CN102158173A

CN102158173A - 电动车辆的再生充电控制装置

Info

Publication number: CN102158173A
Application number: CN2011100081043A
Authority: CN
Inventors: 川崎雄一
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2010-01-13
Filing date: 2011-01-11
Publication date: 2011-08-17
Anticipated expiration: 2031-01-11
Also published as: CN102158173B; JP2011147237A; JP5404435B2

Abstract

本发明提供一种电动车辆的再生充电控制装置，能够在不从主电池供给电力的状态下控制再生电压变得过大。PDU(45)具有：倒相电路(46)；具有CPU(471)和预驱动电路(474)等的控制部(47)。控制部(47)还具有从电力线(L1、L2)不经由主开关(9)而被连接的非绝缘DC/DC变换器(472)、从非绝缘DC/DC变换器(472)被供给电力的硬件调节器(473)。硬件调节器(473)具有：对电力线(L1、L2)间的电压(Vp)进行检测的电压检测部(48)；比较部(49)，在电压(Vp)超过基准电压(Vpref)时，减小构成倒相电路(46)的FET的导通时间占空比从而使马达(18)的再生电压降低。

Description

电动车辆的再生充电控制装置

技术领域

本发明涉及电动车辆的再生充电控制装置，尤其涉及具有防止电动车辆的驱动源即电动马达的再生电力变得过大的功能的电动车辆的再生充电控制装置。

背景技术

在电动车辆中，一般通过驱动源即电动马达的再生电力对车载电池进行充电。在通过再生电力对电池进行充电的电动车辆中，当车辆行驶在长的下坡的情况下等，由电动马达产生的再生电力会超过对电动马达进行驱动的变换器或平滑电容器等的耐压基准。因此，为了防止再生电力变得过大，例如，如专利文献1记载的那样，提出了一种电动马达控制装置，其具有控制部，当再生电力超过规定值时，该控制部对马达驱动电路即倒相电路的开关元件的至少一个进行占空比控制而在马达中流过电流来消耗再生电力。在专利文献1记载的电动马达控制装置中，具有用于向对倒相电路进行控制的CPU供给电力的其他电源。

专利文献1：日本特许第3724344号公报

在现有技术中，在控制部被供给电力的状态下，能够不使再生电力变得过大。但是，尤其在电动摩托车中，即使在没有接入电源的状态下，也存在能够通过人力来驱动车辆，例如能够在下坡等行驶的情况，会产生马达的反电动势(再生电力)。因此，即使在这样没有接入电源的情况下，也希望如上述那样采用使再生电力不会变得过大的对策。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有技术的课题提供一种电动车辆的再生充电控制装置，其能够在不使用其他电源的情况下向对再生电力进行控制的控制部供给电力并且不会产生过大的再生电压。

为了实现所述目的，本发明的电动车辆的再生充电控制装置具有：作为驱动机和发电机发挥功能的马达；倒相电路，通过从电池供给的电流对所述马达进行驱动，且对由该马达产生的再生电流进行控制并对所述电池进行充电；控制部，通过从所述电池经由主开关施加的控制电压对所述倒相电路进行控制，其第一特征在于：所述控制部包括对连接在所述电池和所述倒相电路之间的电力线的电压进行检测的电压检测部，还具有硬件调节器，所述硬件调节器在由该电压检测部检测出的电压为预定的基准电压以上时对所述倒相电路进行控制，以将从倒相电路向所述电力线输出的电压限制在所述基准电压以下，并且，所述控制部具有电力转换机构，所述电力转换机构不经由所述主开关而是直接连接在所述电力线上并向所述硬件调节器供给动作电源。

另外，本发明的第二特征在于，所述硬件调节器构成为，在所述电力线的电压为所述基准电压以上时，降低构成所述倒相电路的开关元件的导通时间占空比。

另外，本发明的第三特征在于，所述硬件调节器构成为，在所述电力线的电压为所述基准电压以上时，使构成所述倒相电路的开关元件的导通时间占空比随着所述电力线的电压越高而成为越小的值。

