电动车辆的电源系统及其控制方法
2020-01-12

电动车辆的电源系统及其控制方法

在电动车辆(100)上搭载有用于将向马达(30)输入以及从马达(30)输出的电力进行蓄电的主电池(10)、以及作为包括控制系统的辅机系统电源的辅机电池(70)。DC/DC转换器(60)将主电池(10)的输出电压转换为辅机电池(70)的输出电压水平。BAT-ECU(85)在进行动作时监视主电池(10)和辅机电池(70)的充电状态,并且控制DC/DC转换器(60)的动作以及停止。在电动车辆的熄火状态(运转停止状态)下,外部电源系统和车辆行驶系统停止,另一方面,BAT-ECU(85)间歇地进行动作。

或者,在如图1所示的可外部充电的电动车辆中,也可以如图5所示那样构成图3示出的辅机电池充电处理(S200)。

BAT-E⑶85通过步骤S320判断所算出的电压下降量ΛV是否大于规定水平。在电压下降量ΛV大于规定水平时(在S320中判断为“是”时),则BAT-ECU85使处理进入到步骤S330而获取辅机电池70的当前放电电流Ib。能够通过辅机电池70上设置的未图示的电流传感器来获取放电电流Ib。

BAT-ECU85在通过步骤S260对辅机电池70进行充电的过程中,通过步骤S270判断辅机电池70的充电是否完成。步骤S270的判断与图4的步骤S230的判断相同。

根据本发明,提供一种电动车辆的电源系统,该电动车辆搭载了产生车辆驱动动力的马达,该电动车辆的电源系统具备主蓄电装置、副蓄电装置、电压转换器以及第一控制装置。主蓄电装置将向马达输入以及从马达输出的电力进行蓄电。副蓄电装置输出电压低于主蓄电装置的输出电压。电压转换器构成为将主蓄电装置的输出电压转换为副蓄电装置的输出电压水平而输出到副蓄电装置。第一控制装置通过来自副蓄电装置的电力进行动作,监视主蓄电装置和副蓄电装置的充电状态,并且控制电压转换器的动作以及停止。另夕卜,第一控制装置构成为:在车辆运转状态下始终进行动作,并且为了将副蓄电装置的输出电压维持于目标电压而使电压转换器始终进行动作;另一方面,在电动车辆的熄火状态下间歇地进行动作,并且在进行动作时副蓄电装置的输出电压低于规定电压的情况下,通过使电压转换器进行动作来使用主蓄电装置的电力执行副蓄电装置的充电处理。

附图说明

继电器HVMR在熄火状态(OFF状态200)和ACC状态202下被切断,响应于向IG-ON状态204的转移而被接通。另外,在ACC状态202和IG-ON状态204下,设备类使用辅机电池70的电力进行动作的可能性高,因此优选使DC/DC转换器60和BAT-E⑶85与车辆运转状态同样地始终进行动作。由此,能够使用主电池10的电力对辅机电池70进行充电,以便辅机电池70的输出电压Vs成为固定。

技术领域

根据本发明,提供一种电动车辆的电源系统,该电动车辆搭载了产生车辆驱动动力的马达,该电动车辆的电源系统具备主蓄电装置、副蓄电装置、电压转换器以及第一控制装置。主蓄电装置将向马达输入以及从马达输出的电力进行蓄电。副蓄电装置输出电压低于主蓄电装置的输出电压。电压转换器构成为将主蓄电装置的输出电压转换为副蓄电装置的输出电压水平而输出到副蓄电装置。第一控制装置通过来自副蓄电装置的电力进行动作,监视主蓄电装置和副蓄电装置的充电状态,并且控制电压转换器的动作以及停止。另夕卜,第一控制装置构成为:在车辆运转状态下始终进行动作,并且为了将副蓄电装置的输出电压维持于目标电压而使电压转换器始终进行动作;另一方面,在电动车辆的熄火状态下间歇地进行动作,并且在进行动作时副蓄电装置的输出电压低于规定电压的情况下,通过使电压转换器进行动作来使用主蓄电装置的电力执行副蓄电装置的充电处理。

具体实施方式

此外,代替图1示出的结构,也可以为将外部电源400与电动车辆100以非接触的状态下电磁耦合而供给电力的结构,具体而言为如下的结构,在外部电源侧设置初级线圈,并且在车辆侧设置次级线圈,利用在初级线圈与次级线圈之间的互感,从外部电源400向电动车辆100提供电力。即使在进行这种外部充电的情况下,也能够使将来自外部电源400的供给电力进行转换的充电器110之后的结构共用化。

