电动汽车的制作方法

本说明书公开的技术涉及电动汽车。

背景技术：

电动汽车具备将直流电源的输出电力变换为行驶用的马达的驱动电力的电力变换器。在日本特开2017-165377中，公开了这样的电动汽车(混合动力车)。此外，在本说明书中的“电动汽车”中，包括具备马达和引擎这双方的混合动力车和作为直流电源具备燃料电池的汽车。

日本特开2017-165377的电动汽车在电力变换器与直流电源之间具备继电器。在车辆的主开关被接通时，电动汽车的控制器使继电器闭合。在主开关被断开时，控制器使继电器断开。在电力变换器的输入端具备电压传感器。控制器通过电压传感器监视直流电源的电压。控制器在直流电源的电压超过电压阈值时，为了从过电压状态保护直流电源，使继电器断开，将直流电源从电力变换器切离。对于电压阈值，设定比直流电源的相当严格的上限电压低的值。即，为了容许电压传感器的误差，在电压阈值中包含安全余量。

本说明书公开的技术与电压传感器的误差相关。作为校正电压传感器的误差的技术，已知日本特开2006-158025。在日本特开2006-158025中公开的技术中，根据2个电压传感器的差分计算校正值，用对一方的电压传感器的输出值加上校正值而得到的值，控制电力变换器。

技术实现要素：

有时在电压传感器的输出值中包含偏置。本说明书中的电压传感器的偏置是指，实际上未施加电压时的电压传感器的输出值。在生产的大量的汽车的电压传感器的偏置的偏差大的情况下，为了安全，不得不增大上述安全余量，降低电压阈值(用于判定直流电源的过电压的电压)。其结果，尽管直流电源正常，但是使继电器断开的可能性变高。本说明书公开的技术提供在从过电压保护直流电源的同时，尽可能有效地活用直流电源的技术。

本说明书公开的电动汽车具备直流电源、电力变换器、继电器、以及控制器。电力变换器是将直流电源的电力变换为行驶用的马达的驱动电力的设备。电力变换器具备测量输入电压(即直流电源的电压)的电压传感器。继电器连接于直流电源与电力变换器之间。控制器控制电力变换器和继电器。控制器在车辆的主开关被接通之后且使继电器闭合之前，将电压传感器的输出值(初始输出值)存储为偏置。控制器在使继电器闭合之后根据从电压传感器的输出值(行驶时输出值)减去偏置而得到的值控制电力变换器。控制器在从行驶时输出值减去偏置而得到的值超过第1电压阈值的情况下使继电器断开。

在使继电器闭合时，直流电源连接到电压传感器，所以无法测量偏置。在行驶过程中，继电器保持闭合的状态，所以无法测量偏置。在本说明书公开的电动汽车中，在车辆的主开关被接通之后，在使继电器闭合之前的短暂的时间内取得电压传感器的输出值(初始输出值)，并存储为偏置。本说明书公开的技术能够在电压传感器从直流电源被切离并且控制器动作的短暂的机会中取得电压传感器的偏置。

在使继电器闭合之后，根据从行驶时输出值减去偏置而得到的值控制电力变换器。能够得到准确的偏置，所以能够减小包含于第1电压阈值的安全余量。其结果，能够有效地使用直流电源。

在直流电源是电池的情况下，在电动汽车中嵌入有用再生电力(用马达发出的电力)对电池进行充电的构造。在该情况下，上述电力变换器具备双向电压转换器和逆变器。双向电压转换器具备马达侧正极端、电池侧正极端、公共负极线、2个开关元件、2个回流二极管、以及电抗器。马达侧正极端经由逆变器与马达连接。电池侧正极端经由继电器与电池连接。2个开关元件在马达侧正极端与公共负极线之间串联地连接。各个回流二极管与各个开关元件逆并联地连接。电抗器连接于2个开关元件的串联连接的中点与电池侧正极端之间。接近马达侧正极端的开关元件参与降压动作，接近公共负极线的开关元件参与升压动作。为便于说明，将前者称为上开关元件，将后者称为下开关元件。与上开关元件逆并联地连接的回流二极管使电流从电池侧正极端流向马达侧正极端，但不使电流从马达侧正极端流向电池侧正极端。

