充电控制设备、电动车和蓄电装置充电控制方法

专利名称：充电控制设备、电动车和蓄电装置充电控制方法
技术领域：
本发明涉及充电控制设备和电动车。具体而言，本发明涉及安装在例 如电气车辆或混合动力车等电动车上的蓄电装置的充电控制。
背景技术：
日本特开No. 04-295202公开了一种用于电动车中的电机驱动与动力 处理设备。这种电机驱动与动力处理设备包含二次电池、变换器IA与IB、 感应电机MA与MB、控制单元。感应电机MA与MB分别包含Y形连接 的绕组CA与CB，输7W输出端口通过EMI滤波器被连接到绕组CA与 CB的中性点NA与NB。变换器IA与IB分别与感应电机MA与MB对应地提供，并被分别连 接到绕组CA与CB。变换器IA与IB并联连接到二次电池。当电机驱动与动力处理设备在充电模式下运行时，AC电力从通过 EMI滤波器被连接到输yV/输出端口的单相电源被提供到绕组CA与CB的 中性点NA与NB，变换器IA与IB将提供到中性点NA与NB的AC电力 转换为DC电力并对DC电源充电。然而，在该电机驱动与动力处理"i殳备中，为了实现具有为l的功率因 数的受控电池充电，可用于对电池充电的单相电源受到限制。具体而言， 在上面介绍的电机驱动与动力处理设备中，用于对电池进行充电的单相电 源的峰值电压(最大值)必须不超过电池电压，且如果单相电源的电压峰 值超过电池电压，不可能如所请求的那样控制电力流和功率因数。发明内容完成本发明以解决上述问题，且本发明的目的在于提供这样的充电控制设备其不限制可用于对蓄电装置进行充电的外部电源的电压等级。本发明的另一目的在于提供一种电动车，其不限制可用于对蓄电装置 进行充电的外部电源的电压等级。本发明提供了一种用于对蓄电装置进行充电的充电控制设备，其包含 星形连接的第一多相绕组；星形连接的第二多相绕组；连接到第一多相绕 组的第一中性点和第二多相绕组的第二中性点并将来自外部电源的AC电 力施加到第一与第二中性点的电力输入单元；电力转换设备，其将施加到 第一与第二中性点上的、来自外部电源的AC电力转换为DC电力并将DC 电力输出到DC电力线；转换器，其才艮据所施加的指令对来自DC电力线 的电压进行降低以便对蓄电装置进行充电，同时，将DC电力线的电压控 制为不低于蓄电装置的电压；转换器控制单元，其基于外部电源的电压等 级i殳置DC电力线的电压的控制目标，并向转换器输出用于将DC电力线 的电压控制为控制目标的指令。在本发明的充电控制设备中，被电力输入单元施加到第 一与第二中性 点的、来自外部电源的AC电力被电力转换设备转换为DC电力，其电压 被转换器降低，并被提供给蓄电装置。这里，通过转换器和转换器控制单 元，蓄电装置在DC电力线的电压基于外部电源的电压等级受到控制的同 时净皮充电。因此，即使是在外部电源的电压峰值超过蓄电装置的电压时， 通过将DC电力线的电压控制到不低于外部电源最大值的适当等级，可实 现功率因数为l的受控充电。因此，通过本发明的充电控制设备，可用于对蓄电装置进行充电的外 部电源不受限制，因此，在商用电源具有不同电压等级的外国，高效充电 变得是可^亍的。优选为，转换器控制单元根据外部电源的电压等级将预定设置值设置 为控制目标。因此，在充电控制i殳备中，DC电力线的电压控制目标可才艮据外部电 源的电压等级容易地设置(例如对应于各国商用电源的AC IOOV、 AC 200V 或AC240V)。优选为，转换器控制单元将近似等于外部电源电压最大值的电压设置 为控制目标。在充电控制设备中，DC电力线的电压控制目标被设置为外部电源的 电压最大值，其为使得功率因数为1的受控充电成为可能的下限等级。因 此，通过该充电控制i殳备，可以使通过降^f氐来自DC电力线的电压对蓄电 装置进行充电的转换器的开关损耗最小化。结果，高效充电变得是可能的。优选为，转换器包含具有两个开关元件的斩波器电路，其串联连接 在DC电力线与地线之间，所述开关元件各自具有续流二极管；电抗器， 其连接在蓄电装置与两开关元件的连接点之间。优选为，电力转换设备包含分别连接到第一与第二多相绕组的第一 与第二变换器；变换器控制单元，其用于以协调的方式对第一与第二变换 器进行控制，使得被施加到第一与第二中性点的AC电力被转换为DC电 力并,皮输出到DC电力线。优选为，外部电源为商用电源。因此，通过该充电控制设备，蓄电装置可使用家庭商用电源进行充电。 另外，本发明提供了一种电气车辆，其包含第一多相AC电机，其 包含作为定子绕组的星形连接第一多相绕组；第二多相AC电机，其包含 作为定子绕组的星形连接第二多相绕组；驱动轮，其机械耦合到第一与第 二多相AC电机中至少一个的旋转轴；第一与第二变换器，其分别与第一 与第二多相AC电机对应设置；蓄电装置；转换器，其设置在蓄电装置与连接到第一与第二变换器中的各个的DC电力线之间，将DC电力线的电压控制为不低于蓄电装置的电压；控制器，其控制第一与第二变换器以及 转换器；电力输入单元，其被连接到第一多相绕组的第一中性点以及第二 多相绕组的第二中性点，并将来自外部电源的AC电力施加到第一与第二 中性点。