用于车辆的电源系统及电源系统的控制方法与流程

本说明书公开的技术涉及搭载于车辆的电源系统及电源系统的控制方法。尤其涉及搭载于电动汽车并向行驶用马达供给驱动电力的电源系统。本说明书中的“电动汽车”包括具备马达和发动机双方的混合动力车和以燃料电池为电源的汽车。

背景技术：

电动汽车搭载有向行驶用马达供给驱动电力的电源系统。例如，在日本特开2017-030408中公开了这样的电源系统。电源系统具备电源和将电源的电力变换为马达的驱动电力的电力变换器。在电源与电力变换器之间具备继电器(系统主继电器)，当车辆的主开关被接通后，将系统主继电器闭合而将电力变换器连接于电源。当车辆的主开关被断开后，将系统主继电器断开而将电力变换器从电源切离。

另一方面，电力变换器具备将从电源供给的电流(电压)平滑化的电容器。用于行驶用马达的驱动电力的电源的输出大，因此，采用大容量的电容器来用于平滑。若在电容器的残存电力少时将系统主继电器闭合而将电源与电力变换器连接，则会有大的电流(浪涌电流)向电容器流入。其结果，会向电容器或者与电容器导通的电气部件施加负荷。

于是，在日本特开2017-030408的电源系统中，在将系统主继电器闭合之前对电容器进行充电。在本说明书中，将先于系统主继电器的电容器

的充电称作“预充电”。通过在电容器中积攒适度的电力之后再将系统主继电器闭合，来缓和从电源向电容器流入的浪涌电流。此外，系统主继电器从断开切换为闭合的典型的定时是车辆的主开关被接通时。

技术实现要素：

电动汽车除了具备用于驱动电压为100伏特以上的行驶用马达的电源(主电源)之外，还具备用于驱动电压为10～50伏特的电气设备的副电源。在使用副电源对电力变换器的电容器进行预充电的情况下，需要将副电源的电压升压的升压转换器。由于升压转换器会发热，所以电源系统具备对升压转换器和其他设备进行冷却的冷却器。

在车辆以高负荷进行了行驶的情况下，即使在主开关被切换为断开之后，升压转换器的温度也会在一段时间内较高。若在该状态下车辆的主开关被接通，则升压转换器的温度会变得过高而向升压转换器的部件施加热负荷。本发明的方案在升压转换器的温度高的情况下对升压转换器进行冷却，以不会使升压转换器的热负荷升高的方式进行预充电。

本发明的第1方案是一种用于车辆的电源系统。所述电源系统包括：主电源；电力变换器，其构成为对所述主电源的输出电力进行变换，所述电力变换器包括连接于所述主电源的正极与所述主电源的负极之间的电容器；继电器，其构成为对所述电力变换器与所述主电源之间的连接和切断进行切换；副电源，其输出电压比所述主电源的输出电压低；升压转换器，其包括连接于所述副电源的低电压端和连接于所述电容器的高电压端；冷却器，其构成为对所述升压转换器进行冷却；以及控制器，其构成为在所述车辆的主开关被接通了时，在将所述继电器闭合而将所述电力变换器连接于所述主电源之前，利用所述副电源和所述升压转换器对所述电容器进行预充电。所述控制器构成为，在所述升压转换器的温度和所述冷却器的制冷剂的温度中的任一方比预定的温度阈值高的情况下，实施控制i)和控制ii)中的任一方。控制i)是在开始所述预充电的同时启动所述冷却器这一控制。控制ii)是在所述预充电之前启动所述冷却器这一控制。

根据上述构成，在主开关被接通了时，在升压转换器的温度高的情况下，启动冷却器来对升压转换器进行冷却。该电源系统能够以不会使升压转换器的热负荷过度升高的方式进行预充电。

在所述电源系统中，所述控制器也可以构成为，在满足条件a)和条件b)双方的情况下，实施所述控制i)和所述控制ii)中的任一方。所述条件a)也可以是所述主开关上次被断开时的所述升压转换器的所述温度和所述制冷剂的所述温度中的任一方比所述温度阈值高这一条件。所述条件b)也可以是从所述主开关上次被断开时起的经过时间比预定的阈值时间短这一条件。根据上述构成，无需取得温度传感器的计测值，就能够通过控制器内部的判断处理来启动冷却器，因此，在需要的情况下能够在早的定时启动冷却器，能够在预充电时迅速降低升压转换器的温度。此外，控制器也可以取代制冷剂的温度而使用冷却器的冷却对象的温度作为制冷剂的温度的近似值。

