电动车辆的电源系统及其控制方法

专利名称：电动车辆的电源系统及其控制方法
技术领域：
本发明涉及电动车辆的电源系统及其控制方法，更特定地涉及搭载了可以通过车辆外部的电源充电的蓄电装置的电动车辆的电源系统及其控制方法。
背景技术：
作为构成为能够使用来自以二次电池为代表的车载蓄电装置的电力，来驱动车辆驱动用电动机的电动车辆，已知有电动车辆、混合动力车辆、或燃料电池车辆。电动车辆中， 公开了通过车辆外部的电源(以下，也简称为“外部电源”)，对车载蓄电装置充电的结构。 另外，以下，将由外部电源实现的蓄电装置的充电也简称为“外部充电”。例如，日本特开2009-027774号公报中，作为能够外部充电的车辆，记载了如下结构，其中包含能够从车辆外部充电的电池Bl ；对电池Bl的电压进行降压的DC/DC转换器 33 ；通过DC/DC转换器33的输出而被充电的电池B3 ；和接受从电池B3电力供给的辅机(辅助设备)负载35。特别地，在专利文献1的结构中，在车辆运行时连续运行DC/DC转换器33，另一方面，在外部充电时，对应于电池B3的输出电压，间歇运行DC/DC转换器33。如此，外部充电时的充电效率得以改善。现有技术文献专利文献1 日本特开2009-027774号公报

发明内容
发明要解决的问题但是，在专利文献1的结构中，即使在外部充电时，也共用在车辆运行时使用的比较大容量的DC/DC转换器，产生辅机系统(低电压系统)的电压(电池B3的充电电压)。因此，即使是进行间歇运行，也因为DC/DC转换器的电力损失比较大，在外部充电时的提高效率上存在界限。另一方面，兼顾充电效率的提高，需要采用能保证确实地电力供给的结构， 使得即使在外部充电时低电压系统设备的工作也不产生故障。进而，专利文献1中，是如此的结构在外部充电时，也因为向所述DC/DC转换器供给电力，主电池即电池Bl的电压也被施加到升压转换器和/或变换器的高电压系统电路群。如此，在不进行车辆行驶的外部充电时，也由于向高电压系统电路群施加主电池的电压，存在设备的耐久寿命降低的担忧。本发明是为了解决如此的问题点而完成的，本发明的目的在于在能够通过外部电源充电的电动车辆中，在外部充电时确实地供给低电压系统的电力、同时提高充电效率， 并且防止外部充电导致的设备的耐久寿命降低。用于解决问题的技术方案按照本发明的电动车辆的电源系统，是构成为能够通过车辆外部的外部电源充电的电动车辆的电源系统，包含能够再充电的主蓄电装置以及副蓄电装置、充电器、电力控制单元、第一通断器以及第二通断器、多个辅机负载、第一电压转换器以及第二电压转换器、和控制装置。充电器构成为在通过所述外部电源对主蓄电装置充电的外部充电时，将来自外部电源的供给电力变换为主蓄电装置的充电电力。电力控制单元构成为通过主蓄电装置与电动机之间的电力变换，驱动控制车辆驱动力产生用的电动机。第一通断器连接在主蓄电装置与电力控制单元之间。第二通断器与第一通断器并联地连接在充电器和主蓄电装置之间。多个辅机负载构成为通过来自与副蓄电装置连接的电源配线的辅机系统电力的供给动作。第一电压转换器构成为将主蓄电装置的输出电压转换为副蓄电装置的输出电压水平，向电源配线输出。第二电压转换器构成为将充电器的输出电压转换为副蓄电装置的输出电压水平，并且，其输出容量比第一电压转换器小。控制装置通过来自副蓄电装置的电力供给动作，用于控制第一通断器以及第二通断器的接通以及断开，和第一电压转换器以及第二电压转换器的动作以及停止。并且，控制装置构成为在外部充电开始时，断开第一通断器另一方面接通第二通断器，并且，停止第一电压转换器另一方面使第二电压转换器动作、 且在外部充电的执行过程中判断为辅机系统电力不足的情况下，使第一电压转换器动作。按照本发明的电源系统的控制方法，是构成为能够通过车辆外部的外部电源充电的电动车辆的电源系统的控制方法，电源系统包含所述主蓄电装置以及副蓄电装置、所述充电器、所述电力控制单元、所述第一通断器以及第二通断器、所述多个辅机负载、所述第一电压转换器以及第二电压转换器、和所述控制装置。并且，控制方法包含在外部充电开始时确认第一通断器断开的步骤；确认为第一通断器的断开后，接通第二通断器并且启动第二电压转换器的步骤；在第二通断器接通后通过充电器的输出对主蓄电装置进行外部充电的步骤；以及在外部充电过程中判断为辅机系统电力不足的情况下，使第一电压转换器动作的步骤。根据所述电动车辆的电源系统及其控制方法，在外部充电时，因为停止第一电压转换器(主DC/DC转换器)，另一方面，通过小容量的第二电压转换器(副DC/DC转换器) 供给辅机系统电力，所以能够提高外部充电的效率。进一步，在第二电压转换器的输出不够辅机电力的情况下，能够使第一电压转换器工作，因此能够确实地使控制装置以及辅机负载动作。进一步，通过在外部充电时断开第一通断器，能够避免向电力控制单元等的后端电路设备不必要地施加高电压(主蓄电装置的输出电压)。其结果是，能够实现防止外部充电导致的设备的耐久寿命降低。如此，能够在外部充电时确实地供给低电压系统的电力同时提高充电效率，并且实现防止外部充电导致的设备的耐久寿命降低。优选，控制装置构成为在外部充电执行过程中第一电压转换器正在动作的状态下，判断为消除了辅机系统电力不足的情况下，再次停止第一电压转换器，通过第二电压转换器的输出供给辅机系统电力。或者，控制方法还包含如下步骤在外部充电执行过程中第一电压转换器正在动作的状态下，判断为消除了辅机系统电力不足的情况下，再次停止第一电压转换器。如此，因为能够将外部充电时的第一电压转换器的动作抑制为最低限度，所以能够进一步提高外部充电的效率。另外，优选，第一通断器设置在与电力控制单元连接的主电源配线和主蓄电装置之间，第一电压转换器电连接到主电源配线与电源配线之间。并且，控制装置构成为在外部充电的执行过程中使第一电压转换器动作时，一起接通第一通断器。
