CN102107608B - 电动车辆用电力供给装置 - Google Patents

Abstract

在包括高电压电池和低电压电池，用高电压电池充电低电压电池的***中，提供防止因低电压电池用充电电压直接施加到辅机上所造成的耐久性下降的电力供给装置。用降压转换器(6)降压后的电压充电副电池(5)。该充电电压通过主开关(9)导通而施加到灯光器(27)和前照灯(25)上。前照灯(25)通过FET(11或11a)被接地，通过以低占空比驱动该FET(11或11a)，将对前照灯(25)供给的电流限制为额定电流。前照灯(25)中流过的电流也可以通过二极管(D1)或(D2)的电压降作用而降低。FET(11、11a)或二极管(D1、D2)可以安装在PDU(45)或降压转换器(6)的基板上。

Description

电动车辆用电力供给装置

技术领域

本发明涉及电动车辆用电力供给装置，特别涉及由将电力供给到作为车辆的驱动源的电动机(以下，简称为‘马达’)的高电压的主电池、以及将电力供给到马达以外的车辆上所设置的电力驱动设备(辅机)的低电压的副电池构成的电动车辆用电力供给装置。

背景技术

在自动两轮车、乘用车等的车辆中，装载额定12伏的电池作为电源是十分普通的，但设置选择的电装部件的情况和随着车辆的高性能化等而装载了高电压电池的车辆也为人所知。但是，用高电压电池不能使低额定电压车灯如以往那样点亮。因此，例如，在专利文献1中，为了用高电压电池能够点亮以往的低额定电压车灯，提出了进行电力变换器的输出占空比的变更，从而调整车灯中流过的电流的车辆用车灯控制装置。

[专利文献1]专利第3679700号公报(日本)

发明内容

在装载了高电压电池的电动车辆的电力供给装置中，在稳定地对灯光器等的车辆的辅机供给电力的目的下，有时在作为主电池的高电压电池之外另外设置辅机用的低电压副电池。这种情况下，考虑将主电池的输出电压通过电力变换器进行降压，对副电池用该降压后的电压进行充电的***。

在这样的***中，将电力从副电池供给到包含了灯光器的车辆的辅机。但是，副电池的电压为从电力变换器施加的充电用电压，所以如果只对辅机供给来自电力变换器的电压，则例如在灯光器上被施加比其额定电压高的充电用电压。于是，如果将灯光器用充电用电压点亮，则被认为对灯光器的耐久性有影响，所以期望有对策。

另一方面，如果考虑灯光器的耐久性而使电力变换器的输出电压低，则产生不能将副电池充分地充电的课题。

本发明的目的是，对于上述以往技术的课题，提供能够将副电池充分地充电，并且能够防止灯光器等的辅机的耐久性下降的电动车辆用电力供给装置。

用于实现上述目的的本发明的第1特征是，在用于具有作为车辆的驱动源的马达、至少包括前照灯的辅机的电动车辆，具有高电压的主电池、以及其电压比所述主电池电压低的副电池，对所述辅机电力供给所述副电池的输出电压和通过第1电力变换装置降压后的所述主电池的输出电压的电动车辆用电力供给装置中，所述第1电力变换装置将主电池的输出电压降压而对所述副电池生成充电电压，还包括将所述副电池的输出电压进一步降压而供给到辅机的第2电力变换装置。

此外，本发明的第2特征是，所述第2电力变换装置是占空比受到控制以限制对所述辅机的施加电压的开关元件，所述占空比可根据车辆的行驶状态而改变。

此外，本发明的第3特征是，还包括检测车辆的速度的车速检测装置，在根据检测到的车速而检测出车辆停止时，将所述占空比切换为比车辆的行驶时小的值。

此外，本发明的第4特征是，电动车辆具有使车辆自立的托车架、以及在托车架处于非收纳位置时输出检测信号的托车架开关，在所述托车架开关输出检测信号时，将所述占空比切换为零。

此外，本发明的第5特征是，所述第1电力变换装置对所述副电池供给的充电电压是比副电池的额定电压高的值。

此外，本发明的第6特征是，所述第2电力变换装置是具有电压降功能的二极管。

此外，本发明的第7特征是，所述第1电力变换装置是第1降压转换器，所述第2电力变换装置是使所述第1降压转换器的输出电压进一步降压的第2降压转换器，所述第1降压转换器输出所述副电池的充电用电压，所述第2降压转换器分别连接到副电池和辅机，以输出所述辅机的驱动用电压。而且，此外，本发明的第8特征是，在导通了主开关时，至所述第1电力变换装置进行动作为止的期间，以100％的占空比驱动所述开关元件。

