车辆的电源系统的制作方法

本发明涉及车辆的电源系统。

背景技术：

过去，已知从蓄电池经由单一的电压变换机向多个驱动电动机进行电力提供的车辆的电源系统。蓄电池的电压被电压变换机变换成给定的电压，各驱动电动机通过变换的电压进行驱动(专利文献1)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：jp特开2015-216725号公报

但在专利文献1的结构中，由于多个电动机相对于单一的电压变换机并联连接在与蓄电池相反的一侧，因此向各电动机提供的电压成为同电位。由此，存在不能组合使用额定不同的电动机等电动机的组合的选项受到限制的问题。

因此，提出通过在多个电动机之间设置电压变换机来对每个电动机给出不同的电压的结构，但根据蓄电池相对于电压变换机的连接位置，存在以下问题：在蓄电池的连接时出现不能进行预充电的电路、因电压变换机的驱动开始时的陡峭的电压变化而该电路(熔丝、辅机等)出现损伤。

即，在具备以不同的电压进行驱动的多个电动机的系统中，在驱动开始时的电路电压控制上留有改善的余地。

技术实现要素：

本发明目的在于，提供能向降压侧的电容器适当地进行充电、抑制系统故障的车辆的电源系统。

(1)本发明的车辆的电源系统(例如后述的电源系统1)特征在于，具备：蓄电池(例如后述的高电压蓄电池21)；与蓄电池连接的第一电力变换器(例如后述的第1逆变器23)；与第一电力变换器连接的第一驱动用电动机(例如后述的驱动电动机rm)；将蓄电池的电压降压的电压变换器(例如后述的高电压dcdc转换器22)；与电压变换器连接的电气设备(例如后述的第2逆变器24、辅机6等)；与电气设备并联连接的电容器(例如后述的电容器c1)；取得电容器的充电状态的充电状态取得单元(例如后述的电流传感器30、电压传感器28)；和基于充电状态取得单元的取得值来控制电压变换设备的控制单元(例如后述的vcuecu8)。

根据(1)的车辆的电源系统，由于能向降压侧的电容器适当地进行充电，因此能抑制系统故障。

(2)在(1)的车辆的电源系统基础上，也可以是，还具备切换蓄电池的连接状态以及阻断状态的切换单元(例如后述的接触器212p)，控制单元在切换单元从阻断状态向连接状态切换时基于充电状态取得单元的取得值来控制电压变换设备。

根据(2)的车辆的电源系统，能适当地进行系统启动后的降压侧的电容器的充电，能迅速使电气设备成为待机状态。

(3)在(1)或(2)的车辆的电源系统基础上，也可以是，充电状态取得单元是电流值取得单元(例如后述的电流传感器30)，控制电压变换器，以使向电容器的充电电流值成为恒定。

根据(3)的车辆的电源系统，能在所期望的充电时间内可靠地进行充电，另外能抑制熔丝的断线。

(4)在(1)或(2)的车辆的电源系统基础上，也可以是，充电状态取得单元是电压值取得单元(例如后述的电压传感器28)，控制电压变换器，以使电容器的充电电压值阶段性上升。

根据(4)的车辆的电源系统，能适当地进行充电，直到所期望的充电电压，另外能抑制熔丝的断线。

(5)在(1)到(4)任一项的车辆的电源系统的基础上，也可以是，电气设备是经由第二电力变换器连接的第二驱动用电动机。

根据(5)的车辆的电源系统，能实现针对一个蓄电池具备驱动电压不同的多个电动机的系统。

(6)在(1)到(5)中任一项的车辆的电源系统基础上，也可以是，电气设备是辅机。

根据(6)的车辆的电源系统，能避免辅机的高电压化应对等不需要的成本增加，并能抑制辅机的故障。

(7)也可以是，(6)的车辆的电源系统中的辅机是：能由直流充电源充电的直流充电部(例如后述的直流充电口4)；取得由外部充电设备向直流充电部施加的电压值的施加电压值取得单元(例如后述的电压传感器49)；从直流充电部向电压变换器与蓄电池之间连接的高压充电路径(不经由vcu向蓄电池充电)；和从直流充电部向电压变换器与第二电力变换器之间连接的低压充电路径(经由vcu向蓄电池充电)，控制单元在来自低压充电路径的充电开始前，基于施加电压取得值来控制电压变换设备，调整电容器的电压。