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如此，即使是在外部充电开始时没有将主蓄电装置的输出电压施加到第一电压转换器的系统结构，也能够在外部充电时确实地供给低电压系统的电力同时提高充电效率， 并且防止外部充电导致的设备的耐久寿命降低。进一步优选，控制装置构成为在电动车辆运行停止时，副蓄电装置的输出比预定的下限水平低时，通过接通第一通断器并且使第一电压转换器动作，由此由主蓄电装置的电力对副蓄电装置充电。或者，控制方法还还包含如下步骤在电动车辆运行停止时，副蓄电装置的输出比预定的下限水平低时，通过接通第一通断器并且使第一电压转换器动作， 由此由主蓄电装置的电力对副蓄电装置充电。如此，即使是在外部充电开始时不能使用主蓄电装置的输出的系统结构，也能够在车辆运行停止中控制副蓄电装置的充电，使得在外部充电的开始处理中确保必要的下限水平的输出。另外，优选，多个辅机负载包含经由第三通断器电连接到电源配线的第一辅机负载；以及不经由第三通断器电连接到电源配线的第二辅机负载。并且，控制装置在外部充电时断开第三通断器。如此，因为限制了外部充电时的辅机系统(低电压系统)电力的供给目的地，所以能够进一步降低第二电压转换器(副DC/DC转换器)的输出容量。其结果，能够进一步提高外部充电的效率。或者优选，控制装置或者动作步骤，在外部充电执行过程中电源配线的电压变得比预定电压低时，判断为辅机系统电力不足。特别是，预定电压对应于保证多个辅机负载以及控制装置的动作的下限电压而确定。如此，能够确实地供给低电压系统(辅机系统)的电力，使得由于辅机系统(低电压系统)的电源电压低下导致的辅机(特别是ECU)的动作中不产生故障。发明效果根据本发明，能够在可通过外部电源充电的电动车辆中，在外部充电时确实地供给低电压系统的电力同时提高充电效率，并且防止外部充电导致的设备的耐久寿命降低。


图1是表示本发明的实施方式的电动车辆的电源系统结构的框图。图2是说明本发明的实施方式的电源系统中外部充电时的辅机系统电力供给控制的框图。图3是说明本发明的实施方式的电源系统中外部充电时的控制处理步骤的流程图。图4是说明辅机系统电力供给判定的第一例的流程图。图5是说明辅机系统电力供给判定的第二例的流程图。图6是说明本发明的实施方式的电源系统中车辆运行停止中的辅机电池的充电控制的流程图。图7是表示本发明的实施方式的变形例的电动车辆的电源系统结构的框图。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的实施方式进行详细说明。并且，对以下图中的相同或者相当的部分附以同一符号，在原则上不再重复其说明。图1是表示本发明的实施方式的电动车辆的电源系统结构的框图。参照图1，电动车辆100包含主电池10、电力控制单元(PCU :Power Control Unit) 20、电动发电机 30、动力传送齿轮 40、驱动轮 50,ECU (Electronic Control Unit) 80。主电池10表示为“蓄电装置”的一个例子，代表性的是由锂离子电池和/或镍氢电池等的二次电池构成。例如，主电池10的输出电压为200V左右。或者也可以由双电荷层电容、或者由二次电池和电容的组合构成蓄电装置。P⑶20将主电池10的蓄积电力变换为用于驱动控制电动发电机30的电力。例如， 电动发电机30由永磁体型的三相同步电动机构成，并且，PCU20构成为包含变换器26。电动发电机30的输出转矩经由由减速器和/或动力分配机构构成的动力传送齿轮40传送到驱动轮，使电动车辆100行驶。电动发电机30能够在电动车辆100的再生制动动作时，通过驱动轮50的旋转力发电。然后，此发电电力通过PCU20变换为主电池10的充电电力。另外，在电动发电机30之外还搭载有发动机(未图示)的混合动力车辆中，通过使此发动机以及电动发电机30协调工作，产生必要的电动车辆100的车辆驱动力。此时， 也能够使用发动机的旋转产生的发电电力，对主电池10进行充电。也就是说，电动车辆100是表示搭载了车辆驱动力产生用的电动机的车辆，包含由发动机以及电动机产生车辆驱动力的混合动力车，没有搭载发动机的电动车辆，燃料电池车等。通过从图示的电动车辆100的结构，除去电动发电机30、动力传送齿轮40以及驱动轮50得到的部分，构成“电动车辆的电源系统”。以下，详细说明电源系统的结构。电力控制单元(P⑶)20包含转换器CNV、平滑电容C0、变换器26。转换器CNV构成为在电源配线153p的直流电压VL、和电源配线154p的直流电压 VH之间进行直流电压变换。电源配线153p以及接地配线153g分别经由系统主继电器SMRl以及SMR2，与主电池10的正极端子以及负极端子分别电连接。平滑电容CO连接到电源配线154p来平滑直流电压。同样地，平滑电容Cl连接到电源配线153p来平滑直流电压VL。转换器CNV，如图1所示，构成为包含电力用半导体开关元件(以下，也简称为“开关元件”)Ql、Q2、电抗器Ll和平滑电容Cl的斩波电路。