电力控制装置和具备它的车辆的制作方法

专利名称：电力控制装置和具备它的车辆的制作方法
技术领域：
本发明涉及电力控制装置和具备它的车辆，尤其是涉及能够在搭载于 车辆的蓄电装置与车辆外部的电负载或者车辆外部电源之间进行电力授受 的电力控制装置和具备它的车辆。
背景技术：
曰本特开平4-295202号公报中公开了能够在车辆外部的交流电源和 车载直流电源之间进行电力授受的电动机驱动和动力处理装置。该装置具 备直流电源、被脉冲宽度调制(Pulse Width Modulation,以下也称为 "PWM")的两个变换器、两个感应电动机、控制单元、输入/输出端口、 和EMI滤波器。各感应电动机包括Y接线的线圏，在各线圏的中性点电 连接有输入/输出端口。
在该装置中，在再充电模式下，能够将从与输入/输出端口连接的单相 电源提供给各线圏的中性点的交流电力转换为直流电力而对直流电源充 电。另外，能够在各线圏的中性点间产生已被调节的正弦波的交流电力， 并将该产生的交流电力向与输入/输出端口连接的外部装置输出。
EMI滤波器设置在各线圏的中性点和输入/输出端口之间，使在输入/ 输出端口出现的高频率的共模噪声降低。
但是，在日本特开平4-295202号公报中，因为为了降低以变换器的高 频开关为起因产生的共模噪声而设置有EMI滤波器，所以装置的体积增 大。

发明内容
因此，本发明的目的是，提供一种能够在搭载于车辆的蓄电装置和车辆外部的电负载或者车辆外部的电源之间进行电力授受，抑制共模噪声、 并且抑制装置体积的增加的电力控制装置和具备它的车辆。
依据本发明，电力控制装置，其能够在搭载于车辆的蓄电装置和车辆
外部的电负载或者车辆外部的电源之间授受电力，包括多个交流旋转电 机、多个变换器、插头、电力线对、和控制单元。多个交流旋转电机的各 个包含星形接线的多相线圏作为定子线圏。多个变换器与多个交流旋转电 机相对应设置。插头能够与车辆外部的电负载或者车辆外部的电源连接。 电力线对设置在多个交流旋转电机中的两个交流旋转电机的多相线圏的中 性点与插头之间。控制单元，其被构成为通过使用脉沖宽度调制法控制与 两个交流旋转电机对应的变换器的任一方，从而在蓄电装置和电负载或者 电源之间授受电力。
在该发明中，经由在多个交流旋转电机中的两个交流旋转电机的多相 线圏的中性点和插头之间配设的电力线对，在蓄电装置和车辆外部的电负 载或者车辆外部的电源之间授受电力。这里，控制单元，使用脉沖宽度调 制法控制与两个交流旋转电机对应的变换器的任一方，所以与使用脉冲宽 度调制法控制与两个交流旋转电机对应的变换器的双方的情况相比较，以 变换器的高频开关为起因而产生的共模电压的变动量有所降低。
因此，依据本发明，能够抑制在蓄电装置和车辆外部的电负载或车辆 外部的电源之间授受电力时的共模噪声。其结果是，能够取消或小型化噪 声降低滤波器，所以能够抑制装置的体积增加。
优选，在蓄电装置和车辆外部的电负载或者车辆外部的电源之间所授 受的电力为具有比使用脉冲宽度调制法控制的变换器的开关频率低的频 率的交流电力，控制单元，通过根据交流电力的通电方向而使与两个交流 旋转电^L对应的变换器的另一方中的上臂和下臂中的一方导通，将另一方 的变换器控制为通电状态。
在本发明中，由于使用脉冲宽度调制法控制一方的变换器，并将另一 方的变换器控制为通电状态，所以在交流电力的电压反转时另一方的变换 器中电力不会成为非连续，共模电压的变动量被抑制。因此，依据该发明，能够充分抑制共模噪声。
优选，控制单元，在与两个交流旋转电机对应的各变换器中，根据交 流电力的通电方向交替地切换使用脉冲宽度调制法的控制和通电状态的控制。
在本发明中，根据交流电力的通电方向交替地切换使用脉冲宽度调制 法控制的变换器和被控制为通电状态的变换器，所以伴随交流电力的电压 反转的共模电压的变动得到抑制。因此，根据本发明，能够进一步充分地 抑制共模噪声。
此外，优选，控制单元，使用脉冲宽度调制法控制与两个交流旋转电 机的 一方对应的第 一变换器，根据交流电力的通电方向使与两个交流旋转 电机的另一方对应的第二变换器的上臂和下臂交替地导通。
在本发明中，使用脉冲宽度调制法控制的变换器和被控制为通电状态 的变换器固定。因此，根据本发明，能够简化在蓄电装置和车辆外部的电 负载或车辆外部的电源之间授受电力时的控制。
优选，控制单元，当从车辆外部的电源进行所述蓄电装置的充电时， 使用脉冲宽度调制法控制与两个交流旋转电机的 一方对应的第 一变换器， 使与两个交流旋转电机的另 一方对应的第二变换器停止。
在该发明中， 一个变换器使用脉冲宽度调制法控制，另一个变换器被 停止(关闭)。因此，依据该发明，在蓄电装置和车辆外部的电负载或者车 辆外部的电源之间授受电力时的控制能够更加简便。
优选，在两个交流旋转电机的各个与车辆地线之间的寄生电容，比其 它的交流旋转电机的各个与车辆地线之间的寄生电容大。
在该发明中，当在蓄电装置和车辆外部的电负载或者车辆外部的电源 之间进行电力授受时，由于使用与车辆地线之间的寄生电容相对较大的两 个交流旋转电机，所以经由寄生电容回流到车辆地线的共模电流的量变多。 即，向车辆外部的电负载或者车辆外部的电源输出的共模电流量净皮抑制。 因此，依据该发明，能够充分地抑制共模噪声。
优选，电力控制装置还具备线路旁通电容器和切断装置。线路旁通电容器配置在电力线对和车辆地线之间。切断装置，当从车辆外部的电源对 蓄电装置进行充电时，将经由线路旁通电容器在电力线对和车辆地线之间 形成的电路切断。
