车辆用电源装置的制作方法

专利名称：车辆用电源装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种车辆用电源装置，特别涉及能够#:外部充电的车辆用 电源装置。
背景技术：
电气车辆需要用直流对电池进行充电的充电装置。充电装置可安装在 车辆上，或者可以固定地安装在某个位置。如果充电装置固定地安装在某个位置，必须将电气车辆移动到该位置 以便充电。换句话说，固定安装是不利的，因为充电仅能在充电装置被固 定安装的地方进行。相反，如果充电装置被安装在车辆上，产生车辆重量增加的问题。日本特开No.04-295202公开了 一种用于电动车的动力处理装置以及电 动机驱动装置。在这种技术中，电动机驱动装置包含两个感应电动机，且 充电通过连接一个感应电动机定子绕组中性点与另 一感应电动机定子绕组 中性点之间的交流电力供给源来进行。在曰本特开No.04-295202中，为了解决重量增加的问题，驱动电动机 的线圏被用作电抗器，且控制电动机的变换器的电路元件受到控制，使得 充电由交流电源进行。相应地，通过使用已有的部件，新安装部件的数量 得到减少，且重量增加受到抑制。至于交流电源，日本特开No.04-295202仅仅假i殳固定的电力，例如商用电力。然而，存在车辆储藏空间从住宅分离的情况。在这种情况下，用 于在车辆储藏空间中安装用于商用电力的电力线的电气工程将需要大的成本。在这种情况下，可使用利用自然力的独立发电装置来对车辆的电池充电。独立发电装置的示例可包含根据天气或时间具有变化电压的太阳能发 电装置以及具有随机变化的电压或频率的风力发电装置。日本特开No.04-295202没有设想与这种发电装置的直接连接。 发明内容本发明的目的在于提供一种能够由独立的发电装置适当地充电的车辆 用电源装置。简言之，本发明是一种车辆用电源装置，其包含蓄电装置；连接单 元，其用于接收提供自发电装置的电力并对蓄电装置充电，发电装置祐:i殳 置在车辆外部并在由之产生的电力中表现出波动；电力转换单元，其在运 转时作为从蓄电装置接收电力的负载电路运行，并在从发电装置接收电力 的充电时被连接在连接单元与蓄电装置之间，检测提供自连接单元的电力 的电压波动，并对电力进行转换以获得适用于对蓄电装置进行充电的电流 和电压。优选为，连接单元包含第一与第二端子。电力转换单元包含第一旋 转电机，其被连接到第一端子；第一变换器，其与第一旋转电机对应设置， 从蓄电装置接收以及向蓄电装置传送电力；第二旋转电机，其被连接到第 二端子；第二变换器，其与第二旋转电机对应设置，从蓄电装置接收以及 向蓄电装置传送电力；传感器，其对通过第一与第二端子提供的电力的电 压和电流进行检测；控制装置，其根据传感器的输出控制第一与第二变换 器，使得被提供给第一与第二端子的电力被转换为直流电力并被提供给蓄 电装置。更为优选的是，第一端子被连接到第一旋转电机定子的中性点，第二 端子被连接到第二旋转电机定子的中性点。更为优选的是，发电装置包含第三旋转电机，其具有被连接到输入旋 转轴的转子。通过控制第一与第二变换器以便通过蓄电装置的电力控制第 三旋转电机、从而辅助输入旋转轴的始动，并在随后接收由第三旋转电机产生的电力，控制装置在蓄电装置中蓄电。更为优选的是，第二旋转电机的旋转轴机械耦合到车轮的旋转轴。车辆具有内燃机，内燃机具有;W^耦合到第一旋转电才;L4t转轴的曲轴。更为优选的是，连接单元包含一組连接端子。电力转换单元包含变 换器，其从蓄电装置接收电力以及向蓄电装置传送电力；第一旋转电机， 在车辆行驶过程中，第一旋转电机的旋转受到变换器的控制；连接切换单 元，其设置在变换器与第一旋转电机之间，选择第一旋转电机与该组连接 端子中的一个，并将所选中的一个连接到变换器。发电装置包含第二旋转 电机，第二旋转电机具有连接到输入旋转轴的转子。当控制装置检测到发 电装置被连接到该組连接端子时，通过控制变换器以通过蓄电装置的电力 来控制第二旋转电机、从而辅助输入旋转轴的始动，并在随后接收由第二旋转电机产生的电力，控制装置在蓄电装置中蓄电。 优选为，发电装置为风力发电装置。 优选为，发电装置为太阳能电池。根据本发明，充电可使用设置在车外的低成本发电装置进行，且仅需 要少量的燃料补给。


图1为根据本发明一实施例的车辆的原理框图； 图2为图1所示的控制装置60的功能框图； 图3为图2所示的转换器控制单元61的功能框图； 图4为图2所示第一与第二变换器控制单元62、 63的功能框图； 图5为图1中的电路图的图，该电路图被简化为集中在与充电有关的 部分；图6示出了在充电过程中晶体管的控制状态；图7为一流程图，其示出了与对于开始充电的判断有关的程序的控制 结构，该判断是由图l所示控制装置60做出的；图8为一电路图，其示出了根据第二实施例的车辆200的构造；图9为一流程图，其用于介绍在第二实施例中执行的充电控制操作。
具体实施方式
