CN102202931A - 电动车辆的电源系统及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种电动车辆的电源系统及其控制方法。电源系统包括主蓄电装置(BA)和多个副蓄电装置(BB1、BB2)。转换器(12A)与副蓄电装置(BB1、BB2)中的所选择的一个副蓄电装置连接，在该被选副蓄电装置与供电线(PL2)之间执行双向的电压转换。在产生了切换使用中的被选副蓄电装置的要求的情况下，使被选副蓄电装置的输入输出上限电力连续变化。由此，能够在被选副蓄电装置的切换处理中，避免向电源系统输入的电力或从电源系统输出的电力不连续地变化。其结果，能够避免电动车辆的运行状况急剧地发生变化。

Description

电动车辆的电源系统及其控制方法
技术领域
本发明涉及电动车辆的电源系统及其控制方法，尤其涉及搭载有主蓄电装置和多个副蓄电装置的电动车辆的电源系统控制。
背景技术
作为考虑了环境的车辆，近年来开发实用化了电动汽车、混合动力汽车、燃料电池汽车等电动车辆。这些电动车辆搭载有产生车辆驱动力的电动机、以及具有蓄电装置的用于供给电动机驱动电力的电源系统。
特别是，提出了通过车辆外部的电源(以下也称为“外部电源”)对混合动力汽车的车载蓄电装置进行充电的结构，在这些电动车辆中，要求延长能够利用车载蓄电装置的蓄电电力进行行驶的距离。以下也将通过外部电源对车载蓄电装置进行的充电简称为“外部充电”。
例如，在日本特开2008-109840号公报(专利文献1)和日本特开2003-209969号公报(专利文献2)中，记载了并联连接多个蓄电装置(蓄电池)的电源系统。在专利文献1和专利文献2所记载的电源系统中，针对每个蓄电装置(蓄电池)设置有作为充放电调整机构的电压转换器(converter)。与此相对，在日本特开2008-167620号公报(专利文献3)中，记载了在搭载有主蓄电装置和多个副蓄电装置的车辆中设置有与主电源装置对应的转换器和由多个副蓄电装置共用的转换器的蓄电装置的结构。根据该结构，能够抑制装置的部件的数量并能够增大可蓄电的能量。
专利文献1：日本特开2008-109840号公报；
专利文献2：日本特开2003-209969号公报；
专利文献3：日本特开2008-167620号公报。
发明内容
在专利文献3所记载的电源装置中，选择性地将多个副蓄电装置中的一个副蓄电装置与转换器连接，通过主电源装置和所选择的副蓄电装置来供给车辆驱动用电动机的驱动电力。在这样的电源装置中，当使用中的副蓄电装置的SOC(State of Charge，充电状态)降低时，使新的副蓄电装置与转换器连接，通过依次使用多个副蓄电装置来延长通过蓄电能量实现的行驶距离(EV(Electric Vehicle)行驶距离)。但是，由于改变与转换器连接的副蓄电装置，因而存在副蓄电装置的电压、温度等参数的值会不连续地发生变化的可能性。通常，在电动车辆行驶时的蓄电装置的充放电控制中会使用这样的参数。因此，当关于蓄电装置的参数的值不连续地发生变化时，可能会对电动车辆的行驶产生影响。
本发明是为了解决这样的问题而完成的发明，本发明的目的在于：在具有主蓄电装置和多个副蓄电装置并由多个副蓄电装置共用电压转换器(converter)的结构的电源系统中，恰当地进行用于改变所使用的副蓄电装置的连接切换处理。
本发明的一种方式是一种电动车辆的电源系统，所述电动车辆搭载有产生车辆驱动功率的电机，所述电源系统具备：主蓄电装置；供电线；第一电压转换器；相互并联设置的多个副蓄电装置；第二电压转换器；连接部；切换控制装置。供电线构成为向驱动控制电机的变换器进行供电。第一电压转换器设置在供电线与主蓄电装置之间，构成为进行双向的电压转换。第二电压转换器其设置在多个副蓄电装置与所述供电线之间，构成为在多个副蓄电装置中的一个副蓄电装置与供电线之间进行双向的电压转换。连接部设置在多个副蓄电装置与第二电压转换器之间，构成为选择性地将多个副蓄电装置中的被选择了的副蓄电装置与第二电压转换器连接。切换控制装置控制多个副蓄电装置与第二电压转换器之间的选择性的连接。切换控制装置包括：切换判定部；第一电力限制部；切换控制部；第二电力限制部。切换判定部构成为基于多个副蓄电装置各自的充电状态来判定是否需要切换被选择了的副蓄电装置。第一电力限制部构成为在通过切换判定部判定为需要切换被选择了的副蓄电装置的情况下，使被选择了的副蓄电装置的输入输出电力上限值连续地减少至零。切换控制部构成为在输入输出电力上限值达到了零时，切换多个副蓄电装置和第二电压转换器之间的连接。第二电力限制部构成为在通过切换控制部切换了多个副蓄电装置和第二电压转换器(12B)之间的连接后，使输入输出电力上限值连续地上升至与新与第二电压转换器连接了的副蓄电装置的充电状态对应的值。
优选的是，切换控制装置还包括数据修正部。数据修正部构成为在切换多个副蓄电装置和第二电压转换器之间的连接的期间中执行修正处理，所述修正处理用于修正与被选择了的副蓄电装置相关的参数的值。数据修正部在执行修正处理时使参数的值从第一值连续地变化为第二值，所述第一值是与从第二电压转换器断开的副蓄电装置相关的值，第二值是与新连接了的副蓄电装置相关的值。
优选的是，电动车辆具备行驶控制部。行驶控制部构成为在电动车辆行驶时，使用第二电压转换器的输入电压的值来控制第二电压转换器。参数包括被选择了的副蓄电装置的电压。电源系统还具备：电容器，其用于使第二电压转换器的输入电压平滑化；以及用于检测输入电压的电压检测部。切换控制装置还包括放电控制部。放电控制部构成为在切换被选择了的副蓄电装置之前使电容器放电。数据修正部，在通过放电控制部使电容器放电之后，代替电压检测部的检测值而将通过修正处理算出的被选择了的副蓄电装置的电压值作为输入电压的值提供给行驶控制部。
优选的是，切换控制装置还包括上限值固定部。上限值固定部构成为在切换多个副蓄电装置和第二电压转换器之间的连接的期间中，将输入输出电力上限值保持为零。
优选的是，切换控制装置还包括第三电力限制部。第三电力限制部构成为在从开始通过第一电力限制部降低输入输出电力上限值到通过连接部进行的多个副蓄电装置和第二电压转换器之间的连接切换完成的期间中，暂时缓和主蓄电装置的充放电限制。
优选的是，电动车辆还具备内燃机和行驶控制部。内燃机构成为能够独立于电机而输出车辆驱动功率。行驶控制部其构成为在电动车辆的整体要求功率大于主蓄电装置的输出电力上限值与被选择了的副蓄电装置的输出电力上限值之和时，启动内燃机。
本发明的另一种方式是一种电动车辆的电源系统的控制方法，所述电动车辆搭载有产生车辆驱动功率的电机。电源系统具备：主蓄电装置(BA)；供电线；第一电压转换器；相互并联地设置的多个副蓄电装置；第二电压转换器；连接部；切换控制装置。供电线构成为向驱动控制电机的变换器进行供电。第一电压转换器设置在供电线与主蓄电装置之间，构成为进行双向的电压转换。第二电压转换器设置在多个副蓄电装置与供电线之间，构成为在多个副蓄电装置中的一个副蓄电装置与供电线之间进行双向的电压转换。连接部设置在多个副蓄电装置与第二电压转换器之间，构成为选择性地将多个副蓄电装置中的被选择了的副蓄电装置与第二电压转换器连接。切换控制装置控制多个副蓄电装置与第二电压转换器之间的选择性的连接。控制方法包括：基于多个副蓄电装置各自的充电状态来判定是否需要切换被选择了的副蓄电装置的步骤；在通过判定步骤判定为需要切换被选择了的副蓄电装置的情况下，使被选择了的副蓄电装置的输入输出电力上限值连续地减少至零的步骤；在通过减少步骤使输入输出电力上限值达到了零时，切换多个副蓄电装置和第二电压转换器之间的连接的步骤；在通过切换步骤切换了多个副蓄电装置和第二电压转换器(12B)之间的连接之后，使输入输出电力上限值连续地上升至与新与第二电压转换器连接了的副蓄电装置的充电状态对应的值的步骤。
优选的是，控制方法还包括以下的步骤：在切换多个副蓄电装置和第二电压转换器之间的连接的期间中执行修正处理，所述修正处理用于修正与被选择了的副蓄电装置相关的参数的值。通过修正处理，参数的值从第一值连续地变化为第二值，所述第一值是与从第二电压转换器(12B)断开的副蓄电装置相关的值，所述第二值是与新连接了的副蓄电装置相关的值。
优选的是，电动车辆具备行驶控制部。行驶控制部构成为在电动车辆行驶时，使用第二电压转换器的输入电压的值来控制第二电压转换器。参数包括被选择了的副蓄电装置的电压。电源系统还具备：电容器，其用于使第二电压转换器的输入电压平滑化；以及用于检测输入电压的电压检测部。控制方法还包括在切换被选择了的副蓄电装置之前使电容器放电的步骤。在执行修正处理的步骤中，在通过放电步骤使电容器放电之后，代替电压检测部的检测值而将通过修正处理算出的被选择了的副蓄电装置的电压值作为输入电压的值提供给行驶控制部。
