专利名称：车辆的充电装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及搭载于能够与外部电源连接的车辆的辅机蓄电池的充电。
背景技术：
近年来，能够使用车辆外部的电源(外部电源)的电力对主蓄电池进行充电的电动车辆(所谓的插入式车辆)正在实用化，所述主蓄电池存储用于使行驶用电动机工作的电力。关于这样的插入式车辆，例如在日本特开2009-225587号公报(专利文献I)中公开了一种除了主转换器之外具备副转换器的插入式车辆，所述主转换器设置在主蓄电池和行驶用电动机之间的通电路径上且能够利用主蓄电池的电力对辅机蓄电池进行充电，所述副转换器设置在主蓄电池和外部电源之间的通电路径上且能够利用外部电源的电力直接对辅机蓄电池进行充电。专利文献1:日本特开2009-225587号公报
发明内容
然而，在专利文献I中对于主转换器发生故障的情况的应对没有任何具体的记载。而且，对于作为副转换器使用小容量的转换器这一点也没有任何公开。在专利文献I公开的插入式车辆中，也考虑到了在行驶中主转换器发生故障的情况下取代主转换器而使副转换器工作来补充辅机的消耗电力，但副转换器的容量较小时无法补充充足的电力，有可能导致辅机蓄电池过放电。本发明为了解决上述的课题而作出，其目的在于即使在采用小容量的副转换器的情况下也防止主转换器异常时的辅机蓄电池的过放电。本发明的充电装置是一种车辆的充电装置，所述车辆具备:存储用于使车辆驱动用的电动机工作的电力的第一电源、存储用于使车辆的辅机工作的电力的第二电源、构成为能够与车辆的外部电源连接的连接器。该充电装置具备:第一转换器，对第一电源和电动机之间的通电路径上的电力进行转换而向第二电源供给；第二转换器，对第一电源和连接器之间的通电路径上的电力进行转换而向第二电源供给，且容量比第一转换器小；控制装置，控制第二转换器。控制装置在第一转换器异常的情况下，进行以使第二电源的电压或蓄电量相比第一转换器正常的情况下增大的方式使第二转换器工作的预备充电。优选，控制装置在车辆停止期间外部电源与连接器连接的状态下判定第一转换器是否异常，在判定为第一转换器异常的情况下，在车辆的行驶开始之前进行预备充电。优选，控制装置在车辆停止期间判定为第一转换器异常、且预测为一个行程中的第二电源的可输出能量和一个行程中的第二转换器的可转换能量的合计能量小于一个行程中的辅机的需要能量的情况下，进行预备充电。优选，控制装置在通过预备充电而使合计能量大于需要能量的时间点停止预备充电。优选，控制装置在通过预备充电而使第二电源的电压或蓄电量达到预定的值的时间点停止预备充电。 优选，车辆还具备充电器，该充电器设置在第一电源和连接器之间的通电路径上且将外部电源的电力转换为能够对第一电源进行充电的电力。第二转换器设置在充电器与第二电源之间。发明效果根据本发明，即使在采用容量(额定电力)比第一转换器(主转换器)小的第二转换器(副转换器)的情况下，也能够防止第一转换器异常时第二电源(辅机蓄电池)过放电的情况。
图1是车辆的整体框图。图2是表示低电压系统的能量收支的形象的图。图3是E⑶的功能框图。图4是比较未进行预备充电时的行驶开始前的辅机蓄电池电压Vl和进行了预备充电时的行驶开始前的辅机蓄电池电压V2的图。图5是表不E⑶的处理步骤的流程图。
具体实施例方式以下，参照附图，详细说明本发明的实施例。需要说明的是，在图中对相同或相当的部分标注同一标号，不重复其说明。图1是搭载了本实施例的充电装置的车辆I的整体框图。车辆I具备:主蓄电池