下面将参照附图详细介绍本发明的实施例。注意，为相同或对应的部 分没置同样的参考标号，且不重复对其进行介绍。 [第一实施例不被连接到商用电力系统的某些独立发电装置(例如风力发电装置和 太阳能发电装置)可能在由之供给的电力中表现出波动。如果这样的发电 装置(其不能提供稳定的电力供给)被用作电气车辆用充电装置，完成充 电所需的时间可能发生波动，因此，这样的装置对于用作专用能量供给装 置来说有时可能成问题。形成对照的是，近些年来，注意力已集中在作为环保车辆的将电动机 和发动机结合用于驱动车轮的混合动力车上。对于混合动力车，燃料能作 为能量供给手段独立供给，因此，电池没有必要充电到充电完成状态。相 应地，可通过燃料和来自上述独立发电装置的能量供给的结合使用来减少 燃料消耗，因此，其在混合动力车中的结合使用是现实的。图1为根据本发明一实施例的车辆的原理框图。参照图1，车辆100包含电池单元BU、升压转换器IO、变换器20与 30、电力供给线PL1与PL2、地线SL、 U相线UL1与UL2、 V相线VL1 与VL2、 W相线WL1与WL2、电动发电机MG1与MG2、发动机4、动 力分割装置3、车轮2。车辆100为结合使用电动机与发动机以驱动车轮的混合动力车。 动力分割装置3为耦合到发动机4、电动发电机MG1与MG2以在它 们之间分配动力的机构。例如，具有恒星齿轮、行星齿轮架、环形齿轮的 三个旋转轴的行星齿轮机构可被用为动力分割装置。三个旋转轴分别被连 接到发动机4、电动发电机MG1与MG2的旋转轴。例如，发动机4和电 动发电机MG1、 MG2能通过允许发动机4的曲轴穿过电动发电机MG1 转子的中空中心延伸来机械连接到动力分割装置3。电动发电机MG2的旋转轴通过减速齿轮、差动齿轮及未示出的类似 物被耦合到车轮2。用于电动发电机MG2的旋转轴的减速器可进一步装在 动力分割装置3的内部。电动发电机MG1装在混合动力车中，作为由发动机驱动的发电;^ 行以及作为能够起动发动机的电动机运行，电动发电机MG2装在混合动 力车中，用于作为驱动混合动力车驱动轮的电动M行。例如，电动发电机MG1、 MG2各自为三相交流同步电机。电动发电 机MG1包含作为定子线圈的由U相线圈Ul、 V相线團VI、 W相线圈 Wl组成的三相线圏。电动发电机MG2包含作为定子线圏的由U相线圏 U2、 V相线圏V2、 W相线圏W2组成的三相线圏。电动发电机MG1 4吏用发动机输出，以l更由此产生三相交流电压，并 将所产生的三相交流电压输出到变换器20。另外，电动发电机MG1通过 接收自变换器20的三相交流电压产生驱动力，以便由此起动发动机。电动发电机MG2通过接收自变换器30的三相交流电压产生用于车辆 的驱动转矩。另外，电动发电机MG2在车辆再生制动过程中产生三相交 流电压并将之输出到变换器30。电池单元BU包含作为蓄电装置的电池B1，其具有连接到地线SL 的负电极；电压传感器70，其测量电池B1的电压VB1;电流传感器84, 其测量电池B1的电流IB1。车辆负载包含电动发电机MG1与MG2、变 换器20与30以及向变换器20与30供给升压电压的升压转换器10。在电池单元BU中，镍金属氢化物电池、锂离子电池或铅电池等二次 电池可用作电池B1。或者，大容量双层电容器也可代替电池B1使用。电池单元BU将输出自电池Bl的直流电压输出到升压转换器10。另 外，电池单元BU内的电池B1用输出自升压转换器10的直流电压充电。升压转换器10包含电抗器L、叩n型晶体管Ql与Q2、 二极管Dl与 D2。电抗器L一端连接到电源线PL1，另一端连接到npn型晶体管Ql与 Q2的连接点。叩n型晶体管Ql与Q2串联连接在电源线PL2与地线SL 之间，并各自在其基极上接收来自控制装置60的信号PWC。 二极管D1、D2分别连接在npn型晶体管Ql与Q2的集电极与发射极之间，使得电流 M射极侧流到集电极侧。IGBT (绝自型双极晶体管)可用作上面介绍的npn型晶体管和这 里介绍的npn型晶体管。另外，例如功率MOSFET (金属氧化物半导体 场效应管)等功率开关元件可代替叩n型晶体管。变换器20包含U相臂22、 V相臂24、 W相臂26。 U相臂22、 V相 臂24、 W相臂26并联连接在电源线PL2与地线SL之间。U相臂22包含串联连接的npn型晶体管Qll、 Q12。 V相臂24包含 串联连接的npn型晶体管Q13、 Q14。 W相臂26包含串联连接的npn型 晶体管Q15、 Q16。 二极管D11-D16分别连接在叩n型晶体管Q11-Q16 的集电极与发射极之间，以便允许电流从发射极侧流到集电极侧。U、 V、 W相臂中的npn型晶体管的连接点分别通过U、 V、 W相线UL1、 VL1、 WL1被连接到电动发电机MG1的U、 V、 W相线圏的不同于中性点Nl 的线圏末端。变换器30包含U相臂32、 V相臂34、 W相臂36。 U相臂32、 V相 臂34、 W相臂36并联连接在电源线PL2与地线SL之间。U相臂32包含串联连接的npn型晶体管Q21、 Q22。 V相臂34包含 串联连接的npn型晶体管Q23、 Q24。 W相臂36包含串联连接的叩n型 晶体管Q25、 Q26。 二极管D21-D26分别连接在npn型晶体管QU-Q26 的集电极与发射极之间，以便允许电流从发射极侧流到集电极侧。在变换 器30中，U、 V、 W相臂中的npn型晶体管的连接点分别通过U、 V、 W 相线UL2、 VL2、 WL2被连接到电动发电机MG2的U、 V、 W相线圏的 不同于中性点N2的线圈末端。