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CN101428568A - 车辆用电源系统 - Google Patents

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Abstract

一种车辆用电源系统，其包含：电池；电动发电机，其在车辆行驶时作为由电池中的电力驱动的旋转电机运行，并在电池由接收自车外电源的电力充电时构成第一充电器；入口，其接收供自外部电源的电力；第二充电器，其接收供自外部电源的电力，并对电池进行充电；控制装置，其选择第一与第二充电器中的一个，并进行控制，以便使用所选择的充电器将从外部电源供到入口的电力转换为充电电力。因此，能提供这样的车辆用电源系统：其可在充电时由多种电源充电，并具有减小的充电损耗。

Description

车辆用电源系统
本非临时性申请基于2007年11月7日在日本特许厅提交的日本专利申请No.2007-289802，其全部内容并入此处作为参考。
技术领域
本发明涉及车辆用电源系统，特别涉及这样的车辆用电源系统：其装有可从车外电源充电的蓄电装置。
背景技术
近些年来，装有电源装置并使用其电力驱动电动机的车辆——例如电气车辆、混合动力车、燃料电池车辆等等——作为对环境友好的车辆已经吸引了人们的注意。
在这样的车辆中，外部可充电构造也已在人们的考虑之中。一般而言，在一般家庭中，单相100V或单相200V商用电源常常被用作充电用电源。
日本特开No.2000-354331公开了一种构造，其中，当使用200V商用电源进行充电时，使用专用的充电器，当使用100V商用电源进行充电时，通过用于使车辆行驶的电动机的励磁线圈的中性点接收电力，且共用在从200V商用电源接收电力时使用的某些二极管。
为了提供对环境友好的车辆，重要的是考虑尽可能在充电过程中减小损耗。在一般家庭中，不能从100V系统充入大量电力。相反，用于使车辆行驶的电动机以及对电动机进行驱动的变换器能对能够响应于突然的加速的大量电力进行处理。相反，消耗大量电力以驱动电动机和变换器，因此，当处理少量电力时损耗增大。
因此，如日本特开No.2000-354331所公开的，由于当通过用于使车辆行驶的电动机的励磁线圈的中性点供给100V系统的少量电力时损耗增大，在这一方面仍存在改进空间。
另外，在某些一般家庭中，200V电源也可用于运行大容量空气调节器等等。
发明内容
本发明的一个目的在于提供一种车辆用电源系统，其可在充电时由多种电源充电，并具有减小的充电损耗。
简言之，本发明为一种车辆用电源系统，其包含：蓄电装置；第一与第二旋转电机，其在车辆行驶时作为由蓄电装置中的电力驱动的旋转电机运行，并在蓄电装置由接收自车外电源的电力充电时构成第一充电器；输入端口，其接收供自车外电源的电力；第二充电器，其接收供自车外电源的电力，并对蓄电装置进行充电；控制装置，其选择第一与第二充电器中的一个，并进行控制，以便使用所选择的充电器将从车外电源供到输入端口的电力转换为充电电力。
优选为，控制装置根据供到输入端口的电压判断将要选择第一与第二充电器中的哪一个。
优选为，输入端口能够有选择地接收第一电源电压和低于第一电源电压的第二电源电压。第二充电器接收第二电源电压并进行与第一充电器相比更高效率的充电。
更为优选的是，车辆用电源系统还包含分别对第一与第二旋转电机进行驱动的第一与第二变换器。当蓄电装置由接收自车外电源的电力进行充电时，第一与第二变换器和第一与第二旋转电机的定子线圈一起构成第一充电器。从分别连接到第一与第二旋转电机的定子线圈的中性点的第一与第二电力输入线向第一充电器供给交流(AC)电压。第二充电器为和第一与第二旋转电机以及第一与第二变换器分立的充电器。
进一步优选的是，第一充电器接收作为第一电源电压的200V AC电压，并对蓄电装置进行充电，第二充电器接收作为第二电源电压的100V AC电压，并对蓄电装置进行充电。
根据本发明，能接收需要较少充电时间的相对较大量的电力，当用相对较小量的电力进行充电时，充电损耗能够得到减小。
结合附图，通过阅读下面对本发明的详细介绍，将会更加明了本发明的上述以及其他目的、特征、实施形态和优点。
