车辆的电源系统的制作方法
【专利摘要】车辆的电源系统具备：与PCU（120）连接的第一电力线（PL1）和第二电力线（NL1）；分别构成为能够再充电的第一蓄电装置（BAT1）和第二蓄电装置（BAT2）；电容器（C1），其连接在第一电力线（PL1）与第二电力线（NL1）之间；切换部，其构成为能够在第一状态和第二状态之间切换，所述第一状态是在第一电力线（PL1）与第二电力线（NL1）之间连接有第一蓄电装置（BAT1）和第二蓄电装置（BAT2）中的任一方的蓄电装置的状态，所述第二状态是在第一电力线（PL1）与第二电力线（NL1）之间串联连接有第一蓄电装置（BAT1）和第二蓄电装置（BAT2）的状态；以及控制装置（300），其用于在通过使切换部成为第一状态来对电容器（C1）进行充电之后，通过使切换部成为第二状态来对电容器（C1）充电。
【专利说明】车辆的电源系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及车辆的电源系统，更特定而言，涉及搭载有多个蓄电装置的车辆的电源系统的控制。
【背景技术】
[0002]在应用于电动车辆的电源系统中，采用了将多个蓄电装置串联连接而能够从该多个蓄电装置向行驶用电动机供给电力的结构。作为将多个蓄电装置串联连接使用的例子，日本特开2008-288109号公报(专利文献I)公开了一种如下的电池系统:该电池系统具备将多个由多个单元构成的电池模块串联连接而得到的电池包，并从该电池包向负载供给电力。
[0003]现有技术文献
[0004]专利文献1:日本特开2008-288109号公报
【发明内容】
[0005]发明要解决的问题
[0006]在专利文献I所公开的电池系统中，在开始从电池组向负载供给电源时，可能会向负载流入大的冲击电流(代表性的为电容器的预充电电流)。因此，需要在电池包与负载之间配置电流限制电阻并通过该电流限制电阻来限制向负载的冲击电流。然而，随着串联连接的电池模块的个数增加，需要配置具有更大容量的电流限制电阻，从而会导致电路结构的大型化和成本上升。
[0007]因此，本发明是为了解决这样的问题而完成的发明，其目的在于，在将多个蓄电装置串联连接使用的电源系统中，利用简易且高效的结构来抑制电源投入时的冲击电流。
[0008]用于解决问题的手段
[0009]根据本发明的某方面，一种车辆的电源系统，具备:驱动行驶用电动机的电力变换单兀；第一电力线和第二电力线，用于传递相对于电力变换单兀输入输出的电力；分别构成为能够再充电的第一蓄电装置和第二蓄电装置；电容器，其连接在第一电力线与第二电力线之间；切换部，其构成为能够在第一状态和第二状态之间切换，所述第一状态是在第一电力线与第二电力线之间连接有第一蓄电装置和第二蓄电装置中的任一方的蓄电装置的状态，所述第二状态是在第一电力线与第二电力线之间串联连接有第一蓄电装置和第二蓄电装置的状态；以及控制装置，其用于在通过使切换部成为第一状态而对电容器进行了充电之后，通过使切换部成为第二状态来对电容器进行充电。
[0010]优选，车辆的电源系统还具备第三电力线和第四电力线，所述第三电力线和所述第四电力线用于在通过车辆外部的电源对车辆进行充电时，传递从用于对第一蓄电装置和第二蓄电装置进行充电的充电器输出的电力，切换部包括:第一通断器，其连接在第一蓄电装置的负极端子与第二蓄电装置的正极端子之间；第二通断器，其连接在第一蓄电装置的正极端子与第一电力线之间；第三通断器，其连接在第二蓄电装置的负极端子与第二电力线之间；第四通断器，其连接在第一蓄电装置的正极端子与第三电力线之间；第五通断器，其连接在第一蓄电装置的负极端子与第四电力线之间；以及连接线，其连接在第二电力线与第四电力线之间。控制装置通过使第二通断器和第五通断器接通且使第一通断器、第三通断器以及第四通断器断开，从而使切换部成为第一状态，另一方面，通过使第一通断器、第二通断器以及第三通断器接通且使第四通断器和第五通断器断开，从而使切换部成为第二状态。
[0011]优选，第二通断器包括:继电器，其连接在第一蓄电装置的正极端子与第一电力线之间；和电阻，其与继电器串联连接。
[0012]优选，车辆的电源系统还具备第三电力线和第四电力线，所述第三电力线和第四电力线用于在通过车辆外部的电源对车辆进行充电时，传递从用于对第一蓄电装置和第二蓄电装置进行充电的充电器输出的电力，切换部包括:第一通断器，其连接在第一蓄电装置的负极端子与第二蓄电装置的正极端子之间；第二通断器，其连接在第一蓄电装置的正极端子与第一电力线之间；第三通断器，其连接在第二蓄电装置的负极端子与第二电力线之间；第四通断器，其连接在第二蓄电装置的正极端子与第三电力线之间；第五通断器，其连接在第二蓄电装置的负极端子与第四电力线之间；以及连接线，其连接在第一电力线与第三电力线之间，控制装置通过使第三通断器和第四通断器接通且使第一通断器、第二通断器以及第五通断器断开，从而使切换部成为第一状态，另一方面，通过使第一通断器、第二通断器以及第三通断器接通且使第四通断器和第五通断器断开，从而使切换部成为第二状态。
[0013]优选，第三通断器包括:继电器，其连接在第二蓄电装置的负极端子与第二电力线之间；和电阻，其与继电器串联连接。
[0014]发明的效果
[0015]根据本发明，在将多个蓄电装置串联连接使用的电源系统中，能够利用简易且高效的结构来抑制电源投入时的冲击电流。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]图1是应用了本发明实施方式I的电源系统的车辆的概略结构图。
