电源装置的制造方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及一种向负载提供电源的电源装置。
【背景技术】
[0002]以往以来，使用一种将电池与电容器组合起来向负载提供电源的电源装置。在日本JP2006-345606A中公开了一种将电池与电容器并联连接的车辆用电源系统。在该电源系统中，通过从电容器和电池提供的电能来驱动电动机的逆变器。
【发明内容】
[0003]然而，在日本JP2006-345606A的电源系统中，当电容器的电压低于能够驱动逆变器的电压时，无法再利用来自电容器的电能来驱动电动机。另外，与在放电时电压缓慢下降的二次电池不同，电容器具有在放电时电压线性地下降的特性。因此，当电容器的电压下降时，即便还残存有电能也无法再从电容器提供电能来驱动逆变器。
[0004]本发明是鉴于上述问题而完成的，其目的在于有效地活用电容器的电能。
[0005]根据本发明的某一方式，提供一种将二次电池与电容器组合起来向负载提供电源的电源装置，该电源装置具备:开关元件，其切换从上述电容器向上述负载的电源的提供；DC-DC转换器，其能够将上述二次电池的电压升高来提供到上述负载；以及控制部，其在上述电容器的电压小于能够驱动上述负载的最低电压的情况下，对上述开关元件进行脉冲控制，并且控制上述DC-DC转换器来使上述DC-DC转换器与上述开关元件交替地输出脉冲电流，使得能够对交替地输出的脉冲电流进行合成来向上述负载提供电源。
[0006]下面参照附图来详细说明本发明的实施方式、本发明的优点。
【附图说明】
[0007]图1是本发明的实施方式的电源装置的电路图。
[0008]图2是本发明的实施方式的电源装置的框图。
[0009]图3是表示从电源装置向负载的电源提供控制的流程图。
[0010]图4是说明电源装置的作用的图。
【具体实施方式】
[0011]下面，参照图1至图4来说明本发明的实施方式的电源装置100。
[0012]首先，参照图1和图2来说明电源装置100的结构。
[0013]电源装置100是将二次电池I与电容器2组合起来向负载提供电源的装置。该负载是被二次电池I和电容器2提供电源来驱动电动机5的逆变器50。电源装置100应用于HEV (Hybrid Electric Vehicle:混合动力型车辆)、EV (Electric Vehicle:电动车辆)等。
[0014]首先，说明被电源装置100提供电源的逆变器50和由逆变器50驱动的电动机5。
[0015]电动机5是搭载于HEV、EV的驱动用电动机。电动机5是利用三相交流来生成旋转磁场而被驱动的三相感应电动发电机。电动机5具备定子和转子，该定子在内周具有分别构成U相、V相以及W相的多个线圈(省略图示)，该转子具有永磁体，在定子的内周旋转。电动机5的定子固定于车体(省略图示)，转子的旋转轴与车轮的车轴(省略图示)连结。电动机5能够将电能转换为车轮的旋转，并且能够将车轮的旋转转换为电能。
[0016]逆变器50是从由二次电池I和电容器2提供的直流电力生成交流电力的电流变换机。逆变器50的额定电压为600V，能够驱动它的最低电压为350V。该最低电压相当于能够驱动负载的最低电压。
[0017]逆变器50将从二次电池I和电容器2提供的直流电力转换为由相位依次相差120度的U相、V相以及W相构成的三层的交流并提供到电动机5。
[0018]逆变器50具有正侧电力线51a、负侧电力线51b、U相电力线51u、V相电力线51v、W相电力线51w。正侧电力线51a与二次电池I及电容器2的正极连接。负侧电力线51b与二次电池I及电容器2的负极连接。U相电力线51u、V相电力线51v以及W相电力线51w设置于正侧电力线51a与负侧电力线51b之间。另外，在正侧电力线51a与负侧电力线51b之间并联连接有平滑电容器55，该平滑电容器55使在二次电池I及电容器2与逆变器50之间流动的直流电力平滑化。
[0019]逆变器50具有六个作为开关元件的 IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor:绝缘栅双极型晶体管)53u、54u、53v、54v、53w及54w。这些IGBT53u?54w是具有反向地并联连接的整流二极管的带二极管的IGBT。
[0020]IGBT 53u与IGBT 54u串联地设置于U相电力线51u。U相电力线51u的IGBT 53u与IGBT 54u之间与电动机5的构成U相的线圈连接。IGBT 53v与IGBT 54v串联地设置于V相电力线51v。V相电力线51v的IGBT 53v与IGBT54v之间与电动机5的构成V相的线圈连接。IGBT 53w与IGBT 54w串联地设置于W相电力线51w。W相电力线51w的IGBT53w与IGBT 54w之间与电动机5的构成W相的线圈连接。
[0021]通过电动机控制器(省略图示)来控制IGBT 53u、54u、53v、54v、53w以及54w，由此逆变器50生成交流电流来驱动电动机5。