另外，本发明的第四特征在于，所述硬件调节器构成为，在所述电力线的电压为所述基准电压以下时，不使所述倒相电路驱动。

另外，本发明的第五特征在于，所述硬件调节器构成为，在所述电力线的电压为所述基准电压以上时，对构成倒相电路的开关元件进行切换，以使所述马达的三相绕组短路。

发明的效果

通过具有第一～第五特征的本发明，能够通过使用从电力转换机构得到的马达的再生电力而被蓄能的硬件调节器，来控制倒相电路，所以在产生过大的再生电压时，不使用电池或其他电源等就能够进行限制以使电力线的电压不超过基准值。因此，例如，即使在主开关为OFF的状态下车辆行驶从而产生再生电力，也能够防止再生电压变得过大。由此，能够避免过大的再生电压对倒相电路或倒相电路的控制部等产生影响。

通过具有第二特征的本发明，即使在主开关为OFF的状态下进行再生发电，也能够防止该再生电力变得过大。

通过具有第三特征的本发明，即使在主开关为OFF的状态下进行再生发电，也能够防止该再生电力变得过大。尤其通过进行占空比控制，能够控制马达所产生的发电电压不超过基准值，所以能够使构成电源系统的电容器以及作为开关元件的FET等的额定值减小，能够抑制成本。

通过具有第四特征的本发明，能够在维持电力转换器的输入额定值的同时，防止再生电压变得过大。

通过具有第五特征的本发明，能够通过简单的结构使马达的发电电力降低。

附图说明

图1是表示包含本发明的一个实施方式的再生充电控制装置在内的电力供给装置的主要部分的框图。

图2是搭载本发明的一个实施方式的再生充电控制装置的二轮摩托车的侧视图。

图3是表示倒相电路的结构的电路图。

图4是表示硬件调节器的功能的框图。

图5是表示硬件调节器的动作的流程图。

图6是表示变形例的硬件调节器的动作的流程图。

图7是表示占空比变换图的一例的图。

图8是表示第二变形例的硬件调节器的功能的框图。

图9是表示第二变形例的硬件调节器的动作的流程图。

图10是表示基于三相短路控制方式的电力线电压变化的图。

图11是表示硬件调节器473的动作的图。

图12是使用占空比变换图的再生电力限制的流程图。

附图标记的说明

1...二轮摩托车，4...主电池，5...副电池，6...降压调节器，8...接触器，9...主开关，18...马达，23...节气门传感器，45...PDU，46...倒相电路，47...控制部，48...电压检测电路，49...比较部，472...非绝缘DC/DC变换器，473...硬件调节器，474...预驱动电路

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的一个实施方式进行说明。图2是搭载了本发明的一个实施方式的再生充电控制装置的电动车辆的左侧视图。电动车辆1是具有低底板的踏板型二轮车，各构成部分直接或通过其他部件间接地安装在车架3上。首先，车架3由以下部件构成：作为前部的头管31；前端被接合在头管31上且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向车身后方附近延伸的一对主车架部分33；从主车架部分33向车身后上方延伸的后车架部分36。

支承前轮WF的前叉2能够自由转向地被支承在头管31上。在从前叉2向上部延长且由头管31支承的转向轴41的上部，连结有具有油门手柄的转向把手46。在转向把手46上设有对油门手柄的转动角即油门开度进行检测的节气门传感器23。

在头管31的前部结合有由管构成的托架37，在该托架37的前端部安装有头灯25，在头灯25的上方设有由托架37支承的前行李架26。

在车架30的、主车架部分33和后车架部分36的中间区域接合有向车身后方延伸的托架34，在该托架34上设有沿车身宽度方向延伸的枢轴35，通过该枢轴35，摇臂17能够上下自由摆动地被支承。在摇臂17上设有作为车辆驱动源的电动马达18，电动马达18的输出被传递到后轮车轴19，并对支承在后轮车轴19上的后轮WR进行驱动。包括后轮车轴19在内的机架和后车架部分36通过后悬挂装置20被连结。

