross-sectional area of a bonding wire (melting member) can be set according to a 2nd reference value.
- the parts are protected by bonding wire when the backflow current Io is relatively large, and the parts of the backflow current Io are relatively small.
- the following effects can be obtained by performing protection by shutting off the switch unit 3. That is, the interruption capacity of the switch 31 can be reduced by limiting the interruption by the switch unit 3 to a case where the backflow current Io is relatively small. That is, the generation of an arc when the switch 31 is interrupted can be suppressed.
- the fusing characteristics by the bonding wire do not depend on the direction of the current, for example, the fusing characteristics cannot be such that the fusing does not occur with a large forward current and the fusing with a relatively small reverse current Io.
- the configuration of the present embodiment by combining the fusing member and the switch unit 3, it is easy to protect the component from the large reverse current Io and to protect the component from the small reverse current Io. Both can be achieved.
- FIG. 4 is a diagram showing operation states of the vehicle power supply system 1 shown in FIG. FIG. 4 shows, in order from the left, the connection state of the battery 5, the state of the rectifying element (transistor Q5 and transistor Q6) of the DC-DC converter 2, the direction of current (the direction of the energization current of the switch unit 3), and the magnitude of the current.
- the magnitude of the energization current of the switch unit 3), the state of the switch unit 3, and the state of the fusing members (bonding wires 225 to 228) are shown. It is assumed that the operating area A of the switch unit 3, the fusing characteristics C1 of the fusing members (bonding wires 225 to 228), the characteristics B of the parts, and the maximum output current of the battery 5 are as shown in FIG.
- connection state of the battery 5 is “forward connection” (normal state) and the state of the rectifying element of the DC-DC converter 2 is “normal”
- the current direction is “forward direction” and the magnitude of the current Is “under rated” by the control of the DC-DC converter 2 or the like.
- the switch part 3 is "on state”, and the state of a fusing member is “non-fusing".
- the magnitude of the rated current is indicated by a broken line.
- connection state of the battery 5 is “forward connection” (normal state) and the state of the rectifying element of the DC-DC converter 2 is “failure occurrence”, the direction of the current is “reverse direction”.
- the content of “failure occurrence” is a failure in a state where the drain and source of the transistor Q5 or Q6 are short-circuited or a failure in a state where the transistor Q5 or Q6 is always turned on.
- the state of the switch unit 3 is “ON”, and the state of the fusing member is within the characteristic C1 shown by the chain line in FIG. State.
- the state of the switch unit 3 becomes “off state” after the delay time has elapsed, and the state of the fusing member Is within the characteristic C1 shown by the chain line in FIG.
- the state of the switch unit 3 becomes “off state” after the delay time elapses, and the state of the fusing member is the fusing characteristic indicated by the chain line in FIG. According to C1, it will be in the "melting" state after a predetermined time has elapsed.
- the magnitude of the current is larger than the second reference value shown in FIG.
- the time required for the fusing member to “blow” is shorter than the delay time for the switch unit 3 to be in the “off state”. Is first blown out, the switch unit 3 does not actually perform the operation of setting the reverse current Io larger than the second reference value to the “off state”.
- connection state of the battery 5 is “reverse connection” (abnormal state)
- the power is not supplied to the ON / OFF circuit 32, so that the switch unit 3 is in the “off state” and the switch 31 is turned off. Since no current flows from the battery 5 into the rectifier circuit 22, the fusing member is in a “non-blown” state.
- the vehicle power supply system 1 that supplies the power to the battery 5 by stepping down the voltage of the power supply 4 that supplies power to the motor 61 that drives the vehicle by the DC-DC converter 2.
- the rectifier circuit 22 and the switch unit 3 are configured as follows. That is, the rectifier circuit 22 is provided in the DC-DC converter 2 and is a circuit that rectifies the electric power supplied from the DC-DC converter 2 to the battery 5 to a direct current, and includes a rectifier element (transistors Q5 and Q6) and an external circuit. At least a part of the wire is connected via a fusing member (bonding wires 225 to 228).
- the switch unit 3 is provided between the rectifier circuit 22 and the battery 5, detects a reverse current Io flowing from the battery 5 to the DC-DC converter 2, and according to the reverse current Io, the battery 5 and the rectifier circuit 22.
- the switch 31 connected between is switched from the on state to the off state. That is, the first embodiment is based on the backflow current detection between the rectifier circuit 22 in which at least a part between the rectifier element and the outside is connected via the fusing member, and the DC-DC converter 2 and the battery 5.
- a switch unit 3 having a blocking function. As a result, when the backflow current Io is generated, the fusing member is blown for a large current, and the switch unit 3 can be turned off for a small current. Therefore, the DC-DC converter 2 is made larger than the conventional one. Thus, it is possible to provide a vehicle power supply system 1 that can be made inexpensive and inexpensive.
- the fusing member has a value larger than a first reference value that is a value of the backflow current Io that is a determination criterion for switching the switch 31 from the on state to the off state. Fusing when a certain second reference value is exceeded.
- the switch unit 3 switches the switch 31 from the on state to the off state when the state in which the backflow current Io exceeds the first reference value continues for a predetermined delay time. Yes. Further, the fusing member is blown out in a time shorter than the predetermined delay time.
- the fusing member when the first reference value, the predetermined delay time, and the fusing member, the current value flowing through the fusing member and the current value flowing through the fusing member, the fusing member is blown.
- the fusing characteristics indicating the fusing time until the time is determined are determined according to the component rating of the component including the rectifying element and through which the backflow current Io flows.
- the number and cross-sectional area of the fusing member can be set according to the second reference value. In this case, the cooperation between the protection by the switch unit 3 and the protection by the fusing member can be easily set.
- the bonding wires 225 to 228 that connect the semiconductor chip constituting the rectifying element (transistor Q5 and transistor Q6) and the outside of the semiconductor chip are used as the fusing member.
- a fusing member is provided in the wiring patterns P1 and P2 on the substrate in the rectifier circuit 22.