根据图示的电动车辆100的结构,通过除了电动发电机30、动力传递齿轮40以及驱动轮50以外的部分构成“电动车辆的电源系统”。下面,详细说明电源系统的结构。

在启动条件成立时(在SlOO中判断为“是”时),处理进入到步骤S110,BAT-E⑶85被启动。由此,BAT-E⑶85处于能够执行监视辅机电池70和主电池10的充电状态以及控制DC/DC转换器60的动作以及停止的状态。

此外,在OFF状态200、ACC状态202或者IG-ON状态204下,一边踏下制动踏板一边操作动力开关(未图示),由此不仅能够接通ACC、IG,而且还能够启动系统检查。另外,在IG-ON状态204或者READY-ON状态208下操作了动力开关时,电源状态转移到OFF状态200。

电动车辆的电源系统及其控制方法

继电器(SMR1,SMR2)在电池(BA)和升压转换器(12A)之间插置连接,继电器(SR1,SR2)在电池(BB)和升压转换器(12B)之间插置连接。控制装置(30)控制对继电器(SMR1,SMR2,SR1,SR2)通断进行控制的控制信号(CONT1~CONT4)。控制装置(30),控制继电器(SMR1,SMR2,SR1,SR2)的断开,使得在升压转换器(12A,12B)中发生开关元件的短路故障的时候,对应于在哪一个开关元件发生了短路故障,改变继电器的断开顺序以及断开定时中的至少一方。

参照图1,作为电动车辆的代表例展示的混合动力车辆1,包括:车轮2、动力分配机构3、电源系统5、变换器14,22、发动机4、电动发电机MGl,MG2、和控制装置30。

控制装置30,对于升压转换器12A,输出进行升压指示的控制信号PWUA,进行降压指示的控制信号PWDA,指示电压固定的控制信号PWFA,以及指示动作停止的栅极切断指令(未图示)中的任意一个。同样的,对于升压转换器12B,输出进行升压指示的控制信号PWUB,进行降压指示的控制信号PWDB,指示电压固定的控制信号PWFB,以及指示动作停止的栅极切断指令(未图示)中的任意一个。 进一步的,控制装置30,对于变换器14,输出进行将升压转换器12A,12B的输出的直流电压变换为用于驱动电动发电机MGl的交流电压的驱动指示的控制信号PWMIl;进行将由电动发电机MGl发电的交流电压转换为直流电压返回升压转换器12A,12B侧的再生指示的控制信号PWMCl;和指示动作停止的栅极切断指令(未图示)的任意一个。

附图说明

控制装置30,接受电动发电机MG1,MG2的各转矩指令值以及转速,电压VBA,VBB,VLA,VLB,VH的各个值,马达电流值MCRT1,MCRT2以及启动信号IG0N,控制升压转换器12A,12B以及变换器14,22。

并且,图3中记载了给予升压转换器控制信号PWU,PWD,PWF,是为了避免记载变得复杂,如图1所示,分别向升压转换器12A,12B输入不同的控制信号PWUA,PWDA、控制信号PWUB,PWDB、以及控制信号PWFA、PffFB0

下面参照附图详细说明本发明的实施方式。对下面图中相同或相当部分标记相同标号,原则上不重复其说明。

参照图13,控制装置,通过步骤S210,判别步骤S200检测到的短路故障是在上臂元件以及下臂元件中的哪一个发生了。然后,上臂短路故障时,S210判定为是,下臂短路故障时,S210判定为否。

如此,在由单一蓄电单元构成蓄电装置的电源系统中,在电压转换器的上臂元件(第一开关元件)以及下臂元件(第二开关元件)的哪一个中发生短路故障,都能够存在相对的电流容易切断(电流切断时发生电弧小)的通断器。如此,对应于上臂元件以及下臂元件的哪一个中发生了短路故障,先断开电流容易切断的方向的短路电流流动的通断器之后,短路电流平息之后,能够断开电流难以切断的方向的短路电流流动的剩余的通断器。此结果是,能够防止短路电流的切断时通断器中发生熔敷故障。

例如,日本特开2008-187884号公报(特许文献I)中,记载了搭载多个蓄电装置的车辆的电源系统中,分别对应该多个蓄电装置配置系统继电器的结构。进一步的,特许文献I中,记载了上述电源系统中,将一部分的蓄电装置根据需要从负载装置电切断时,能够继续向负载装置供给电力的系统继电器的控制。