优选的是，控制方法还包括以下的步骤：在切换多个副蓄电装置和第二电压转换器之间的连接的期间中，将输入输出电力上限值保持为零。
优选的是，控制方法还包括以下的步骤：在从开始通过减少步骤减少输入输出电力上限值到由连接部进行的多个副蓄电装置和第二电压转换器之间的连接切换完成的期间中，暂时缓和主蓄电装置的充放电限制。
优选的是，电动车辆还具备内燃机，该内燃机构成为能够独立于电机而输出车辆驱动功率。在电动车辆的整体要求功率大于主蓄电装置的输出电力上限值与被选择了的副蓄电装置的输出电力上限值之和时，内燃机被启动。
根据本发明，能够在具有主蓄电装置和多个副蓄电装置并由多个副蓄电装置共用电压转换器的结构的电源系统中，恰当地进行用于改变所使用的副蓄电装置的连接切换处理。
附图说明
图1是表示搭载有本发明的实施方式的电源系统的电动车辆的主要结构的图。
图2是表示图1所示的各变换器的详细结构的电路图。
图3是表示图1所示的各变换器的详细结构的电路图。
图4是说明电动车辆的行驶控制的功能框图。
图5是表示本发明的实施方式的电动车辆的电源系统中的被选副蓄电装置连接切换处理的概略处理程序的流程图。
图6是说明图5所示的副蓄电装置的切换判定处理的详细情况的流程图。
图7是说明图5所示的切换前升压处理的详细情况的流程图。
图8是说明图5所示的电力限制变更处理的详细情况的流程图。
图9是说明图5所示的连接切换处理的详细情况的流程图。
图10是说明图9所示的步骤S420的数据修正处理的详细情况的流程图。
图11是说明图5所示的恢复处理的详细情况的流程图。
图12是本发明的实施方式的电动车辆的电源系统中的被选副蓄电装置的切换处理时的工作波形图。
图13是表示图12所示的被选副蓄电装置的切换处理期间的状态参数的变化的图。
图14是说明本发明的实施方式的电源系统的控制结构中的用于被选副蓄电装置的切换处理的功能部分的功能框图。
附图标记说明：
1电动车辆；2车轮；3动力分配机构；4发动机；6蓄电池充电用转换器(外部充电)；8外部电源；9A、9B1、9B2电流传感器；10A、10B1、10B2、13、21A、21B电压传感器；11A、11B1、11B2温度传感器；12A转换器(主蓄电装置专用)；12B转换器(副蓄电装置共用)；14、22变换器；15～17各相臂(U、V、W)；24、25电流传感器；30控制装置；39A连接部(主蓄电装置)；39B连接部(副蓄电装置)；100切换判定部；110升压指示部；120电力限制部(主蓄电装置)；130电力限制部(副蓄电装置)；140连接切换控制部；150数据修正部；200转换器控制部；250行驶控制部；260总功率计算部；270、280变换器控制部；BA蓄电池(主蓄电装置)；BB被选副蓄电装置；BB1、BB2蓄电池(副蓄电装置)；C1、C2、CH平滑用电容器；CMBT升压指令信号；CONT1～CONT7继电器控制信号；D1～D8二极管；FBT标志(升压完成)；IA、IB1、IB2输入输出电流(蓄电池)；ID变量(切换处理状态)；IGON启动信号；L1电抗器；MCRT1、MCRT2电机电流值；MG1、MG2电动发电机；N2节点；PL1A、PL1B电源线；PL2供电线；Ptt1总要求功率；PWMI、PWMI1、PWMI2、PWMC、PWMC1、PWMC2控制信号(变换器)；PWU、PWUA、PWDA、PWD、PWDA、PWDB控制信号(转换器)；Q1～Q8IGBT元件；R限制电阻；SL1、SL2接地线；SMR1～SMR3系统主继电器；SR1、SR1G、SR2、SR2G继电器；TA、TBB1、TBB2电池温度(蓄电池)；Tqcom1、Tqcom2转矩指令值；UL、VL、WL线(三相)；V1预定电压；VBA、VBB1、VBB2电压(蓄电池输出电压)；VLA、VLB、VH电压；VHref电压指令值(VH)；Win输入上限电力；Win(M)输入上限电力(主蓄电装置)；Win(S)输入上限电力(被选副蓄电装置)；Wout输出上限电力；Wout(M)输出上限电力(主蓄电装置)；Wout(S)输出上限电力(被选副蓄电装置)；α加权系数。
具体实施方式
以下，参照附图来详细地说明本发明的实施方式。对图中相同或相当的部分标注相同的附图标记，原则上不重复对其的说明。
图1是表示搭载有本发明实施方式的电源系统的电动车辆的主要结构的图。
参照图1，电动车辆1包括：作为蓄电装置的蓄电池BA、BB1、BB2；连接部39A、39B；转换器12A、12B；平滑用电容器C1、C2、CH；电压传感器10A、10B1、10B2、13、21A、21B；温度传感器11A、11B1、11B2；电流传感器9A、9B1、9B2；供电线PL2；变换器(inverter)14、22；电动发电机MG1、MG2；车轮2；动力分配机构3；发动机4；控制装置30。
本实施方式所示的电动车辆的电源系统具有：作为主蓄电装置的蓄电池BA；向驱动电动发电机MG2的变换器14供电的供电线PL2；设置在主蓄电装置(BA)与供电线PL2之间而作为进行双向电压转换的电压转换器的转换器12A；相互并联设置的多个作为副蓄电装置的蓄电池BB1、BB2；以及设置在多个副蓄电装置(BB1、BB2)与供电线PL2之间而作为进行双向电压转换的电压转换器的转换器12B。电压转换器(12B)选择性地与多个副蓄电装置(BB1、BB2)中的任一个副蓄电装置连接，在与供电线PL2之间进行双向的电压转换。
副蓄电装置(BB1或BB2)和主蓄电装置(BA)的可蓄电容量例如被设定成通过同时使用而能够输出与供电线连接的电负载(22和MG2)所允许的最大功率。由此，在不使用发动机的EV(Electric Vehicle)行驶中，能够进行最大功率的行驶。如果副蓄电装置的蓄电状态恶化了，则更换副蓄电装置后再行驶即可。并且，在消耗了副蓄电装置的电力之后，通过在主蓄电装置之外还使用发动机，即使不使用副蓄电装置也能够进行最大功率的行驶。
另外，通过采用这样的结构，由于由多个副蓄电装置共用转换器12B，因此可以不必与蓄电装置的数量相应地增加转换器的数量。为了进一步延长EV行驶距离，以与蓄电池BB1、BB2并联的方式进一步增加蓄电池即可。
优选的是，搭载于该电动车辆的主蓄电装置和副蓄电装置能够进行外部充电。因此，电动车辆1例如还包括用于与作为AC100V的商用电源的外部电源8连接的蓄电池充电装置(充电用转换器)6。蓄电池充电装置(6)在将交流转换为直流并对电压进行调压后向蓄电池供给充电电力。作为能够进行外部充电的结构，除了上述结构以外，也可以使用将电动发电机MG1、MG2的定子绕组的中性点与交流电源连接的方式、或组合转换器12A、12B而使之作为交流直流转换装置发挥功能的方式。
平滑用电容器C1连接在电源线PL1A与接地线SL2之间。电压传感器21A检测平滑用电容器C1的两端间的电压VLA并向控制装置30输出。转换器12A能够将平滑用电容器C1的端子间电压升压并向供电线PL2供给。
平滑用电容器C2连接在电源线PL1B与接地线SL2之间。电压传感器21B检测平滑用电容器C2的两端间的电压VLB并向控制装置30输出。转换器12B能够将平滑用电容器C2的端子间电压升压并向供电线PL2供给。
平滑用电容器CH对由转换器12A、12B升压后的电压进行平滑化。电压传感器13检测平滑用电容器CH的端子间电压VH并向控制装置30输出。
或者，转换器12A、12B能够反向地将由平滑用电容器CH平滑后的端子间电压VH降压并向电源线PL1A、PL1B供给。
变换器14将从转换器12B和/或12A提供的直流电压转换为三相交流电压并向电动发电机MG1输出。变换器22将从转换器12B和/或12A提供的直流电压转换为三相交流电压并向电动发电机MG2输出。
动力分配机构3是与发动机4和电动发电机MG1、MG2连结而在这三者之间分配动力的机构。作为动力分配机构，例如可以使用具有太阳齿轮、行星齿轮架、齿圈的三个旋转轴的行星齿轮机构。在行星齿轮机构中，当确定了三个旋转轴中的两个旋转轴的旋转时，则另一个旋转轴的旋转也被强制性地确定了。这三个旋转轴分别与发动机4、电动发电机MG1、MG2的各旋转轴连接。电动发电机MG2的旋转轴通过未图示的减速齿轮、差动齿轮与车轮2连接。另外，也可以在动力分配机构3的内部组装有针对电动发电机MGG2的旋转轴的减速器。
