专利名称：车辆用电源系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及车辆用电源系统，特别涉及这样的车辆用电源系统其装 有可从车外电源充电的蓄电装置。
背景技术：
近些年来，装有电源装置并使用其电力驱动电动机的车辆一一例如电 气车辆、混合动力车、燃料电池车辆等等一一作为对环境友好的车辆已经 吸引了人们的注意。
在这样的车辆中，外部可充电构造也已在人们的考虑之中。 一般而言， 在一般家庭中，单相100V或单相200V商用电源常常被用作充电用电源。
日本特开No.2000-354331公开了一种构造，其中，当使用200V商用 电源进行充电时，使用专用的充电器，当使用IOOV商用电源进行充电时， 通过用于使车辆行驶的电动机的励磁线圏的中性点接收电力，且共用在从 200V商用电源接收电力时使用的某些二极管。
为了提供对环境友好的车辆，重要的是考虑尽可能在充电过程中减小 损耗。在一般家庭中，不能从100V系统充入大量电力。相反，用于使车 辆行驶的电动机以及对电动机进行驱动的变换器能对能够响应于突然的加 速的大量电力进行处理。相反，消耗大量电力以驱动电动机和变换器，因 此，当处理少量电力时损耗增大。
因此，如日本特开No，2000-354331所公开的，由于当通过用于使车辆 行驶的电动机的励磁线圏的中性点供给100V系统的少量电力时损耗增大，在这一方面仍存在改进空间。
另夕卜，在某些一般家庭中，200V电源也可用于运行大容量空气调节器 等等。
发明内容
本发明的一个目的在于提供一种车辆用电源系统，其可在充电时由多 种电源充电，并具有减小的充电损耗。
简言之，本发明为一种车辆用电源系统，其包含蓄电装置；第一与 第二旋转电机，其在车辆行驶时作为由蓄电装置中的电力驱动的旋转电机 运行，并在蓄电装置由接收自车外电源的电力充电时构成第一充电器；输 入端口，其接收供自车外电源的电力；第二充电器，其接收供自车外电源 的电力，并对蓄电装置进行充电；控制装置，其选择第一与第二充电器中 的一个，并进行控制，以便使用所选择的充电器将从车外电源供到输入端 口的电力转换为充电电力。
优选为，控制装置根据供到输入端口的电压判断将要选择第一与第二 充电器中的哪一个。
优选为，输入端口能够有选择地接收第 一电源电压和低于第 一电源电 压的第二电源电压。第二充电器接收第二电源电压并进行与第一充电器相 比更高效率的充电。
更为优选的是，车辆用电源系统还包含分别对第一与第二旋转电机进 行驱动的第一与第二变换器。当蓄电装置由接收自车外电源的电力进行充 电时，第一与第二变换器和第一与第二旋转电机的定子线圏一起构成第一
充电器。从分别连接到第一与第二旋转电机的定子线圏的中性点的第一与 第二电力输入线向第一充电器供给交流(AC)电压。第二充电器为和第一 与第二旋转电机以及第一与第二变换器分立的充电器。
进一步优选的是，第一充电器接收作为第一电源电压的200V AC电 压，并对蓄电装置进行充电，第二充电器接收作为第二电源电压的100V AC 电压，并对蓄电装置进行充电。根据本发明，能接收需要较少充电时间的相对较大量的电力，当用相 对较小量的电力进行充电时，充电损耗能够得到减小。
结合附图，通过阅读下面对本发明的详细介绍，将会更加明了本发明 的上述以及其他目的、特征、实施形态和优点。
图1示出了根据本发明一实施例的车辆1的主要构造； 图2为一框图，其示出了图1的充电器51的示例性构造； 图3为一流程图，其示出了通过图1的控制装置30进行的充电器的选 择的控制。
具体实施例方式
下面将参照附图详细介绍本发明的实施例，在附图中，相同或对应的 部分将用同样的参考标号表示，不再重复对其进行介绍。 图1示出了根据本发明一实施例的车辆1的主要构造。 参照图1，车辆1包含作为蓄电装置的电池BA与BB、电压转换单元 39A与39B、平滑电容器CH、电压传感器10A与10B以及13、变换器14 与22、发动机4、电动发电机MG1与MG2、动力分割才几构3、车轮2、 控制装置30。
电压转换单元39A与39B分别包含升压转换器12A与12B、平滑电容 器C1与C2、电压传感器21A与21B。