在该发明中，由于设置有线路旁通电容器，所以向车辆外部的电负载 供电时，共模电压的变动量进一步降低。另一方面，在从车辆外部的电源 对蓄电装置充电时，相对于充电电流，经由低阻抗的线路旁通电容器从电 源向车辆地线能够流通电流，所以需要由切断装置将经由线路旁通电容器 在电力线对和车辆地线之间形成的电路切断。因此，依据该发明，在向车 辆外部的电负载供电时，能够进一步充分地抑制共模噪声。另一方面，在 从车辆外部的电源向蓄电装置充电时，能够防止来自电源的充电电流向车 辆地线的流动。
另外，依据该发明，车辆具备从多个交流旋转电机的至少一个接受 驱动转矩的车轮；和上述任一个的电力控制装置。因此，依据该发明，能 够不妨碍车辆的小型化，而抑制在蓄电装置和车辆外部的电负载或者车辆 外部的电源之间授受电力时的共模噪声。
如上所述，依据该发明，能够抑制在蓄电装置与车辆外部的电负载或 者车辆外部的电源之间授受电力时的共模噪声。其结果是，由于能够取消
或小型化噪声减低滤波器，所以能够抑制装置的体积增加。因此，不会妨 碍车辆的小型化。


图1是作为基于本发明的实施方式1的车辆的一例表示的混合动力车 辆的整体框图。
图2是在车辆与负载之间授受电力时图l所示的系统的等价电路图。 图3是表示变换器的开关状态的一例的示意图。 图4是关于图2所示电路中各变换器的上臂导通时的等价电路图。 图5是关于图2所示电路中一方的变换器的上臂导通，另一方的变换 器的下臂导通时的等价电路图。图6是关于图2所示电路中各变换器的下臂导通时的等价电路图。 图7是图1所示的ECU的功能框图。
图8是表示各变换器的开关状态和共模电压的变化的波形图。
图9是表示假设对各变换器都进行PWM控制时的各变换器的开关状 态和共模电压的变化的波形图。
图10是表示实施方式2中各变换器的开关状态和共模电压的变化的波 形图。
图11是表示实施方式3中各变换器的开关状态和共模电压的变化的波 形图。
图12是作为基于实施方式4的车辆的一例表示的混合动力车辆整体框图。
图13是作为基于实施方式5的车辆的一例表示的混合动力车辆整体框图。
图14是作为基于实施方式6的车辆的一例表示的混合动力车辆整体框图。
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，对图中相同 或相当部分标注同 一符号并不做重复说明。实施方式1
图1是作为基于本发明实施方式1的车辆的一例表示的混合动力车辆 的整体框图。参照图1，该混合动力车辆100具有发动机2;电动发电机 MG1、 MG2;动力分配机构4和车轮6。另外，混合动力车辆100还具有 蓄电装置B;变换器(逆变器)IO、 20;电子控制装置(Electronic Control Unit:以下称为"ECU" )30;平滑电容器C1;正极线PL和负极线NL。 进一步，混合动力车辆100还具有电力线ACL1、 ACL2;平滑电容器C2; AC端口 60和插头70。
动力分配机构4与发动机2和电动发电机MG1、 MG2相结合并在它们之间分配动力。例如，作为动力分配机构4，能够采用具有太阳轮、行 星齿轮架和齿圈的三个旋转轴的行星齿轮。这三个旋转轴分别被连接在发 动才几2和电动发电机MG1、 MG2的各旋转轴上。例如，通过使电动发电 机MG1的转子中空并在其中心穿过发动机2的曲轴，由此能够使发动机2 和电动发电机MG1、 MG2与动力分配机构4机械相连。
发动机2产生的动力通过动力分配机构4被分配至车轮6和电动发电 机MG1。即是说，发动机2驱动车轮6，并作为驱动电动发电机MG1的 动力源被组装在混合动力车辆100中。电动发电机MG1作为由发动机2 驱动的发电机动作，并且，作为能够进行发动机2的启动的电动机动作的 设备被组装在混合动力车辆100中，电动发电机MG2作为驱动车轮6的 动力源被组装在混合动力车辆100中。
另外，该混合动力车辆100如后文所述，通过将插头70连接于总括性 表示车辆外部的电负载或者电源的负载90，能够在蓄电装置B与负载90 之间授受电力。
蓄电装置B的正极端子连接在正极线PL上，蓄电装置B的负极端子 连接在负极线NL上。平滑电容器Cl连接在正极线PL与负极线NL之间。 变换器10包括U相臂12、 V相臂14和W相臂16。 U相臂12、 V相臂 14和W相臂16 ^皮并联连接在正极线PL与负极线NL之间。U相臂12由 串联连接的开关元件Qll、 Q12构成，V相臂14由串联连接的开关元件 Q13、 Q14构成，W相臂16由串联连接的开关元件Q15、 Q16构成。在 开关元件Q11-Q16上分别反并联连接有二极管D11 D16。变换器20包括 U相臂22、 V相臂24和W相臂26。变换器20的结构与变换器10相同。
另外，作为上述的开关元件，能够采用例如IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor:绝缘栅双极型晶体管)和功率MOSFET ( Metal Oxide Semiconductor Field-Effect Transistor:金属-氧化物-半导体场效应晶体 管)等。
电动发电机MG1包括Y型接线的三相线圏，各线圏的一端被互相连 接形成中性点N1。电动发电机MG2也包括Y型接线的三相线圏，各线圏的一端被互相连接形成中性点N2。在中性点N1、 N2上分别连接有电力线 ACL1、 ACL2。并且，电力线ACL1、 ACL2与AC端口 60连接，AC端 口 60与插头70连接。
蓄电装置B是可充电的直流电源，例如由镍氢、锂离子等二次电池构 成。蓄电装置B向变换器10、 20供给电力，而且，接收从变换器10和/ 或20输出的再生电力而被充电。并且，作为蓄电装置B，也可以采用大电 容的电容器。
