CN102458946A - 电动车辆的电源***及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
混合动力车辆(100)的电源***(1)包括主蓄电装置(10-1)和选择使用的多个副蓄电装置(10-2、10-3)。各蓄电装置的SOC下降到SOC控制目标时,行驶模式使发动机(36)停止而从基于蓄电能量的行驶的CD模式向通过基于发动机(36)的发电而维持蓄电能量的行驶的CS模式转移。ECU(22)在与车辆运转开始相伴的电源***(1)的起动时,决定CS模式及CD模式下的蓄电装置的使用型式。而且,ECU(22)根据决定的使用型式,在确保了CS模式开始时刻可使用的蓄电能量的基础上,以尽可能地增多CD模式下使用的蓄电能量的方式对于每个蓄电装置适当地设定不同的SOC目标。
Description
技术领域
本发明涉及电动车辆的电源***及其控制方法,更特别涉及具备多个蓄电装置的电源***的充放电控制。
背景技术
作为对环境优良的车辆,开发并实际应用了混合动力车辆、电力机动车、燃料电池机动车等的通过电能能够行驶的电动车辆。在电动车辆搭载有产生车辆驱动力的电动机和蓄积电动机的驱动电力的蓄电装置。
而且,一部分的电动车辆搭载有在行驶中产生蓄电装置的充电电力的机构。例如,在混合动力车辆中,除了上述电动机及上述蓄电装置之外,还搭载有内燃机。并且,内燃机的输出被使用作为车辆驱动力及/或对蓄电装置进行充电的发电动力。
在以往的混合动力车辆中,为了确保用于使电动机产生驱动力发生的电力,并能够接受再生制动时的再生电力,通常对于表示蓄电装置的剩余容量的SOC(State Of Charge),进行维持成满充电的50~60%水平的充放电控制。
另一方面,近年来,提出了利用车辆外部的电源(以下,也称为“外部电源”)对混合动力车辆的车载蓄电装置进行充电的结构。在能够进行基于外部电源的充电的电动车辆中,为了提高能量效率,而进行如下的充放电控制,即,在运转开始前利用外部充电将蓄电装置充电至满充电水平,而在运转结束时将蓄电能量用尽至SOC下限值附近。
因此,开发有除了以往那样的蓄电装置的SOC、即将蓄电能量维持成恒定水平的行驶模式之外,还新导入了不维持蓄电装置的SOC而主要仅利用电动机进行行驶的行驶模式这样的混合动力车辆。需要说明的是,前者的行驶模式由于为了产生蓄电装置的充电电力而使发动机工作,因此被称作“HV(Hybrid Vehicle:混合动力车)模式”,或由于向蓄电装置充电的蓄电能量减少,因此被称为“CD(ChargeDepleting:电量消耗)模式”(以下,在本说明书中称为“CD模式”)。而且,后者的行驶模式由于主要仅利用电动机进行行驶,因此被称为“EV(Electric Vehicle:电动车)模式”,或由于维持蓄电能量,因此被称为“CS(Charge Sustaining:电量蓄积)模式”(以下,在本说明书中称为“CS模式”)。
关于此种搭载于混合动力车辆的电源***,例如在日本特开2008-109840号公报(专利文献1)中记载有为了利用车载蓄电装置的蓄电能量来延长可行驶的距离,而对多个蓄电装置(蓄电池)进行并联连接的结构。
在专利文献1所记载的结构中,关于各蓄电装置,根据剩余容量而算出充电容许量及放电容许量,并基于算出的充电容许量及放电容许量来决定多个蓄电装置间的充电分配比及放电分配比。并且,按照决定的分配比来控制各蓄电装置的充放电,因此即使在多个蓄电装置的充放电特性不同的情况下,也能够最大限度地焕发***的性能。
另外,在日本特开2008-167620号公报(专利文献2)中记载有一种在搭载有主蓄电装置和多个副蓄电装置的车辆中,设有与主蓄电装置对应的转换器和由多个副蓄电装置共有的转换器的电源装置的结构。根据该结构,能够抑制转换器的个数并增加可蓄电的能量。
在专利文献2所记载的结构中,选择多个副蓄电装置中的一个与转换器连接,通过主蓄电装置及选择副蓄电装置,来供给车辆驱动用电动机的驱动电力。在此种电源装置中,当使用中的副蓄电装置的SOC下降时,将新的副蓄电装置和转换器连接,通过依次使用多个副蓄电装置,而延长基于蓄电能量的行驶距离(EV行驶距离)。
在先技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开2008-109840号公报
专利文献2:日本特开2008-167620号公报
在具有上述的CD模式及CS模式的电动车辆(代表性的是混合动力车辆)中,通过延长基于CD模式的行驶距离而能够提高燃料利用率。另一方面,在使发动机工作的CS模式下,为了将发动机的动作点限定在高效率的区域,而需要利用蓄电装置的电力来覆盖车辆整体的要求功率的某种程度。换言之,当蓄电能量(SOC)没有富余时,由于车辆控制的自由度(混合动力车辆中的发动机动作点的自由度)下降,而燃料利用率可能会下降。
通常,当蓄电装置的SOC下降至规定的控制目标时,以从CD模式向CS模式转移的方式选择行驶模式,因此从上述的理由出发,适当地设定SOC控制目标有助于燃料利用率的提高。
另外,在专利文献2所记载的电源***中,在全部的副蓄电装置使用完后,积极地将全部的副蓄电装置从转换器电切离,从而在CS模式下,通过提高电源***的控制自由度而能够期待提高能量效率。另一方面,在CS模式下,即使将最后使用的副蓄电装置保持与电源***连接的状态时,也能够使用主蓄电装置及一个副蓄电装置,因此能够确保电源***整体的可输入输出的电力。
因此,为了实现CD模式下的行驶距离(EV行驶距离)的扩大及燃料利用率提高这两者,而需要考虑上述那样的副蓄电装置的使用型式或在CS模式转移时可使用的电力量,来有效地利用蓄电装置的能量。
发明内容
本发明为了解决此种问题点而作出,本发明的目的是在搭载了具备主蓄电装置和多个副蓄电装置的电源***的电动车辆中,通过提高蓄电装置的使用效率,而实现CD模式下的行驶距离(EV行驶距离)的扩大及燃料利用率提高这两者。
本发明的电动车辆的电源***中,该电动车辆搭载有作为动力源的电动机和在车辆行驶中能够发电的发电机构,所述电动车辆的电源***具备:能够再充电的主蓄电装置;第一及第二电压转换器;相互并联设置且分别能够再充电的多个副蓄电装置;连接控制部;外部充电部;充电状态算出部;行驶模式控制部;控制目标设定部。第一电压转换器设置在与电动机及发电机构电连接的供电线和主蓄电装置之间,并进行双方向的电压转换。第二电压转换器设置在多个副蓄电装置与供电线之间,并在多个副蓄电装置中的一个与供电线之间进行双方向的电压转换。连接控制部控制在多个副蓄电装置与第二电压转换器之间分别设置的多个断续器。外部充电部利用车辆外部的电源对主蓄电装置及各副蓄电装置进行充电。充电状态算出部基于主蓄电装置及多个副蓄电装置各自的状态检测值,而算出主蓄电装置及多个副蓄电装置各自的剩余容量推定值。行驶模式控制部基于主蓄电装置及多个副蓄电装置各自的剩余容量推定值,而选择第一行驶模式和第二行驶模式中的一方,该第一行驶模式不维持电动车辆的蓄电能量而优先使用该蓄电能量进行行驶,该第二行驶模式使用发电机构将蓄电能量维持在恒定范围。控制目标设定部至少按照在电源***的起动时决定的多个副蓄电装置的使用型式,来分别设定主蓄电装置及多个副蓄电装置各自的剩余容量的控制目标。连接控制部在第一及所述第二行驶模式中,分别按照使用型式来控制多个断续器的接通/断开。并且,在主蓄电装置及多个副蓄电装置的剩余容量推定值全部下降到各自的控制目标之前期间,行驶模式控制部选择第一行驶模式,而在剩余容量推定值全部下降到各自的控制目标之后,行驶模式控制部选择第二行驶模式。
本发明的电动车辆的电源***的控制方法中,该电动车辆搭载有作为动力源的电动机和在车辆行驶中能够发电的发电机构,其中,电源***具备上述主蓄电装置、上述第一电压转换器、上述多个副蓄电装置、上述第二电压转换器、上述连接控制部、上述外部充电部。并且,控制方法具备:至少在电源***起动时,根据各副蓄电装置的状态来决定多个副蓄电装置的使用型式的步骤;按照使用型式,来分别设定主蓄电装置及多个副蓄电装置各自的剩余容量的控制目标的步骤;基于主蓄电装置及多个副蓄电装置各自的状态检测值,而算出主蓄电装置及多个副蓄电装置各自的剩余容量推定值的步骤;基于主蓄电装置及多个副蓄电装置各自的剩余容量推定值,而选择第一行驶模式和第二行驶模式中的一方的步骤,该第一行驶模式不维持电动车辆的蓄电能量而优先使用该蓄电能量进行行驶,该第二行驶模式使用发电机构将蓄电能量维持在恒定范围。并且,主蓄电装置及多个副蓄电装置的剩余容量推定值全部下降到各自的控制目标之前期间,选择的步骤选择第一行驶模式,而在剩余容量推定值全部下降到各自的控制目标之后,选择的步骤选择第二行驶模式。
根据上述电动车辆的电源***及其控制方法,按照多个副蓄电装置的使用型式(例如,在第二行驶模式中是否将各副蓄电装置从电源***切离),对于主蓄电装置及副蓄电装置,分别能够适当地设定从第一行驶模式(CD模式)向第二行驶模式(CS模式)转移时的SOC控制目标。其结果是,能够有效地利用副蓄电装置的蓄电能量来延长CD模式下的行驶距离,并通过在CS模式下担保车辆控制的自由度(例如,在混合动力车辆中将内燃机的动作点限定为高效率区域那样的车辆控制)而能够确保用于提高燃料利用率的蓄电能量的富余。因此,通过提高主蓄电装置及副蓄电装置的使用效率,而能够实现EV行驶距离(CD模式下的行驶距离)的扩大及燃料利用率提高这两者。
优选,在第二行驶模式下将多个副蓄电装置分别从第二电压转换器切离的使用型式中,控制目标设定部或设定的步骤将主蓄电装置的控制目标设定成高于各副蓄电装置的控制目标。
如此,在第二行驶模式(CS模式)下通过形成为将全部的副蓄电装置从电源***切离的使用型式,能够在主蓄电装置与副蓄电装置之间不形成短路路径而降低供电线的电压。由此,减少第一电压转换器中的开关损失,由此能够提高电源***的能量效率。并且,能够增多在第一行驶模式(CD模式)下可使用的副蓄电装置的蓄电能量(SOC),并能够确保CS模式下的主蓄电装置的SOC。其结果是,在上述使用型式中,能够实现EV行驶距离(CD模式下的行驶距离)的扩大及燃料利用率提高这两者。
而且优选,在第二行驶模式下将多个副蓄电装置分别从第二电压转换器切离的使用型式中,控制目标设定部或设定的步骤将主蓄电装置的控制目标设定成比第二行驶模式下将多个副蓄电装置中的一个与第二电压转换器连接的使用型式中的该控制目标的值高的值。
如此,根据在第二行驶模式(CS模式)下是否将副蓄电装置从电源***切离,而能够将CS模式开始时刻的可使用的蓄电能量(SOC)确保为相等。其结果是,能够实现CS模式下的燃料利用率提高,并实现EV行驶距离(CD模式下的行驶距离)的扩大。
