本發(fā)明涉及一種車輛用電源裝置。特別地,本發(fā)明涉及一種能夠?yàn)槎鄠€(gè)在不同電壓下工作的負(fù)載提供電力,并通過(guò)簡(jiǎn)單配置能夠?qū)崿F(xiàn)用戶可靠的防觸電措施的車輛用電源裝置。
背景技術(shù):
1、傳統(tǒng)上,汽車的電路分為兩種類型,即從具有12v或24v電壓的鉛蓄電池提供低電壓電力的電路,以及從具有300v至400v電壓的驅(qū)動(dòng)用二次電池提供高電壓電力的電路。鉛蓄電池重量大,并且制造和處理這類電池對(duì)環(huán)境有較大的影響。此外,近年來(lái),電動(dòng)車輛和混合動(dòng)力車輛有需要在更高的電壓下提供電力的情況。因此,正在開(kāi)發(fā)能夠使用同一個(gè)電源為車輛提供不同電壓的二次電池系統(tǒng)。
2、在二次電池系統(tǒng)中,廣泛使用將多個(gè)蓄電元件串聯(lián)連接的二次電池。這種二次電池能夠獲得高電壓輸出,并通過(guò)增加蓄電元件的數(shù)量高效地提供電力。同時(shí),車輛用電源裝置需要嚴(yán)格的防觸電措施。特別是在工作電壓為60v或更高的直流電壓的電力系統(tǒng)中,安全措施必不可少。
3、發(fā)明人先前發(fā)明了一種車輛用電源裝置,通過(guò)降壓手段從高電壓電源獲得低電壓電源,無(wú)需使用變壓器等絕緣手段即可以防止人體觸電。該發(fā)明公開(kāi)在專利文獻(xiàn)1中。專利文獻(xiàn)1中的車輛用電源裝置的基本配置如圖5所示。車輛用電源裝置從由多個(gè)蓄電元件構(gòu)成的高電壓電源600向工作在12v電壓下的電負(fù)載300和高電壓負(fù)載裝置400提供電力。車輛用電源裝置包括多個(gè)開(kāi)關(guān)裝置,將高電壓電源600的部分蓄電元件連接到電負(fù)載300,并通過(guò)在約100微秒的周期內(nèi)選擇性地開(kāi)關(guān)這些開(kāi)關(guān)裝置,向電負(fù)載提供規(guī)定電壓的電力。通過(guò)控制開(kāi)關(guān)裝置的連接時(shí)間來(lái)控制蓄電元件之間的電壓平衡。此外,專利文獻(xiàn)1中的車輛用電源裝置包括一個(gè)漏電檢測(cè)裝置100,用于檢測(cè)高電壓電源與接地電位之間的漏電電流。漏電檢測(cè)裝置100在所有開(kāi)關(guān)裝置都斷開(kāi)的空載時(shí)間期間內(nèi)檢測(cè)是否存在漏電。漏電檢測(cè)裝置測(cè)量例如高電壓電源與地電極之間的漏電電流??刂蒲b置在漏電電流檢測(cè)裝置檢測(cè)到的漏電電流大于0安培時(shí)判定發(fā)生了漏電,并通過(guò)禁止開(kāi)關(guān)裝置的后續(xù)連接或通過(guò)斷開(kāi)切斷裝置500、501來(lái)防止觸電發(fā)生。
4、發(fā)明人還發(fā)明了一種高電壓電源,其特征在于,在將多個(gè)電池串聯(lián)連接的二次電池中,電池之間提供的輸出端子接地。該發(fā)明公開(kāi)在專利文獻(xiàn)2中。專利文獻(xiàn)2中高電壓電源的基本配置如圖6所示。高電壓電源124包括多個(gè)電池111,這些電池包括多個(gè)串聯(lián)連接的蓄電元件。電池111之間的輸出端子連接到車體的接地105,并構(gòu)成接地電位。這樣降低了高電壓電源124與接地105之間的最大電位差,即使在向高電壓負(fù)載裝置103提供電力的情況下,也無(wú)需對(duì)車體進(jìn)行絕緣。高電壓電源124還包括一個(gè)平衡器132,其與所有電池111并聯(lián)連接并形成旁路電路,從而動(dòng)態(tài)控制多個(gè)電池111的充電/放電狀態(tài)。