平滑电容器Cl连接在电源线PL1A与地线SL2之间。电压传感器21A 检测平滑电容器Cl两端之间的电压VLA,并将电压VLA输出到控制装 置30。升压转换器12A对平滑电容器C1的端子之间的电压进行升压。
平滑电容器C2连接在电源线PL1B与地线SL2之间。电压传感器21B 检测平滑电容器C2两端之间的电压VLB,并将电压VLB输出到控制装置 30。升压转换器12B对平滑电容器C2的端子之间的电压进行升压。
平滑电容器CH对升压转换器12A与12B升压得到的电压进行平滑。电压传感器13检测平滑电容器CH的端子之间的电压VH，并将电压VH 输出到控制装置30。
变换器14将供自升压转换器12B或12A的直流(DC )电压转换为三 相AC电压，并将三相AC电压输出到电动发电机MG1。变换器22将供 自升压转换器12B或12A的DC电压转换为三相AC电压，并将三相AC 电压输出到电动发电机MG2。
动力分割机构3为耦合到发动机4和电动发电机MG1与MG2以便在 它们之间分割动力的机构。例如，具有恒星齿轮、行星齿轮、环形齿轮的 三个旋转轴的行星齿轮机构可被用作动力分割机构。当三个旋转轴中两个 的旋转在行星齿轮机构中确定时，另一个旋转轴的旋转被无疑地确定。这 三个旋转轴分别被连接到发动机4、电动发电机MG1、电动发电机MG2 的旋转轴。电动发电机MG2的旋转轴通过未示出的减速齿轮和差动齿轮 耦合到车轮2。用于电动发电机MG2的旋转轴的减速器可被进一步安装， 或者，自动变速器可被安装在动力分割机构3内部。
电压转换单元39A包含设置在正电极侧上的连接单元40A以及作为设 置在负电极侧上的连接单元的系统主继电器SMRG。连接单元40A包含连 接在电池BA正电极与电源线PL1A之间的系统主继电器SMRB、彼此串 联连接并与系统主继电器SMRB并联连接的系统主继电器SMRP和限制 电阻器RO。系统主继电器SMRG连接在电池BA的负电极(地线SL1) 与地线SL2之间。
系统主继电器SMRP、 SMRB、 SMRG的导通/不导通状态分别受到供 自控制装置30的控制信号CONT1到CONT3的控制。
电压传感器10A测量电池BA的端子之间的电压VBA。尽管没有示出， 检测流入电池BA的电流的电流传感器被设置为与电压传感器10A 视电池BA的充电状态(SOC)。例如，铅酸电池、镍氢化物电池或锂离 子电池等二次电池或电气双层电容器等大容量电容器可净皮用作电池B A 。
电压转换单元39B包含设置在正电极侧上的连接单元40B以及作为设 置在负电极侧上的连接单元的系统主继电器SR1G。连接单元40B包含连接在电池BB的正电极与电源线PL1B之间的系统主继电器SR1B、彼此串 联连接并与系统主继电器SR1B并联连接的系统主继电器SR1P和限制电 阻器Rl。系统主继电器SR1G连接在电池BB的负电极与地线SL2之间。
系统主继电器SR1P、 SR1B、 SRlG的导通/不导通状态分别受到供自 控制装置30的控制信号CONT4到CONT6的控制。
地线SL2从升压转换器12A和12B延伸到变换器14和22。
电压传感器10B测量电池BB的端子之间的电压VBB。尽管没有示出， 检测流入电池BB的电流的电流传感器被设置为与电压传感器10B —皿 视电池BB的充电状态。例如，铅酸电池、镍氢化物电池或锂离子电池等 二次电池或电气双层电容器等大容量电容器可净皮用作电池BB。
变换器14连接到电源线PL2和地线SL2。变换器14接收来自升压转 换器12A与12B的升压电压，并驱动电动发电机MG1以便例如对发动机 4进行起动。变换器14也将通过传送自发动机4的动力在电动发电机MG1 中产生的电力返还到升压转换器12A与12B。此时，升压转换器12A与 12B受到控制装置30的控制，以便作为降压电路运行。
电流传感器24将流入电动发电机MG1的电流检测为电机电流值 MCRT1，并将电机电流值MCRT1输出到控制装置30。
变换器22与变换器14并联连接到电源线PL2和地线SL2。变换器22 将输出自升压转换器12A与12B的DC电压转换为三相AC电压，并将三 相AC电压输出到对车轮2进行驱动的电动发电机MG2。变换器22也将 通过再生制动在电动发电机MG2中产生的电力返还到升压转换器12A与 12B。此时，升压转换器12A与12B受到控制装置30的控制，以便作为降 压电路运行。