附图说明
图1示出了根据本发明一实施例的车辆1的主要构造；
图2为一框图，其示出了图1的充电器51的示例性构造；
图3为一流程图，其示出了通过图1的控制装置30进行的充电器的选择的控制。
具体实施方式
下面将参照附图详细介绍本发明的实施例，在附图中，相同或对应的部分将用同样的参考标号表示，不再重复对其进行介绍。
图1示出了根据本发明一实施例的车辆1的主要构造。
参照图1，车辆1包含作为蓄电装置的电池BA与BB、电压转换单元39A与39B、平滑电容器CH、电压传感器10A与10B以及13、变换器14与22、发动机4、电动发电机MG1与MG2、动力分割机构3、车轮2、控制装置30。
电压转换单元39A与39B分别包含升压转换器12A与12B、平滑电容器C1与C2、电压传感器21A与21B。
平滑电容器C1连接在电源线PL1A与地线SL2之间。电压传感器21A检测平滑电容器C1两端之间的电压VLA，并将电压VLA输出到控制装置30。升压转换器12A对平滑电容器C1的端子之间的电压进行升压。
平滑电容器C2连接在电源线PL1B与地线SL2之间。电压传感器21B检测平滑电容器C2两端之间的电压VLB，并将电压VLB输出到控制装置30。升压转换器12B对平滑电容器C2的端子之间的电压进行升压。
平滑电容器CH对升压转换器12A与12B升压得到的电压进行平滑。电压传感器13检测平滑电容器CH的端子之间的电压VH，并将电压VH输出到控制装置30。
变换器14将供自升压转换器12B或12A的直流(DC)电压转换为三相AC电压，并将三相AC电压输出到电动发电机MG1。变换器22将供自升压转换器12B或12A的DC电压转换为三相AC电压，并将三相AC电压输出到电动发电机MG2。
动力分割机构3为耦合到发动机4和电动发电机MG1与MG2以便在它们之间分割动力的机构。例如，具有恒星齿轮、行星齿轮、环形齿轮的三个旋转轴的行星齿轮机构可被用作动力分割机构。当三个旋转轴中两个的旋转在行星齿轮机构中确定时，另一个旋转轴的旋转被无疑地确定。这三个旋转轴分别被连接到发动机4、电动发电机MG1、电动发电机MG2的旋转轴。电动发电机MG2的旋转轴通过未示出的减速齿轮和差动齿轮耦合到车轮2。用于电动发电机MG2的旋转轴的减速器可被进一步安装，或者，自动变速器可被安装在动力分割机构3内部。
电压转换单元39A包含设置在正电极侧上的连接单元40A以及作为设置在负电极侧上的连接单元的系统主继电器SMRG。连接单元40A包含连接在电池BA正电极与电源线PL1A之间的系统主继电器SMRB、彼此串联连接并与系统主继电器SMRB并联连接的系统主继电器SMRP和限制电阻器R0。系统主继电器SMRG连接在电池BA的负电极(地线SL1)与地线SL2之间。
系统主继电器SMRP、SMRB、SMRG的导通/不导通状态分别受到供自控制装置30的控制信号CONT1到CONT3的控制。
电压传感器10A测量电池BA的端子之间的电压VBA。尽管没有示出，检测流入电池BA的电流的电流传感器被设置为与电压传感器10A一起监视电池BA的充电状态(SOC)。例如，铅酸电池、镍氢化物电池或锂离子电池等二次电池或电气双层电容器等大容量电容器可被用作电池BA。
电压转换单元39B包含设置在正电极侧上的连接单元40B以及作为设置在负电极侧上的连接单元的系统主继电器SR1G。连接单元40B包含连接在电池BB的正电极与电源线PL1B之间的系统主继电器SR1B、彼此串联连接并与系统主继电器SR1B并联连接的系统主继电器SR1P和限制电阻器R1。系统主继电器SR1G连接在电池BB的负电极与地线SL2之间。
系统主继电器SR1P、SR1B、SR1G的导通/不导通状态分别受到供自控制装置30的控制信号CONT4到CONT6的控制。
地线SL2从升压转换器12A和12B延伸到变换器14和22。
电压传感器10B测量电池BB的端子之间的电压VBB。尽管没有示出，检测流入电池BB的电流的电流传感器被设置为与电压传感器10B一起监视电池BB的充电状态。例如，铅酸电池、镍氢化物电池或锂离子电池等二次电池或电气双层电容器等大容量电容器可被用作电池BB。