10、系统主继电器(以下称为“SMR”)11、功率控制单元(以下称为“P⑶”)20、电动发电机(以下称为“MG”)30、动力传递齿轮40、驱动轮50、辅机蓄电池60、辅机负载70、充电单元80、及控制装置(以下称为“ECU”)100。MG30是产生使车辆I行驶的驱动力的交流旋转电机。MG30的输出转矩经由动力传递齿轮40向驱动轮50传递，而使车辆I行驶。在车辆I的再生制动时，MG30能够通过驱动轮50的旋转力来进行发电。然后，该发电电力由PCU20转换为用于对主蓄电池10进行充电的电力。需要说明的是，图1例示了设置一个MG30的情况，但电动发电机的个数可以是多个。另外，作为动力源，除了 MG30外也可以具备发动机。即，本实施例的车辆I可以适用于电动机动车、混合动力车辆、燃料电池机动车等利用电力取得驱动力的所有车辆。主蓄电池10是存储用于使MG30工作的电力的直流电源。主蓄电池10是锂离子电池或镍氢电池等二次电池。另外，主蓄电池10也可以是双电层电容器。主蓄电池10经由正极线PLl及负极线NLl而与P⑶20的升压转换器21连接。然后，主蓄电池10向P⑶20供给用于使MG30工作的电力。主蓄电池10的电压是例如200伏程度的较高的值。SMRll由来自E⑶100的控制信号SI来控制，对主蓄电池10和P⑶20之间的电力的供给和切断进行切换。PCU20包括升压转换器21、逆变器22、DC/DC转换器23。升压转换器21由来自E⑶100的控制信号S2来控制，将主蓄电池10的电压转换为主蓄电池10的电压以上的电压并向逆变器22供给。逆变器22由来自E⑶100的控制信号S3来控制，将经由升压转换器21从主蓄电池10所供给的直流电力转换为能够使MG30工作的交流电力，并向MG30供给。由此，利用主蓄电池10的电力使MG30工作。DC/DC转换器23基于来自E⑶100的控制信号S4来控制，将正极线PLl及负极线NLl之间的电压(即主蓄电池10的高电压)降压至辅机蓄电池60的电压(12伏程度的低电压)，并经由电线LI向辅机蓄电池60供给。由此，利用主蓄电池10的电力而对辅机蓄电池60进行充电。辅机蓄电池60代表性地包含铅蓄电池而构成。辅机蓄电池60是存储用于使车辆I的辅机(辅机负载70或ECU100等)工作的电力的直流电源。辅机蓄电池60的电压是如上述那样的12伏程度的较低的值。在以下中，将辅机蓄电池60及利用辅机蓄电池60的电压而工作的电气设备类总称为“低电压系统”。辅机负载70是低电压系统的电气设备类。辅机负载70由例如空调单元、音响单元、灯类、雨刷、加热器等构成。此外，车辆I作为用于进行利用来自外部电源500的交流电力(以下，也称为“外部电力”)对主蓄电池10进行充电的外部充电的构成，包括充电单元80、入口 83、充电继电器84。入口 83为了接受来自外部电源500的交流电力，而设置在车辆I的车身上。入口83构成为能够与外部电源500的连接器连接。充电单元80包括充电器81和副电源82。充电器81经由正极线PL2及负极线NL2而与主蓄电池10连接，并且经由正极线PL3及负极线NL3而与入口 83连接。充电器81由来自E⑶100的控制信号S5来控制，将输入至入口 83的外部电力(交流电力)转换为能够对主蓄电池10进行充电的电力(直流200伏)，并向主蓄电池10供给。由此进行外部充电。副电源82是设置在充电器81和辅机蓄电池60之间的电力转换器。副电源82构成为能够将从入口 83向充电器81供给的外部电力(可以是由充电器81对外部电力进行转换之前的交流电力，也可以是由充电器81对外部电力进行转换之后的直流电力)及从主蓄电池10向充电器81供给的直流电力转换为能够向低电压系统供给的电力(直流12伏程度)。由副电源82转换后的电力经由电线L2向低电压系统供给。副电源82作为用于在外部充电中向低电压系统供给电力的电源而发挥作用。即，在外部充电中，如后述那样地使SMRll断开，而无法从DC/DC转换器23向辅机蓄电池60供给电力。因此，在外部充电中，从副电源82向低电压系统供给电力。另外，副电源82的容量(额定电力)设定为小于DC/DC转换器23的容量的值。即，在车辆行驶中，由于用户使用空调或音响等，低电压系统的消耗电力有升高的倾向。DC/DC转换器23主要在车辆行驶中进行向低电压系统的电力供给，因此DC/DC转换器23的容量设定为较大的值(例如2千瓦程度)。另一方面，在外部充电中，用户使用空调或音响等的情况较少，与车辆行驶中相比低电压系统的消耗电力有降低的倾向。副电源82主要在外部充电中进行向低电压系统的电力供给，因此考虑转换效率，将副电源82的容量设定为小于DC/DC转换器23的容量的值(例如200瓦程度)。
