充电控制装置和具备该充电控制装置的车辆的制作方法

专利名称：充电控制装置和具备该充电控制装置的车辆的制作方法
技术领域：
本发明涉及充电控制装置和具备该充电控制装置的车辆，特别涉及从 工业电源向搭载于车辆的蓄电装置充电的充电控制装置和具备该充电控制 装置的车辆。
背景技术：
日本特开平8-126121号公报公开了电动机动车(汽车)的车载充电装 置。该车载充电装置具备两个^Jt铁电机、对应于各电机设置的两个变 换器(inverter,逆变器)、蓄电池、将工业电源连接于各电机的中性点的 连接电路、和通过使相等的电流流过电机的三相线圏而从工业电源向蓄电 池进行充电的控制电路。
在该车栽充电装置中，电机的三相线圏中流it^目等的电流，所以产生 的磁场互相抵消而成为零。因而，根据该车载充电装置，能够防止转子的 旋转并从工业电源向蓄电池充电。
此外，上述公才艮中还公开了一种车载充电装置，该车载充电装置具备 检测永磁铁电机的转子的磁极位置的传感器、基于检测出的转子的磁极位 置选定4吏转子旋转的转矩变为最小的一相或两相的线圏的单元、通过^f吏电 流流过所选定出的线圏而从工业电源进行蓄电池的充电的控制电路。
在该车载充电装置中，产生的转矩小，所以通过车辆的摩擦阻力等防 止转子的旋转。因而，才艮据该车载充电装置，能够防止在充电中车辆开动。
然而，在电机的三相线圏中流过电流的情况下，只能使用线圏的漏电 感(leakage inductance),因而，可能产生无法将工业电源的电压升压至 蓄电池电压或紋波(ripple)对输入侧的影响变大等问题。
此外，在选定一相或两相的线圏而^(吏电流流过线圏的情况下，电机会产生转矩，所以无法完全排除车辆在充电中开动的情况。

发明内容
于是，本发明是为了解决相关问题点而做出的，其目的在于提供在从 车辆外部的电源向蓄电装置充电时能够充分地确保电感且可靠地防止车辆
开动(movement)的充电控制装置。
此外，本发明的另外的目的在于提供一种车辆，该车辆具备在从车辆 外部的电源向蓄电装置充电时能够充分地确保电感且可靠地防止车辆开动 的充电控制装置。
根据本发明，充电控制装置从车辆外部的电源向搭栽于车辆的蓄电装 置充电；具备交流旋转电机、变换器、连接装置、变换器控制部和旋转 抑制部。交流旋转电机包括被星形接线的多相绕组作为定子绕组。变换器 连接于多相绕组、在交流旋转电机和蓄电装置之间进行电力变换。连接装 置被构成为能够将车辆外部的电源连接于多相绕组的中性点。变换器控制 部控制变换器的任一相，使得将通过连接装置而给与中性点的来自车辆外 部的电源的电力进行变换而向蓄电装置充电。旋转抑制部被构成为在从车 辆外部的电源向蓄电装置充电时能够抑制交流旋转电机的旋转。
优选，旋转抑制部包括将交流旋转电机的转子固定为非旋转状态的制 动装置。
此外，根据本发明，充电控制装置从车辆外部的电源向搭栽于车辆的 蓄电装置充电；具备第1交流旋转电机、第1变换器、连接装置、变换 器控制部、内燃机、齿轮机构和旋转抑制部。第l交流旋转电机包括被星 形接线的第1多相绕组作为定子绕组。第1变换器连接于第1多相绕组、 在第1交流旋转电机和蓄电装置之间进行电力变换。连接装置被构成为能 够将车辆外部的电源连接于第i多相绕组的第i中性点。变换器控制部控
制第1变换器的任一相，使得将通过连接装置而给与第1中性点的来自车 辆外部的电源的电力进行变换而向蓄电装置充电。齿轮机构连接于内燃机 的输出轴、第1交流旋转电机的旋转轴和驱动轴，在输出轴、旋转轴和驱 动轴之间进行动力的传递。旋转抑制部被构成为在从车辆外部的电源向蓄电装置充电时能够抑制第1交流旋转电机产生的转矩所引起的驱动轴的旋 转.