根据(7)的车辆的电源系统，由于在从外部充电设备向车辆的充电时能向降压侧的电容器适当地进行充电，因此能抑制系统故障。

(8)在(1)到(7)任一项的车辆的电源系统的基础上，也可以是，在对蓄电池的电压进行降压的电压变换器的线圈与和电压变换器连接的电气设备(例如后述的第2逆变器24、辅机6)之间配置开关元件。

根据(8)的车辆的电源系统，能抑制在电压变换器的上侧臂的元件短路故障时向电气设备侧施加高压的电压。

发明的效果

根据本发明，能提供能向降压侧的电容器适当地进行充电、抑制系统故障的车辆的电源系统。

附图说明

图1是表示本发明的第1实施方式所涉及的车辆的电源系统的图。

图2是表示第1实施方式所涉及的预充电的电流的流动的图。

图3是表示第1实施方式所涉及的预充电的时序图的图。

图4是表示第2实施方式所涉及的预充电的电流的流动的图。

图5是表示第2实施方式所涉及的预充电的时序图的图

图6是表示第3实施方式所涉及的车辆的电源系统的一部分的图。

附图标记的说明

1电源系统

21高电压蓄电池

23第1逆变器

rm驱动电动机

22高电压dcdc转换器

24第2逆变器

c1辅机

6电容器

30电流传感器

28电压传感器

8vcuecu

具体实施方式

以下参考附图来说明本发明的一个实施方式。

图1是表示搭载本实施方式所涉及的电源系统1的电动车辆v(以下仅称作“车辆”)的结构的图。另外，在本实施方式中，作为车辆v，以具备驱动电动机的四轮驱动的电动汽车为例进行说明，但本发明并不限于此。只要是二轮驱动的电动汽车、混合动力车辆、燃料电池汽车等利用在蓄电池蓄电的电力来行驶的车辆，本发明所涉及的电源系统就能适用任何车辆。

车辆v具备电源系统1、前轮fw的驱动电动机fm和后轮rw的驱动电动机rm。驱动电动机fm、rm主要产生用于车辆v行驶的动力。驱动电动机fm、rm的输出轴经由未图示的动力传递机构与驱动轮fw、rw连结。通过从电源系统1对驱动电动机fm、rm提供电力而在驱动电动机fm、rm产生的转矩各自经由未图示的动力传递机构被传递到驱动轮fw、rw，使驱动轮fw、rw旋转，使车辆v行驶。另外，驱动电动机fm、rm在车辆v的减速再生时作为发电机发挥作用。由驱动电动机m发电的电力充电到电源系统1所具备的高电压蓄电池21。

电源系统1具备：设有高电压蓄电池21的高电压电路2；比高电压蓄电池21低电压的低电压电路3；能够向驱动前轮fw的驱动电动机fm、驱动后轮rw的驱动电动机rm、高电压电路2以及低电压电路3提供电力的直流充电部4；能对低电压电路3提供电力的交流充电部5；以及具有加热器等的辅机6。

高电压电路2具备：高电压蓄电池21；作为电压变换器的高电压dcdc转换器22；将高电压蓄电池21的正负两极和高电压dcdc转换器22的低电压侧正极端子221以及低电压侧负极端子222连接的第1电力线26p、26n；作为电力变换器的第1逆变器23；将高电压dcdc转换器22的高电压侧正极端子223以及高电压侧负极端子224和第1逆变器23的直流输入输出侧连接的第2电力线27p、27n；以及检测第2电力线27p、27n的电压的2次侧电压传感器29。

高电压蓄电池21是能进行将化学能变换成电能的放电以及将电能变换成化学能的充电这两者的二次电池。以下说明作为该高电压蓄电池21而利用了通过锂离子在电极间移动来进行充放电的所谓锂离子蓄电池的情况，但本发明并不限于此。

高电压dcdc转换器22设于第1电力线26p、26n与第2电力线27p、27n之间。高电压dcdc转换器22的低电压侧正极端子221以及低电压侧负极端子222分别如上述那样经由第1电力线26p、26n与高电压蓄电池21连接。高电压dcdc转换器22的高电压侧正极端子223以及高电压侧负极端子224经由第2电力线27p、27n与高电压蓄电池21以及第1逆变器23连接。

高电压dcdc转换器22是组合电抗器l、第1平滑电容器c1、高臂(higharm)元件225h、226h、低臂(lowarm)元件225l、226l、第2平滑电容器c2和负母线227而构成的双向dcdc转换器。