[0017]图2是说明车辆行驶时的系统主继电器和充电继电器的控制的图。
[0018]图3是说明蓄电装置发生了故障时的系统继电器和充电继电器的控制的图。
[0019]图4是表示本发明实施方式I的电源系统的控制处理步骤的流程图。
[0020]图5是用于说明车辆的系统启动时的系统主继电器和充电继电器的控制的时序图。
[0021]图6是表示本发明实施方式2的电源系统的控制处理步骤的流程图。
[0022]图7是说明本发明的实施方式的电源系统的其他结构例的图。
【具体实施方式】
[0023]以下，参照附图，对本发明的实施方式进行详细说明。此外，图中相同标号表示相同或相当部分。
[0024][实施方式I][0025]图1是应用了本发明实施方式I的电源系统的车辆10的概略结构图。
[0026]参照图1，车辆10代表性地为混合动力车辆，搭载有内燃机(发动机)160和电动机(MG:Motor Generator,电动发电机),将来自各自的驱动力控制为最佳的比率进行行驶。进而，车辆10搭载有用于向该电动发电机供给电力的多个(例如两个)蓄电装置。这些蓄电装置在车辆10的系统启动状态(以下，也记为“IG接通状态”)下能够接受通过发动机160的工作而产生的动力来进行充电，并且，在车辆10的系统停止期间(以下，也记为“IG断开状态”)能够经由连接部220与外部电源500电连接来进行充电。在以下的说明中，为了区别各充电动作，将通过外部电源500对蓄电部进行的充电记为“外部充电”，将通过发动机160的工作对蓄电部进行的充电记为“内部充电”。
[0027]车辆10具备:与“第一电池包”对应的电池包100、与“第二电池包”对应的电池包110、PCU (Power Control Unit:功率控制单元)120、电动发电机130、135、动力传递装置140、驱动轮150、发动机160、以及控制装置300。
[0028]电池包100包括:与“第一蓄电装置”对应的蓄电装置BATl、系统主继电器SMRBl、SMRPl、SMRNl、电阻Rl、以及充电继电器RLYl、RLY2。蓄电装置BATl是能够再充电的电力储存元件，代表性地由锂离子电池、镍氢等二次电池、或者双电层电容器等蓄电元件构成。在蓄电装置BATl设置有用于检测电池电压VBl、电池电流IBl、电池温度TBl的电池传感器105。电池传感器105的检测值向控制装置300传递。
[0029]系统主继电器SMRBl连接在蓄电装置BATl的正极端子与连接于P⑶120的电力线PLl之间。系统主继电器SMRPl与电阻Rl串联连接，并且与电阻Rl—起与系统主继电器SMRBl并联连接。系统主继电器SMRNl连接在蓄电装置BATl的负极端子与系统主继电器SMRB2 (后述)之间。系统主继电器SMRB1、SMRPU SMRNl的接通/断开通过来自控制装置300的继电器控制信号SEl进行控制。
[0030]充电继电器RLYl连接在蓄电装置BATl的正极端子与连接于充电器200的电力线PL3之间。充电继电器RLY2连接在蓄电装置BATl的负极端子与连接于充电器200的电力线(接地线)NL3之间。充电继电器RLY1、RLY2的接通/断开通过来自控制装置300的继电器控制信号RE进行控制。
[0031]电池包110包括与“第二蓄电装置”对应的蓄电装置BAT2和系统主继电器SMRB2、SMRN2。蓄电装置BAT2与蓄电装置BATl同样，是能够再充电的电力储存元件，代表性地由锂离子电池、镍氢等二次电池、或双电层电容器等蓄电元件构成。在蓄电装置BAT2设置有用于检测电池电压VB2、电池电流IB2以及电池温度TB2的电池传感器115。电池传感器115的检测值向控制装置300传递。
[0032]系统主继电器SMRB2连接在蓄电装置BAT2的正极端子与系统主继电器SMRNl之间。系统主继电器SMRN2连接在蓄电装置BAT2的负极端子与电力线(接地线)NLl之间。系统主继电器SMRB2、SMRN2的接通/断开通过来自控制装置300的继电器控制信号SE2进行控制。
[0033]在本发明实施方式I的电源系统中，电池包100、110串联连接在连接于P⑶120的电力线PLl与电力线(接地线)NLl之间。在车辆10的IG接通状态下，使电池包100内的系统主继电器SMRBl、SMRNl和电池包110内的系统主继电器SMRB2、SMRN2接通。由此，如图2所示，蓄电装置BAT1、BAT2串联连接在电力线PLl与电力线NLl之间。然后，在车辆10行驶时，蓄电装置BAT1、BAT2经由图2中的通电路径kl将用于产生车辆10的驱动力的电力供给到P⑶120。另外，在车辆10的再生制动时，蓄电装置BAT1、BAT2蓄积由电动发电机130、135发电产生的电力。
[0034]本实施方式所不的各继电器代表性地由电磁继电器构成,该电磁继电器在通电时通过将接点之间连接而闭合，另一方面，在非通电时通过使接点间不连接而断开。但是，只要是能够控制闭合和断开的结构，则能够应用以半导体继电器为首的任意通断器。
[0035]在本实施方式I的电源系统中，系统主继电器SMRNl和SMRB2被用作连接在蓄电装置BATl的负极端子与蓄电装置BAT2的正极端子之间的“第一通断器”的代表例。另外，系统主继电器SMRBl、SMRPl和电阻Rl被用作连接在蓄电装置BATl的正极端子与对应于“第一电力线”的电力线PLl之间的“第二通断器”的代表例。系统主继电器SMRN2被用作连接在蓄电装置BAT2的负极端子与对应于“第二电力线”的电力线NLl之间的“第三通断器”的代表例。