连接部39A包括：连接在蓄电池BA的正极与电源线PL1A之间的系统主继电器SMR2；与系统主继电器SMR2并联的、相互串联的系统主继电器SMR1和限制电阻R；以及连接在蓄电池BA的负极(接地线SL1)与节点N2之间的系统主继电器SMR3。
系统主继电器SMR1～SMR3的导通状态(on)/非导通状态(off)分别根据从控制装置30提供的继电器控制信号CONT1～CONT3而被控制。
电压传感器10A测定蓄电池BA的端子间的电压VA。进一步，温度传感器11A测定蓄电池BA的温度TA，电流传感器9A测定蓄电池BA的输入输出电流IA。这些传感器的测定值被输出给控制装置30。控制装置30基于这些测定值来监视由SOC(State of Charge)代表的蓄电池BA的状态。
连接部39B设置在电源线PL1B和接地线SL2与蓄电池BB1、BB2之间。连接部39B包括：连接在蓄电池BB1的正极与电源线PL1B之间的继电器SR1；连接在蓄电池BB1的负极与接地线SL2之间的继电器SR1G；连接在蓄电池BB2的正极与电源线PL1B之间的继电器SR2；以及连接在蓄电池BB2的负极与接地线SL2之间的继电器SR2G。
继电器SR1、SR2的导通状态(on)/非导通状态(off)分别根据从控制装置30提供的继电器控制信号CONT4、CONT5而被控制。继电器SR1G、SR2G的导通状态(on)/非导通状态(off)分别根据从控制装置30提供的继电器控制信号CONT6、CONT7而被控制。接地线SL2如后所述通过转换器12A、12B而延伸至变换器14和22侧。
电压传感器10B1和10B2分别测定蓄电池BB1和BB2的端子间的电压VBB1和VBB2。进一步，温度传感器11B1和11B2分别测定蓄电池BB1和BB2的温度TBB1和TBB2。另外，电流传感器9B1和9B2测定蓄电池BB1和BB2的输入输出电流IB1和IB2。这些传感器的测定值被输出给控制装置30。控制装置30基于这些测定值来监视由SOC代表的蓄电池BB1、BB2的状态。
作为蓄电池BA、BB1、BB2，例如可以使用铅蓄电池、镍氢电池、锂离子电池等二次电池、或电双层电容器等大容量的电容器等。
变换器14与供电线PL2和接地线SL2连接。变换器14从升压转换器12A和/或12B接收升压后的电压，例如为了使发动机4启动而驱动电动发电机MG1。另外，变换器14使由电动发电机MG1利用从发动机4传递来的动力而发电产生的电力返回转换器12A和12B。此时，转换器12A和12B由控制装置30控制而作为降压转换器工作。
电流传感器24将在电动发电机MG1中流动的电流作为电机电流值MCRT1进行检测，并将电机电流值MCRT1输出给控制装置30。
变换器22与变换器14并联地连接于供电线PL2与接地线SL2。变换器22将变换器12A和12B输出的直流电压变换为三相交流电压后输出给驱动车轮2的电动发电机MG2。另外，变换器22使伴随着再生制动而在电动发电机MG2发电产生的电力返回转换器12A和12B。此时，转换器12A和12B由控制装置30控制而作为降压转换器工作。
电流传感器25将在电动发电机MG2中流动的电流作为电机电流值MCRT2进行检测，并将电机电流值MCRT2输出给控制装置30。
控制装置30由内置有未图示的CPU(Central Processing Unit，中央处理单元)和存储器的电子控制单元(ECU)构成，基于存储在该存储器中的映射(map)和程序来进行使用了各传感器的测定值的运算处理。控制装置30的一部分也可以通过电子电路等硬件构成为执行预定的数值、逻辑运算处理。
具体地说，控制装置30接收电动发电机MG1、MG2的各转矩指令值和转速、电压VBA、VBB1、VBB2、VLA、VLB、VH的各值、电机电流值MCRT1、MCRT2、以及启动信号IGON。并且，控制装置30向转换器12B输出进行升压指示的控制信号PWUB、进行降压指示的控制信号PWDB、以及指示禁止工作的停止工作(shut down)信号。
进一步，控制装置30向变换器14输出控制信号PWMI1和控制信号PWMC1，控制信号PWMI1进行将作为转换器12A、12B的输出的直流电压转换为用于驱动电动发电机MG1的交流电压的驱动指示，控制信号PWMC1进行将由电动发电机MG1发电产生的交流电压转换为直流电压并使其返回转换器12A、12B侧的再生指示。
同样地，控制装置30向变换器22输出控制信号PWMI2和控制信号PWMC2，控制信号PWMI2进行将直流电压转换为用于驱动电动发电机MG2的交流电压的驱动指示，控制信号PWMC2进行将由电动发电机MG2发电产生的交流电压转换为直流电压并使其返回转换器12A、12B侧的再生指示。
图2是表示图1的变换器14和22的详细结构的电路图。
参照图2，变换器14包括U相臂15、V相臂16、W相臂17。U相臂15、V相臂16、W相臂17并联连接在供电线PL2与接地线SL2之间。
U相臂15包括：串联连接在供电线PL2与接地线SL2之间的IGBT(Insulated gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极晶体管)元件Q3、Q4；以及分别与IGBT元件Q3、Q4反向并联连接的反向并联二极管D3、D4。二极管D3的阴极与IGBT元件Q3的集电极连接，二极管D3的阳极与IGBT元件Q3的发射极连接。二极管D4的阴极与IGBT元件Q4的集电极连接，二极管D4的阳极与IGBT元件Q4的发射极连接。
V相臂16包括串联连接在供电线PL2与接地线SL2之间的IGBT元件Q5、Q6；以及分别与IGBT元件Q5、Q6反向并联连接的反向并联二极管D5、D6。IGBT元件Q5、Q6和反向并联二极管D5、D6的连接与U相臂15是同样的。
W相臂17包括：串联连接在供电线PL2与接地线SL2之间的IGBT元件Q7、Q8；以及分别与IGBT元件Q7、Q8反向并联连接的反向并联二极管D7、D8。IGBT元件Q7、Q8与反向并联二极管D7、D8的连接也与U相臂15是同样的。
在本实施方式中，将IGBT元件作为能够执行导通断开控制的电力用半导体开关元件的代表例而进行了表示。即，也可以代替IGBT元件而使用双极晶体管、场效应晶体管等电力用半导体开关元件。
各相臂的中间点与电动发电机MG1的各相绕组的各相端连接。即，电动发电机MG1是三相的永磁体同步电机，U、V、W相的三个绕组各自的一端共同与中点连接。并且，U相绕组的另一端与从IGBT元件Q3、Q4的连接节点引出的线UL连接。另外，V相绕组的另一端与从IGBT元件Q5、Q6的连接节点引出的线VL连接。另外，W相绕组的另一端与从IGBT元件Q7、Q8的连接节点引出的线WL连接。
关于图1中的变换器22，虽然在与电动发电机MG2连接这一点上与变换器14不同，但是内部的电路结构与变换器14是同样的，因此不再重复详细的说明。另外，在图2中示出了向变换器提供控制信号PWMI、PWMC，但这是为了避免记载变得复杂，如图1所示，不同的控制信号PWMI1、PWMC1和控制信号PWMI2、PWMC2被分别输入给变换器14、22。
图3是表示图1的转换器12A和12B的详细结构的电路图。
参照图3，转换器12A包括：一端与电源线PL1A连接的电抗器L1；串联连接在供电线PL2与接地线SL2之间的IGBT元件Q1、Q2；以及分别与IGBT元件Q1、Q2反向并联连接的反向并联二极管D1、D2。
电抗器L1的另一端与IGBT元件Q1的发射极和IGBT元件Q2的集电极连接。二极管D1的阴极与IGBT元件Q1的集电极连接，二极管D1的阳极与IGBT元件Q1的发射极连接。二极管D2的阴极与IGBT元件Q2的集电极连接，二极管D2的阳极与IGBT元件Q2的发射极连接。
关于图1中的转换器12B，虽然在代替电源线PL1A而与电源线PL1B连接这一点上与转换器12A不同，但是内部的电路结构与转换器12A是同样的，因此不再重复详细的说明。另外，在图3中示出了向转换器提供控制信号PWU、PWD，但这是为了避免记载变得复杂，如图1所示，不同的控制信号PWUA、PWDA和控制信号PWUB、PWDB被输入给变换器14、22。
在电动车辆1的电源系统中，通过蓄电池BA(主蓄电装置)、蓄电池BB1、BB2中的被选择的副蓄电装置(以下也称为“被选副蓄电装置BB””)在与电动发电机MG1、MG2之间进行电力的授受。
控制装置30基于电压传感器10A、温度传感器11A、以及电流传感器9A的检测值来设定表示主蓄电装置的剩余容量的SOC(BA)、表示充电电力的上限值的输入上限电力Win(M)、以及表示放电电力的上限值的输出上限电力Wout(M)。