控制器包含变换器控制单元，该单元在来自外部电源的AC电 力被施加到第一与第二中性点时以协调的方式控制第一与第二变换器，使 得AC电力被转换为DC电力并被输出到DC电力线；转换器控制单元， 该单元在来自所述外部电源的AC电力4皮施加到所述第一与笫二中性点时基于外部电源的电压等级设置DC电力线的电压的控制目标，并用于对转 换器进行控制，使得蓄电装置被充电，同时，DC电源的电压被调节为控 制目标。在才艮据本发明的电动车中，来自用于对蓄电装置进行充电的外部电源 的AC电力通过电力输入单元被施加到第一与第二中性点。被施加到第一 与第二中性点的AC电力被第一与第二变换器转换为DC电力，被转换器 降低电压，并被提供给蓄电装置。这里，通过转换器与转换器控制单元， 蓄电装置在DC电力线的电压基于外部电源的电压等级受到控制的同时被 充电。因此，即使是在外部电源的电压最大值超过蓄电装置的电压时，通 过将DC电力线的电压控制为不低于外部电源最大值的适当等级，可实现 功率因数为1的受控充电。因此，在本发明的电动车中，可用于对蓄电装置进行充电的外部电源 不受限制，因此，高效充电在商用电源具有不同电压等级的外国变得是可 行的。另外，没有必要为由外部电源对蓄电装置进行充电分别提供专用转 换器，这带来了车辆尺寸、重量、成本的缩减。如上所述，在本发明中，基于外部电源的电压等级设置DC电力线的 电压控制目标，因此，可用于对蓄电装置进行充电的外部电源不受限制， 使用具有多种电压等级的外部电源的高效充电是可行的。另外，通过将DC电力线的电压控制目标设置为近似与外部电源电压 最大值相同的电压，可以使通过降低来自DC电力线对蓄电装置进行充电 的转换器的开关损耗最小化。结果，高效充电成为可能。另外，没有必要分立地提供用于由车辆外部的电源对蓄电装置进行充 电的专用转换器，这带来了车辆尺寸、重量和成本的缩减。


图1为混合动力车的总体框图，该车被示为根据本发明一实施例的电动车的实例；图2示出了图1所示变换器与电动发电机的零相(zero-phase)等效电路；图3为矢量图，其实现了图2所示零相等效电路中为l的输入功率因数；图4示出了当基于图3所示矢量关系对变换器进行控制时的电压波形； 图5示出了商用电源、电力线PL2和蓄电装置的电压之间的关系； 图6为图l所示控制器的功能框图； 图7为图6所示转换器控制单元的功能框图； 图8为图6所示第一与第二变换器控制单元的功能框图； 图9为一流程图，其示出了与由图l所示控制器进行的关于是否开始 充电的判断有关的程序的控制结构。
具体实施方式
下面参照附图详细介绍本发明的实施例。贯穿附图，相同或对应的部 分用同样的标号表示，且不重复对其进行介绍。图1为混合动力车的总体框图，该车被示为根据本发明一实施例的电 动车的实例。参照图l，混合动力车100包含发动机4、电动发电机MG1 与MG2、动力分割装置3、车轮2。混合动力车100还包含蓄电装置B、 升压转换器10、变换器20与30、控制器60、电容器Cl与C2、电力线 PL1与PL2、地线SL、 U相线UL1与UL2、 V相线VL1与VL2、 W相 线WL1与WL2、电压传感器70与72、电流传感器80与82。混合动力车 100还包含电力输入线ACL1与ACL2、继电器电路40、输入端子50、电 压传感器74。动力分割装置3被连接到发动机4、电动发电机MG1、电动发电机 MG2并在它们之间分割动力。例如，具有恒星齿轮、行星齿轮架和环形齿 轮的三个旋转轴的行星齿轮可被用作动力分割装置3。这三个旋转轴分别 被连接到发动机4、电动发电机MG1以及电动发电机MG2的相应的旋转 轴。例如，通过使电动发电机MG1的转子中空并将发动机4的曲轴插入 其中央，可将发动机4、电动发电机MG1与MG2机械连接到动力分割装置3。电动发电机MG2的旋转轴通过未示出的减速齿轮或差动齿轮净皮连接 到车轮2。另外，电动发电机MG2的旋转轴的减速机构还可被^^动力分 割装置3的内部。电动发电机MG1 ^皮^A混合动力车100，作为由发动机4驱动的发电 机以及作为能够起动发动机4的运行的电动机运行。电动发电机MG2被 装入混合动力车100,作为对作为驱动轮的车轮2进行驱动的电动机运行。蓄电装置B的正电极连接到电力线PL1，负电极连接到地线SL。电 容器Cl连接在电力线PL1与地线SL之间。升压转换器10包含电抗器L、 npn晶体管Ql与Q2以及二极管Dl 与D2。 npn晶体管Ql与Q2串联连接在电力线PL2与地线SL之间。二 极管Dl与D2分别连接在叩n晶体管Ql与Q2的集电极与发射极之间， 使得电流M射极侧流向集电极侧。电抗器L的一端连接到npn晶体管 Ql与Q2之间的节点，另一端连接到电力线PL1。IGBT (绝,型双极晶体管)可被用作本说明书中在上面提到的npn 晶体管以及下文介绍的npn晶体管。另外，例如功率MOSFET (金属氧 化物半导体场效应管)等功率开关元件可代替npn晶体管使用。电容器C2连接在电力线PL2与地线SL之间。变换器20包含U相臂 22、 V相臂24、 W相臂26。 U相臂22、 V相臂24、 W相臂26并联连接 在电力线PL2与地线SL之间。