根据具有第1特征的本发明，无论主电池的驱动负载变动如何，都可以从副电池(sub-battery)稳定地对辅机供给电力。此外，可以为了充电副电池而施加足够的电压，同时可以提高灯光器等的辅机的耐久性。特别地，能够延长前照灯(headlight)的灯泡(bulb)的寿命。

根据具有第2特征的本发明，可以按照车辆的状态，调整辅机即灯光器的照度。例如，在具有第3特征的本发明中，可以在车辆为停止状态下使灯光器减光，所以能够延长电池的放电时间。

根据具有第4特征的本发明，可以在托车架处于非收纳位置时，将辅机即灯光器熄灭而延长电池的放电时间，并延长电动车辆的行驶距离。

根据具有第5特征的本发明，可以充分地充电副电池。根据具有第6特征的本发明，可以通过二极管的功能而限制电压，所以与使用开关元件不同，可以不需要控制装置，简化结构。

根据具有第7特征的本发明，可以高精度地取出降压后的两种电压。根据具有第8特征的本发明，鉴于在从导通主开关起至降压转换器开始输出为止的期间从副电池对前照灯供给电力，可以在从副电池供给电力的期间，以100％占空比驱动开关元件而维持前照灯的亮度。

附图说明

图1是表示本发明的一实施方式的电力供给装置的结构的方框图。

图2是装载了本发明的一实施方式的电力供给装置的电动车辆的侧面图。

图3是前照灯中流过的电流的占空比控制的流程图。

图4是表示本发明的第2实施方式的电力供给装置的主要部分的方框图。

图5是表示本发明的第3实施方式的电力供给装置的主要部分的方框图。

图6是表示本发明的第4实施方式的电力供给装置的主要部分的方框图。

图7是表示本发明的第5实施方式的电力供给装置的主要部分的方框图。

标号说明

1...电动车辆、2...前叉、3...车架、4...主电池、5...副电池、6...降压转换器(第1电力变换装置)、6a...第2降压转换器(第2电力变换装置)、7...BMU、8...继电器装置、9...主开关、10...一般电装设备、11、11a...FET(第2电力变换装置)、14...自动关闭电源继电器、15...油门传感器、16...角度传感器、18...马达、22...座椅开关、23...油门传感器、25...前照灯、27...灯光器、28...托车架开关、D1、D2...二极管(第2电力变换装置)

具体实施方式

以下，参照附图说明本发明的一实施方式。图2是装载了本发明的一实施方式的电力供给装置的电动车辆的左侧面图。电动车辆1是具有低床地板的小轮摩托车型二轮车，各个结构部分被直接或通过其他构件间接地安装在车架3上。首先，车架3由作为前部的前照灯31、前端接合在前照灯31上而后端向下方延伸的前车架部分32、从前车架部分32向车身宽度方向左右分别分支并偏向车身后方延长的一对主车架部分33、以及从主车架部分33向车身上后方延长的后车架部分36构成。

在前照灯31上，支承前轮WF的前叉2被转向自由地支承。在从前叉2延长到上部并由前照灯31支承的转向轴41的上部，连结具有加速把手(accelgrip)的转向盘46。在转向盘46上，设置检测加速把手的转动角即油门开度的油门传感器23。

在前照灯31的前部连接由管(pipe)构成的托架37，在该托架37的前端部上，安装前照灯25，在前照灯25的上方设置由托架37支承的前载物架26。

在车架3的主车架部分33和后车架部分36的中间区域中接合向车身后方延长的托架34，在该托架34上，设置向车身宽度方向延长的枢轴35，摆臂17通过该枢轴35而被上下摆动自由地支承。在摆臂17上，设置作为车辆驱动源的马达18，马达18的输出被传递到后轮车轴19，驱动被支承在后轮车轴19上的后轮WR。包括后轮车轴19的护罩(housing)和后车架部分36通过后悬架20连结。

在托架34上，设置在停车中支承车身的托车架24，托车架24有在该托车架24收纳于规定位置时输出检测信号的托车架开关28。

在主车架部分33上，装载由多个电池组(battery cell)构成的高电压(例如额定72伏)的主电池4，主电池4的上部被盖40覆盖。在主电池4的前部上，连结空气导入管38，在主电池4的后部上设置吸气扇39。通过吸气扇39，空气从空气导入管38被导入到主电池4，该空气冷却了主电池后，被排出到车身后方。