变换器14连接到电源线PL2和地线SL2。变换器14接收来自升压转换器12A与12B的升压电压，并驱动电动发电机MG1以便例如对发动机4进行起动。变换器14也将通过传送自发动机4的动力在电动发电机MG1中产生的电力返还到升压转换器12A与12B。此时，升压转换器12A与12B受到控制装置30的控制，以便作为降压电路运行。
电流传感器24将流入电动发电机MG1的电流检测为电机电流值MCRT1，并将电机电流值MCRT1输出到控制装置30。
变换器22与变换器14并联连接到电源线PL2和地线SL2。变换器22将输出自升压转换器12A与12B的DC电压转换为三相AC电压，并将三相AC电压输出到对车轮2进行驱动的电动发电机MG2。变换器22也将通过再生制动在电动发电机MG2中产生的电力返还到升压转换器12A与12B。此时，升压转换器12A与12B受到控制装置30的控制，以便作为降压电路运行。
电流传感器25将流入电动发电机MG2的电流检测为电机电流值MCRT2，并将电机电流值MCRT2输出到控制装置30。
控制装置30接收电动发电机MG1与MG2的转矩指令值和旋转速度、电压VBA、VBB、VLA、VLB以及VH的值、电机电流值MCRT1与MCRT2、致动(activation)信号IGON。于是，控制装置30向升压转换器12B输出给出对电压进行升压的指示的控制信号PWUB、给出对电压进行降压的指示的控制信号PWDB、给出禁止运行的指示的关闭信号。
另外，控制装置30向变换器14输出给出将输出自升压转换器12A与12B的DC电压转换为用于对电动发电机MG1进行驱动的AC电压的驱动指示的控制信号PWMI1，以及给出将在电动发电机MG1中产生的AC电压转换为DC电压并将DC电压返还到升压转换器12A与12B的再生指示的控制信号PWMC1。
类似地，控制装置30向变换器22输出给出将DC电压转换为用于对电动发电机MG2进行驱动的AC电压的驱动指示的控制信号PWMI2，以及给出将在电动发电机MG2中产生的AC电压转换为DC电压并将DC电压返还到升压转换器12A与12B的再生指示的控制信号PWMC2。
安装在此车辆上的蓄电装置可在外部充电。因此，车辆1进一步包含电力输入入口(inlet)50、充电器51以及电力输入通道，充电器51的输出CH1、CH2被连接到电力输入通道。
电力输入入口50为用于将车辆外部的商用电源90(例如AC100V)连接到车辆1的端子。在车辆1中，电池BA或BB能从连接到电力输入入口50的、车辆外部的商用电源90进行充电。
电力输入线ACL1一端连接到入口50的一个端子，另一端连接到电动发电机MG1的三相线圈的中性点N1。
电力输入线ACL2一端连接到入口50的另一个端子，另一端连接到电动发电机MG2的三相线圈的中性点N2。
电力输入线ACL1与ACL2之间的电压——也即将被输入到入口50的电压——通过电压传感器95进行测量，电压值VAC被输出到控制装置30。
充电器51能接收从车外电源供给的电力，并同时分别将第一充电电力和第二充电电力供给电池BA和BB。充电器51包含将第一充电电力输出到电池BA的第一输出CH1以及将第二充电电力输出到电池BB的第二输出CH2。
第一输出CH1经由充电继电器91和92连接到电池BA，不是通过电池BA与第一升压转换器12A之间的系统主继电器SMRB和SMRG。
第二输出CH2经由充电继电器93和94连接到电池BB，不是通过电池BB与第二升压转换器12B之间的系统主继电器SR1B和SR1G。
优选为，基于电池BA与BB的状态，充电器51判断第一充电电力与第二充电电力的大小，并将从车外电源供给的电力分配给电池BA和BB。
通过在车辆停泊时(即在车辆没有行驶时)用没有用于使车辆行驶的两个电动发电机的定子线圈以及变换器14与22来配置充电器，进行用200V的电压——其能供给相对较大的量的电力(近似为6000W)——进行的外部充电。
然而，定子线圈和变换器14与22被设计为用于使车辆行驶，如果它们用于执行用100V电压进行的充电，损耗增大，造成充电效率的劣化。
