双电源系统以及电动车的制作方法_2

文档序号:9379140阅读:来源:国知局
车12中的前部座位14的座位下的车底部配置了作为相对高输出.高价且内部电阻较低的第一蓄电器的主电池(主BAT) 21,并在后部座位16的下方后轮WR的上方的底盘上配置了作为相对地内部电阻高且廉价的第二蓄电器的子电池(子BAT) 22。子电池22是将四块子电池22a、22b、22c和22d并联连接来使用的,在充电的情况下,不仅车载充电器40,也能够利用从电动车12卸下的未图示的外部充电器在家中等场所进行充电。
[0061]在电动车12中,在前车盖下配置驱动前轮WF的驱动电机25,在后轮WR的轮舱附近的底盘上配置直流电压转换用的转换器27,在电动车12的后侧部分配置外部充电用的插头28。
[0062]如上所述,在电动车12中,沿着电动车12的前后方向按顺序配置了驱动电机25、主电池21、转换器27以及子电池22。通过这样进行配置,能够分别使作为驱动电机25与主电池21之间的电力线的线路23、24(参照图1)的布线(线路)长度和作为从主电池21经由转换器27到子电池22之间的电力线的线路(电力线)55、56、53、54(参照图1)的布线(线路)长度成为最短。
[0063]另外,在为了驱动后轮WR而将驱动电机25配置在后轮WR的附近的情况下,如果沿着电动车12的前后方向从后侧向前侧,同样按顺序配置驱动电机25、主电池21、转换器27以及子电池22,则同样能够使布线(线路)长度成为最短。
[0064]另外,还能够形成将转换器27、电流传感器46以及子电池E⑶32与子电池22组成一体而制作的子电池集合(子电池组装体),在这种情况下,能够将电动车12的系统结构更紧凑地形成简易的结构。
[0065]如图1所示,双电源系统10基本上具有:作为负载(作功负载、再生负载)的驱动电机25、能够向驱动电机25提供(放电)相对大电力并且用来自驱动电机25的再生电力充电的主电池21、能够向驱动电机25提供(放电)相对小电力并且能够向主电池21提供充电用的电力的子电池22、在子电池22与主电池21之间,状态被切换控制为直接连结状态、升压状态或降压状态的电压转换器,并且也作为电力控制器发挥功能的转换器27、以及各种 ECU (Electronic Control Unit:电子控制单元)30 ?32。
[0066]E⑶30?32与共通的通信线36连接,除了通过通信线36共享相互之间的各种数据之外,也能够进行指令信号以及确认信号的发送接收等的通信。另外,在所述各种数据中也包括来自后面要提到的各种传感器的数据。
[0067]转换器27的二次侧2S、2S^经由作为电力线的线路55、56以及线路23、24,通过作为直流交流转换器的逆变器(INV) 38而与驱动电机25连接,并且,与转换器27的二次侧2S,2Sr经由线路55、56连接的主电池21经由线路23、24并通过所述转换器而与驱动电机25连接。
[0068]在线路23与24之间配置了车载充电器40。车载充电器40与外部充电用的插头28连接。
[0069]车载充电器40以及逆变器38由车辆E⑶30进行控制。
[0070]逆变器38由例如三相全桥型电路构成,当加速时以及定速行驶时(作功时),将由主电池21等在二次侧2S、2S^生成的直流电压转换成交流电压并施加给驱动电机25,并且,在减速等情况下(再生动作时),将由驱动电机25生成的再生电力(交流电压)转换成直流电压的再生电力并提供给主电池21。
[0071]在主电池21中,将兼作启动开关(电源开关)的接触器42与电流传感器44串联连接,主电池21以及接触器42由主电池E⑶31进行控制管理。由电流传感器44检测出的针对主电池21的充放电电流值被作为主电池电流值Imain而被主电池E⑶31获取。
[0072]另外,主电池21的端子间电压值(主电池电压值、主电池电压)Vmain或温度值(主电池温度值、主电池温度)Tmain也通过未图示的电压传感器以及温度传感器而被主电池E⑶31获取。因此,主电池E⑶31能够计算并控制作为主电池21的剩余容量的SOC (SOCm或者称为主电池剩余容量SOCm)。
[0073]另一方面,与转换器27的一次侧1S、1S^之间连接的子电池22,串联连接了电流传感器46,子电池22由子电池ECU32进行控制管理。由电流传感器46检测出的来自子电池22的放电电流值作为子电池电流值Isub而被子电池E⑶32获取。
[0074]另外,子电池22的端子间电压值(子电池电压值、子电池电压)Vsub以及温度值(子电池温度值、子电池温度)Tsub通过未图示的电压传感器以及温度传感器而被子电池E⑶32获取。因此,子电池E⑶32能够计算出并控制作为子电池22的剩余容量的SOC(SOCs或者称为子电池剩余容量SOCs)。