在托架34上设有停车时对车身进行支承的侧支脚24，侧支脚24具有当该侧支脚24被收容在规定位置时输出检测信号的侧支脚开关28。

在主车架部分33上搭载有由多个电池单体构成的高电压(例如72伏特输出)的主电池4，主电池4的上部由罩40覆盖。在主电池4的前部连结有空气导入管38，在主电池4的后部设有进气风扇39。通过进气风扇39，空气从空气导入管38被导入主电池4，该空气对主电池4冷却后，向车身后方排出。

在后车架部分36的上方设有插座44，能够将从对主电池4进行充电的充电器(未图示)延伸出的充电电缆42的插销43结合在该插座44上。在后车架部分36上还设有后行李架29以及尾灯27。

在左右一对后车架部分36之间设有行李箱50，在从该行李箱50向下部突出的行李箱底部51，收容有通过主电池4充电的低电压(例如，12伏特输出)的副电池5。在摇臂17上设有进行电动马达18的驱动控制以及再生控制的电力驱动单元(PDU；power drive unit)45。

另外，在行李箱50上设有兼作为行李箱50盖的驾驶员座椅21，在驾驶员座椅21上设有在驾驶员落座时进行动作从而对落座信号进行输出的座椅开关22。

图1是表示包含再生充电控制装置在内的电力供给装置的系统构成的框图。电力供给装置具有主电池4、副电池5、降压调节器6、PDU 45、与主电池4并设的电池管理单元(BMU)7。PDU 45由以下部件构成：由MOS-FET或IGBT等开关元件构成的倒相电路46；和对倒相电路46进行控制的控制部47。控制部47包括：CPU 471、非绝缘DC/DC变换器472、硬件调节器(由逻辑电路构成)473、预驱动电路474、以及预驱动电路用DC/DC变换器475。CPU 471能够包括双向通信用的CAN通信用电路板。来自对马达18的旋转角度进行检测的角度传感器54和对油门操作量进行检测的节气门传感器23的检测信号被输入CPU 471。而且，PDU 45还能够具有由CPU 471控制的开关元件(FET)11。

主电池4例如具有三组24伏特的锂离子的电池模块，与能够由LSI构成的BMU 7一起形成电池封装体。主电池4经由接触器8并通过电力线L1、L2电连接在倒相电路46的输入侧，倒相电路46的输出侧通过三相交流线连接在电动马达18上。马达18是具有三相绕组的无刷马达。

接触器8通过在电磁力作用下进行动作的机械式接点进行通断控制。利用接触器8，能够将PDU 45和主电池4之间切断，能够防止因暗电流导致的主电池4的容量降低，从而实现维护性的提高。

电力线L1、L2被连接在降压调节器6的输入侧。降压调节器6具有将高电压的输入(例如，72伏特的主电池4的电压)变换成低电压(例如，13.5伏特的副电池5的充电电压)并输出的作用。

降压调节器6的输出端被连接在常时系统线L3上，常时系统线L3被连接在副电池5、BMU 7以及报警器27上。副电池5是CPU 471以及辅机的控制电源，由12伏特电池构成。

另外，常时系统线L3被连接在主开关9上，主开关9通过主开关系统线L4被连接在CPU 471、BMU 7、头灯25以及一般负载(转向灯或刹车灯)10上。头灯25经由设在PDU 45内的FET 11被接地。

在BMU 7和CPU 471之间设有CAN通信线12和充电时电源线L5。在充电时电源线L5上，在进行主电池4的充电时，经由所述插销43以及插座44从未图示的充电器向BMU 7以及CPU 471供给电力。