更优选,在通过第一及第二行驶模式而将多个副蓄电装置中的一个副蓄电装置与第二电压转换器固定连接的使用型式时,控制目标设定部或设定的步骤将主蓄电装置及一个副蓄电装置的控制目标分别设定成第一值。该第一值是在第二行驶模式下将多个副蓄电装置分别从第二电压转换器切离的使用型式时的、作为各副蓄电装置的所述控制目标的第二值与作为主蓄电装置的控制目标的第三值的中间值。
如此,在低温时等难以确保电力的状况下,通过第一行驶模式(CD模式)及第二行驶模式(CS模式),固定地使用主蓄电装置和特定的副蓄电装置,由此能够确保蓄电装置整体的输入输出电力。并且,在该使用型式中,考虑适当确保CS模式开始时刻的可使用的蓄电能量(SOC),而能够确保EV行驶距离(CD模式下的行驶距离)。
或者优选,在第一行驶模式下将多个副蓄电装置中的一个依次与第二电压转换器连接,且在第二行驶模式下将多个副蓄电装置中的最后的副蓄电装置与第二电压转换器继续连接的使用型式时,控制目标设定部或设定的步骤将主蓄电装置及最后的副蓄电装置的控制目标设定成第一值,且将除此以外的各副蓄电装置的控制目标设定成比第一值低的第二值。
如此,在第一行驶模式(CD模式)下能够使用各副蓄电装置的蓄电能量,且在第二行驶模式(CS模式)下能够使用主蓄电装置及一个副蓄电装置,因此能够确保电源***的可输入输出电力。并且,在该使用型式中,能够扩大EV行驶距离(CD模式下的行驶距离),并能够适当确保CS模式开始时刻的可使用的蓄电能量(SOC)。
优选,在第二行驶模式下将多个副蓄电装置中的一个与第二电压转换器连接的第一使用型式中,控制目标设定部或设定的步骤将主蓄电装置及一个副蓄电装置的各控制目标设定成第一值,而在第一行驶模式下将多个副蓄电装置中的一个依次与第二电压转换器连接,且在第二行驶模式下将多个副蓄电装置分别从第二电压转换器切离的第二使用型式中,控制目标设定部或设定的步骤将各副蓄电装置的控制目标设定成比第一值低的第二值,且将主蓄电装置的控制目标设定成比第一值高的第三值。并且,以第二行驶型式的开始时刻的、第一使用型式中的主蓄电装置及一个副蓄电装置的剩余容量的总计与第二使用型式中的主蓄电装置的剩余容量相等的方式来决定第一至所述第三值。
如此,在多个蓄电装置不同的使用型式之间,能够将CS模式开始时刻的可使用的蓄电能量(SOC)确保为相等。
本发明的另一方面的电动车辆的电源***中,该电动车辆搭载有作为动力源的电动机和在车辆行驶中能够发电的发电机构,所述电动车辆的电源***具备:能够再充电的主蓄电装置;第一及第二电压转换器;相互并联设置且能够再充电的多个副蓄电装置;连接控制部;外部充电部;充电状态算出部;行驶模式控制部;控制目标设定部。第一电压转换器设置在与电动机及发电机构电连接的供电线和主蓄电装置之间,并进行双方向的电压转换。第二电压转换器设置在多个副蓄电装置与供电线之间,并在多个副蓄电装置中的一个与供电线之间进行双方向的电压转换。连接控制部控制在多个副蓄电装置与第二电压转换器之间分别设置的多个断续器。外部充电部利用车辆外部的电源对主蓄电装置及各副蓄电装置进行充电。充电状态算出部基于主蓄电装置及多个副蓄电装置各自的状态检测值,而算出主蓄电装置及多个副蓄电装置各自的剩余容量推定值。行驶模式控制部基于主蓄电装置及多个副蓄电装置各自的剩余容量推定值,而选择第一行驶模式和第二行驶模式中的一方,该第一行驶模式不维持电动车辆的蓄电能量而优先使用该蓄电能量进行行驶,该第二行驶模式使用发电机构将蓄电能量维持在恒定范围。控制目标设定部将主蓄电装置的剩余容量的控制目标设定成高于各副蓄电装置的剩余容量的控制目标。连接控制部对多个断续器进行控制,以便于在第一行驶模式下将多个副蓄电装置中的依次选择的一个与第二电压转换器之间连接,而在第二行驶模式下将多个副蓄电装置分别与第二电压转换器切离。并且,在主蓄电装置及多个副蓄电装置的剩余容量推定值全部下降到各自的控制目标之前期间,行驶模式控制部选择第一行驶模式,而在剩余容量推定值全部下降到各自的控制目标之后,行驶模式控制部选择第二行驶模式。
本发明的另一方面的电动车辆的电源***的控制方法中,该电动车辆搭载有作为动力源的电动机和在车辆行驶中能够发电的发电机构,其中,电源***具备上述主蓄电装置、上述第一电压转换器、上述多个副蓄电装置、上述第二电压转换器、上述连接控制部、上述外部充电部。并且,控制方法具备:在电源***起动时,将主蓄电装置的剩余容量的控制目标设定成高于各副蓄电装置的剩余容量的控制目标的步骤;基于主蓄电装置及多个副蓄电装置各自的状态检测值,而算出主蓄电装置及多个副蓄电装置各自的剩余容量推定值的步骤;基于主蓄电装置及多个副蓄电装置各自的剩余容量推定值,而选择第一行驶模式和第二行驶模式中的一方的步骤,该第一行驶模式不维持电动车辆的蓄电能量而优先使用该蓄电能量进行行驶,该第二行驶模式使用发电机构将蓄电能量维持在恒定范围。并且,在主蓄电装置及多个副蓄电装置的剩余容量推定值全部下降到各自的控制目标之前期间,选择的步骤选择第一行驶模式,而在剩余容量推定值全部下降到各自的控制目标之后,选择的步骤选择第二行驶模式。
根据上述电动车辆的电源***及其控制方法,能够形成为在第一行驶模式(CD模式)下,依次使用多个副蓄电装置,并且在第二行驶模式(CS模式)下将全部的副蓄电装置从电源***切离的使用型式。由此,在CS模式下,在主蓄电装置与副蓄电装置之间不形成短路路径而能够降低供电线的电压,因此能够减少第一电压转换器中的开关损失,从而提高电源***的能量效率。并且,在该使用型式中,能够增加在第一行驶模式(CD模式)下可使用的副蓄电装置的蓄电能量(SOC),并能够确保CS模式下的主蓄电装置的SOC。其结果是,能够实现EV行驶距离(CD模式下的行驶距离)的扩大及燃料利用率提高这两者。
发明效果
根据本发明,在搭载了具备主蓄电装置和多个副蓄电装置的电源***的电动车辆中,通过提高蓄电装置的使用效率,而能够实现EV行驶距离(CD模式下的行驶距离)的扩大及燃料利用率提高这两者。
附图说明
图1是作为具备本发明的实施方式的电源***的电动车辆的代表例所示的混合动力车辆的整体框图。
图2是表示图1所示的各转换器的结构的电路图。
图3是表示本实施方式的电动车辆的电源***中的蓄电装置的使用形态的比较例的概念图。
图4是说明本实施方式的电动车辆的电源***中的蓄电装置的使用形态的第一例的概念图。
图5是说明本实施方式的电动车辆的电源***中的蓄电装置的使用形态的第二例的概念图。
图6是说明本实施方式的电动车辆的电源***中的蓄电装置的使用形态的第三例的概念图。
图7是说明电力分配比的设定及按照电力分配比的充放电控制用的控制结构的功能框图。
图8是说明CD模式下的电力分配比的运算方法的第一图。
图9是说明CD模式下的电力分配比的运算方法的第二图。
图10是用于说明CS模式下的电力分配比的运算方法的第一图。
图11是图7所示的驱动信号生成部的详细的功能框图。
图12是表示各蓄电装置的SOC控制目标的设定处理次序的流程图。
图13是表示与按照图12设定的SOC控制目标对应的蓄电装置的充放电控制的处理次序的流程图。
具体实施方式
以下,参照附图,详细地说明本发明的实施方式。需要说明的是,对以下图中的同一或相当部分标注同一符号而原则性地不重复其说明。
图1是作为具备本发明的实施方式的电源***的电动车辆的代表例所示的混合动力车辆的整体框图。
参照图1,混合动力车辆100具备电源***1和驱动力产生部2。驱动力产生部2包括第一逆变器30-1、第二逆变器30-2、第一MG(Motor-Generator:电动机-发电机)32-1、第二MG32-2、动力分割装置34、发动机36、驱动轮38、ECU(Electronic Control Unit:电子控制单元)40。
各ECU由内置有未图示的CPU(Central Processing Unit)及存储器的电子控制单元构成,基于存储在该存储器中的映射及程序,进行使用了各传感器所产生的检测值的运算处理。或者ECU的至少一部分通过电路等硬件来执行规定的数值/逻辑运算处理。
第一MG32-1、第二MG32-2及发动机36与动力分割装置34连结。并且,该混合动力车辆100通过来自发动机36及第二MG32-2的至少一方的驱动力来行驶。发动机36产生的动力被动力分割装置34分割成两条路径。即,一方为向驱动轮38传递的路径,另一方为向第一MG32-1传递的路径。
第一MG32-1及第二MG32-2分别是交流旋转电极,例如由具备埋设有永久磁铁的转子的三相交流旋转电极构成。第一MG32-1使用由动力分割装置34分割的发动机36的动力来发电。例如,若电源***1中包含的蓄电装置(后述)的SOC下降,则发动机36起动而利用第一MG32-1进行发电,并将该发出的电力向电源***1供给。即,在混合动力车辆100中,第一MG32-1构成“发电机构”。
第二MG32-2利用从电源***1供给的电力及通过第一MG32-1发出的电力的至少一方而产生驱动力。并且,第二MG32-2的驱动力向驱动轮38传递。需要说明的是,在车辆的制动时等,利用驱动轮38对第二MG32-2驱动,第二MG32-2作为发电极而工作。由此,第二MG32-2作为将制动能量转换成电力的再生制动器而工作。并且,通过第二MG32-2发出的电力向电源***1供给。
动力分割装置34由包含恒星齿轮、小齿轮、行星轮架、冕状齿轮在内的行星齿轮构成。小齿轮与恒星齿轮及冕状齿轮卡合。行星轮架将小齿轮支承为可自转,并与发动机36的曲轴连结。恒星齿轮与第一MG32-1的旋转轴连结。冕状齿轮与第二MG32-2的旋转轴连结。
第一逆变器30-1及第二逆变器30-2与供电线MPL及接地线MNL连接。并且,第一逆变器30-1及第二逆变器30-2将从电源***1供给的驱动电力(直流电力)转换成交流电力而分别向第一MG32-1及第二MG32-2输出。而且,第一逆变器30-1及第二逆变器30-2分别将第一MG32-1及第二MG32-2发出的交流电力转换成直流电力而作为再生电力向电源***1输出。
需要说明的是,第一逆变器30-1及第二逆变器30-2分别具有由多个电力用半导体开关元件(以下,简称为“开关元件”)构成的通常的三相逆变器的电路结构。并且,各逆变器分别根据来自ECU40的驱动信号而进行开关动作,由此来驱动对应的MG。
ECU40基于未图示的各传感器的检测信号、行驶状况及油门开度等,算出对电源***1的要求功率Ps,并基于该算出的要求功率Ps来算出第一MG32-1及第二MG32-2的转矩目标值及转速目标值。并且,ECU40以第一MG32-1及第二MG32-2的产生转矩及转速成为目标值的方式控制第一逆变器30-1及第二逆变器30-2。而且,ECU40将算出的要求功率Ps向电源***1的ECU22(后述)输出。需要说明的是,在要求功率Ps为正值时,从电源***1向驱动力产生部2供给电力,在要求功率Ps为负值时,从驱动力产生部2向电源***1供给蓄电装置的充电电力。