车辆IOO还包含电容器CI与C2、继电器电路40、连接器50、 EV优 先开关52、控制装置60、电力输入线ACL1与ACL2、电压传感器"-" 以及电流传感器80与82。电容器C1被连接在电源线PL1与地线SL之间，以减小电池B1以及 升压转换器10的电压波动产生的影响。电源线PL1与地线SL之间的电压VL由电压传感器73进行测量。电容器C2被连接在电源线PL2与地线SL之间，以减小变换器20与 30以及升压转换器10的电压波动产生的影响。电源线PL2与地线SL之 间的电压VH由电压传感器72进行测量。升压转换器10对通过电源线PL1供自电池单元BU的直流电压进行 升压，并将之输出到电源线PL2。具体而言，基于来自控制装置60的信号 PWC，升压转换器10通过在电抗器L中将按照叩n型晶体管Q2的开关 操作流动的电流存储为磁场能量并通过与npn型晶体管Q2关断的时刻同 步地允许电流通过二极管Dl流到电源线PL2以释放所存储能量来进行升 压操作。另夕卜，基于来自控制装置60的信号PWC，升压转换器IO将通过电源 线PL2接收自变换器20和30中的一个或二者的直流电压降压到电池单元 BU的电压等级，并对电池单元BU内的电池进行充电。基于来自控制装置60的信号PWM1，变换器20将供自电源线PL2 的直流电压转换为三相交流电压，并驱动电动发电机MG1。电动发电机MG1被由此驱动，以产生转矩指令值TR1所指定的转矩。 另外，基于来自控制装置60的信号PWM1 ，变换器20将电动发电机MG1 在接收来自发动机的输出时产生的三相交流电压转换为直流电压，并将所 获得的直流电压输出到电源线PL2。基于来自控制装置60的信号PWM2,变换器30将供自电源线PL2 的直流电压转换为三相交流电压，并驱动电动发电机MG2。电动发电机MG2由此被驱动，以产生由转矩指令值TR2指定的转矩。 另外，在装有车辆100的混合动力车的再生制动过程中，基于来自控制装 置60的信号PWM2，变换器30将三相交流电压一一其由电动发电机MG2 在接收来自驱动轴的旋转力时产生一一变换为直流电压，并将所获得的直 流电压输出到电源线PL2。此处所说的再生制动包含当驾驶混合动力车的驾驶者操作足刹装置 时伴有再生发电的制动，以及在不操作足刹装置的情况下，在车辆行驶期间，通过驾驶者将足部提离加速器踏板伴有再生发电的车辆减速(或终止 力口速)。继电器电路40包含继电器RY1、 RY2。对于继电器RY1、 RY2,可 采用例如机械触点继电器，或者，也可采用半导体继电器。继电器RY1设 置在电力输入线ACL1与连接器50之间，并根据来自控制装置60的控制 信号CNTL开通/关断。继电器RY2设置在电力输入线ACL2与连接器50 之间，并根据来自控制装置60的控制信号CNTL开通/关断。根据来自控制装置60的控制信号CNTL，继电器电路40将电力输入 线ACL1与ACL2连接到连接器50/将电力输入线ACL1、 ACL2从连接器 50断开。换言之，当从控制装置60接收到H (逻辑高)电平的控制信号 CNTL时，继电器电路40将电力输入线ACL1、 ACL2电气连接到连接器 50。当从控制装置60接收到L (逻辑低)电平的控制信号CNTL时，继 电器电路40将电力输入线ACL1、 ACL2从连接器50电气断开。连接器50包含用于将来自外部的电力输入到电动发电机MG1、 MG2 中性点N1、 N2的端子。例如，供自在由之输入的电力中表现出波动的发 电装置55 (例如风力发电装置或太阳能发电装置)的电力可通过连接器50 被输入到车辆。注意，也可从家庭用途的商用电力线输入100V的交流。 电力输入线ACL1与ACL2之间的线电压VIN由电压传感器74进行测量， 且测量得到的值,皮传送到控制装置60。电压传感器70检测电池B1的电池电压VB1，并将所检测到的电池电 压VB1输出到控制装置60。电压传感器73检测电容器Cl两端的电压， 即到升压转换器10的输入电压VL，并将所检测到的电压VL输出到控制 装置60。电压传感器72检测电容器C2两端的电压，即来自升压转换器 IO的输出电压VH(其对应于到变换器20、 30的输入电压，这一点对下文 同样适用)，并将所检测到的电压VH输出到控制装置60。电流传感器80检测流过电动发电机MG1的电机电流MCRT1,并将 所检测到的电机电流MCRT1输出到控制装置60。电流传感器82检测流 过电动发电才几MG2的电才几电流MCRT2，并将所检测到的电机电流MCRT2输出到控制装置60。基于由外部设置的ECU (电子控制单元)所输出的电动发电机MG1 与MG2的电;Mt转速度MRNl、 MRN2以及转矩指令值TR1、 TR2，并 基于来自电压传感器73的电压VL以及来自电压传感器72的电压VH， 控制装置60产生用于驱动升压转换器10的信号PWC，并将所产生的信号 PWC输出到升压转换器10。另夕卜，基于电压VH以及电动发电机MG1的电机电流MCRT1和转 矩指令值TR1 ，控制装置60产生用于驱动电动发电机MG1的信号PWM1 ， 并将所产生的信号PWM1输出到变换器20。另外，基于电压VH以及电 动发电机MG2的电机电流MCRT2和转矩指令值TR2，控制装置60产生 用于驱动电动发电机MG2的信号PWM2，并将所产生的信号PWM2输出 到变换器30。