5、當(dāng)將具有3v電壓的通用蓄電元件應(yīng)用于專利文獻(xiàn)1中的車輛用電源裝置時(shí),為了向額定為300v高電壓的負(fù)載設(shè)備提供電力,需要100個(gè)蓄電元件和50個(gè)開(kāi)關(guān)元件。設(shè)置大量開(kāi)關(guān)元件導(dǎo)致整個(gè)裝置成本增加,并增加控制的復(fù)雜性。與此同時(shí),在專利文獻(xiàn)2的高電壓電源中,當(dāng)向額定電壓為300v的負(fù)載設(shè)備提供電力時(shí),高電壓電源124與接地105之間的電位差至少為150v。因此,有必要采用類似傳統(tǒng)技術(shù)的防觸電措施。
6、相關(guān)技術(shù)文獻(xiàn)
7、專利文獻(xiàn)
8、專利文獻(xiàn)1:日本特開(kāi)2021-114847號(hào)公報(bào)
9、專利文獻(xiàn)2:日本特開(kāi)2020-199925號(hào)公報(bào)
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、發(fā)明要解決的問(wèn)題
2、在車輛供電系統(tǒng)中,需要在各種電路與用戶可能接觸的車體之間提供可靠的絕緣。然而,對(duì)于包含多種電壓系統(tǒng)的電源系統(tǒng),用于電壓控制和絕緣的裝置配置的傾向趨于大型化和高成本化。
3、針對(duì)上述問(wèn)題,本發(fā)明旨在提供一種能夠提供多種電壓并實(shí)施可靠防觸電措施的車輛用電源裝置。
4、用于解決問(wèn)題的手段
5、本發(fā)明涉及一種車輛用電源裝置,用于向低電壓負(fù)載和由比低電壓負(fù)載更高電壓驅(qū)動(dòng)的高電壓負(fù)載提供電力。根據(jù)本發(fā)明的車輛用電源裝置包括:第一蓄電元件組,其中多個(gè)蓄電元件串聯(lián)連接并獲得規(guī)定電壓的直流電源;第二蓄電元件組,由多個(gè)蓄電元件串聯(lián)連接構(gòu)成,第二蓄電元件組與第一蓄電元件組的正極側(cè)串聯(lián)連接,并與第一蓄電元件組組合構(gòu)成高電壓直流電源;主動(dòng)平衡器,位于第一蓄電元件組與第二蓄電元件組之間;切斷裝置,用于切斷來(lái)自高電壓直流電源的電力;控制裝置;以及漏電檢測(cè)裝置。控制裝置通過(guò)控制第一開(kāi)關(guān)裝置和第二開(kāi)關(guān)裝置來(lái)執(zhí)行獲得規(guī)定的低電壓的控制,通過(guò)控制主動(dòng)平衡器來(lái)執(zhí)行使所有蓄電元件的容量基本均衡的控制,并執(zhí)行切換切斷裝置的控制。漏電檢測(cè)裝置檢測(cè)高電壓直流電源與接地電位之間的漏電電流,并向控制裝置發(fā)送信號(hào)??刂蒲b置在第一開(kāi)關(guān)裝置和第二開(kāi)關(guān)裝置斷開(kāi)的空載時(shí)間期間內(nèi)判定從漏電檢測(cè)裝置發(fā)送的信號(hào),并在漏電電流達(dá)到規(guī)定的水平時(shí),切斷向低電壓負(fù)載和高電壓負(fù)載中的任一者或兩者提供的電力并保持規(guī)定的期間。