电流传感器25将流入电动发电机MG2的电流检测为电机电流值 MCRT2，并将电机电流值MCRT2输出到控制装置30。
控制装置30接收电动发电机MG1与MG2的转矩指令值和旋转速度、 电压VBA、 VBB、 VLA、 VLB以及VH的值、电机电流值MCRT1与 MCRT2、致动(activation )信号IGON。于是，控制装置30向升压转换器12B输出给出对电压进行升压的指示的控制信号PWUB、给出对电压进 行降压的指示的控制信号PWDB、给出禁止运行的指示的关闭信号。
另外，控制装置30向变换器14输出给出将输出自升压转换器12A与
指示的控制信号PWMIl，以及给出将在电动发电机MG1中产生的AC电 压转换为DC电压并将DC电压返还到升压转换器12A与12B的再生指示 的控制信号PWMC1。
类似地，控制装置30向变换器22输出给出将DC电压转换为用于对 电动发电机MG2进行驱动的AC电压的驱动指示的控制信号PWMI2,以 及给出将在电动发电机MG2中产生的AC电压转换为DC电压并将DC电 压返还到升压转换器12A与12B的再生指示的控制信号PWMC2。
安装在此车辆上的蓄电装置可在外部充电。因此，车辆l进一步包含 电力输^V^口 (inlet) 50、充电器51以及电力输入通道，充电器51的输 出CH1 、 CH2被连接到电力输入通道。
电力输入入口 50为用于将车辆外部的商用电源卯(例如AC 100V) 连接到车辆l的端子。在车辆1中，电池BA或BB能从连接到电力输入 入口50的、车辆外部的商用电源90进行充电。
电力输入线ACL1 —端连接到入口 50的一个端子，另一端连接到电 动发电机MG1的三相线圏的中性点N1。
电力输入线ACL2 —端连接到入口 50的另一个端子，另一端连接到 电动发电机MG2的三相线圏的中性点N2。
电力输入线ACL1与ACL2之间的电压——也即将净皮输入到入口 50 的电压一一通过电压传感器95进行测量，电压值VAC被输出到控制装置 30。
充电器51能接^bk车外电源供给的电力，并同时分别将第 一充电电力
和第二充电电力供给电池BA和BB。充电器51包含将第一充电电力输出 到电池BA的第一输出CH1以及将第二充电电力输出到电池BB的第二输 出CH2。第一输出CH1经由充电继电器91和92连接到电池BA，不是通过电 池BA与第 一升压转换器12A之间的系统主继电器SMRB和SMRG。
第二输出CH2经由充电继电器93和94连接到电池BB,不是通过电 池BB与第二升压转换器12B之间的系统主继电器SR1B和SR1G。
优选为，基于电池BA与BB的状态，充电器51判断第一充电电力与 第二充电电力的大小，并将从车外电源供给的电力分配给电池BA和BB。
通过在车辆停泊时(即在车辆没有行驶时)用没有用于使车辆行驶的 两个电动发电机的定子线圏以及变换器14与22来配置充电器，进行用 200V的电压一一其能供给相对较大的量的电力(近似为6000W) —一进 行的外部充电。
然而，定子线圏和变换器14与22被设计为用于使车辆行驶，如果它 们用于执行用IOOV电压进行的充电，损耗增大，造成充电效率的劣化。
具体而言，由于用100V电压进行的外部充电使用用于家庭的普通电 气插座(outlet)等等进行，充电应当使用与当车辆行驶时所充电力相比小 得多的电力(近似于1200W)长时间进行。当使用通过变换器14和22配 置的开关电源进行这样的充电时，开关电源中的驱动损耗增大，半导体的 开关速度低，导致效率的劣化。
因此，用100V的电压进^f亍充电时的充电效率能通过i殳计充电器51以 便使其对于用100V电压一一其供给小量的充电电力一一进行外部充电最 优化来改进。
另外，电池BA与BB的充电状态(SOC)能通过将充电器51配置为 以根据电池BA与BB的SOC变化的分配比将供自车外电源的电力分配给 电池BA与BB来进4亍匹配。
注意，在用200V的电压充电时，电池BA与BB的SOC能通过才艮据 电池BA与BB的SOC操作升压变换器12A与12B来匹配。