优选，充电控制装置还具备第2交流旋转电机、第2变换器、旋转 角检测装置和电流检测装置。第2交流旋转电机的旋转轴机械性地结合于 车辆的驱动轴。第2变换器驱动第2交流旋转电机。旋转角检测装置检测 第1交流旋转电机的旋转角。电流检测装置检测流经第1交流旋转电机的 电流。旋转抑制部，基于旋转角检测装置和电流检测装置的各检测值算出 第1交流旋转电机的输出转矩，控制第2变换器使得笫2交流旋转电机输 出与该算出的输出转矩相抵消的转矩。
还优选，第2交流旋转电机包括被星形接线的第2多相绕组作为定子 绕组。连接装置被构成为能够将车辆外部的电源连接于第1中性点和第2 多相绕组的第2中性点。变换器控制部还控制第2变换器的零相电压，使 得将通过连接装置给与第1和第2中性点的来自车辆外部的电源的电力进 行变换而向蓄电装置充电。
优选，旋转抑制部使内燃机的输出轴的旋转阻力减小。
还优选，旋转抑制部使内燃机的进气门和排气门的至少一方处于开放 状态。
此外，还优选，充电控制装置还具备接合部件。接合部件设置于内燃 机的输出轴和齿轮机构之间。旋转抑制部使^部件处于非接合状态。
此外，根据本发明，充电控制装置从车辆外部的电源向搭载于车辆的
蓄电装置充电；具备第1交流旋转电机、第1变换器、连接装置、旋转
角检测装置和变换器控制部。第1交流旋转电机包括被星形接线的第1多
相绕组作为定子绕组。第1变换器连接于第1多相绕组、在第1交流旋转
电机和蓄电装置之间进行电力变换。连接装置被构成为能够将车辆外部的
电源连接于第1多相绕组的第1中性点。旋转角检测装置检测第1交流旋
转电机的旋转角。变换器控制部，在抑制第1交流旋转电机的q轴方向的
电流成分的同时，控制第1变换器使得将通过连接装置给与第1中性点的 来自车辆外部的电源的电力进行变换而向蓄电装置充电。
优选，充电控制装置还具备第2交流旋转电机、第2变换器。第2交流旋转电机包括被星形接线的第2多相绕组作为定子绕组。第2变换器
连接于第2多相绕组、在第2交流旋转电机和蓄电装置之间进行电力变换。
连接装置净皮构成为能够将车辆外部的电源连接于第1中性点和第2多相绕
组的第2中性点。变换器控制部还控制第2变换器的零相电压，使得将通
过连接装置给与第l和第2中性点的来自车辆外部的电源的电力进行变换
而向蓄电装置充电。
此外，根据本发明，车辆具备上述任一充电控制装置。
在本发明中，来自车辆外部的电源的电力通过连接装置给与第1交流
旋转电机的中性点。而且，第1变换器控制部控制第1变换器的任一相使 得将给与中性点的来自车辆外部的电源的电力进行变换而向蓄电装置充
电，所以能够有效^f吏用该^^控制的相所对应的绕组的电感。在此，如果控 制第l变换器的任一相，则第1交流旋转电机会产生转矩，所以在本发明 中，在从车辆外部的电源进行蓄电装置的充电时，旋转抑制部抑制第l交
i充旋转电机的旋转o
因而，才艮据本发明，在从车辆外部的电源向蓄电装置充电时，能够充 分地确保电感且能够可靠地防止第1交流旋转电机旋转。
此外，在本发明中，如果控制第1变换器的任一相则第1交流旋转电 机会产生转矩，转矩介由齿轮机构传递至驱动轴，在此在从车辆外部的电 源进行蓄电装置的充电时，旋转抑制部抑制第1交流旋转电机产生的转矩 所引起的驱动轴的旋转。
因而，才艮据本发明，在从车辆外部的电源向蓄电装置充电时，能够充 分地确保电感且能够可靠地防止车辆开动。
此外，在本发明中，变换器控制部，在抑制第l交流旋转电机的q轴 方向的电流成分的同时，控制第1变换器4吏得将通过连接装置给与第1中 性点的来自车辆外部的电源的电力进行变换而向蓄电装置充电，所以能够 确保比三相线圏(coil)中流it^目等的电流的情况更大的电感且抑制第1 交流旋转电机产生的转矩。
因而，根据本发明，在从车辆外部的电源向蓄电装置充电时，能够充 分地确保电感且能够防止第1交流旋转电机旋转。
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图1是作为本发明的实施方式1所涉及的车辆的一例而表示的混合动
力车辆的整体框图2是图l所示的混合动力车辆中动力传递机构的概略构成图3是图1所示的ECU的功能框图4是图3所示的电流指令生成部的详细的功能框图5是图3所示的变换器控制部的详细的功能框图6是表示图5所示的旋转抑制控制部的控制构造的流程图7是用于说明实施方式2中的充电控制的流程图8是实施方式3所涉及的混合动力车辆中动力输出机构的概略构成
图9是实施方式4所涉及的混合动力车辆中动力输出W^的概略构成
图10是实施方式5中的变换器控制部的功能框图； 图ll是用于说明充电控制中的变换器的各相臂的动作定时(timing) 的图12是用于说明充电控制中的变换器的各相臂的动作的图； 图13是实施方式6所涉及的车辆的整体框图。
具体实施例方式
以下，参照附图对本发明的实施方式进行详细说明。另外，图中相同 或相当部分附上相同符号，不重复其说明。 (实施方式l)
图1是作为本发明的实施方式1所涉及的车辆的一例而表示的混合动 力车辆的整体框图。参照图1,本混合动力车辆100具备发动机4、电动 发电机MG1、 MG2、动力分配机构3、车轮2。此外，混合动力车辆100 还具备蓄电装置B、变换器20、 30、 ECU (Electronic Control Unit,电
9子控制单元)60。
而且，混合动力车辆IOO还具备电容器C1、电源线PL、接地线SL、 U相线UL1、 UL2、 V相线VL1、 VL2 、 W相线WL1、 WL2、电压传感 器72、电流传感器82、 84、旋转变压器94、 96(解析器，resolver)。此 外，混合动力车辆100还具备电力线NL1、 NL2、连接器50、电容器 C2、电压传感器74和电流传感器86。