另一方面,电源***1包括第一蓄电装置10-1、第二蓄电装置10-2、第三蓄电装置10-3、第一转换器12-1、第二转换器12-2、连接部18、供电线MPL、接地线MNL、平滑电容器C。
另外,电源***1还包括对电源***1的动作进行控制的ECU22、CD取消开关24、电流传感器14-1~14-3、电压传感器16-1~16-3、20。电源***1还包括在外部充电中使用的充电器26、车辆进口27。
第一蓄电装置10-1、第二蓄电装置10-2及第三蓄电装置10-3分别是可再充电的直流电源,例如镍氢或锂离子等二次电池或由大容量的电容器等构成。第一蓄电装置10-1与第一转换器12-1连接。第二蓄电装置10-2及第三蓄电装置10-3经由连接部18而与第二转换器12-2连接。
连接部18设置在第二蓄电装置10-2及第三蓄电装置10-3与第二转换器12-2之间。连接部18包括断续器RY1、RY2。断续器RY1、RY2分别代表性地由电磁继电器构成。
断续器RY1配设在第二蓄电装置10-2与第二转换器12-2之间。断续器RY2配设在第三蓄电装置10-3与第二转换器12-2之间。断续器RY1、RY2的接通/断开根据来自ECU22的控制信号SW来控制。
需要说明的是,以下,将在电源***1的工作时始终使用的第一蓄电装置10-1称为“主蓄电装置”,将从电源***1能切离的第二蓄电装置10-2及第三蓄电装置10-3称为“副蓄电装置”。而且,在对蓄电装置10-1~10-3进行总称时,简单标记为“蓄电装置”。
第一转换器12-1及第二转换器12-2相互并联而与供电线MPL及接地线MNL连接。第一转换器12-1基于来自ECU22的驱动信号PWC1,在主蓄电装置10-1与供电线MPL之间进行双方向的电压转换。
第二转换器12-2基于来自ECU22的驱动信号PWC2,在通过连接部18而与第二转换器12-2电连接的一个副蓄电装置(副蓄电装置10-2或副蓄电装置10-3)与供电线MPL之间进行双方向的电压转换。需要说明的是,将副蓄电装置10-2、10-3这双方从第二转换器切离时,第二转换器12-2的动作停止。
平滑电容器C连接在供电线MPL与接地线MNL之间,减少供电线MPL上的直流电压的高频成分。电压传感器20检测供电线MPL与接地线MNL之间的电压Vh,并将该检测值向ECU22输出。
电流传感器14-1~14-3分别检测对主蓄电装置10-1输入输出的电流Ib1、对副蓄电装置10-2输入输出的电流Ib2、及对副蓄电装置10-3输入输出的电流Ib3,并将该检测值向ECU22输出。需要说明的是,各电流传感器14-1~14-3将从对应的蓄电装置输出的电流(放电电流)作为正值进行检测,并将向对应的蓄电装置输入的电流(充电电流)作为负值进行检测。需要说明的是,在该图1中,表示了各电流传感器14-1~14-3检测正极线的电流的情况,但各电流传感器14-1~14-3也可以检测负极线的电流。
电压传感器16-1~16-3分别检测主蓄电装置10-1的电压Vb1、副蓄电装置10-2的电压Vb2、及副蓄电装置10-3的电压Vb3,并将该检测值向ECU22输出。需要说明的是,虽然省略了图示,但在各蓄电装置配置有温度传感器。
ECU22生成控制信号SW而向连接部18输出。如上所述,控制信号SW设定成将断续器RY1、RY2的一方接通或将断续器RY1、RY2分别断开。
另外,ECU22基于来自电流传感器14-1~14-3及电压传感器16-1~16-3、20的各检测值、以及来自ECU40的要求功率Ps,生成用于分别对第一转换器12-1及第二转换器12-2进行驱动的驱动信号PWC1、PWC2。并且,ECU22将该生成的驱动信号PWC1、PWC2分别向第一转换器12-1及第二转换器12-2输出,对第一转换器12-1及第二转换器12-2进行控制。
另外,ECU22对行驶模式进行控制。具体而言,ECU22通过后述的充电器26进行各蓄电装置的充电时,不维持各蓄电装置的SOC而将主要使用该蓄电电力进行行驶的CD模式设定成默认的行驶模式。
并且,在基于CD模式的车辆行驶中,当各蓄电装置的SOC下降至各自的控制目标时,ECU22将行驶模式从CD模式向维持各蓄电装置的SOC而进行行驶的CS模式变更。
在CD模式时,只要混合动力车辆100整体上不要求超过使用的蓄电装置的可放电电力的输出功率,混合动力车辆100就使发动机36停止而利用第二MG32-2的输出进行行驶。因此,使用的蓄电装置的SOC下降。另一方面,在CS模式时,通过发动机36进行适当动作而使第一MG32-1发电,因此各蓄电装置的SOC被维持在恒定范围。
需要说明的是,当驾驶员对CD取消开关24进行接通操作时,ECU22与蓄电装置的SOC无关地将行驶模式变更成CS模式。即,CD取消开关24是用于供驾驶员将行驶模式从默认设定的CD模式向CS模式切换的开关。
CD取消开关24例如在以下的状况下有效。即,若蓄电装置的SOC下降,则行驶模式成为CS模式,发动机36频繁或继续动作。因此,要在CD模式下行驶的行驶区间靠后时(例如,市区或回家时的自家周边等),通过将CD取消开关24接通来维持蓄电装置的蓄电能量,在到达要在CD模式下行驶的行驶区间时,通过将CD取消开关24断开而能够以CD模式在所希望的行驶区间中行驶。
此外,ECU22对蓄电装置的充放电进行控制。ECU22算出电力分配比,该电力分配比表示主蓄电装置10-1和通过连接部18而与第二转换器12-2电连接的副蓄电装置(以下,也称为“选择副蓄电装置”)之间的充放电电力的分配比。在此,ECU22对在CD模式时使用的电力分配比喻在CS模式时使用的电力分配比进行区别而算出。关于电力分配比的算出方法,在后面进行详细说明。
在SOC下降所引起的向CD模式的转移时,CS模式下的SOC控制目标与从CD模式向CS模式的切换判定中使用的SOC控制目标(后述)相同。另一方面,将CD取消开关24断开而从CD模式向CS模式转移时,转移时刻下的SOC成为SOC控制目标。
此外,ECU22以将电压Vh调整成规定的目标电压的方式控制第一转换器12-1。而且,ECU22以选择副蓄电装置的充放电电流与目标量一致的方式控制第二转换器12-2。其结果是,控制选择副蓄电装置的充放电电力。需要说明的是,主蓄电装置10-1的充放电电力成为从电源***1整体中的充放电电力(要求功率Ps)减去选择副蓄电装置的充放电电力所得到的值,因此若按照算出的电力分配比来设定第二转换器12-2的电流控制的目标值,则能够控制主蓄电装置10-1及选择副蓄电装置之间的电力分配比。
在混合动力车辆100设有用于对各蓄电装置进行外部充电的充电器26及车辆进口27。
充电器26是用于从外部电源28对各蓄电装置进行充电的设备。充电器26例如被连接在第二转换器12-2与连接部18之间,将从车辆进口27输入的电力转换成蓄电装置的充电电力(直流),而将转换后的直流电力向第二转换器12-2与连接部18之间的电力线输出。
需要说明的是,在利用充电器26进行主蓄电装置10-1的充电时,适当地驱动第一及第二转换器12-1、12-2,从充电器26依次经由第二转换器12-2、供电线MPL、接地线MNL及第一转换器12-1向主蓄电装置10-1供给充电电力。而且,通过充电器26进行副蓄电装置10-2的充电时,将断续器RY1接通而从充电器26向副蓄电装置10-2供给充电电力,通过充电器26进行副蓄电装置10-3的充电时,将断续器RY2接通而从充电器26向副蓄电装置10-3供给充电电力。
需要说明的是,关于外部充电的结构,并未限定为图1的例示。例如,将第一MG32-1及第二MG32-2的定子线圈的中性点与交流电源连接,并通过逆变器30-1、30-2的协调动作的交流-直流电力转换而能够产生蓄电装置的充电电力。或者也可以是将外部电源和车辆以非接触的状态进行电磁性的结合的方式,具体而言在外部电源侧设置一次线圈,并在车辆侧(车辆进口27)设置二次线圈,利用一次线圈与二次线圈之间的相互电感来进行外部充电。
图2是表示图1所示的第一及第二转换器12-1、12-2的结构的电路图。
需要说明的是,由于各转换器的结构及动作相同,因此以下对第一转换器12-1的结构及动作进行说明。参照图2,第一转换器12-1包括断路器电路42-1、电源线LN1A、接地线LN1C、配线LN1B、平滑电容器C1。断路器电路42-1包括电力用半导体开关元件Q1A、Q1B、二极管D1A、D1B、感应器L1。在本实施例中,作为电力用半导体开关元件(以下,简称为“开关元件”),例示了IGBT(Insulated gate BipolarTransistor:绝缘栅双极型晶体管)。需要说明的是,可以使用电力用MOS(Metal Oxide Semiconductor:金属氧化物半导体)晶体管或电力用双极晶体管等作为开关元件。
电源线LN1A的一端与开关元件Q1B的集电极连接,另一端与供电线MPL连接。接地线LN1C的一端与负极线NL1连接,另一端与主接地线MNL连接。
开关元件Q1A、Q1B串联地连接在接地线LN1C与电源线LN1A之间。具体而言,开关元件Q1A的发射极与接地线LN1C连接,开关元件Q1B的集电极与电源线LN1A连接。二极管D1A、D1B分别与开关元件Q1A、Q1B反向并联地连接。感应器L1连接在开关元件Q1A、Q1B的连接节点与配线LN1B之间。
配线LN1B的一端与正极线PL1连接,另一端与感应器L1连接。平滑电容器C1连接在配线LN1B与接地线LN1C之间,减少配线LN1B及接地线LN1C之间的直流电压中包含的交流成分。
断路器电路42-1根据来自ECU22(图1)的驱动信号PWC1,而在主蓄电装置10-1(图1)与供电线MPL及主接地线MNL之间进行双方向的直流电压转换。驱动信号PWC1包括:对构成下支路元件的开关元件Q1A的接通/断开进行控制的驱动信号PWC1A;对构成上支路元件的开关元件Q1B的接通/断开进行控制的驱动信号PWC1B。基本上,在恒定的负载循环(接通期间及断开期间之和)内,开关元件Q1A、Q1B除了空载时间期间之外相辅地进行接通/断开控制。
ECU22对开关元件Q1A、Q1B的占空比(接通/断开期间比率)进行控制。以开关元件Q1A的接通负载增大的方式控制开关元件Q1A、Q1B时,从蓄电装置10-1向感应器L1流动的泵电流量增大,向感应器L1蓄积的电磁能量增大。其结果是,在开关元件Q1A从接通状态向断开状态过渡的时间,从感应器L1经由二极管D1B向供电线MPL释放的电流量增大,供电线MPL的电压上升。