非绝缘DC/DC变换器472被连接在电力线L1、L2上，用于将从电力线L1、L2输入的电压变换为控制用的电压(12伏特)。非绝缘DC/DC变换器472的输出侧被连接在预驱动电路用DC/DC变换器475和硬件调节器473上。预驱动电路用DC/DC变换器475将从非绝缘DC/DC变换器472输入的电压升压到例如15伏特，并作为动作电源用而向预驱动电路474供给。

图3是表示倒相电路46的结构的电路图。倒相电路46具有串联地连接在正极侧的电力线L1和负极侧的电力线L2之间的三组开关元件对46a、46b以及46c。各开关元件对46a～46c为上分路56和下分路57的串联结构，各自的连接线成为三相输出并被连接在马达18上。各开关元件的门极分别被各自连接在预驱动电路474上。

预驱动电路474对构成倒相电路46的各开关元件的门极进行控制，以将电力线L1、L2间的直流电压转换成三相交流并向马达18供给。另外，再生时，将马达18的发电电力(再生电力)转换成直流而对主电池4进行再生、充电。

动作时，使主开关9为ON，则从副电池5经由常时系统线L3以及主开关系统线L4向CPU 471、头灯25以及一般负载10施加电压。此时，在经由FET 11被接地的头灯25中流通有与从CPU 471输入的门极信号所决定的FET 11的占空比对应的电流。

CPU 471在从副电池5施加有电压时，响应于该电压而输出使接触器8为ON的起动信号。由此，对电力线L1、L2输出来自主电池4的高电压，在倒相电路46、非绝缘DC/DC变换器472上连接有高电压。

CPU 471根据节气门传感器23的检测信号检测出操作了油门手柄的情况，然后根据角度传感器54的输入向预驱动电路474供给控制信号，以切换倒相电路46的开关元件从而向马达18供给三相交流电。此时，开关元件的导通时间占空比根据节气门传感器23的检测信号的大小即油门操作量来决定。

马达18被供给电力后，对作为负载的车辆的后轮WR进行驱动，而在关闭油门而车辆1因惯性行驶时或在下坡行驶时等，马达作为产生再生电流的发电机发挥作用，进行再生动作。

假定该再生时由马达18产生的再生电力变得过大。因此，在本实施方式的充电控制装置中，具有一种这样的机构，该机构使得即使在再生电力变得过大的情况下，超过额定值的过大的电压也不会施加到构成倒相电路46和控制部47的要素元件上。尤其，在本实施方式中，具有即使在主开关9为OFF的情况下、即在不向CPU 471供给电力的状态下也能够避免过电压的机构。具体来说，通过非绝缘DC/DC变换器472和硬件调节器473来实现过电压回避机构。

图11是表示过电压回避机构即硬件调节器473的动作的图。如图11所示，在电力线L1、L2间的电压Vp不足基准电压Vpref(这里，为电池充电电压以上的值即90伏特)的情况下，硬件调节器473为OFF，从倒相电路46输出的再生电力不受限制。而当电压Vp为基准电压Vpref以上时，硬件调节器473为ON，如后述那样，倒相电路46被控制从而再生电力受到限制。

图4是表示过电压回避机构的第一实施例的硬件调节器473的功能的框图。在图4中，硬件调节器473具有电压检测电路48和用于对是否驱动倒相电路46进行判断的比较部49。电压检测电路48对电力线L1、L2间的电压进行监视。比较部49将电压检测电路48的检测电压Vp与基准电压Vpref(90伏特)进行比较，并基于该比较结果向预驱动电路474输入指示信息。

图5表示具有图4所示功能的硬件调节器473的动作的流程图。在步骤S1中，通过电压检测电路48检测电力线L1，L2间的电压Vp。在步骤S2中，通过比较部49对电压Vp是否为基准电压Vpref以上进行判断。若检测电压Vp不足基准电压Vpref，则进入步骤S3，使硬件调节器473为OFF。由此，不向预驱动电路474输入对倒相电路46的导通时间占空比进行限制的指示信息。