高臂元件225h具备：igbt、mosfet等已知的功率开关元件；和与该功率开关元件并联连接的二极管。低臂元件225l具备：igbt、mosfet等已知的功率开关元件；和与该功率开关元件并联连接的二极管。这些高臂元件225h以及低臂元件225l在高电压侧正极端子223与负母线227之间串联地以该顺序连接。另外，高臂元件226h以及低臂元件226l也在高电压侧正极端子223与负母线227之间串联地以该顺序连接。

高臂元件225h的功率开关元件的集电极与高电压侧正极端子223连接，其发射极与低臂元件225l的集电极连接。低臂元件225l的功率开关元件的发射极与负母线227连接。设于高臂元件225h的二极管的正向是从电抗器l向高电压侧正极端子223的朝向。另外，设于低臂元件225l的二极管的正向是从负母线227向电抗器l的朝向。电抗器l的一端子连接到高臂元件225h的发射极与低臂元件225l的集电极之间，电抗器l的另一端子连接到高臂元件226h的发射极与低臂元件226l的集电极之间。

这些高臂元件225h、226h以及低臂元件225l、226l分别通过由vcuecu8生成的栅极驱动信号而接通或断开。

高电压dcdc转换器22通过遵循从vcuecu8在给定的定时生成的栅极驱动信号对上述元件225h、225l进行接通/断开驱动，来发挥对双向的电流的降压功能。所谓降压功能是指将对高电压侧的端子223、224施加的电压降压并输出到低电压侧的端子221、222的功能，由此还能使电流从第2电力线27p、27n向第1电力线26p、26n流动，还能使电流从第1电力线26p、26n向第2电力线27p、27n流动。另外，以下将第1电力线26p、26n之间的电位差称作1次侧电压v1。另外将第2电力线27p、27n之间的电位差称作2次侧电压v2。

1次侧电压传感器28检测该1次侧电压v1，2次侧传感器29检测该2次侧电压v2，将与检测值相应的信号向vcuecu8发送。

第1逆变器23例如是具备将多个开关元件(例如igbt)进行桥接而构成的桥电路的基于脉冲宽度调制的pwm逆变器，具备变换直流电力和交流电力的功能。第1逆变器23在其直流输入输出侧与第2电力线27p的端子231、第2电力线27n的端子232连接，在交流输入输出侧与驱动电动机rm的u相、v相、w相的各线圈连接。在端子231与端子232之间设置接地的端子233，在端子231与端子233之间设置电容器c4，在端子232与端子233之间设置电容器c5。在第2电力线27p、27n之间与电容器c4、c5并联地设置控制车辆v的碰撞时的放电的主动放电控制器234和电容器c3。

第1逆变器23将与驱动电动机rm的u相连接的高压侧u相开关元件以及低压侧u相开关元件、与驱动电动机rm的v相连接的高压侧v相开关元件以及低压侧v相开关元件、和与驱动电动机rm的w相连接的高压侧w相开关元件以及低压侧w相开关元件按每相桥接而构成。

第1逆变器23通过遵循由电动机ecu9在给定的定时生成的栅极驱动信号对上述各相的开关元件进行接通/断开驱动，来将从高电压dcdc转换器22提供的直流电力变换成交流电力并提供到驱动电动机rm，或者将从驱动电动机rm提供的交流电力变换成直流电力并提供到高电压dcdc转换器22。另外，前轮fw的驱动电动机fm和后轮rw的驱动电动机rm的输出哪个更大都可以。

直流充电部4被plc组件7控制，与直流电源连接，进行高电压蓄电池21的充电、向一次侧的电力提供。直流充电部4的正极端子与第3电力线41p连接，直流充电部4的负极端子与第3电力线41n连接。第3电力线41p经由端子411以及接触器42连接到第2电力线27p的端子211，并经由端子304与第1电力线26p的端子301连接。第3电力线41n按照端子412、413的顺序经由这些端子与负母线227的端子229连接。在第3电力线41n，在端子412与端子413之间并联没置接触器45、46，在接触器45，在端子412侧串联连接路径短路时的保护用的熔丝44，在接触器46串联连接正向是从端子413向端子412的方向的二极管47。