本发明的第2方案是一种电源系统的控制方法。所述电源系统包括：主电源；电力变换器，其包括连接于所述主电源的正极与负极之间的电容器，构成为对所述主电源的输出电力进行变换；继电器，其构成为对所述电力变换器与所述主电源之间的连接和切断进行切换；副电源，其输出电压比所述主电源的输出电压低；升压转换器，其包括连接于所述副电源的低电压端和连接于所述电容器的高电压端；冷却器，其构成为对所述升压转换器进行冷却；以及控制器，其构成为在主开关被接通了时，在将所述继电器闭合而将所述电力变换器连接于所述主电源之前，利用所述副电源和所述升压转换器对所述电容器进行预充电。所述控制方法包括：在所述升压转换器的温度和所述冷却器的制冷剂的温度中的任一方比预定的温度阈值高的情况下，利用所述控制器实施控制i)和控制ii)中的任一方。所述控制i)是在开始所述预充电的同时启动所述冷却器这一控制。所述控制ii)是在所述预充电之前启动所述冷却器这一控制。

根据上述构成，在主开关被接通了时，在升压转换器的温度高的情况下，启动冷却器来对升压转换器进行冷却。该电源系统能够以不会使升压转换器的热负荷过度升高的方式进行预充电。

附图说明

本发明的典型实施例的特征、优点及技术上和产业上的意义将会在下面参照附图来进行说明，在这些附图中，相同标号表示相同要素，其中：

图1是包括实施例的电源系统的电动汽车的电力系统的框图。

图2是控制器执行的预充电处理的流程图。

图3是第1变形例的预充电处理的流程图。

图4是第2变形例中的主开关断开时的处理的流程图。

图5是第2变形例的预充电处理的流程图。

具体实施方式

参照附图对实施例的电源系统2进行说明。实施例的电源系统2搭载于电动汽车100。图1示出包括电源系统2的电动汽车100的电力系统的框图。在图1中，带箭头的虚线表示信号线。“tocntlr”的字符串意味着“向控制器7(tocontroller)”。连接设备的实线表示电力的传送路径。实施例的电动汽车100具备电源系统2、行驶用的马达20及主开关8。电动汽车100利用马达20进行行驶。

电源系统2具备主电池3、系统主继电器4、副电池6、电力变换器10、升压转换器5、控制器7及冷却器30。电源系统2向马达20供给驱动电力，并且向汽车导航装置46等辅机供给电力。在此，“辅机”是以比马达20的驱动电力的电压低的电压进行工作的电气设备的总称。电源系统2的控制器7也是辅机之一。除了图1所示的设备以外，在车辆上还搭载有各种各样的辅机。以下，有时将控制器7、汽车导航装置46等统称为辅机40。

马达20的驱动电压例如是200～600伏特，辅机40的驱动电力例如是12伏特。主电池3的输出电压例如是200伏特，副电池6的输出电压与辅机40的驱动电压(12伏特)相等。在电动汽车100的车身围设有辅机电力线49，在该辅机电力线49连接着控制器7、汽车导航装置46及未图示的各种各样的辅机和副电池6。此外，辅机40的负极和副电池6的负极经由接地(ground)而连接。

电力变换器10将主电池3的电力变换为马达20的驱动电力。电力变换器10具备电压转换器11、变换器14、平滑电容器13及电压传感器12。电压转换器11将主电池3的输出电压升压成马达20的驱动电压。变换器14将升压后的直流电力变换为适合驱动马达20的频率的交流电力。主电池3的直流电力由电力变换器10升压并进一步被变换为交流电力而向马达20供给。

在电压转换器11与变换器14之间并联连接有平滑电容器13。平滑电容器13抑制在电压转换器11与变换器14之间流动的电流的脉动。电压转换器11的输入端和输出端始终导通，平滑电容器13连接于主电池3的正极与负极之间。在图1中，关于电压转换器11和变换器14的电路构成省略了图示。电压转换器11的矩形内的点线示意性地表示电压转换器11的输入端和输出端始终导通。

此外，在主电池3与电力变换器10之间连接有系统主继电器4。系统主继电器4是对主电池3与电力变换器10的连接和切断进行切换的开关。系统主继电器4由控制器7控制。在系统主继电器4闭合而主电池3与电力变换器10连接的期间，平滑电容器13会从主电池3接受充电。