平滑电容器Cl将正极线PL与负极线NL之间的电压平滑化。电容 C3表示正极线PL与车辆地线80之间的寄生电容。电容C4表示负极线 NL与车辆地线80之间的寄生电容。另外，作为车辆地线80，可以使用车 架、车体等。
变换器IO基于来自ECU30的信号PWM1，将来自蓄电装置B的直流 电压变换为三相交流电压输出至电动发电机MG1。另外，变换器10将电 动发电机MG1使用发动机2的动力发电产生的三相交流电压变换为直流 电压输出至正极线PL和负极线NL。
变换器20基于来自ECU30的信号PWM2,将来自蓄电装置B的直流 电压变换为三相交流电压，并将已变换的三相交流电压输出至电动发电机 MG2。另夕卜，变换器20在车辆再生制动时，将电动发电机MG2利用车轮 6的旋转力发电产生的三相交流电压变换为直流电压输出至正极线PL和 负极线NL。
在此，当要求从作为车辆外部的电源(例如系统电源)的负载卯对蓄 电装置B充电的情况下，变换器IO、 20将经由插头70、 AC端口60和电 力线ACL1、 ACL2由负载90供给至中性点N1、 N2的交流电力变换为直 流电力而输出至正极线PL和负极线NL,对蓄电装置B进行充电。另夕卜， 在要求对作为交流电负载(例如家电产品)的负载卯供电的情况下，变换 器IO、 20使中性点N1、 N2之间产生具有预定频率(例如工业电源频率) 的交流电压，由插头70向负载90输出交流电力。
电动发电机MG1、 MG2各自为三相交流旋转电机，例如由在转子中具有永磁铁的三相永磁铁同步马达构成。电动发电机MG1由变换器10再 生驱动，将利用发动机2的动力发电产生的三相交流电力输出至变换器10。 另外，电动发电机MG1在发动机2启动时，由变换器10进行动力运转驱 动，使发动机2起转。电动发电机MG2由变换器20动力运转驱动，产生 用于驱动车轮6的驱动力。另外，电动发电机MG2在车辆的再生制动时， 由变换器20再生驱动，将利用车轮6的旋转力发电产生的三相交流电力输 出至变换器20。
ECU30生成用于驱动变换器10的PWM信号，并将该生成的PWM 信号作为信号PWMl输出至变换器lO。另夕卜，ECU30生成用于驱动变换 器20的PWM信号，并将该生成的PWM信号作为信号PWM2输出至变 换器20。
在此，当要求从作为外部电源的负载90对蓄电装置B充电的情况下， ECU30以将提供至中性点Nl、 N2的来自负载90的交流电力变换为直流 电力并输出至蓄电装置B的方式控制变换器IO、 20。另外，当要求向作为 交流电负载的负栽90供电的情况下，ECU30以在中性点Nl、 N2之间产 生交流电压并输送至负载卯的方式控制变换器10、 20。另外，关于在与 负载90授受电力时的变换器10、 20的控制在后文详细说明。
平滑电容器C2将电力线ACL1、 ACL2之间的电压平滑化。即是说， 平滑电容器C2，当在车辆与负载90之间进行电力授受时，抑制以变换器 10或20的高频开关为起因而产生的常态噪声。
AC端口 60包括进行电力线ACL1、 ACL2与插头70之间的连接/ 断开的继电器；检测电力线ACL1、 ACL2之间的电压VAC的电压传感器； 检测在电力线ACL1或ACL2中流通的电流IAC的电流传感器(图中均 未表示)。AC端口60，当在车辆与负载卯之间进行电力授受时，根据来 自ECU30的指令4吏继电器接通，将连接于负载90的插头70与电力线 ACL1、 ACL2电连接。另夕卜，AC端口 60将电压VAC和电流IAC的检测 值输出至ECU30。
插头70是用于将该混合动力车辆100与负载卯电连接的连接端子。负载卯总括性表示向蓄电装置B充电的外部交流电源、或者从混合动力 车辆100接受电力的供给的交流电负载，在接地节点95接地。
在该混合动力车辆100中，在车辆与负载90之间进行电力授受时，负 载卯经由电力线ACL1、 ACL2电连接在中性点Nl、 N2。另一方面，变 换器进行开关动作的情况下，相对于车辆地线80的共模电压发生变化，所 以以变换器的高频开关为起因，经由电容C3、 C4在正极线PL及负极线 NL与车辆地线80之间可能流过高频电流。这样一来，经由车辆地线80 与接地节点95之间的接触电阻在车辆与负载90之间形成电路，在车辆和 负载卯之间可能流过与共模电压的变动对应的高频电流。在此，在该实施 方式l，如后所述，以抑制共模电压的变化量的方式控制变换器IO、 20。
以下，首先对以变换器IO、 20的高频开关为起因产生的共模电压的变 动原因进行说明。
图2是在车辆与负载9 0之间进行电力授受时的图1所示的系统的等价 电路图。另夕卜，在该图2中虽然表示的是负载卯为交流电源的情况，在负 载卯为交流电负载时也是同样的等价电路。参照图2，在由负载90向蓄 电装置B充电时，变换器10、 20各自被三相同时地开关控制。因此，在 该图2中，在变换器IO、 20的各个中，总结性表示上臂的3个开关元件， 另外，也总结性表示下臂的三个开关元件。
电感L1、 L2分别表示电动发电机MG1、 MG2的漏电感，电容C5、 C6分别表示电动发电机MG1、 MG2与车辆地线80之间的寄生电容。另 外，电阻Rh表示车辆地线80与接地节点95之间的接触电阻。并且，以 下设负极线NL相对于车辆地线80的电压为共模电压Vcom。
图3为变换器10、 20的开关状态的一例的示意图。参照图3，在时刻 t2 t3、 t6 t7，变换器IO、 20的上臂都导通。在时刻tl t2、 t3 t4、 t5 t6、 t7 t8，变换器10的上臂导通，变换器20的下臂导通。在时刻tl之前，t4 t5、 t8以后，变换器IO、 20的下臂都导通。