基于来自点火开关(或点火掩建)的信号IG以及电池B1的充电状态 SOC，控制装置60产生用于控制变换器20、 30的信号PWM1和PWM2， 使得电池B1用被供到电动发电机MG1、 MG2的中性点N1、 N2的电压充 电。另外，基于电池Bl的充电状态SOC，控制装置60判断电池B1是否 能从外部充电。如果控制装置60判断为能对电池B1进行充电，其将H电 平的控制信号CNTL输出到继电器电路40。相反，如果控制装置60判断 为电池B1几乎充满了电且不能进行充电，其将L电平的控制信号CNTL 输出到继电器电路40。如果信号IG显示停止状态，控制装置60停止变换 器20、 30。根据驾驶者通过EV优先开关52提供的指令，控制装置60在混合行 驶模式与EV优先行驶模式之间切换，在混合行驶才莫式下，正常方式下的 汽油消耗是一项先决条件，在EV优先行驶模式下，车辆仅通过电机以与 混合行驶情况下相比较小的最大转矩行驶，并且尽量使用电池中的电力。下面将重复对图l的综合介绍。车辆用电源装置包含电池B1，其作 为蓄电装置；连接单元55，其用于接收供自例如风力发电的发电装置55的电力以及对蓄电装置进行充电；发电装置55,其i殳置在车辆外部，并在 由此产生的电力中表现出波动；电力转换单元，其在行驶过程中作为从蓄 电装置接收电力的负载电路运行，并在从发电装置接收电力的充电时被连 接在连接单元与蓄电装置之间，检测供自连接单元50的电力的电压波动， 并对电力进行转换以获得适用于对蓄电装置进行充电的电流和电压。优选为，连接单元包含第一与第二端子。电力转换单元包含电动发 电机MG1，其被连接到第一端子；第一变换器20，其与电动发电机MG1 对应设置，从蓄电装置接收以及向蓄电装置传送电力；电动发电机MG2， 其被连接到第二端子；第二变换器30，其与电动发电机MG2对应设置， 从蓄电装置接收以及向蓄电装置传送电力；传感器74、 80和82,其对通 过第一与第二端子提供的电力的电压和电流进行检测；控制装置60,其根据传感器的输出控制第一与第二变换器，使得被提供给第一与第二端子的 电力被转换为直流电力并被提供给蓄电装置。更为优选的是，第一端子被连接到电动发电机MG1定子的中性点Nl， 第二端子被连接到电动发电机MG2定子的中性点N2。更为优选的是，发电装置55包含第三旋转电机，其具有被连接到输入 旋转轴的转子。通过控制变换器20、 30以便通过蓄电装置的电力控制第三 旋转电机、从而辅助输入旋转轴的始动，并在随后接收由第三旋转电机产 生的电力，控制装置60在蓄电装置中蓄电。图2为图1所示控制装置60的功能框图。参照图2，控制装置60包含转换器控制单元61、笫一变换器控制单元 62、第二变换器控制单元63以及电力输入控制单元64。基于电池电压VB1、 电压VH、转矩指令值TR1与TR2以及电机旋转速度MRN1与MRN2， 转换器控制单元61产生用于开通/关断升压转换器10中的叩n型晶体管 Ql、 Q2的信号PWC,并将所产生的信号PWC输出到升压转换器IO。基于电动发电机MG1的电机电流MCRT1和转矩指令值TR1以及电 压VH，第一变换器控制单元62产生用于开通/关断变换器20中的npn型 晶体管Q11-Q16的信号PWM1,并将所产生的信号PWM1输出到变换器20。基于电动发电机MG2的电机电流MCRT2和转矩指令值TR2以及电 压VH，第二变换器控制单元63产生用于开通/关断变换器30中的npn型 晶体管Q21-Q26的信号PWM2，并将所产生的信号PWM2输出到变换器 30。基于转矩指令值TR1、 TR2以及电机旋转速度MRN1、 MRN2，电力 输入控制单元64判断电动发电机MG1、 MG2中每一个的驱动状态，并根 据信号IG以及电池Bl的SOC，以协调的方式对两个变换器进行控制， 将从外部供给的电力转换为直流并对该电压进行升压，以便对电池进行充 电。这里，H电平的信号IG为表示其上装有车辆100的混合动力车被致 动的信号，而L电平的信号IG为表示混合动力车被停止的信号。在每一电动发电机MG1、 MG2的驱动状态为停止状态、且信号IG也 表示混合动力车被停止的情况下，如果电池B1的SOC低于规定等级，电 力输入控制单元64允许充电操作。具体而言，通过信号CNTL，电力输入 控制单元64将继电器RY1、 RY2引入导通，且如果存在电压VIN的输入， 根据该输入产生控制信号CTL1,以协调的方式对变换器20、 30进行控制， 将从外部供给的交流电压转换为直流并对该电压进行升压，以便允许对电 池进行充电。相反，在每一电动发电机MG1、 MG2的驱动状态为行驶状态或信号 IG表示混合动力车正在被驱动的情况下，以及当电池B1的SOC高于规 定等级时，电力输入控制单元64不允许充电操作。具体而言，通过信号 CNTL,电力输入控制单元64使继电器RY1、 RY2被断开，产生控制信 号CTLO,并使升压转换器10和变换器20、 30进行在车辆驱动期间观察 到的正常操作。图3为图2所示转换器控制单元61的功能性框图。参照图3，转换器控制单元61包含变换器输入电压指令计算单元112、 反馈电压指令计算单元114、占空比计算单元116和PWM信号转换单元118。