CN102771029A

CN102771029A - 车辆

Info

Publication number: CN102771029A
Application number: CN2010800646095A
Authority: CN
Inventors: 杉山义信; 洪远龄; 板垣宪治; 片冈义和; 松本直美
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2010-02-26
Filing date: 2010-02-26
Publication date: 2012-11-07
Anticipated expiration: 2030-02-26
Also published as: JP5348312B2; WO2011104872A1; EP2541724A1; US8836272B2; US20120313584A1; JPWO2011104872A1; EP2541724A4; CN102771029B

Abstract

车辆具备控制向马达供给的电力的PCU（60）、第1蓄电装置（71）、第2蓄电装置（72）、ECU（150）、充电器（120）、系统主继电器SMR1~SMR4、SMRA、SMRB、充电用继电器CR1~CR4。第1蓄电装置构成为分开配置的第1模块（71A）以及第2模块（71B）经由SMRA、SMRB串联连接。第1蓄电装置经由SMR1、SMR2连接于PCU。第2蓄电装置经由SMR3、SMR4连接于PCU。充电器的电容器（122）经由CR1、CR2连接于第1蓄电装置，并且经由CR3、CR4连接于第2蓄电装置。ECU在充电完成时使CR1、CR2、SMR1、SMR2接通，并且使SMRA、SMRB、CR3、CR4、SMR3、SMR4断开。

Description

车辆

技术领域

本发明涉及能够由外部电源对内部的蓄电装置充电的车辆。

背景技术

日本专利特开平10-164709号公报（专利文献1）公开了如下技术：在具备设置在对电池的电力进行变换并向车辆驱动用的马达供给的变换器的输入线间的电容器的车辆中，将用于使平滑电容器的电荷放电的放电继电器以及放电电阻设置在直流输入线间，通过接通放电继电器，从而使平滑电容器的电荷被放电电阻消耗。

现有技术文献

专利文献1：日本专利特开平10-164709号公报

专利文献2：日本专利特开2009-106054号公报

专利文献3：日本专利特开2006-224772号公报

发明内容

发明要解决的问题

近年，正在进行由外部电源的电力对车辆内部的电池充电的所谓的插电式车辆的开发。在插电式车辆中，具备将外部电源的交流电力变换为可充电到电池的直流电力的充电装置。在该充电装置的输出侧，通常设置有电容器。在从外部电源向电池充电时，电荷蓄积于充电装置的电容器。因此，在充电完成的时刻，在充电装置的电容器成为残留有电荷的状态。为了使残留在该充电装置的电容器中的电荷放电，若设置新的放电继电器和/或放电电阻，则会引起成本增加。

本发明是为了解决上述问题而完成的发明，其目的在于，在能够由外部电源对内部的蓄电装置充电的车辆中，不设置添加部件地使充电装置的电容器的电荷放电。

用于解决问题的技术方案

本发明的车辆能够与外部电源连接。该车辆具备：消耗电力的负载；第1继电器；第2继电器；第1蓄电装置，其经由第1继电器连接于负载，构成为经由第2继电器而串联连接有分开配置的多个电池模块；充电装置，其包括与负载并联连接于第1蓄电装置、并且经由第1继电器连接于负载的电容器，将从外部电源供给的电力变换为能够充电到第1蓄电装置的电力；以及控制装置，其至少控制第1继电器以及第2继电器。在从外部电源向第1蓄电装置的充电已完成的情况下，控制装置通过使第2继电器断开来切断从充电装置向第1蓄电装置的第1充电路径，并且通过使第1继电器接通来确保从充电装置向负载的放电路径，从而使残留于电容器的电荷通过负载放电。

优选，在进行充电的情况下，控制装置通过使第1继电器断开来切断放电路径，并且通过使第2继电器接通来确保第1充电路径。

优选，车辆还具备第3继电器。电容器经由第3继电器连接于第1蓄电装置，并且经由第1继电器以及第3继电器连接于负载。在进行充电的情况下，控制装置通过使第1继电器断开来切断放电路径，并且通过使第2继电器以及第3继电器接通来确保第1充电路径，在充电已完成的情况下，控制装置通过使第2继电器断开来切断第1充电路径，并且通过使第1继电器以及第3继电器接通来确保放电路径。