在后车架部分36的上方设置能够连接从充电主电池4的充电器(未图示)延长的充电电缆42的插头43的插座44。在后车架部分36上，还设置后载物架29和灯光器27。

在左右一对的后车架部分36之间设置货舱50，在从该货舱50突出到下部的货舱底部51中，存放由主电池4充电的低电压(例如，额定12伏)的副电池5。在摆臂17上，设置对马达18进行控制的电力驱动组件(PDU：power drive unit)45。

在货舱50的上方，设置兼作货舱50的盖的驾驶员座21，在驾驶员座椅21上，设置在驾驶员落座时进行动作并输出落座信号的座椅开关22。

图1是表示电力供给装置的***结构的方框图。电力供给装置包括：主电池4；副电池5；作为第1电力变换装置的DC-DC降压转换器(以下，简称为‘降压转换器’)6；PDU45；以及主电池4内设置的电池管理组件(BMU)7。PDU45具有由FET或IGBT等的开关元件构成的逆变器电路451，以及控制逆变器电路451的控制单元452。控制单元452包括CAN通信用板(board)。

主电池4例如包括3组24伏的锂离子的电池模块，形成可以由LSI构成的BMU17和电池块。主电池4经由包括相互并联连接的连接器(contactor)81和预充电连接器82的继电器装置8并通过电源线路L1、L2电连接到逆变器电路451的输入端。逆变器电路451的三相交流输出端通过三相交流线路连接到马达18。

电源线路L1、L2连接到降压转换器6的输入端，并且连接到充电用的插座44。降压转换器6具有将高电压的输入(例如，72伏即主电池4的电压)变换为低电压(例如，副电池5的充电电压)并输出的功能。副电池5是控制单元452和辅机的控制电源，由12伏电池构成，例如以14.3伏充电。

降压转换器6的输出连接到恒定***线路L3，恒定***线路L3连接到BMU7和副电池5。此外，恒定***线路L3连接到主开关9，主开关9通过主开关***线路L4，连接到控制单元452、BMU7、以及灯光器(尾灯)27、前照灯25和一般电装设备10。主开关***线L4中，设置自动关闭电源继电器14。

前照灯25通过控制单元452内设置的开关元件(FET)11被接地。在PDU45的控制单元452上，连接检测马达18的旋转角度的角度传感器16、油门传感器23、座椅开关22和托车架开关28。

在BMU7和控制单元452之间，设置CAN通信线路12。此外，在BMU7、继电器装置8的连接器81和预充电连接器82之间分别设置信号线48、49，传输从BMU7输出的连接器81和预充电连接器82的开闭指令。

充电用的插座44与连接到其输入端可连接商用交流电源的充电器41的输出端的充电插头43可连结地构成。充电器41可生成辅助电源电压，该辅助电源用的线路L6连接到将BMU7和控制单元452间连接的控制***线路L5。

在上述结构中，在充电主电池4时，在充电插座44上连接充电插头43，将电源插头13连接到未图示的AC100伏插座。于是，将充电器41中设置的未图示的充电开始开关导通时，从充电器41通过辅助电源电压用的线路L6对控制***线路L5施加辅助电源电压(12伏)。

辅助电源电压通过控制***线路L5施加在PDU45的控制单元452和BMU7上，控制单元452在被施加辅助电源电压时开始动作。例如，与BMU7通过CAN通信进行通信，将连接器控制信号发送到BMU7。BMU7响应连接器控制信号而将预充电连接器82和连接器81依次导通。将预充电连接器82比连接器81先导通是为了防止因连接器81突然导通而流过冲击电流，从主电池4供给通过电阻R调节过的电流。由此，从充电器41通过电源线路L1、L2供给电流，主电池4被充电。在CAN通信中，主电池的过充电信号等从BMU7供给到控制单元452。

此外，PDU45响应辅助电压的输入而使降压转换器6起动，所以在恒定***线路L3上被连接由降压转换器6降压了的电压。将副电池5以该恒定***线路L3上连接的电压(14.3伏)充电。

在使装载了充电了的主电池4的车辆行驶的情况下，首先，将主开关导通。于是，在主开关***线路L4上被施加副电池5的电压，控制单元452受该电压驱动。此外，自动关闭电源继电器14导通，副电池5的电压经由主开关***线路L4，施加在灯光器27、前照灯25和一般电装设备10等的辅机上。但是，前照灯25通过控制单元452内设置的FET11被接地，所以根据该FET11的导通时间占空比而受到控制的电流流过前照灯25。FET的导通时间占空比的控制进一步后面论述。