U相臂22包含串联连接的叩n晶体管Qll 与Q12， V相臂24包含串联连接的npn晶体管Q13与Ql4, W相臂26 包含串联连接的叩n晶体管Q15与Q16。二极管D11-D16分别连接在npn 晶体管Q11-Q16的集电极与发射极之间，使得电流M射极侧流向集电极 侧。电动发电才几MG1包含作为定子线圏的三相线圏12。构成三相线圏的 U相线圏U1、 V相线圏V1、 W相线圏Wl的一端彼此相联以形成中性点 Nl，另一端分别连接到变换器20中U相臂22、 V相臂24、 W相臂26的 npn晶体管之间的节点。变换器30包含U相臂32、 V相臂34和W相臂36。电动发电机MG2 包含作为定子线圏的三相线圏14。变换器30和电动发电机MG2分别与变 换器20和电动发电机MG1具有同样的结构。继电器电路40包含继电器RY1与RY2。机械触点继电器可被用作继 电器RY1、 RY2，或者，可使用半导体继电器。电力输入线ACL1的一端 连接到继电器RY1的一端，电力输入线ACL1的另一端连接到电动发电机 MG1的三相线圈12的中性点Nl。另夕卜，电力输入线ACL2的一端连接到 继电器RY2的一端，电力输入线ACL2的另一端连接到电动发电机MG2 的三相线圏14的中性点N2。继电器RY1与RY2的另一端连接到输入端 子50。蓄电装置B为可再充电的DC电源，例如镍氢化物或锂离子二次电池。 蓄电装置B向升压转换器10输出DC电力。另外，蓄电装置B由升压转 换器10进行充电。注意，大容量电容器或燃料电池可被用作蓄电装置B。电压传感器70检测蓄电装置B的电压VB,并将检测得到的电压VB 输出到控制装置60。电容器Cl对电源线PL1与地线SL之间的电压变化 进行平滑。根据来自控制器60的信号PWC，升压转换器10使用电抗器L对接 收自蓄电装置B的DC电压进行升压，并将结果得到的电压输出到电力线 PL2。具体而言，根据来自控制器60的信号PWC，升压转换器10在电抗 器L中将根据npn晶体管Q2的开关操作流动的电流存储为磁场能量，由 此对来自蓄电装置B的DC电压进行升压。于是，升压转换器10通过二 极管Dl与npn晶体管Q2的关断时刻同时地将升压电压输出到电力线 PL2。另夕卜，根据来自控制装置60的信号PWC,升压转换器10将通过电力 线PL2供自变换器20和/或30的DC电压降压到蓄电装置B的电压等级 并对蓄电装置B充电。这里，当蓄电装置B由连接到输入端子50的商用电源55进行充电时， 根据来自控制器60的信号PWC，升压转换器10将来自电力线PL2的电压降低到蓄电装置B的电压等级，以〗更对蓄电装置B进4于充电，同时，将 电力线PL2的电压控制在几乎与商用电源55的电压最大值相同的等级。电容器C2对电源线PL2与地线SL之间的电压变化进行平滑。电压 传感器72检测电容器C2的端子之间的电压，即电力线PL2上相对于地线 SL的电压VH，并将检测得到的电压VH输出到控制器60。根据来自控制器60的信号PWM1，变换器20将接收自电力线PL2 的DC电压转换为三相AC电压，并将转换得到的三相AC电压输出到电 动发电机MG1。因此，电动发电机MG1被驱动以产生指定的转矩。另夕卜， 变换器20根据来自控制器60的信号PWM1将由接收发动机4的动力的电 动发电机MG1产生的三相AC电压转换为DC电压，并将转换得到的DC 电压输出到电力线PL2。根据来自控制器60的信号PWM2，变换器30将接收自电力线PL2 的DC电压转换为三相AC电压，并将转换得到的三相AC电压输出到电 动发电机MG2。因此，电动发电机MG2被驱动以产生指定的转矩。另夕卜， 在车辆再生制动时，才艮据来自控制器60的信号PWM2，变换器30将由接 收车轮2的旋转力的电动发电机MG2产生的三相AC电压转换为DC电 压，并将转换得到的DC电压输出到电力线PL2。这里，再生制动指的是通过车辆驾驶者的足刹操作伴有再生的制动， 或在不操作足刹的情况下在行驶过程中通过释放加速器踏板在再生电力的 同时的车辆减速(或停止加速)。另夕卜，当蓄电装置B由连接到输入端子50的商用电源55进行充电时， 变换器20与30将通过电力输入线ACL1与ACL2从商用电源55供到三 相线圏12与14的中性点Nl与N2的AC电力转换为DC电力，并将该 DC电力输出到电力线PL2。电动发电机MG1与MG2为通过例如三相AC同步电机实现的三相 AC电机。电动发电机MG1使用发动机4的动力产生三相AC电压，并将 所产生的三相AC电压输出到变换器20。另外，电动发电机MG1通过接 收自变换器20的三相AC电压产生驱动力，并起动发动机4。电动发电机MG2通过接收自变换器30的三相AC电压产生用于车辆驱动转矩。另夕卜， 在车辆再生制动时，电动发电机MG2产生三相AC电压并将该电压输出 到变换器30。接收到来自控制器60的输入允许指令EN的情况下，继电器电路40 将输入端子50电气连接到电力输入线ACL1与ACL2。具体而言，继电器 电路40在其从控制器60接收到输入允许指令EN时开通继电器RY1与 RY2，并在其未从控制器60接收到输入允许指令EN时关断继电器RY1 与RY2。输入端子50用于将车辆外部的商用电源55连接到混合动力车100。 