并且，通过这样的变换器IO、 20的开关模式的变化，如下所述，共模 电压Vcom发生变4t。图4是关于图2所示的电路的各变换器10、 20的上臂导通时的等价电 路图。参照图4，变换器IO、 20的上臂都导通时，在正极线PL与车辆地 线80之间顺次经由漏电感L1、 L2;(电力线ACL1、 ACL2)接地节点95 以及接触电阻Rh形成电路。另外，与上述电路并联地在正极线PL与车 辆地线80之间经由电容C3、 C5、 C6形成电路。并且，在车辆地线80与 负极线NL之间经由电容C4形成电路。
此时，共模电压Vcom(负极线NL与车辆地线80之间的电压)，虽然 存在一些基于漏电感Ll、 L2和接触电阻Rh的电压下降，但是成为与正 极线PL和负极线NL之间的电压VDC (相当于蓄电装置B的电压)大致 相等的电压。
图5是图2所示的电路中一方的变换器的上臂导通，而另一方的变换 器的下臂导通时的等价电路图。并且，在该图5中，表示的是变换器10 的下臂导通，变换器20的上臂导通的情况。参照图5，因为变换器20的 上臂导通，所以正极线PL与车辆地线80之间顺次经由漏电感L2、(电力 线ACL2),接地节点95和接触电阻Rh形成电路。另外，与上述电路并 联地在正极线PL和车辆地线80之间经由电容C3、 C6形成电路。
另一方面，因为变换器10的下臂导通，所以负极线NL和车辆地线80 之间顺次经由漏电感Ll、(电力线ACL1)接地节点95和接触电阻Rh形 成电路。并且，与上述电路并联地在负极线NL和车辆地线80之间经由电 容C4、 C5形成电路。
此时，设漏电感L l 、 L2的阻抗大致相等，则共模电压Vcom为与VDC/2 大致相等的电压。
此外，虽然未图示，当变换器10的上臂导通，变换器20的下臂导通 时，共模电压Vcom也是与VDC/2大致相等的电压。
图6是关于图2所示电路中的各变换器10、20的下臂导通时的等价电 路图。参照图6，变换器IO、 20的下臂都导通时，负极线NL和车辆地线 80之间顺次经由漏电感L1、 L2、(电力线ACL1、 ACL2)接地节点95和 接触电阻Rh形成电路。另外，与上述电路并联地在负极线NL和车辆地线80之间经由电容C4、 C5、 C6形成电路。并且，在正极线PL和车辆地 线80之间经由电容C3形成电路。
此时，虽然基于漏电感L1、 L2和接触电阻Rh存在一些电压下降，但 共才莫电压Vcom大致成为0。
这样一来，当重复各变换器IO、 20的上臂都为导通的状态和各变换器 10、 20的下臂都为导通的状态时，共模电压Vcom以相当于正极线PL和 负极线NL之间的电压VDC的振幅变化。于是，在该实施方式l中，车 辆和负载卯之间进行电力授受时，如下文所说明，仅对变换器IO、 20中 的任意一方进行PWM控制，对另 一方的变换器不进行PWM控制而成为 通电状态，抑制共模电压Vcom的变动。
图7是图1所示的ECU30的功能框图。参照图7， ECU30包括第1 和第2变换器控制部32、 34;和充放电控制部36。第1变换器控制部32 在来自充放电控制部36的信号CTL为非激活时，基于正极线PL和负极 线NL之间的电压VDC的检测值、电动发电机MG1的转矩指令值TR1、 以及电动发电机MG1的马达电流Il和旋转角ei的各个检测值，生成用 于驱动电动发电机MG1的PWM信号，将该生成的PWM信号作为信号 PWMl输出至变换器lO。
第2变换器控制部34在来自充放电控制部36的信号CTL非激活时， 基于电压VDC的检测值、电动发电机MG2的转矩指令值TR2、电动发 电机MG2的马达电流12和旋转角02的各个检测值，生成用于驱动电动 发电机MG2的PWM信号，将该生成的PWM信号作为信号PWM2输出 至变换器20。
另一方面，第1和第2变换器控制部32、 34，在充放电控制部36发 出的信号CTL激活时，基于充放电控制部36发出的指令AC1、 AC2，分 别生成用于经由中性点N1、N2在车辆与车辆外部的负载卯之间进行电力 授受的信号PWM1、 PWM2，并将该生成的信号PWM1、 PWM2分别输 出至变换器IO、 20。
充放电控制部36，在指示从负载90对蓄电装置B的充电的信号CG激活时，激活被输出到第1和第2变换器控制部32， 34的信号CTL。然 后，充放电控制部36，基于在AC端口 60检测出的电压VAC和电流IAC， 以将提供给中性点N1、N2的来自负载90的交流电力转换为直流电力并向 蓄电装置B输出的方式生成用于控制变换器IO、 20的指令AC1、 AC2， 并将该生成的指令AC1、 AC2分别输出至第1和第2变换器控制部32、 34。
具体而言，充放电控制部36根据电压VAC的符号，以基于电压VAC 和电流IAC对变换器IO、 20中的一方进行PWM控制、并且使另一方的 变换器为通电状态的方式生成指令AC1， AC2。更加详细地说，电压VAC 为正时(电力线ACL1的电压比电力线ACL2的电压高时为正)，充放电 控制部36基于电压VAC和电流IAC生成用于PWM控制变换器10的指 令AC1，关于变换器20生成使下臂为常时导通状态的指令AC2。另一方 面，当电压VAC为负时，充放电控制部36基于电压VAC和电流IAC生 成用于PWM控制变换器20的指令AC2，关于变换器10生成使下臂为常 时导通状态的指令AC1。即是说，充放电控制部36与电压VAC同步地基 于电压VAC和电流IAC对变换器IO、 20其中一方进行PWM控制，并控 制另一方变换器为常时通电状态。