此处展示的实施方式,所有的点均为示例,绝对不能认为是对本发明的限制。本发明的范围不是上述的实施例中的说明,而是根据权利要求的范围示出,与权利要求的范围均等的意义以及范围内的所有变更均包含其中。

图8中表示图6和图7中说明的上臂元件短路故障时继电器断开控制和下臂短路故障时继电器断开控制的波形图。

通过如上说明的继电器断开控制,能够按照对应于短路故障了的开关元件选择的断开模式,按照合适的断开顺序以及/或者断开定时控制多个通断器(继电器)的断开。此结果是,因为能够抑制在短路电流的切断时继电器上产生电弧或者能量的总量,能够防止切断时熔敷故障的发生。

上臂短路故障时(S210的是判定时),控制装置30进行处理到步骤S310a,向变换器14,22以及升压转换器12A,12B发出栅极切断指令。如此,向各个开关元件,发出关闭指令。

特许文献1:特开2008-187884号公报

电动车辆的电源系统及其控制方法

本发明提供一种电动车辆的电源系统及其控制方法。电源系统包括主蓄电装置(BA)和多个副蓄电装置(BB1、BB2)。转换器(12A)与副蓄电装置(BB1、BB2)中的所选择的一个副蓄电装置连接,在该被选副蓄电装置与供电线(PL2)之间执行双向的电压转换。在产生了切换使用中的被选副蓄电装置的要求的情况下,使被选副蓄电装置的输入输出上限电力连续变化。由此,能够在被选副蓄电装置的切换处理中,避免向电源系统输入的电力或从电源系统输出的电力不连续地变化。其结果,能够避免电动车辆的运行状况急剧地发生变化。

控制装置30由内置有未图示的CPU(CentralProcessingUnit,中央处理单元)和存储器的电子控制单元(ECU)构成,基于存储在该存储器中的映射(map)和程序来进行使用了各传感器的测定值的运算处理。控制装置30的一部分也可以通过电子电路等硬件构成为执行预定的数值、逻辑运算处理。

在电动车辆I的电源系统中,通过蓄电池BA(主蓄电装置)、蓄电池BBl、BB2中的被选择的副蓄电装置(以下也称为“被选副蓄电装置BB””)在与电动发电机MGl、MG2之间进行电力的授受。

由此,执行切换前升压处理(步骤S200),通过转换器12A使供电线PL2的电压VH向预定电压Vl上升。当供电线PL2的升压处理在时刻t2完成时,将ID从I改变为2。

控制装置30由内置有未图示的CPU(CentralProcessingUnit,中央处理单元)和存储器的电子控制单元(ECU)构成,基于存储在该存储器中的映射(map)和程序来进行使用了各传感器的测定值的运算处理。控制装置30的一部分也可以通过电子电路等硬件构成为执行预定的数值、逻辑运算处理。

进一步,根据本实施方式,在输入输出电力上限值开始减小到多个副蓄电装置和转换器12B之间的切换连接完成的期间,暂时缓和主电源装置BA的充放电限制。由此,在由于副蓄电装置的连接切换而无法对副蓄电装置进行电力输入输出的期间,暂时缓和主蓄电装置的充放电电力限制,因此能够确保电源系统整体的输入输出上限电力。

温度TBB、S0C(BB)和电压VBB与加权系数α相应地进行变化。具体地说,在时刻t3之前,温度TBB、SOC值SOC(BB)和电压VBB分别是温度TBBl、SOC(BBl)、电压VBBl。在从时亥Ijt2到时亥Ijt3的期间,电压VBBl响应Wout(S)、Win(S)的减小而上升。

参照图3,转换器12A包括:一端与电源线PLlA连接的电抗器LI;串联连接在供电线PL2与接地线SL2之间的IGBT元件Ql、Q2;以及分别与IGBT元件Ql、Q2反向并联连接的反向并联二极管Dl、D2。

与此相对,在被选副蓄电装置的切换处理时,当变为ID=2时,电力限制部120使输入输出上限电力Win(S)、Wout(S)以恒定比率逐渐地向O下降,并且当Win(S)、Wout(S)达到O时,使ID从2变为3。进一步,在ID=3的期间,电力限制部120将输入输出上限电力Win(S)、Wout(S)固定为O。进一步,当通过连接切换控制部140设定成ID=4时,电力限制部120使输入输出上限电力Win(S)、Wout(S)提高至相当于切换后的新的被选副蓄电装置BB的Win、Win的值。并且,当提高处理完成时,使ID从4变为O。