在电动汽车具备上述双向电压转换器的情况下，控制器在从行驶时输出值减去偏置而得到的值大于比第1电压阈值低的第2电压阈值且小于或等于第1电压阈值的情况下，将上开关元件保持为截止。由此，再生电力不会流入到直流电源，所以电池的电压上升被抑制。另一方面，继续从电池向马达的电力供给。因此，能够在抑制电池的电压上升的同时，用电池持续驱动马达。

本说明书公开的技术的详细内容和进一步的改良在以下的“具体实施方式”中说明。

附图说明

下面将参照附图描述本发明的示例性实施例的特征、优点以及技术和工业重要性，附图中相同的标号表示相同的元件，并且，其中：

图1是实施例的电动汽车的框图。

图2是系统启动处理的流程图。

图3是电池保护控制的流程图。

图4是变形例的电池保护控制的流程图。

具体实施方式

参照附图，说明实施例的电动汽车2。图1示出电动汽车2的电力系统的框图。实施例的电动汽车2具备主电池3、系统主继电器4、电力变换器5、控制器6、行驶用的马达8。

主电池3是驱动马达8的电力源，其输出电压超过100伏特。主电池3例如是锂离子电池。马达8是三相交流马达。电力变换器5经由系统主继电器4与主电池3连接，并且与马达8连接。电力变换器5将主电池3输出的直流电力变换为马达8的驱动电力(交流电力)。

通过控制器6控制系统主继电器4。系统主继电器4是常开类型，在未被供给电力的期间，保持断开状态。在车辆的主开关31从断开切换为接通时，控制器6使系统主继电器4闭合，将主电池3连接到电力变换器5。在车辆的主开关31从接通切换为断开时，控制器6使系统主继电器4断开，将主电池3从电力变换器5切离。虽然省略图示，电动汽车2具备子电池。子电池向控制器6、系统主继电器4等小电力设备供给电力。

图中的带箭头的虚线表示信号的流动。如上所述，控制器6控制系统主继电器4。另外，控制器6根据车速传感器32、加速器开度传感器33的传感器数据，计算马达8的目标输出值。控制器6以实现目标输出值的方式，控制电力变换器5。如后所述，电力变换器5具备若干个开关元件，控制器6以使电力变换器5的输出与目标输出值一致的方式，控制电力变换器5的开关元件。

电力变换器5具备双向电压转换器10、逆变器20、以及平滑电容器7。双向电压转换器10的低电压端11(低电压正极端11a、低电压负极端11b)经由系统主继电器4与主电池3连接。高电压端12(高电压正极端12a、高电压负极端12b)与逆变器20连接。换言之，高电压端12经由逆变器20与马达8连接。低电压负极端11b和高电压负极端12b用公共负极线19连接。

平滑电容器7在双向电压转换器10的高电压正极端12a与高电压负极端12b之间并联地连接。为了抑制在双向电压转换器10与逆变器20之间流过的电流的脉动，具备平滑电容器7。

逆变器20将双向电压转换器10输出的直流电力变换为交流电力而供给给马达8。有时马达8使用车辆的惯性能量来发电。马达8发出的电力有时还被称为再生电力。逆变器20还能够将马达8的再生电力(交流电力)变换为直流电力而供给给双向电压转换器10。逆变器20的电路结构已知，所以省略图示和说明。

双向电压转换器10具备：升压功能，使主电池3的电压升压而供给给逆变器20；以及降压功能，使从逆变器20供给的再生电力(直流电力)的电压降压而供给给主电池3。以下，为便于说明，将双向电压转换器10单纯地称为电压转换器10。

说明电压转换器10的电路结构。电压转换器10具备滤波器电容器14、电抗器15、开关元件16a、16b、回流二极管17a、17b、以及电压传感器13、18。2个开关元件16a、16b在高电压正极端12a与高电压负极端12b(即公共负极线19)之间串联地连接。以下，有时将接近高电压正极端12a的一侧的开关元件16a称为上开关元件16a，将接近高电压负极端12b(公共负极线19)的一侧的开关元件16b称为下开关元件16b。开关元件16a、16b是n型的igbt(insulatedgatebipolartransistor，绝缘栅双极晶体管)或者n型的mosfet(metaloxidesemiconductorfieldeffecttransistor，金属氧化物半导体场效应晶体管)。开关元件16a、16b在接通时，使电流从集电极(漏极)流到发射极(源极)。