- the fusing member may be a pattern itself in which the thickness or width of all or part of the wiring patterns P1 and P2 has a predetermined fusing characteristic, or functions as a fuse in the wiring patterns P1 and P2. It is good also as a structure which interposes the chip components to perform in series.
- the bonding wires 225 to 228 may have predetermined fusing characteristics as in the first embodiment.
- the DC-DC converter 2 is not made larger and less expensive than the conventional one while protecting against a large or small backflow current Io.
- the vehicular power supply system 1 can be provided.
- the rectifier circuit 22 is configured as a synchronous rectification system, but the transistors Q5 and Q6 may be configured as an asynchronous rectification system instead of a bare chip diode, for example.
- the switch unit 3 includes the current detection unit 34. However, the current detection unit 34 is provided outside the switch unit 3 so that the input unit 322 receives the detection signal of the reverse current Io. Also good.
- a function for inputting a control signal from an external ECU (electronic control unit) or DC-DC converter control unit 24 to the switch unit 3 and turning on or off the switch 31 according to the control signal is added to the switch unit 3 May be.
- the switch unit 3 and the DC-DC converter 2 may be configured integrally. In FIG. 1, the large-capacity fuse 7 may be omitted.
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Abstract
Description
本発明は、車両用電源供給システム、及び車両用電源供給システムの制御方法に関する。 The present invention relates to a vehicle power supply system and a control method for the vehicle power supply system.
電動車両において、モーター駆動用の高圧側バッテリーの電圧を降圧して、電装部品等への電力供給用の低圧側バッテリーを充電するDC-DCコンバータがある。このDC-DCコンバータの保護を行うためのトランジスタおよび当該トランジスタを制御するための制御回路を搭載する車両用電源供給システムがある(例えば、特許文献1、2)。
In an electric vehicle, there is a DC-DC converter that steps down the voltage of a high-voltage side battery for driving a motor and charges the low-voltage side battery for supplying power to electrical components. There is a vehicle power supply system equipped with a transistor for protecting the DC-DC converter and a control circuit for controlling the transistor (for example,
しかしながら、従来技術では、DC-DCコンバータを構成する2次側整流回路の整流素子に大電流の逆流電流が流れたときのDC-DCコンバータの保護、あるいはDC-DCコンバータを構成する2次側整流回路の整流素子に小電流の逆流電流が継続的に流れたときの当該整流素子を含む車体配線などの部品の保護を行うためには、DC-DCコンバータにトランジスタおよび当該トランジスタを制御するための制御回路、当該トランジスタを監視するための制御回路等を搭載する必要がある。そのため、DC-DCコンバータを大きくしてしまい、かつ安価なものとすることができなかった。本願は、大電流または小電流の逆流電流から保護しつつ、DC-DCコンバータを従来に比較して大きくせず、かつ安価なものとすることができる車両用電源供給システム、及び車両用電源供給システムの制御方法を提供することを目的とする。 However, in the prior art, the protection of the DC-DC converter when a large backflow current flows through the rectifying element of the secondary rectifier circuit constituting the DC-DC converter, or the secondary side constituting the DC-DC converter. In order to protect parts such as vehicle body wiring including the rectifying element when a small backflow current continuously flows through the rectifying element of the rectifying circuit, the transistor and the transistor are controlled by the DC-DC converter. It is necessary to mount a control circuit for monitoring the transistor and the like. Therefore, the DC-DC converter is enlarged and cannot be made inexpensive. The present application relates to a vehicle power supply system and a vehicle power supply capable of protecting a large-current or small-current backflow current and making the DC-DC converter larger and less expensive than conventional ones. An object of the present invention is to provide a system control method.
上記課題を解決するため、本発明の一態様は、車両を駆動するモーターに電力を供給する電源の電圧をDC-DCコンバータによって降圧してバッテリーに電力を供給する車両用電源供給システムにおいて、前記DC-DCコンバータに設けられており、前記DC-DCコンバータが前記バッテリーに供給する電力を直流に整流する回路であって、整流素子と外部との間の少なくとも一部が溶断部材を介して接続される整流回路と、前記整流回路と前記バッテリーとの間に設けられており、前記バッテリーから前記DC-DCコンバータへ流れる逆流電流を検出し、前記逆流電流に応じて、前記バッテリーと前記整流回路との間に接続されたスイッチをオン状態からオフ状態にするスイッチ部と、を備えることを特徴とする車両用電源供給システムである。 In order to solve the above-described problem, an aspect of the present invention provides a vehicle power supply system in which a voltage of a power supply that supplies power to a motor that drives a vehicle is stepped down by a DC-DC converter to supply power to the battery. A circuit provided in the DC-DC converter for rectifying the power supplied to the battery by the DC-DC converter into a direct current, wherein at least a part between the rectifying element and the outside is connected via a fusing member A rectifier circuit that is provided between the rectifier circuit and the battery, detects a reverse current flowing from the battery to the DC-DC converter, and detects the reverse current and the battery and the rectifier circuit. And a switch unit that switches a switch connected between the switch and the switch to an OFF state. It is a stem.
また、本発明の一態様は、上記車両用電源供給システムであって、前記溶断部材は、前記スイッチをオン状態からオフ状態にする判定基準となる前記逆流電流の値である第1基準値よりも大きな値である第2基準値を超えた場合に溶断することを特徴とする。 Further, one aspect of the present invention is the above-described vehicle power supply system, wherein the fusing member is based on a first reference value that is a value of the backflow current that is a determination reference for turning the switch from an on state to an off state. Is blown when the second reference value, which is a large value, is exceeded.
また、本発明の一態様は、上記車両用電源供給システムであって、前記スイッチ部は、前記逆流電流が前記第1基準値を超えた状態が所定の遅延時間を継続した場合において、前記スイッチをオン状態からオフ状態にすることを特徴とする。 One aspect of the present invention is the above-described vehicle power supply system, in which the switch unit is configured to switch the switch when the backflow current exceeds the first reference value for a predetermined delay time. Is turned from an on state to an off state.