[0036]进而，充电继电器RLYl被用作连接在蓄电装置BATl的正极端子与对应于“第三电力线”的电力线PL3之间的“第四通断器”的代表例。充电继电器RLY2被用作连接在蓄电装置BATl的负极端子与对应于“第四电力线”的电力线NL3之间的“第五通断器”的代表例。
[0037]此外，电池包100、110各自在蓄电装置的正极端子和负极端子分别连接有继电器。通过使这些继电器断开，能够将电池包完全从电源系统切离，因此，能够作为在安全方面优选的结构。但是，在将蓄电装置BAT1、BAT2 —体地收容于单个电池包的情况下，能够省略配置与“第一通断器”对应的继电器SMRNl、SMRB2。
[0038]进而，电力线NLl和电力线NL3通过连接线NL4而连接，该连接线NL4对应于将上述第二电力线与第四电力线连接的“连接线”。在电力线NLl与电力线NL3之间形成插置有充电继电器RLY2、系统主继电器SMRNl、系统主继电器SMRB2、蓄电装置BAT2以及系统主继电器SMRN2的通电路径。连接线NL4在电力线NL3与电力线NL4之间形成绕行该通电路径的芳通路径。
[0039]PCU120构成为在电动发电机130、135与蓄电装置BAT1、BAT2之间进行双向电力变换。P⑶120包括转换器(C0NV)121和分别与电动发电机130、135对应的第一变换器(INVl)122、第二变换器(INV2) 123。
[0040]转换器121构成为在蓄电装置BAT1、BAT2与传递变换器122、123的直流链路电压的电力线PL2之间执行双向的直流电压变换。即，蓄电装置BAT1、BAT2的输入输出电压以及电力线PL2与电力线(接地线)NLl之间的直流电压被双向地升压或降压。电力线NLl在转换器121中通过并向变换器122、123侧延伸。转换器121的升压降压动作分别按照来自控制装置300的开关指令PWC进行控制。
[0041]电容器Cl连接在电力线PLl与电力线NLl之间，使电力线PLl与电力线NLl之间的电压变动减少。电容器C2连接在电力线PL2与电力线NLl之间，使电力线PL2与电力线NLl之间的电压变动减少。
[0042]第一变换器122和第二变换器123在电力线PL2及电力线NLl的直流电力与相对于电动发电机130、135输入输出的交流电力之间执行双向电力变换。主要地,第一变换器122根据来自控制装置300的开关指令PWI1，将电动发电机130通过发动机160的输出而产生的交流电力变换为直流电力，并向电力线PL2和电力线NLl供给。由此，在车辆行驶期间也能够通过发动机160的输出主动地对蓄电装置BAT1、BAT2进行充电。
[0043]另外，在发动机160启动时，第一变换器122根据来自控制装置300的开关指令PMII，将来自蓄电装置BATl、BAT2的直流电力变换为交流电力并向电动发电机130供给。由此，发动机160能够以电动发电机130为启动器而启动。
[0044]第二变换器123根据来自控制装置300的开关指令PWI2，将经由电力线PL2和电力线NLl供给的直流电力变换为交流电力，并向电动发电机135供给。由此，电动发电机135产生车辆10的驱动力。
[0045]另一方面，在车辆10的再生制动时，电动发电机135伴随驱动轮150的减速而发电产生交流电力。此时，第二变换器123根据来自控制装置300的开关指令PWI2，将电动发电机135产生的交流电力变换为直流电力，并向电力线PL2和电力线NLl供给。由此，能够在减速时、下坡行驶时对蓄电装置BAT1、BAT2进行充电。
[0046]控制装置300代表性地由以CPlXCentral Processing Unit:中央处理单元)、RAM(Random Access Memory:随机存取存储器)和ROM (Read Only Memory:只读存储器)等存储区域以及输入输出接口为主体而构成的电子控制装置(EOJ Electronic Control Unit)构成。并且，控制装置300通过CPU将预先存储于ROM等的程序读出至RAM并执行，从而执行与车辆行驶和充放电相关的控制。此外，ECU的至少一部分也可以构成为通过电子电路等硬件来执行预定的数值/逻辑运算处理。
[0047]作为向控制装置300输入的信息，在图1中例示了来自电池传感器105、115的电池数据。电池数据包括蓄电装置BATl的电池电压VB 1、电池电流IB 1、电池温度TB I和蓄电装置BAT2的电池电压VB2、电池电流IB2、电池温度TB2。虽然未进行图示，但配置在电力线PLl与电力线NLl之间的电压传感器(未图示)的直流电压检测值VL、电动发电机130、135的各相的电流检测值和电动发电机130、135的旋转角检测值也向控制装置300输入。
[0048]另外，控制装置300从点火开关(未图示)接收信号IG。信号IG在点火开关接通期间被设定为H (逻辑高)电平，在点火开关断开期间被设定为L (逻辑低)电平。
[0049]电动发电机130、135是交流旋转电机，例如是具备埋设有永磁体的转子的永磁体型同步电动机。电动发电机130、135的输出转矩经由由减速器、动力分配机构构成的动力传递装置140传递至驱动轮150和发动机160，从而使车辆10行驶。在车辆10的再生制动时，电动发电机130、135能够通过驱动轮150的旋转力进行发电。然后，该发电电力通过P⑶120变换为蓄电装置BATl、BAT2的充电电力。在本实施方式中，使电动发电机130专门作为用于被发动机160驱动来进行发电的发电机工作，使电动发电机135专门作为用于对驱动轮150进行驱动来使车辆10行驶的电动机工作。