充电继电器84由来自E⑶100的控制信号S7来控制，对主蓄电池10和充电器81之间的电力的供给和切断进行切换。此外，车辆I具备对主蓄电池10及辅机蓄电池60的状态(电压、电流、温度等)、油门踏板位置、车速等控制车辆I的行驶所需的信息进行检测的多个传感器(都未图示)。各传感器将检测结果向ECUlOO输出。ECU100包括CPU (Central Processing Unit:中央处理单兀)和存储器,根据存储于该存储器的信息或各传感器的检测结果等生成上述的控制信号SI S7并向对应的各设备输出。另外，在图1中，将ECU100作为一个单元，但也可以按照功能进行分割。E⑶100在进行外部充电时，使充电继电器84接通而连接主蓄电池10和充电单元80的充电路径。然后，E⑶100使充电器81工作，将外部电力转换为能够对主蓄电池10进行充电的电力，并向主蓄电池10供给。此时，E⑶100考虑P⑶20的寿命而使SMRll断开(SP切断主蓄电池10和P⑶20的通电路径)。在外部充电中，ECU100使副电源82工作，将外部电力转换为能够向低电压系统供给的电力，并向低电压系统供给。由此，能够使用外部电力而使在外部充电中需要工作的低电压系统工作，而能够抑制辅机蓄电池60的电力消耗。如此，在外部充电中除了从辅机蓄电池60，也能从副电源82进行向低电压系统的电力供给。另一方面，使车辆I行驶时，E⑶100以使SMRll接通后的状态对P⑶20进行控制，从而利用主蓄电池10的电力使MG30工作。此时,辅机蓄电池60的电压(蓄电量)低于目标值时，E⑶100使DC/DC转换器23工作，或者，使充电继电器84接通而使副电源82工作，从而对辅机蓄电池60进行充电。如此，在车辆行驶中，除了从辅机蓄电池60，也能从DC/DC转换器23及副电源82进行向低电压系统的电力供给。即，在车辆行驶中，DC/DC转换器23作为主转换器而发挥作用，副电源82作为副转换器而发挥作用。图2是表示一个行程中的低电压系统的能量(电量)收支的形象的图。在设一个行程中的辅机蓄电池60的可输出能量为“P1”、一个行程中的副电源82的可转换能量为“P2”、一个行程中的DC/DC转换器23的可转换能量为“P3”的情况下，DC/DC转换器23正常工作时(以下，也简称为“正常时”)的一个行程中的低电压系统的可消耗能量Pnor为将P1、P2、P3相加后的值。另一方面，DC/DC转换器23发生故障时(以下，也简称为“异常时”)的一个行程中的低电压系统的可消耗能量Pabnor为将pi和p2相加后的值，与正常时相比降低P3的量。在该可消耗能量Pabnor未达到一个行程中的低电压系统的需要能量PO的情况下，有可能在该行程中低电压系统的电力不足而导致辅机蓄电池60过放电。特别是，副电源82的容量小至200伏程度而无法充分地确保可转换能量P2，因此低电压系统的电力不足的可能性也升高。因此，本实施例的ECU100判定外部充电结束时DC/DC转换器23是否异常，在异常时，根据需要使副电源82工作而使行驶开始前的辅机蓄电池60的电压比正常时高。由此，能够将预测为在下一行程中不足的能量(与PO-Pabnor相当的能量)预备下一行程而预先存储于辅机蓄电池60。以下，也将这样的辅机蓄电池60的充电称为“预备充电”。进行该预备充电这一点是本实施例的最具特征的点。图3是关于预备充电的部分的E⑶100的功能框图。图3所示的各功能块既可以通过硬件实现，也可以通过软件实现。
ECUlOO包括判定部110、计算部120、130、比较部140、及控制部150。判定部110在外部充电结束时(通过外部充电使主蓄电池10的蓄电量达到目标值时)判定DC/DC转换器23的异常的有无。该判定例如可以基于在到上次为止的行程中是否残留有表示DC/DC转换器23发生了故障的履历来进行，也可以基于在实际中连接SMRll而使DC/DC转换器23工作时的结果来进行。计算部120在DC/DC转换器23异常时算出下一行程中的低电压系统的需要能量PO。需要能量PO例如通过预测由用户输入的到下一行程的目的地为止的低电压系统的消耗能量来算出即可。