また、本発明の一態様は、上記車両用電源供給システムであって、前記溶断部材は、前記所定の遅延時間よりも短い時間で溶断することを特徴とする。 Further, one aspect of the present invention is the above-described vehicle power supply system, wherein the fusing member is blown in a time shorter than the predetermined delay time.
また、本発明の一態様は、上記車両用電源供給システムであって、前記第1基準値と、前記所定の遅延時間と、前記溶断部材において、当該溶断部材を流れる電流値と該電流値が当該溶断部材を流れたときに当該溶断部材が溶断するまでの溶断時間とを示す溶断特性とは、前記整流素子を含む、前記逆流電流が流れる部品の部品定格に応じて決定されることを特徴とする。 One aspect of the present invention is the above-described vehicle power supply system, wherein the first reference value, the predetermined delay time, and the current value flowing through the fusing member and the current value in the fusing member are: The fusing characteristics indicating the fusing time until the fusing member blows when flowing through the fusing member is determined according to the component rating of the part through which the reverse current flows, including the rectifying element. And
また、本発明の一態様は、上記車両用電源供給システムであって、前記溶断部材は、前記第2基準値に応じて本数と断面積が設定されていることを特徴とする。 Further, one aspect of the present invention is the above-described vehicle power supply system, wherein the fusing member has a number and a cross-sectional area set according to the second reference value.
また、本発明の一態様は、車両を駆動するモーターに電力を供給する電源の電圧をDC-DCコンバータによって降圧してバッテリーに電力を供給する車両用電源供給システムの制御方法であって、前記DC-DCコンバータが、整流素子と外部との間の少なくとも一部が溶断部材を介して接続される整流回路を有し、前記整流回路と前記バッテリーとの間に設けられているスイッチ部において、前記バッテリーから前記DC-DCコンバータへ流れる逆流電流に応じて、前記バッテリーと前記整流回路との間に接続されたスイッチをオン状態からオフ状態にする、ことを特徴とする車両用電源供給システムの制御方法である。 Another aspect of the present invention is a control method for a vehicle power supply system that supplies power to a battery by stepping down a voltage of a power supply that supplies power to a motor that drives the vehicle, using a DC-DC converter. The DC-DC converter has a rectifier circuit in which at least a part between the rectifier element and the outside is connected via a fusing member, and a switch unit provided between the rectifier circuit and the battery, A vehicle power supply system characterized in that a switch connected between the battery and the rectifier circuit is changed from an on state to an off state in response to a reverse current flowing from the battery to the DC-DC converter. It is a control method.
本発明によれば、大電流または小電流の逆流電流から保護しつつ、DC-DCコンバータを従来に比較して大きくせず、かつ安価なものとすることができる車両用電源供給システム、及び車両用電源供給システムの制御方法を提供することができる。 According to the present invention, a vehicular power supply system that can protect a large-current or small-current backflow current and that does not make the DC-DC converter larger and less expensive than the conventional one, and a vehicle A method for controlling a power supply system for a vehicle can be provided.
<第1の実施形態>
以下、本発明の第1の実施形態について図面を参照して説明する。図1は、本発明の第1の実施形態に係る車両用電源供給システム1の構成例を示す図である。図1に示す車両用電源供給システム1は、純電気自動車、ハイブリッド電気自動車、プラグインハイブリッド電気自動車、水素燃料電池自動車等の電動車両に搭載されている。車両用電源供給システム1は、DC-DCコンバータ2と、スイッチ部3とを備える。車両用電源供給システム1は、車両を駆動するモーター61に電力を供給する電源4の電圧をDC-DCコンバータ2によって降圧してバッテリー5等に電力を供給するシステムである。バッテリー5は、電源4の定格電圧より低い定格電圧を有する蓄電装置であり、電装品等の電気負荷9にヒューズ8を介して接続されている。
<First Embodiment>
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration example of a vehicle
電源4は、直流電源であり、例えば、バッテリー5の定格電圧より高い定格電圧の高圧バッテリーである。電源4の正極はDC-DCコンバータ2の入力端子25に接続されていて、電源4の負極はDC-DCコンバータ2の入力端子26に接続されている。なお、電源4は、高圧バッテリーに限らず、例えば、キャパシタ、水素燃料電池、発電機等の電源や、それら複数種類の電源の組み合わせであってもよい。図1に示す例では、電源4に対して制御装置6を介してモーター61が接続されている。モーター61は、電動機であって車両用電源供給システム1を搭載する車両の駆動源であり、電源4を電力源として制御装置6によって駆動制御される。モーター61は、複数であってもよく、また、車両に搭載されている図示していない内燃機関等のエンジンと協働して車両を駆動するものであってもよい。