[0050]此外,在本实施方式I中，将设置有两对电动发电机和变换器的结构作为一例不出，但电动发电机和变换器也可以是一对，还可以多于两对。
[0051]另外，在本实施方式I中，以混合动力汽车为例对车辆10进行说明，但只要是搭载有用于使用来自蓄电装置BATl、BAT2的电力产生车辆驱动力的电动机的车辆，则车辆10的结构没有限定。即，车辆10除了包括如图1所示的通过发动机和电动机来产生车辆驱动力的混合动力汽车以外，还包括不搭载发动机的电动汽车或燃料电池汽车等。
[0052]根据图示的车辆10的结构，除去电动发电机130、135、动力传递传动装置140、发动机160以及驱动轮150之后的部分构成车辆10的电源系统。
[0053]本实施方式I的电源系统具有使用来自外部电源500的电力对蓄电装置BAT1、BAT2进行充电的功能。即，电源系统构成为能够从外部电源500对蓄电装置BAT1、BAT2进行充电(外部充电)。
[0054]具体而言，作为用于进行蓄电装置BAT1、BAT2的外部充电的结构，电源系统还具备充电器200和连接部220。
[0055]连接部220设置在车辆10的车体。在车辆10接受来自外部电源500的电力的情况下，将充电电缆400的充电连接器410与连接部220连接。然后，将充电电缆400的插头420与外部电源500的插座510连接，从而使来自外部电源500的电力经由充电电缆400的电线部430向车辆10传递。外部电源500例如为交流100V的商用电源。
[0056]此外，为了能够进行外部充电，除此之外，也可以通过如下结构从外部电源接受电力:将外部电源和车辆在非接触的状态下进行电磁耦合来供给电力，具体而言，在外部电源侧设置初级线圈，并且在车辆侧设置次级线圈，利用初级线圈与次级线圈之间的互感来进行电力供给。
[0057]充电器200经由电力线ACL1、ACL2与连接部220连接。另外，充电器200经由电力线PL3、NL3与电池包100连接。并且，在进行外部充电时，充电器200根据来自控制装置300的控制信号PWD，将从外部电源500供给的交流电力变换为直流电力并向蓄电装置BAT1、BAT2供给。此外，虽然省略图示，但充电器200包括用于在这样的交流电力与直流电力之间进行电力变换的AC/DC变换器。
[0058]如图2说明的那样，在车辆10的IG接通状态下，蓄电装置BATl、BAT2串联连接在电力线PLl与电力线NLl之间。因此，蓄电装置BAT1、BAT2能够通过电动发电机130、135的发电电力在车辆行驶期间进行内部充电。另外，在车辆10的IG断开状态下，通过将蓄电装置BAT1、BAT2串联连接在电力线PL3与电力线NL3之间，能够在车辆行驶后对蓄电装置BAT1、BAT2进行外部充电。由此，通过使用蓄积于蓄电装置BATl、BAT2的电力，能够尽可能将发动机160维持为停止状态而进行行驶。其结果，与仅搭载有蓄电装置BATl的车辆相比，能够延长仅使用来自电动发电机135的驱动力进行行驶的、所谓EV (Electric Vehicle:电动汽车)行驶下的可行驶距离，从而能够提高车辆10的能效。
[0059]另一方面，在如上所述的结构中，在蓄电装置BAT2发生了故障的情况下，若使电池包110内的系统主继电器SMRB2、SMRN2断开从而将蓄电装置BAT2从电源系统电切离，则实质上蓄电装置BATl也从电源系统切离。因此，在蓄电装置BAT2发生了故障的情况下，无法将蓄积于正常的蓄电装置BATl的电力供给到PCU120。
[0060]这样，在产生了无法从蓄电装置BATl供给电力的状态的情况下，无法使用来自蓄电装置BATl的电力得到由电动发电机135产生的驱动力。特别是，当在正在进行EV行驶的期间因蓄电装置BAT2的故障而产生了无法从蓄电装置BATl供给电力的状态时，不仅无法得到由电动发电机135产生的驱动力，也无法使用来自蓄电装置BATl的电力驱动电动发电机130从而使发动机160启动。其结果，退避行驶下的可行驶距离可能会受到限制。
[0061]因此，在本发明实施方式I的电源系统中，在蓄电装置BAT2发生了故障的情况下，如图3那样对系统继电器和充电继电器的控制进行切换。
[0062]图3是说明蓄电装置BAT2发生了故障时的系统继电器和充电继电器的控制的图。[0063]在蓄电装置BAT2正常的情况下，控制装置300使系统主继电器和充电继电器成为图2所示的状态。S卩，使系统主继电器SMRB1、SMRN1、SMRB2、SMRN2接通，另一方面，使充电继电器RLY1、RLY2断开。
[0064]当蓄电装置BAT2在该状态下发生了故障时，如图3所示，控制装置300使系统主继电器SMRBl和充电继电器RLY2接通，另一方面，使系统主继电器SMRNl、SMRB2、SMRN2断开。即，控制装置300将蓄电装置BATl和蓄电装置BAT2电切离，并且经由形成旁通路径的连接线NL4将蓄电装置BATl与电力线PLUNLl电连接。由此，在蓄电装置BATl与POT120之间形成通电路径k2。然后，蓄电装置BATl经由该通电路径k2将用于产生车辆10的驱动力的电力供给到PCU120。另外，在车辆10的再生制动时，蓄电装置BATl蓄积由电动发电机135发电产生的电力。这样，在蓄电装置BAT2发生了故障的情况下，能够活用正常的蓄电装置BATl来供给用于行驶的电力，因此能够确保退避行驶下的可行驶距离。