该混合动力车辆100将发动机4和电动发电机MG2作为动力源行驶。 动力分配机构3结合于发动机4和电动发电机MG1、 MG2并在它们之间 分配动力。而且，电动发电机MG1被装入混合动力车辆100作为通itiL
电动发电机MG2作为驱动车轮2的电动机被装入混合动力车辆100。
蓄电装置B的正极和负极分别连接于电源线PL和接地线SL。电容器 C1连接于电源线PL和接地线SL之间。变换器20包括U相臂22、 V相 臂24和W相臂26。 U相臂22、 V相臂24和W相臂26并列地连接于电 源线PL和接地线SL之间。U相臂22包括串联连接的npn型晶体管Qll 、 Q12， V相臂24包括串联连接的npn型晶体管Q13、 Q14, W相臂26包 括串联连接的npn型晶体管Q15、 Q16。各npn型晶体管Q11 Q16的集 电极-发射极之间分别连接有使电流从发射极侧流向集电极侧的二极管 D11 D16。
另外，作为上述npn型晶体管和以下的本说明书中的npn型晶体管， 可以使用例如IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor,绝^lt双极型晶 体管)，此外，可以使用功率MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field-Effect Transistor,金属氧化物半导体场效应管)等的电力开关元件。
电动发电机MG1包括三相线圏12作为定子线圉。形成三相线圏12 的U相线圏Ul、 V相线圏VI和W相线圏Wl的一端互相连接而形成中 性点Nl, U相线圈U1、 V相线圏V1和W相线圏Wl的另一端分别连接 于变换器20的U相臂22、 V相臂24和W相臂26各自的上下臂的连接点。
变换器30包括U相臂32、 V相臂34和W相臂36。电动发电机MG2包括三相线圏14作为定子线圏。变换器30和电动发电机MG2的构成分 别与变换器20和电动发电机MG1相同。
电力线NL1的一端连接于三相线圏12的中性点N1，其另一端连接于 连接器50。此外，电力线NL2的一端连接于三相线圏14的中性点N2， 其另一端连接于连接器50。电容器C2连接于电力线NL1和电力线NL2 之间。
蓄电装置B是能够充放电的直流电源，例如由镍氢、锂离子等的二次 电池构成。蓄电装置B将直流电力输出至电容器C1，此外通过变换器20 和/或30进行充电。另外，作为蓄电装置B，也可以使用大容量的电容器。
电容器Cl使电源线PL和接地线SL之间的电压变动平滑化。电压传 感器72检测出电容器C1的端子间电压，即电源线PL相对接地线SL的 电压VDC ，将该检测出的电压VDC输出至ECU60。
变换器20基于来自ECU60的信号PWM1，将从电容器C1接收的直 流电压变换为三相交流电压，将该变换了的三相交流电压输出至电动发电 机MG1。此外，变换器20将电动发电机MG1接收发动机4的动力而发 电所得的三相交流电压基于来自ECU60的信号PWM1变换为直流电压， 将该变换了的直流电压输出至电源线PL1。
变换器30基于来自ECU60的信号PWM2，将从电容器Cl接收的直 流电压变换为三相交流电压，将该变换了的三相交流电压输出至电动发电 机MG2。此外，变换器30在车辆的再生制动时，将电动发电机MG2接 收来自车轮2的旋转力而发电所得的三相交流电压基于来自ECU60的信 号PWM2变换为直流电压，将该变换了的直流电压输出至电源线PL1。
在此，从通过连接器92连接于连接器50的工业电源90输入交流电力 时，变换器20、 30通过后述的方法将从工业电源90介由电力线NL1、 NL2 给与中性点N1、 N2的交流电力变换为直流电力而输出至电源线PL，对蓄 电装置B充电。
电容器C2抑制紋波对连接于连接器50的工业电源90的影响。电压 传感器74检测出电力线NL1、 NL2之间的电压VAC,将该检测出的电压
iiVAC输出至ECU60。电流传感器86检测流经电力线NL2的电流IAC， 将该检测出的电流IAC输出至ECU60。另夕卜，可以通过电流传感器86检 测流经电力线NL1的电流。
电动发电机MG1、 MG2各自为三相交流旋转电机，例如由三相交流 同步电动发电机构成。电动发电机MG1由变换器20进行再生驱动，将使 用发动机4的动力进行发电所得的三相交流电压输出至变换器20。此外， 电动发电机MG1，在发动机的起动时通过变换器20进行动力运转(power running)驱动，4吏发动机4起转(cranking )。电动发电机MG2通过变换 器30进行动力运转驱动，产生用于驱动车轮2的驱动力。此外，电动发电 机MG2，在车辆的再生制动时，通过变换器30进行再生驱动，将使用从 车轮2接收的旋转力发电所得的三相交流电压输出至变换器30。
电流传感器82检测流经电动发电机MG1的各相线圏的电机电流II， 将该检测出的电机电流II输出至ECU60.电流传感器84检测流经电动发 电机MG2的各相线圏的电机电流12，将该检测出的电机电流12输出至 ECU60。旋转变压器94，检测电动发电机MG1的转子的旋转角61,将 该检测出的旋转角61输出至ECU60。旋转变压器96，检测电动发电机 MG2的转子的旋转角6 2，将该检测出的旋转角6 2输出至ECU60。
ECU60生成用于分别驱动变换器20、 30的信号PWM1、 PWM2，将 该生成的信号PWM1、 PWM2分别输出至变换器20、 30。
在此，工业电源卯的连接器92连接于连接器50，在基于信号AC要 求从工业电源90向蓄电装置B充电时，ECU60控制变换器20、 30使得 将从工业电源卯向中性点N1、N2给与的交流电力变换为直流电力而向蓄 电装置B充电。另夕卜，对该充电控制的详细说明将在后面介绍。