The power source 4 is a direct current power source, for example, a high voltage battery having a rated voltage higher than the rated voltage of the
DC-DCコンバータ(直流-直流変換器)2は、入力端子25および入力端子26間に入力された電源4の直流電圧を降圧して出力端子27および出力端子28間から出力する。なお、図1ではDC-DCコンバータ2内に設けられている電圧の検出部、一部の電流の検出部や、制御線等の図示を省略している。DC-DCコンバータ2は、インバータ回路21と、トランスTと、整流回路22と、DC-DCコンバータ制御部24と、コイルLと、コンデンサCoutとを備える。この例では、DC-DCコンバータ2は、トランスTを用いた絶縁型であり、また整流回路22の整流素子をトランジスタで構成する同期整流方式の構成を有する。
The DC-DC converter (DC-DC converter) 2 steps down the DC voltage of the power supply 4 input between the
インバータ回路21は、例えばnチャネルMOSFET(金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ)からなる4個のトランジスタQ1~Q4を備える。トランジスタQ1~Q4はブリッジ接続されていて、DC-DCコンバータ制御部24によって制御され、入力端子25および入力端子26間から入力された直流電力を交流電力に変換してトランスTの一次コイル201へ出力する。この一次コイル201には変流器CTが直列接続されている。
The
トランスTの二次コイルは、直列接続された二次コイル202と二次コイル203から構成されている。二次コイル202と二次コイル203の接続端はコイルLの一端に接続されている。二次コイル202の他端は整流回路22内の金属電極(ボンディングパッド)221に接続されている。二次コイル203の他端は整流回路22内の金属電極222に接続されている。
The secondary coil of the transformer T is composed of a
整流回路22は、DC-DCコンバータ2がバッテリー5に供給する電力を直流に整流する回路であり、例えば絶縁金属基板等の基板上に構成されている。整流回路22は、例えばnチャネルMOSFETからなる2個のトランジスタQ5およびQ6を備える。トランジスタQ5およびQ6は、DC-DCコンバータ制御部24によって1次側のトランジスタQ1~Q4のオン/オフ動作と同期してオン/オフ制御され、トランスTの2次側から出力された交流電力を直流電力に整流する。トランジスタQ5およびQ6が整流素子の一構成例である。
The
トランジスタQ5およびトランジスタQ6は、モールド成形されていないベアチップであり、例えば整流回路22を構成する基板上に接着されている。トランジスタQ5およびトランジスタQ6を構成するチップ上の金属電極(ボンディングパッド)231~236と、基板上の金属電極221~224等とは、溶断部材であるボンディングワイヤー225~228等によって、ボンディング接続されている。ボンディング接続された状態のトランジスタQ5およびトランジスタQ6は、シリコーンゲル等の封止材料によって気密封止されている。ボンディングワイヤー225~228あるいはボンディングワイヤー225~228のうちの一部は、所定の電流が所定の時間通電した場合に溶断するような溶断特性を有している。なお、ボンディングワイヤー225~228は、一本の細線で構成されていてもよいし、複数本の細線で構成されていてもよい。また、溶断特性は、トランジスタQ5についてはボンディングワイヤー225とボンディングワイヤー226の両方で同一であってもよいし、異なっていてもよい。同様に、トランジスタQ6についてはボンディングワイヤー227とボンディングワイヤー228の溶断特性は、両方で同一であってもよいし、異なっていてもよい。この溶断特性については後述する。本実施形態の整流回路22は、DC-DCコンバータ2に設けられており、DC-DCコンバータ2がバッテリー5に供給する電力を直流に整流する回路であって、整流素子であるトランジスタQ5およびトランジスタQ6と整流回路22の外部との間の少なくとも一部が溶断部材であるボンディングワイヤー225~228を介して接続されている。ここで整流回路22の外部とは、整流回路22の外部の回路、外部の素子あるいは外部の配線を意味する。
The transistor Q5 and the transistor Q6 are bare chips that are not molded, and are bonded to, for example, a substrate constituting the
トランジスタQ5のドレインに接続されているチップ上の金属電極231は、ボンディングワイヤー225を介して基板上の金属電極221に接続されている。トランジスタQ5のソースに接続されているチップ上の金属電極232は、ボンディングワイヤー226を介して基板上の金属電極223に接続されている。トランジスタQ5のゲートに接続されているチップ上の金属電極233は、図示していないボンディングワイヤーを介して図示していない基板上の金属電極に接続されている。
The
トランジスタQ6のドレインに接続されているチップ上の金属電極234は、ボンディングワイヤー227を介して基板上の金属電極222に接続されている。トランジスタQ6のソースに接続されているチップ上の金属電極235は、ボンディングワイヤー228を介して基板上の金属電極224に接続されている。トランジスタQ6のゲートに接続されているチップ上の金属電極236は、図示していないボンディングワイヤーを介して図示していない基板上の金属電極に接続されている。
The
一方、コイルLの他端はコンデンサCoutの一端と出力端子27に接続されている。コンデンサCoutの他端は、金属電極223および金属電極224に配線パターンP1およびP2を介して接続されるとともに、出力端子28に接続されている。コイルLとコンデンサCoutは平滑回路を構成する。
On the other hand, the other end of the coil L is connected to one end of the capacitor Cout and the
一方、スイッチ部3は、スイッチ31と、ON/OFF回路32と、ダイオード33と、電流検出部34とを備える。スイッチ部3は、DC-DCコンバータ2内の整流回路22とバッテリー5との間に設けられており、バッテリー5からDC-DCコンバータ2へと流れる逆流電流Ioが検出された場合に、逆流電流Ioに応じて、バッテリー5と整流回路22との間に接続されたスイッチ31をオン状態からオフ状態にすることで逆流電流Ioを遮断する機能を有する。スイッチ部3の入力端子35はスイッチ31の一方の端子に接続され、スイッチ31の他方の端子はダイオード33のアノードに接続されるとともに、電流検出部34を通して(あるいは介して)スイッチ部3の出力端子37に接続されている。入力端子35はDC-DCコンバータ2の出力端子27に接続されていて、出力端子37はヒューズ7を介してバッテリー5の正極に接続されている。スイッチ31の入力端子36は、DC-DCコンバータ2の出力端子28、ON/OFF回路32の電源端子(負側電源端子)、スイッチ部3の出力端子38、およびバッテリー5の負極に接続されている。
On the other hand, the switch unit 3 includes a