另外，也可以基于过去的一个行程中的需要能量PO的平均值来预测需要能量PO。计算部130算出下一行程中的辅机蓄电池60的可输出能量P1、及下一行程中的副电源82的可转换能量P2。辅机蓄电池60的蓄电量与辅机蓄电池60的电压存在正的相关关系，因此下一行程中的辅机蓄电池60的可输出能量Pl例如基于辅机蓄电池60的电压来算出即可。另外，下一行程中的副电源82的可转换能量P2例如基于副电源82的容量(200瓦)与下一行程时间来进行预测即可。下一行程时间例如根据到目的地为止的距离或道路的复杂程度、或过去的一个行程时间的平均值等来进行预测即可。另外，P1、P2的计算方法并不限定于这些方法。然后，计算部130算出辅机蓄电池60的可输出能量Pl和副电源82的可转换能量P2的合计能量来作为异常 时的下一行程中的可消耗能量Pabnor。比较部140比较需要能量PO和可消耗能量Pabnor，将其结果向控制部150输出。控制部150基于来自比较部140的比较结果，对副电源82进行控制。在可消耗能量Pabnor小于需要能量PO时，控制部150生成用于进行预备充电的控制信号S6并向副电源82输出。由此，进行使用了外部电力的预备充电，辅机蓄电池60的电压(蓄电量)增加而辅机蓄电池60的可输出能量Pl增加。因此，低电压系统的可消耗能量Pabnor也增加。控制部150在可消耗能量Pabnor达到需要能量PO的时间点停止预备充电。图4是比较未进行预备充电时(正常时)的行驶开始前的辅机蓄电池电压Vl和进行了预备充电时(异常时)的行驶开始前的辅机蓄电池电压V2的图。如图4所示，异常时的行驶开始前的辅机蓄电池电压V2通过预备充电设定为比正常时的行驶开始前的辅机蓄电池电压Vl高出规定电压α的值(参照箭头Α)。因此，与基于预备充电的电压增加量α(=V2_V1)相当的电能预备下一行程而预备地对辅机蓄电池60进行充电。因此，即使在副电源82的容量小而无法充分地确保可转换能量P2的情况下，也防止辅机蓄电池60的过放电。特别是，在本实施例中，在外部充电结束时进行预备充电，但外部充电结束时，处于车辆I停止期间且外部电源500与入口 83连接的状态。因此，能够不使用主蓄电池10的电力，而使用外部电力进行预备充电，从而能够抑制基于预备充电的主蓄电池10的电力低下。图5是表示用于实现上述的功能的E⑶100的处理步骤的流程图。该流程图在外部充电结束时执行。在步骤10 (以下，将步骤省略为“S”)中，E⑶100判定DC/DC转换器23的异常的有无。DC/DC转换器23异常时(S10中为“是”)，处理移至S11。不是这样时(S10中为“否”)，处理结束。在Sll中，E⑶100算出下一行程中的低电压系统的需要能量PO。在S12中，E⑶100算出下一行程中的辅机蓄电池60的可输出能量Pl和下一行程中的副电源82的可转换能量P2的合计能量来作为异常时的下一行程中的低电压系统的可消耗能量Pabnor。在S13中，E⑶100判断在S12中算出的可消耗能量Pabnor是否大于在Sll中算出的需要能量PO (是否Pabnor>P0)。Pabnor>P0时(S13中为“是”)，该处理结束。PabnoKPO时(S13中为“否”)，处理移至S14。在S14中，E⑶100使副电源82工作而开始预备充电。在S15中，E⑶100判断通过预备充电可消耗能量Pabnor是否大于需要能量PO。可消耗能量Pabnor还小于需要能量PO时(S15中为“否”)，处理返回S14，并继续预备充电。另一方面，可消耗能量Pabnor大于需要能量PO时(S15中为“是”)，E⑶100将处理移至S16，并使副电源82停止而结束预备充电。如以上，本实施例的E⑶100在外部充电结束时DC/DC转换器23异常的情况下，进行预备下一行程而使副电源82工作从而使辅机蓄电池60的电压(蓄电量)高于正常时的预备充电。由此，能够将因DC/DC转换器23异常而预测为在下一行程中不足的低电压系统的电能在下一行程之前预先存储于辅机蓄电池60。因此，即使在副电源82的容量小而无法充分地确保可转换能量P2的情况下，也能够防止辅机蓄电池60的过放电，抑制在下一行程中无法使低电压系统工作的情况。