因为在开关元件Ql、Q2分别逆并联连接有二极管，所以转换器CNV能够在电源配线153p以及电源配线154p之间进行双方向的电压变换。或者，也能够使转换器CNV工作，使得将上臂元件即开关元件Ql固定为导通(0N)，另一方面，将下臂元件即开关元件Q2固定为断开(0FF)，使电源配线154p以及电源配线153p的电压相同(VH = VL)。变换器沈是一般的三相变换器，所以关于详细的电路结构省略图示。例如，变换器26构成为在各相配置上臂元件以及下臂元件，并且各相的上下臂元件的连接点与电动发电机30的对应相的定子线圈绕组连接。电动车辆100行驶时，变换器沈通过由E⑶80对各开关元件进行导通断开控制， 将电源配线154p的直流电压变换为三相交流电压并将其向电动发电机30供给。或者，在电动车辆100再生制动动作时，变换器沈通过E⑶80对各个开关元件进行导通断开控制， 使得将来自电动发电机30的交流电压变换为直流电压，并将其向电源配线154p输出。ECU80由内置了未图示的CPU (Central Processing Unit)以及存储器的电子控制单元构成，构成为基于存储到此存储器的图以及程序，进行使用了各传感器的检测值的运算处理。或者，也可以构成为E⑶80的至少一部分由电子电路等的硬件执行预定的数值、 逻辑运算处理。ECU80概括的表示为具有电动车辆100的车辆行驶时以及外部充电时的控制功能的单元。E⑶80通过由电源配线156p供给低电压系统的电源电压而工作。并且，本实施方式中，“车辆行驶时”是表示通过点火开关的操作电动车辆100成为能够行驶的状态。也就是说，关于车速=0的状态，也包含于“车辆行驶时”。另一方面，主电池10的外部充电，在车辆行驶时不进行。电动车辆100的电源系统，作为低电压系统(辅机系统)的结构，进一步包含主 DC/DC转换器60、辅机电池70、电源配线155p、电源配线156p、和继电器RL3。辅机电池70 连接到电源配线155p以及接地配线155g。辅机电池70与主电池10同样地，表示为“蓄电装置”的一个例子。例如，辅机电池70由铅蓄电池构成。辅机电池70的输出电压相当于低电压系统的电源电压Vs。此电源电压Vs的额定值比主电池10的输出电压低，是例如12V 左右ο主DC/DC转换器60构成为对与主电池10的输出电压相当的直流电压VL进行降压，将其变换为低电压系统的电源电压Vs、即辅机电池70的输出电压水平的直流电压。主 DC/DC转换器60代表性地是包含半导体开关元件(未图示)的开关调整器(regulator)， 能够适用公知的任意的电路结构。主DC/DC转换器60的输出侧和电源配线155p连接。主DC/DC转换器60的输入侧和电源配线153p以及接地配线153g连接。但是，主DC/DC转换器60的输入侧，即使不经由系统主继电器SMR1、SMR2直接和主电池10的正极以及负极连接，也能够根据主电池10 的输出来产生低电压系统的电源电压Vs。在电源配线155p以及电源配线156p之间，电连接有继电器RL3。继电器RL3是控制对动力传动系统的构成设备的给电的继电器，基本上，在电动车辆的系统启动时(例如， IG接通时)接通。也就是说，车辆行驶时，继电器RL3为接通状态。进一步，即使在IG开关为断开，继电器RL3在外部充电时也接通。在电源配线155p上连接即使在IG断开时也工作的低电压系统的辅机负载群95。 辅机负载群95包含例如音响设备、导航设备、照明设备(危险信号灯、室内灯、头灯等) 等。这些辅机负载群分别在车辆运行中以及外部充电时，通过根据使用者操作而工作，从而消耗电力。在电源配线156p除了 E⑶30还连接有在IG接通时工作的低电压系统的辅机负载群90。辅机负载群90的一部分，即使在外部充电时也工作而消耗电力。并且，图1中虽然作为不同要素记载，但是关于充电器110、主DC/DC转换器60以及副DC/DC转换器115，在电源供给系统上的分类中可包含于辅机负载群90。另外，在电源配线153p以及接地配线153g连接有将主电池10的输出电压作为电源而工作的高压辅机98。高压辅机98例如包含空调用变换器(A/C变换器)。
进一步，电动车辆100的电源系统，作为用于主电池10的外部充电的结构，包含充电连接器105、充电器110、副DC/DC转换器115、和继电器RL1、RL2。充电连接器105通过在与外部电源400连接的状态下与充电电缆的充电插头410 连接，从而与外部电源400电连接。此外，在充电电缆内置有用于切断外部电源400的充电路径的继电器405。一般来说，外部电源400由商用交流电源构成。此外，代替图1所示的结构，也可以是使外部电源400和电动车辆100非接触而使其电磁耦合来供给电力的结构，具体的是在外部电源侧设置初级线圈，并且在车辆侧设置次级线圈，利用初级线圈和次级线圈之间的相互感应，从外部电源400向电动车辆100供给电力。即使在进行如此的外部充电的情况下，对来自外部电源400的供给电力进行变换的充电器110以后的结构也能够共用。电源配线151电连接充电连接器105与充电器110之间。充电器110将向电源配线151传送的，来自外部电源400的交流电压，变换为用于向主电池10充电的直流电压。变换后的直流电压被输出到电源配线152p以及接地配线152g之间。充电器110通过输出电压和/或输出电流的反馈控制，按照外部充电时的充电指令，对主电池10充电。此充电指令对应于主电池10的状态，例如SOCGtate Of Charge)和/或温度而设定。