进一步，控制装置30基于电压传感器10B1、10B2、温度传感器11B1、11B2、以及电流传感器9B1、9B2的检测值来设定被选副蓄电装置BB的SOC(BB)和输入输出上限电力Win(S)、Wout(S)。
一般来说，SOC通过各蓄电池的当前的充电量相对于满充电状态的比例(％)来表示。另外，Win、Wout表示即使以预定时间(例如10秒左右)放出该电力功，该蓄电池(BA、BB1、BB2)也不会过充电或过放电的电力的上限值。
在图4中表示了用于说明与通过控制装置30实现的电动车辆1的行驶控制相关的控制结构的功能框图，具体地说是与发动机4和电动发电机MG1、MG2之间的功率分配控制相关的控制结构的功能框图。图4所示的各功能块通过由控制装置30执行预先存储的预定程序和/或由控制装置30内的电子电路(硬件)进行的运算处理来实现。
参照图4，总功率计算部260基于车速和踏板操作(加速踏板)计算出电动车辆1整体的总要求功率Ptt1。在总要求功率Ptt1中，根据车辆状况，也可包括为了使电动发电机MG1产生蓄电池充电电力而要求的功率(发动机输出)。
向行驶控制部250输入主蓄电装置BA的输入输出上限电力Win(M)、Wout(M)、被选副蓄电装置BB的输入输出上限电力Win(S)、Wout(S)、来自总功率计算部260的总要求功率Ptt1、以及制动踏板操作时的再生制动要求。行驶控制部250生成作为电机控制指令的转矩指令值Tqcom1和Tqcom2，使得电动发电机MG1、MG2的总的输入输出电力处于主蓄电装置BA和被选副蓄电装置BB的总的充电限制(Win(M)+Win(S))和放电限制(Wout(M)+Wout(S))的范围内。进一步，分配通过电动发电机MG2产生的车辆驱动功率和通过发动机4产生的车辆驱动功率，使得确保总要求功率Ptt1。特别是，通过最大限度地利用从外部充电获得的蓄电池电力来抑制发动机4的工作、或者与发动机4能够高效地工作的区域对应地设定通过发动机4产生的车辆驱动功率，从而能实现高燃料经济性的车辆行驶控制。
行驶控制部250为了执行上述行驶控制而控制转换器12A、12B，使得执行对主蓄电装置BA和副蓄电装置BB的充电和放电。为了控制转换器12A和12B，行驶控制部250基于电压值VLA、VLB、VH而生成控制信号PWUA、PWDA、PWUB、PWDB并输出这些控制信号。为了生成控制信号PWUA、PWDA、PWUB、PWDB，除了电压值VLA、VLB、VH以外，也可以使用主蓄电装置的电流IA和被选副蓄电装置的电流IBB。
变换器控制部270基于转矩指令值Tqcom1和电动发电机MG1的电机电流值MCRT1来生成变换器14的控制信号PWMI1、PWMC1。同样地，变换器控制部280基于转矩指令值Tqcom2和电动发电机MG2的电机电流值MCRT2来生成变换器22的控制信号PWMI2、PWMC2。另外，行驶控制部250根据所设定的发动机的车辆驱动功率的要求值来生成发动机控制指令。进一步，由未图示的控制装置(发动机ECU)按照上述发动机控制指令来控制发动机4的工作。
当为积极地使用蓄电池电力而使车辆行驶的行驶模式(EV模式)时，在总要求功率Ptt1小于等于蓄电池整体的输出上限电力Wout(M)+Wout(S)，则控制装置30使发动机4不工作，仅通过由电动发电机MG2产生的车辆驱动功率来进行行驶。另一方面，当总要求功率Ptt1超过了Wout(M)+Wout(S)时，启动发动机4。
与此相对，当为不选择该EV模式的行驶模式(HV模式)时，控制装置30控制发动机4与电动发电机MG2之间的驱动力功率分配，使得蓄电池SOC维持为预定目标值。即，执行与EV模式相比容易使发动机4工作的行驶控制。
在EV模式下，执行与主蓄电装置BA相比优先使用被选副蓄电装置BB的电力的充放电控制。因此，当车辆行驶期间处于使用中的被选副蓄电装置BB的SOC降低时，则需要切换被选副蓄电装置BB。例如，在车辆启动时将蓄电池BB1作为被选副蓄电装置BB的情况下，需要执行将蓄电池BB1从转换器12B切断、另一方面将蓄电池BB2作为新的被选副蓄电装置BB与转换器12B连接的连接切换处理。
此时，通常新用作被选副蓄电装置BB的蓄电池BB2的输出电压高于此前使用的蓄电池BB1。其结果，由于连接新的高电压蓄电池，可能会因为产生未预料到的短路路径而导致设备保护等产生问题。因此，副蓄电装置的连接切换处理需要非常注意防止产生短路路径。另外，在上述连接切换处理期间，由于无法进行被选副蓄电装置BB的电力供给和电力回收，因此在该期间要求进行充放电限制，以使电源系统整体不发生过充电和过放电。
进一步，在电动车辆行驶时(特别是在EV模式下行驶时)，使用蓄电装置的充电状态、电压、温度这样的参数来控制蓄电装置的充放电。当上述参数的值伴随着被选副蓄电装置的切换而不连续地发生变化时，可能会对电动车辆的行驶控制产生影响。因此，需要避免被选副蓄电装置的切换对电动车辆的行驶控制的影响。
以下，说明考虑了以上情况的副蓄电装置的连接切换处理。
图5是表示本发明实施方式的电动车辆的电源系统中的被选副蓄电装置的切换处理的概略处理程序的流程图。另外，图6～图10是详细地说明图5中的步骤S100、S200、S300、S400、S500的流程图。
控制装置30通过以预定周期执行预先存储的预定程序而能够以预定周期重复地执行遵循图5～图10所示的流程图的控制处理程序。由此，能够实现本发明实施方式的电动车辆的电源系统中的副蓄电装置的连接切换处理。
参照图5，控制装置30在步骤S100中执行被选副蓄电装置的切换判定处理。并且，当判定为需要切换被选副蓄电装置时，执行以下的步骤S200～S500。另一方面，当在步骤S100中判定为不需要切换被选副蓄电装置时，实际上不执行步骤S200～S500。
控制装置30在步骤S200中执行切换前升压处理，在步骤S300中执行电力限制变更处理以使得在副蓄电装置的连接切换期间不对电源系统产生过大的充放电要求。然后，控制装置30通过步骤S400执行实际上切换被选副蓄电装置BB和转换器12B的连接的连接切换处理，在执行完该处理后通过步骤S500执行恢复处理，开始新的被选副蓄电装置BB的电力供给。
图6是详细地说明图5中的被选副蓄电装置的切换判定处理(S100)的流程图。
如下所述，导入表示连接切换处理的进行状况(状态)的变量ID。将变量ID设定为-1、0～4中的某个值。ID＝0表示未产生切换副蓄电装置的要求的状态。即，当ID＝0时，通过当前的被选副蓄电装置BB来供给电力，另一方面以预定周期来判定是否需要切换被选副蓄电装置BB。另外，在由于设备故障或蓄电池电力消耗而导致不存在能够新使用的副蓄电装置的情况下，设定为ID＝-1。
参照图6，控制装置30通过步骤S105来判定ID是否等于0。当ID＝0时(在S105中判定为“是”时)，控制装置30通过步骤S110来执行是否需要切换被选副蓄电装置的判定。步骤S110的判定基本上是基于当前的被选副蓄电装置BB的SOC来执行的。即，当使用中的副蓄电装置的SOC低于预定的判定值，则判定为需要切换被选副蓄电装置。
控制装置30通过步骤S150来确认步骤S110的是否需要切换的判定结果。并且，当判定为需要切换时(在步骤S150中判定为“是”时)，控制装置30通过步骤S160指定新使用的被选副蓄电装置BB。如图1所示，在作为副蓄电装置而搭载有蓄电池BB1、BB2这两个蓄电池的情况下，没必要进行步骤S160的处理，能自动地决定新的被选副蓄电装置BB。但是，当在图1的结构中搭载有3个以上的副蓄电装置BB1～BBn(n：3以上的整数)时，基于当前不使用的副蓄电装置各自的SOC等来指定接下来使用的新的副蓄电装置。然后，控制装置30为了进行连接切换处理而设定ID＝1。即，ID＝1表示产生被选副蓄电装置BB的切换要求而开始了切换处理的状态。
另一方面，当通过步骤S110判定为不需要切换被选副蓄电装置时(在S150中判定为“否”时)，控制装置30通过步骤S170维持ID＝0。另外，一旦变为ID≥1而开始了切换处理时，或者当不存在能够新使用的副蓄电装置而设定为ID＝-1时(在S105中判定为“否”时)，跳过步骤S110～S180的处理。
图7是详细地说明图5所示的切换前升压处理(S200)的流程图。
参照图7，控制装置30在切换前升压处理中通过步骤S205来确认ID是否等于1。并且，当ID＝1、作出切换被选副蓄电装置BB的要求而开始了切换处理时(在S205中判定为“是”时)，控制装置30通过步骤S210产生对转换器12A的升压指令以将供电线PL2的电压VH升压至预定电压V1。响应该升压指令，供电线PL2的电压指令值被设定为Vhref＝V1，生成转换器12A的控制信号PWUA以实现该电压指令值。