另外，信号AC是要求从工业电源卯向蓄电装置B充电的信号，例 如在使用者操作用于使用者指示从工业电源90向蓄电装置B充电的输入 装置(未图示，以下相同。)时，随着该要求而变化。
图2是图1所示的混合动力车辆100中的动力传递机构的概略构成图。 参照图2，混合动力车辆100具备动力传递齿轮102、差动齿轮104(差速器)、车轮2、动力分配机构3、动力取出齿轮IIO、链带112、电动发电 机MG1、 MG2、发动机4和旋转变压器94、 96。
电动发电机MG1的转子结合于太阳轮轴140,电动发电机MG2的转 子结合于齿圏轴142。发动机4的曲轴结合于以贯通中空的太阳轮轴140 的轴中心的方式进行设置的行星架轴144。
动力分配机构3由行星齿轮机构构成。动力分配机构3包括太阳轮 132、齿圏134、多个行星小齿轮136和行星架138。太阳轮132结合于太 阳轮轴140。齿圏134结合于齿圏轴142。多个行星小齿轮136配置于太阳 轮132和齿圏134之间， 一边自转一边绕太阳轮132的外周公转。行星架 138结合于行星架轴144的端部，轴向地支撑各行星小齿轮136的旋转轴。
在该动力分配机构3中，分别结合于太阳轮132、齿圏134和行星架 138的太阳轮轴140、齿圏轴142和行星架轴144这三轴作为动力的输入输 出轴，当三轴中任两轴的输入输出动力被决定时，剩余的一轴的输出输入 动力基于被决定的两轴的输入输出动力而确定。
而且，动力取出齿轮110结合于齿圏134。动力取出齿轮110介由链 带112连接于动力传递齿轮102，将从齿圏134接收的动力介由链带112 传递至动力传递齿轮102。而且，动力传递齿轮102介由差动齿轮104将 动力传递至车轮2。
另外，齿围轴142结合于齿圏134，电动发电机MG2的转子结合于齿 圏轴142，所以电动发电机MG2结合于车辆的驱动轴。
图3是图1所示的ECU60的功能框图。参照图3， ECU60包括电流 指令生成部62和变换器控制部64。电流指令生成部62，基于从车辆ECU (未图示，以下相同。)接收的充电电力指令值PR和来自电压传感器74 的电压VAC，生成用于以相对于工业电源90功率因数为1而向蓄电装置 B充电的电流指令IR。
变换器控制部64，基于从车辆ECU接收的电动发电机MG1、 MG2 的转矩指令值TR1、 TR2、来自电流传感器82、 84的电机电流I1、 12、 来自电压传感器72的电压VDC、来自电流传感器86的电流IAC、信号AC、来自旋转变压器94的电动发电机MG1的旋转角6 1和来自电流指令 生成部62的电流指令IR,生成用于使变换器20的npn型晶体管Q11-Q16 导通/截止的信号PWM1和用于使变换器30的npn型晶体管Q21 Q26导 通/截止的信号PWM2，将该生成的信号PWM1、 PWM2分别输出至变换 器20、 30。
图4是图3所示的电流指令生成部62的详细的功能框图。参照图4， 电流指令生成部62包括有效值(effective value)运算部202、相位检测部 204、正弦波生成部206、除法部208和乘法部210。有效值运算部202检 测电压VAC的峰值电压，基于该检测出的峰值电压计算出电压VAC的有 效值。相位检测部204检测出电压VAC的过零点(zero-cross point),基 于该检测出的#点检测出电压VAC的相位。
生成与电压VAC同相的正弦波。正弦波生成部206,例如，可以^使用正弦 波函数表，基于来自位检测部204的相位，生成与电压VAC同相的正弦 波。
除法部208，将充电电力指令值PR除以来自有效值运算部202的电 压VAC的有效值，将该运算结果输出至乘法部210。乘法部210将来自正 弦波生成部206的正弦波乘以除法部208的运算结果，将其运算结果作为 电流指令IR输出。
这样生成的电流指令IR不包括工业电源90的高次谐波成分、波动成 分，所以在基于电流指令IR控制变换器20、 30时，不会产生与工业电源 90的高次谐波成分、波动成分相当的无效电力(ineffective electric power )、 高次谐波电流。此外，电流指令IR，与工业电源90同相，相对于工业电 源卯的电压，功率因数为1。因而，能够高效M工业电源90进行对蓄 电装置B的充电。
图5是图3所示的变换器控制部64的详细的功能框图。参照图5，变 换器控制部64包括电机控制用相电压运算部212、 214、减法部216、 227、 电流控制部218、充电负担分配部220、旋转抑制控制部222、相选择部224、
14PWM控制部226、 228。
减法部216从电流指令IR减去电流IAC后输出至电流控制部218。 电流控制部218，在信号AC被激活时，基于电流指令IR和电流IAC的 偏差，生成用于使电流IAC追随电流指令IR的电压指令EO，将该生成的 电压指令E0输出至充电负担分配部220。在该电流控制部218中，例如， 进行比例积分控制(PI控制)。另外，在信号AC处于非激活(inactive) 状态时，电流控制部218，处于非激活状态，以O输出电压指令EO。
充电负担分配部220，基于电压指令EO，决定用于使中性点N1、 N2 之间产生电压差的变换器20、 30的负担分配。具体而言，充电负担分配部 220，将电压指令EO乘以k (k是O以上l以下的常数)后输出至相选择 部224,将电压指令EO乘以(l-k)后输出至减法部227。如果k超过0.5， 则变换器20的负担变大，如果k比O.S小，则变换器30的负担变大。