继电器RLl电连接到电源配线152p以及主电池10的正极之间。继电器RL2电连接到接地配线152g以及主电池10的负极之间。畐Ij DC/DC转换器115将由充电器110变换来的直流电压(主电池10的充电电压) 变换为低电压系统(辅机系统)的电源电压Vs、即辅机电池70的输出电压水平的直流电压。畐O DC/DC转换器115的输出被供给到电源配线155p。畐O DC/DC转换器115也可以与充电器110 —体构成。副DC/DC转换器115与主DC/DC转换器60同样地，由包含半导体开关元件(未图示)的开关调整器构成，能够适用公知的任意的电路结构。继电器RLl RL3以及系统主继电器SMR1、SMR2各自，代表性地由在未图示的励磁电路的励磁电流的供给时接通(ON)，另一方面在励磁电流的非供给时断开(OFF)的电磁继电器构成。但是，只要是能够控制通电路径的导通(ON)/切断(OFF)的通断器，能够使用任意的电路要素作为该继电器或者系统主继电器。另外，关于对应于外部充电结构而设置的继电器RL1、RL2，也称为“外部充电继电器”。E⑶80生成用于控制系统主继电器SMR1、SMR2以及继电器RLl RL3的接通断开的，控制指令SMUSM2以及SLl SL3。应答控制指令SMUSM2以及SLl SL3的每个，将辅机电池70作为电源，产生对应的系统主继电器或者继电器的励磁电流。然后，说明车辆行驶时以及外部充电时各自的电源系统的工作。车辆行驶时，接通系统主继电器SMRl、SMR2，另一方面，断开外部充电继电器RLl、 RL2。另外，继电器RL3对应于点火开关的接通(IG接通)而接通。如此，来自主电池10的输出电压，经由接通状态的系统主继电器SMR1、SMR2传送到电源配线153p以及接地配线153g。也就是说，和主电池10电连接的电源配线153p上的电力，由rcU20用于电动发电机30的驱动控制。进一步，通过断开状态的外部充电器RL1、 RL2，以充电器110为首的外部充电结构从主电池10以及电源配线153p以及接地配线153g 电切断。其结果，使用主电池10的电力来使电动车辆100行驶，另一方面，能够保护以充电
10器110为首的用于外部充电的电路群。低电压系统(辅机系统)中，在车辆行驶时，停止副DC/DC转换器115，另一方面， 使主DC/DC转换器60工作，从主电池10的输出电压产生低电压系统的电源电压Vs。通过接通继电器RL3，也向E⑶80以及辅机负载群90供给电源电压Vs。另外，主DC/DC转换器 60的电力容量(额定输出)，设置为能够包含车辆行驶时的辅机负载群90、95的消耗电力。与此相对，在外部充电时，接通外部充电继电器RLl、RL2，另一方面，断开系统主继电器SMR1、SMR2。如此，经由接通状态的外部充电继电器RL1、RL2，通过由充电器110对来自外部电源400的输出电压进行变换得到的直流电压，对主电池10充电。另外，通过断开状态的系统主继电器SMR1、SMR2，将电源配线153p以及接地配线 153g从充电器110以及主电池10电切断。如此，因为不向以P⑶20为首的高压系统设备施加主电池10的输出电压(直流电压VL)，所以能够防止高电压系统设备的构成部件的耐久寿命由于外部充电而降低。低电压系统(辅机系统)中，在外部充电时，使副DC/DC转换器115工作，另一方面，基本上停止主DC/DC转换器60。也就是说，在主DC/DC转换器60中将开关元件固定为断开OFF，由此成为不产生随着电力变换的电力损失的状态。在外部充电时，与点火开关的操作独立地接通继电器RL3。如此，即使是外部充电时，也能够由辅机电池70以及/或者副DC/DC转换器115，向E⑶80以及辅机负载群90，95 供给电源电压Vs。副DC/DC转换器115的电力容量(额定输出)，设计为能够涵盖在外部充电时的辅机系统(低电压系统)通常的消耗电力。也就是说，外部充电时使用的副DC/DC转换器 115的输出容量(例如，额定电流为10 IOOmA级别)，与需要供给车辆行驶时的ECU80以及辅机负载群90、95的消耗电力的主DC/DC转换器60的输出容量(例如，额定电流为100A 级别)比较，能够抑制得更低。也就是说，副DC/DC转换器115的消耗电力大幅低于主DC/DC转换器60的消耗电力。如此，在外部充电时，通过停止主DC/DC转换器60，另一方面由副DC/DC转换器115产生低电压系统的电源电压Vs，能够提高外部充电效率。但是，因为如上所述将副DC/DC转换器115的电力容量设定得较低，所以考虑由于辅机负载群90以及/或者辅机负载群95的使用状况，副DC/DC转换器115的输出电力不足的情况。因此，本实施方式的电动车辆的电源系统中，执行以下说明的辅机系统的电力供