另外，来自负载卯的交流电力的频率为比PWM控制中的载波频率、 即被PWM控制的变换器的开关频率充分低的频率。即是说，在各变换器 10、 20中，根据来自负载90的交流电力的通电方向，切换PWM控制和 通电状态，所以使该切换频率充分低于基于PWM控制的开关频率。例如， 来自负载90的交流电力频率为工业电源频率，被PWM控制的变换器的 开关频率为几kHz 10kHz左右。
另夕卜，充放电控制部36,在指示从中性点N1、 N2向负载90的供电的 信号DCG激活时，激活被输出到第1和第2变换器控制部32、 34的信号 CTL。并且，充》文电控制部36，以在中性点N1、 N2之间产生具有预定频 率的电压差的方式生成用于控制变换器10、 20的指令AC1、 AC2,并将 该生成的指令AC1、 AC2分别输出至第l和第2变换器控制部32、 34。具体而言，充放电控制部36，根据中性点N1、 N2之间产生的电压差 的符号，以使中心点N1、N2之间产生具有预定频率的电压差的方式PWM 控制变换器10、 20中的一方，并且以使另一方的变换器为通电状态的方式 生成指令AC1、 AC2。更详细的，在中性点N1、 N2之间产生的电压差为 正时(中性点Nl的电位比中性点N2的电位高时为正)，充放电控制部36, 生成用于PWM控制变换器10的指令AC1，关于变换器20生成用于使下 臂为常时导通状态的指令AC1。另一方面，在中性点N1、 N2之间产生的 电压差为负时，充放电控制部36生成用于PWM控制变换器20的指令 AC2，关于变换器IO生成用于使下臂为常时导通状态的指令AC。即是说， 充放电控制部36与中性点N1、N2之间产生的电压差同步地PWM控制变 换器IO、 20其中一方，并控制另一方的变换器为常时通电状态。
另夕卜，使中性点N1、 N2之间产生的电压差的频率充分地低于被PWM 控制的变换器的开关频率。例如，相对于被PWM控制的变换器的开关频 率如上所述为几kHz 10kHz的左右，使中性点N1、 N2之间产生的电压差 的频率为工业电源频率。
另外，例如在插头70被连接在负载90上时，如果由使用者发出指示 充电开始时信号CG被激活，例如在插头70被连接在负载卯上时，如果 由使用者指示供电开始时信号DCG被激活。
图8是说明各变换器10、 20的开关状态以及共模电压Vcom变化的波 形图。并且，在该图8中，虽然表示的是由负载卯向蓄电装置B进行充 电时的波形图，但是由车辆向负载90供电时也可以得到同样的波形图。参 照图8，在表示作为交流电源的负载90的电压的电压VAC为正的时刻 tl t2、 t3 t4,基于电压VAC和电流IAC对变换器10进行PWM控制， 变换器20的下臂^皮控制为常时导通的状态(通电状态)。另一方面，在电 压VAC为负的t2 t3、 t4以后，变换器20被PWM控制，变换器10的下 臂被控制为常时导通的状态(通电状态)。
因此，中性点N1、 N2之间的电压差(VN1-VN2)的指令值如图所示， 可以从负载90得到与电压VAC同步的充电电流。在此，在时刻tl t2、 t3 t4，虽然变换器10通过PWM控制进行开关 动作，但由于变换器20为下臂导通的状态，共模电压Vcom在0和VDC/2 之间变化(图5、图6)。即是说，共模电压Vcom不会在电压VDC附近 振动。原因是由于变换器20的下臂为常时导通状态(通电状态)，所以变 换器IO、 20的上臂不会都成为导通状态。
另外，在时刻t2 t3、 t4以后，虽然变换器20通过PWM控制进行开 关动作，但由于变换器10为下臂导通的状态，共模电压Vcom与在时刻 tl t2、 t3 t4一样，在O和VDC/2之间变化。原因如上所述，变换器IO、 20的上臂不会都成为导通状态(图4)。
图9是说明假设变换器10、 20都进行PWM控制时的各变换器10、 20的开关状态以及共模电压Vcom的变化的波形图。即是说，在该图9中， 与现有技术相当。参照图9，变换器IO、 20双方都被常时PWM控制时， 会发生变换器IO、 20双方的上臂为导通的状态，和变换器IO、 20双方的 下臂为导通的状态。因此，共模电压Vcom在O和VDC之间变化。
如上所述，在该实施方式1中，在车辆与负载90之间进行电力授受时， 并不是PWM控制变换器IO、 20双方，而是PWM控制变换器IO、 20其 中一方，控制另一方的变换器为常时通电状态。然后，与车辆和负载90 之间授受的电力(交流电力)同步地交替地切换成为常时通电状态的变换 器(相当于交替地切换被PWM控制的变换器)，共模电压Vcom在0和 VDC/2之间变化。
因此，才艮据该实施方式l，与PWM控制变换器IO、 20双方的现有才支 术相比能够将共模电压的变化量减半。其结果是，无需在电力线ACL1、 ACL2上另外设置用于降低共模噪声的滤波器，从而可以抑制系统体积的 增力口。
另外，在上述内容中，虽然在电压VAC为正时，PWM控制变换器IO, 并使变换器20的下臂为常时导通状态，电压VAC为负时，PWM控制变 换器20，并使变换器10的下臂为常时导通状态，但也可以在电压VAC为 正时，PWM控制变换器20并使变换器10的上臂为常时导通状态，电压VAC为负时，PWM控制变换器10并使变换器20的上臂为常时导通状态。 在这样的情况下，共模电压Vcom在VDC/2和VDC之间变化(变化量为 VDC/2 )。
实施方式2
如图8所示，在实施方式1中，在车辆与负载卯之间进行电力授受时， 与授受的电力同步地交替地切换成为通电状态的变换器。即是说在时刻 tl t2、 t3 t4，变换器10被PWM控制并且使变换器20为通电状态(下臂 导通)，在时刻t2 t3、 t4以后，变换器20被PWM控制并且变换器10为 通电状态(下臂导通)。