另一方面,以开关元件Q1B的接通负载增大的方式控制开关元件Q1A、Q1B时,从供电线MPL经由开关元件Q1B及感应器L1向蓄电装置10-1流动的电流量增大,因此供电线MPL的电压下降。
如此,通过控制开关元件Q1A、Q1B的占空比,而转换器12-1、12-2能够控制供电线MPL的电压、或在蓄电装置10-1及供电线MPL之间被输入输出的电流(电力)的方向及电流量(电力量)。
另外,转换器12-1通过对作为上支路元件的开关元件Q1B进行接通固定(作为下支路元件的开关元件Q1A进行断开固定),而能够在将蓄电装置10-1的输出电压和供电线MPL的电压固定成相等的“电压固定模式”下进行动作。在该电压固定模式下,不会发生开关元件的接通/断开所引起的电力损失,因此转换器的效率、以及混合动力车辆100的燃料利用率相对性地提高。
在此,从图1及图2可知,需要使供电线MPL的电压Vh高于最低限、主蓄电装置10-1及选择副蓄电装置的各输出电压,以免在通过连接部18将副蓄电装置10-2或10-3与第二转换器12-2连接时,经由第二转换器12-2的上支路的二极管元件(D1B)在主蓄电装置10-1与选择副蓄电装置(10-2或10-3)之间形成短路路径。
另外,从MG32-1、32-2的控制的观点出发,电压Vh的下限值受到制约。具体而言,从MG控制的观点出发,电压Vh优选高于MG32-1、32-2的感应电压。因此,实际上,电压Vh被控制成高于来自蓄电池制约的下限值及来自MG电动机控制的下限值中的任一者。
因此,将副蓄电装置10-2或10-3与第二转换器12-2连接时,即使在从MG控制面出发而电压Vh能够下降的情况下,尤其是在转换器12-1、12-2中的升压不需要的情况下,为了满足来自蓄电池制约的下限值,也需要使转换器12-1、12-2进行升压动作。
因此,即使在副蓄电装置10-2、10-3这双方、即全部的副蓄电装置的电力用尽之后,当维持将任一个副蓄电装置通过连接部18向第二转换器12-2连接的状态时,作为电力缓冲器可使用的蓄电装置也会增加,而不可避免地使转换器12-1、12-2以升压模式进行动作。
因此,在各副蓄电装置的使用结束之后(即,CS模式),通过将连接部18的各断续器RY1、RY2断开而将全部的副蓄电装置从电源***电切离时,可以不需要来自蓄电池制约面的升压。其结果是,能够停止第二转换器12-2的动作,并且在MG控制方面,在不需要第一转换器12-1的升压时,通过使转换器12-1进行电压固定模式动作,而能够抑制转换器12-1、12-2中的电力消耗。
需要说明的是,在极低温时等的蓄电装置的输入输出可能电量下降的局面下,为了作为电力缓冲器也能确保功能,而即使在CS模式下也将副蓄电装置10-2或10-3与第二转换器12-2的情况在车辆行驶上优选。
如此,在本实施方式中,作为副蓄电装置10-2、10-3的使用型式,在CS模式下,决定是否从第二转换器12-2将各副蓄电装置10-2、10-3切离(切离有/无)。而且,在CD模式下,决定是否能够在用尽一方的副蓄电装置时向另一方的副蓄电装置的连接切换(连接切换有/无)。关于副蓄电装置10-2、10-3的使用型式,至少在与混合动力车辆100的运转开始相伴的电源***1的起动时,基于蓄电装置的温度或充电状况(SOC)、或设备故障状况等来决定。而且,在电源***1的工作中,每当由于故障的发生等而当初决定的使用型式的适用变得困难时,变更使用型式。
此外,在本实施方式的电源***1中,如上所述,在CD模式下,在主蓄电装置10-1与选择副蓄电装置(10-2或10-3)之间,在放电时及充电时分别进行设定电力分配比的充放电控制。因此,通过考虑当前的SOC与SOC控制目标的偏差或当蓄电装置间存在容量差时考虑该容量比来设定电力分配比,而能够有计划地进行与放电或充电相伴的SOC推移、换言之有计划地进行蓄电装置的使用形态。蓄电装置的使用形态需要以在蓄电装置整体上能够将蓄电能量有效地使用于车辆行驶的方式决定。
以下,使用图3~图6,说明本发明的实施方式的电动车辆的电源***中的蓄电装置的使用形态。在图3~图6中,蓄电装置10-1~10-3的SOC推移分别标记为SOC1~SOC3。而且,在以下的说明中,各蓄电装置的容量相等。
图3是说明与作为比较例所示的多个蓄电装置的行驶模式对应的使用形态的概念图。
参照图3,在比较例中,在CD模式下,切换而依次使用副蓄电装置10-2及10-3与第二转换器12-2的连接(即,存在CD模式下的连接切换),并且在CS模式下,使用主蓄电装置10-1和作为最后的选择副蓄电装置的副蓄电装置10-3(即,没有CS模式下的切离)。
在比较例中,各蓄电装置的SOC控制目标设定成共用值S1。因此,混合动力车辆100从行驶开始(时刻=0),使用主蓄电装置10-1及副蓄电装置10-2的电力以CD模式进行行驶。在有连接切换的CD模式下,以使选择副蓄电装置的电力比主蓄电装置10-1的电力优先使用的方式设定主蓄电装置与选择副蓄电装置之间的电力分配比(充电电力分配比及放电力分配比)。
其结果是,在时刻ta,SOC2比SOC1先下降到作为SOC控制目标的S1。然后,从时刻ta开始,取代副蓄电装置10-2而将副蓄电装置10-3作为选择副蓄电装置与第二转换器12-2连接。需要说明的是,以时刻ta时刻的SOC1成为初始值(时刻=0时)与S1之间的中间值的方式来设定到时刻ta为止的主蓄电装置与选择副蓄电装置之间的电力分配比。
并且,从时刻ta开始,混合动力车辆100使副蓄电装置10-3的电力比主蓄电装置10-1的电力优先使用,并使用主蓄电装置10-1及副蓄电装置10-3的电力以CD模式进行行驶。在时刻ta以后,以SOC1及SOC3同时到达作为SOC控制目标的S1的方式设定电力分配比。其结果是,在时刻tb,由于SOC1及SOC3这双方下降到S1,因此行驶模式从CD模式向CS模式转移。
在适用了CS模式的时刻tb以后,在主蓄电装置10-1及副蓄电装置10-3与第一转换器12-1及第二转换器12-2分别连接的状态下,混合动力车辆100以将SOC1及SOC3分别维持成作为SOC控制目标的S1的方式行驶。
如此,在CS模式下,可以使用主蓄电装置10-1及副蓄电装置10-3这双方作为电力缓冲器。另一方面,由于需要使各转换器12-1、12-2进行升压动作,因此难以减少电力消耗。
图4表示本实施方式的电动车辆的电源***的基本的使用型式中的蓄电装置的使用形态。
在本实施方式的电动车辆的电源***中,至少在电源***1的起动时,基于此时的各蓄电装置的状态、具体而言是温度、SOC、电压等、或故障状况等,来决定副蓄电装置的使用型式。作为使用型式,如上所述,决定CS模式下的切离有/无及CD模式下的连接切换有/无。基本上,即在各蓄电装置没有异常时,以有CS模式下的切离及有CD模式下的连接切换的方式决定使用型式。
在图4所示的基本的使用型式中,将副蓄电装置10-2、10-3各自的SOC控制目标设定成S0,而将主蓄电装置10-1的SOC控制目标设定成S2(S2>S0)。
因此,从行驶开始(时刻=0),混合动力车辆100使副蓄电装置10-2的电力比主蓄电装置10-1的电力优先使用,并使用主蓄电装置10-1及副蓄电装置10-2的电力以CD模式进行行驶。其结果是,在时刻tc,SOC2下降到作为SOC控制目标的S 1。然后,从时刻tc开始,取代副蓄电装置10-2而将副蓄电装置10-3作为选择副蓄电装置而与第二转换器12-2连接。需要说明的是,以时刻tc时刻的SOC1成为初始值(时刻=0时)与作为主蓄电装置的SOC控制目标的S2之间的中间值的方式设定到达时刻tc为止的主蓄电装置与选择副蓄电装置之间的电力分配比。
并且,从时刻tc开始,混合动力车辆100使副蓄电装置10-3的电力比主蓄电装置10-1的电力优先使用,并使用主蓄电装置10-1及副蓄电装置10-3的电力以CD模式行驶。在时刻tc以后,以SOC1达到S2的情况及SOC3达到S0的情况同时发生的方式设定电力分配比。其结果是,在时刻td,SOC1下降到S2,且SOC3下降到S2,因此行驶模式从CD模式向CS模式转移。
并且,在CS模式下,将副蓄电装置10-2、10-3这双方从第二转换器12-2电切离。因此,在CS模式下,在主蓄电装置10-1与第一转换器12-1连接的状态下,混合动力车辆100以将SOC1维持成S2的方式行驶。
由此,能够使第二转换器12-2停止,并能够使第一转换器12-1在电压固定模式(升压动作停止)下动作。因此,能够提高电源***1的效率,而提高CS模式下的燃料利用率。
而且,CS模式下唯一使用的主蓄电装置10-1的SOC控制目标(S2)设定成高于图3中的SOC控制目标(S1)。由此,能够确保CS模式开始时刻的能够利用于车辆行驶的蓄电能量。优选,以图3的比较例中的CS模式开始时(时刻tb)的主蓄电装置10-1及副蓄电装置10-3的SOC的总计与图4的例子中的CS模式开始时(时刻td)的主蓄电装置10-1的SOC相等的方式设定S2。
另一方面,在CD模式下的EV行驶中使用的各副蓄电装置10-2、10-3的SOC控制目标设定成比图4中的主蓄电装置10-1的SOC控制目标(S2)及图3中的各蓄电装置的SOC控制目标(S1)低。由此,能够增大在CD模式下使用的蓄电能量,因此能够延长EV行驶距离。
如此,在上述基本的使用型式中,通过提高主蓄电装置10-1及副蓄电装置10-2、10-3的使用效率,而能够实现EV行驶距离的扩大及燃料利用率提高这两者。
图5作为与图4不同的使用型式的一例,表示没有CD模式下的连接切换及CS模式下的切离这双方的情况。在图5的例子中,通过CD模式及CS模式,而将主蓄电装置10-1及副蓄电装置10-2与第一转换器12-1及第二转换器12-2分别固定地连接。
在图5所示的使用型式中,将主蓄电装置10-1及各副蓄电装置10-2、10-3各自的SOC控制目标设定成S1(S0<S1<S2)。但是,副蓄电装置的一方(图5中的10-3)通过CD模式及CS模式而与第二转换器12-2未连接,即不使用。
参照图5,从行驶开始(时刻=0),混合动力车辆100均等地使用主蓄电装置10-1及副蓄电装置10-2的电力,并使用两者的电力以CD模式行驶。其结果是,在时刻te,SOC1及SOC2下降到作为SOC控制目标的S1。并且,在时刻te,行驶模式从CD模式向CS模式转移。
在时刻te以后,在主蓄电装置10-1及副蓄电装置10-2与第一转换器12-1及第二转换器12-2分别连接的状态下,混合动力车辆100以将SOC1及SOC2维持成S1的方式行驶。
由此,能够以上述使用型式中的CD模式下的EV行驶距离的确保与CS模式开始时刻的能够利用于车辆行驶的蓄电能量的确保相平衡的方式设定SOC控制目标。