旋转抑制控制部222,在信号AC被激活时，即，在控制从工业电源 卯向蓄电装置B充电时(以下，简单地记为"充电控制"，其意为从工业 电源卯向蓄电装置B的充电控制。)，基于电动发电机MG1的旋转角6 1， 决定在变换器20中进行开关控制的一相。
而且，关于向相选择部224输出的信号CTL1 CTL3，旋转抑制控制 部222,在决定为U相的情况下激活信号CTL1，在决定为V相的情况下 激活信号CTL2，在决定为W相的情况下激活信号CTL3。
在此，如果仅控制变换器20的任一相，则电动发电机MG1中产生转 矩，该转矩介由动力分配机构3被传递至车辆的驱动轴，而旋转抑制控制 部222生成电动发电机MG2的转矩指令值TR2C，用于&消从电动发电 机MG1传递至驱动轴的转矩，将该生成的转矩指令值TR2C输出至电机 控制用相电压运算部214。
电机控制用相电压运算部212,基于电动发电机MG1的转矩指令值 TR1和电机电流II以及电压VDC，计算出施加于电动发电机MG1的各 相线圏的电压指令，将该计算出的各相电压指令输出至相选择部224。
相选择部224，在信号AC处于非激活状态时，将来自电机控制用相电压运算部212的各相电压指令直接输出至PWM控制部226。此外，相 选择部224，在信号AC、 CTL1被激活时，将来自充电负担分配部220的 电压指令没为U相电压指令，将V、 W相电压指令没为O,将各相电压指 令输出至PWM控制部226。
此外，相选择部224,在信号AC、 CTL2被激活时，将来自充电负担 分配部220的电压指令设为V相电压指令，将U、 W相电压指令设为O, 将各相电压指令输出至PWM控制部226。此外，相选择部224，在信号 AC、 CTL3 ^f皮激活时，将来自充电负担分配部220的电压指令设为W相 电压指令，将U、 V相电压指令没为O，将各相电压指令输出至PWM控 制部226。
PWM控制部226,基于来自相选择部224的^^相电压指令，生成用 于使变换器20的各npn型晶体管Q11 Q16实际地导通/截止的信号 PWM1，将该生成的信号PWM1输出至变换器20的各npn型晶体管 Q11 Q16。
电机控制用相电压运算部214，在信号AC处于非激活状态时，基于 电动发电机MG2的转矩指令值TR2和电机电流12以及电压VDC，计算 施加于电动发电机MG2的各相线圏的电压指令，将该计算出的各相电压 指令输出至减法部227。
此外，电机控制用相电压运算部214，在信号AC被激活时，基于来 自旋转抑制控制部222的转矩指令值TR2C、电机电流12以及电压VDC， 计算出施加于电动发电机MG2的各相线圏的电压指令，将该计算出的各 相电压指令输出至减法部227。
减法部227，从由电机控制用相电压运算部214输出的各相电压指令 减去从充电负担分配部220输出的电压指令后，输出至PWM控制部228。
PWM控制部228,基于来自减法部227的各相电压指令，生成用于 使变换器30的各npn型晶体管Q21 Q26实际地导通/截止的信号PWM2, 将该生成的信号PWM2输出至变换器30的各npn型晶体管Q21 Q26。
在该变换器控制部64中，用于使电流IAC追随电流指令IR的电压指令E0通过充电负担分配部220分配。而且，在变换器30侧，从各相电压 指令减去来自充电负担分配部220的电压指令后，将所得给与PWM控制 部228。即，在变换器30侧，在充电控制时，通过来自充电负担分配部220 的电压指令，控制零相电压。
另一方面，在变换器20侧，来自充电负担分配部220的电压指令，通 it^目选择部224加在任一相后，将所得给与PWM控制部226，使其他的 相的电压指令为O。即，在变换器20侧，在充电控制时，基于来自充电负 担分配部220的电压指令，仅对任一相进行开关控制。这样将来自充电负 担分配部220的电压指令仅加上一相而不是加上各相电压指令，是为了有 效地利用该被选择的相的线圈的电感而不是漏电感。
但是，如果仅使电动发电机MG1的任一相流过电流，则电动发电机 MG1中产生转矩，该转矩介由动力分配机构3传递至车辆的驱动轴。于是， 旋转抑制控制部222，基于电动发电机MG1的旋转角61和电机电流II 计算出电动发电机MG1的转矩，计算出通过结合于车辆的驱动轴的电动 发电机MG2抵消电动发电机MG1的转矩的转矩指令值TR2C，向电机控 制用相电压运算部214输出。
由此，即使在充电控制时为了确保电感而在变换器20中仅控制任一 相，车辆的驱动轴也不会旋转。
另夕卜，如上所述，在变换器30侧，通过来自充电负担分配部220的电 压指令控制零相电压，所以变换器控制部64能够与充电控制互不干扰(非 干涉)地控制电动发电机MG2的转矩。
图6是示出图5所示的旋转抑制控制部222的控制构造的流程图。另 外，在每到一定时间或预定的条件每次成立时，从主例程调用该流程图的 处理并执行。
参照图6，旋转抑制控制部222,基于信号AC，判定是否处于从工业 电源卯向蓄电装置B的充电控制中(步骤SIO)。旋转抑制控制部222， 在判定为信号AC处于非激活状态且不处于充电控制中时(步骤S10的否)， 不进行以后的一系列的处理而结束处理。
17在步骤S10中，如果判定为信号AC被激活状态且处于充电控制中(步 骤S10的是)，则旋转抑制控制部222从旋转变压器94取得电动发电机 MG1的旋转角61 (步骤S20)。然后，旋转抑制控制部222，基于该旋转 角61，决定电动发电机MG1的三相中产生转矩为最小的相(步骤S30)。 而且，旋转抑制控制部222，在决定的相为U相时，激活向相选择部224 输出的信号CTL1，在决定的相为V、 W相时，分别激活向相选择部224 输出的信号CTL2、 CTL3。