具体而言，混合动力车100可具有通过输入端子50从车辆外部的商用电源 55充电的蓄电装置B。电流传感器80检测流过电动发电机MG1的电机电流MCRT1,并将 检测得到的电机电流MCRT1输出到控制器60。电流传感器82检测流过 电动发电机MG2的电机电流MCRT2,并将检测到的电机电流MCRT2 输出到控制器60。电压传感器74检测连接到输入端子50的商用电源55 的电压Vac，并将检测到的电压Vac输出到控制器60。基于输出自未示出的ECU (电子控制单元)的、电动发电机MG1与 MG2的转矩指4Hi TR1与TR2和电机旋转数MRN1与MRN2、来自电 压传感器70的电压VB、来自电压传感器72的电压VH，控制装置60产 生用于驱动升压转换器10的信号PWC，并将所产生的信号PWC输出到 升压转换器10。另外，基于电压VH、电动发电机MG1的转矩指令值TR1、来自电 流传感器80的电机电流MCRT1，控制装置60产生用于驱动电动发电机 MG1的信号PWM1，并将所产生的信号PWM1输出到变换器20。另夕卜， 基于电压VH、电动发电机MG2的转矩指令值TR2、来自电流传感器82 的电机电流MCRT2,控制装置60产生用于驱动电动发电机MG2的信号 PWM2，并将所产生的信号PWM2输出到变换器30。现在，当来自未示出的点火钥匙(或点火开关，下面相同)的信号IG表示OFF位置且AC电力从商用电源55供到输入端子50时，控制器60 输出输入允许指令EN。于是，控制器60产生用于控制变换器20与30的 信号PWM1与PWM2，使得从商用电源55通过电力输入线ACL1与ACL2 施加到中性点Nl与N2的电力被转换为DC电力并输出到电力线PL2。另外，尽管蓄电装置B由商用电源55进行充电，控制器60基于来自 电压传感器74的电压Vac产生用于驱动升压转换器10的信号PWC，使 得电力线PL2的电压被控制为近似等于商用电源55的电压最大值的等级。出于下面的原因，电力线PL2的电压净皮控制为近似等于商用电源55 的电压最大值的等级，同时，蓄电装置由商用电源55充电。为了使用电气 连接到中性点Nl与N2的商用电源55实现功率因数为1的受控充电，有 必要将电力线PL2的电压保持在商用电源55的最大值或更高。尽管电力 线PL2的电压可被升压转换器10控制到不低于蓄电装置B电压的任意等 级，考虑升压转换器10的开关损耗，希望电力线PL2的电压等级较低。 因此，出于效率的观点，电力线PL2的电压应当优选为尽量低，但不低于 商用电源55的电压最大值。因此，在本实施例中，电力线PL2的电压被 控制为近似等于商用电源55的电压最大值的等级。当商用电源55的电压最大值低于蓄电装置B的电压时，电力线PL2 的电压,皮调节为蓄电装置B的电压等级。图2示出了图1所示电动发电机MG1与MG2和变换器20与30的零 相等效电路。在作为三相变换器的各变换器20与30中，存在六个npn晶 体管的开通/关断模式的八种不同组合模式。在八种开关模式中的两种中， 相间电压达到零，且这种电压状态被称为"零电压矢量"。对于零电压矢 量，对应于上臂的三个晶体管可被看作处于同样的开关状态(全部开通或 全部关断)，对应于下臂的三个晶体管也可净皮看作处于同样的开关状态。 因此，在图2中，变换器20的叩n晶体管Qll、 Q13、 QM被一般地表示 为上臂20A，变换器20的npn晶体管Ql2、 Ql4、 Q16被一般地表示为下 臂20B。类似地，变换器30的叩n晶体管Q21、 Q23、 Q25被一般地表示 为上臂30A，变换器30的叩n晶体管Q22、 Q24、 QM被一般地表示为下臂30B。如图2所示，零相等效电路可被看作具有通过继电器电路40与未示出 的输入端子50电气连接到中性点Nl与N2的商用电源55——其作为单相 电源——的单相PWM转换器。因此，当蓄电装置B由商用电源55进行 充电时，通过变换器20与30的开关控制，通过改变变换器20与30各自 的零电压矢量，使得变换器20与30作为单相PWM转换器的两个臂运行， 可以将来自商用电源55的单相AC电力转换为DC电力，并将该电力供到 电力线PL2。这里，切换变换器20与30的控制使得变换器20与30作为单相PWM 转换器的两个臂运行对应于本发明的"以协调的方式控制第 一与第二变换 器的变换器控制装置"。图3为一矢量图，其在图2所示零相等效电路中实现了为1的输入功 率因数。参照图3，矢量Vac表示商用电源55的电压矢量。矢量Iac表示 变换器20与30的输入电流矢量，并与商用电压电源55的电压矢量同相以 实现为1的功率因数。另夕卜，矢量RIac表示由三相线圏12与14的电阻分 量得到的电压矢量，矢量jcoLIac表示由三相线圏12与14的电感分量得 到的电压分量。另外，矢量Vinv表示由变换器20与30形成的转换器的输 入电压矢量。基于图3所示的矢量关系，由变换器20与30构成的转换器的输入电 压(图2的Vinv)净皮控制为其相位从商用电源55的电压Vac滞后6 ，由 此，实现具有为1的功率因数的充电。