电力变换器10也具备电压传感器12。电压传感器12计测平滑电容器13的电压。计测出的电压被发送给控制器7。

在系统主继电器4的电力变换器10侧连接着升压转换器5的高电压端5a。换言之，高电压端5a以不经由系统主继电器4的方式与平滑电容器13连接。因此，升压转换器5的高电压端5a始终与平滑电容器13连接。另外，升压转换器5的低电压端5b经由辅机电力线49而与副电池6连接。升压转换器5能够将副电池6的电压升压并向平滑电容器13供给。换言之，平滑电容器13由副电池6和升压转换器5进行充电。

此外，升压转换器5也具有将输入到高电压端5a的电力降压并向副电池6供给的降压功能。在本说明书中，着眼于升压转换器5的升压功能，关于降压功能省略说明。

对电源系统2的冷却器30进行说明。冷却器30对升压转换器5、电力变换器10及油冷却器35进行冷却。冷却器30具备制冷剂循环路31、泵32、散热器33及贮存箱34。制冷剂循环路31通过升压转换器5、电力变换器10、油冷却器35及散热器33，对各个设备进行冷却。在制冷剂循环路31中流动的制冷剂是液体，典型地是水。

此外，油冷却器35是对冷却马达20的制冷剂油进行冷却的装置。制冷剂油在油循环路36中流动。油循环路36通过收容马达20的马达壳体21和油冷却器35，使制冷剂油在两者之间循环。制冷剂油在马达壳体21的内部吸收马达20的热，从而温度上升。温度上升后的制冷剂油在油冷却器35中由在冷却器30的制冷剂循环路31中流动的制冷剂进行冷却。由油冷却器35冷却后的制冷剂油再次流向马达壳体21，对马达20进行冷却。此外，在马达壳体21也收有齿轮组时，制冷剂油可以是atf(automatictransmissionfluid：自动变速箱油)。

制冷剂循环路31从贮存箱34依次通过升压转换器5、电力变换器10、油冷却器35、散热器33，并再次返回贮存箱34。制冷剂循环路31使制冷剂按照上述顺序流动并返回贮存箱34。制冷剂由泵32进行压送。泵32由控制器7进行控制。

冷却器30具备温度传感器41、42、43。温度传感器41计测升压转换器5的温度。温度传感器42计测从泵32排出后的制冷剂的温度。温度传感器43计测油冷却器35的温度。温度传感器41、42、43的计测值被发送给控制器7。控制器7基于温度传感器41-43的计测值来控制泵32。通过改变泵32的输出，能够调整在制冷剂循环路31中流动的制冷剂的流量。

控制器7具备中央运算装置(cpu)44和存储器45。以下，为了便于说明，将中央运算装置44称作cpu44。在存储器45中保存有各种各样的程序。通过cpu44执行保存于存储器45的各种程序，来实现程序中记述的功能。以下所述的预充电也通过cpu44执行保存于存储器45的预充电程序来实现。

对预充电进行说明。在控制器7连接着车辆的主开关8。主开关8也被称作车辆的动力开关或点火开关。当主开关8被接通后，控制器7将系统主继电器4闭合而将主电池3连接于电力变换器10。通过主电池3连接于电力变换器10，电动汽车100成为能够行驶的状态。另外，当主开关8被切断后，控制器7将系统主继电器4断开而将电力变换器10从主电池3切离。通过将电力变换器10从主电池3切离，能够防止难以预料的漏电。

如先前所述，当系统主继电器4被闭合后，电力变换器10连接于主电池3，电力变换器10的平滑电容器13与主电池3成为连接状态。平滑电容器13的容量大，若在残存电荷少的状态下将系统主继电器4闭合，则会从主电池3向平滑电容器13流动浪涌电流。电力变换器10的电气部件可能会因浪涌电流而受损。于是，控制器7在将系统主继电器4闭合而将主电池3与电力变换器10连接之前，对平滑电容器13进行充电。该充电被称作预充电。预充电由副电池6和升压转换器5来实现。控制器7控制升压转换器5来执行预充电。

当主开关8被接通后，控制器7在将系统主继电器4闭合之前，启动升压转换器5，使用副电池6的电力对平滑电容器13进行预充电。但是，在主开关8被接通时升压转换器5的温度高的情况下，若为了预充电而启动升压转换器5，则升压转换器5的温度会进一步上升而可能导致部件受损。或者，在升压转换器5的温度出现了过度上升的情况下，为了部件保护，控制器7有时会对升压转换器5的工作加以制限。即，若在升压转换器5的温度高的状态下进行预充电，则可能会向升压转换器5施加高的热负荷。于是，控制器7在预充电开始前检查升压转换器5的温度。并且，在升压转换器5的温度高的情况下，控制器7在平滑电容器13的预充电之前启动冷却器30来降低升压转换器5的温度。或者，在升压转换器5的温度高的情况下，控制器7在预充电的同时启动冷却器30，使得在预充电中升压转换器5的温度不会变高。