[0065]这样，本发明实施方式I的电源系统构成为能够在电力线PLl与电力线NLl之间连接有蓄电装置BATl的状态(以下，也称为“第一状态”)和电力线PLl与电力线NLl之间串联连接有蓄电装置BAT1、BAT2的状态(以下，也称为“第二状态”)之间进行切换。与“第一通断器”对应的系统主继电器SMRNl、SMRB2、与“第二通断器”对应的系统主继电器SMRBl、SMRPl及电阻R1、与“第三通断器”对应的系统主继电器SMRN2、与“第四通断器”对应的充电继电器RLYl、与“第五通断器”对应的充电继电器RLY2、以及与“连接线”对应的连接线NL4构成用于在上述第一状态与第二状态之间进行切换的“切换部”。
[0066]图4是表示本发明实施方式I的电源系统的控制处理步骤的流程图。以图4为首，以下所示的流程图的各步骤的处理通过控制装置300的软件处理或硬件处理来执行。另夕卜，以下所示的流程图的各自的一系列控制处理由控制装置300按预定的控制周期执行。
[0067]参照图4，控制装置300通过步骤S01，判定是否由用户进行了要求车辆10的系统启动的操作(IG接通操作)。控制装置300在从点火开关输入的信号IG从L电平升高至H电平时，判定为进行了 IG接通操作。在没有进行IG接通操作的情况下(在步骤SOl的判定为“否”时)，处理回到最初。
[0068]另一方面，在进行了 IG接通操作的情况下(在步骤SOl的判定为“是”时)，控制装置300通过步骤S02，判定蓄电装置BAT2是否发生了故障。例如，在检测到构成蓄电装置BAT2的二次电池、电池传感器115的异常的情况下，控制装置300判定为蓄电装置BAT2发生了故障。
[0069]在判定为蓄电装置BAT2发生了故障的情况下(在步骤S02的判定为“是”时)，控制装置300进入步骤S03，通过继电器控制信号SEl和RE，使系统主继电器SMRPl和充电继电器RLY2接通。由此，蓄电装置BATl经由系统主继电器SMRPl及电阻Rl与电力线PLl连接，并且经由充电继电器RLY2及连接线NL4与电力线NLl连接。
[0070]通过在步骤S03中从蓄电装置BATl向电力线PLUNLl供给电力，从而开始电容器Cl的预充电。通过使系统主继电器SMRPl接通，从而利用电阻Rl来限制电容器Cl的预充电电流。因此，能够限制开始从蓄电装置BATl供给电力时的冲击电流。
[0071 ] 控制装置300通过配置在电力线PLl与电力线NLl之间的电压传感器(未图示)来检测作为电容器Cl的端子间电压的直流电压VL。在步骤S04中，控制装置300基于来自该电压传感器的直流电压VL，判定电容器Cl的预充电是否完成。在来自电压传感器的直流电压VL未达到蓄电装置BATl的电池电压VBl的情况下，控制装置300判定为电容器Cl的预充电未完成(在步骤S04的判定为“否”时)，使处理返回步骤S03。
[0072]另一方面，在来自电压传感器的直流电压VL达到了电池电压VBl的情况下，控制装置300判定为电容器Cl的预充电完成(在步骤S04的判定为“是”时)，使处理进入步骤S05。在步骤S05中，控制装置300使系统主继电器SMRBl和充电继电器RLY2接通，并且使系统主继电器SMRPl断开。由此，在蓄电装置BATl与K:U120之间形成图3所示的通电路径k2。然后，经由该通电路径k2将来自蓄电装置BATl的电力向P⑶120供给，由此，电动发电机135产生车辆10的驱动力。
[0073]与此相对，在判定为蓄电装置BAT2未发生故障的情况下(在步骤S02的判定为“否”时)，控制装置300进入步骤S06，通过继电器控制信号SEl、SE2，使系统主继电器SMRP1、SMRNl、SMRB2、SMRN2接通。由此，蓄电装置BAT1、BAT2经由系统主继电器SMRPl和电阻Rl串联连接在电力线PLl与电力线NLl之间。
[0074]通过在步骤S06中从蓄电装置BATl、BAT2向电力线PL1、NLl供给电力，从而开始电容器Cl的预充电。通过与步骤S03同样地使系统主继电器SMRPl接通，从而利用电阻Rl来限制电容器Cl的预充电电流，因此，能够限制开始从蓄电装置BAT1、BAT2供给电力时的冲击电流。
[0075]在步骤S07中，控制装置300基于来自电压传感器的直流电压VL，判定电容器Cl的预充电是否完成。在来自电压传感器的直流电压VL未达到蓄电装置BATl的电池电压VBl与蓄电装置BAT2的电池电压VB2的合计值(VB1+VB2)的情况下，控制装置300判定为电容器Cl的预充电未完成(在步骤S07的判定为“否”时)，使处理返回步骤S06。
[0076]另一方面，在来自电压传感器的直流电压VL达到了合计值(VB1+VB2)的情况下，控制装置300判定为电容器Cl的预充电完成(在步骤S06的判定为“是”时)，使处理进入步骤S08。在步骤S08中，控制装置300使系统主继电器SMRB1、SMRNl、SMRB2、SMRN2接通，并且使系统主继电器SMRPl断开。由此，在蓄电装置BAT1、BAT2与K:U120之间形成图2所示的通电路径kl。然后，经由该通电路径kl将来自蓄电装置BAT1、BAT2的电力向POT120供给，由此，电动发电机135产生车辆10的驱动力。
[0077]以上，根据本发明实施方式1，在具备串联连接的多个蓄电装置BAT1、BAT2的电源系统中，能够仅使用来自蓄电装置BATl的电力产生车辆的驱动力。由此，在蓄电装置BAT2发生了故障的情况下，能够活用正常的蓄电装置BATl来供给用于行驶的电力，因此能够确保退避行驶下的可行驶距离。