图4示出了当变换器20与30基于图3所示矢量关系受到控制时的电 压波形。参照图4，曲线kl表示商用电源55的电压Vac的波形。曲线k2 到k4分别表示U相线UL1的电压Vul、 V相线VL1的电压Vvl、 W相 线WL1的电压Vwl的波形，曲线k5到k7分别表示U相线UL2的电压 Vu2、 V相线VL2的电压Vv2、 W相线WL2的电压Vw2的波形。电压Vul、 Vvl、 Vwl受到变换器20的控制，以l更与电压Vac具有 相同的周期T且彼此同相，并从电压Vac滞后相位6 。电压Vu2、 Vv2、Vw2受到变换器30的控制，以便与电压Vac具有相同的周期T JL&此同 相，并与电压Vul、 Vvl、 Vwl具有相反的相位(^jf目)。另外，基于图 3所示矢量关系，电压Vul、 Vvl、 Vwl与电压Vu2、 Vv2、 Vw2之间的 电压差被^殳置为电压Vinv。通过这种方式，通过基于图3所示矢量关系使用变换器20与30控制 U、 V、 W相线的电压，蓄电装置B可由商用电源55用为1的功率因数充 电。图5示出了商用电源55、电力线PL2、蓄电装置B的电压之间的关系。 参照图5,电压Vac一m表示商用电源55的电压最大值。如上所述，电力 线PL2的电压VH必须被保持为不低于商用电源55的电压最大值。如果 电压VH低于电压Vac_m,电流恒定地流向变换器20与30的上臂的二极 管，并且，不可能控制从商用电源55到电力线PL2的电力流和功率因数。从变换器20与30供到电力线PL2的功率通过升压转换器10将其电 压从VH降低到VB，并供到蓄电装置B。这里，电力线PL2的电压VH受到升压转换器10的控制。具体而言， 电流从变换器20与30供到电力线PL2，当电力线PL2的电压VH作为结 果而上升时，所导致的从电力线PL2流到蓄电装置B的电流净皮升压转换器 IO增大，故电力线PL2的电压VH的增大受到抑制。当电力线PL2的电 压VH下降时，所导致的从电力线PL2流到蓄电装置B的电流被升压转换 器10减小，使得电力线PL2的电压VH增大。考虑升压转换器10的开关损耗，电力线PL2的较低电压VH是优选 的。电力线PL2的电压VH越高，升压转换器10的开关电压越高。结果， 升压转换器10的开关损耗相对增大。因此，为了实现高效率的充电，电力线PL2的电压VH应当优选为尽 可能低，并且不低于商用电源55的最大值(电压Vac_m)。在本实施例 中，升压转换器10将电力线PL2的电压VH控制为近似等于商用电源55 的电压最大值的等级，其为下限值。图6为图1所示控制器60的框图。参照图6,控制器60包含转换器控制单元61、第一变换器控制单元62、第二变换器控制单元63、 AC输入 控制单元64。基于来自电压传感器70的电压VB、来自电压传感器72的电压VH、 转矩指令值TR1与TR2以及电Wt转数MRNl与MRN2，转换器控制单 元61产生用于开通/关断升压转换器10的npn晶体管Ql与Q2的信号 PWC，并将所产生的信号PWC输出到升压转换器IO。这里，当接收到来自AC输入控制单元64的H (逻辑高)电平的控制 信号CTL时，转换器控制单元61基于接收自AC输入控制单元64的变换 器输入指令电压VHR产生信号PWC。第一变换器控制单元62基于电动发电机MG1的电机电流MCRT1和 转矩指令值TR1以及电压VH产生用于开通/关断变换器20的叩n晶体管 Qll至Q16的信号PWM1，并将所产生的信号PWM1输出到变换器20。这里，当接收到来自AC输入控制单元64的H电平的控制信号CTL 时，第一变换器控制单元62基于接收自AC输入控制单元64的用于各相 的指令电压VNR1产生信号PWM1。第二变换器控制单元63基于电动发电机MG2的转矩指令值TR2与 电机电流MCRT2以及电压VH产生用于开通/关断变换器30的npn晶体 管Q21至Q26的信号PWM2,并将所产生的信号PWM2输出到变换器 30。这里，当接收到来自AC输入控制单元64的H电平的控制信号CTL 时，第二变换器控制单元63基于接收自AC输入控制单元64的用于各相 的指令电压VNR2产生信号PWM2。基于来自ECU的表示蓄电装置B的充电状态(SOC )的信号SOC与 信号IG以及来自电压传感器74的电压Vac, AC输入控制单元64判断是 否应该由连接到输入端子50的商用电源55对蓄电装置B进行充电。当将 要进行充电时，AC输入控制单元64将H电平的控制信号CTL输出到转 换器控制单元61和第一与第二变换器控制单元62与63。另外，当判断为蓄电装置B将由商用电源55进行充电时，AC输入控制单元64基于来自电压传感器74的电压Vac产生用于变换器20各相的 指令电压VNR1以及用于变换器30各相的指令电压VNR2，并分别将所产 生的指令电压VNR1与VNR2输出到第一与第二变换器控制单元62与63。 这里，指令电压VNR1与VNR2为基于图3所示矢量关系计算的变换器电 压。具体而言，用于各相的指令电压VNR1表示用于产生图4所示电压 Vul、 Vvl、 Vwl的指令电压，用于各相的指令电压VNR2表示用于产生 图4所示电压Vu2、 Vv2、 Vw2的指令电压。