对上开关元件16a逆并联地连接回流二极管17a，对下开关元件16b逆并联地连接回流二极管17b。更详细而言，对上开关元件16a的集电极(漏极)连接回流二极管17a的阴极，对发射极(源极)连接回流二极管17a的阳极。下开关元件16b和回流二极管17b的连接关系也相同。

电抗器15连接于2个开关元件16a、16b的串联连接的中点与低电压正极端11a之间。滤波器电容器14连接于低电压正极端11a与低电压负极端11b(即公共负极线19)之间。

电压传感器13测量低电压正极端11a与低电压负极端11b之间的电压。换言之，电压传感器13测量主电池3的电压。电压传感器18测量高电压正极端12a与高电压负极端12b(即公共负极线19)之间的电压。换言之，电压传感器18测量电压转换器10的逆变器侧的电压。

通过控制器6控制开关元件16a、16b。控制器6根据车速传感器32和加速器开度传感器33的传感器数据，决定电压转换器10的电池侧的电压和逆变器侧的电压的目标电压比。控制器6根据电压传感器13、18的传感器数据，以使实际的电压比与目标电压比一致的方式，控制开关元件16a、16b。

下开关元件16b和回流二极管17a主要参与升压功能，上开关元件16a和回流二极管17b主要参与降压功能。控制器6以实现目标电压比的方式，生成开关元件16a、16b各自的驱动信号(pwm信号)，供给给各个开关元件16a、16b。

说明驱动信号。根据目标电压比，决定开关元件16a、16b的占空比。上开关元件16a的占空比和下开关元件16b的占空比处于在将两者相加时成为100％的关系。控制器6生成如在上开关元件16a导通时下开关元件16b截止、在上开关元件16a截止时下开关元件16b导通的驱动信号。换言之，针对上开关元件16a的pwm信号(驱动信号)和针对下开关元件16b的pwm信号(驱动信号)处于互补的关系。在对开关元件16a、16b提供这样的驱动信号时，根据低电压端11的电压和高电压端12的电压的平衡，升压和降压被动地切换。具体而言，根据驾驶员的加速器操作，升压和降压被动地切换。

如上所述，控制器6根据电压传感器13、18的输出值，控制电力变换器5。在电压传感器13的输出值中包含偏置。偏置是指，尽管电压传感器13的两端实际上未被施加电压但是从电压传感器13输出的值。在电压传感器18的输出值中也包含同样的偏置。控制器6在使系统主继电器4闭合之前即电压传感器13、18各自的两端未被施加电压时，将各个电压传感器13、18的输出值存储为偏置。在行驶过程中，控制器6根据从各个电压传感器13、18的输出值减去偏置而得到的值，控制电力变换器5(开关元件16a、16b等)。此外，控制器6根据车速传感器32和加速器开度传感器33的传感器数据，还控制逆变器20。以下，为便于说明，将使系统主继电器4闭合之前的电压传感器13、18的输出值称为初始输出值，将使系统主继电器4闭合之后的电压传感器13、18的输出值称为行驶时输出值。在行驶时输出值中，还包含例如由于信号等待而车辆停止时的输出值。

图2示出车辆的主开关31被接通之后的控制器6的处理(系统启动处理)的流程图。图2的处理在主开关31被接通时启动。如上所述，在主开关31断开的期间，系统主继电器4保持断开(打开的状态)。

在主开关31从断开切换为接通时，控制器6首先执行初始化处理(步骤s2)。初始化处理是指，启动行驶所需的各种设备的处理。控制器6和通过初始化处理启动的设备通过子电池动作。因此，即使系统主继电器4被保持为断开，控制器6和其他设备也能够从子电池接受电力供给而动作。省略初始化处理的详细说明。