另外，在本实施例中，说明了在外部充电结束时进行预备充电的情况，但进行预备充电的时机并不一定限定于此。例如，也可以使进行预备充电的时机为外部充电前或外部充电中、以及车辆行驶中。另外，为了抑制基于预备充电的主蓄电池10的电力低下，优选在外部电源500和入口 83连接的状态下进行预备充电。另外，在本实施例中，说明了在预备充电的开始条件及结束条件中使用可消耗能量Pabnor及需要能量PO的情况,但也可以使预备充电的开始条件及结束条件更简单。例如，也可以在DC/DC转换器23异常时开始预备充电，在辅机蓄电池60的电压或蓄电量达到预定的值(比正常时的目标电压或目标蓄电量高的值)的时间点停止预备充电。应认为本次公开的实施例在所有的点都是例示而并不是限制性的。本发明的范围并不是上述的说明而是根据权利要求来表示，并且表示包含与权利要求均等的意思及范围内的所有的变更。标号说明I车辆、10主蓄电池、20PCU、21升压转换器、22逆变器、23DC/DC转换器、40动力传递齿轮、50驱动轮、60辅机蓄电池、70辅机负载、80充电单元、81充电器、82副电源、83入口、84充电继电器、100ECUU10判定部、120、130计算部、140比较部、150控制部、500外部电源。
权利要求
1.一种车辆的充电装置，所述车辆具备:存储用于使车辆驱动用的电动机(30)工作的电力的第一电源(10)、存储用于使车辆的辅机(70)工作的电力的第二电源(60)、构成为能够与车辆的外部电源(500)连接的连接器(83)，其中， 所述车辆的充电装置具备: 第一转换器(23)，对所述第一电源和所述电动机之间的通电路径上的电力进行转换而向所述第二电源供给； 第二转换器(82)，对所述第一电源和所述连接器之间的通电路径上的电力进行转换而向所述第二电源供给，且容量比所述第一转换器小； 控制装置(100)，控制所述第二转换器， 所述控制装置在所述第一转换器异常的情况下，进行以使所述第二电源的电压或蓄电量相比所述第一转换器正常的情况下增大的方式使所述第二转换器工作的预备充电。
2.根据权利要求1所述的车辆的充电装置，其中， 所述控制装置在所述车辆停止期间所述外部电源与所述连接器连接的状态下判定所述第一转换器是否异常，在判定为所述第一转换器异常的情况下，在所述车辆的行驶开始之前进行所述预备充电。
3.根据权利要求2所述的车辆的充电装置，其中， 所述控制装置在所述车辆停止期间判定为所述第一转换器异常、且预测为一个行程中的所述第二电源的可输出能量和一个行程中的所述第二转换器的可转换能量的合计能量小于一个行程中的所述辅机的需要能量的情况下，进行所述预备充电。
4.根据权利要求3所述 的车辆的充电装置，其中， 所述控制装置在通过所述预备充电而使所述合计能量大于所述需要能量的时间点停止所述预备充电。
5.根据权利要求2所述的车辆的充电装置，其中， 所述控制装置在通过所述预备充电而使所述第二电源的电压或蓄电量达到预定的值的时间点停止所述预备充电。
6.根据权利要求1所述的车辆的充电装置，其中， 所述车辆还具备充电器(81)，该充电器(81)设置在所述第一电源和所述连接器之间的通电路径上且将所述外部电源的电力转换为能够对所述第一电源进行充电的电力， 所述第二转换器设置在所述充电器与所述第二电源之间。
全文摘要
车辆具备主蓄电池、辅机蓄电池、对主蓄电池和行驶用电动发电机之间的通电路径上的电力进行转换而向辅机蓄电池供给的大容量的DC/DC转换器、对主蓄电池和外部电源之间的通电路径上的电力进行转换而向辅机蓄电池供给的小容量的副电源、控制副电源的控制装置。控制装置判定DC/DC转换器的异常的有无，在判定为DC/DC转换器异常的情况下，使副电源工作而进行预备充电。进行了预备充电时的辅机蓄电池电压V2设定为比未进行预备充电时的辅机蓄电池电压V1高出规定电压α的值。
文档编号H02J7/10GK103221246SQ201080070219
公开日2013年7月24日 申请日期2010年11月19日 优先权日2010年11月19日
发明者杉山义信, 洪远龄 申请人:丰田自动车株式会社