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口 ο图2是说明本实施方式的电动车辆的电源系统中外部充电时的辅机系统(低电压系统)电力供给控制的框图。参照图2，控制电路85按照控制指令SDC，控制副DC/DC转换器115的工作以及停止。进一步，控制电路85生成指示主DC/DC转换器60的工作以及停止的控制指令MDC以及指示系统主继电器SMRl、SMR2的接通断开的控制指令SMl、SM2。控制电路85相当于由 ECU80实现的、控制外部充电时的低电压系统的电力供给的功能单元。副DC/DC转换器115在工作时输出与低电压系统的电源电压相当的额定电压。例如，副DC/DC转换器115通过控制开关元件的占空比来使输出电流Idcs变化，以使得维持额定电压的输出。输出电流Idcs在副DC/DC转换器115的额定容量(电力、电流)的范围内变化。也就是说，在即使是通过对应于额定容量的最大输出电流Imax也不能涵盖低电压辅机系统的消耗电力(以下，也简称为辅机系统电力)时，为了通过来自辅机电池70的电力来供给辅机负载群90、95的消耗电力，辅机电池70的SOC降低，由此其输出电压(即电源电压Vs)也降低。特别地，当电源电压Vs比保证E⑶80等工作的下限电压低时，存在电源系统不能正常工作的担心。控制电路85在外部充电开始时，由控制指令MDC指示主DC/DC转换器60的停止， 并且断开系统主继电器SMR1、SMR2。并且，在外部充电中，在判断为副DC/DC转换器115的输出不够辅机负载群90、95 的消耗电力时，控制电路85通过控制指令MDC，使主DC/DC转换器60工作。此时，可以由主 DC/DC转换器60和副DC/DC转换器115两者产生向辅机负载群90，95的供给电力，也可以仅由主DC/DC转换器60产生辅机电力。如此，能够使用主DC/DC转换器60，向辅机负载群90、95供给比副DC/DC转换器 115更大的电力。进一步，图1的结构例子中，为了连接在主DC/DC转换器60与主电池10 之间，控制电路85需要通过控制指令SMl、SM2接通系统主继电器SMR1、SMR2。如上所述，当副DC/DC转换器115的输出不足时，电源电压Vs降低，因此控制电路 85在电源电压Vs比预定的下限电压Vmin低时，能够判断为副DC/DC转换器115的输出不足。此下限电压Vmin，如上所述，能够对应于保证E⑶80等工作的下限电压而确定。控制电路85也可以在电源电压Vs以外，通过将辅机电池70的SOC和判定值比较， 判定副DC/DC转换器115的输出是否不足。关于辅机电池70的S0C，能够基于通常的电池 SOC的计算方法，例如，基于由未图示的电流传感器检测出的充放电电流的累计值、或者由未图示的电压传感器检测出的开路电压来求得。或者，控制电路85也可以基于辅机负载群 90、95的工作状态(例如，各设备的开关)，判定副DC/DC转换器115的输出是否不足。例如，也可以在外部充电时不必使用的设备、且消耗电力比较大的特定的辅机负载(例如，头灯等)工作时，判断为副DC/DC转换器115的输出不足。图3是说明本发明的实施方式的电源系统中外部充电时的控制处理步骤的流程图。此外，从图3开始的以下说明的流程图的各个步骤，虽然基本上由ECU80进行的软件处理来实现，但也可以由硬件处理来实现。参照图3，E⑶80通过步骤S100，判定外部充电开始条件是否成立。例如，在充电连接器105经由正常安装的充电电缆(充电插头410)和外部电源400电连接，并且在外部充电通过使用者进行开关操作、或者基于时间等的自动设定而被要求时，步骤SlOO被判定为是(YSE)，开始外部充电。在步骤SlOO的否(NO)判定时，不进行以下的处理。当开始外部充电时(S100被判定为是时)，E⑶80通过步骤S105，确认系统主继电器SMR1、SMR2接通。如果在系统主继电器SMR1、SMR2接通ON的情况下，ECU80通过控制指令SMI、SM2，确实地使系统主继电器SMR1、SMR2断开。为了开始外部充电，E⑶80通过步骤S110，接通外部充电继电器RLl、RL2以及继电器RL3，并且使副DC/DC转换器115工作。进一步，ECU80维持主DC/DC转换器60的停止以及系统主继电器SMR1、SMR2的断开。当完成步骤SlOO SllO的开始处理时，ECU80通过步骤S120，使用充电器110，通过来自外部电源400的电力对主电池10充电。然后，E⑶80在外部充电中，通过步骤S130执行辅机系统的电力供给判定。图4中示出图3的步骤S130进行的辅机系统电力供给判定的详细内容。参照图4，E⑶80通过步骤S131，判定在外部充电开始时停止的主DC/DC转换器 60是否处于工作中。然后，若主DC/DC转换器60处于工作中(步骤131被判定为是时)， ECU80维持现在的状态，即使用主DC/DC转换器60产生低电压系统(辅机系统)的电源电压。E⑶80在主DC/DC转换器60停止时(步骤131被判定为否时)，通过步骤S132， 判定从副DC/DC转换器115供给的辅机系统电力是否不足。然后，在辅机系统电力不足时 (步骤S132被判定为是时)，E⑶80通过步骤S133，使主DC/DC转换器60工作。在图1的构成例中，随之接通系统主继电器SMRl、SMR2。如此，使用主DC/DC转换器60，优选通过副 DC/DC转换器115以及主DC/DC转换器60两者，产生低电压系统(辅机系统)的电源电压， 因此能够确保E⑶80以及辅机负载群90、95必要的工作电力。另一方面，在辅机系统电力没有不足时(步骤133被判定为否时)，E⑶80通过步骤S134，维持主DC/DC转换器60的停止状态。也就是说，步骤S132的判定，能够与图3所示的控制电路85生成控制指令MDC同样地进行。或者，如图5所示，也可以对图4的流程图追加步骤S136作为主DC/DC转换器60