基于转矩指令值TR1、 TR2和电机旋转速度MRN1、 MRN2,变换器 输入电压指令计算单元112计算变换器输入电压的最优值(目标值)，即 电压指令VH—com,并将计算得到的电压指令VH_com输出到反馈电压指 令计算单元114。基于由电压传感器72检测到的升压转换器10的输出电压VH以及来 自变换器输入电压指令计算单元112的电压指令VH—com,反馈电压指令 计算单元114计算用于将输出电压VH控制为电压指令VH_com的反馈电 压指令VH一com—fb，并将计算得到的反馈电压指令VH—com_fb输出到占 空比计算单元116。基于来自电压传感器70的电池电压VB1以及来自反馈电压指令计算 单元114的反馈电压指令VH—comjb，占空比计算单元116计算用于将升 压转换器10的输出电压VH控制为电压指令VH—com的占空比，并将计 算得到的占空比输出到PWM信号转换单元118。基于从占空比计算单元116接收到的占空比，PWM信号转换单元118 产生用于开通/关断升压转换器10中的npn型晶体管Ql、 Q2的PWM(脉 宽调制)信号，并将所产生的PWM信号作为信号PWC输出到升压转换 器10中的叩n型晶体管Ql、 Q2。通过允许升压转换器10下臂中的npn型晶体管Q2在占空比中具有较 长的开通时间，4吏存储在电抗器L中的电力量增加，因此可以获得电压较 高的输出。相反，通过允许上臂中的npn型晶体管Ql在占空比中具有较 长的开通时间，使电源线PL2上的电压降低。因此，通过控制每一npn型 晶体管Q1、 Q2的占空比，可以将电源线PL2上的电压控制为等于或高于 电池Bl输出电压的任意电压。另外，当控制信号CTL1被启用时，无论占空比计算单元116的输出 如何，PWM信号转换单元118将npn型晶体管Ql引入导通状态，并将 叩n型晶体管Q2引入不导通状态。因此可以允许充电电流从电源线PL2 流到电源线PL1。图4为图2所示第一和第二变换器控制单元62、 63的功能框图。参照图4，第一和第二变换器控制单元62、 63中的每一个包含用于电 机控制的相电压计算单元120以及PWM信号转换单元122。用于电机控制的相电压计算单元120从电压传感器72接收变换器20、 30的输入电压VH，从电流传感器80 (或82 )接收流过电动发电机MG1 (或MG2 )每相的电机电流MCRT1 (或MCRT2 ),并从ECU接收转 矩指令值TR1 (或TR2)。基于这些输入值，用于电机控制的相电压计算 单元120计算施加到电动发电机MG1 (或MG2)每相线圈上的电压，并 将计算得到的、施加到每相线圈上的电压输出到PWM信号转换单元122。当PWM信号转换单元122接收到来自电力输入控制单元64的控制信 号CTL0时，其基于从用于电机控制的相电压计算单元120接收到的、对 于每相线圏的电压指令，产生实际上开通/关断变换器20 (或30)中的每 一 npn型晶体管Q11-Q16 (或Q21-Q26 )的信号PWM1J)(信号PWM1 的一种类型)(或信号PWM2—0 (信号PWM2的一种类型))，并将所 产生的信号PWM1—0 (或PWM2J))输出到变换器20 (或30)中的每一 npn型晶体管Q11-Q16 (或Q21-Q26)。照此，对每一叩n型晶体管Q11-Q16 (或Q21-Q26)进行开关控制， 且对流过电动发电机MG1 (或MG2)每相的电流进行控制，使得电动发 电机MG1 (或MG2)输出所指令的转矩。结果，输出对应于转矩指令值 TR1 (或TR2 )的电才几转矩。另外，当PWM信号转换单元122接收到来自电力输入控制单元64 的控制信号CTL1时，无论用于电机控制的相电压计算单元l20的输出如 何，其产生信号PWM1—1 (信号PWM1的一种类型)(或PWM2—l(信 号PWM2的一种类型))，并将所产生的信号PWMlj (或PWM2—1) 输出到变换器20 (或30)中的npn型晶体管Q11-Q16 (或Q21-Q26)， 信号PWM1_1 (或信号PWM2—1)开通/关断叩n型晶体管Q11-Q16 (或 Q21-Q26 ) ， 4吏得同相的交流电流流过变换器20 (或30 )的U相臂22 (或 32 ) 、 V相臂24 (或34 )和W相臂26 (或36)。当同相的交流电流流过U、 V和W相线圏时，在电动发电机MG1、 MG2中不产生旋转转矩。通过以协调的方式对变换器20、 30进行控制， 交流电压VIN,皮转换为直流充电电压。下面将介绍在车辆100中由交流电压VIN产生直流充电电压的方法。 图5为图1中电路图的图，该电路图被简化为集中在关于充电的部分上。在图5中，图1中每一变换器20、 30中的U相臂作为代表性实例示 出。另外，每一电动发电机三相线圏中的U相线圏作为代表性实例示出。 尽管将U相的介绍作为代表性实例给出，由于同相电流流过每一相的线圏， 其它两相的电路与U相电路类似地运行。对于发电装置55,可使用接收风力、旋转发电机并输出交流或直流电 力的装置(例如风力发电装置55a)以及将太阳光能量转换为直流电力的 装置(例如太阳能电池)。在异常状况中的停电等等时，手动发电机可被 用作发电装置55，以便对车辆的电池进行充电。