这里，预定电压V1被设定为比主蓄电装置BA和新连接的被选副蓄电装置BB(例如BB2)的输出电压中高的一方的电压高的电压。例如，通过使预定电压V1为能够通过转换器12A升压的控制上限电压VHmax，能够可靠地使升压指令时的电压VH高于主蓄电装置BA和切换后的被选副蓄电装置BB的输出电压这两者。或者，从减小转换器12A的损耗的观点出发，也可以每次根据该时刻的主蓄电装置BA和切换后的被选副蓄电装置BB的输出电压来决定有余量的预定电压V1。
当通过步骤S210产生升压指令后，控制装置30通过步骤S220基于电压传感器13的检测值来判定电压VH是否达到了预定电压V1。例如，当VH≥V1持续了预定时间时，在步骤S220中判定为“是”。
当电压VH达到了预定电压V1时(在S220中判定为“是”时)，控制装置30使ID从1变为2。另一方面，在电压VH达到V1之前的期间(在S220中判定为“否”)，维持ID＝1。即，ID＝2表示切换前升压处理结束了、能够进一步进行切换处理的状态。另外，当ID≠1时(在S205中判定为“否”时)，跳过之后的步骤S210～S230的处理。
当这样切换前升压处理(步骤S200)结束后，控制装置30执行如图8所示的电力限制变更处理。
图8是详细地说明图5所示的电力限制变更处理(S300)的流程图。
参照图8，控制装置30在电力限制变更处理中，首先通过步骤S305来判定ID是否等于2。当ID≠2时(在S305中判定为“否”时)，跳过之后的步骤S310～S340的处理。
当ID＝2时(在S305中判定为“是”时)，控制装置30通过步骤S310开始暂时缓和主蓄电装置BA的充放电限制。具体地说，暂时增大主蓄电装置BA的输入输出上限电力Win(M)、Wout(M)的绝对值。
进一步，控制装置30通过步骤S320使被选副蓄电装置BB的输入输出上限电力Win(S)、Wout(S)的绝对值逐渐地降低。例如，按照预定的恒定比率使Win(S)、Wout(S)逐渐地向0降低。
如图2所示，行驶控制部250生成作为电机控制指令的转矩指令值Tqcom1和Tqcom2，使得电动发电机MG1、MG2的总的输入输出电力处于主蓄电装置BA和被选副蓄电装置BB的总的充电限制(Win(M)+Win(S))和放电限制(Wout(M)+Wout(S))的范围内。当阶段性地使Wout(S)、Win(S)下降时，则电动发电机MG2的转矩(动力运行转矩和再生转矩)的上限值会不连续地下降。即，电动发电机MG2的转矩可能会突然受到限制。由于这样的电动发电机MG2的运行状况会传递至驱动轴，可能会产生例如车辆振动这样的对车辆运行状况的影响。在本实施方式中，通过使Wout(S)、Win(S)的绝对值以预定的恒定比率逐渐地下降，能够使电动发电机MG2的转矩的上限值平滑地降低。因此，能够避免电动发电机MG2的转矩突然受到限制，因此能够避免这样的对车辆运行状况的影响。
控制装置30通过步骤S330判定Wout(S)、Win(S)是否达到了0。在变为Wout(S)＝Win(S)＝0之前的期间，重复执行步骤S320，Wout(S)和Win(S)持续地下降。
然后，当Wout(S)和Win(S)达到了0时(在S330中判定为“是”时)，控制装置30通过步骤S340使ID从2变为3。即，ID＝3表示切换前升压处理和电力限制变更处理结束而能够开始副蓄电装置BB1、BB2和转换器12B之间的连接切换的状态。
当图8所示的电力限制变更处理结束后，控制装置30通过步骤S400来执行副蓄电装置的连接切换处理。
图9是详细地说明图5所示的副蓄电装置的连接切换处理(S400)的流程图。
参照图9，控制装置30在副蓄电装置的连接切换处理中，首先通过步骤S405来判定ID是否等于3。并且，当ID≠3时(在S405中判定为“否”时)，跳过之后的步骤S410～S450的处理。
当ID＝3时(在S405中判定为“是”时)，作为副蓄电装置的连接切换的准备，控制装置30通过步骤S410使转换器12B停止。即，转换器12B响应停止工作指令而强制性地使IGBT元件Q1、Q2断开。
控制装置30通过步骤S411生成用于将被选副蓄电装置从转换器12B切断的继电器控制信号。例如，在副蓄电装置BB1为被选副蓄电装置的情况下，控制装置30生成继电器控制信号CONT4、CONT6以使继电器SR1、SR1G断开。
控制装置30通过步骤S412使平滑用电容器C2放电。例如，控制装置30通过仅使转换器12B的下臂元件(图3所示的开关元件Q2)导通而使平滑用电容器C2放电。当电压传感器21B检测到的电压VLB的值下降到预定值时，控制装置30判定为平滑用电容器C2的放电已完成，使开关元件Q2断开。
进一步，控制装置30通过步骤S420来执行数据修正处理。具体地说，控制装置30使与被选副蓄电装置的状态相关的参数(以下简称为“状态参数”)的值从切换前的副蓄电装置的参数的值连续地改变为切换后的副蓄电装置的参数的值。通过改变加权系数来改变参数值。另外，状态参数包括被选副蓄电装置的电压(VBB)。进一步，控制装置30将电压VLB的值设定为VBB，将输出输入上限电力Win(S)、Wout(S)固定为0。
图10是说明图9所示的步骤S420的数据修正处理的详细情况的流程图。参照图10，控制装置30通过步骤S412将加权系数α的初始值设定为0。
控制装置30通过步骤422计算出SOC(BB)、TBB、以及VBB来作为被选副蓄电装置的切换期间内的状态参数。将被选副蓄电装置的切换前的状态参数的值设为A1，将被选副蓄电装置的切换后的状态参数的值设为A2。控制装置30按照以下的公式计算出被选副蓄电装置的切换期间内的状态参数的值B。
B＝(1-α)×A1+α×A2
通过使加权系数α从0逐渐地改变到1(使α每次增加+Δα)，能够在被选副蓄电装置的切换期间使状态参数的值从A1平滑地变为A2。因此，能够减小对电动车辆的行驶控制的影响。在步骤S422的处理中作为改变对象的状态参数不限于SOC(BB)、TBB、VBB或它们的组合，可以从电动车辆的行驶控制所需要的状态参数中适当地进行选择。
控制装置30通过步骤S423将转换器12B的输入电压VLB的值设定为电压VBB的值。通过平滑用电容器C2的放电，电压传感器21B的检测值大致变为0。在尽管电压传感器21B的检测值为0、但却将该检测值用作转换器12B的输入电压VLB的值的情况下，例如可能会由于判定为转换器12B异常而对车辆系统整体产生影响。将通过步骤S422的处理计算出的电压VBB的值设定为转换器12B的输入电压VLB的值，由此能够避免对车辆系统的影响(例如对行驶控制的影响)。
控制装置30通过步骤S424将Wout(S)和Win(S)的各值固定为0。例如，为了发动机4的起动或者为了将被选副蓄电装置的SOC的值维持为预定值的控制，可以考虑将Wout(S)、Win(S)设定为大于0的值。但是，当在向副蓄电装置输入电力或者从副蓄电装置输出电力的状态下执行了副蓄电装置的切换控制时，可能会由于在与副蓄电装置对应设置的继电器中瞬间流动大电流而导致继电器熔接。当继电器发生了熔接时，难以切换被选副蓄电装置。
因此，在被选副蓄电装置的切换期间(更具体地说，在使Wout(S)、Win(S)恢复之前的期间)，将Wout(S)、Win(S)固定为0。由此，能够可靠地执行被选副蓄电装置的切换。
控制装置30通过步骤S425来判定加权系数α是否达到了1。在加权系数α等于1的情况下(在步骤S425中判定为“是”时)，结束步骤S420的处理。在加权系数α小于1的情况下(在步骤S425中判定为“否”时)，控制装置30通过步骤S426使加权系数α增加+Δα。在本实施方式中，增量值+Δα为恒定值。当步骤S426的处理结束后，整体的处理返回到步骤422。
返回到图9，控制装置30通过步骤S430产生用于将新的副蓄电装置与转换器12B连接的继电器控制信号。例如，为了将蓄电池BB2与转换器12B连接，控制装置30生成继电器控制信号CONT5、CONT7以使继电器SR2、SR2G导通。
进一步，控制装置30通过步骤S430判定通过步骤S420指示了的继电器连接切换是否完成了。并且，当连接切换完成了时(在S430中判定为“是”时)，控制装置30通过步骤S440再次启动转换器12B，开始转换(switching)工作，并且通过步骤S450使ID从3变为4。
即，ID＝4表示副蓄电装置和转换器12B之间的通过继电器实现的连接切换已完成的状态。