在本实施方式2中，当在车辆与负载90之间进行电力授受时，PWM 控制变换器10、 20中任一方，在另一方的变换器中与被授受的电力同步地 交替地切换上下臂的导通状态。即是说，在实施方式2中，固定被PWM 控制的变换器和被控制为通电状态的变换器，在被控制为通电状态的变换 器中，与在车辆与负载90之间授受的电力同步地交替地切换上下臂的导通状态。
基于该实施方式2的混合动力车辆的整体结构与图1所示的混合动力 车辆100相同。
再次参照图7，实施方式2中的ECU30,在实施方式1中的ECU的结 构中，取代充放电控制部36包括充放电控制部36A。充放电控制部36A 在信号CG被激活时，以基于电压VAC和电流IAC对变换器20进行PWM 控制，并且使变换器10为通电状态的方式生成指令AC1、 AC2。
更详细的说，电压VAC为正时，充》文电控制部36A基于电压VAC和 电流IAC生成用于PWM控制变换器20的指令AC2,关于变换器10生 成用于使上臂为常时导通状态的指令AC1。另一方面，在电压VAC为负 时，充放电控制部36A生成用于PWM控制变换器20的指令AC2，关于 变换器10生成用于使下臂为常时导通状态的指令AC1。即是说，充放电 控制部36A基于电压VAC和电流IAC对变换器20进行PWM控制，并 且对应于电压VAC的符号交替地^f吏变换器10的上臂和下臂导通，控制变换器10为常时通电状态。
另外，与实施方式l相同，变换器10的上下臂的导通/断开切换频率 也即是来自负载90的交流电力的频率，充分地低于被PWM控制的变换 器20的开关频率。
另外，充放电控制部36A在信号DCG被激活时，以使在中性点N1、 N2之间产生具有预定频率的电压差的方式PWM控制变换器20，并且以 使变换器10为通电状态的方式生成指令AC1、 AC2。
更详细的说，中性点Nl、 N2之间产生的电压差为正时，充放电控制 部36A生成用于PWM控制变换器20的指令AC2，关于变换器10生成用 于使上臂为常时导通状态的指令AC1。另外，在中性点N1、 N2之间产生 的电压差为负时，充放电控制部36A生成用于PWM控制变换器20的指 令AC2，关于变换器10生成使下臂为常时导通状态的指令AC1。即是说， 充》文电控制部36A基于中性点Nl、 N2之间产生的电压差PWM控制变换 器20,并且通过对应于中性点N1、 N2之间产生的电压差的符号而交替地 使变换器10的上臂和下臂导通，控制变换器10为常时通电状态。
另外，与实施方式l相同，变换器10的上下臂的导通/断开切换频率、 也即是中性点N1、 N2之间产生的电压差的频率，充分地低于被PWM控 制的变换器20的开关频率。
另外，充放电控制部36A的其他的结构与充放电控制部36相同。
图10是说明实施方式2中各变换器10、 20的开关状态和共模电压 Vcom的变化的波形图。另外，该图IO与实施方式I中说明的图8相对应。 并且，在图10中，虽然表示由负载90向蓄电装置B进行充电时的波形图， 但在向负载90供电时也能得到同样的波形图。
参照图10，在电压VAC为正的时刻tl t2、 t3 t4，变换器10被控制 为上臂常时导通的状态(通电状态)，基于电压VAC和电流IAC对变换器 20进行PWM控制。另一方面，在电压VAC为负的时刻t2 t3、 t4以后， 变换器10被控制为下臂常时导通的状态(通电状态)，PWM控制变换器 20。因此中性点N1、 N2之间的电压差(VN1-VN2)的指令值如图所示， 能够由负载90得到与电压VAC同步的充电电流。
在此，因为在时刻tl t2、 t3 t4,变换器10的上臂为导通状态，所以 共模电压Vcom在VDC/2与VDC之间变化。即是说共模电压Vcom不会 在0附近振动。原因是，由于变换器10的上臂为常时导通状态，变换器 10、 20的下臂不会都成为导通状态(图6)。
另外，在时刻t2 t3、 t4以后，由于变换器的10的下臂为导通状态， 共模电压Vcom在0和VDC/2之间变化。即是说，共模电压Vcom不会在 VDC附近摆动。原因是，由于变换器10的下臂为常时导通状态，变换器 10、 20的上臂不会都成为导通状态(图4)。
另外，在上述内容中，在车辆与负载卯之间进行电力授受时，虽然 PWM控制变换器20,使变换器10为常时通电状态，但也可以PWM控 制变换器IO，使变换器20为常时通电状态。
如上所述，通过该实施方式2，在车辆与负载90之间进行电力授受时， 与PWM控制变换器10、 20双方的现有技术相比可以使共模的电压的变 化量减半。另外，通过该实施方式2，由于能够不交替地切换并固定被PWM 控制的变换器和,皮控制为通电状态的变换器，所以与实施方式1相比更容 易控制。
实施方式3
在实施方式3中，在车辆与负载90之间进行电力授受时，PWM控制 变换器IO、 20中任一方，关闭(全臂断开)另一方的变换器。
基于该实施方式3的混合动力车辆的整体结构与图1所示的混合动力 车辆100相同。
再次参照图7，实施方式3中的ECU30，在实施方式l中的ECU的结 构中，取代充放电控制部36而包括充放电控制部36B。充放电控制部36B 在信号CG净皮激活时，基于电压VAC和电流IAC生成用于PWM控制变 换器20的指令AC2,生成用于关闭变换器10的指令AC1。
另外，充放电控制部36B在信号DCG被激活时，以使中性点N1、 N2之间产生具有预定频率的电压差的方式生成用于PWM控制变换器20的 指令AC2，并生成用于关闭变换器10的指令AC1。
另外，充放电控制部36B的其他的结构与充放电控制部36相同。