接着，旋转抑制控制部222从电流传感器82取得电动发电机MG1的 电机电流Il (步骤S40)。然后，旋转抑制控制部222基于该电机电流I1 和旋转角61，计算出电动发电机MG1的转矩TM1 (步骤S50)。
进而，旋转抑制控制部222，基于计算出的电动发电机MG1的转矩 TM1，计算出用于通过电动发电机MG2抵消转矩TM1的转矩指令值 TR2C (步骤S60 )。具体而言，旋转抑制控制部222使用TR2C=- TMl x p ( p-齿圈134的齿数/太阳轮132的齿数)的关系计算出转矩指令值 TR2C。然后，旋转抑制控制部222将计算出的转矩指令值TR2C输出至 电机控制用相电压运算部214 (步骤S70 )。
之后，旋转抑制控制部222,基于信号AC判定充电控制是否已结束 (步骤S80 )。旋转抑制控制部222，在判定为充电控制已结束时(步骤S80 的是)，结束一系列的处理，在判定为还处于充电控制中时(步骤S80的 否)，使处理返回至步骤S40。
如上所述，在本实施方式1中，在充电控制时控制变换器20的任一相， 所以能够有效地利用与该被控制的相对应的电动发电机MG1的线圏的电 感。此外，如果仅在电动发电机MG1的任一相流过电流，则电动发电机 MG1产生转矩，该转矩介由动力分配机构3传递至车辆的驱动轴，于是在 本实施方式l中，控制电动发电机MG2使得产生抵消该转矩的转矩，所 以能够防止驱动轴的旋转。
因而，才艮据本实施方式l,在从工业电源90向蓄电装置B充电时能够 充分地确保电感且能够可靠地防止混合动力车辆100开动。(实施方式2)
在实施方式1中，在充电控制中，为了得到较大电感，在变换器20 中仅控制一相，使电动发电机MG2产生转矩来抵消与变换器20中仅控制 一相相伴地电动发电机MG1所产生的转矩。
在本实施方式2中，降〗^L动机4的旋转阻力使得电动发电机MG1 产生的转矩不会介由动力分配机构3传递至驱动轴。由此，与发动机4连 结的行星架轴144的旋转阻力减少，即橫是连结于电动发电机MG1的太 阳轮轴140旋转，行星架轴144会随之旋转，所以能够防止转矩传递至结 合于车辆的驱动轴的齿圏轴142。
图7是用于说明实施方式2中的充电控制的流程图。参照图7,ECU60 基于信号AC判定是否处于充电控制中(步骤SllO)。 ECU60，在判定为 不处于充电控制中时(步骤S110的否)，不进行以后的处理而结束处理。
如果在步骤S110中判定为处于充电控制中(步骤S110的是)，则 ECU6(H议动机4的进气门、排气门全开(步骤S120)。另外，通过电磁 驱动阀构成发动机4的进气门、排气门，由此即^JL动机4停止，也能够 使进气门、排气门全开。
在进气门、排气门全开时，ECU60执行充电控制(步骤S130)。具体 而言，除了不生成电动发电机MG2的转矩指令值TR2C用于抵消电动发 电机MG1产生的转矩这一点之外，ECU60与实施方式1同样地执行充电 控制。
然后，ECU60基于信号AC判定充电控制是否已结束(步骤S140 )。 ECU60,如果判定为充电控制已结束(步骤S140的是)，则使发动机4的 进气门、排气门从全开状态返回至通常状态，结束处理(步骤S150 )。另 一方面，如果在步骤S140中判定为还处于充电控制中(步骤S140的否), 则ECU60使处理返回至步骤S130。
如上所述，在本实施方式2中，在充电控制中使发动机4的进气门、 排气门全开，所以发动机4和连结于发动机4的行星架轴144的旋转阻力 降低。因而，根据本实施方式2，能够防止在充电控制中电动发电机MG1产生的转矩介由动力分配机构3传递至车辆的驱动轴。 (实施方式3)
在本实施方式3中，在行星架轴144和发动机4之间设置离合器，在 充电控制时使离合器处于分离状态，降低行星架轴144的旋转阻力。
图8是实施方式3所涉及的混合动力车辆中的动力输出机构的概略构 成图。参照图8，本实施方式3所涉及的动力输出机构，在图2所示的构 成中，还具备离合器150和离合器致动器152。
离合器150配设于发动机4的曲轴115和行星架轴144之间。离合器 致动器152，基于来自未图示的ECU60的信号CR，进行离合器150的接 合和分离。具体而言，离合器致动器152，在信号CR被激活时，使离合 器150处于分离状态，在信号CR处于非激活状态时，使离合器150处于 接合状态。
在本实施方式3中，在充电控制中，信号CR被激活，离合器150处 于分离状态。由此，行星架轴144的旋转阻力减低。因而，根据本实施方 式3，也能够防止在充电控制中电动发电机MG1产生的转矩介由动力分配 才几构3传递至车辆的驱动轴。 (实施方式4)
在实施方式4中，设置有使结合于电动发电机MG1的转子的太阳轮 轴140的旋转停止的制动器，在充电控制时使制动器工作。由此，在充电 控制中，直接防止电动发电机MG1旋转。
图9是实施方式4所涉及的混合动力车辆中的动力输出机构的概略构 成图。参照图9，本实施方式4中的动力输出机构，在图2所示的构成中， 还具备制动器160和制动器致动器162。
制动器160配"i殳于太阳轮轴140和变速箱164之间。制动器致动器162 基于来自未图示的ECU60的信号BR，进行制动器160的接合和分离。具 体而言，制动器致动器162，在信号BR被激活时，使制动器160处于接 合状态，在信号BR处于非激活状态时，使制动器160处于分离状态。
在本实施方式4中，在充电控制中，信号BR被激活，制动器160处
20于掩^状态。由此，太阳轴140固定于变速箱164。因而，才艮据本实施方 式4，在充电控制时，能够防止电动发电机MG1旋转，其结果是，防止车 辆的驱动轴的旋转。 (实施方式5)
在上述的实施方式1 4中，在充电控制时，控制变换器20的任一相。 然而，在此情况下，电动发电机MG1中产生转矩，所以需要用于防止车 辆的驱动轴旋转的单元。