高电压蓄电池21通过正极端子与第2电力线27p连接、负极端子与第2电力线27n连接而并联连接在高电压dcdc转换器22与第1逆变器23之间。高电压蓄电池21被蓄电池ecu10控制充电以及放电的功能。高电压蓄电池21与主接触器212p、接触器211n按照该顺序串联连接，通过将它们接通，在正极端子与负极端子之间形成未图示的电容器。对主接触器212p并联地连接预充电接触器211p和预充电电阻211r。预充电接触器211p和预充电电阻211r串联连接，经过预充电接触器211p的电流被预充电电阻211r缓和。若接触器42、45接通，则对未图示的电容器进行基于从直流充电部4施加的电压的充电。另一方面，通过接触器42断开，预充电接触器211p、接触器211n接通，蓄积于高电压蓄电池21的电荷放电，向第1逆变器23或高电压dcdc转换器22提供电流(以下将其称作“预充电”)。并且在预充电接触器211p断开，主接触器212p、接触器211n接通的情况下，也向第1逆变器23或高电压dcdc转换器22提供电流。

低电压电路3具备：将高电压dcdc转换器22的高电压侧正极端子221以及高电压侧负极端子222和第2逆变器24的直流输入输出侧连接的第1电力线26p、26n；检测第1电力线26p、26n的电压的1次侧电压传感器28；能检测向电容器c1的电流的1次侧电流传感器30；辅机6；和交流充电部5。

第2逆变器24是与第1逆变器23同样的结构，具备将直流电力和交流电力变换的功能。第2逆变器24在其直流输入输出侧与第1电力线26p的端子241、第1电力线26n的端子242连接，在交流输入输出侧与驱动电动机rm的u相、v相、w相的各线圈连接。在端子241与端子242之间设置电容器c6。对于电容器c6在高电压dcdc转换器22侧并联地设置控制车辆v的碰撞时的放电的主动放电控制器244、以及电容器c7、c8。在第1电力线26p的端子245与第1电力线26n的端子246之间设置接地的端子243，在端子245与端子243之间设置电容器c7，在端子243与端子246之间设置电容器c8。

第2逆变器24通过遵循由电动机ecu11在给定的定时生成的栅极驱动信号对各相的开关元件进行接通/断开驱动，来将从高电压dcdc转换器22提供的直流电力变换成交流电力并提供到驱动电动机fm，或者将从驱动电动机fm提供的交流电力变换成直流电力并提供到高电压dcdc转换器22。

交流充电部5具备具有将交流电流变换成直流电流的功能的ac充电器53，其输出电流被提供到1次侧。向ac充电器53的电流的输入输出被充电ecu54控制。交流充电部5以及ac充电器53的正极侧的端子与第5电力线51p连接，交流充电部5以及ac充电器53的负极侧的端子与第5电力线51n连接。第5电力线51p经由熔丝51、端子304以及端子302与第1电力线26p的端子301连接。第5电力线51n经由端子228与第1电力线26n的端子303连接。

辅机6例如具备电动压缩机、加热器等。设于辅机6的平滑电容器c9的正极侧的端子与第4电力线61p连接，电容器c9的负极侧的端子与第4电力线61n连接。第4电力线61p经由熔丝61和端子302与第1电力线26p的端子301连接，第4电力线61n经由端子228与第1电力线26n的端子303连接。即，辅机6并联连接在高电压dcdc转换器22与第2逆变器24之间。

因此，直流充电部4与高电压源连接，并对高电压蓄电池21进行充电，另外，能对第1电力线26p、26n之间施加电压来提供电力。即，在通过接触器42、45接通而形成的高压充电路径中，在与端子211、229之间被施加高电压。在通过接触器43、45接通而形成的低压充电路径中，通过dcdc转换器22而降压的低电压被施加在端子229、301之间。

参考图2以及图3来说明第1实施方式所涉及的预充电的动作。在第1实施方式中，在切换高电压蓄电池21的连接状态以及阻断状态的切换单元即主接触器212p从阻断状态切换到连接状态时，vcuecu8如图2的箭头s所示那样，基于电流传感器30的取得值来控制高电压dcdc转换器22。