具体而言，由于用100V电压进行的外部充电使用用于家庭的普通电气插座(outlet)等等进行，充电应当使用与当车辆行驶时所充电力相比小得多的电力(近似于1200W)长时间进行。当使用通过变换器14和22配置的开关电源进行这样的充电时，开关电源中的驱动损耗增大，半导体的开关速度低，导致效率的劣化。
因此，用100V的电压进行充电时的充电效率能通过设计充电器51以便使其对于用100V电压——其供给小量的充电电力——进行外部充电最优化来改进。
另外，电池BA与BB的充电状态(SOC)能通过将充电器51配置为以根据电池BA与BB的SOC变化的分配比将供自车外电源的电力分配给电池BA与BB来进行匹配。
注意，在用200V的电压充电时，电池BA与BB的SOC能通过根据电池BA与BB的SOC操作升压变换器12A与12B来匹配。
图2为一框图，其示出了图1的充电器51的示例性构造。
如图2所示，充电器51包含：AC-DC转换电路100，其将外部供给的AC电压转换为DC电压；第一变换器102，其接收通过AC-DC转换电路100转换得到的DC电压并将DC电压转换为具有与外部供给的AC电压的频率不同的频率的AC电压；第二变换器112，其接收由AC-DC转换电路100转换得到的DC电压，并将DC电压转换为具有与外部供给的AC电压的频率不同的频率的AC电压；控制单元122，其基于电池BA与BB的状态进行变换器102和112的运行控制。
充电器51进一步包含：变压器104，其具有输出自变换器102的AC电压被施加到的一次侧线圈；整流电路106，其将在变压器104的二次侧线圈中感应的AC电压整流为DC电压；电流传感器108，其监视流入整流电路106的输出CH1的电流ICH1。
充电器51进一步包含：变压器114，其具有输出自变换器112的AC电压被施加到的一次侧线圈；整流电路116，其将在变压器114的二次侧线圈中感应的AC电压整流为DC电压；电流传感器118，其监视流入整流电路116的输出CH2的电流ICH2。
人们希望当充电完成时电池BA与BB具有同样的充电状态。为此目的，控制单元122从图1的控制装置30接收电池BA与BB的充电状态SOCA与SOCB，并根据所接收的SOCA与SOCB将输入的电力分配给电池。
图3为一流程图，其示出了由图1的控制装置30进行的充电器选择的控制。此流程图的处理由规定的主程序调用并以规则的时间间隔或每当满足规定条件时执行。
参照图1与3，首先在步骤S1中，控制装置30读取由电压传感器95检测的电压值VAC。于是，在步骤S2中，控制装置30判断电压值VAC是否为200V。
当步骤S2中电压值VAC为200V时，处理进行到步骤S3。在步骤S3中，控制装置30致动作为用于通过中性点进行充电的200V充电器的变换器14和22。于是，控制装置30以协调的方式控制变换器14和22，以便将它们作为AC-DC转换器运行。此时，电池BA和BB的SOC可通过根据电池BA和BB的SOC运行升压变换器12A与12B来得到匹配。
当步骤S2中电压值VAC不是200V时，处理进行到步骤S4。在步骤S4中，控制装置30判断电压值VAC是否为100V。
当在步骤S4中电压值VAC为100V时，处理进行到步骤S5。在步骤S5中，控制装置30致动作为100V充电器的充电器51。此时，控制单元122从图1的控制装置30接收电池BA和BB的充电状态SOCA和SOCB，并对变换器102和112进行控制，以便根据所接收到的SOCA与SOCB将输入的电力分配给电池。
当致动处理在步骤S3和S5中完成时，或当在步骤S4中并非判断为电压值VAC为100V时，处理进行到步骤S6，控制返还到主程序。
最后，再度参照图1以及其他附图，将作为一个整体地介绍本实施例中公开的车辆用电源系统。车辆用电源系统包含：蓄电装置(电池BA，BB)；第一与第二旋转电机(电动发电机MG1，MG2)，其在车辆行驶时作为通过蓄电装置中的电力驱动的旋转电机运行，并在蓄电装置通过接收自车外电源的电力来充电时构成第一充电器；输入端口(入口50)，其接收供自车外电源的电力；第二充电器(充电器51)，其接收供自车外电源的电力，并对蓄电装置进行充电；控制装置30，其选择第一与第二充电器中的一个，并使用所选择的充电器进行将从车外电源供到输入端口的电力转换为充电电力的控制。