接下来，控制器6取得电压传感器13、18的输出值(初始输出值)(步骤s3)。然后，控制器6将取得的初始输出值存储为偏置(步骤s4)。控制器6将从电压传感器13取得的初始输出值存储为电压传感器13的偏置，将从电压传感器18取得的初始输出值存储为电压传感器18的偏置。最后，控制器6使系统主继电器4闭合(步骤s5)。通过使系统主继电器4闭合，主电池3与电力变换器5连接，行驶的准备齐备。步骤s3-s5的处理换言之如下所述。即，控制器6在车辆的主开关31被接通之后且使系统主继电器4闭合之前，将电压传感器13、18的输出值(初始输出值)存储为偏置。

存储的偏置在行驶过程中使用。在行驶过程中，控制器6根据驾驶员的加速器操作来控制电力变换器5，同时，在主电池的电压异常地变高时，为了保护电池，使系统主继电器4断开。图3示出电池保护控制的流程图。控制器6在行驶过程中，以恒定的周期执行图3的处理。

控制器6取得电压传感器13、18的输出值(行驶时输出值)(步骤s12)。在从行驶时输出值减去偏置而得到的值超过第1电压阈值vth1的情况下(步骤s13：“是”)，控制器6使系统主继电器4断开(步骤s14)，最后执行异常应对处理(步骤s15)。控制器6使系统主继电器4断开，所以车辆无法行驶。异常应对处理例如是使表示无法行驶的警告灯点亮或者以无线方式联络外部的服务中心的处理。此外，在电动汽车2是还具备引擎的混合动力车的情况下，在步骤s15中，转移到仅通过引擎行驶的紧急行驶模式。

步骤s13的目的是探测主电池3的电压异常。因此，在步骤s13中，比较仅针对电压传感器13的输出值(行驶时输出值)减去偏置而得到的值和第1电压阈值vth1。

在从电压传感器13的行驶时输出值减去偏置而得到的值是第1电压阈值vth1以下的情况下(步骤s13：“否”)，控制器6使用从行驶时输出值减去偏置而得到的值来控制电压转换器10(步骤s16)。在步骤s16中，针对电压传感器13、18这两方的行驶时输出值减去对应的偏置。控制器6以使从电压传感器13的行驶时输出值减去对应的偏置而得到的值和从电压传感器18的行驶时输出值减去对应的偏置而得到的值的比例与目标电压比一致的方式，决定开关元件16a、16b的占空比。将决定的占空比的pwm信号分别供给给开关元件16a、16b。通过步骤s16的处理，电动汽车2行驶。

说明实施例的电动汽车2的优点。电动汽车2在车辆的主开关31从断开切换为接通之后，在使系统主继电器4闭合之前，取得电压传感器13、18的输出值(初始输出值)，并存储为偏置。换言之，控制器6将主电池3从电压传感器13、18被切离时的电压传感器13、18的输出值(初始输出值)存储为偏置。在行驶过程中，使用从电压传感器13、18的输出值(行驶时输出值)分别减去对应的偏置而得到的值来控制电压转换器10。

第1电压阈值vth1被设定为如果主电池3的输出电压超过该值则能够判断为是过电压状态的值。但是，为了容许电压传感器13的误差，第1电压阈值vth1被设定为从能够判断为过电压状态的电压减去预定的安全余量而得到的值。

在行驶过程中，控制器6在从电压传感器13的行驶时输出值减去偏置而得到的值超过第1电压阈值vth1的情况下，使系统主继电器4断开，将主电池3从电力变换器5切离。控制器6根据从电压传感器13的行驶时输出值减去偏置而得到的值，执行电池的保护控制。由于偏置正确，所以能够减小在主电池的保护控制中使用的第1电压阈值vth1中包含的安全余量。因此，电动汽车2能够有效地使用主电池3。