在本实施方式5中，在充电控制时，控制变换器20使得在电动发电机 MG1中q轴方向的电流成分变为0。由此，能够防止电动发电机MG1的 旋转，并且与在各相线圏中流it^目同电流而使用漏电感的情况相比能够获 得较大电感，而无需另外设置旋转防止单元。
图10是实施方式5中的变换器控制部的功能框图。参照图10，该变 换器控制部64A，在图5所示的实施方式1中的变换器控制部64的构成中， 分别代替旋转抑制控制部222、相选择部224、 PWM控制部226和电机控 制用相电压运算部214，包括各相比率运算部230、加法部225、 PWM控 制部226A和电机控制用相电压运算部214A。
各相比率运算部230,在信号AC^皮激活时，基于来自旋转变压器94 的电动发电机MG1的旋转角61，决定使q轴方向的电流成分为零的各相 比率RT。更具体而言，各相比率运算部230，在将d、 q坐标系变换为U、
v、 w坐标系的公知的变换式中，通过给与旋转角值ei且使q轴电流为
0,能够决定U、 V、 W4^相的比率。然后，各相比率运算部230将该决定 的各相比率RT输出至PWM控制部226A。
加法部225,将来自充电负担分配部220的电压指令加上来自电机控 制用相电压运算部212的各相电压指令后，将所得输出至PWM控制部 226A。
PWM控制部226A,在信号AC处于非激活状态时，基于来自加法部 225的各相电压指令，生成用于使变换器20的各叩n型晶体管Q11 Q16 实际地导通/截止的信号PWM1,将该生成的信号PWM1输出至变换器20
21的各npn型晶体管Q11 Q16。
另一方面，PWM控制部226A，在信号AC被激活时，基于来自加法 部225的各相电压指令，生成信号PWM1使得变换器20的各相臂以来自 各相比率运算部230的各相比率RT进行分时动作(operate in time-divisional manner),将该生成的信号PWM1输出至变换器20的各 npn型晶体管Q11 Q16。
图11 、 12是用于说明充电控制中变换器20的各相臂的动作定时的图。 参照图11、图12，期间Tu是基于U相电压指令只有U相臂动作的期间， V、 W各相臂关闭(SDOWN) (shutdown )。期间Tv是基于V相电压指 令只有V相臂动作的期间，U、 W各相臂关闭(SDOWN )。期间Tw^ 于W相电压指令只有W相臂动作的期间，U、 V各相臂关闭(SDOWN )。
而且，周期T中的期间Tu、 Tv、 Tw基于通过各相比率运算部230计 算出的^^相比率RT而决定。由此，能够等价(相当)地使q轴方向的电 流成分为0。另外，周期T被设定为比变换器20的载波周期长且设定得较 短到不会使电动发电机MG1的转子旋转的程度。
在此参照图10，电机控制用相电压运算部214A,除了在图5所示的 电机控制用相电压运算部114中不接收转矩指令值TR2C和信号AC这一 点之外，都与电才几控制用相电压运算部114相同。
如上所述，在本实施方式5中，变换器控制部64A抑制电动发电机 MG1中的q轴方向的电流成分的同时进行充电控制，所以4吏电动发电机 MG1不产生转矩，而获得与各相线圏中流it^目同电流而使用漏电感的情况 相比更大的电感。
因而，根据本实施方式5，在从工业电源90向蓄电装置B充电时能够 充分地确保电感，并且能够防止车辆开动而无需另外设置用于防止车辆的 驱动轴旋转的单元。 (实施方式6)
在本实施方式6中，示出使用一个电动发电机从工业电源卯向蓄电装 置B进行充电的情况。
22图13是实施方式6所涉及的车辆的整体框图。参照图13，该车辆100A 具备蓄电装置B、变换器20、电动发电机MG1、整流电路40、 ECU60A、 电力线NL1、 ACL、连接器50、制动器170和制动器致动器172。
整流电路40包括二极管D41、 D42。 二极管D41的阴极(cathode) 连接于电源线PL， 二极管D41的阳极(anode )连接于二极管D42的阴极， 二极管D42的阳极连接于接地线SL。而且，电力线ACL的一端连接于二 极管D41、 D42的连接点，电力线ACL的另一端连接于连接器50。
制动器170，在从制动器致动器172接收动作指令后，进行固定使得 电动发电机MG1的转子不旋转。制动器致动器172 ^L据来自ECU60A的 信号BR驱动制动器170。
ECU60A，在信号AC被激活时，即在有从工业电源90向蓄电装置B 充电的要求时，选择变换器20的任一相进行开关控制。另外，关于相的选 择方法和所选择的相的控制，与实施方式1中的充电控制时的变换器20 的控制相同。
此外，ECU60A，在信号AC被激活时，激活向制动器致动器172输 出的信号BR。由此，制动器170工作，防止充电控制中的电动发电机MG1 的旋转。
另外，在上述说明中，使ECU60A在充电控制时选择变换器20的任 一相进行开关控制，但也可以与实施方式5同样地控制变换器20使得q 轴方向的电流成分等价地为0。
如上所述，才艮据本实施方式6，也能够在从工业电源90向蓄电装置B 充电时充分地确保电感，并且能够可靠地防止车辆开动。
另外，在上述的各实施方式中，电动发电机MG1、 MG2为三相交流 旋转电机，但本发明也能够容易地扩展而适用于三相以外的多相交流旋转 电机。
此外，在上述各实施方式中，也可以将对蓄电装置B的直流电源进行 升压的升压转换器(converter)配置在蓄电装置B和变换器20、 30之间。 另外，在上述i兌明中，连接器50和电力线NL1、 NL2、或者连接器
2350和电力线NL1、 ACL形成本发明中的"连接装置"。此外，旋转抑制控 制部222、离合器150和离合器致动器152、制动器160和制动器致动器 162、以及制动器170和制动器致动器172各自对应于本发明中的"旋转抑 制部"。