图2示出控制器7执行的预充电处理的流程图。当主开关8被接通后，控制器7开始图2的处理。首先，控制器7检查升压转换器5的温度(即，温度传感器41的计测值)(步骤s2)。在升压转换器5的温度比预定的温度阈值低的情况下(步骤s2：否)，控制器7立即启动升压转换器5，开始预充电(步骤s5)。控制器7从电压传感器12取得平滑电容器13的两端电压，并与预定的电压阈值进行比较(步骤s6)。电压阈值是与主电池3的输出电压相近的值，例如设定为主电池3的输出电压的80％。控制器7使预充电持续至平滑电容器13的两端电压超过电压阈值为止(步骤s6：否)。当平滑电容器13的两端电压超过电压阈值后(步骤s6：是)，控制器7停止升压转换器5，结束预充电(步骤s7)。最后，控制器7将系统主继电器4闭合而将主电池3连接于电力变换器10(步骤s8)。在将主电池3连接于电力变换器10时，由于平滑电容器13被充电至主电池3的输出电压的80％，所以不会产生大的电流浪涌。

另一方面，在步骤s2的处理中升压转换器5的温度超过了温度阈值的情况下(步骤s2：是)，控制器7启动冷却器30(步骤s4)。具体而言，控制器7启动泵32。此外，泵32也是辅机之一，虽然省略了图示，但从副电池6接受电力供给而进行工作。

在启动冷却器30之后，控制器7等待至升压转换器5的温度变得低于温度阈值为止(步骤s4：是)。当升压转换器5的温度变得低于温度阈值后，控制器7启动升压转换器5，开始预充电(步骤s4：否，s5)。以后的处理(步骤s5～s8)如先前所说明那样。

在第1实施例的电源系统2中，在主开关8被接通之后，在升压转换器5的温度高的情况下启动冷却器30，在升压转换器5的温度下降后再开始预充电(步骤s2：是，s3)。因此，能够避免在预充电的过程中升压转换器5的热负荷增大。此外，在升压转换器5的温度比温度阈值低的情况下，控制器7不启动冷却器30(步骤s2：否，s5)。在升压转换器5的温度低的情况下，控制器7不启动冷却器30而开始预充电。因此，电源系统2能够避免无用的电力消耗。另外，若启动冷却器30(泵32)，则会产生泵32的噪音。电源系统2在升压转换器5的温度低的情况下不启动泵32，所以不会产生噪音。

在实施例的电源系统2中，控制器7将升压转换器5的温度与温度阈值进行比较。作为第1变形例，控制器7也可以取代升压转换器5的温度而将制冷剂的温度与温度阈值进行比较。图3示出第1变形例中的预充电处理的流程图。控制器7从温度传感器42取得制冷剂的温度，并与温度阈值进行比较(步骤s12)。在制冷剂的温度低于温度阈值的情况下，控制器7立即开始预充电(步骤s12：否，s15)。以后的处理(步骤s15～s18)与图2的步骤s5～s8的处理相同。

另一方面，在制冷剂的温度超过了温度阈值的情况下，控制器7启动冷却器30(泵32)(步骤s12：是，s13)。控制器7等待至制冷剂温度变得低于温度阈值为止(步骤s14：是)。当制冷剂的温度变得低于温度阈值后，控制器7开始预充电(步骤s14：否，s15)。以后的处理(步骤s15～s18)与图2的流程图的处理(步骤s5～s8)是同样的。第1变形例的预充电处理也能得到与第1实施例的情况同样的效果。

在实施例和第1变形例的预充电处理中，控制器7将主开关8被接通后的升压转换器5的温度(或制冷剂的温度)与温度阈值进行比较。作为第2变形例，也可以取代主开关8被接通后的升压转换器5的温度(或制冷剂的温度)而使用主开关8上次被断开时的升压转换器5的温度(或制冷剂的温度)。图5示出第2变形例的预充电处理的流程图。图4示出第2变形例的预充电的准备处理的流程图。准备处理是指主开关8被断开时的处理。