图3是第1实施方式所涉及的预充电的时序图。若在时刻t0点火器接通，vcuecu8就开始电力的控制。在时刻t1开始预充电。vcuecu8若使接触器211p为接通状态，则在箭头a所示的路径上，电流流入电容器c2、c3，并且电压值v2从时刻t1起慢慢上升。在时刻t2，vcuecu8使主接触器212p为接通状态。若在时刻t3使高臂元件225h、226h的开关为接通状态，则在图3的箭头b所示的路径上，电荷流入电容器c1、c6、c7、c8、c9。vcuecu8若基于电流传感器30的取得值控制流入电容器c1的电流i1使其保持恒定，则电容器c1的电压值v1慢慢上升。若在时刻t4电容器c1成为满充电状态，则电压值v1达到一定的值并且电流i1的值也大致成为0。充电电流i1的值可以是预先决定的给定值，另外也可以设定为环境温度例如外部大气温度或熔丝温度越高则值越小。

如此地，根据第1实施方式所涉及的车辆的电源系统，通过控制高电压dcdc转换器22，使得电流传感器30中的向电容器c1的充电电流值成为恒定，能抑制熔丝的断线，并适当地进行系统启动后的接触器的充电。作为结果，能使电气设备迅速成为待机状态。

参考图4以及图5来说明第2实施方式所涉及的预充电的动作。电源系统1的电路结构由于与第1实施方式相同，因此省略说明。与第1实施方式的差异在于vcuecu8所进行的预充电的控制方法。

在第2实施方式中，在切换高电压蓄电池21的连接状态以及阻断状态的切换单元即接触器211p从阻断状态切换到连接状态时，vcuecu8如图4的箭头s所示那样，基于电压传感器28、29的取得值来控制高电压dcdc转换器22，使得电容器c1的充电电压值阶段性上升。

图5是第2实施方式所涉及的预充电的时序图。如在时刻t0点火器接通，则vcuecu8开始电力的控制。在时刻t1开始预充电。vcuecu8若使接触器211p为接通状态，则在箭头a所示的路径上，电流向电容器c2、c3流入，并且电压值v2从时刻t1起慢慢上升。在时刻t2，vcuecu8使主接触器212p为接通状态。若在时刻t3使高臂元件225h、226h的开关为接通状态，则在图4的箭头b所示的路径上，电荷流入电容器c1、c6、c7、c8、c9。vcuecu8基于电压传感器28、29的取得值来控制流入电容器c1的电流i1，以使电容器c1阶段性上升。若电容器c1的电压值v1阶段性上升，在时刻t4电容器c1成为满充电状态，则电压值v1达到一定的值，并且电流i1的值也大致成为0。

如此地，根据第2实施方式中的车辆的电源系统，通过电流平缓地流向电容器c1，能防止元件的损伤，另外能抑制熔丝的断线，因此能适当地进行充电，直到所期望的充电电压。

图6是表示第3实施方式所涉及的车辆的电源系统的一部分的图。第3实施方式的电路结构相对于第1实施方式的电路结构追加了开关元件400。开关元件400配置在将高电压蓄电池21的电压降压的高电压dcdc转换器22的电抗器l与连接于高电压dcdc转换器22的第2逆变器24、辅机6以及交流充电部5之间。如图6所示那样，在电抗器l与端子221之间，在集电极连接到端子221的朝向上连接igbt等开关元件400。

开关元件400也可以作为dcdc转换器22的一部分被vcuecu8控制。在该情况下，vcuecu8能通过将开关元件400接通、断开来使来自高电压蓄电池21的电流缓和，从而能对电容器c1平缓地进行充电。开关元件400例如能抑制在高电压dcdc转换器22的上侧臂的元件短路故障时向连接前部电动机ecu11、辅机等的一次侧施加高压的电压。如此地，根据第3实施方式所涉及的车辆的电源系统，能预防电源系统1的故障。

另外，上述的第1～第3实施方式中称作辅机的设备可以是能通过直流充电源充电的直流充电部4、取得由外部充电设备向直流充电部4施加的电压值的电压传感器49、从直流充电部4向高电压dcdc转换器22与高电压蓄电池21之间连接的高压充电路径、和从直流充电部4向高电压dcdc转换器22与第2逆变器24之间连接的低压充电路径。vcuecu8可以在来自低压充电路径的充电开始前基于电压传感器49的取得值来控制高电压dcdc转换器22，调整电容器c1的电压。由于在从外部充电设备向车辆充电时，能向降压侧的电容器c1适当地进行充电，因此能抑制系统故障。

根据以上那样的第1～第3实施方式所涉及的电源系统1，能避免辅机6的高电压化应对等不需要的成本增加，并能抑制辅机6的故障。

另外，本发明并不限定于上述实施方式，在能达成本发明的目的的范围内的变形、改良等包含在本发明中。