优选以图5的例子中的CS模式开始时(时刻te)的主蓄电装置10-1及副蓄电装置10-2的SOC的总计与图4的例子中的CS模式开始时(时刻td)的主蓄电装置10-1的SOC相等的方式设定S1及S2。
图6作为与图4不同的使用型式的又一例,表示有CD模式下的连接切换而没有CS模式下的切离的情况。在图6的例子中,在CD模式下,依次使用副蓄电装置10-2、10-3,在CD模式下,使用主蓄电装置10-1及副蓄电装置10-3。
在图6所示的使用型式中,将仅在CD模式下使用的副蓄电装置(10-2)的SOC控制目标设定成S0,而将主蓄电装置10-1的控制目标、以及CD模式及CS模式这两个模式下使用的副蓄电装置(10-3)的SOC控制目标设定成S1。
因此,从行驶开始(时刻=0),混合动力车辆100使副蓄电装置10-2的电力比主蓄电装置10-1的电力优先使用,并使用两者的电力以CD模式行驶。其结果是,在时刻tf,SOC2下降到作为SOC控制目标的S 1。并且,从时刻tf开始,取代副蓄电装置10-2而将副蓄电装置10-3作为选择副蓄电装置而与第二转换器12-2连接。需要说明的是,以时刻tf时刻的SOC1成为初始值(时刻=0时)与作为主蓄电装置的SOC控制目标的S1之间的中间值的方式设定到达时刻tf的主蓄电装置与选择副蓄电装置之间的电力分配比。
并且,从时刻tf开始,混合动力车辆100以使副蓄电装置10-3的电力比主蓄电装置10-1的电力优先使用,并使用这两者的电力以CD模式行驶。在时刻tf以后,以SOC1到达S1的情况与SOC3到达S1的情况同时出现的方式设定电力分配比。其结果是,在时刻tg,SOC1及SOC2下降到S1,因此行驶模式从CD模式向CS模式转移。
并且,在CS模式下,在副蓄电装置10-3与第二转换器12-2连接的状态下,混合动力车辆100以将SOC1及SOC2这双方维持成作为SOC控制目标的S1的方式行驶。
由此,通过积极地使用仅在CD模式下使用的副蓄电装置的蓄电装置能量来延长EV行驶距离,并能够确保CS模式开始时刻的能够利用于车辆行驶的蓄电能量。
优选,以图6的例子中的CS模式开始时(时刻tg)的主蓄电装置10-1及副蓄电装置10-3的SOC的总计与图4的例子中的CS模式开始时(时刻td)的主蓄电装置10-1的SOC相等的方式设定S1及S2。
如上所述,在本实施方式的电动车辆的电源***中,考虑根据各蓄电装置的状态所决定的副蓄电装置的使用型式,而对各个蓄电装置适当地设定不同的SOC控制目标。具体而言,在确保CS模式开始时刻能够使用的蓄电能量的基础上,以尽可能增加在CD模式下使用的蓄电能量的方式确定各个蓄电装置的SOC控制目标。
接下来,使用图7~图10,说明电力分配比的设定及按照该设定的充放电控制。
图7表示ECU22所进行的电力分配比的设定及按照电力分配比的充放电控制用的控制结构的功能框图。需要说明的是,关于以图7为首的各功能框图所记载的各程序块,既可以在ECU22内构成具有与该程序块相当的功能的电路(硬件),也可以使ECU22按照预先设定的程序执行软件处理来实现。
参照图7,ECU22包括SOC算出部52、行驶模式控制部54、SOC控制目标设定部55、副蓄电装置的连接控制部56、CD模式用电力分配比算出部58、CS模式用电力分配比算出部60、切换部62、指令生成部64、驱动信号生成部66。
SOC算出部52主要基于电流Ib1及电压Vb1的各检测值,来算出作为第一蓄电装置10-1的剩余容量推定值的SOC1。而且,SOC算出部52主要基于电流Ib2及电压Vb2的各检测值,来算出作为第二蓄电装置10-2的剩余容量推定值的SOC2。而且,SOC算出部52主要基于电流Ib3及电压Vb3的各检测值,来算出作为第三蓄电装置10-3的剩余容量推定值的SOC3。也可以将未图示的温度传感器所产生的各蓄电装置的温度检测值反映到SOC1~SOC3的推定中。需要说明的是,关于SOC的算出方法,能够使用各种公知的方法,因此省略详细的说明。
SOC控制目标设定部55按照表示CS模式下的连接切离有/无及CD模式下的连接切换有/无的使用型式,如图4~图6中说明所示,设定主蓄电装置10-1及副蓄电装置10-2、10-3各自的SOC控制目标Sr1~Sr3。
行驶模式控制部54基本上基于由SOC算出部52算出的SOC1~SOC3与SOC控制目标Sr1~Sr3的比较,来控制车辆的行驶模式。例如,参照使用型式,在CD模式下使用的蓄电装置的SOC全部下降到SOC控制目标之前的期间选择CD模式,而以后的期间选择CS模式。
而且,行驶模式控制部54将来自CD取消开关24的信号CS反映到行驶模式的控制中。具体而言,行驶模式控制部54在基于信号CS判断为CD取消开关24接通时,即使在基于SOC比较的CD模式的选择中,也将行驶模式形成为CS模式。行驶模式控制部54将行驶模式形成为CD模式。行驶模式控制部54输出表示选择了CD模式及CS模式中的哪一个的信号MD。
连接控制部56按照由SOC算出部52所算出的SOC2、SOC3和SOC控制目标Sr2、Sr3以及使用型式,而生成用于控制连接部18的断续器RY1、RY2的接通/断开的控制信号SW。
在CD模式下,在有连接切换的使用型式时,基于SOC2或SOC3、与Sr2或Sr3的比较,以将与第二转换器12-2连接的选择副蓄电装置在副蓄电装置10-2、10-3之间切换的方式生成控制信号SW。另一方面,在没有连接切换时,通过CD模式,将副蓄电装置10-2及10-3的一方与第二转换器12-2固定连接。
在CS模式下,在有切离的使用型式时,以将副蓄电装置10-2、10-3这双方从第二转换器12-2切离的方式生成控制信号SW。另一方面,在没有切离的使用型式时,以将向CS模式转移时的选择副蓄电装置在CS模式下也与第二转换器12-2连接的方式生成控制信号SW。
CD模式用电力分配比算出部58在来自行驶模式控制部54的信号MD表示CD模式时,基于由SOC算出部52算出的SOC1~SOC3、SOC控制目标Sr1~Sr3、对电源***1的要求功率Ps、以及连接控制部的控制信号SW,来算出CD模式时使用的电力分配比。
图8、图9是用于说明图7所示的CD模式用电力分配比算出部58所进行的电力分配比的运算方法的图。
图8是用于说明从电源***1向驱动力产生部2供给电力的放电时的运算方法的图,图9是用于说明从驱动力产生部2向电源***1供给电力的充电时的运算方法的图。
需要说明的是,在图8中,作为一例,表示在有连接切换的CD模式下,在副蓄电装置10-2作为选择副蓄电装置而与第二转换器12-2电连接的情况下,以主蓄电装置10-1的SOC1(当前值S1)和副蓄电装置10-2的SOC2(当前值S2)同时达到目标值TL的方式使SOC1、SOC2均衡下降的情况。
参照图8,CD模式用电力分配比算出部58基于来自连接控制部56的控制信号SW,能够判断与第二转换器12-2电连接的副蓄电装置。
在要求功率Ps为正值时,CD模式用电力分配比算出部58对于主蓄电装置10-1,通过下式算出SOC1到达目标值TL为止的第一蓄电装置10-1的放电富余电力量R1。
R1=A(S1-TL)...(1)
在此,A表示主蓄电装置10-1的容量。
同样地,CD模式用电力分配比算出部58对于副蓄电装置10-2(使用中)、SOC2达到目标值TL为止的放电富余电力量R2及副蓄电装置10-3,通过下式算出SOC3达到目标值TL为止的放电富余电力量R3。
R2=B1(S2-TL)...(2)
R3=B2(S3-TL)...(3)
在此,B1、B2分别表示副蓄电装置10-2及10-3的容量。
并且,CD模式用电力分配比算出部58算出主蓄电装置10-1及副蓄电装置10-2(或副蓄电装置10-3)的电力分配比作为R1∶(R2+R3)。
即,依次使用的预定的副蓄电装置10-2、10-3等价地被看作一个蓄电部,最终以主蓄电装置10-1和由副蓄电装置10-2及10-3构成的蓄电部同时达到目标值TL的方式算出电力分配比。
需要说明的是,在图8中,为了便于理解,而将目标值TL在各蓄电装置中形成为相同值,但确认地记载了按照SOC控制目标,即使在各蓄电装置分别设定目标值TL,按照(1)~(3)式,也能够同样地求出电力分配比的情况。
另外,在没有CD模式下的连接切换时,不与第二转换器12-2连接,而对于固定地不使用的副蓄电装置,若使放电富余电力量及充电电力量为零,则能够同样地决定电力分配比。
在图9中,表示以选择副蓄电装置的SOC和主蓄电装置的SOC朝上限值TH均衡上升的方式设定电力分配比的情况。在图9的例子中,将副蓄电装置10-3作为选择副蓄电装置而与第二转换器12-2电连接。并且,SOC1的当前值为S1,SOC3的当前值为S3。
在要求功率Ps为负值时,CD模式用电力分配比算出部58对于主蓄电装置10-1,通过下式算出SOC1达到上限值TH为止的主蓄电装置10-1的充电富余电力量C1。例如,上限值TH与容许充电电力(Win)被限制的SOC值对应地设定。
C1=A(TH-S1)...(4)
同样地,CD模式用电力分配比算出部58对于使用中的副蓄电装置10-3,通过下式算出SOC达到上限值TH为止的第三蓄电装置10-3的充电富余电力量C3。
C3=B2(TH-S3)...(5)
并且,CD模式用电力分配比算出部58算出主蓄电装置10-1及副蓄电装置10-3的电力分配比作为C1∶C3。即,在充电时,以主蓄电装置10-1和使用中的副蓄电装置10-3同时达到上限值的方式算出电力分配比。
需要说明的是,将副蓄电装置10-2与第二转换器12-2电连接时的电力分配比也可以同样算出。
再次参照图7,CS模式用电力分配比算出部60在来自行驶模式控制部54的信号MD表示CS模式时,基于SOC算出部52所算出的SOC1~SOC3、要求功率Ps、及控制信号SW,算出在CS模式时使用的电力分配比。
图10是用于说明图7所示的CS模式用电力分配比算出部60的电力分配比的运算方法的图。在图8的例子中,表示适用没有切离的使用型式,在CS模式下,将副蓄电装置10-2与第二转换器12-2电连接的情况。
CS模式用电力分配比算出部60基于控制信号SW,能够判断将副蓄电装置10-2、10-3中的哪一个与第二转换器12-2电连接。
参照图10,CS模式用电力分配比算出部60以维持主蓄电装置10-1的SOC1和副蓄电装置10-2的SOC2的方式算出电力分配比。具体而言,若SOC1(当前值S1)及SOC2(当前值S2)比从CD模式向CS模式的转移时的值S1L及S2L(相当于SOC控制目标Sr1、Sr2的设定值)下降,则驱动力产生部2(图1)以产生主蓄电装置10-1及副蓄电装置10-2的充电电力的方式被控制。具体而言,使用发动机36产生的动力而使第一MG32-1发电,由此向第一蓄电装置10-1及第二蓄电装置10-2供给电力。