スイッチ31はメーク接点を有するリレーであり、当該リレーが有する図示していないコイルにダイオード33およびON/OFF回路32を介してバッテリー5から直流電流が通電された場合にスイッチ31はオン状態となる。スイッチ31を構成するリレーのコイルが通電していない場合はスイッチ31はオフ状態となる。この構成では、例えばバッテリー5が逆接された場合、ダイオード33が逆方向となるので、スイッチ31はオフ状態となる。バッテリー5が順方向で接続されている場合、スイッチ31は、電流検出部34の検出結果に応じてON/OFF回路32によってオン状態またはオフ状態に制御される。
The
ON/OFF回路32は、電流検出部34の検出結果に応じてスイッチ31をオン状態またはオフ状態に制御する。
The ON /
ダイオード33はアノードを出力端子37に接続し、カソードをON/OFF回路32の電源端子(正側電源端子)に接続する。ダイオード33は、バッテリー5が順方向に接続されている場合、バッテリー5から供給された直流電力を、ON/OFF回路32に入力するとともに、ON/OFF回路32を介してスイッチ31のコイルに入力する。
The
電流検出部34は、変流器、シャント抵抗等の電流検出器を有して構成されていて、出力端子37からスイッチ31方向へ流れる逆流電流Ioの発生を検出して、検出した結果をON/OFF回路32へ出力する。電流検出部34は、所定の(例えば数A程度以上の)逆流電流Ioが発生しているか否かを検出することができる性能を少なくとも有していればよい。ただし、電流検出部34は、例えば、電流の大きさに応じて出力信号を変化させる性能や、バッテリー5から短絡電流(大電流)が発生しているか否かを検出する性能を有していてもよい。
The
ヒューズ7は、大容量の電流ヒューズであり、定格電流は例えば数十~数百A程度である。ヒューズ7の定格電流は、例えばDC-DCコンバータ2の定格電流に応じて決定することができる。ヒューズ7は、例えばDC-DCコンバータ2の出力端子27および出力端子28間が故障等により短絡状態となってバッテリー5から短絡電流が出力されたとき等に溶断して配線等の部品を保護するために設けられている。
The fuse 7 is a large-capacity current fuse, and the rated current is, for example, about several tens to several hundreds A. The rated current of the fuse 7 can be determined according to the rated current of the DC-DC converter 2, for example. For example, the fuse 7 is blown when the
他方、ヒューズ8は、小容量の電流ヒューズであり、定格電流は数A~数十A程度である。ヒューズ8の定格電流は電気負荷9の定格電流等に応じて決定することができる。ヒューズ8は、例えば電気負荷9が故障等により短絡状態となってバッテリー5から短絡電流が発生したとき等に溶断して配線等を保護するために設けられている。なお、ヒューズ8は複数並列接続されたものであってもよく、各ヒューズ8に対して1または複数の電気負荷9が接続されていてもよい。
On the other hand, the
次に、図2を参照して、スイッチ部3の構成例について説明する。図2において図1に示すものと同一の構成には同一の符号を付けている。 Next, a configuration example of the switch unit 3 will be described with reference to FIG. In FIG. 2, the same components as those shown in FIG.
図2に示す構成例において、スイッチ31は、メーク接点311と、コイル312とを備える。メーク接点311は入力端子35と出力端子37の間をオン状態またはオフ状態に切り替える。メーク接点311はコイル312に所定の電流が通電している場合にオンし、通電していない場合にオフする。コイル312は駆動部326がオンした場合にダイオード33を通して図1に示すバッテリー5からバッテリー5の出力電圧に応じた(あるいは駆動部326によって所定値に制御された)電流を通電する。
In the configuration example shown in FIG. 2, the
図2に示す構成例では、ON/OFF回路32が、電源部321と、入力部322と、判定部323と、遅延部324と、遮断部325と、駆動部326を備える。電源部321は、ダイオード33を介して入力したバッテリー5から供給された直流電力をそのままで、あるいは電圧を変換して各部に電力を供給する。入力部322は、電流検出部34の出力信号を入力し、入力信号に対して、増幅、電流電圧変換、平滑等の信号処理を施した結果の信号を出力する。判定部323は、入力部322の出力信号に基づき、電流検出部34が所定の基準値以上の大きさの逆流電流Ioを検出しているか否かを判定し、判定結果を示す信号を出力する。遅延部324は、所定の基準値以上の大きさの逆流電流Ioが検出されていることを示す信号が判定部323から入力された場合に、その信号を所定時間遅延させて出力する。遮断部325は、遅延部324が所定の信号を出力した場合に駆動部326によるコイル312の通電を遮断する。すなわち、遮断部325は、遅延部324が所定の信号を出力した場合に駆動部326をオフ状態に制御する。
2, the ON /
駆動部326は、電源部321から電力が供給されるとオン状態となり、コイル312に所定の電流を通電する。また、駆動部326は、遮断部325からオフ状態を指示する制御信号が入力された場合、オフ状態となり、コイル312の通電を停止する。なお、一旦、駆動部326が遮断部325によってオフ状態とされた場合、オフ状態の制御は、遅延部324の信号出力の有無に関わらず継続する。このオフ状態は、例えば、図示していない所定の解除信号が入力されたり、電源部321からの電力の供給が停止されたりするまで継続される。駆動部326は、例えば、ダイオード33と直列となるようにコイル312のハイサイドまたはローサイドに設けられたトランジスタと、そのトランジスタの駆動回路、オフ状態を継続させるためのフリップフロップ回路等を有して構成されている。
The
次に、図3を参照して、溶断部材であるボンディングワイヤー225、227等の溶断特性と、スイッチ部3の動作特性の設定例について説明する。図3は、横軸に図1に示す逆流電流Ioの大きさをとり、単位は任意としている。縦軸は時間であり、単位は秒である。
Next, an example of setting the fusing characteristics of the
特性Bは部品の定格値を示す。ここで部品とは、整流素子、配線、ヒューズ等を含む逆流電流Ioが流れる構成要素を意味する。ある電流値において、その電流値に対応して特性Bが示す時間より逆流電流Ioの通電時間が短時間であれば部品は安全に動作することができる。 Characteristic B indicates the rated value of the part. Here, the component means a component through which a reverse current Io including a rectifying element, wiring, a fuse, and the like flows. At a certain current value, if the energization time of the backflow current Io is shorter than the time indicated by the characteristic B corresponding to the current value, the component can operate safely.