优选为，控制装置30根据供到输入端口(入口50)的电压来判断第一与第二充电器中哪一个将被选择。
优选为，输入端口能有选择地接收第一电源电压(200V)和低于第一电源电压的第二电源电压(100V)。第二充电器(充电器51)接收第二电源电压(100V)并与第一充电器(包含电动发电机MG1，MG2的线圈)相比更为高效地进行充电。
更为优选的是，本实施例中公开的车辆用电源系统还包含分别对第一与第二旋转电机(电动发电机MG1，MG2)进行驱动的变换器14与22。当蓄电装置通过接收自车外电源的电力进行充电时，变换器14与22和第一与第二旋转电机(电动发电机MG1，MG2)的定子线圈一起构成第一充电器。第一充电器被供以来自分别连接到第一与第二旋转电机的定子线圈的中性点的电力输入线ACL1与ACL2的AC电压。第二充电器(充电器51)为和第一与第二旋转电机(电动发电机MG1，MG2)以及变换器14、22分立的充电器。
进一步优选的是，第一充电器接收作为第一电源电压的200V的AC电压并对蓄电装置进行充电，第二充电器接收作为第二电源电压的100V的AC电压并对蓄电装置进行充电。
在不具有充电器51的构造中，当被供给100V系统的小量电力时，如何减小所用的能量成为问题，而在通过中性点充电的技术中，有必要驱动用于使车辆行驶的变换器以及许多其他部分，因此，难以减小充电过程中的能量损耗。具体而言，由于用于使车辆行驶的变换器被共用为用于外部充电的AC-DC转换器的部件，有必要驱动被设计为用于使车辆行驶的变换器中的高功率半导体，因此，难以减小驱动电力。
相反，在本实施例中，为了由100V系统充入小量的电力(近似为1200W)，通过最优地设计为此目的的充电器51来进行充电，减小辅助电池系统中的损耗。为了由200V系统充入大量的电力(近似为6000W)，使用通过电动发电机的中性点接收电力以及将用于使车辆行驶的变换器用作充电器的充电技术。由此，各种充电器可用在各种充电技术适用的范围。因此，当近似为1200W的电力从100V系统被充入时，充电损耗减小，当近似为6000W的电力从200V系统被充入时，能避免提供分立充电器所导致的在尺寸上的不受欢迎的增大。
尽管详细介绍和示出了本发明，将会明了，这仅仅出于说明和举例，不应被看作限制，本发明的范围由所附权利要求解释。

Claims (5)

1.一种车辆用电源系统，其包含：
蓄电装置；
第一与第二旋转电机，其在车辆行驶时作为由所述蓄电装置中的电力驱动的旋转电机运行，并在所述蓄电装置由接收自车外电源的电力充电时构成第一充电器；
输入端口，其接收供自车外电源的电力；
第二充电器，其接收供自车外电源的电力，并对所述蓄电装置进行充电；以及
控制装置，其选择所述第一与第二充电器中的一个，并进行控制，以便使用所选择的充电器将从车外电源供到所述输入端口的电力转换为充电电力。
2.根据权利要求1的车辆用电源系统，其中，所述控制装置根据供到所述输入端口的电压判断将要选择所述第一与第二充电器中的哪一个。
3.根据权利要求1的车辆用电源系统，其中，
所述输入端口能够有选择地接收第一电源电压和低于所述第一电源电压的第二电源电压，且
所述第二充电器接收所述第二电源电压并进行与所述第一充电器相比更高效率的充电。
4.根据权利要求3的车辆用电源系统，其还包含分别对所述第一与第二旋转电机进行驱动的第一与第二变换器，其中，
当所述蓄电装置由接收自车外电源的电力进行充电时，所述第一与第二变换器和所述第一与第二旋转电机的定子线圈一起构成所述第一充电器，
从分别连接到所述第一与第二旋转电机的定子线圈的中性点的第一与第二电力输入线向所述第一充电器供给AC电压，且
所述第二充电器为和所述第一与第二旋转电机以及所述第一与第二变换器分立的充电器。
5.根据权利要求4的车辆用电源系统，其中，
所述第一充电器接收作为所述第一电源电压的200V的AC电压，并对所述蓄电装置进行充电，且
所述第二充电器接收作为所述第二电源电压的100V的AC电压，并对所述蓄电装置进行充电。
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