另外，当判断为蓄电装置B将从商用电源55进行充电时，AC输入控 制单元64基于来自电压传感器74的电压Vac产生变换器输入指令电压 VHR，并将所产生的变换器输入指令电压VHR输出到转换器控制单元61。 这里，变换器输入指令电压VHR为受到升压转换器10控制的电力线PL2 的电压VH的控制目标，且其基于由电压传感器74检测得到的商用电源 55的电压Vac被设置为近似等于电压Vac的最大值的等级。另外，当判断为蓄电装置B将从商用电源55充电时，AC输入控制单 元64将输入允许指令EN输出到继电器电路40 。图7为图6所示转换器控制单元61的功能框图。参照图7，转换器控 制单元61包含变换器输入指令电压计算单元112、反馈指令电压计算单元 114、占空比计算单元116、 PWM信号转换单元118。当来自AC输入控制单元64的控制信号CTL处于L (逻辑低)电平 时，变换器输入指令电压计算单元112基于转矩指令值TR1与TR2以及 电M转数MRN1与MRN2计算变换器输入电压的最优值(目标值)， 即指令电压VH_com，并将计算得到的指令电压VHjom输出到反馈指令 电压计算单元114。另一方面，当来自AC输入控制单元64的控制信号CTL处于H电平 时，变换器输入指令电压计算单元112将接收自AC输入控制单元64的变 换器输入指令电压VHR作为指令电压VH_com输出到反馈指令电压计算 单元114。反馈指令电压计算单元114基于来自电压传感器72的电压VH以及来自变换器输入指令电压计算单元112的指令电压VH一com计算用于将电压 VH调节为指令电压VH_com的反馈指令电压VH—com一fb，并将计算得到 的反馈指令电压VH—com_fb输出到占空比计算单元116。占空比计算单元116基于来自电压传感器70的电压VB以及来自反馈 指令电压计算单元114的反馈指令电压VH一com一fb计算用于将电压VH 调节为指令电压VH一com的占空比，并将计算得到的占空比输出到PWM 信号转换单元118。基于接收自占空比计算单元116的占空比，PWM信号转换单元118 产生用于开通/关断升压转换器10的npn晶体管Ql与Q2的PWM (脉宽 调制)信号，并将所产生的PWM信号作为信号PWC输出到升压转换器 10的npn晶体管Ql与Q2。当升压转换器10下臂的npn晶体管Q2的导通占空增大时，电抗器L 的功率蓄积增大，因此，电压VH能够增大。另一方面，当上臂的npn晶 体管Ql的导通占空增大时，电压VH降低。因此，通过调节npn晶体管 Ql与Q2的占空比，可以将电力线PL2的电压VH设置在不低于蓄电装置 B的电压VB的l壬意电压。图8为图6所示第一与第二变换器控制单元62与63的功能框图。参 照图8，第一与第二控制单元62与63各自包含用于电机控制的相电压计 算单元120以及PWM信号转换单元122。当来自AC输入控制单元64的控制信号CTL处于L电平时，用于电 机控制的相电压计算单元120基于转矩指令值TR1 (或TR2)、电机电流 MCRTl(或MCRT2 )以及电压VH计算施加到电动发电机MGl(或MG2 ) 各相线圏的指令电压，并将计算得到的各相指令电压输出到PWM信号转 换单元122。当来自AC输入控制单元64的控制信号CTL处于H电平时，用于电 机控制的相电压计算单元120将接收自AC输入控制单元64的各相指令电 压VNR1 (或VNR2 )输出到PWM信号转换单元122。PWM信号转换单元122基于接收自电机控制用相电压计算单元120的各相指令电压产生实际开通/关断变换器20 (或30 )的各个npn晶体管 Qll至Q16 (或Q21至Q26)的信号PWM1 (或PWM2 )，并将所产生 的信号PWM1 (或PWM2 )输出到变换器20 (或30 )的各个npn晶体管 Qll至Q16 (或Q21至Q26)。当基于接收自AC输入控制单元64的各相指令电压VNRl(或VNR2 ) 4吏得电流流到U、 V、 W相的线圏时，各相电流具有同样的相位，因此， 不在电动发电机MG1 (或MG2)中产生旋转转矩。图9为一流程图，其表示由图1所示控制器60进行的关于是否开始充 电的判断的程序的控制结构。该流程图的处理每当满足规定条件时或每隔 规定时间段由主程序调用并执行。参见图9，控制器60基于来自点火钥匙的信号IG判断点火钥匙是否 被旋转到OFF位置(步骤S10 )。当控制器60判断为点火钥匙未被旋转 到OFF位置(步骤S10中的否)，这意味着将商用电源55连接到输入端 子50以便对蓄电装置B进行充电是不合适的，因此，处理进行到步骤90， 控制返回到主程序。当判断为点火钥匙被旋转到OFF位置时(步骤SIO中的是)，控制器 60从电压传感器74接收由电压传感器74检测的电压Vac (步骤S20)。 于是，基于来自电压传感器74的电压Vac，控制器60判断AC电力是否 从商用电源55输入(步骤S30)。当没有观测到电压Vac时，控制器60 判断为AC电力未从商用电源55输入(步骤S30中的否)，因此，处理进 行到步骤S90，控制返回到主程序。