而且，电动发电机MG1、 MG2分别对应于本发明中的"第1交流旋 转电机"和"第2交流旋转电机"，变换器20、 30分别对应于本发明中的 "第1变换器"和"第2变换器"。此外，发动机4对应本发明中的"内燃 机"，动力分配机构3对应于本发明中的"齿轮;N^"。
此外，旋转变压器94对应于本发明中的"旋转角检测装置"，电流传 感器82对应于本发明中的"电流检测装置"。此外，离合器150对应于本 发明中的"#^部件"(*要素)，制动器160、 170各自对应于本发明中 的"制动装置"。
此次^Hf的实施方式，在所有的方面都是例示而非限制性的。本发明 的范围并非由上述实施方式的说明而由权利要求表示，与权利要求等效的 意思和范围内的所有变更都包括在内。
权利要求
1. 一种充电控制装置，其从车辆外部的电源向搭载于车辆的蓄电装置充电；具备包括被星形接线的多相绕组作为定子绕组的交流旋转电机，连接于所述多相绕组、在所述交流旋转电机和所述蓄电装置之间进行电力变换的变换器，被构成为能够将所述电源连接于所述多相绕组的中性点的连接装置，变换器控制部，其控制所述变换器的任一相，使得将通过所述连接装置而给与所述中性点的来自所述电源的电力进行变换而向所述蓄电装置充电，和被构成为在从所述电源向所述蓄电装置充电时能够抑制所述交流旋转电机的旋转的旋转抑制部。
2. 如权利要求l所述的充电控制装置，其中，所述旋转抑制部包括将 所述交流旋转电才几的转子固定为非旋转状态的制动装置。
3. —种充电控制装置，其从车辆外部的电源向搭载于车辆的蓄电装置 充电；具备包括被星形接线的第1多相绕组作为定子绕组的第1交流旋转电机， 连接于所述第1多相绕组、在所述第1交流旋转电机和所述蓄电装置之间进行电力变换的第1变换器，被构成为能够将所述电源连接于所述第1多相绕组的第1中性点的连接装置，变换器控制部，其控制所述第1变换器的任一相，使得将通过所述连 接装置而给与所述第1中性点的来自所述电源的电力进行变换而向所述蓄 电装置充电，内燃机，齿轮机构，其连接有所述内燃机的输出轴、所述第l交流旋转电机的 旋转轴和所述驱动轴，在所述输出轴、所述旋转轴和所述驱动轴之间进行动力的传递，和旋转抑制部，其被构成为在从所述电源向所述蓄电装置充电时能够抑 制所述第1交流旋转电机产生的转矩所引起的所述驱动轴的旋转。
4. 如权利要求3所述的充电控制装置，还具备 旋转轴机喊性地结合于所述车辆的驱动轴的第2交流旋转电机， 驱动所述第2交流旋转电机的第2变换器，检测所述第1交流旋转电机的旋转角的旋转角检测装置，和 检测流经所述第1交流旋转电机的电流的电流检测装置； 所述旋转抑制部，基于所述旋转角检测装置和所述电流检测装置的各 检测值算出所述第1交流旋转电机的输出转矩，控制所述第2变换器使得 所述第2交流旋转电机输出与该算出的输出转矩相抵消的转矩。
5. 如权利要求4所述的充电控制装置，其中，所述第2交流旋转电机包括被星形接线的第2多相绕组作为定子绕组； 所述连接装置被构成为能够将所述电源连接于所述第1中性点和所述第2多相绕组的第2中性点；所述变换器控制部还控制所述第2变换器的零相电压，使得将通过所述连接装置给与所述第1和第2中性点的来自所述电源的电力进行变换而向所述蓄电装置充电。
6. 如权利要求3所述的充电控制装置，其中，所述旋转抑制部使所述 内燃机的输出轴的旋转阻力减小。
7. 如权利要求6所述的充电控制装置，其中，所述旋转抑制部使所述 内燃机的进气门和排气门的至少一方处于开放状态。
8. 如权利要求6所述的充电控制装置，还具^^殳置于所述内燃机的输出轴和所述齿轮机构之间的^部件； 所述旋转抑制部使所述^^部件处于非^^状态。
9. 一种充电控制装置，其从车辆外部的电源向搭载于车辆的蓄电装置 充电；具备包括被星形接线的第1多相绕组作为定子绕组的第1交流旋转电机， 连接于所述第1多相绕组、在所述第1交流旋转电机和所述蓄电装置 之间进行电力变换的第1变换器，被构成为能够将所述电源连接于所述第1多相绕组的第1中性点的连 接装置，检测所述第1交^Mt转电机的旋转角的旋转角检测装置，和变换器控制部，其在抑制所述第1交流旋转电机的q轴方向的电流成 分的同时，控制所述第1变换器使得将通过所述连接装置给与所述第1中 性点的来自所述电源的电力进行变换而向所述蓄电装置充电。
10. 如权利要求9所述的充电控制装置，还具备 包括4皮星形接线的第2多相绕组作为定子绕组的第2交流旋转电机， 连接于所述第2多相绕组、在所述第2交流旋转电机和所述蓄电装置之间进行电力变换的第2变换器；所述连接装置被构成为能够将所述电源连接于所述第1中性点和所述 第2多相绕组的第2中性点；所述变换器控制部还控制所述第2变换器的零相电压，使得将通过所 述连接装置给与所述第1和第2中性点的来自所述电源的电力进行变换而 向所述蓄电装置充电。
11. 一种车辆，其具备如权利要求1到10中的任一项所述的充电控制 装置。
全文摘要
在从工业电源向蓄电装置充电时，来自工业电源的电力被给与第1和第2电动发电机的各中性点。旋转抑制控制部(222)，基于第1电动发电机的旋转角(θ1)，决定在第1变换器中进行开关控制的一相。此外，旋转抑制控制部(222)，计算出第1电动发电机中产生的转矩，生成用于抵消该转矩的第2电动发电机的转矩指令值而向电机控制用相电压运算部(214)输出。
文档编号B60K6/445GK101472759SQ20078002256
公开日2009年7月1日 申请日期2007年6月12日 优先权日2006年6月16日
发明者中村诚, 及部七郎斋, 峯泽幸弘, 石川哲浩 申请人:丰田自动车株式会社