图11是说明实施方式3中各变换器10、 20的开关状态和共模电压 Vcom的变化的波形图。另夕卜，该图11与实施方式1中说明的图8相对应。 并且，在图11中，虽然表示由负载卯向蓄电装置B进行充电时的波形图， 但是在向负载卯供电时也能得到同样的波形图。
参照图11，基于电压VAC和电流IAC对变换器20进行PWM控制， 变换器IO被常时关闭(全臂的开关停止)。因为变换器IO在各臂上具有反 并联的二极管，即使被关闭也确保通电状态。但是，因为在电压VAC反 转时产生变换器10中流通的电流非连续的状态，所以在电压反转时共模电 压Vcom大幅变4匕。
但是，作为全体，与PWM控制变换器IO、 20双方的现有技术的方法 (图9 )相比，共模电压Vcom的变化量降低。
另外，在上述内容中，虽然在车辆与负载90之间进行电力授受时PWM 控制变换器20，常时关闭变换器IO，但也可以PWM控制变换器10,常 时关闭变换器20。
如上所述，通过该实施方式3，在车辆与负载卯之间进行电力授受时， 与PWM控制变换器10、 20双方的现有技术相比也可以降低共^t电压的 变化。并且，通过该实施方式3，由于常时关闭一方的变换器，所以与实 施方式l、 2相比更容易控制。实施方式4
图12是作为基于实施方式4的车辆的一例表示的混合动力车辆的整体 框图。参照图12，该混合动力车辆100A在图l所示的基于实施方式l的 混合动力车辆100的结构中，进一步具备共模扼流线圏40。
共模扼流线圏40被设置在电力线ACL1 、 ACL2与连接于AC端口 60 的电力线ACL3、 ACL4之间。共模扼流线圏40由环状的铁氧体磁心、和 在相互相反方向上缠绕于磁心的两个线圏构成(未图示)，阻止从电力线ACL1、 ACL2向电力线ACL3、 ACL4传送共模电压。
另外，混合动力车辆100A的其他结构与基于实施方式1的混合动力车 辆100相同。即是说，在该混合动力车辆100A中，在车辆与负载卯之间 进行电力授受时，由于PWM控制变换器10、 20其中任一方，并控制另 一方的变换器处于常时通电状态，与PWM控制变换器IO、 20双方的现 有技术相比，共才莫电压的变化量减少。
并且，依据该实施方式4，由于进一步设置了共模扼流线圏40，可以 极有效的抑制共^=莫噪声。另外，由于通过变换器控制可以谋求降低共模电 压的变化量，所以能够使共模扼流线圏40小型化。实施方式5
图13是作为基于实施方式5的车辆的一例表示的混合动力车辆的整体 框图。参照图13,该混合动力车辆100B，在如图12所示的基于实施方式 4的混合动力车辆100A的结构中，进一步具备Y电容器50,取代ECU30 而配备EC謂A。
Y电容器50包括电容器C7、 C8和继电器55。电容器C7的一端被连 接在电力线ACLl,电容器C8的一端被连接在电力线ACL2。并且，电容 器C7、 C8各自的另一端被连接在继电器55的一端，继电器55的另一端 被连接在车辆地线80。继电器55根据来自ECU30A的信号SW被接通/ 断开。
ECU30A，在由中性点N1、 N2向负载卯供电时，使继电器55导通， 使Y电容器50工作。另一方面，ECU30A，在由负载90向蓄电装置B充 电时，使继电器5 5断开，将Y电容器50从车辆地线80电断开。并且， ECU30A的其他结构与ECU30相同。
在该混合动力车辆100B中，在从中性点N1、 N2向负载90供电时， 使继电器5 5接通，Y电容器50作为降低共模电压的滤波器工作。如此一 来，能够更有效的抑制共模噪声。
另一方面，在由负载90向蓄电装置B进行充电时，断开继电器55， 并将Y电容器50从车辆地线80电断开。在从负载90供电时断开继电器55是因为为了降低以变换器10或20的高频开关为起因产生的高频率的 共模电压而设置电容器C7、 C8(容量大)，于是需要防止与变换器IO、 20 的开关频率相比频率低的来自负载卯的交流电流经由Y电容器50流向车 辆地线80。
如上所述，依据该实施方式5，由于进一步的设计了 Y电容器50，在 由车辆向负载卯供电时，能够极有效的抑制共模噪声。另一方面，在由负 载90向车辆供电时，由于将Y电容器50从车辆地线80电断开，所以能 够阻止来自负载90的电流流向车辆地线。并且，即使在由负载卯向车辆 供电时，也具有与实施方式4同等的抑制共模噪声的效果。实施方式6
图14是作为基于实施方式6的车辆的一例表示的混合动力车辆的整体 框图。参照图14，该混合动力车辆IOOC在基于如图1所示的实施方式1 的混合动力车辆100的结构中，进一步具备电动发电机MGR、车轮8、和 变换器25,取代电力线ACL1而具备由电力线ACL3。
电动发电机MGR作为驱动车轮8 (例如，相对于车轮6为前轮，车轮 8为后轮)的动力源被组装在混合动力车辆100C中。电动发电机MGR包 括Y型接线的三相线圏，各线圏的一端互相连接形成中性点N3。并且， 电力线ACL3被设置在中性点N3和AC端口 60之间。
变换器25，对应于电动发电机MGR设置，与变换器IO、 20并联连接 在正极线PL和负极线NL上。变换器25的结构和变换器10相同。
在该混合动力车辆100中，产生车辆驱动力的电动发电机MG2、MGR 比主要被用作发电的电动发电机MG1大，电动发电机MG2、 MGR和车 辆地线80之间的寄生电容也比电动发电机MG1和车辆地线80之间的寄 生电容大。
并且，在该混合动力车辆100C中，电动发电机MG1、 MG2、 MGR 之中，使用寄生电容相对较大的电动发电机MG2、 MGR,进行车辆与负 载卯之间的电力授受。即是说，电动发电机MG2的中性点N2和电动发 电机MGR的中性点N3分别连接有电力线ACL2、 ACL3，经由电力线ACL2、 ACL3进行车辆与负载90之间的电力授受。