在此,CS模式用电力分配比算出部60例如算出主蓄电装置10-1的容量A与使用中的副蓄电装置10-2的容量B1之比作为电力分配比(充电分配比)。
另一方面,若SSOC1(当前值S1)及SOC2(当前值S2)比从CD模式向CS模式的转移时的值S1L及S2L上升,则用于产生充电电力的发动机输出为零。因此,若不需要车辆加速等的驱动力产生用的发动机输出,则发动机36停止。由此,从主蓄电装置10-1及副蓄电装置10-2释放电力。此时,CS模式用电力分配比算出部60例如算出主蓄电装置10-1的容量A与使用中的副蓄电装置10-2的容量B1之比作为电力分配比(放电分配比)。
由此,在CS模式下,能够以将主蓄电装置10-1的SOC1及使用的副蓄电装置10-2的SOC2分别维持成S1L、S2L(即SOC控制目标)的方式进行充放电控制。
需要说明的是,在适用有切离的使用型式时,将要求功率Ps的全部使用在主蓄电装置10-1的充放电中,因此不需要电力分配比的运算。
再次参照图5,切换部62在从行驶模式控制部54接受的信号MD表示CD模式时,将从CD模式用电力分配比算出部58接受的电力分配比向指令生成部64输出。另一方面,切换部62在从行驶模式控制部54接受的信号MD表示CS模式时,将从CS模式用电力分配比算出部60接受的电力分配比向指令生成部64输出。
指令生成部64在从切换部62接受的电力分配比为D1∶D2时,基于要求功率Ps,通过下式算出表示与第二转换器12-2连接的选择副蓄电装置的充放电电力的目标值的目标电力PR。
PR=Ps×D2/(D1+D2)...(6)
在此,CD模式下的放电时在有连接切换的使用型式的情况下,为D1∶D2=R1∶(R2+R3),但在没有连接切换的使用型式的情况下,由于通过CD模式而将与不使用的副蓄电装置对应的R2或R3固定为零,因此形成为D1∶D2=R1∶R2或D1∶D2=R1∶R3。
另一方面,CD模式下的充电时在主蓄电装置10-1与作为选择副蓄电装置的副蓄电装置10-2或10-3之间,形成为D1∶D2=C1∶C2或D1∶D2=C1∶C3。
另外,CS模式时在没有切离的使用型式的情况下,在主蓄电装置10-1与作为选择副蓄电装置的副蓄电装置10-2或10-3之间,按照容量比,形成为D1∶D2=A∶B1或D1∶D2=A∶B2。而且,在有切离的使用型式时,将要求功率Ps的全部使用在主蓄电装置10-1的充放电中。
另外,指令生成部64设定电压Vh的目标电压VR。在此,在将副蓄电装置10-2、10-3中的任一者与第二转换器12-2电连接时,需要使电压Vh高于电压Vb1~Vb3的最大值。即,比电压Vb1~Vb3的最大值高的电压作为电压Vh的下限电压。
而且,从MG控制的观点出发,也根据第一MG32-1及第二MG32-2的动作状态,来设定电压Vh的要求值(要求电压)。
因此,指令生成部64在将副蓄电装置10-2、10-3中的任一者与第二转换器12-2电连接时,将来自MG控制面的要求电压和下限电压中的高的一方设定成目标电压VR。另一方面,指令生成部64在将副蓄电装置10-2、10-3这双方从第二转换器12-2电切离时,无需考虑下限电压,因此按照要求电压来设定目标电压VR。
需要说明的是,指令生成部64基于控制信号SW,能够判断是否将全部的副蓄电装置从第二转换器12-2切离。而且,来自MG控制的要求电压能够利用ECU40来算出。
驱动信号生成部66基于电压Vh、Vb1~Vb3及电流Ib2、Ib3的各检测值、来自指令生成部64的目标电压VR及目标电力PR、以及控制信号SW,而通过后述的方法生成用于对第一转换器12-1及第二转换器12-2分别驱动的驱动信号PWC1、PWC2。并且,驱动信号生成部66将该生成的驱动信号PWC1、PWC2分别向第一转换器12-1及第二转换器12-2输出。
图11是执行按照设定的电力分配比的充放电控制的驱动信号生成部66(图5)的详细的功能框图。
参照图11,驱动信号生成部66包括用于控制第一转换器12-1的第一控制部70-1和用于控制第二转换器12-2的第二控制部70-2。
第一控制部70-1包括减算部72-1、76-1、反馈(FB)控制部74-1、调制部78-1。
减算部72-1从目标电压VR减去电压Vh的检测值,并将该运算结果向FB控制部74-1输出。FB控制部74-1基于来自减算部72-1的输出而算出FB补偿量,并将该运算结果向减算部76-1输出。作为一例,FB控制部74-1基于来自减算部72-1的输出来进行比例积分运算,并将该运算结果向减算部76-1输出。
减算部76-1从电压Vb1/目标电压VR所示的第一转换器12-1的理论升压比的倒数减去FB控制部74-1的输出,并将该运算结果作为负载指令向调制部78-1输出。需要说明的是,该减算部76-1中的输入项(电压Vb1/目标电压VR)是基于第一转换器12-1的理论升压比的前馈(FF)补偿项。
调制部78-1基于从减算部76-1输出的负载指令和未图示的发振部所生成的载波(载体波)来生成驱动信号PWC1,并将该生成的驱动信号PWC1向第一转换器12-1输出。需要说明的是,在CS模式下,在不需要使主蓄电装置10-1的输出电压Vb1升压时(VR=Vb1),以使第一转换器12-1以电压固定模式动作的方式生成驱动信号PWC1。
第二控制部70-2包括减算部72-2、76-2、FB控制部74-2、调制部78-2、除算部80、切换开关82、84。
切换开关82基于控制信号SW,在副蓄电装置10-2为选择副蓄电装置时将电压Vb2的检测值向除算部80输出,而在副蓄电装置10-2为选择副蓄电装置时将电压Vb3的检测值向除算部80输出。并且,除算部80将目标电力PR除以来自切换开关82的输出,并将该运算结果作为目标电流IR向减算部72-2输出。
切换开关84基于控制信号SW,在副蓄电装置10-2为选择副蓄电装置时将电流Ib2的检测值向减算部72-2输出,而在副蓄电装置10-2为选择副蓄电装置时将电流Ib3的检测值向减算部72-2输出。并且,减算部72-2从目标电流IR减去来自切换开关84的输出,并将该运算结果向FB控制部74-2输出。
FB控制部74-2基于来自减算部72-2的输出而算出FB补偿量,并将该运算结果向减算部76-2输出。作为一例,FB控制部74-2基于来自减算部72-2的输出而进行比例积分运算,并将该运算结果向减算部76-2输出。
减算部76-2从电压Vb2/目标电压VR所示的第二转换器12-2的理论升压比的倒数减去FB控制部74-2的输出,并将该运算结果作为负载指令向调制部78-2输出。需要说明的是,该减算部76-2中的输入项(电压Vb2/目标电压VR)是基于第二转换器12-2的理论升压比的FF补偿项。
调制部78-2基于从减算部76-2输出的负载指令和由未图示的发振部所生成的载波(载体波)来生成驱动信号PWC2,并将该生成的驱动信号PWC2向第二转换器12-2输出。
如此,按照通过CD模式用电力分配比算出部58或CS模式用电力分配比算出部60所设定的电力分配比,能够控制主蓄电装置10-1及选择副蓄电装置(10-2或10-3)的充放电。
因此,在本发明的实施方式的电动车辆的电源***中,按照考虑副蓄电装置的使用型式而设定的各个蓄电装置的SOC控制目标,能够控制CD模式及CS模式下的各蓄电装置的SOC推移。如上所述,各个蓄电装置的SOC控制目标以提高主蓄电装置10-1及副蓄电装置10-2、10-3的使用效率的方式设定,因此在混合动力车辆100中,能够实现EV行驶距离的扩大及燃料利用率提高这两者。
接下来,使用流程图来说明本实施方式的电动车辆的用于实现电源***的充放电控制的基于ECU22的控制处理次序。
图12表示在电源***1的起动时执行的各蓄电装置的SOC控制目标的设定处理次序。
图12所示的流程图至少在电源***1的起动时执行。而且,在产生当初的使用型式的变化不可回避那样的异常时,也可以再次执行图13的控制处理。
参照图12,在步骤S100中,ECU22确认各蓄电装置10-1~10-3的状态。例如,在步骤S100中确认蓄电装置的温度、SOC等的状态或有无异常。
此外,ECU22通过步骤S110,基于在步骤S100中确认到的各蓄电装置的状态,来决定蓄电装置的使用型式。如上所述,在能够没有异常地通常使用各蓄电装置10-1~10-3时,作为通常型式,适用在CD模式下有连接切换且有CS模式下的切离的使用型式(a)。
另一方面,在极低温时等难以确保蓄电装置整体的输入输出电力时,适用没有CS模式下的切离的使用型式(b)、(c)。而且,基于其他的条件,来选择没有CD模式下的连接切换的使用型式(b)和有CD模式下的连接切换的使用型式(c)。
此外,在步骤S120中,ECU22按照在步骤S110中决定的使用型式,决定蓄电装置10-1~10-3各自的SOC控制目标Sr1~Sr3。具体而言,在使用型式(a)中,如图4所示,设定成Sr1=S2,另一方面,设定成Sr2=Sr3=S0。相对于此,在使用型式(b)中,按照图5来设定SOC控制目标Sr1~Sr3,在使用型式(c)中按照图6,来设定SOC控制目标Sr1~Sr3。即,步骤S120的处理对应于图7的SOC控制目标设定部55的功能。
图14表示与按照图13设定的SOC控制目标相符的蓄电装置10-1~1-3的充放电控制的处理次序。图14所示的控制处理在电源***1的工作中,以规定周期反复执行。
参照图14,在步骤S200中,ECU22基于各蓄电装置10-1~10-3的状态检测值(电压/电流/温度等),算出SOC1~SOC3。即,步骤S200的处理对应于图7的SOC算出部52的功能。
而且,在步骤S210中,ECU22基于在步骤S130(图13)中设定的SOC控制目标Sr1~Sr3与在步骤S200中算出的SOC1~SOC3的比较,来将行驶模式决定成CD模式/CS模式中的任一者。需要说明的是,如上所述,也可以优先地反映向CD取消开关24(图1)输入的驾驶员的指定,来选择行驶模式。即,步骤S210的处理对应于图7的行驶模式控制部54的功能。
此外,按照各行驶模式下的使用型式,控制断续器RY1、RY2的接通/断开,来控制副蓄电装置10-2、10-3与第二转换器12-2之间的连接。
在步骤S220中,ECU22判定在步骤S210中决定的行驶模式是否为CD模式。并且在CD模式的选择时(S220的是判定时),ECU22使处理向步骤S230前进,基于SOC控制目标Sr1~Sr3,如图8、9例示那样,算出各蓄电装置的放电/充电富余电力量。而且,在步骤S240中,ECU22基于在步骤S230中算出的放电/充电富余电力量,来设定主蓄电装置10-1与选择副蓄电装置(10-2或10-3)之间的电力分配比。如上所述,电力分配比分别设定放电电力分配比和充电电力分配比。即,步骤S230、S240的处理对应于图7的CD模式用电力分配比算出部58的功能。