在步骤S30中，当电压Vac被观测到且判断为AC电力从商用电源55 输入时(步骤S30中的是)，控制器60判断蓄电装置B的SOC是否低于 阈值S仇(F)(步骤S40)。这里，阈值Sth (F)为用于判断蓄电装置B 的SOC是否充足的值。当判断为蓄电装置B的SOC低于阈值Sth( F )时(步骤S40中的是)， 控制器60基于来自电压传感器74的电压Vac设置电力线PL2的电压VH 的控制目标(步骤S50 )。具体而言，控制器60将电压VH的控制目标设置在近似等于电压Vac的最大值的等级。当电压VH的控制目标被设置时，控制器60将输入允许指令EN输出 到继电器电路40(步骤S60)。当来自商用电源55的AC电力通过继电器 电路40被施加到电动发电机MG1与MG2的中性点Nl与N2时，控制器 60通过两个变换器20与30的协调控制进行蓄电装置B的充电(步骤S70 )。如果在步骤S40中判断为蓄电装置B的SOC不低于阈值Sth( F)(步 骤S40中的否)，控制器60判断为没有必要对蓄电装置B充电，并执行 充电停止处理(步骤S80)。具体而言，控制器60停止变换器20与30， 并解除已输入到继电器电路40的输入允许指令EN。如上所述，在本实施例中，当蓄电装置B由商用电源55进行充电时， 电力线PL2的电压等级基于商用电源55的电压Vac进^i殳置。因此，功 率因数为l的充电变得可行，而不限制可用于对蓄电装置B充电的商用电 源55'由于电压VH的控制目标被i殳置为允许以为1的功率因数进行受控充 电的下限值的、电压Vac的最大值，升压转换器10的开关损耗可被最小 化。结果，可实现更为高效的充电。另外，混合动力车100允许从商用电源55对蓄电装置B充电，而没 有必要^f吏用专用于充电的、分立提供的转换器。因此，在减小车辆尺寸、 重量和成本方面是有利的。在上面的实施例中，电力线PL2的电压VH的控制目标,皮i殳置为商用 电源55的电压Vac的最大值。然而，电压VH的控制目标不限于电压Vac 的最大值。如上所述，电压VH的控制目标应当尽量低且不低于电压Vac 的最大值，因为升压转换器10的开关损耗能够得到降低。商用电源55的电压等级按照国家而确定(例如AV100V、 AC200V、 AC240V),因此，对应于商用电源55的电压等级的电压VH的控制目标 可被预先存储为表格，可根据输入到输入端子50的商用电源55的电压等 ^ U^格读取和i殳置对应的电压VH控制目标。在上面的实施例中，发动机4和电动发电机MG2被用作动力源的混合动力车被介绍为电动车的实例。本发明也可适用于装有至少两个电动发 电机的电气车辆或燃料电池车辆。另外，本发明一般地适用于装有至少两 个电动发电机的电动车。当本发明的电动车被实现为电气车辆或燃料电池车辆时，电动发电机MG1与MG2被耦合到电气车辆或燃料电池车辆的驱 动轮。在上文中，三相线圏12与14对应于本发明的"第一多相绕组"与"第 二多相绕组"。电力输入线ACL1与ACL2、继电器电路40与输入端子 50构成本发明的"电力输入单元"。另外，变换器20与30构成本发明的"电力转换i殳备"，电力线PL2对应于本发明的"DC电力线"。另外， 升压转换器10对应于本发明的"转换器"，转换器控制单元61和AC输 入控制单元64构成本发明的"转换器控制单元"。另夕卜，各二极管D1与D2对应于本发明的"续流二极管"，npn晶体 管Ql与Q2以及二极管Dl与D2构成本发明的"斩波器电路"。另外， 变唤器20与30对应于本发明的"第一变换器"与"第二变换器"，第一 与第二变换器控制单元62与63以及AC输入控制单元64构成本发明的"变 换器控制单元"。另外，电动发电机MG1与MG2对应于"第一多相AC电机"与"第 二多相AC电机"，车轮2对应于本发明的"驱动轮"。上面介绍的实施例仅仅作为实例而不应解释为限制性的。本发明的范 围在适当考虑实施例的书面介绍的情况下由各权利要求决定，并包含属于 权利要求书及其等价内容范围内的变型。
权利要求
1.一种充电控制设备，其用于对蓄电装置充电，该设备包含星形连接的第一多相绕组；星形连接的第二多相绕组；电力输入单元，其被连接到所述第一多相绕组的第一中性点与所述第二多相绕组的第二中性点，并将来自外部电源的AC电力施加到所述第一与第二中性点；电力转换设备，其将施加到所述第一与第二中性点的、来自所述外部电源的AC电力转换为DC电力，并将所述DC电力输出到DC电力线；转换器，其根据所施加的指令，将所述DC电力线的电压控制为不低于所述蓄电装置的电压，同时，降低来自所述DC电力线的电压以便对所述蓄电装置充电；以及转换器控制装置，其用于基于所述外部电源的电压等级设置所述DC电力线的电压控制目标，并向所述转换器输出用于将所述DC电力线的电压控制为所述控制目标的所述指令。
2. 根据权利要求l的充电控制设备，其中，所述转换器控制装置将根据所述外部电源的电压等级预先确定的设置 值设置为所述控制目标。
3. 根据权利要求1的充电控制设备，其中，所述转换器控制装置将近似等于所述外部电源的电压最大值的电压设 置为所述控制目标。