一旦工作之后的处理。E⑶80在步骤S131被判定为是时，也就是说，主DC/DC转换器60处于工作中时， 通过步骤S136，判定是否通过主DC/DC转换器60的使用，消除了辅机系统电力的不足。例如，在电源电压Vs和/或辅机电池70的SOC超过预定值而得以恢复时，步骤S136被判定为是，否则被判定为否。然后，E⑶80在步骤S136被判定为是时，处理进入步骤S134，再次停止主DC/DC转换器60。进一步，也断开系统主继电器SMR1、SMR2。如此，再次通过副DC/DC转换器115产生低电压系统(辅机系统)的电源电压。如此，因为能够最低限度地抑制外部充电时的主 DC/DC转换器60的工作期间，所以能够进一步提高外部充电的效率。此外，通过步骤S134 再次停止主DC/DC转换器60时，在下一次执行步骤S130时，步骤S130被判定为否。另一方面，E⑶80在步骤S136被判定为否时，处理进入步骤S133，维持主DC/DC转换器60的工作。如此，为了消除电力不足，使用主DC/DC转换器60，优选通过主DC/DC转换器60以及副DC/DC转换器115两者，产生低电压系统的电源电压。根据如上所述的图4或者图5的流程图，通过低电压系统电力供给判定(S130)，为了提高外部充电时的效率，基本上，能够使主DC/DC转换器60停止而通过小容量的副DC/DC 转换器115，供给辅机系统电力。进一步，在通过副DC/DC转换器115的输出不能确保E⑶80 以及辅机负载群90、95的消耗电力的情况下，通过使主DC/DC转换器60工作，能够使需要工作的E⑶80以及辅机负载群90，95正常工作。再次参照图3，ECU80按照步骤S130的低电压系统电力供给判定来供给辅机系统电力，同时进行主电池10的外部充电(S120)。在外部充电中，ECU80以一定周期通过步骤 S130，判定主电池10的充电是否完成。例如，基于主电池10的SOC和/或充电电力量、充电时间等，能够执行步骤S140的判定。然后，因为在完成充电之前的期间步骤S140被判定为否，所以反复执行步骤
13S120、S130。也就是说，在按照辅机系统(低电压系统)的电力消耗状况来适当控制主DC/ DC转换器60的停止以及工作之后，能够产生外部充电时的低电压系统的电源电压。另一方面，当充电完成时(S140被判定为是时)，E⑶80通过步骤S150，执行外部充电的结束处理。在外部充结束处理中，例如，断开处于接通状态的外部充电继电器RL1、RL2 和/或继电器405(充电电缆)。如此，根据本实施方式的电动车辆的电源系统，在外部充电时，停止主DC/DC转换器60，另一方面，通过副DC/DC转换器115供给辅机系统电力，因此能够提高外部充电效率。 进一步，在副DC/DC转换器115的输出容量不够辅机系统电力的情况下，能够使主DC/DC转换器60工作，因此能够实现外部充电效率的提高，同时确实地使E⑶80以及辅机负载群90、 95工作。另外，在外部充电时，基本上断开系统主继电器SMR1、SMR2，因此能够避免对不需要工作的PCU20等后端的电路设备施加高电压(主电池10的输出电压)。其结果，能够实现防止由于外部充电导致的设备的耐久寿命降低。此外，本实施方式的电动车辆的电源系统(图1)中，在主电池10以及主DC/DC转换器60之间，连接有系统主继电器SMRl、SMR2。如此，在外部充电开始时，在不能通过主DC/ DC转换器60供给电源电压的状态下，需要进行继电器控制(至少外部充电继电器RLl、RL2 或者系统主继电器SMR1、SMR2接通)。因此，需要将辅机电池70的输出确保为比能够供给继电器的励磁电流的下限水平高。如此，在车辆运行结束后，即在可以进行外部充电的期间，优选E⑶80按每一预定周期执行用于辅机电池70的充电控制的、按照图6所示的流程图的控制处理。参照图6，E⑶80通过步骤S200，在车辆运行停止中，例如以预定周期判定点火开关是否断开。基本上，在车辆运行停止时、即点火开关断开操作时，系统主继电器SMR1、SMR2 被断开，并且主DC/DC转换器60停止。E⑶80在车辆运行停止中，(S200被判定为是时)，确认步骤SllO中的辅机电池70 的输出是否低于下限水平。例如，基于辅机电池70的SOC或者电源电压Vs，执行步骤S210 的判定。此下限水平能够对应于可得到用于接通外部充电继电器RL1、RL2或者系统主继电器SMR1、SMR2的输出(例如，励磁电流的产生)的输出水平而确定。在辅机电池70的输出低时(S210被判定为是时)，E⑶80通过步骤S220，接通系统主继电器SMR1、SMR2，并且通过使主DC/DC转换器60工作，对主电池10的输出电压进行降压，从而对辅机电池70充电。如此，控制充电状态，以使得即使在车辆运行停止中也将辅机电池70的输出确保为所述下限水平。另一方面，E⑶80在S210被判定为否时，通过步骤S230，断开系统主继电器SMRl、 SMR2，并且停止主DC/DC转换器60。通过图6所示的辅机电池充电控制，在将外部充电开始时从主电池10切断主DC/ DC转换器60作为基本的结构中，也能够确实地确保外部充电开始处理时必要的辅机电池 70的输出。(电源系统结构的变形例)图7是表示本发明的实施方式的变形例的电动车辆的电源系统结构的框图。在图7所示的变形例的电源系统中，除了图1所示的电源系统的结构，在还包含继电器RL4这一点上不同。并且，图1所示的E⑶80以及辅机负载群90被分类为不经由继电器RL4而连接到电源配线156p的E⑶ 辅机负载群81 ；和经由继电器RL4连接到电源配线156p的E⑶·辅机负载群82。继电器RL4在车辆行驶时接通，另一方面，在外部充电时断开。