另一方面,在CS模式的选择时(S220的否判定时),ECU22使处理向步骤S250前进,基于各蓄电装置、具体而言是主蓄电装置与其SOC控制目标之差、或主蓄电装置及副蓄电装置的SOC与各自的SOC控制目标之差,来设定电力分配比。即,步骤S250的处理对应于图7的CS模式用电力分配比算出部60的功能。
如上所述,在CS模式下,档主蓄电装置10-1或使用的副蓄电装(102或10-3)的SOC比SOC控制目标低时,根据需要而生成充电要求。相对于此,利用发动机36的输出所产生的第一MG32-1的发电电力,对蓄电装置进行充电。
在步骤S260中,ECU22以按照由步骤S240或S250所设定的电力分配比来执行充放电控制的方式,生成第一转换器12-1的控制指令或第一转换器12-1及第二转换器12-2的控制指令。并且,ECU22通过步骤S270,按照在步骤S260中生成的控制指令,控制转换器12-1中或第一转换器12-1及第二转换器12-2中的开关、即开关元件Q1A、Q1B的接通/断开。
如此,通过利用ECU22执行按照图13及图14的控制处理,与图4~图11中说明的情况同样地,能够控制蓄电装置10-1~10-3的充放电。
如以上说明所示,在本实施方式的电动车辆的电源***中,按照根据各蓄电装置的状态所决定的副蓄电装置的使用型式,对每个蓄电装置适当地设定不同的SOC控制目标。尤其是在确保S模式开始时刻可使用的蓄电能量的基础上,以尽可能地增多CD模式下使用的蓄电能量的方式对应于使用型式来确定各蓄电装置的SOC控制目标。
因此,能够有效地利用副蓄电装置10-2、10-3的蓄电能量而延长CD模式下的行驶距离,并且在CS模式下,能够确保用于对将内燃机的动作点限定为高效率区域那样的车辆控制的自由度进行担保的蓄电能量的富余。因此,通过提高蓄电装置整体的使用效率,而能够实现EV行驶距离的扩大及燃料利用率提高这两者。
需要说明的是,在上述的实施方式中,例示了配置有两个副蓄电装置的结构,但关于副蓄电装置,也可以配置三个以上。而且,关于CD模式(有连接切换)下的多个副蓄电装置的使用顺序可以任意。需要说明的是,将副蓄电装置配置三个以上的结构中的SOC控制目标与上述同样地考虑,而能够如下述那样设定。即,在图4的使用型式(有CD连接切换、有CS切离)中,将各副蓄电装置的SOC控制目标设定为S0,在图5的使用型式(没有CD连接切换、没有CS切离)中,对于使用的一个副蓄电装置,将SOC控制目标设定成S1。而且,在图6的使用型式(有CD连接切换、没有CS切离)中,将仅在CD模式下使用的各副蓄电装置SOC控制目标设定成S0,而将在CD模式及CS模式这两个模式下使用的副蓄电装置的SOC控制目标设定成S1。
另外,在上述的实施方式中,关于第二转换器12-2,根据目标电力PR来算出目标电流IR,进行基于该算出的目标电流IR与电流传感器的检测值之间的偏差的电流FB控制,但也可以算出向选择副蓄电装置输入输出的电力实际成效,进行基于目标电力PR与该算出的电力实际成效之间的偏差的电力FB控制。
另外,在上述的实施方式中,对第一转换器12-1进行电压FB控制,并对第二转换器12-2进行电流FB控制(也能够进行电力FB控制),但根据需要,也可以对第一转换器12-1进行电流FB控制(或电力FB控制),并对第二转换器12-2进行电压FB控制。
而且,在上述的实施方式中,驱动力产生部2包含第一MG32-1及第二MG32-2,但驱动力产生部2包含的MG的个数并未限定为两个。
另外,在上述中,说明了利用动力分割装置34对发动机36的动力进行分割而能够向驱动轮38和第一MG32-1传递的串联/并联型的混合动力车辆,但本发明只要搭载在车辆行驶中能够产生蓄电装置的充电电力的机构即可,也能够适用于图1以外的具有功率序列结构的混合动力车辆。例如,本发明能够适用于仅在为了驱动第一MG32-1中使用发动机36,仅利用第二MG32-2来产生车辆的驱动力的所为串联型的混合动力车辆等。或者能够适用于搭载有燃料电池作为发电机构的燃料电池车。例如,在燃料电池车中,在利用由外部充电所产生的蓄电能量来行驶的CD模式与通过燃料电池发电的CS模式之间,能够进行与上述同样的行驶模式控制。即,适用本发明的电动车辆并未限定为实施方式所例示的混合动力车辆,而包括上述的车辆组。
需要说明的是,在上述中,第二MG32-2对应于本发明中的“电动机”的一实施例,第一MG32-1对应于本发明中的“发电机构”的一实施例。而且,充电器26及车辆进口27对应于本发明中的“外部充电部”的一实施例。而且,第一转换器12-1及第二转换器12-2分别对应于本发明中的“第一电压转换器”及“第二电压转换器”的一实施例。而且,蓄电装置10-1对应于本发明中的“主蓄电装置”的一实施例,蓄电装置10-2、10-3对应于本发明中的“多个副蓄电装置”的一实施例。而且,SOC算出部52对应于本发明中的“充电状态算出部”的一实施例,SOC控制目标设定55对应于本发明中的“控制目标设定部”的一实施例。
另外,图12的S110及S120分别对应于本发明中的“决定的步骤”及“设定的步骤”的一实施例。而且,图13的S200及S210分别对应于本发明中的“算出的步骤”及“选择的步骤”的一实施例。
应该考虑到本次公开的实施方式全部的点是例示而并未受限制。本发明的范围不是由上述的说明而是由权利要求书的范围所公开,并包括与权利要求书的范围等同的意思及范围内的全部的变更。
工业实用性
本发明能够适用于具有主蓄电装置及多个副蓄电装置的电源***、以及搭载有在车辆行驶中能够发出蓄电装置的充电电力的机构的电动车辆。
符号说明:
1电源***,2驱动力产生部,10-1蓄电装置,10-2、10-3副蓄电装置,12-1转换器(主蓄电装置),12-2转换器(副蓄电装置),14-1、14-2、14-3电流传感器,16-1、16-2、16-3、20电压传感器,18连接部,22ECU(电源***),24CD取消开关,26充电器(外部充电),27车辆进口,28外部电源,30-1、30-2逆变器,34动力分割装置,36发动机,38驱动轮,42-1断路器电路,52SOC算出部,54行驶模式控制部,55SOC控制目标设定部,56连接控制部,58CD模式用电力分配比算出部,60CS模式用电力分配比算出部,62切换部,64指令生成部,66驱动信号生成部,70-1、70-2控制部,72-1、72-2、76-1、76-2减算部,74-1、74-2FB控制部,78-1、78-2调制部,80除算部,82、84切换开关,100混合动力车辆,C平滑电容器,CS信号(取消开关),D1A、D1B二极管,Ib1~Ib3电流(蓄电装置),IR目标电流,L1感应器,LN1A电源线,LN1B配线,LN1C接地线,MD信号(行驶模式),MNL接地线,MPL供电线,NL1负极线,PL1正极线,PR目标电力,Ps要求功率(对电源***),PWC1、PWC2驱动信号(转换器),PWC1A、PWC1B驱动信号(上支路元件、下支路元件),Q1A、Q1B电力用半导体开关元件,RY1、RY2断续器,S1、S2SOC当前值,S1L、S2L SOC值(CS模式转移时刻),Sr1~Sr3SOC控制目标,SW控制信号,TH SOC上限值(CD模式充电时),TL SOC目标值(CD模式放电时),Vb1~Vb3电压(蓄电装置),Vh电压(供电线),VR目标电压(Vh)。
Claims (14)
1.一种电动车辆的电源***,该电动车辆搭载有作为动力源的电动机(32-2)和构成为在车辆行驶中能够发电的发电机构(32-1),所述电动车辆的电源***具备:
能够再充电的主蓄电装置(10-1);
第一电压转换器(12-1),设置在供电线(MPL)与所述主蓄电装置之间,且构成为进行双方向的电压转换,其中该供电线(MPL)与所述电动机及所述发电机构电连接;
多个副蓄电装置(10-2、10-3),相互并联设置且分别能够再充电;
第二电压转换器(12-2),设置在所述多个副蓄电装置与所述供电线之间,且构成为在所述多个副蓄电装置中的一个与所述供电线之间进行双方向的电压转换;
连接控制部(56),构成为对分别设置在所述多个副蓄电装置与所述第二电压转换器之间的多个断续器(RY1、RY2)进行控制;
外部充电部(26、27),构成为利用车辆外部的电源对所述主蓄电装置及各所述副蓄电装置进行充电;
充电状态计算部(52),构成为基于所述主蓄电装置及所述多个副蓄电装置各自的状态检测值算出所述主蓄电装置及所述多个副蓄电装置各自的剩余容量推定值(SOC1~SOC3);
行驶模式控制部(54),构成为基于所述主蓄电装置及所述多个副蓄电装置各自的所述剩余容量推定值而选择第一行驶模式和第二行驶模式中的一方,该第一行驶模式不维持所述电动车辆的蓄电能量而优先使用该蓄电能量进行行驶,该第二行驶模式使用所述发电机构将所述蓄电能量维持在一定范围;
控制目标设定部(55),至少按照在所述电源***的起动时决定的所述多个副蓄电装置的使用型式,来单独设定所述主蓄电装置及所述多个副蓄电装置各自的剩余容量的控制目标(Sr1~Sr3),
所述连接控制部在所述第一及所述第二行驶模式中,分别按照所述使用型式来控制多个断续器的接通/断开,
在所述主蓄电装置及所述多个副蓄电装置的所述剩余容量推定值全部下降到各自的所述控制目标之前的期间,所述行驶模式控制部选择所述第一行驶模式,而在所述剩余容量推定值全部下降到各自的所述控制目标之后,所述行驶模式控制部选择所述第二行驶模式。
2.根据权利要求1所述的电动车辆的电源***,其中,
在所述第二行驶模式下将所述多个副蓄电装置分别从所述第二电压转换器切离的使用型式中,所述控制目标设定部(55)将所述主蓄电装置的所述控制目标(Sr1)设定成高于各所述副蓄电装置的所述控制目标(Sr2、Sr3)。
3.根据权利要求1所述的电动车辆的电源***,其中,
在所述第二行驶模式下将所述多个副蓄电装置分别从所述第二电压转换器切离的使用型式中,所述控制目标设定部(55)将所述主蓄电装置的所述控制目标设定成比在所述第二行驶模式下将所述多个副蓄电装置中的一个与所述第二电压转换器连接的使用型式中的该控制目标的值(S1)高的值(S2)。
4.根据权利要求2所述的电动车辆的电源***,其中,
在为通过所述第一及所述第二行驶模式而将所述多个副蓄电装置中的一个副蓄电装置与所述第二电压转换器固定连接的使用型式时,所述控制目标设定部(55)将所述主蓄电装置及所述一个副蓄电装置的所述控制目标分别设定成第一值(S1),
所述第一值是为在所述第二行驶模式下将所述多个副蓄电装置分别从所述第二电压转换器切离的使用型式时的、作为各所述副蓄电装置的所述控制目标的第二值(S0)与作为所述主蓄电装置的所述控制目标的第三值(S2)的中间值。