另夕卜，车辆100的电源装置能被适当地用于存储由例如用于地热发电、 水电发电或海洋温差发电的发电装置产生的能量，其假定为在由此产生的 电力中表现出波动。从图5中可以看到，U相线圏Ul与U相臂22的组以及U相线圏U2 与U相臂32的组中的每一个具有与升压转换器10类似的构造。因此，和 将直流电压升高为大约200V的电池充电电压一样，可以将例如波动的交 流电压转换为直流电压。图6示出了充电期间晶体管的控制状态。参照图5和图6，首先，如果电压VINX),换言之，线ACL1上的电 压VM1高于线ACL2上的电压VM2，升压转换器中的晶体管Ql被引入 开通状态，升压转换器中的晶体管Q2被引入关断状态。升压转换器10由 此可允i午充电电流从电源线PL2流到电源线PL1。在第一变换器中，晶体管Q12以才艮据电压VIN的占空比和周期^皮开 关，而晶体管Q11^皮控制为处于关断状态或处于开关状态，在所述开关状态中，晶体管Qll与二极管Dll的导通同步地被引入导通状态。此时，在 第二变换器中，晶体管Q21被引入关断状态，而晶体管Q22被控制为处于 开通状态。如果电压VIN>0，电流流过从线圏Ul经过晶体管Q12与二极管D22 到线圏U2的通路，晶体管Q12处于开通状态。当晶体管Q12被引入关断 状态时，那时存储在线圏Ul、 U2中的能量被释放出来，且电流经过二极 管D11流到电源线PL2。为了减小由于二极管Dll引起的损耗，可将晶体 管Qll与二极管Dll的导通时间段同步地引入导通状态。升压比基于电压 VIN和电压VH的值而确定，因此确定了晶体管Q12的占空比和开关周期。接着，如果电压VIN〈0,换言之，线ACL1上的电压VM1低于线ACL2 上的电压VM2，升压转换器中的晶体管Q1被引入开通状态，而升压转换 器中的晶体管Q2被引入关断状态。升压转换器10由此可允许充电电流从 电源线PL2流到电源线PL1。在第二变换器中，晶体管Q22以根据电压VIN的占空比和周期^L开 关，而晶体管Q21,皮控制为处于关断状态或处于开关状态，在所述开关状 态中，晶体管Q21与二极管D21的导通同步地被引入导通。此时，在第一 变换器中，晶体管Q11被引入关断状态，而晶体管Q12被控制为处于开通 状态。如果电压VIN<0，电流流过从线圏U2经过晶体管Q22与二极管D12 到线圏U1的通路，晶体管Q22处于开通状态。当晶体管Q22被引入关断 状态时，那时存储在线圏Ul、 U2中的能量被释放出来，且电流经过二极 管D21流到电源线PL2。为了减小由于二极管D21引起的损耗，可将晶体 管Q21与二极管D21的导通时间段同步地引入导通。此时，升压比同样基 于电压VIN和电压VH的值而确定，由此确定了晶体管Q22的占空比和 开关周期。通过交替重复在电压VIN>0时进行的充电控制以及在电压VIN<0时 进行的充电控制，可以将由风力发电装置、手动发电机、液压涡轮发电机 等等直接供到车辆的交流电力转换为直流，并将其电压升压到对电池充电所需要的电压。另外，如果仅仅执行在电压VIN>0时执行的充电控制，可以允许车辆 直接从供给直流电力的发电装置(例如太阳能电池)接收电力，将其电压 升压到对电池进行充电所需要的电压，并对电池进行充电。图7为示出了程序控制结构的流程图，该程序涉及开始充电的判断， 这种判断由图l所示的控制装置60做出。每当过去某个时间或满足规定的 条件时，该流程图中的过程由主程序调用并执行。参照图1和图7，首先，在步骤S1中，控制装置60判断信号IG是否 处于关闭状态，如果步骤S1中信号IG不处于关闭状态，当前状态不适合 将充电电缆连接到车辆进行充电。因此，过程进行到步骤S6，并且，控制 移动到主程序。在步骤S1中，如果信号IG处于关闭状态，判断为当前状态适合进行 充电，过程进行到步骤S2。在步骤S2中，将继电器RY1和RY2从不导 通状态控制为处于导通状态，并用电压传感器74测量电压VIN。如果没有 观测到交流电压，则假设充电电缆没有连接到连接器50的插座或发电装置 不产生电力，且因此不进行充电，过程进行到步骤S6。控制移到主程序。注意，如果发电装置是接收波动的自然力并转动电动发电机以进行发 电的装置(例如风力发电或水力发电)，且如果电压VIN的绝对值小于规 定值，可设置这样的控制其中，变换器20与30以协调的方式受到一次 或几次控制，以便对作为电动机的外部发电机进行始动。通过初步使风车 或液压涡轮机被强制转动，风车或液压涡轮机可在接下来甚至用小的风力 或水力转动。这增大了发电能够进行的可能性。如果在步骤S2中观察到作为电压VIN的交流电压或直流电压，过程 进行到步骤S3。在步骤S3中，判断电池Bl的充电状态SOC是否低于表 示完全充电状态的阈值Sth(F)。如果SOC〈Sth(F)成立，电池B1处于可充电状态，且过程因此进行到 步骤S4。在步骤S4中，控制装置60以协调的方式对两个变换器进行控制， 以1更对电池B1进4亍充电。如果在步骤S3中SOC〈Sth(F)不成立，电池Bl处于完全充电状态， 并且不需要进行充电。过程因此进行到步骤S5。在步骤S5中，执行充电 终止程序。具体而言，变换器20和30被停止且继电器RY1 、 RY2被断开， 因此，到车辆100的交流电力输入被截止。