另外，在车辆与负载90之间进行电力的授受时，变换器20、 25的控 制与实施方式l-3中说明的变换器IO、 20的控制相同。
采用寄生电容相对较大的电动发电机MG2、 MGR进行车辆和负载卯 之间的电力授受的原因如下:对应于变换器的高频率开关而产生高频率的 共模电流时，在电动发电机的寄生电容大的情况下，能够使不经由电力线 ACL2、 ACL3向负载90输出而经由电动发电机的寄生电容回流至车辆地 线80的共模电流量增多。
换言之，在车辆和负载90之间授受电力所用的电动发电机的寄生电容 越大，就可以使经由电力线ACL2、 ACL3输出至负载卯的共模电压的变 化量越小。于是，在该实施方式6中，在电动发电机MG1、 MG2、 MGR 之中，采用寄生电容相对较大的电动发电机MG2、 MGR进行车辆和负载 之间的电力授受。
因此，依据该实施方式6，可以有效的抑制共模电压的变化量。
并且，在该实施方式6中，也可以在电力线ACL2、 ACL3上设置共模 扼流线圏40、 Y电容器50。如此一来，可以更有效的抑制共才莫电压的变化 量。
另外，在上述的各实施方式中，混合动力车辆为由动力分配机构40将 发动机2的动力分配并传递到车轴和电动发电机MG1的串/并型。但是， 本发明也可以适用于仅为了驱动电动发电机MG1而使用发动机2、仅由 电动发电机MG2产生车辆的驱动力的所谓串型混合动力车辆、以发动机 作为主动力且根据需要以马达辅助的马达辅助型混合动力车辆。
另外，该发明也可以适用于没有发动机仅以电力行驶的电动汽车，在 蓄电装置的基础上进一 步配备燃料电池作为电源的燃料电池车。即是说， 本发明 一般适用于至少配备有两台具有Y型接线的马达线圏的交流马达的 系统。
另外，在上述的各实施方式中，也可以将在蓄电装置B和变换器IO、 20之间进行电压转换的转换器设置在蓄电装置B和变换器10、 20之间。另外，作为这样的转换器，可以采用公知的斩波电路。
另外，在上述内容中，负载90对应于本发明中的"车辆外部的电负载 或车辆外部的电源"，电动发电机MG1、 MG2、 MGR对应于本发明中的 "多个交流旋转电机"。另外，ECU30、 30A对应于本发明中的"控制单 元"，电容器C7、 C8构成本发明中的"线路旁通电容器"。此外，继电器 5对应于本发明中的"切断装置"。
应该认为，本次公开的实施方式，其全部方面仅是例示并不是限定性 的内容。本发明的范围并不是由上述实施方式所说明而是由权利要求表示。 包含与权利要求等同的意义和范围内的全部的变更。
权利要求
1.一种电力控制装置，其能够在搭载于车辆的蓄电装置和车辆外部的电负载或者车辆外部的电源之间授受电力，所述电力控制装置包括各自包含星形接线的多相线圈作为定子线圈的多个交流旋转电机；与所述多个交流旋转电机相对应地设置的多个变换器；能够与所述电负载或者所述电源连接的插头；配置在所述多个交流旋转电机中的两个交流旋转电机的多相线圈的中性点与所述插头之间的电力线对；和控制单元，其被构成为通过使用脉冲宽度调制法控制与所述两个交流旋转电机对应的变换器的任一方，从而在所述蓄电装置和所述电负载或者所述电源之间授受电力。
2. 根据权利要求l所述的电力控制装置，其中 在所述蓄电装置和所述电负载或者所述电源之间授受的电力为具有比使用所述脉沖宽度调制法控制的变换器的开关频率低的频率的交流电 力，所述控制单元，通过根据所述交流电力的通电方向而使与所述两个交 流旋转电机对应的变换器的另一方中的上臂和下臂的一方导通，从而将所 述另一方的变换器控制为通电状态。
3. 根据权利要求2所述的电力控制装置，其中 所述控制单元，在与所述两个交流旋转电机对应的各变换器中，根据述通电状态的控制。
4. 根据权利要求2所述的电力控制装置，其中所述控制单元，使用所述脉冲宽度调制法控制与所述两个交流旋转电 机的一方对应的第一变换器，根据所述交流电力的通电方向使与所述两个 交流旋转电机的另一方对应的第二变换器的上臂和下臂交替地导通。
5. 根据权利要求l所述的电力控制装置，其中所述控制单元，当从所述电源进行所述蓄电装置的充电时，使用所述脉冲宽度调制法控制与所述两个交流旋转电机的 一方对应的第 一变换器， 使与所述两个交流旋转电机的另 一方对应的第二变换器停止。
6. 根据权利要求l所述的电力控制装置，其中 所述两个交流旋转电机的各个和车辆地线之间的寄生电容，比其它的交流旋转电机的各个和所述车辆地线之间的寄生电容大。
7. 根据权利要求l所述的电力控制装置，其中，还具备 在所述电力线对和车辆地线之间配置的线路旁通电容器；和 当从所述电源进行所述蓄电装置的充电时，将经由所述线路旁通电容器在所述电力线对和所述车辆地线之间形成的电路切断的切断装置。
8. —种车辆，具备从所述多个交流旋转电机的至少一个接受驱动转矩的车轮；和 根据权利要求1~7中任一项所述的电力控制装置。
全文摘要
本发明提供一种电力控制装置和具备它的车辆。在电动发电机MG1、MG2的中性点(N1、N2)分别连接有电力线(ACL1、ACL2)，经由电力线(ACL1、ACL2)在车辆与车辆外部的负载(90)之间进行电力的授受。这时，ECU(30)对变换器(10、20)的一方各相同时地进行PWM控制，将另一方的变换器控制为常时通电状态。
文档编号B60L11/18GK101595008SQ20078004730
公开日2009年12月2日 申请日期2007年12月18日 优先权日2006年12月19日
发明者及部七郎斋, 胁本亨, 藤竹良德 申请人:丰田自动车株式会社;株式会社日本自动车部品综合研究所