控制单元452在通过主开关9而被施加来自副电池5的电压时，将起动信号输入到降压转换器6。降压转换器6响应该起动信号并开始动作，将主电池4的电压降压并输出到恒定***线路L3。降压了的降压转换器6的电压是为了将副电池5充电的充足的电压(例如14.3伏)，该电压除了施加到副电池5之外，还施加到前照灯25、灯光器27和一般电装设备上。

将在将主开关9导通了的状态下，进行油门传感器23的开操作时，座椅开关22和托车架开关28为接通作为前提，即以驾驶员落座在座椅21上，托车架上升到收纳位置为条件，控制单元452将逆变器电路451进行PWM控制并将电力开始供给到马达18。构成逆变器电路451的开关元件的切换定时，根据角度传感器16产生的马达18的转动角度而决定。使用由角度传感器16检测到的转动角度，控制单元452可以计算车速。因此，角度传感器16还具有作为由马达18驱动的车辆的速度检测传感器的功能。PWM控制下的占空比控制，根据油门传感器23产生的检测开度而进行。

在油门传感器23的检测开度比规定值小，或座椅开关22和托车架开关25的至少一方为关断时，控制单元452使对逆变器电路451指示的占空比为零，从而停止马达18的驱动。

将主开关9关断时，在经过规定时间后自动关闭电源继电器14关断，停止对前照灯25和其他灯光器27及一般电装设备10等的供电。

下面，说明将前照灯25中流过的电流进行限制的FET11的控制。图3是表示在电力供给装置中，有关前照灯25的占空比控制的动作的流程图。在该图中，在步骤S1中，判别主开关9是否导通。如果判断为主开关9导通了，则进至步骤S2，将PDU45起动。在步骤S3中，自动关闭电源继电器14被导通。在步骤S4中，将构成作为第2电力变换装置的减光电路的FET11导通。即，将FET11以100％占空比驱动。由于从将主开关9导通至降压转换器6开始输出为止需要时间，所以该期间从副电池5对前照灯25供给电力。因此，这样就可以在从副电池5供给电力的期间，将FET以100％占空比驱动而维持前照灯25的亮度。

在步骤S5中，判断BMU7和降压转换器6是否开始起动。该判断可以通过将主开关9导通后的经过时间或降压转换器6的输出电压达到规定值(14.3伏)等来进行。

如果步骤S5为肯定的判断，则进至步骤S6，将FET11的驱动占空比降低，例如设为90％而使前照灯25中流过的电流下降。

在步骤S7中，判断马达18的转速是否为0rpm，即马达18是否停止。在判断为马达18停止的情况下，进至步骤S8，将FET11的占空比降低到更低的值(例如70％)而进一步减光。在马达18停止的情况下，因为可以判断为车辆处于停止，即使将前照灯25减光也可以。

在步骤S7为否定的情况下，即在判断出马达18未停止的情况下，进至步骤S9，判断托车架开关28是否关断，即托车架24是否露出。在托车架24露出的情况下，即使马达18的转速不为0rpm，也进至步骤S10并将FET11的占空比设为低的值(例如70％)。因为在露出托车架24的情况下，也可以判断为车辆停止。

再有，在判断出车辆停止的情况下，不仅将前照灯25减光，还可以将其熄灭。此外，在步骤S7中，取代判断马达18的转速是否为0rpm，也可以根据车速，判断车辆是否停止。例如，通过车速是否在4km/小时以下来判断是否将占空比降低到70％。

这样，通过限制对前照灯25供给的电流，即使是在额定值小的前照灯25上施加超过额定值的电压的结构，也可以维持前照灯25的强耐久性而不将前照灯灯泡更换为额定值大的灯泡。

限制前照灯25中流过的电流的FET11，对于作为将高电压变换为充电电压的第1电力变换装置的降压转换器6，具有作为第2电力变换装置的功能。再有，由于FET11被安装在PDU45内的已有的基板上，所以可以提高封装性。

作为第2电力变换装置的FET11不限于设置在PDU45中，例如也可以设置在降压转换器6内。图4是表示将作为第2电力变换装置的FET11设置在降压转换器6中的例子的电力供给装置的主要部分方框图，与图1相同的标号表示相同或同等部分。在图4中，在封装了构成降压转换器6的元件的基板上，安装FET11a。然后，从PDU45的控制单元452供给控制该FET11a的占空比的减光信号。通过减光信号而控制FET11a的占空比的处理与图3的流程图所示的处理相同。