另一方面，在检测电压Vp为基准电压Vpref以上时，进入步骤S4，使硬件调节器473为ON，向预驱动电路474输入对倒相电路46的导通时间占空比进行限制的指示信息。

由此，如果电力线L1、L2间的电压Vp为规定值以上，则由于倒相电路46的导通时间占空比受到限制，所以由马达18产生的再生电流受到限制，电力线L1、L2间的电压Vp受到控制而不会超过规定值。

此外，导通时间占空比的限制可以通过根据电压Vp、例如在85伏特到90伏特之间使导通时间占空比连续地变化来进行。

图6是表示使导通时间占空比连续地变化的硬件调节器473的功能的框图。在图6中，硬件调节器473具有电压检测电路48和占空比设定器50。电压检测电路48对电力线L1、L2间的电压进行监视。占空比设定器50具有占空比变换图(参照图7)，从占空比变换图读取与电压检测电路48的检测电压Vp相应的导通时间占空比，并向预驱动电路474供给。预驱动电路474根据从占空比设定器50供给的导通时间占空比对倒相电路46的开关元件进行驱动。

图7是表示占空比变换图的一例的图。在本例中，直到在电力线L1、L2间的电压达到85伏特，导通时间占空比为100％，在电压超过85伏特直到90伏特时，导通时间占空比从100％逐渐减少到85％。

图12是使用占空比变换图的再生电力限制的流程图。在图12的步骤S10中，通过电压检测电路48对电力线L1、L2间的电压Vp进行检测。在步骤S11中，基于电压Vp检索占空比变换图，决定导通时间占空比。在步骤S12中，根据由步骤S11决定的导通时间占空比，使倒相电路46进行断续开关动作。

另外，作为使发电机的发电电压维持在规定值的手段，已知使发电机的各绕组间短路的短路式控制法。在本实施方式中，能够以即使主开关9不为ON时也能够实现该短路式控制法的功能的方式构成硬件调节器473。

为了通过短路式控制法，使电压Vp不超过规定值Vpref，在硬件调节器473上设置将电压Vp与两阶段的基准电压进行比较的比较部。

图8是表示第二实施方式的硬件调节器473的功能的框图。在图8中，硬件调节器473具有电压检测电路48和用于对是否驱动倒相电路46进行判断的比较部52、第二比较部53。电压检测电路48对电力线L1、L2间的电压进行监视。比较部52将电压检测电路48的检测电压Vp与基准电压Vpref(这里，设定为电池充电电压以上的值即90伏特)进行比较，并基于该比较结果向预驱动电路474输入使马达18的三相绕组短路的指示信息。第二比较部53将电压检测电路48的检测电压Vp与第二基准电压Vpref2(为比基准电压Vpref低的电压即85伏特)进行比较，并基于该比较结果输入解除马达18的三相绕组短路的指示信息。

图9是表示第二实施方式的硬件调节器473的动作的流程图。在步骤S10中，通过电压检测电路48对电力线L1、L2间的电压Vp进行检测。在步骤S11中，通过比较部52对电压Vp是否为基准电压Vpref(90伏特)以上进行判断。若电压Vp为基准电压Vpref以上，则进入步骤S12，向预驱动电路474输入指示信息，使得倒相电路46的开关元件以使马达18的三相绕组短路的方式进行切换。通过该三相短路，马达18的再生电力在马达18内被消耗，所以电压Vp降低。

在步骤S13中，再次对电压Vp进行检测。在步骤S14中，通过第二比较部53对电压Vp是否为被设定为比基准电压Vpref低的值的第二基准电压Vpref2(85伏特)以上进行判断。若电压Vp为第二基准电压Vpref2以上，则进入步骤S12并维持三相短路。另一方面，若电压Vp不足第二基准电压Vpref2，则进入步骤S15，向预驱动电路474输入指示信息，以使倒相电路46进行使三相短路解除的动作。