5.根据权利要求1所述的电动车辆的电源***,其中,
为在所述第一行驶模式下将所述多个副蓄电装置中的一个依次与所述第二电压转换器连接,且在所述第二行驶模式下将所述多个副蓄电装置中的最后的副蓄电装置与所述第二电压转换器持续连接的使用型式时,所述控制目标设定部(55)将所述主蓄电装置及所述最后的副蓄电装置的所述控制目标设定成第一值(S1),而将除此以外的各所述副蓄电装置的所述控制目标设定成比所述第一值低的第二值(S0)。
6.根据权利要求1所述的电动车辆的电源***,其中,
在所述第二行驶模式下将所述多个副蓄电装置中的一个与所述第二电压转换器连接的第一使用型式中,所述控制目标设定部(55)将所述主蓄电装置及所述一个副蓄电装置的各所述控制目标设定成第一值(S1),而在所述第一行驶模式下将所述多个副蓄电装置中的一个依次与所述第二电压转换器连接,且在所述第二行驶模式下将所述多个副蓄电装置分别从所述第二电压转换器切离的第二使用型式中,所述控制目标设定部(55)将各所述副蓄电装置的所述控制目标设定成比所述第一值低的第二值(S0),且将所述主蓄电装置的所述控制目标设定成比所述第一值高的第三值(S2),
以使所述第二行驶型式的开始时刻的、所述第一使用型式中的所述主蓄电装置及所述一个副蓄电装置的剩余容量的总计与所述第二使用型式中的所述主蓄电装置的剩余容量相等的方式来决定所述第一至所述第三值。
7.一种电动车辆的电源***,该电动车辆搭载有作为动力源的电动机(32-2)和构成为在车辆行驶中能够发电的发电机构(32-1),所述电动车辆的电源***具备:
能够再充电的主蓄电装置(10-1);
第一电压转换器(12-1),设置在供电线(MPL)与所述主蓄电装置之间,且构成为进行双方向的电压转换,其中该供电线(MPL)与所述电动机及所述发电机构电连接;
多个副蓄电装置(10-2、10-3),相互并联设置且分别能够再充电;
第二电压转换器(12-2),设置在所述多个副蓄电装置与所述供电线之间,且构成为在所述多个副蓄电装置中的一个与所述供电线之间进行双方向的电压转换;
连接控制部(56),构成为对分别设置在所述多个副蓄电装置与所述第二电压转换器之间的多个断续器(RY1、RY2)进行控制;
外部充电部(26、27),构成为利用车辆外部的电源对所述主蓄电装置及各所述副蓄电装置进行充电;
充电状态计算部(52),构成为基于所述主蓄电装置及所述多个副蓄电装置各自的状态检测值算出所述主蓄电装置及所述多个副蓄电装置各自的剩余容量推定值(SOC1~SOC3);
行驶模式控制部(54),基于所述主蓄电装置及所述多个副蓄电装置各自的所述剩余容量推定值而选择第一行驶模式和第二行驶模式中的一方,该第一行驶模式不维持所述电动车辆的蓄电能量而优先使用该蓄电能量进行行驶,该第二行驶模式使用所述发电机构将所述蓄电能量维持在一定范围;
控制目标设定部(55),构成为将所述主蓄电装置的剩余容量的控制目标(Sr1)设定成高于各所述副蓄电装置的剩余容量的控制目标(Sr2、Sr3),
所述连接控制部对所述多个断续器进行控制,以在所述第一行驶模式下将所述多个副蓄电装置中的依次选择的一个与所述第二电压转换器之间连接,而在所述第二行驶模式下将所述多个副蓄电装置分别与所述第二电压转换器切离,
在所述主蓄电装置及所述多个副蓄电装置的所述剩余容量推定值全部下降到各自的所述控制目标之前的期间,所述行驶模式控制部选择所述第一行驶模式,而在所述剩余容量推定值全部下降到各自的所述控制目标之后,所述行驶模式控制部选择所述第二行驶模式。
8.一种电动车辆的电源***的控制方法,该电动车辆搭载有作为动力源的电动机(32-2)和构成为在车辆行驶中能够发电的发电机构(32-1),其中,
所述电源***具备:
能够再充电的主蓄电装置(10-1);
第一电压转换器(12-1),设置在供电线(MPL)与所述主蓄电装置之间,且构成为进行双方向的电压转换,其中该供电线(MPL)与所述电动机及所述发电机构电连接;
多个副蓄电装置(10-2、10-3),相互并联设置且分别能够再充电;
第二电压转换器(12-2),设置在所述多个副蓄电装置与所述供电线之间,且构成为在所述多个副蓄电装置中的一个与所述供电线之间进行双方向的电压转换;
连接控制部(56),构成为对分别设置在所述多个副蓄电装置与所述第二电压转换器之间的多个断续器(RY1、RY2)进行控制;
外部充电部(26、27),构成为利用车辆外部的电源对所述主蓄电装置及各所述副蓄电装置进行充电,
所述控制方法具备:
至少在所述电源***起动时,根据各所述副蓄电装置的状态来决定所述多个副蓄电装置的使用型式的步骤(S110);
按照所述使用型式来单独设定所述主蓄电装置及所述多个副蓄电装置各自的剩余容量的控制目标(Sr1~Sr3)的步骤(S120);
基于所述主蓄电装置及所述多个副蓄电装置各自的状态检测值算出所述主蓄电装置及所述多个副蓄电装置各自的剩余容量推定值(SOC1~SOC3)的步骤(S200);
基于所述主蓄电装置及所述多个副蓄电装置各自的所述剩余容量推定值而选择第一行驶模式和第二行驶模式中的一方的步骤(S210),该第一行驶模式不维持所述电动车辆的蓄电能量而优先使用该蓄电能量进行行驶,该第二行驶模式使用所述发电机构将所述蓄电能量维持在一定范围,
所述连接控制部在所述第一及所述第二行驶模式中,分别按照所述使用型式来控制多个断续器的接通/断开,
在所述选择的步骤中,在所述主蓄电装置及所述多个副蓄电装置的所述剩余容量推定值全部下降到各自的所述控制目标之前的期间,选择所述第一行驶模式,而在所述剩余容量推定值全部下降到各自的所述控制目标之后,选择所述第二行驶模式。
9.根据权利要求8所述的电动车辆的电源***的控制方法,其中,
在所述设定的步骤(S120)中,在所述第二行驶模式下将所述多个副蓄电装置分别从所述第二电压转换器切离的使用型式中,将所述主蓄电装置的所述控制目标(Sr1)设定成高于各所述副蓄电装置的所述控制目标(Sr2、Sr3)。
10.根据权利要求8所述的电动车辆的电源***的控制方法,其中,
在所述设定的步骤(S120)中,在所述第二行驶模式下将所述多个副蓄电装置分别从所述第二电压转换器切离的使用型式中,将所述主蓄电装置的所述控制目标设定成比在所述第二行驶模式下将所述多个副蓄电装置中的一个与所述第二电压转换器连接的使用型式中的该控制目标的值(S1)高的值(S2)。
11.根据权利要求9所述的电动车辆的电源***的控制方法,其中,
在所述设定的步骤(S120)中,在为通过所述第一及所述第二行驶模式而将所述多个副蓄电装置中的一个副蓄电装置与所述第二电压转换器固定连接的使用型式时,将所述主蓄电装置及所述一个副蓄电装置的所述控制目标分别设定成第一值(S1),
所述第一值是为在所述第二行驶模式下将所述多个副蓄电装置分别从所述第二电压转换器切离的使用型式时的、作为各所述副蓄电装置的所述控制目标的第二值(S0)与作为所述主蓄电装置的所述控制目标的第三值(S2)的中间值。
12.根据权利要求8所述的电动车辆的电源***的控制方法,其中,
在所述设定的步骤(S120)中,为在所述第一行驶模式下将所述多个副蓄电装置中的一个依次与所述第二电压转换器连接,且在所述第二行驶模式下将所述多个副蓄电装置中的最后的副蓄电装置与所述第二电压转换器持续连接的使用型式时,将所述主蓄电装置及所述最后的副蓄电装置的所述控制目标设定成第一值(S1),而将除此以外的各所述副蓄电装置的所述控制目标设定成比所述第一值低的第二值(S0)。
13.根据权利要求8所述的电动车辆的电源***的控制方法,其中,
在所述设定的步骤(S120)中,在所述第二行驶模式下将所述多个副蓄电装置中的一个与所述第二电压转换器连接的第一使用型式中,将所述主蓄电装置及所述一个副蓄电装置的各所述控制目标设定成第一值(S1),而在所述第一行驶模式下将所述多个副蓄电装置中的一个依次与所述第二电压转换器连接,且在所述第二行驶模式下将所述多个副蓄电装置分别从所述第二电压转换器切离的第二使用型式中,将各所述副蓄电装置的所述控制目标设定成比所述第一值低的第二值(S0),且将所述主蓄电装置的所述控制目标设定成比所述第一值高的第三值(S2),
以使所述第二行驶型式的开始时刻的、所述第一使用型式中的所述主蓄电装置及所述一个副蓄电装置的剩余容量的总计与所述第二使用型式中的所述主蓄电装置的剩余容量相等的方式来决定所述第一至所述第三值。
14.一种电动车辆的电源***的控制方法,该电动车辆搭载有作为动力源的电动机(32-2)和构成为在车辆行驶中能够发电的发电机构(32-1),其中,
所述电源***具备:
能够再充电的主蓄电装置(10-1);
第一电压转换器(12-1),设置在供电线(MPL)与所述主蓄电装置之间,且构成为进行双方向的电压转换,其中该供电线(MPL)与所述电动机及所述发电机构电连接;
多个副蓄电装置(10-2、10-3),相互并联设置且分别能够再充电;
第二电压转换器(12-2),设置在所述多个副蓄电装置与所述供电线之间,且构成为在所述多个副蓄电装置中的一个与所述供电线之间进行双方向的电压转换;
连接控制部(56),构成为对分别设置在所述多个副蓄电装置与所述第二电压转换器之间的多个断续器(RY1、RY2)进行控制;
外部充电部(26、27),构成为利用车辆外部的电源对所述主蓄电装置及各所述副蓄电装置进行充电,
所述控制方法具备:
在所述电源***起动时,将所述主蓄电装置的剩余容量的控制目标(Sr1)设定成高于各所述副蓄电装置的剩余容量的所述控制目标(Sr2、Sr3)的步骤(S120);
基于所述主蓄电装置及所述多个副蓄电装置各自的状态检测值算出所述主蓄电装置及所述多个副蓄电装置各自的剩余容量推定值(SOC1~SOC3)的步骤(S200);
基于所述主蓄电装置及所述多个副蓄电装置各自的所述剩余容量推定值而选择第一行驶模式和第二行驶模式中的一方的步骤(S210),该第一行驶模式不维持所述电动车辆的蓄电能量而优先使用该蓄电能量进行行驶,该第二行驶模式使用所述发电机构将所述蓄电能量维持在一定范围,
所述连接控制部对所述多个断续器进行控制,以在所述第一行驶模式下将所述多个副蓄电装置中的依次选择的一个与所述第二电压转换器之间连接,而在所述第二行驶模式下将所述多个副蓄电装置分别与所述第二电压转换器切离,
在所述选择的步骤中,在所述主蓄电装置及所述多个副蓄电装置的所述剩余容量推定值全部下降到各自的所述控制目标之前的期间,选择所述第一行驶模式,而在所述剩余容量推定值全部下降到各自的所述控制目标之后,选择所述第二行驶模式。
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