如此，E⑶·辅机负载群81由ECU以及辅机负载群90中的外部充电时所使用的设备群构成。另一方面，E⑶ 辅机负载群82由外部充电时不使用的E⑶以及辅机负载构成。 也就是说，在图1的E⑶80中的至少对应于控制电路85 (图2)的部分，需要包含于E⑶·辅机负载群82。图7的电源系统的其他部分的结构以及工作，与图1的电源系统同样，因此不再重复详细的说明。图7的变形例的电源系统中，因为外部充电时的低电压系统的电源电压的供给目的地被限制，所以能够降低外部充电时的ECU以及辅机的消耗电力，并且能够进一步减小副DC/DC转换器115的容量。其结果，能够进一步提高外部充电时的效率。此外，在图1以及图7的结构中，主电池10对应于“主蓄电装置”，辅机电池70对应于“副蓄电装置”。另外，主DC/DC转换器60对应于“第一电压转换器”，副DC/DC转换器 115对应于“第二电压转换器”。进一步，系统主继电器SMR1、SMR2对应于“第一通断器”，外部充电继电器RL1、RL2对应于“第二通断器”。另外，电源配线155p对应于供给辅机电力的 “电源配线”，电源配线153p以及接地配线153g对应于“主电源配线”，E⑶80对应于“控制
； ε 且。进一步，图7的结构中，继电器RL4对应于“第三通断器”，E⑶·辅机负载群81对应于“第一辅机负载”，ECU ·辅机负载群82对应于“第二辅机负载”。另外，在本实施方式及其变形例中，电源配线153p以后(负载侧)的结构，并不限定为图示的结构。例如，关于P⑶20的结构，也可以是省略转换器CNV，将主电池10的输出电压直接作为变换器26的直流侧电压。进一步，关于电源系统的负载，也能够是包含产生车辆驱动力的结构的任意的结构。也就是说，本发明能够共通地适用于包含没有搭载发动机的电动车辆以及燃料电池车辆、以及搭载了发动机的混合动力车辆，并搭载能够外部充电的蓄电装置、构成为能够通过该蓄电装置的电力而驱动的车轮驱动力产生用的电动机的电动车辆。应该认为，本次所公开的实施方式在所有的方面都是例示而不是限制性的内容。 本发明的范围不是由上述的说明而是由权利要求表示，包括与权利要求等同的意思以及范围内的所有的变更。产业上的可利用性本发明能够适用于搭载了能够通过车辆外部的电源进行充电的蓄电装置的电动车辆。符号的说明10主电池，20 P⑶，沈变换器，30电动发动机，40动力传送齿轮，50驱动轮，60主 DC/DC转换器，70辅机电池，80 ECU，81、82 ECU ·辅机负载群，85控制电路，90、95辅机负载群，98高压辅机，100电动车辆，105充电连接器，110充电器，115副DC/DC转换器，151、 152p、153p、154p、155p、156p 电源配线，152g、153g、155g 接地配线，400 外部电源，405 继电器，410充电插头，CO、Cl平滑电容，CNV转换器，Idcs输出电流，Ll电抗器，MDC控制指令(主DC/DC转换器)，Q1、Q2电力用半导体开关元件，RLU RL2外部充电继电器，RL3、RL4继电器(低电压系统)，SMI、SM2控制指令(系统主继电器)，SDC控制指令(副DC/DC转换器)，SMR1、SMR2系统主继电器，VH、VL直流电压，Vs电源电压(低电压系统)。
权利要求
1.一种电动车辆的电源系统，是构成为能够通过车辆外部的外部电源(400)充电的电动车辆(100)的电源系统，包含能够再充电的主蓄电装置(10)以及副蓄电装置(70)；构成为在通过所述外部电源对所述主蓄电装置充电的外部充电时，将来自所述外部电源的供给电力变换为所述主蓄电装置的充电电力的充电器(110)；构成为通过所述主蓄电装置与所述电动机之间的电力变换，驱动控制车辆驱动力产生用的电动机(30)的电力控制单元00)；连接在所述主蓄电装置与所述电力控制单元之间的第一通断器(SMR1，SMR2)， 与所述第一通断器并联地连接在所述充电器和所述主蓄电装置之间的第二通断器 (RLl，RL2)，构成为通过来自与所述副蓄电装置连接的电源配线(155p)的辅助设备系统电力的供给动作的多个辅助设备负载(90，95/81，82，95)；构成为将所述主蓄电装置的输出电压转换为所述副蓄电装置的输出电压水平，向所述电源配线输出的第一电压转换器(60)；构成为将所述充电器的输出电压转换为所述副蓄电装置的输出电压水平，向所述电源配线输出的、输出容量比所述第一电压转换器小的第二电压转换器(115)；以及通过来自所述副蓄电装置的电力供给动作，用于控制所述第一通断器以及所述第二通断器的接通以及断开，和所述第一电压转换器以及所述第二电压转换器的动作以及停止的控制装置，所述控制装置，构成为在所述外部充电开始时，断开所述第一通断器另一方面接通所述第二通断器，并且，停止所述第一电压转换器另一方面使所述第二电压转换器动作、且在所述外部充电的执行过程中判断为所述辅助设备系统电力不足的情况下，使所述第一电压转换器动作。
2.如权利要求1所述的电动车辆的电源系统，其中，所述控制装置(80)，构成为在所述外部充电执行过程中所述第一电压转换器(60)正在动作的状态下，判断为消除了所述辅助设备系统电力不足的情况下，再次停止所述第一电压转换器，通过所述第二电压转换器的输出供给所述辅助设备系统电力。