第2电力变换装置不限于FET，例如，即使使用二极管也可以实现。图5是表示第2电力变换装置的第3实施方式的图，与图1相同的标号表示相同或同等部分。在第3实施方式中，取代FET11，通过PDU45中设置的二极管D1而将前照灯25接地。在该例子中，由于二极管D1造成的电压降估计为1伏左右，所以与该电压降相抵，可以使前照灯25中流过的电流降低。

再有，该二极管D1不限于设置在PDU45中，例如也可以设置在降压转换器6内。图6是表示第2电力变换装置的第4实施方式的电力供给装置的主要部分方框图，与图1相同的标号表示相同或同等部分。在图6中，在封装了构成降压转换器6的元件的基板上，安装二极管D2。通过该例子，也与图5所示的实施方式同样，可以通过二极管D2的电压降而使前照灯25中流过的电流降低。

下面，说明第2电力变换装置的第5实施方式。图7是表示第2电力变换装置的第5实施方式的电力供给装置的主要部分方框图，与图1相同的标号表示相同或同等部分。在图7中，在安装降压转换器6的基板B中，还设置另一个降压转换器6a。降压转换器6的输出连接到恒定***线路L3，并且连接到降压转换器6a的输入端。于是，降压转换器6a使从降压转换器6输入的电压(14.3伏)进一步降压到相当于前照灯25的额定电压的电压(例如12伏)并输出。降压转换器6a的输出连接到前照灯25及其他的灯光器27。

如上所述，根据各个实施方式，前照灯25所施加的电压被下降到前照灯25的额定电压，所以即使副电池5的充电电压比前照灯25的额定电压高，也能够避免对前照灯25的耐久性产生影响。

再有，在图1、图4～图6所示的实施方式中，形成了使对前照灯25的施加电压下降的结构，但如图7所示的实施方式，对于灯光器27等其他的辅机，同样地也可以通过第2电力变换装置而降低电压或电流。

Claims (8)

1.一种电动车辆用电力供给装置，其特征在于，在用于具有作为车辆(1)的驱动源的马达(18)、至少包括前照灯(25)的辅机的电动车辆(1)，具有高电压的主电池(4)、以及其电压比所述主电池(4)电压低的副电池(5)，对所述辅机电力供给所述副电池(5)的输出电压和通过第1电力变换装置(6)降压后的所述主电池(4)的输出电压的电动车辆用电力供给装置中，

所述第1电力变换装置(6)将主电池(4)的输出电压降压而对所述副电池(5)生成充电电压，

还包括将所述副电池(5)的输出电压进一步降压而供给到辅机的第2电力变换装置(11、11a、D1、D2、6a)。

2.如权利要求1所述的电动车辆用电力供给装置，其特征在于，

所述第2电力变换装置是占空比受到控制以限制对所述辅机的施加电压的开关元件(11、11a)，

所述占空比可根据车辆(1)的行驶状态而改变。

3.如权利要求2所述的电动车辆用电力供给装置，其特征在于，

还包括检测车辆(1)的速度的车速检测装置(16)，

在根据检测到的车速而检测出车辆(1)停止时，将所述占空比切换为比车辆(1)的行驶时小的值。

4.如权利要求2所述的电动车辆用电力供给装置，其特征在于，

电动车辆具有使车辆(1)自立的托车架(24)、以及在托车架(24)处于非收纳位置时输出检测信号的托车架开关(28)，

在所述托车架开关(28)输出检测信号时，将所述占空比切换为零。

5.如权利要求1至4任何一项所述的电动车辆用电力供给装置，其特征在于，

所述第1电力变换装置(6)对所述副电池(5)供给的充电电压是比副电池(5)的额定电压高的值。

6.如权利要求1所述的电动车辆用电力供给装置，其特征在于，

所述第2电力变换装置是具有电压降功能的二极管(D1、D2)。

7.如权利要求1所述的电动车辆用电力供给装置，其特征在于，

所述第1电力变换装置(6)是第1降压转换器，所述第2电力变换装置(6a)是使所述第1降压转换器的输出电压进一步降压的第2降压转换器，

所述第1降压转换器(6)输出所述副电池(5)的充电用电压，所述第2降压转换器(6a)分别连接到副电池(5)和辅机，以输出所述辅机的驱动用电压。

8.如权利要求2所述的电动车辆用电力供给装置，其特征在于，

在导通了主开关(9)时，至所述第1电力变换装置(6)进行动作为止的期间，以100％的占空比驱动所述开关元件(11)。