当步骤S400的连接切换处理完成后，控制装置30执行步骤S500的恢复处理。
图11是详细地说明图5所示的恢复处理(S500)的流程图。
参照图11，控制装置30在恢复处理中，首先通过步骤S505来判定ID是否等于4。并且，当ID≠4时(在S505中判定为“否”时)，跳过之后的步骤S510～S570的处理。
当ID＝4时(在S505中判定为“是”时)，控制装置30通过步骤S510结束通过步骤S310(图7)开始了的、主蓄电装置BA的充放电限制的暂时缓和。由此，Wout(M)和Win(M)基本上恢复为开始被选副蓄电装置BB的切换处理之前的值。
进一步，控制装置30使通过电力限制处理(步骤S300)缩小至0的被选副蓄电装置BB的输入输出上限电力Win(S)、Wout(S)逐渐提高至新的被选副蓄电装置(例如蓄电池BB2)的Win、Wout的值。控制装置30以Wout(S)、Win(S)按照预定的恒定比率逐渐上升的方式来改变Win(S)、Wout(S)。当使Wout(S)、Win(S)阶段性地提高时，则电动发电机MG2的转矩(动力运行转矩和再生转矩)的上限值会不连续地变大，因此可能会对车辆运行状况产生影响。因此，与Wout(S)、Win(S)降低时同样地使Wout(S)、Win(S)的绝对值按照预定的恒定比率逐渐地增大。由此，能够使电动发电机MG2的转矩的上限值平滑地提高，因此能够避免对车辆运行状况的影响。
然后，控制装置30通过步骤S530确认输入输出上限电力Win(S)、Wout(S)是否恢复到了新的被选副蓄电装置BB的Win、Wout的值。在恢复完成之前的期间(在S530中判定为“否”时)，反复执行步骤S520，输入输出上限电力Win(S)、Wout(S)以恒定比率逐渐地提高。
当输入输出上限功率Win(S)、Wout(S)的恢复完成时(在S530中判定为“是”时)，控制装置30通过步骤S540使ID再次恢复为0。由此，在电源系统中，能再现能够通过主蓄电装置BA和新的被选副蓄电装置BB来进行正常的电力供给和电力回收的状态。
进一步，控制装置30将处理推进到步骤S550，使在步骤S210(图6)中产生的升压指令非激活(off)。由此，供电线PL2的电压指令值也变为根据电动发电机MG1、MG2的状态而设定的通常值。
控制装置30也可以通过步骤S550结束以电压VBB替换电压VLB的控制处理。可以在对转换器12B的控制造成影响的可能性变低的定时结束该控制处理。
当一系列的切换处理完成后，控制装置30也可以再通过步骤S560来判定在车辆行驶期间是否存在被选副蓄电装置的进一步切换的可能性。并且，当不存在再次切换的可能性时，控制装置30通过步骤S570将ID设定为-1。当ID变为-1时，实质上不执行图5的各步骤S100～S500，因此到车辆运行结束为止，不开始被选副蓄电装置的切换处理。
另一方面，当存在再次切换的可能性时，控制装置30跳过步骤S570，维持ID＝0。其结果，由于以预定周期执行步骤S100的切换判定处理，因此能够根据需要而再次开始被选副蓄电装置的切换处理。
在仅搭载有两个副蓄电装置的图1的结构示例中，也可以省略步骤S560的处理，当被选副蓄电装置的切换处理完成了时，使ID始终为-1，将车辆运行期间的被选副蓄电装置的切换处理限定为只执行1次。
或者，在搭载有3个以上的副蓄电装置的电源系统或具有能够在车辆运行期间对不使用的副蓄电装置进行充电的结构的电源系统中，可以构成为根据状况而维持ID＝0、由此能够执行第二次及其后的被选副蓄电装置的切换处理。
在图12中表示了通过图5～图11说明了的本发明实施方式的电动车辆的电源系统中的被选副蓄电装置的切换处理中的工作波形。
参照图12，在ID＝0的直到t1为止的期间，以预定的周期基于当前的被选副蓄电装置(例如蓄电池BB1)的SOC来执行切换判定处理。
然后，在时刻t1，响应蓄电池BB1的SOC的降低，通过切换判定处理(步骤S100)发出被选副蓄电装置BB的切换要求，通过设定为ID＝1而开始切换处理。
由此，执行切换前升压处理(步骤S200)，通过转换器12A使供电线PL2的电压VH向预定电压V1上升。当供电线PL2的升压处理在时刻t2完成时，将ID从1改变为2。
当变为ID＝2时，执行电力限制变更处理(S300)，暂时缓和主蓄电装置BA的充放电。即，开始输入输出上限电力Win(M)、Wout(M)的绝对值的暂时提高。进一步，使被选副蓄电装置BB的输入输出上限电力Win(S)、Wout(S)以恒定比率逐渐地向0下降。在该期间中，控制转换器12B以停止当前的被选副蓄电装置(蓄电池BB1)的充放电。或者，转换器12B也可以从时刻t1开始停止工作。
在时刻t3，当被选副蓄电装置BB的输入输出上限电力Win(S)、Wout(S)缩小到0时，将ID从2改变为3。并且，当变为了ID＝3时，开始副蓄电装置的连接切换处理。即，在转换器12B停止工作的状态下，使继电器SR1、SR1G断开，然后使继电器SR2、SR2G导通。并且，当继电器的连接切换处理完成、作为新的被选副蓄电装置的蓄电池BB2与转换器12B连接后，再次启动转换器12B。由于这些连接切换处理完成，在时刻t4，将ID从3改变为4。
当变为了ID＝4时，使被选副蓄电装置BB的输入输出上限电力Win(S)、Wout(S)以恒定的比率逐渐地提高，由此开始使用作为新的被选副蓄电装置的蓄电池BB2。与此相伴，结束主蓄电装置BA的充放电限制的暂时缓和，Wout(M)、Win(M)基本上恢复为时刻t2以前的值。
并且，当在时刻t5被选副蓄电装置BB的Win(S)、Wout(S)恢复到与蓄电池BB2的Wout、Win相当的本来值时，恢复为ID＝0。并且，也停止供电线PL2的升压处理。
由此，一系列的被选副蓄电装置的切换处理完成，能再现能够使用被选副蓄电装置BB(蓄电池BB2)进行正常的电力供给和电力回收的状态。
在时刻t5，如通过图11说明的那样，判定辆运行期间的进一步的副蓄电装置的切换处理的可能性，在不存在发生切换处理的可能性的情况下，如果为ID等于-1，则能够减轻之后的控制装置30的负荷。
图13是表示图12所示的被选副蓄电装置的切换处理期间的状态参数的变化的图。参照图13，加权系数α在时刻t3之前为0，在时刻t3到时刻t4的期间(ID＝3的期间)从0变为1。
温度TBB、SOC(BB)和电压VBB与加权系数α相应地进行变化。具体地说，在时刻t3之前，温度TBB、SOC值SOC(BB)和电压VBB分别是温度TBB1、SOC(BB1)、电压VBB1。在从时刻t2到时刻t3的期间，电压VBB1响应Wout(S)、Win(S)的减小而上升。
在时刻t3到时刻t4的期间，温度TBB连续地从TBB1变为TBB2。同样地，SOC(BB)连续地从SOC(BB1)变为SOC(BB2)，电压VBB连续地从VBB1变为VBB2。
在时刻t4之后，加权系数α为1，因此作为被选副蓄电装置的状态参数而采用副蓄电装置BB2的状态参数。即，温度TBB、SOC(BB)、电压VBB分别为TBB2、SOC(BB2)、VBB2。
另外，被选副蓄电装置的电流IB与Wout(S)、Win(S)相应地发生变化。具体地说，在时刻t2到时刻t3的期间，Wout(S)、Win(S)减小，因此电流IB(IB1)减小。在时刻t3到时刻t4的期间，Wout(S)、Win(S)固定为0，因此电流IB为0。在时刻t4到时刻t5的期间，Wout(S)、Win(S)提高，因此电流IB(IB2)增大。
接下来，使用图14来说明作为本发明的实施方式的电源系统的控制结构中的一部分的、用于通过图5～图11说明了的被选副蓄电装置的切换处理的功能部分的结构。图14所示的各个功能块通过由控制装置30执行预定的程序而实现的软件处理来实现，或者通过专用的电子电路(硬件处理)来实现。
参照图14，切换判定部100接收表示蓄电池BB1、BB2的充电状态的SOC(BB1)、SOC(BB2)，判定当前使用中的被选副蓄电装置BB的SOC是否低于了预定的判断值。当在各功能块之间共有的变量ID为0时，切换判定部100以预定周期执行上述判定处理，当需要切换被选副蓄电装置时，使ID从0变为1。由此，产生被选副蓄电装置的切换要求。即，切换判定部100的功能对应于图5的步骤S100的处理。
当产生被选副蓄电装置的切换要求而变为ID＝1时，升压指示部110向控制转换器12A的转换器控制部200输出升压指令信号CMBT。
转换器控制部200基于电压VH、VLA和电压指令值VHref生成转换器12A的控制信号PWUA、PWDA，以使供电线PL2的电压VH变为电压指令值VHref。