图2为一框图，其示出了图1的充电器51的示例性构造。
如图2所示，充电器51包含AC-DC转换电路100,其将外部供给 的AC电压转换为DC电压；第一变换器102，其接收通过AC-DC转换电路100转换得到的DC电压并将DC电压转换为具有与外部供给的AC电 压的频率不同的频率的AC电压；第二变换器112，其接收由AC-DC转换 电路100转换得到的DC电压，并将DC电压转换为具有与外部供给的AC 电压的频率不同的频率的AC电压；控制单元122，其基于电池BA与BB 的状态进行变换器102和112的运行控制。
充电器51进一步包含变压器104，其具有输出自变换器102的AC 电压被施加到的一次侧线圏；整流电路106,其将在变压器104的二次侧 线圏中感应的AC电压整流为DC电压；电流传感器108，其监视流入整 流电路106的输出CH1的电流ICH1。
充电器51进一步包含变压器114，其具有输出自变换器112的AC 电压被施加到的一次侧线圈；整流电路116，其将在变压器114的二次侧 线圏中感应的AC电压整流为DC电压；电流传感器118，其监视流入整 流电路116的输出CH2的电流ICH2。
人们希望当充电完成时电池BA与BB具有同样的充电状态。为此目 的，控制单元122从图1的控制装置30接收电池BA与BB的充电状态 SOCA与SOCB，并才艮据所接收的SOCA与SOCB将输入的电力分配给电 池。
图3为一流程图，其示出了由图1的控制装置30进行的充电器选择的 控制。此流程图的处理由规定的主程序调用并以规则的时间间隔或每当满 足规定M时执行。
参照图1与3，首先在步骤S1中，控制装置30读取由电压传感器95 检测的电压值VAC。于是，在步骤S2中，控制装置30判断电压值VAC 是否为200V。
当步骤S2中电压值VAC为200V时，处理进行到步骤S3。在步骤S3 中，控制装置30致动作为用于通过中性点进行充电的200V充电器的变换 器14和22。于是，控制装置30以协调的方式控制变换器14和22，以便 将它们作为AC-DC转换器运行。此时，电池BA和BB的SOC可通过根 据电池BA和BB的SOC运行升压变换器12A与12B来得到匹配。当步骤S2中电压值VAC不是200V时，处理进行到步骤S4。在步骤 S4中，控制装置30判断电压值VAC是否为IOOV。
当在步骤S4中电压值VAC为100V时，处理进行到步骤S5。在步骤 S5中，控制装置30致动作为100V充电器的充电器51。此时，控制单元 122从图1的控制装置30接收电池BA和BB的充电状态SOCA和SOCB， 并对变换器102和112进行控制，以便根据所接收到的SOCA与SOCB将 输入的电力分配给电池。
当致动处理在步骤S3和S5中完成时，或当在步骤S4中并非判断为 电压值VAC为100V时，处理进行到步骤S6,控制返还到主程序。
最后，再度参照图1以及其他附图，将作为一个整体地介绍本实施例 中公开的车辆用电源系统。车辆用电源系统包含蓄电装置(电池BA， BB);第一与第二旋转电机(电动发电机MG1， MG2),其在车辆行驶 时作为通过蓄电装置中的电力驱动的旋转电枳逸行，并在蓄电装置通过接 收自车外电源的电力来充电时构成第一充电器；输入端口 (入口50)，其 接收供自车外电源的电力；第二充电器(充电器51)，其接收供自车外电 源的电力，并对蓄电装置进行充电；控制装置30,其选择第一与第二充电 器中的 一个，并使用所选择的充电器进行将从车外电源供到输入端口的电 力转换为充电电力的控制。
优选为，控制装置30根据供到输入端口 (入口 50)的电压来判断第 一与第二充电器中哪一个将被选择。
优选为，输入端口能有选择地接收第一电源电压(200V)和低于第一 电源电压的第二电源电压(100V)。第二充电器(充电器51)接收第二电 源电压(100V)并与第一充电器(包含电动发电机MGl, MG2的线圈) 相比更为高效地进行充电。
更为优选的是，本实施例中公开的车辆用电源系统还包含分别对第一 与第二旋转电机(电动发电机MG1， MG2 )进行驱动的变换器14与22。 当蓄电装置通过接收自车外电源的电力进行充电时，变换器14与22和第 一与第二旋转电才几(电动发电机MG1, MG2)的定子线圏一起构成第一充电器。第 一充电器被供以来自分别连接到第 一与第二旋转电机的定子线