6、根據(jù)本發(fā)明的車輛用電源裝置中,主動(dòng)平衡器優(yōu)選地連接到三個(gè)點(diǎn),即第一蓄電元件組的負(fù)極側(cè)、第二蓄電元件組的正極側(cè),以及設(shè)置在第一蓄電元件組和第二蓄電元件組之間的輸出端子。
7、根據(jù)本發(fā)明的車輛用電源裝置的控制裝置,當(dāng)漏電電流達(dá)到規(guī)定的水平時(shí),能夠?qū)⑶袛嘌b置固定在斷開(kāi)狀態(tài)。
8、根據(jù)本發(fā)明的車輛用電源裝置的控制裝置,當(dāng)漏電電流達(dá)到規(guī)定的水平時(shí),還重復(fù)操作:將切斷裝置保持在斷開(kāi)狀態(tài)規(guī)定的期間后,再次導(dǎo)通切斷裝置。
9、根據(jù)本發(fā)明的車輛用電源裝置的控制裝置,控制開(kāi)關(guān)裝置以使第一開(kāi)關(guān)裝置、第二開(kāi)關(guān)裝置和低電壓負(fù)載連接的期間乘以漏電檢測(cè)裝置的漏電檢測(cè)值的最大值為0.003安培×1秒或更小。
10、根據(jù)本發(fā)明的車輛用電源裝置的控制裝置,當(dāng)漏電電流達(dá)到規(guī)定的水平時(shí),禁止第一開(kāi)關(guān)裝置和第二開(kāi)關(guān)裝置的連接。
11、根據(jù)本發(fā)明的車輛用電源裝置,構(gòu)成漏電電流的參考的電流值設(shè)定為0安培??刂蒲b置在漏電電流大于0安培時(shí),優(yōu)選地切斷向低電壓負(fù)載和高電壓負(fù)載中的任一者或兩者提供的電力。
12、發(fā)明效果
13、根據(jù)本發(fā)明的車輛用電源裝置能夠提供高電壓電力和低電壓電力。通過(guò)第一開(kāi)關(guān)裝置和第二開(kāi)關(guān)裝置從第一蓄電元件組提供低電壓。本發(fā)明不需要傳統(tǒng)技術(shù)中從高電壓電源獲得低電壓所需的dc-dc轉(zhuǎn)換器和大量開(kāi)關(guān)元件,因此能夠簡(jiǎn)化整個(gè)裝置的配置,使裝置比傳統(tǒng)技術(shù)更為廉價(jià)。
14、根據(jù)本發(fā)明的車輛用電源裝置,其第一開(kāi)關(guān)裝置和第二開(kāi)關(guān)裝置的耐壓僅需與第一蓄電元件組輸出的電壓兼容,并且可以應(yīng)用耐壓更低的開(kāi)關(guān)裝置。因此,可以簡(jiǎn)化整體裝置的配置,并且可以降低成本。
15、與此同時(shí),根據(jù)本發(fā)明的車輛用電源裝置中,控制裝置的防觸電單元在第一開(kāi)關(guān)裝置和第二開(kāi)關(guān)裝置斷開(kāi)的空載時(shí)間期間內(nèi)判定從漏電檢測(cè)裝置發(fā)送的信號(hào),并在漏電電流達(dá)到規(guī)定的水平時(shí),切斷向低電壓負(fù)載和高電壓負(fù)載中的任一者或兩者提供的電力并保持規(guī)定的期間,從而實(shí)施可靠的防觸電措施并確保安全性。
16、特別地,控制裝置在適當(dāng)?shù)臅r(shí)間和期間輸出命令以將切斷裝置斷開(kāi),切斷裝置根據(jù)命令切斷電流。因此,停止提供來(lái)自高電壓直流電源的電力,能夠在高電壓系統(tǒng)和高電壓負(fù)載周圍實(shí)施可靠的防觸電措施。
17、另外,通過(guò)控制裝置輸出的命令禁止第一開(kāi)關(guān)裝置和第二開(kāi)關(guān)裝置的連接,使得開(kāi)關(guān)裝置斷開(kāi),停止提供低電壓電力,能夠在低電壓系統(tǒng)和低電壓負(fù)載周圍實(shí)施可靠的防觸電措施。