[0078]另外，在电源系统中，通过在电力线NLl与电力线NL3之间配置连接线NL4，能够通过设置在电池包内部的继电器(系统主继电器、充电继电器)的接通断开简易地进行将蓄电装置BAT1、BAT2串联连接在电力线PLl与电力线NLl之间的状态和仅将蓄电装置BATl连接在电力线PLl与电力线NLl之间的状态的切换。其结果，能够以小型且低成本构成能够有效活用多个蓄电装置的电源系统。
[0079][实施方式2]
[0080]在实施方式2中，对在实施方式I的车辆的电源系统中能够进一步限制从串联连接的多个蓄电装置BAT1、BAT2开始供给电力时的冲击电流的继电器的控制进行说明。
[0081]图5是用于说明图1所示的车辆10的系统启动时的系统主继电器和充电继电器的控制的时序图。
[0082]参照图5，当在时刻t0由用户进行了 IG接通操作时，在时刻tl，使系统主继电器SMRPl和充电继电器RLY2接通。由此，蓄电装置BATl经由系统主继电器SMRPl及电阻Rl与电力线PLl连接，并且经由充电继电器RLY2及连接线NL4与电力线NLl连接。
[0083]通过蓄电装置BATl向电力线PLl、NLl供给电力，从而开始电容器Cl的预充电。此时，流向电力线PLl的直流电流(预充电电流)IL在开始电容器Cl的预充电的时刻tl上升，然后随着直流电压VL增加而逐渐减少。
[0084]当直流电压VL在时刻t2达到电池电压VBl时，使充电继电器RLY2断开。进而在时刻t3，使系统主继电器SMRN1、SMRB2、SMRN2接通。由此，蓄电装置BAT1、BAT2经由系统主继电器SMRPl和电阻Rl串联连接在电力线PLl与电力线NLl之间。
[0085]通过蓄电装置BATl、BAT2向电力线PLUNLl供给电力，从而对电容器Cl进行预充电。由此，在时刻t3以后，直流电压VL以电池电压VBl为初始值而上升。
[0086]在此，在蓄电装置BAT1、BAT2与电力线PL1、NLl连接时(时刻t3)，在蓄电装置BATl的电池电压VBl和蓄电装置BAT2的电池电压VB2的合计值(VB1+VB2)与直流电压VL的电压差AV( AV=VB1+VB2-VL)大的情况下，有可能会向电容器Cl流入大的冲击电流。在系统主继电器中，有可能会因该冲击电流而产生电弧从而使接点熔接。另外，电流限制用的电阻Rl可能会损伤。
[0087]为了防止系统主继电器和电阻Rl的损伤，需要使用容量大的继电器和电阻。若如此构成，则会导致电源系统的大型化和成本上升。
[0088]在本实施方式2的电源系统中，在开始从多个蓄电装置BAT1、BAT2供给电源时，以两个阶段进行电容器Cl的预充电。即，在第一阶段中，通过仅从蓄电装置BATl向电力线PLUNLl供给电力来对电容器Cl进行充电。然后，在电容器Cl被充电至电池电压VBl时，从第一阶段切换为第二阶段。在第二阶段中，通过从蓄电装置BATl和BATl向电力线PU、NLl供给电力来对电容器Cl进行充电。电容器Cl被充电至电池电压VBl和VB2的合计值(VB1+VB2)。
[0089]通过设为这样的结构，在蓄电装置BAT1、BAT2与电力线PLUNLl连接时(时刻t3)，直流电压VL与电池电压VBl大致相等。因此，电池电压VBl、VB2的合计值与直流电压VL的电压差AV实质上减少为蓄电装置BAT2的电池电压VB2。由此，能够抑制在电力线PLl中流动的电流IL在时刻t3急剧增加，因而能够防止向电容器Cl流入大的冲击电流。
[0090]此外，在将蓄电装置BAT1、BAT2构成为蓄电装置BATl和BAT2各自的输出电压的额定值相等的情况下，蓄电装置BATl与电力线PLl、NLl连接时(时刻tl)的电压差AV和蓄电装置BAT1、BAT2与电力线PLUNLl连接时(时刻t3)的电压差AV大致相等。因此，时刻tl的直流电流IL与时刻t3的直流电流IL成为大致相等的电流值。这样一来，不对搭载有单个蓄电装置BATl的车辆的电源系统所使用的系统主继电器和电流限制电阻进行设计变更也能够在本发明的车辆的电源系统中使用。
[0091]当直流电压VL在时刻t4达到电压VB1+VB2时，使系统主继电器SMRBl接通，接着，在时刻t5使系统主继电器SMRPl断开。
[0092]图6是表示本发明实施方式2的电源系统的控制处理步骤的流程图。
[0093]参照图6，控制装置300通过步骤S11，判定是否由用户进行了 IG接通操作。在未进行IG接通操作的情况下(在步骤Sll的判定为“否”时)，处理回到最初。
[0094]另一方面，在进行了 IG接通操作的情况下(在步骤Sll的判定为“是”时)，控制装置300通过步骤S12，通过继电器控制信号SEl和RE使系统主继电器SMRPl和充电继电器RLY2接通。由此，蓄电装置BATI经由系统主继电器SMRPI及电阻Rl与电力线PLl连接，并且经由充电继电器RLY2及连接线NL4与电力线NLl连接。
[0095]通过步骤S03，从蓄电装置BATl向电力线PL1、NLl供给电力，从而开始电容器Cl的第一阶段的预充电。即，电容器Cl被充电至电池电压VBl。此时，电容器Cl的预充电电流通过电阻Rl来限制。
[0096]在步骤S14中，控制装置300基于来自配置在电力线PLl与电力线NLl之间的电压传感器(未图示)的直流电压VL，判定第一阶段的预充电是否完成。在来自电压传感器的直流电压VL未达到蓄电装置BATl的电池电压VBl的情况下，控制装置300判定为第一阶段的预充电未完成(在步骤S14的判定为“否”时)，使处理返回步骤S13。