[0022]接着，说明电源装置100的结构。
[0023]电源装置100具备:二次电池电源部11，其具有二次电池I ;电容器电源部21，其具有电容器2 ；以及作为控制部的控制器30 (参照图2)，其控制从二次电池I和电容器2向逆变器50的电源的提供。二次电池电源部11与电容器电源部21并联连接。也就是说，二次电池I与电容器2并联连接。
[0024]二次电池I是锂离子二次电池、镍氢二次电池等化学电池。在此，二次电池I的电压被设定为300V。对二次电池I设置检测SOC (State of Charge:充电状态)并将对应的信号发送到控制器30的二次电池SOC检测器la(参照图2)。
[0025]电容器2是串联连接多个来设定成期望的电压并且并联连接多个来设定成期望的蓄电容量的双电层电容器。在此，电容器2的电压被设定为600V。对电容器2设置检测电压并将对应的信号发送到控制器30的电容器电压检测器2a(参照图2)。
[0026]电容器电源部21具备开关元件25，该开关元件25切换从电容器2向逆变器50的电源的提供。
[0027]开关元件25由控制器30进行开闭控制。开关元件25在被切换为接通状态时，使得能够直接从电容器2向逆变器50提供电源。开关元件25例如是IGBT、MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor:金属氧化膜半导体场效应晶体管)等能够以电气方式高速地进行开闭控制的开关。
[0028]开关元件25在电容器2的电压为能够驱动电动机5的电压的情况下，被切换为接通状态，使得连续地从电容器2向逆变器50提供电源。当开关元件25被切换为断开状态时，无法再从电容器2向逆变器50提供电源。
[0029]另外，开关元件25在被切换为接通状态时，使得能够将由电动机5发电得到的电力直接充入到电容器2。由此，能够减少电容器2充电时的能量损耗。
[0030]二次电池电源部11具备DC-DC转换器15，在仅通过来自电容器2的电源无法驱动逆变器50的情况下，该DC-DC转换器15能够将二次电池I的电压升高并提供到电动机5。
[0031]DC-DC转换器15能够将二次电池I的电压升高并提供到电动机5，并且能够将由电动机5发电得到的电力降压并充入到二次电池I。
[0032]DC-DC转换器15具备:电抗器16，其设置于二次电池I的下游；降压控制晶体管17，其设置于电抗器16与电动机5的上游之间，能够通过切换将来自电动机5的充电电压降低；以及升压控制晶体管18，其设置于电抗器16与电动机5的下游之间，能够切换电抗器16的电流来利用感应电动势将向电动机5提供的提供电压升高。
[0033]电抗器16在升压控制晶体管18导通时蓄积能量。而且，在升压控制晶体管18变为截止时，从电容器2输入的电压以及由电抗器16中蓄积的能量产生的感应电动势被输出。由此，电抗器16能够通过升压控制晶体管18的切换将输入电压升高并输出。
[0034]通过控制器30来切换升压控制晶体管18。升压控制晶体管18是具有反向地并联连接的整流二极管的带二极管的IGBT。升压控制晶体管18能够切换电抗器16的电流来利用感应电动势将向电动机5提供的提供电压升高。
[0035]当将升压控制晶体管18切换为导通时，来自电容器2的正极的电流经由电抗器16和升压控制晶体管18流向电容器2的负极。通过该电流的环路在电抗器16中蓄积能量。
[0036]通过控制器30来切换降压控制晶体管17。降压控制晶体管17是具有反向地并联连接的整流二极管的带二极管的IGBT。降压控制晶体管17能够通过切换将来自电动机5的充电电压降低。降压控制晶体管17通过斩波控制将电动机5发电得到的电力降压并充入到电容器2。
[0037]平滑电容器19使由降压控制晶体管17进行斩波控制后输出的电压平滑化。由此，能够使向电容器2充入由电动机5发电得到的电力时的电压平滑化进而稳定。
[0038]控制器30(参照图2)用于进行电源装置100的控制。控制器30是具备CPU(中央运算处理装置)、ROM(只读存储器)、RAM(随机存取存储器)以及I/O接口(输入输出接口)的微型计算机。RAM存储CPU的处理中的数据。ROM预先存储CPU的控制程序等。I/O接口使用于与所连接的设备之间的信息的输入输出。通过使CPU、RAM等按照ROM中保存的程序进行动作来实现电源装置100的控制。
[0039]接着，参照图3和图4来说明控制器30对电源装置100的控制。控制器30例如以每隔10毫秒的固定时间间隔反复执行图3示出的例程。在图4中，横轴表示时间，纵轴从上到下依次表示电动机5的驱动力、电容器2的输出电压、二次电池I的输出电压以及逆变器50的输入电压。
[0040]在步骤101中，控制器30读入由电容器电压检测器2a检测出的电容器2的电压。
[0041]在步骤102中，控制器30判定电容器2的电压是否为第一设定