进一步，转换器控制部200在从升压指示部110生成了升压指令信号CMBT的情况下，设定为电压指令值Vhref＝V1，生成控制信号PWUA。并且，当由电压传感器13检测到的电压VH达到了预定电压V1的状态持续了预定时间以上时，转换器控制部200激活(on)表示升压完成的标志FBT。
当标志FBT被激活后，升压指示部110将ID变为2。然后，到后述的由于通过连接切换控制部140完成了继电器连接切换而设定为ID＝4为止，持续输出升压指令信号CMBT。即，升压指示部110的功能与图5的步骤S200和图11的步骤S540对应。
电力限制部120设定被选副蓄电装置BB的输入输出上限电力Win(S)、Wout(S)。通常时，基于作为被选副蓄电装置BB的蓄电池的SOC(SOC(BB1)或SOC(BB2))、电池温度(TBB1或TBB2)、输出电压(VB1或VB2)来设定输入输出上限电力Win(S)、Wout(S)。
与此相对，在被选副蓄电装置的切换处理时，当变为ID＝2时，电力限制部120使输入输出上限电力Win(S)、Wout(S)以恒定比率逐渐地向0下降，并且当Win(S)、Wout(S)达到0时，使ID从2变为3。进一步，在ID＝3的期间，电力限制部120将输入输出上限电力Win(S)、Wout(S)固定为0。进一步，当通过连接切换控制部140设定成ID＝4时，电力限制部120使输入输出上限电力Win(S)、Wout(S)提高至相当于切换后的新的被选副蓄电装置BB的Win、Win的值。并且，当提高处理完成时，使ID从4变为0。
即，电力限制部120的功能与图8的步骤S320～S340的处理、图10的步骤S424的处理、图11的步骤S520～S540的处理对应。通过电力限制部120来实现本发明的“第一电力限制部”、“第二电力限制部”、以及“上限值固定部”的功能。
电力限制部130设定主蓄电装置BA的输入输出上限电力Win(M)和Wout(M)。通常时，基于主蓄电装置BA的SOC(BA)、电池温度TA、输出电压VA来设定输入输出上限电力Win(M)、Wout(M)。
与此相对，在被选副蓄电装置的切换处理时，当设定成ID＝2时，电力限制部130使输入输出上限电力Win(M)、Wout(M)的绝对值暂时提高，由此暂时缓和主蓄电装置BA的充放电限制。并且，当通过连接切换控制部140设定成ID＝4时，电力限制部130使输入输出上限电力Win(M)和Wout(M)恢复为通常的值。
即，电力限制部130的功能与图8的步骤S310和图11的步骤S510的处理对应。进一步，通过电力限制部130来实现本发明的“第三电力限制部”的功能。
当通过电力限制部120设定成ID＝3时，连接切换控制部140生成转换器12B的停止工作指令。进一步，连接切换控制部140生成放电指令以通过转换器12B使平滑用电容器C2放电。进一步，连接切换控制部140生成继电器控制信号CONT4～CONT7以切换转换器12B和副蓄电装置BB1、BB2之间的连接。例如，当将被选副蓄电装置BB从蓄电池BB1切换为蓄电池BB2时，生成继电器控制信号CONT4～CONT7以使继电器SR1、SR1G断开、另一方面使继电器SR2、SR2G接通。并且，当该继电器连接切换处理完成时，结束转换器12B的停止工作状态。并且，连接切换控制部140再次启动转换器12B，使ID从3变为4。
连接切换控制部140执行图5的步骤S400(图9的S405～S412、S430～S450)的处理。另外，连接切换控制部140实现本发明的“切换控制部”和“放电控制部”的功能。
当通过电力限制部120设定成了ID＝3时，数据修正部150使加权系数α连续地从0变为1，由此使被选副蓄电装置BB的状态参数(SOC(BB)、TBB、VBB)从切换前的状态参数(SOC(BB1)、TBB1、VBB1)连续地变为切换后的状态参数(SOC(BB2)、TBB2、VBB2)。进一步，数据修正部150将电压VLB的值从电压传感器21B的检测值置换为计算出的VBB的值。即，数据修正部150执行图9的步骤S420的处理(详细地说是图10的步骤S421～S423、S425、S426的处理)。
如上所述，根据遵循本实施方式的电动车辆的电源系统，在被选副蓄电装置的切换处理中，使被选副蓄电装置BB的输入输出上限电力Win(S)、Wout(S)连续地改变。由此，在被选副蓄电装置的切换处理中，能够避免向电源系统输入或者从电源系统输出的电力不连续地变化。其结果，能够避免电动车辆的运行状况突然发生变化。即，根据本实施方式，在多个副蓄电装置共用一个电压转换器(converter)的结构的电源系统中，能够恰当并顺畅地执行切换被选副蓄电装置时的副蓄电装置的连接切换处理。
进一步，根据遵循本实施方式的电动车辆的电源系统，在被选副蓄电装置的切换处理中，使被选副蓄电装置BB的状态参数连续地改变。由此，能够在被选副蓄电装置的切换处理中，防止基于状态参数的电动车辆的行驶控制发生混乱。
进一步，根据遵循本实施方式的电动车辆的电源系统，在被选副蓄电装置的切换处理中，将与被选副蓄电装置BB对应的转换器的输入电压从平滑用电容器的两端的电压置换为被选副蓄电装置BB的电压。在转换器控制中，通常会使用该输入电压和输出电压。另一方面，为了切换被选副蓄电装置，需要使平滑用电容器放电。因此，当将平滑用电容器的电压作为转换器的输入电压而执行转换器控制时，则控制可能会发散。根据本实施方式，在平滑用电容器放电期间，将转换器的输入电压置换为被选副蓄电装置BB的电压，因此能够防止转换器控制发生混乱。进一步，能够防止电动车辆的行驶控制发生混乱。
进一步，根据遵循本实施方式的电动车辆的电源系统，在被选副蓄电装置的切换处理中，将被选副蓄电装置BB的输入输出上限电力固定为0。在被选副蓄电装置BB的输入输出上限电力不为0的情况下，例如由于从被选副蓄电装置输出电力，可能无法切换被选副蓄电装置(例如继电器的熔接等)。根据本实施方式，能够避免这样的问题。
进一步，根据本实施方式，在输入输出电力上限值开始减小到多个副蓄电装置和转换器12B之间的切换连接完成的期间，暂时缓和主电源装置BA的充放电限制。由此，在由于副蓄电装置的连接切换而无法对副蓄电装置进行电力输入输出的期间，暂时缓和主蓄电装置的充放电电力限制，因此能够确保电源系统整体的输入输出上限电力。
进一步，根据本实施方式，电动车辆还具有构成为能够独立于电动发电机MG2而输出车辆驱动功率的发动机4、以及行驶控制部250。并且，行驶控制部250在车辆的整体要求功率大于主蓄电装置BA的输出电力上限值与所选择的副蓄电装置的输出电力上限值之和时启动发动机。因此，通过恰当地设定切换连接副蓄电装置时的输入输出电力上限值，能够不对电源系统要求过度的充放电，并且通过暂时缓和主蓄电装置的充放电限制，能够防止在连接切换副蓄电装置时重新启动发动机。
在本实施方式中，表示了搭载有能够通过动力分配机构将发动机的动力分配、传递给驱动轮和发电机的串联/并联型混合动力系统的电动车辆。但是，本发明例如也能够应用于仅为了驱动发电机而使用发动机并仅通过使用由发电机发电产生的电力的电机来产生车轴的驱动力的串联型混合动力车辆、电动汽车、燃料电池车辆。这些车辆均搭载有产生车辆驱动功率的电机和蓄电装置，因此能够应用本发明。
应认为此次公开的实施方式在所有方面均为例示而不具有限制性。本发明的范围由权利要求而非上述说明来表示，并包括与权利要求相等同的含义和范围内的所有变更。

Claims (12)

1.一种电动车辆的电源系统，所述电动车辆搭载有产生车辆驱动功率的电机(MG2)，所述电源系统具备：
主蓄电装置(BA)；
供电线(PL2)，其构成为向驱动控制所述电机(MG2)的变换器(22)进行供电；
第一电压转换器(12A)，其设置在所述供电线(PL2)与所述主蓄电装置(BA)之间，构成为进行双向的电压转换；
相互并联地设置的多个副蓄电装置(BB1、BB2)；
第二电压转换器(12B)，其设置在所述多个副蓄电装置(BB1、BB2)与所述供电线(PL2)之间，构成为在所述多个副蓄电装置(BB1、BB2)中的一个副蓄电装置与所述供电线(PL2)之间进行双向的电压转换；
连接部(39B)，其设置在所述多个副蓄电装置(BB1、BB2)与所述第二电压转换器(12B)之间，构成为选择性地将所述多个副蓄电装置(BB1、BB2)中的被选择了的副蓄电装置与所述第二电压转换器(12B)连接；以及
切换控制装置(30)，其控制所述多个副蓄电装置(BB1、BB2)与所述第二电压转换器(12B)之间的选择性的连接，