接下来，说明变形例的电池保护控制。图4示出变形例的电池保护控制的流程图。图4的步骤s22至步骤s25与图2的步骤s12至步骤s15的处理相同，所以省略说明。

在从电压传感器13的行驶时输出值减去偏置而得到的值是第1电压阈值vth1以下的情况下(步骤s23：“否”)，控制器6检查从电压传感器13的行驶时输出值减去偏置而得到的值是否超过第2电压阈值vth2(步骤s26)。在此，第2电压阈值vth2被设定为比第1电压阈值vth1低的值。第1电压阈值vth1被设定为从表示必须使主电池3的输出立即停止的过电压状态的电压减去预定的安全余量而得到的值。第2电压阈值vth2被设定为意味着虽然不至于使主电池3的输出立即停止但需要使主电池3的电压的上升停止的电压。

在从电压传感器13的行驶时输出值减去偏置而得到的值超过第2电压阈值vth2的情况下(步骤s26：“是”)，控制器6将电压转换器10的上开关元件16a保持为截止(步骤s26：“是”、s27)。如上所述，上开关元件16a参与降压动作。在上开关元件16a被保持为截止时，不进行降压动作，马达8的再生电力不会流入到主电池3。因此，主电池3的电压上升被抑制。

在执行步骤s27之后，控制器6执行退避行驶控制(步骤s28)。退避行驶控制是指，以减少主电池3的负荷的方式在限制条件下使电动汽车2继续行驶的控制。在退避行驶控制中，控制器6以在减速时不使马达8产生再生电力的方式，根据车速控制马达8的转速。在退避行驶控制中，根据制动器踏板的踏入量，以仅通过机械制动器得到目标的制动力的方式控制机械制动器。

在退避行驶控制中，不通过再生电力对主电池3进行充电。因此，控制器6将主电池3的输出的上限值设定为比通常时的上限值低的值。通过降低主电池3的输出的上限值，抑制主电池3的电力消耗量，使电动汽车2行驶尽可能长的距离。另外，在退避行驶控制中，表示在主电池3中产生异常的警告灯点亮。

在从电压传感器13的行驶时输出值减去偏置而得到的值是第2电压阈值vth2以下的情况下(步骤s26：“否”)，控制器6执行步骤s29。步骤s29与图3的步骤s16相同。控制器6根据从电压传感器13、18各自的行驶时输出值减去对应的偏置而得到的值，控制电压转换器10。换言之，在步骤s29中，执行通常的行驶控制。

在变形例的电池保护控制中，在从电压传感器13的行驶时输出值减去偏置而得到的值是第1电压阈值vth1以下、并且超过第2电压阈值vth2的情况下，在抑制主电池3的进一步的电压上升的同时继续行驶。在变形例的电池保护控制中，能够在虽然并非严重到立即切离主电池3的程度但最好抑制主电池3的电压上升的状况下，抑制主电池3的电压上升的同时使电动汽车2持续行驶。即，能够有效地活用主电池3。

控制器6以恒定的周期反复执行图4的处理。如果在步骤s26的判断为“是”之后，步骤s26的判断再次变为“否”，则返回到通常的行驶控制(步骤s29)。

叙述与在实施例中说明的技术有关的注意点。控制器6每当车辆的主开关31从断开切换为接通时，将电压传感器13、18的输出值(初始输出值)存储为偏置。每当主开关31切换为接通时，偏置被更新，所以控制器6能够始终根据最新的偏置，判定主电池3是否为过电压状态。

图3的保护控制还适合适用于代替主电池3而搭载燃料电池作为直流电源的电动汽车。

图3、图4的异常应对处理不限于上述处理。图4的退避行驶控制也不限于上述处理。退避行驶控制是比通常的行驶加上某些限制的行驶模式即可。

实施例的主电池3是直流电源的一个例子。电压转换器10的低电压正极端11a是电池侧正极端的一个例子。高电压正极端12a是马达侧正极端的一个例子。上开关元件16a是接近马达侧正极端的开关元件的一个例子。

以上，详细说明了本发明的具体例，但这些仅为例示，不限定权利要求书。在权利要求书记载的技术中，包括将以上例示的具体例各种各样地变形、变更的例子。在本说明书或者附图中说明的技术要素单独或者通过各种组合发挥技术上的有用性，不限定于申请时权利要求中记载的组合。另外，在本说明书或者附图中例示的技术能够同时达成多个目的，达成其中的一个目的本身具有技术上的有用性。