当变为ID=2时,执行电力限制变更处理(S300),暂时缓和主蓄电装置BA的充放电。即,开始输入输出上限电力Win(M)、Wout(M)的绝对值的暂时提高。进一步,使被选副蓄电装置BB的输入输出上限电力Win(S)、Wout(S)以恒定比率逐渐地向O下降。在该期间中,控制转换器12B以停止当前的被选副蓄电装置(蓄电池BBl)的充放电。或者,转换器12B也可以从时刻tl开始停止工作。

电动车辆的电源系统及其控制方法

电源系统包括主蓄电装置(BA)和多个副蓄电装置(BB1、BB2)。转换器(12B)依次与副蓄电装置(BB1、BB2)中的一方连接,在该选择副蓄电装置与供电线(PL2)之间进行双向电力转换。在经过副蓄电装置的连接切换处理而使用了最后的副蓄电装置的状态下,基于该副蓄电装置的SOC和车辆状态而产生副蓄电装置的断开要求。具体而言,在SOC低于下限判定值的强制断开区域,不管车辆状态如何都强制产生副蓄电装置的断开处理,另一方面,在与强制断开区域相比SOC较高的允许断开区域,基于车辆状态,预估不会对车辆运行性(驾驶性)产生影响的状态而产生断开要求。

另外,SOC判定部101的功能与“第一判定部”相对应,车辆状态判定部102以及逻辑门106、107的功能与“第二判定部”相对应,SOC判定部103以及逻辑门107的功能与

在ID=4时(S505中判定为“是”时),控制装置30将处理进行到步骤S550,将在步骤S210(图8)中所产生的升压指令取消。由此,供电线PL2的电压指令值变为该升压指令生成前的值、具体而言变为根据电动发电机MG1、MG2的状态而设定的值。

在图4中,示出了用于说明由控制装置30所实现的电动车辆I的行驶控制的功能框图,具体而言说明在发动机4和电动发电机MG1、MG2之间的功率分配控制所涉及的控制构成。另外,图4所示的各功能框图,通过执行由控制控制30预先存储的预定程序和/或通过基于控制装置30内的电子电路(硬件)进行的运算处理来实现。

然后,控制装置30通过步骤S430判定通过步骤S420指示的继电器断开是否已完成。接着,当由继电器断开实现的断开工作完成时(S430中判定为“是”时),控制装置30通过步骤S450将ID从3变为4。BP,ID=4表示已完成了所有的副蓄电装置断开的状态。

专利文献2:日本特开2008-167620号公报

逻辑门106输出SOC判定部101的输出结果以及车辆状态判定部102的输出信号的AND(与)逻辑运算结果。即,在SOC判定部101和车辆状态判定部102的输出信号的双方都为H电平时,逻辑门106输出H电平的信号,除此以外输出L电平的信号。

另外,通过设为这样的构成,多个副蓄电装置共用转换器12B,所以可以不必随着蓄电装置的数量而增加转换器的数量。为了进一步延长EV行驶距离,只要进一步与电池BBUBB2并联地添加电池即可。

图1是表示搭载有本发明的实施方式所涉及的电源系统的电动车辆的主要构成的图。

具体实施方式

参照图12,在ID=O的时刻tl之前的期间,基于作为最后的副蓄电装置的当前的选择副蓄电装置(例如电池BB2)的S0C,按预定周期执行断开判定处理。另外,在通过电源系统起动时的判定而设定为ID=-1的情况下,如上所述,实质上没有起动断开判定而是维持电池并联模式。即,没有执行副蓄电装置的断开处理。

如此一来,反映了在副蓄电装置断开时不能使用来自副蓄电装置的电力这一点,在由主蓄电装置的供给电力能够满足车辆的总要求功率的范围内,能够产生副蓄电装置的断开要求。其结果,在副蓄电装置的断开处理中,能够避免对总要求功率的对应不充分而使对驾驶要求的响应延迟这样的运行性降低。

另外,关于图1的转换器12B,与电源线PLlB连接来代替与电源线PLlA连接这一点,与转换器12A不同,但是关于内部的电路构成,与转换器12A同样,所以不再重复详细的说明。另外,在图3中记载了对转换器提供控制信号PWU、PWD、PWF,这是为了避免记载变得复杂,如图1所示那样,各个控制信号PWUA、PffDA,PffFA和控制信号PWUB、PffDB,PffFB分别被输入转换器12A、12B。