所述切换控制装置(30)包括：
切换判定部(100)，其构成为基于所述多个副蓄电装置(BB1、BB2)各自的充电状态来判定是否需要切换所述被选择了的副蓄电装置；
第一电力限制部(120)，其构成为在通过所述切换判定部(100)判定为需要切换所述被选择了的副蓄电装置的情况下，使所述被选择了的副蓄电装置的输入输出电力上限值(Win(S)、Wout(S))连续地减少至零；
切换控制部(140)，其构成为在所述输入输出电力上限值(Win(S)、Wout(S))达到了零时，切换所述多个副蓄电装置(BB1、BB2)和所述第二电压转换器(12B)之间的连接；以及
第二电力限制部(120)，其构成为在通过所述切换控制部(140)切换了所述多个副蓄电装置(BB1、BB2)和所述第二电压转换器(12B)之间的连接后，使所述输入输出电力上限值(Win(S)、Wout(S))连续地上升至与新与所述第二电压转换器(12B)连接了的副蓄电装置的充电状态对应的值。
2.根据权利要求1所述的电动车辆的电源系统，其中，
所述切换控制装置(30)还包括数据修正部(150)，该数据修正部(150)构成为在切换所述多个副蓄电装置(BB1、BB2)和所述第二电压转换器(12B)之间的连接的期间中执行修正处理，所述修正处理用于修正与所述被选择了的副蓄电装置相关的参数的值，
所述数据修正部(150)在执行所述修正处理时使所述参数的值从第一值连续地变化为第二值，所述第一值是与从所述第二电压转换器(12B)断开的副蓄电装置相关的值，所述第二值是与所述新连接了的副蓄电装置相关的值。
3.根据权利要求2所述的电动车辆的电源系统，其中，
所述电动车辆具备行驶控制部(250)，该行驶控制部(250)构成为在所述电动车辆行驶时，使用所述第二电压转换器(12B)的输入电压的值来控制所述第二电压转换器(12B)，
所述参数包括所述被选择了的副蓄电装置的电压，
所述电源系统还具备：
电容器(C2)，其用于使所述第二电压转换器(12B)的所述输入电压平滑化；以及
用于检测所述输入电压的电压检测部(21B)，
所述切换控制装置(30)还包括放电控制部(140)，该放电控制部(140)构成为在切换所述被选择了的副蓄电装置之前使所述电容器(C2)放电，
所述数据修正部(150)，在通过所述放电控制部(140)使所述电容器(C2)放电之后，代替所述电压检测部(21B)的检测值而将通过所述修正处理算出的所述被选择了的副蓄电装置的电压值作为所述输入电压的值提供给所述行驶控制部(250)。
4.根据权利要求1所述的电动车辆的电源系统，其中，
所述切换控制装置(30)还包括上限值固定部(120)，该上限值固定部(120)构成为在切换所述多个副蓄电装置(BB1、BB2)和所述第二电压转换器(12B)之间的连接的期间中，将所述输入输出电力上限值(Win(S)、Wout(S))保持为零。
5.根据权利要求1所述的电动车辆的电源系统，其中，
所述切换控制装置(30)还包括第三电力限制部(130)，该第三电力限制部(130)构成为在从开始通过所述第一电力限制部(120)降低所述输入输出电力上限值(Win(S)、Wout(S))到通过所述连接部(39B)进行的所述多个副蓄电装置(BB1、BB2)和所述第二电压转换器(12B)之间的连接切换完成的期间中，暂时缓和所述主蓄电装置(BA)的充放电限制。
6.根据权利要求1所述的电动车辆的电源系统，其中，
所述电动车辆还具备：
内燃机(4)，其构成为能够独立于所述电机(MG2)而输出车辆驱动功率；以及
行驶控制部(250)，其构成为在所述电动车辆的整体要求功率大于所述主蓄电装置(BA)的输出电力上限值与所述被选择了的副蓄电装置的输出电力上限值之和时，启动所述内燃机(4)。
7.一种电动车辆的电源系统的控制方法，所述电动车辆搭载有产生车辆驱动功率的电机(MG2)，
所述电源系统具备：
主蓄电装置(BA)；
供电线(PL2)，其构成为向驱动控制所述电机(MG2)的变换器(22)进行供电；
第一电压转换器(12A)，其设置在所述供电线(PL2)与所述主蓄电装置(BA)之间，构成为进行双向的电压转换；
相互并联地设置的多个副蓄电装置(BB1、BB2)；
第二电压转换器(12B)，其设置在所述多个副蓄电装置(BB1、BB2)与所述供电线(PL2)之间，构成为在所述多个副蓄电装置(BB1、BB2)中的一个副蓄电装置与所述供电线(PL2)之间进行双向的电压转换；
连接部(39B)，其设置在所述多个副蓄电装置(BB1、BB2)与所述第二电压转换器(12B)之间，构成为选择性地将所述多个副蓄电装置(BB1、BB2)中的被选择了的副蓄电装置与所述第二电压转换器(12B)连接；以及
切换控制装置(30)，其控制所述多个副蓄电装置(BB1、BB2)与所述第二电压转换器(12B)之间的选择性的连接，
所述控制方法包括：
基于所述多个副蓄电装置(BB1、BB2)各自的充电状态来判定是否需要切换所述被选择了的副蓄电装置的步骤(S100)；
在通过所述判定步骤判定为需要切换所述被选择了的副蓄电装置的情况下，使所述被选择了的副蓄电装置的输入输出电力上限值(Win(S)、Wout(S))连续地减少至零的步骤(S320～S340)；
在通过所述减少步骤(S320～S340)使所述输入输出电力上限值(Win(S)、Wout(S))达到了零时，切换所述多个副蓄电装置(BB1、BB2)和所述第二电压转换器(12B)之间的连接的步骤(S400)；
在通过所述切换步骤(400)切换了所述多个副蓄电装置(BB1、BB2)和所述第二电压转换器(12B)之间的连接之后，使所述输入输出电力上限值(Win(S)、Wout(S))连续地上升至与新与所述第二电压转换器(12B)连接了的副蓄电装置的充电状态对应的值的步骤(S520～S540)。
8.根据权利要求7所述的电动车辆的电源系统的控制方法，其中，
所述控制方法还包括以下的步骤(S420)：在切换所述多个副蓄电装置(BB1、BB2)和所述第二电压转换器(12B)之间的连接的期间中执行修正处理，所述修正处理用于修正与所述被选择了的副蓄电装置相关的参数的值，
通过所述修正处理，所述参数的值从第一值连续地变化为第二值，所述第一值是与从所述第二电压转换器(12B)断开的副蓄电装置相关的值，所述第二值是与所述新连接了的副蓄电装置相关的值。
9.根据权利要求8所述的电动车辆的电源系统的控制方法，其中，
所述电动车辆具备行驶控制部(250)，该行驶控制部(250)构成为在所述电动车辆行驶时，使用所述第二电压转换器(12B)的输入电压的值来控制所述第二电压转换器(12B)，
所述参数包括所述被选择了的副蓄电装置的电压，
所述电源系统还具备：
电容器(C2)，其用于使所述第二电压转换器(12B)的所述输入电压平滑化；以及
用于检测所述输入电压的电压检测部(21B)，
所述控制方法还包括在切换所述被选择了的副蓄电装置之前使所述电容器(C2)放电的步骤(S412)，
在执行所述修正处理的步骤(S420)中，在通过所述放电步骤使所述电容器(C2)放电之后，代替所述电压检测部(21B)的检测值而将通过所述修正处理算出的所述被选择了的副蓄电装置的电压值作为所述输入电压的值提供给所述行驶控制部(250)。
10.根据权利要求7所述的电动车辆的电源系统的控制方法，其中，
所述控制方法还包括以下的步骤(S424)：在切换所述多个副蓄电装置(BB1、BB2)和所述第二电压转换器(12B)之间的连接的期间中，将所述输入输出电力上限值(Win(S)、Wout(S))保持为零。
11.根据权利要求7所述的电动车辆的电源系统的控制方法，其中，
所述控制方法还包括以下的步骤(S310、S510)：在从开始通过所述减少步骤(S320～S340)减少所述输入输出电力上限值(Win(S)、Wout(S))到由所述连接部(39B)进行的所述多个副蓄电装置(BB1、BB2)和所述第二电压转换器(12B)之间的连接切换完成的期间中，暂时缓和所述主蓄电装置(BA)的充放电限制。
12.根据权利要求7所述的电动车辆的电源系统的控制方法，其中，
所述电动车辆还具备内燃机(4)，该内燃机(4)构成为能够独立于所述电机(MG2)而输出车辆驱动功率，
在所述电动车辆的整体要求功率(Ptt1)大于所述主蓄电装置(BA)的输出电力上限值(Wout(M))与所述被选择了的副蓄电装置的输出电力上限值(Wout(S))之和时，所述内燃机(4)被启动。
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