[0075]转换器27是众所周知的H型升降压转换器,包括:根据来自子电池E⑶32的栅极驱动信号Sgl、Sg2、Sg3、Sg4的电位来进行接通/断开驱动的MOSFET或IGBT等开关元件的晶体管Ql、Q2、Q3、Q4 ;与这些晶体管Ql?Q4分别逆向连接的二极管Dl、D2、D3、D4 ;以及电抗器50。另外,在该实施方式中,如图1的元件符号所示,使用MOSFET。
[0076]由晶体管Ql和二极管Dl构成一次侧1S、1S^的上臂元件Ul ;由晶体管Q2和二极管D2构成二次侧2S、2S^的上臂元件U2。另外,由晶体管Q3和二极管D3构成二次侧2S、2S'的下臂元件U3 ;由晶体管Q4和二极管D4构成一次侧1S、1S'的下臂元件U4。
[0077]从子电池E⑶32向各晶体管Ql?Q4提供与转换器27的动作模式(后面要提到的升压模式、降压模式以及直接连结模式)对应的栅极驱动信号Sgl?Sg4。
[0078]电抗器50被连接在一次侧IS、IS'的上臂元件Ul和下臂元件U4的中点与二次侧2S,2Sr的上臂元件U2和下臂元件U3的中点之间。
[0079]在一次侧1S、1S'之间以及二次侧2S、2S'之间分别连接了平滑用的蓄电器51、52。
[0080]上述车辆E⑶30、主电池E⑶31以及子电池E⑶32分别是包括微型计算机的计算机,除了 CPU(中央处理器)、作为存储器的R0M(也包括EEPR0M)、RAM(随机存取存储器)之夕卜,还具有A/D转换器、D/A转换器等的输入输出装置以及作为计时部的计时器等,CPU通过读取并执行记录在ROM中的程序,从而发挥各种功能实现部(功能实现单元)、例如控制器、计算部以及处理部等功能。
[0081]另外,在本实施方式中,构成双电源系统10的主电池E⑶31与车辆E⑶30是一体形成的部件,另外,也能够将构成双电源系统10的子电池ECU32与转换器27 —体形成。
[0082]在此,关于转换器27的动作模式,按照A.降压模式以及B.升压模式的顺序而对电路动作进行说明。
[0083]A.转换器27的降压模式
[0084]在这种情况下,将子电池电压Vsub设定得比主电池电压Vmain更高(Vsub >Vmain)。具体而言,通过调整构成主电池或子电池的单元个数来实现这种电压关系。
[0085]关于转换器27以子电池电压Vsub为基准来发挥降压转换器的功能的动作模式(降压模式)的动作,参照图3的表示转换器27的降压转换器的布线状态的概要电路框图(基本上,构成下臂元件U3、U4的晶体管Q3、Q4都为OFF状态)以及图4的存储在子电池ECU32的ROM中的降压模式时的动作概要表60进行说明。
[0086]在行驶时的作功状态(降压放电、直接连结放电)下,当子电池电压Vsub与主电池电压Vmain(Vsub > Vmain)接近时,子电池ECU32使晶体管Ql、Q2成为Ql、Q2 = ON(直接连结状态:直接连结模式),将来自子电池22的放电电流(直接连结放电电流)通过晶体管Q1、电抗器50以及二极管D2提供给二次侧2S、2S'侧。在使子电池22进行降压放电的情况下,即使Vsub > Vmain并且Q2 = 0N,电流也不会出现逆流。通过将转换器27设置为直接连结状态,能够使转换器27的开关损耗成为零值。
[0087]在行驶时的作功状态(降压放电、电流控制)下,在将子电池电压Vsub降压并控制由子电池22流出的放电电流的情况下,将晶体管Ql控制为Ql = PWM(脉冲宽度调制),使晶体管Q2成为Q2 = OFF。另外,晶体管Q2是M0SFET,因此,通过进行控制而使放电时Q2=0N、且仅在再生时Q2 = 0FF,从而能够减少二极管D2导致的通电损耗(正向电力损耗),从而能够提尚子电池22的电力利用效率。
[0088]在对晶体管Ql进行PffM控制时,当该晶体管Ql导通时,子电池22的放电电流通过晶体管Q1、电抗器50以及晶体管Q2( 二极管D2)而被提供给二次侧2S、2S',当该晶体管Ql截止时,积蓄在电抗器50中的电能通过二极管D4、电抗器50以及晶体管Q2( 二极管D2)而被提供给二次侧2S、2S^。
[0089]另外,当对晶体管Ql进行PffM控制时,当晶体管Ql截止、导通时,相应地进行使晶体管Q4成为接通、断开的相辅PWM控制,由此,能够有效地将积蓄在电抗器50中的电能提供给二次侧2S、2S^。
[0090]接下来,在行驶时的再生状态(继续放电)下,进行以下控制,即:使晶体管Q2成为Q2 = 0FF,将由驱动电机25通过逆变器38提供的再生电力由二极管D2阻断(截断),将再生电力仅充电给主电池21,并且,为了不使子电池22成为断开状态(能够继续放电状态),将晶体管Ql设为PffM控制状态或导通状态,使子电池22的放电电流通过晶体管Ql以及二极管D2而被充电到主电池21中。
[0091]如上所述,在行驶时的作功状态下,如图5A所示,进行以下控制,即:在主电池21的主电池剩余容量SOCm低于阈值
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