一方、網掛けして示す領域Aは、スイッチ31がオフ状態となる電流の大きさおよび継続時間に対応する領域である。電流の大きさは、判定部323の判定の基準値によって設定される。継続時間は、遅延部324の遅延時間によって設定される。図3に示す例では、判定部323による逆流電流Ioの大きさの判定基準値を変化させることで領域Aを矢印A1で示す左右方向に調整することができる。このスイッチ31をオン状態からオフ状態にする判定基準となる逆流電流Ioの値を第1基準値とする。図3に示す例では、第1基準値以上の逆流電流Ioが1秒以上継続した場合にスイッチ31がオフ状態となる。また、遅延部324の遅延時間を変化させることで領域Aを矢印A2で示す上下方向に調整することができる。図3に示す例では、遅延部324の遅延時間が1秒に設定されている。
On the other hand, a region A indicated by shading is a region corresponding to the magnitude and duration of the current at which the
また、特性C1および特性C2は、ボンディングワイヤー225~228の溶断特性である。特性C1は、例えば、ボンディングワイヤーの断面積(あるいは線径)が特性C2の場合と同じで本数が特性C2の場合より少ないか、ボンディングワイヤーの本数が特性C2と同じで断面積が特性C2より小さい場合の特性である。特性C2は、例えば、ボンディングワイヤーの断面積が特性C1と同じで本数が特性C1より多いか、ボンディングワイヤーの本数が特性C1と同じで断面積が特性C1より大きい場合の特性である。ボンディングワイヤーの溶断特性は、矢印Cのようにボンディングワイヤーの本数や断面積(あるいは線径)で調整することができる。なお、ボンディングワイヤーを複数本の細線とする場合、複数の細線の断面積は同一であってもよいし、異なっていてもよい。また、図1に示すボンディングワイヤー225の構成(本数と断面積)とボンディングワイヤー226の構成(本数と断面積)を異ならせたり、ボンディングワイヤー227の構成(本数と断面積)とボンディングワイヤー228の構成(本数と断面積)を異ならせたりすることで、溶断特性を調整することもできる。
The characteristics C1 and C2 are fusing characteristics of the
例えば、ボンディングワイヤーの溶断特性を特性C1に設定した場合、逆流電流Ioの値が、特性C1の曲線が領域Aから外れる点の逆流電流Ioの値である第2基準値を超えたとき、遅延部324に設定された遅延時間(1秒)より短い時間でボンディングワイヤーが溶断し、逆流電流Ioが遮断することになる。この場合の溶断時間は、逆流電流Ioの大きさによって特性C1に応じて変化する。例えばバッテリー5の最大出力電流が破線で示す特性であるとすると、領域Aで示すスイッチ部3による逆流電流Ioの遮断と、特性C1で示すボンディングワイヤー(溶断部材)による逆流電流Ioの遮断とを組み合わせることで、特性Bで示される定格領域内で逆流電流Ioを遮断することができる。なお、ボンディングワイヤーの溶断特性を特性C2とした場合でも、特性C2は特性Bとバッテリーの最大出力電流との交点を通る曲線であるため、領域Aで示すスイッチ部3による逆流電流Ioの遮断と、特性C2で示すボンディングワイヤー(溶断部材)による逆流電流Ioの遮断とを組み合わせることで、特性Bで示される定格領域内で逆流電流Ioを遮断することができる。なお、ボンディングワイヤー(溶断部材)は、第2基準値に応じて本数と断面積を設定することができる。
For example, when the fusing characteristic of the bonding wire is set to the characteristic C1, when the value of the backflow current Io exceeds the second reference value that is the value of the backflow current Io at the point where the curve of the characteristic C1 deviates from the region A, the delay The bonding wire is melted in a time shorter than the delay time (1 second) set in the
また、図3に示すように、逆流電流Ioの大きさに応じて、逆流電流Ioが比較的大きい場合の部品の保護をボンディングワイヤーによる溶断で行い、逆流電流Ioが比較的小さい場合の部品の保護をスイッチ部3による遮断で行うことで、次の効果が得られる。すなわち、スイッチ部3による遮断を逆流電流Ioが比較的小さい場合に限定することでスイッチ31の遮断容量を小さくすることができる。すなわち、スイッチ31を遮断する際のアークの発生を抑制することができる。また、ボンディングワイヤーによる溶断特性は、電流の向きによらないため、例えば、順方向の大電流では溶断せず、比較的小さい逆流電流Ioでは溶断するというような特性とすることはできない。これに対し、本実施形態の構成では、溶断部材とスイッチ部3とを組み合わせることで、大電流の逆流電流Ioからの部品の保護と、小電流の逆流電流Ioからの部品の保護を容易に両立させることができる。
Further, as shown in FIG. 3, according to the magnitude of the backflow current Io, the parts are protected by bonding wire when the backflow current Io is relatively large, and the parts of the backflow current Io are relatively small. The following effects can be obtained by performing protection by shutting off the switch unit 3. That is, the interruption capacity of the
図4は、図1に示す車両用電源供給システム1の動作状態を場合分けして示す図である。図4は、左から順に、バッテリー5の接続状態、DC-DCコンバータ2の整流素子(トランジスタQ5およびトランジスタQ6)の状態、電流の方向(スイッチ部3の通電電流の方向)、電流の大きさ(スイッチ部3の通電電流の大きさ)、スイッチ部3の状態、および溶断部材(ボンディングワイヤー225~228)の状態を示す。なお、スイッチ部3の動作領域Aと溶断部材(ボンディングワイヤー225~228)の溶断特性C1と部品の特性Bとバッテリー5の最大出力電流は図3に示す通りであるとする。
FIG. 4 is a diagram showing operation states of the vehicle
バッテリー5の接続状態が「順接続」(正常状態)の場合で、DC-DCコンバータ2の整流素子の状態が「正常」のとき、電流の方向は「順方向」であり、電流の大きさはDC-DCコンバータ2等の制御により「定格以下」である。また、スイッチ部3は「オン状態」であり、溶断部材の状態は「非溶断」である。参考に、図3には、定格電流の大きさを破線で示している。