圏的中性点的电力输入线ACL1与ACL2的AC电压。第二充电器(充电 器51)为和第一与第二旋转电机(电动发电机MG1， MG2)以及变换器 14、 22分立的充电器。
进一步优选的是，第一充电器接收作为第一电源电压的200V的AC 电压并对蓄电装置进行充电，第二充电器接收作为第二电源电压的100V 的AC电压并对蓄电装置进行充电。
在不具有充电器51的构造中，当被供给100V系统的小量电力时，如 何减小所用的能量成为问题，而在通过中性点充电的技术中，有必要驱动 用于使车辆行驶的变换器以及许多其他部分，因此，难以减小充电过程中 的能量损耗。具体而言，由于用于使车辆行驶的变换器被共用为用于外部 充电的AC-DC转换器的部件，有必要驱动被设计为用于使车辆行驶的变 换器中的高功率半导体，因此，难以减小驱动电力。
相反，在本实施例中，为了由100V系统充入小量的电力(近似为 1200W)，通过最优地^L计为此目的的充电器51来进行充电，减小辅助电 池系统中的损耗。为了由200V系统充入大量的电力(近似为6000W)，
作充电器的充电技术。由此，各种充电器可用在各种充电技术适用的范围。 因此，当近似为1200W的电力从100V系统被充入时，充电损耗减小，当 近似为6000W的电力从200V系统被充入时，能避免提供分立充电器所导 致的在尺寸上的不受欢迎的增大。
尽管详细介绍和示出了本发明，将会明了，这仅仅出于说明和举例， 不应被看作限制，本发明的范围由所附权利要求解释。
权利要求
1. 一种车辆用电源系统，其包含蓄电装置；第一与第二旋转电机，其在车辆行驶时作为由所述蓄电装置中的电力驱动的旋转电机运行，并在所述蓄电装置由接收自车外电源的电力充电时构成第一充电器；输入端口，其接收供自车外电源的电力；第二充电器，其接收供自车外电源的电力，并对所述蓄电装置进行充电；以及控制装置，其选择所述第一与第二充电器中的一个，并进行控制，以便使用所选择的充电器将从车外电源供到所述输入端口的电力转换为充电电力。
2. 根据权利要求l的车辆用电源系统，其中，所述控制装置根据供到 所述输入端口的电压判断将要选择所述第一与第二充电器中的哪一个。
3. 根据权利要求l的车辆用电源系统，其中，所述输入端口能够有选择地接收第一电源电压和低于所述第一电源电 压的笫二电源电压，且所述第二充电器接收所述第二电源电压并进行与所述第 一充电器相比 更高效率的充电。
4. 根据权利要求3的车辆用电源系统，其还包含分别对所述第一与第 二旋转电机进行驱动的第一与第二变换器，其中，当所述蓄电装置由接收自车外电源的电力进行充电时，所述第一与第 二变换器和所述第一与第二旋转电机的定子线圏一起构成所述第一充电 器，从分别连接到所述第 一与第二旋转电机的定子线圏的中性点的第 一与 第二电力输入线向所述第一充电器供给AC电压，且所述第二充电器为和所述第一与第二旋转电机以及所述第一与第二变换器分立的充电器。
5.根据权利要求4的车辆用电源系统，其中，所述第一充电器接收作为所述第一电源电压的200V的AC电压，并 对所述蓄电装置进行充电，且所述第二充电器接收作为所述第二电源电压的100V的AC电压，并 对所述蓄电装置进行充电。
全文摘要
一种车辆用电源系统，其包含电池；电动发电机，其在车辆行驶时作为由电池中的电力驱动的旋转电机运行，并在电池由接收自车外电源的电力充电时构成第一充电器；入口，其接收供自外部电源的电力；第二充电器，其接收供自外部电源的电力，并对电池进行充电；控制装置，其选择第一与第二充电器中的一个，并进行控制，以便使用所选择的充电器将从外部电源供到入口的电力转换为充电电力。因此，能提供这样的车辆用电源系统其可在充电时由多种电源充电，并具有减小的充电损耗。
文档编号H02J7/00GK101428568SQ20081017413
公开日2009年5月13日 申请日期2008年11月7日 优先权日2007年11月7日
发明者饭田隆英 申请人:丰田自动车株式会社;株式会社丰田自动织机