过程进行到步骤S6，且控制被 返还给主程序。[笫二实施例在第一实施例中，已经阐释了从被连接到车辆的发电装置提供两相交 流或直流的情况。在第二实施例中，将介绍从发电装置提供三相交流的情 况。图8为示出了根据第二实施例的车辆200的构造的电路图。参照图8，车辆200包含连接切换单元240和连接器250,而不是图1 所示车辆100的构造中的电压传感器74、继电器电路40、连接器50。其 他部分的构造与图1所示车辆100中的相同，因此不再重复对其进行介绍。设置在家庭等等中的发电装置255在车辆停止时被连接到连接器250。 发电装置255为例如风力发电装置，其包含电动发电机MG3，其中，风 车被附着到其旋转轴，且旋转轴与转子一起旋转；旋转传感器260，其检 测电动发电机MG3的旋转轴的旋转速度。电动发电机MG3包含Y形连 接的定子线圏U3、 V3、 W3。连接器250具有至少四个端子。电动发电机MG3的定子线圏U3、V3、 W3分别被连接到第一至第三端子。旋转传感器260的输出信号线被连接 到连接器250的第四端子。通过此输出信号线，电动发电机MG3的旋转 速度MRJSf3被提供到控制装置60。另外，连接器250输出表示发电装置255是否被连接到车辆的信号 GCON。信号GCON被提供给控制装置60。例如，信号GCON可通过提 供检测到连接器250的物理连接的开关输出。或者，发电装置255的连接 可通过控制装置60进行检测，控制装置60检测未示出的开关由被连接的 连接器接触、由导通状态被引入断开状态或由断开状态被引入导通状态并 产生电阻变化。当通过信号GCON检测到发电装置被连接时，控制装置60向连接切 换单元240发送控制信号CNTL，并将变换器20的连接从电动发电机MG1 切换到连接器250的第一至第三端子。相应地，变换器20被连接到电动发 电机MG3。下面重复图8的综合介绍。车辆用电源装置具有电池B1，其作为蓄 电装置；连接单元250，其用于接收供自发电装置255的电力并对蓄电装 置充电，发电装置被设置在车辆外部并在由之产生的电力中表现出波动； 电力转换单元，其在行驶过程中作为从蓄电装置接收电力的负载电路运行， 并在从发电装置接收电力进行充电的过程中被连接在连接单元250与蓄电 装置之间，检测供自连接单元250的电力的电压波动，并对电力进行转换， 以得到适用于对蓄电装置充电的电压和电流。优选为，连接单元250包含一组连接端子，电力转换单元包含变换 器20，其向蓄电装置传送电力以及从蓄电装置接收电力；电动发电机MG1 ， 在车辆行驶过程中其旋转由变换器20进行控制；连接切换单元l40，其被 设置在变换器20和电动发电机MG1之间，选择电动发电机MG1与该组 连接端子中的一个，并将所选的一个连接到变换器20。发电装置255包含 电动发电机MG3，其具有连接到输入旋转轴的转子。当控制装置60检测 到发电装置255被连接到该组连接端子时，通过控制变换器20以便通过蓄 电装置的电力控制电动发电机MG3、从而对输入旋转轴的始动进行辅助， 并在随后接收由电动发电机MG3产生的电力，控制装置60在蓄电装置中 存储电力。图9为一流程图，其用于介绍在第二实施例中进行的充电控制操作。 每当过去某 一 时间或满足规定条件时，流程图中的过程由主程序调用并执行。参照图8和图9，当过程被初始化时，控制装置60在步骤Sll中判断 信号IG是否处于关闭状态。例如，当系统启动过程中驾驶者停止车辆并 开启电力开关时，信号IG被引入关闭状态。在步骤Sll中，如果信号IG并非处于关闭状态，过程进行到步骤S19，并且，控制返回到主程序。相反，如果在步骤Sll中检测到信号IG处于 关闭状态，过程进行到步骤S12。在步骤S12中，控制装置60观察信号GCON以检测发电装置255是 否被连接到连接器250。发电装置255为例如风力发电装置。注意，发电 装置255可以为使用其他动力的发电装置，只要其具有电动发电机MG3 。如果在步骤S12中判断为发电装置未被连接，过程进行到步骤S19， 控制返回到主程序。相反，如果在步骤S12中判断为发电装置被连接，过 程进行到步骤S13。在步骤S13中，控制装置60使用变换器20来控制电动发电机MG3 而不是电动发电机MG1。相应地，如果电动发电机MG3产生电力，由之 产生的三相交流电力被变换器20转换为直流，并被提供给地线SL和电源 线PL2。如果此时输入电力小于规定阈值Pth,假定为发电装置255的旋 转轴不旋转，因此，过程进行到步骤S14。注意，如果所观察到的旋转速 度MRN3小于规定值，过程可进行到步骤S14。在步骤S14中，风车采用电池B1的电力始动，直到电动发电机MG3 的旋转速度达到规定旋转速度。这种控制是风力发电中风力小时常常进行 的一种。当电动发电机MG3的旋转速度达到规定旋转速度时，控制装置 60再次提供控制，使得电动发电机MG3所产生的电力由变换器20收集。在步骤S15中判断输入电力是否小于阈值Pth。如果在步骤S13或步 骤S15中输入电力超过阈值Pth,过程进行到步骤S16,并判断电池B1的 充电状态SOC是否超过表示完全充电状态的阚值Sth(F)。如果在步骤S16中SOC〈Sth(F)成立，电池B1可进一步充电。