When the connection state of the
バッテリー5の接続状態が「順接続」(正常状態)の場合で、DC-DCコンバータ2の整流素子の状態が「故障発生」のとき、電流の方向は「逆方向」である。ただし、「故障発生」の内容は、トランジスタQ5またはQ6のドレイン-ソース間が短絡した状態での故障、あるいは低抵抗で常時オンした状態での故障であるとする。このとき電流の大きさが図3に示す第1基準値未満のとき、スイッチ部3の状態が「オン状態」であり、溶断部材の状態は図3に鎖線で示す特性C1内なので「非溶断」状態である。また、電流の大きさが図3に示す第1基準値以上(でかつ第2基準値以下)のとき、スイッチ部3の状態は遅延時間が経過した後「オフ状態」となり、溶断部材の状態は図3に鎖線で示す特性C1内なので「非溶断」状態である。また、電流の大きさが図3に示す第2基準値より大きいとき、スイッチ部3の状態は遅延時間が経過した後「オフ状態」となり、溶断部材の状態は図3に鎖線で示す溶断特性C1に応じて所定の時間経過後に「溶断」状態になる。ただし、電流の大きさが図3に示す第2基準値より大きいときには、溶断部材が「溶断」するのに要する時間は、スイッチ部3が「オフ状態」となる遅延時間より短いため、溶断部材が先に「溶断」するので、スイッチ部3が第2基準値より大きい逆流電流Ioを「オフ状態」とする動作は実際には行われない。
When the connection state of the
また、バッテリー5の接続状態が「逆接続」(異常状態)の場合は、ON/OFF回路32に電源が供給されなくなるので、スイッチ部3は「オフ状態」であり、スイッチ31がオフするので整流回路22にはバッテリー5から電流が流れ込まないので溶断部材は「非溶断」状態である。
Further, when the connection state of the
以上のように、第1の実施形態は、車両を駆動するモーター61に電力を供給する電源4の電圧をDC-DCコンバータ2によって降圧してバッテリー5に電力を供給する車両用電源供給システム1において、次の構成の整流回路22とスイッチ部3を有する。すなわち、整流回路22は、DC-DCコンバータ2に設けられており、DC-DCコンバータ2がバッテリー5に供給する電力を直流に整流する回路であって、整流素子(トランジスタQ5およびQ6)と外部との間の少なくとも一部が溶断部材(ボンディングワイヤー225~228)を介して接続されている。スイッチ部3は、整流回路22とバッテリー5との間に設けられており、バッテリー5からDC-DCコンバータ2へ流れる逆流電流Ioを検出し、逆流電流Ioに応じて、バッテリー5と整流回路22との間に接続されたスイッチ31をオン状態からオフ状態にする。すなわち、第1の実施形態は、整流素子と外部との間の少なくとも一部が溶断部材を介して接続される整流回路22と、DC-DCコンバータ2とバッテリー5との間に逆流電流検出による遮断機能を備えたスイッチ部3と、を備える。これにより、逆流電流Ioが生じた場合に、大電流については溶断部材が溶断し、小電流については、スイッチ部3をオフすることができるため、DC-DCコンバータ2を従来に比較して大きくせず、かつ安価なものとすることができる車両用電源供給システム1を提供することができる。
As described above, in the first embodiment, the vehicle
また、図3に示すように、第1の実施形態において、溶断部材は、スイッチ31をオン状態からオフ状態にする判定基準となる逆流電流Ioの値である第1基準値よりも大きな値である第2基準値を超えた場合に溶断する。この構成によれば、第2基準値を超えた場合に、スイッチ31をオフ状態とする前に溶断部材が溶断するように設定することで、スイッチ31をオン状態からオフ状態する際にスイッチ31でのアークの発生を防止することができる。そのため、第1の実施形態では、スイッチ部3は、逆流電流Ioが第1基準値を超えた状態が所定の遅延時間を継続した場合において、スイッチ31をオン状態からオフ状態にするようにしている。また、溶断部材は、その所定の遅延時間よりも短い時間で溶断するようにしている。
As shown in FIG. 3, in the first embodiment, the fusing member has a value larger than a first reference value that is a value of the backflow current Io that is a determination criterion for switching the
また、第1の実施形態では、第1基準値と、所定の遅延時間と、溶断部材において、当該溶断部材を流れる電流値とその電流値が当該溶断部材を流れたときに当該溶断部材が溶断するまでの溶断時間とを示す溶断特性が、整流素子を含む、逆流電流Ioが流れる部品の部品定格に応じて決定されている。これによって、第1の実施形態によれば、整流素子を含む、逆流電流Ioが流れる部品を保護することができる。 Further, in the first embodiment, when the first reference value, the predetermined delay time, and the fusing member, the current value flowing through the fusing member and the current value flowing through the fusing member, the fusing member is blown. The fusing characteristics indicating the fusing time until the time is determined are determined according to the component rating of the component including the rectifying element and through which the backflow current Io flows. Thus, according to the first embodiment, it is possible to protect components including the rectifying element and through which the backflow current Io flows.
また、溶断部材は、第2基準値に応じて本数と断面積が設定することができる。この場合、スイッチ部3による保護と溶断部材による保護との協働を容易に設定することができる。 Also, the number and cross-sectional area of the fusing member can be set according to the second reference value. In this case, the cooperation between the protection by the switch unit 3 and the protection by the fusing member can be easily set.