3.如权利要求1所述的电动车辆的电源系统，其中，所述第一通断器(SMR1，SMR2)，设置在与所述电力控制单元00)连接的主电源配线 (153p，153g)和所述主蓄电装置(10)之间，所述第一电压转换器(60)，电连接到所述主电源配线与所述电源配线(155p)之间， 所述控制装置(80)，构成为在所述外部充电的执行过程中使所述第一电压转换器动作时，一起接通所述第一通断器。
4.如权利要求3所述的电动车辆的电源系统，其中，所述控制装置(80)，构成为所述电动车辆运行停止时，所述副蓄电装置(70)的输出比预定的下限水平低时，通过接通所述第一通断器(SMR1，SMR2)并且使所述第一电压转换器(60)动作，由此由所述主蓄电装置(10)的电力对所述副蓄电装置充电。
5.如权利要求1 3中任一项所述的电动车辆的电源系统，其中， 所述多个辅助设备负载，包含经由第三通断器(RL4)电连接到所述电源配线(155p)的第一辅助设备负载(81)；以及不经由所述第三通断器电连接到所述电源配线的第二辅助设备负载(82)， 所述控制装置(80)，在所述外部充电时断开所述第三通断器。
6.如权利要求1 3中任一项所述的电动车辆的电源系统，其中，所述控制装置(80)，在所述外部充电执行过程中所述电源配线(155p)的电压(Vs)变得比预定电压(Vmin)低时，判断为所述辅助设备系统电力不足。
7.如权利要求6所述的电动车辆的电源系统，其中，所述预定电压(Vmin)，对应于保证所述多个辅助设备负载(81，82，95)以及所述控制装置(80)的动作的下限电压确定。
8.一种电动车辆的电源系统的控制方法，是构成为能够通过车辆外部的外部电源 (400)充电的电动车辆(100)的电源系统的控制方法，所述电源系统包含能够再充电的主蓄电装置(10)以及副蓄电装置(70)；构成为在通过所述外部电源对所述主蓄电装置充电的外部充电时，将来自所述外部电源的供给电力变换为所述主蓄电装置的充电电力的充电器(110)；构成为通过所述主蓄电装置与所述电动机之间的电力变换，驱动控制车辆驱动力产生用的电动机的电力控制单元00)；连接在所述主蓄电装置与所述电力控制单元之间的第一通断器(SMR1，SMR2)； 与所述第一通断器并联地连接在所述充电器和所述主蓄电装置之间的第二通断器 (RLl，RL2)；构成为通过来自与所述副蓄电装置连接的电源配线(155p)的辅助设备系统电力的供给动作的多个辅助设备负载(90，95/81，82，95)；构成为将所述主蓄电装置的输出电压转换为所述副蓄电装置的输出电压水平，向所述电源配线输出的第一电压转换器(60)；以及构成为将所述充电器的输出电压转换为所述副蓄电装置的输出电压水平，向所述电源配线输出的、输出容量比所述第一电压转换器小的第二电压转换器(115)， 所述控制方法，包含在所述外部充电开始时确认所述第一通断器断开的步骤(S105)； 确认为所述第一通断器的断开后，接通所述第二通断器并且启动所述第二电压转换器的步骤(SllO)；在所述第二通断器接通后通过所述充电器的输出对所述主蓄电装置进行外部充电的步骤(S120)；以及在所述外部充电过程中判断为所述辅助设备系统电力不足的情况下，使所述第一电压转换器动作的步骤(S133)。
9.如权利要求8所述的电动车辆的电源系统的控制方法，其中，还包含在所述外部充电执行过程中所述第一电压转换器(60)正在动作的状态下， 判断为消除了所述辅助设备系统电力不足的情况下，再次停止所述第一电压转换器的步骤 (S134)。
10.如权利要求8所述的电动车辆的电源系统的控制方法，其中，所述第一通断器(SMR1，SMR2)，设置在与所述电力控制单元00)连接的主电源配线 (153p，153g)和所述主蓄电装置(10)之间，所述第一电压转换器(60)，电连接到所述主电源配线与所述电源配线(155p)之间， 所述控制方法，还包含所述电动车辆运行停止时，所述副蓄电装置(70)的输出比预定的下限水平低时，通过接通所述第一通断器(SMR1，SMR2)并且使所述第一电压转换器(60)动作，由此由所述主蓄电装置(10)的电力对所述副蓄电装置充电的步骤(S200-S220)。
11.如权利要求8 10中任一项所述的电动车辆的电源系统的控制方法，其中，所述动作的步骤(S133)，在所述外部充电执行过程中所述电源配线(155p)的电压 (Vs)变得比预定电压(Vmin)低时，判断为所述辅助设备系统电力不足。
12.如权利要求11所述的电动车辆的电源系统的控制方法，其中，所述预定电压(Vmin)对应于保证所述多个辅助设备负载(81，82，％)以及所述控制装置(80)的动作的下限电压确定。
全文摘要
在外部电源时接通外部充电继电器(RL1、RL2)，另一方面断开系统主继电器(SMR1、SMR2)。如此，不对PCU(20)施加主电池(10)的输出电压，能够通过来自外部电源(400)的电力，对主电池(10)进行充电。在外部充电时，辅机系统(低电压系统)的电源电压(Vs)，基本上，使车辆行驶时所使用的大容量的主DC/DC转换器(60)停止而通过小容量的副DC/DC转换器(115)来产生。进一步，在通过副DC/DC转换器(115)的输出不够辅机系统的消耗电力的情况下，ECU(80)使主DC/DC转换器(60)工作，因此能够实现外部充电的效率提高，同时确实地使ECU(80)以及辅机负载群(90、95)工作。
文档编号B60L11/18GK102470769SQ20098016081
公开日2012年5月23日 申请日期2009年8月7日 优先权日2009年8月7日
发明者植尾大辅, 益田智员 申请人:丰田自动车株式会社