[0097]另一方面，在来自电压传感器的直流电压VL达到了电池电压VBl的情况下，控制装置300判定为第一阶段的预充电完成(在步骤S14的判定为“是”时)，使处理进入步骤S15。在步骤S15中，控制装置300使系统主继电器SMRP 1、SMRNl、SMRB2、SMRN2接通，并且使充电继电器RLY2断开。由此，蓄电装置BATl、BAT2经由系统主继电器SMRPl和电阻Rl连接在电力线PLl与电力线NLl之间。
[0098]通过步骤S15，从蓄电装置BAT1、BAT2向电力线PLUNLl供给电力，从而开始第二阶段的预充电。即，电容器Cl被充电至电池电压VBl和VB2的合计值(VB1+VB2)。此时，电容器Cl的预充电电流通过电阻Rl来限制。
[0099]在步骤S17中，控制装置300基于来自电压传感器的直流电压VL，判定第二阶段的预充电是否完成。在来自电压传感器的直流电压VL未达到电池电压VBl和VB2的合计值(VB1+VB2)的情况下，控制装置300判定为第二阶段的预充电未完成(在步骤S17的判定为“否”时)，使处理返回步骤S16。
[0100]另一方面，在来自电压传感器的直流电压VL达到了合计值(VB1+VB2)的情况下，控制装置300判定为第二阶段的预充电完成(在步骤S17的判定为“是”时)，使处理进入步骤S18。在步骤S18中，控制装置300使系统主继电器SMRB1、SMRNl、SMRB2、SMRN2接通，并且使系统主继电器SMRPl断开。由此，在蓄电装置BAT1、BAT2与K:U120之间形成图2所示的通电路径kl。然后，经由该通电路径kl向P⑶120供给来自蓄电装置BATl和BAT2的电力。由此，电动发电机135产生车辆10的驱动力。
[0101]如上所述，根据本发明的实施方式2，在具备串联连接的多个蓄电装置BAT1、BAT2的电源系统中，在开始从蓄电装置BAT1、BAT2供给电源时，通过阶段性地增加与电力线PLUNLl连接的蓄电装置，能够防止向电容器Cl流入大的冲击电流。
[0102]另外，通过使多个蓄电装置之间的输出电压的额定值相等，即使增加与电力线PLUNLl连接的蓄电装置，电容器Cl的预充电电流IL也维持为大致恒定的电流。由此，即使不对搭载有单个蓄电装置的车辆的电源系统所使用的系统主继电器和电流限制电阻进行设计变更也能够在本发明的车辆的电源系统中使用，因此能够简单且高效地构成电源系统。
[0103]此外，在上述实施方式1、2的电源系统中，例示了经由充电继电器RLYl、RLY2将对应于“第一蓄电装置”的蓄电装置BATl与电力线PL3、NL3连接且将连接线NL4连接在电力线NLl与电力线NL3之间的结构，但电源系统的结构并不限定于此。例如，如图7所示，针对经由充电继电器RLY1、RLY2将对应于“第二蓄电装置”的蓄电装置BAT2与电力线PL3、LN3连接并且将连接线PL4连接在电力线PLl与电力线PL3之间的结构，也能够应用本发明。
[0104]在图7的电源系统中，系统主继电器SMRP2与电阻R2串联连接，且与电阻R2—起与系统主继电器SMRN2并联连接。系统主继电器SMRN2、SMRP2和电阻R2与“第三通断器”对应，系统主继电器SMRBl与“第二通断器”对应。
[0105]另外，与“第一通断器”对应的系统主继电器SMRN1、SMRB2、与“第二通断器”对应的系统主继电器SMRBl、与“第三通断器”对应的系统主继电器SMRN2、SMRP2和电阻R2、与“第四通断器”对应的充电继电器RLY1、与“第五通断器”对应的充电继电器RLY2、以及与“连接线”对应的连接线PL4构成本发明的“切换部”。
[0106]具体而言，当由用户进行了 IG接通操作时，控制装置300首先使充电继电器RLYl、系统主继电器SMRN2接通，另一方面，使系统主继电器SMRB1、SMRN1、SMRB2、SMRP2断开。蓄电装置BAT2与电力线PLl、NLl电连接而从蓄电装置BAT2向电力线PLl、NLl供给电力，从而进行电容器Cl的第一阶段的预充电。
[0107]接着，控制装置300使系统主继电器SMRPl、SMRNl、SMRB2、SMRN2接通，另一方面，使充电继电器RLYl断开，由此，将蓄电装置BAT1、BAT2串联连接在电力线PLl与电力线NLl之间。通过从蓄电装置BAT1、BAT2向电力线PLUNLl供给电力，从而进行第二阶段的预充电。此外，在第一阶段的预充电和第二阶段的预充电的任一阶段中，电容器Cl的预充电电流IL都通过与系统主继电器SMRP2串联连接的电阻R2来限制。
[0108]应该认为，本次公开的实施方式在所有方面都是举例说明的内容而并不是限制性的内容。本发明的范围不是通过上述说明来表示，而是通过权利要求来表示，意在包含与权利要求等同的含义以及范围内的所有变更。
[0109]产业上的可利用性
[0110]本发明能够应用于搭载有串联连接的多个蓄电装置的车辆的电源系统。
[0111]标号说明
[0112]10车辆，100、110电池包，105、115电池传感器，120PCU，121转换器，122、123变换器，130、135电动发电机，140动力传递传动装置，150驱动轮，160发动机，200充电器，220连接部，300控制装置，400充电电缆，410充电连接器，420插头，430电线部，500外部电源，510 插座，ACLl、ACL2、PLUNLl、PL2、PL3、NL3 电力线，BAT1、BAT2 蓄电装置，C1、C2 电容器，NL4、PL4 连接线，RLYU RLY2 充电继电器，SMRBU SMRNU SMRB2、SMRN2、SMRPU SMRP2 系统主继电器，R1、R2电阻。