4. 根据权利要求1的充电控制设备，其中， 所述转换器包含斩波器电路，其串联连接在所述DC电力线与地线之间，具有各自具 有续流二极管的两个开关元件，以及电抗器，其连接在所述蓄电装置与所述两个开关元件的连接点之间。
5. 根据权利要求1的充电控制设备，其中，所述电力转换设备包含第一与第二变换器，其分别被连接到所述第一与笫二多相绕组，以及 变换器控制装置，其用于以协调的方式控制所述第一与第二变换器，使得被施加到所述第一与第二中性点的AC电力被转换为DC电力并被输出到所述DC电力线。
6. 根据权利要求1的充电控制设备，其中， 所述外部电源为商用电源。
7. —种电气车辆，其包含第一多相AC电机，其包含作为定子绕组的星形连接第一多相绕组； 第二多相AC电机，其包含作为定子绕组的星形连接第二多相绕组； 驱动轮，其机械连接到所述第一与第二多相AC电机中至少一个的旋 转轴；第一与第二变换器，其分别与所述第一与第二多相AC电机对应地i殳置；蓄电装置；转换器，其设置在所述蓄电装置与被连接到所述第 一与第二变换器中的各个的DC电力线之间，将所述DC电力线的电压控制为不低于所述蓄 电装置的电压；控制器，其控制所述第一与第二变换器以及所述转换器；以及电力输入单元，其被连接到所述第 一 多相绕组的笫 一 中性点以及所述第二多相绕组的第二中性点，并将来自外部电源的AC电力施加到所述第 一与第二中性点；其中，所述控制器包含变换器控制装置，其用于在来自所述外部电源的AC电力被施加到所 述第一与第二中性点时以协调的方式控制所述第一与第二变换器，使得AC 电力被转换为DC电力并被输出到所述DC电力线，以及转换器控制装置，其用于在来自所述外部电源的AC电力被施加到所 述第一与第二中性点时基于所述外部电源的电压等级i更置所述DC电力线的电压控制目标，并用于控制所述转换器，使得所述蓄电装置在所述DC 电源的电压净皮调节为所述控制目标的同时被充电。
8. —种用充电器对蓄电装置充电的充电控制方法，其中， 所述充电器包含星形连接的第一多相绕组， 星形连接的第二多相绕组，电力输入单元，其被连接到所述第 一多相绕组的第 一 中性点与所述第 二多相绕组的第二中性点，并将来自外部电源的AC电力施加到所述第一 与第二中性点，电力转换设备，其将施加到所述第一与第二中性点的、来自所述外部 电源的AC电力转换为DC电力，并将所述DC电力输出到DC电力线， 以及转换器，其根据设置的控制目标，将所述DC电力线的电压控制为不 低于所述蓄电装置的电压，同时，降低来自所述DC电力线的电压以^f更对 所述蓄电装置充电；所述方法包含第一步骤，检测所述外部电源的电压等级；以及 第二步骤，基于检测到的电压等级设置所述控制目标。
9. 根据权利要求8的充电控制方法，其中，在所述第二步骤中，根据所述外部电源的电压等级预先确定的设置值 被设置为所述控制目标。
10. 根据权利要求8的充电控制方法，其中，在所述第二步骤中，近似等于所述外部电源的电压最大值的电压被设 置为所述控制目标。
11. 一种用于对蓄电装置充电的充电控制^殳备，其包含 星形连接的第一多相绕组； 星形连接的第二多相绕组；电力输入单元，其被连接到所述第 一多相绕组的第 一 中性点和所述第二多相绕组的第二中性点，并将来自外部电源的AC电力施加到所述第一 与第二中性点；电力转换i殳备，其将施加到所述第一与第二中性点的、来自所述外部 电源的AC电力转换为DC电力，并将所述DC电力输出到DC电力线；转换器，其根据所施加的指令，将所述DC电力线的电压控制为不低 于所述蓄电装置的电压，同时，降低来自所述DC电力线的电压以^f更对所 述蓄电装置充电；以及控制器，其执行一系列操作；其中，所述控制器基于所述外部电源的电压等级i殳置所述DC电力线的电压 控制目标，并向所述转换器输出用于将所述DC电力线的电压控制为所述 控制目标的所述指令。
12. 根据权利要求ll的充电控制设备，其中，所述控制器将根据所述外部电源的电压等级预先确定的设置值设置为 所述控制目标。
13. 根据权利要求11的充电控制设备，其中，所述控制器将近似等于所述外部电源的电压最大值的电压设置为所迷 控制目标。
14. 根据权利要求11的充电控制设备，其中，所述电力转换设备包含分别被连接到所述第 一与第二多相绕组的第一 与第二变换器；且所述控制器以协调的方式控制所述第 一与第二变换器，使得被施加到 所述第一与第二中性点的AC电力净皮转换为DC电力并被输出到所述DC 电力线。
全文摘要
当判断为蓄电装置(B)将由商用电源(55)进行充电时，基于商用电源(55)的电压Vac，控制器(60)设置通过升压转换器(10)控制的电力线(PL2)的电压VH的控制目标。具体而言，控制器(60)将电压VH的控制目标设置到近似等于电压Vac的最大值的等级。接着，控制器(60)将输入允许指令(EN)输出到继电器电路(40)，并控制变换器(20，30)以执行蓄电装置(B)的充电。
文档编号H02J7/00GK101277839SQ20068003612
公开日2008年10月1日 申请日期2006年9月20日 优先权日2005年9月29日
发明者中村诚, 及部七郎斋, 吉田宽史, 石川哲浩 申请人:丰田自动车株式会社