参照图4对主开关8被断开时的处理进行说明。当主开关8被断开后，控制器7存储制冷剂的温度(步骤s22)。制冷剂的温度从温度传感器42取得。接着，控制器7使计时器启动(步骤s23)。接着，控制器7执行各种结束处理，最后将系统主继电器断开(步骤s24、s25)。此外，计时器从副电池6接受电力供给而进行工作，因此即使系统主继电器4被断开也会继续工作。

接着，参照图5对第2变形例的预充电处理进行说明。图5的处理也是当主开关8被接通后开始。控制器7将在先前的步骤s22(图4)中存储的制冷剂的温度与温度阈值进行比较(步骤s32)。在存储的制冷剂的温度低于温度阈值的情况下，控制器7立即开始预充电(步骤s32：否，s36)。步骤s36以后的处理与图2的步骤s5以后的处理相同。

另一方面，在存储的制冷剂的温度超过了温度阈值的情况下，控制器7将计时器的经过时间与时间阈值进行比较(步骤s32：是，s33)。在计时器的经过时间超过了时间阈值的情况下，控制器7开始预充电(步骤s33：是，s36)。步骤s36以后的处理与图2的步骤s5以后的处理相同。

在计时器的经过时间小于时间阈值的情况下，控制器7启动冷却器30(泵32)(步骤s33：否，s34)。并且，控制器7等待至当前的制冷剂的温度变得低于温度阈值为止(步骤s35：是)。当前的制冷剂的温度能够从温度传感器42取得。当当前的制冷剂的温度变得低于温度阈值后，控制器7开始预充电(步骤s35：否，s36)。步骤s36以后的处理与图2的步骤s5以后的处理相同。

在第2变形例中，由于在步骤s32的处理中不需要温度传感器的计测值，而是使用所存储的温度，所以处理快。在所存储的温度比温度阈值低的情况下，控制器7能够迅速开始预充电。

另外，在第2变形例的预充电处理中，在步骤s33中使用计时器的计测时间。若计时器的计测时间超过了时间阈值，则制冷剂的温度(即，升压转换器5的温度)已经充分下降。在该情况下，控制器7不启动冷却器30而开始预充电。在计时器的计测时间小于时间阈值的情况下，制冷剂的温度(即，升压转换器5的温度)还未充分下降的可能性高。在该情况下，控制器7在预充电之前启动冷却器30(泵32)。

此外，步骤s33中的时间阈值可以根据所存储的制冷剂的温度来设定。具体而言，所存储的制冷剂的温度越高，则时间阈值设定为越长的时间，这也是合适的。

在第2变形例中，采用了制冷剂的温度。也可以取代制冷剂温度而使用升压转换器5的温度。

对与实施例的技术相关的留意点进行叙述。在实施例的预充电处理中，在升压转换器5的温度比温度阈值低的情况下，控制器7启动冷却器30，当升压转换器5的温度下降后再开始预充电。即，控制器7在预充电之前启动冷却器30。在图2的流程图中，也可以省略步骤s4的处理，控制器7在启动冷却器30的同时开始预充电。若启动冷却器30，则升压转换器5的温度会迅速下降，因此能够抑制升压转换器5的热负荷。若省略步骤s4的处理，则控制器7无需等待至升压转换器5的温度变得小于温度阈值为止。关于第1变形例、第2变形例也是同样的。即，在图3的处理中，也可以省略步骤s14的处理。或者，在图5的处理中，也可以省略步骤s35的处理。

也可以使用冷却器30的冷却对象的温度作为制冷剂的温度的近似值。例如，如图1所示，冷却器30具备计测油冷却器35的温度的温度传感器43。也可以使用由温度传感器43计测的油冷却器35的温度作为制冷剂的温度的近似值。或者，也可以使用由油冷却器35冷却的制冷剂油的温度作为在制冷剂循环路31中流动的制冷剂的温度的近似值。

实施例的主电池3是主电源的一例。主电源也可以是燃料电池。实施例的副电池6是副电源的一例。

以上，虽然对本发明的具体例进行了详细说明，但这些不过是例示，并不对权利要求书进行限定。权利要求书中记载的技术包括对以上例示的具体例进行各种变形、变更后的技术。本说明书或附图中说明的技术要素以单独的形式或各种组合的形式发挥技术有用性，不限于申请时权利要求记载的组合。另外，本说明书或附图中例示的技术能够同时实现多个目的，实现其中一个目的自身就具有技术有用性。