相应地， 过程进行到步骤S17,变换器20受到控制以便对电池Bl充电。相反，如果在步骤S15中输入电力小于阁值Pth,认为风力不够强到 足以产生电力，因此，过程进行到步骤S18。如果在步骤S16中SOC<Sth(F) 不成立，判断为电池B1近似完全充电，且不能再充电。在这种情况下， 再一次地，过程进行到步骤S18。在步骤S18中，判断为充电终止。此后， 即使发电装置被连接到车辆，充电不再进行。如果步骤S17或步骤S18中的过程被完成，过程进行到步骤S19，控 制被返还到主程序。如上所述，在第二实施例中，安装在车辆上的变换器用于控制被识别 为车外发电装置的电动发电机而不是安装在车上的电动发电机。该变换器 是被安装用于旋转固有安装在混合动力车上的电动发电机的变换器。相应 地，其控制被实际上使用，因此，过程与第一实施例相比简单得多。注意，尽管在图8中介绍了到主要作为发电机的电动发电机MG1的 连接被切换到外部发电装置的实例，到主要用于驱动车轮的电动发电机 MG2的连接可被切换到外部发电装置。应当明了 ，这里/>开的实施例在其所有方面是+兌明性而不是限制性的。 本发明的范围不是由上面的说明而是由权利要求书的范围示出，且包含属 于权利要求书的等同含义和范围内的所有修改。
权利要求
1.一种车辆用电源装置，其包含蓄电装置；连接单元，其用于接收供自发电装置的电力并对所述蓄电装置充电，所述发电装置被设置在所述车辆外部并在由之产生的电力中表现出波动；以及电力转换单元，其在行驶过程中作为从所述蓄电装置接收电力的负载电路运行，并在接收来自所述发电装置的电力进行充电的过程中被连接在所述连接单元与所述蓄电装置之间，检测供自所述连接单元的所述电力的电压的波动，并对所述电力进行转换，以便获得适用于对所述蓄电装置充电的电流和电压。
2. 根据权利要求l的车辆用电源装置，其中 所述连接单元包含笫一与第二端子，且 所述电力转换单元包含第一旋转电机，其被连接到所述第一端子，第一变换器，其与所述第一旋转电机对应地设置，并从所述蓄电 装置接收电力以及向所述蓄电装置传送电力，第二旋转电机，其被连接到所述第二端子，第二变换器，其与所述第二旋转电机对应地设置，并从所述蓄电 装置接收电力以及向所述蓄电装置传送电力，传感器，其检测通过所述第一与第二端子提供的所述电力的电压 和电5充，以及控制装置，其根据所述传感器的输出控制所述第一与第二变换 器，使得提供到所述第 一与第二端子的电力被转换为直流电力并被提 供给所述蓄电装置。
3. 根据权利要求2的车辆用电源装置，其中所述笫 一端子4皮连接到所述第 一旋转电机的定子的中性点，且所述第二端子被连接到所述第二旋转电机的定子的中性点。
4. 根据权利要求2的车辆用电源装置，其中所述发电装置包含第三旋转电机，其具有被连接到输入旋转轴的转子，且通过控制所述第 一与第二变换器以通过所述蓄电装置的电力控制所述 第三旋转电机、从而辅助所述输入旋转轴的始动，并在随后接收由所述第 三旋转电机产生的电力，由此所述控制装置在所述蓄电装置中存储电力。
5. 根据权利要求2的车辆用电源装置，其中 所述第二旋转电机的旋转轴被机械耦合到车轮的旋转轴，且 所述车辆具有内燃机，该内燃机具有被机械耦合到所述第一旋转电机的旋转轴的曲轴。
6. 根据权利要求l的车辆用电源装置，其中 所述连接单元包含一组连接端子， 所述电力转换单元包含变换器，其从所述蓄电装置接收电力以及向所述蓄电装置传送电力，第一旋转电机，在所述车辆的行驶过程中，所述第一旋转电机的 旋转受到所述变换器的控制，以及连接切换单元，其被设置在所述变换器与所述第一旋转电机之间， 选择所述第 一旋转电机与所述一组连接端子中的一个，并将所选择的 一个连接到所述变换器，所述发电装置包含第二旋转电机，所述第二旋转电机具有被连接到输 入旋转轴的转子，且当所述控制装置检测到所述发电装置被连接到所述一组连接端子时， 通过控制所述变换器以通过所述蓄电装置的电力控制所述第二旋转电机、 从而辅助所述输入旋转轴的始动，并在随后接收由所迷第二旋转电机产生 的电力，由此所述控制装置在所述蓄电装置中存储电力。
7. 根据权利要求l的车辆用电源装置，其中，所述发电装置为风力发8.根据权利要求l的车辆用电源装置，其中，所i^JC电装置为太阳能 电池。
全文摘要
车辆用电源装置具有电池(B1)，其作为蓄电装置；连接单元(50)，其用于从例如风力发电的发电装置(55)接收电力，以及对蓄电装置充电，发电装置(55)设置在车辆外部并在由之产生的电力中表现出波动；电力转换单元，其在行驶过程中作为负载电路运行，在接收来自发电装置(55)的电力进行充电的过程中检测电压中的波动并对电力进行转换，以获得适用于对蓄电装置充电的电流和电压。电力转换单元包含第一电动发电机(MG1)、第一变换器(20)、第二电动发电机(MG2)、第二变换器(30)以及控制装置(60)，控制装置(60)对第一与第二变换器(20，30)进行控制，使得被提供到第一与第二端子的电力被转换为直流电力并被提供到蓄电装置。
文档编号B60L9/18GK101238007SQ20068002922
公开日2008年8月6日 申请日期2006年8月2日 优先权日2005年8月8日
发明者中村诚, 及部七郎斋, 石川哲浩 申请人:丰田自动车株式会社