图10是表示基于三相短路控制方式的电力线电压Vp变化的图。在图10中，横轴为时间轴。如该图所示，在以马达18产生大的再生电力的方式使车辆移动的情况下，若电压Vp为90伏特，则由于实施了马达18的三相短路，所以电压Vp随时间下降。然后，若电压Vp下降到作为第二基准值而被设定的85伏特，则由于马达18的三相短路被解除，所以通过马达18的旋转再次产生再生电力，电压Vp上升。通过这样的动作，电力线L1、L2间的电压被维持在第一基准电压Vpref1和第二基准电压Vpref2之间，能够防止向倒相电路46的开关元件以及非绝缘DC/DC变换器472等从电力线L1、L2被供给电力的元件施加过大的电压。

通过上述各实施方式，不通过主开关9，而通过设置从电力线L1、L2直接供给电力的非绝缘DC/DC变换器472和通过从该非绝缘DC/DC变换器472供给的电力进行动作的硬件调节器473来对倒相电路46进行控制，以使向电力线L1、L2输出的电压不超过规定值。因此，即使主开关9变为OFF且接触器8变为OFF，也能够防止马达18产生过大的再生电力。

此外，在本实施方式中，作为向硬件调节器473供给电力的机构使用非绝缘DC/DC变换器472，但只要是输入电压允许与基准电压Vpref相同的90伏特并能够得到12伏特的输出电压的调节器，不限于非绝缘DC/DC变换器。

Claims

1.一种电动车辆的再生充电控制装置，具有：作为驱动机和发电机发挥功能的马达(18)；电池(4)；倒相电路(46)，通过从该电池(4)供给的电流对所述马达(18)进行驱动，且对由该马达(18)产生的再生电流进行控制并对所述电池(4)进行充电；控制部(47)，通过从所述电池(4)经由主开关(9)施加的控制电压对所述倒相电路(46)进行控制，其特征在于：

所述控制部(47)包括对连接在所述电池(4)和所述倒相电路(46)之间的电力线(L1、L2)的电压进行检测的电压检测部(48)，所述控制部(47)还具有硬件调节器(473)，所述硬件调节器(473)在由该电压检测部(48)检测出的电压(Vp)为预定的基准电压(Vpref)以上时对所述倒相电路(46)进行控制，以将从倒相电路(46)向所述电力线(L1、L2)输出的电压限制在所述基准电压(Vpref)以下，并且，

所述控制部(47)具有电力转换机构(472)，所述电力转换机构(472)不经由所述主开关(9)而是直接连接在所述电力线(L1、L2)上并向所述硬件调节器(473)供给动作电源。

2.如权利要求1所述的电动车辆的再生充电控制装置，其特征在于，所述硬件调节器(473)构成为，在所述电力线(L1、L2)的电压(Vp)为所述基准电压(Vpref)以上时，降低构成所述倒相电路(46)的开关元件的导通时间占空比。

3.如权利要求1所述的电动车辆的再生充电控制装置，其特征在于，所述硬件调节器(473)构成为，在所述电力线(L1、L2)的电压(Vp)为所述基准电压(Vpref)以上时，使构成所述倒相电路(46)的开关元件的导通时间占空比随着所述电力线(L1、L2)的电压(Vp)越高而成为越小的值。

4.如权利要求1～3中任一项所述的电动车辆的再生充电控制装置，其特征在于，所述硬件调节器(473)构成为，在所述电力线(L1、L2)的电压(Vp)为所述基准电压(Vpref)以下时，不使所述倒相电路(46)驱动。

5.如权利要求1所述的电动车辆的再生充电控制装置，其特征在于，所述硬件调节器(473)构成为，在所述电力线(L1、L2)的电压(Vp)为所述基准电压(Vpref)以上时，对构成倒相电路(46)的开关元件进行切换，以使所述马达(18)的三相绕组短路。