<第2の実施形態>
次に、図1を参照して本発明の第2の実施形態について説明する。第2の実施形態は、第1の実施形態と比べて次の構成が異なる。すなわち、第1の実施形態では、整流素子(トランジスタQ5およびトランジスタQ6)を構成する半導体チップと半導体チップ外とを接続するボンディングワイヤー225~228を溶断部材としている。これに対し、第2の実施形態では、整流回路22内の基板上の配線パターンP1およびP2に溶断部材を設けている。溶断部材は、配線パターンP1およびP2の全部あるいは一部の導体の厚さや幅を所定の溶断特性を有するように構成したパターン自体であってもよいし、配線パターンP1およびP2内にヒューズとして機能するチップ部品を直列に介在させる構成としてもよい。また、第2の実施形態においても第1の実施形態と同じくボンディングワイヤー225~228に所定の溶断特性を持たせてもよい。
<Second Embodiment>
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The second embodiment is different from the first embodiment in the following configuration. That is, in the first embodiment, the
第2の実施形態によれば、第1の実施形態と同様、大電流または小電流の逆流電流Ioから保護しつつ、DC-DCコンバータ2を従来に比較して大きくせず、かつ安価なものとすることができる車両用電源供給システム1を提供することができる。
According to the second embodiment, as in the first embodiment, the DC-DC converter 2 is not made larger and less expensive than the conventional one while protecting against a large or small backflow current Io. The vehicular
なお、第1の実施形態および第2の実施形態は、例えば、次のように変形することができる。すなわち、上記各実施形態では、整流回路22を同期整流方式の構成としたが、トランジスタQ5とトランジスタQ6を例えばベアチップのダイオードに代えて非同期の整流方式の構成としてもよい。また、上記実施形態では、スイッチ部3が電流検出部34を備えているが、電流検出部34をスイッチ部3の外部に設けて逆流電流Ioの検出信号を入力部322が受信するようにしてもよい。また、スイッチ部3に対して外部のECU(電子制御装置)あるいはDC-DCコンバータ制御部24から制御信号を入力して、その制御信号に従ってスイッチ31をオンまたはオフする機能をスイッチ部3に付加してもよい。また、スイッチ部3とDC-DCコンバータ2を一体的に構成してもよい。また、図1において大容量のヒューズ7を省略してもよい。
It should be noted that the first embodiment and the second embodiment can be modified as follows, for example. That is, in each of the above embodiments, the
以上、この発明の実施形態を図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。 As described above, the embodiment of the present invention has been described in detail with reference to the drawings. However, the specific configuration is not limited to this embodiment, and includes design and the like within the scope not departing from the gist of the present invention.
1 車両用電源供給システム
2 DC-DCコンバータ
3 スイッチ部
4 電源
5 バッテリー
22 整流回路
31 スイッチ
Q5、Q6 トランジスタ(整流素子)
225~228 ボンディングワイヤー(溶断部材)
DESCRIPTION OF
225 to 228 Bonding wire (melting member)
Claims (7)
前記DC-DCコンバータに設けられており、前記DC-DCコンバータが前記バッテリーに供給する電力を直流に整流する回路であって、整流素子と外部との間の少なくとも一部が溶断部材を介して接続される整流回路と、
前記整流回路と前記バッテリーとの間に設けられており、前記バッテリーから前記DC-DCコンバータへ流れる逆流電流を検出し、前記逆流電流に応じて、前記バッテリーと前記整流回路との間に接続されたスイッチをオン状態からオフ状態にするスイッチ部と、
を備えることを特徴とする車両用電源供給システム。 In a vehicle power supply system for supplying power to a battery by stepping down a voltage of a power supply that supplies power to a motor that drives the vehicle by a DC-DC converter,
The circuit is provided in the DC-DC converter and rectifies the electric power supplied to the battery by the DC-DC converter into a direct current, and at least a part between the rectifying element and the outside is provided via a fusing member. A connected rectifier circuit;
Provided between the rectifier circuit and the battery, detects a reverse current flowing from the battery to the DC-DC converter, and is connected between the battery and the rectifier circuit according to the reverse current. A switch part for turning the switch off from the on state,
A vehicle power supply system comprising:
ことを特徴とする請求項1に記載の車両用電源供給システム。 The fusing member is blown when it exceeds a second reference value that is larger than a first reference value that is a value of the backflow current that is a criterion for determining the switch from an on state to an off state. The vehicle power supply system according to claim 1.
ことを特徴とする請求項2に記載の車両用電源供給システム。 3. The switch unit according to claim 2, wherein the switch unit turns the switch from an on state to an off state when a state in which the backflow current exceeds the first reference value continues a predetermined delay time. 4. Power supply system for vehicles.
ことを特徴とする請求項3に記載の車両用電源供給システム。 The vehicular power supply system according to claim 3, wherein the fusing member is fused in a time shorter than the predetermined delay time.
前記溶断部材において、当該溶断部材を流れる電流値と該電流値が当該溶断部材を流れたときに当該溶断部材が溶断するまでの溶断時間とを示す溶断特性とは、
前記整流素子を含む、前記逆流電流が流れる部品の部品定格に応じて決定される
ことを特徴とする請求項3または請求項4に記載の車両用電源供給システム。 The first reference value and the predetermined delay time;
In the fusing member, a fusing characteristic indicating a current value flowing through the fusing member and a fusing time until the fusing member is blown when the current value flows through the fusing member,
5. The vehicle power supply system according to claim 3, wherein the vehicle power supply system is determined according to a component rating of a component including the rectifying element and through which the reverse current flows.
ことを特徴とする請求項2から請求項5のいずれか一項に記載の車両用電源供給システム。 The vehicular power supply system according to any one of claims 2 to 5, wherein the fusing member has a number and a cross-sectional area set in accordance with the second reference value.
前記DC-DCコンバータが、整流素子と外部との間の少なくとも一部が溶断部材を介して接続される整流回路を有し、
前記整流回路と前記バッテリーとの間に設けられているスイッチ部において、前記バッテリーから前記DC-DCコンバータへ流れる逆流電流に応じて、前記バッテリーと前記整流回路との間に接続されたスイッチをオン状態からオフ状態にする、
ことを特徴とする車両用電源供給システムの制御方法。 A control method of a vehicle power supply system for supplying power to a battery by stepping down a voltage of a power supply that supplies power to a motor that drives the vehicle by a DC-DC converter,
The DC-DC converter has a rectifier circuit in which at least a part between the rectifier element and the outside is connected via a fusing member,
In a switch unit provided between the rectifier circuit and the battery, a switch connected between the battery and the rectifier circuit is turned on in response to a reverse current flowing from the battery to the DC-DC converter. From state to off,
A control method for a vehicle power supply system.
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