【权利要求】
1.一种车辆的电源系统,具备: 驱动行驶用电动机的电力变换单元(120); 第一电力线(PLl)和第二电力线(NL1)，其用于传递相对于所述电力变换单元(120)输入输出的电力； 分别构成为能够再充电的第一蓄电装置(BATl)和第二蓄电装置(BAT2); 电容器(Cl)，其连接在所述第一电力线(PLl)与所述第二电力线(NLl)之间； 切换部，其构成为能够在第一状态和第二状态之间切换，所述第一状态是在所述第一电力线(PLl)与所述第二电力线(NLl)之间连接有所述第一蓄电装置(BATl)和所述第二蓄电装置(BAT2)中的任一方的蓄电装置的状态，所述第二状态是在所述第一电力线(PLl)与所述第二电力线(NLl)之间串联连接有所述第一蓄电装置(BAT1)和所述第二蓄电装置(BAT2)的状态；以及 控制装置(300)，其用于在通过使所述切换部成为所述第一状态而对所述电容器(Cl)进行了充电之后，通过使所述切换部成为所述第二状态来对所述电容器(Cl)进行充电。
2.根据权利要求1所述的车辆的电源系统，其中， 还具备第三电力线(PL3)和第四电力线(NL3)，所述第三电力线(PL3)和所述第四电力线(NL3)用于在通过车辆外部的电源对所述车辆进行充电时，传递从用于对所述第一蓄电装置(BATl)和所述第二蓄电装置(BAT2)进行充电的充电器(200)输出的电力， 所述切换部包括: 第一通断器(SMRN1、SMRB2)，其连接在所述第一蓄电装置(BATl)的负极端子与所述第二蓄电装置(BAT2)的正极端子之间； 第二通断器(SMRBl、SMRPl、Rl )，其连接在所述第一蓄电装置(BATl)的正极端子与所述第一电力线(PLl)之间； 第三通断器(SMRN2)，其连接在所述第二蓄电装置(BAT2)的负极端子与所述第二电力线(NLl)之间； 第四通断器(RLY1)，其连接在所述第一蓄电装置(BATl)的正极端子与所述第三电力线(PL3)之间； 第五通断器(RLY2)，其连接在所述第一蓄电装置(BATl)的负极端子与所述第四电力线(NL3)之间；以及 连接线(NL4)，其连接在所述第二电力线(NLl)与所述第四电力线(NL3)之间， 所述控制装置(300)通过使所述第二通断器(SMRB1、SMRPU Rl)和所述第五通断器(RLY2)接通且使所述第一通断器(SMRNl、SMRB2)、所述第三通断器(SMRN2)以及所述第四通断器(RLY1)断开，从而使所述切换部成为所述第一状态，另一方面，通过使所述第一通断器(SMRNl、SMRB2)、所述第二通断器(SMRBl、SMRPl、Rl)以及所述第三通断器(SMRN2)接通且使所述第四通断器(RLYl)和所述第五通断器(RLY2)断开，从而使所述切换部成为所述第二状态。
3.根据权利要求2所述的车辆的电源系统，其中， 所述第二通断器(SMRBl、SMRPl、Rl)包括: 继电器(SMRP1)，其连接在所述第一蓄电装置(BATl)的正极端子与所述第一电力线(PLl)之间；和电阻(R1)，其与所述继电器(SMRPl)串联连接。
4.根据权利要求1所述的车辆的电源系统，其中， 还具备第三电力线(PL3)和第四电力线(NL3)，所述第三电力线(PL3)和所述第四电力线(NL3)用于在通过车辆外部的电源对所述车辆进行充电时，传递从用于对所述第一蓄电装置(BATl)和所述第二蓄电装置BAT2)进行充电的充电器(200)输出的电力， 所述切换部包括: 第一通断器(SMRN1、SMRB2)，其连接在所述第一蓄电装置(BATl)的负极端子与所述第二蓄电装置(BAT2)的正极端子之间； 第二通断器(SMRBl )，其连接在所述第一蓄电装置(BAT1)的正极端子与所述第一电力线(PLl)之间； 第三通断器(SMRN2、SMRP2、R2)，其连接在所述第二蓄电装置(BAT2)的负极端子与所述第二电力线(NLl)之间； 第四通断器(RLY1)，其连接在所述第二蓄电装置(BAT2)的正极端子与所述第三电力线(PL3)之间； 第五通断器(RLY2)，其连接在所述第二蓄电装置(BAT2)的负极端子与所述第四电力线(NL3)之间；以及 连接线(PL4 )，其连接在所述第一电力线(PLl)与所述第三电力线(PL3 )之间， 所述控制装置(300)通过使所述第三通断器(SMRN2、SMRP2、R2)和所述第四通断器(RLYl)接通且使所述第一通断器(SMRNl、SMRB2)、所述第二通断器(SMRBl)以及所述第五通断器(RLY2)断开，从而使所述切`换部成为所述第一状态，另一方面，通过使所述第一通断器(SMRNl、SMRB2 )、所述第二通断器(SMRBI)以及所述第三通断器(SMRN2、SMRP2、R2 )接通且使所述第四通断器(RLYl)和所述第五通断器(RLY2)断开，从而使所述切换部成为所述第二状态。
5.根据权利要求4所述的车辆的电源系统，其中， 所述第三通断器(SMRN2、SMRP2、R2)包括: 继电器(SMRP2)，其连接在所述第二蓄电装置(BAT2)的负极端子与所述第二电力线(NLl)之间；和 电阻(R2)，其与所述继电器(SMRP2)串联连接。
【文档编号】H02J1/00GK103828172SQ201180073626
【公开日】2014年5月28日 申请日期:2011年9月22日 优先权日:2011年9月22日
【发明者】洪远龄, 冲良二, 杉山义信 申请人:丰田自动车株式会社