优选，车辆还具备：第4继电器；第5继电器；以及第2蓄电装置，其经由第4继电器而与第1蓄电装置并联连接于负载，并且经由第1继电器、第3继电器以及第4继电器连接于电容器，并且经由第5继电器连接于电容器。在进行充电的情况下，控制装置通过使第1继电器以及第4继电器断开来切断放电路径，并且通过使第2继电器、第3继电器以及第5继电器接通来确保第1充电路径以及从充电装置向第2蓄电装置的第2充电路径，在充电已完成的情况下，控制装置通过使第2继电器、第4继电器以及第5继电器断开来切断第1充电路径以及第2充电路径，并且通过使第1继电器以及第3继电器接通来确保放电路径。

优选，负载是用于将第1蓄电装置的电力变换为用于驱动电动机的电力的电力控制装置，所述电动机用于产生车辆的驱动力。

发明的效果

根据本发明，在能够由外部电源对内部的蓄电装置充电的车辆中，能够不设置添加部件地使充电装置的电容器的电荷放电。

附图说明

图1是本发明实施例的车辆的整体框图。

图2是蓄电装置以及充电器的详细的构成图。

图3是表示ECU在充电模式时进行的控制处理步骤的流程图。

图4是表示残留在充电器的电容器中的电荷的放电路径的图（其1）。

图5是表示残留在充电器的电容器中的电荷的放电路径的图（其2）。

图6是表示残留在充电器的电容器中的电荷的放电路径的图（其3）。

附图标记说明

1车辆，10发动机，40动力分配装置，50减速器，60 PCU，70蓄电装置，71第1蓄电装置，71A第1模块，71B第2模块，72第2蓄电装置，80驱动轮，110充电端口，120充电器，121电力变换部，122电容器，123，电压传感器，150ECU，200连接器，210外部电源，CR1~CR4充电用继电器，GL接地线，PL电力线，SMR1~SMR4、SMRA、SMRB系统主继电器。

具体实施方式

以下，参照附图详细说明本发明的实施例。对图中相同或相当的部分标注相同的附图标记，且不重复其说明。

图1是本发明实施例的车辆的整体框图。参照图1，该车辆1具备发动机10、第1MG（Motor Generator：电动发电机）20、第2MG30、动力分配装置40、减速器50、PCU（Power Control Unit：动力控制单元）60、蓄电装置70和驱动轮80。另外，车辆1还具备充电端口110、充电器120和ECU（Electronic Control Unit：电力控制单元）150。

发动机10、第1MG20以及第2MG30联结于动力分配装置40。并且，该车辆1根据从发动机10以及第2MG30的至少一方输出的驱动力来行驶。发动机10产生的动力通过动力分配装置40分配到2条路径。即，一条是经由减速器50向驱动轮80传输的路径，另一条是向第1MG20传输的路径。

第1MG20以及第2MG30是交流电动机，例如，是三相交流同步电动机。第1MG20以及第2MG30通过PCU60而驱动。第1MG20使用由动力分配装置40分配来的发动机10的动力来发电。由第1MG20发电产生的电力通过PCU60从交流变换为直流，并被蓄积到蓄电装置70中。

第2MG30使用在蓄电装置70蓄积的电力以及由第1MG20发电产生的电力的至少一方来产生驱动力。并且，第2MG30的驱动力经由减速器50传输到驱动轮80。另外，在图1中，驱动轮80示出为前轮，但是也可以代替前轮而驱动后轮，或者与驱动前轮一起而通过第2MG30驱动后轮。

另外，在车辆制动时等，经由减速器50通过驱动轮80驱动第2MG30，第2MG30作为发电机工作。由此，第2MG30也作为将车辆的动能变换为电力的再生制动器发挥功能。并且，通过第2MG30发电产生的电力被蓄积到蓄电装置70中。

动力分配装置40由包括太阳轮、小齿轮、行星齿轮架和齿圈的行星齿轮组构成。小齿轮与太阳轮以及齿圈接合。行星齿轮架将小齿轮支撑得可自转，并且联结于发动机10的曲轴。太阳轮联结于第1MG20的旋转轴。齿圈联结于第2MG30的旋转轴以及减速器50。

PCU60将在蓄电装置70蓄积的直流电力变换为用于驱动第1MG20以及第2MG30的交流电力。PCU60包括基于来自ECU150的控制信号而控制的转换器和变换器。转换器将从蓄电装置70接受的直流电力的电压升压并输出到变换器。变换器将转换器输出的直流电力变换为交流电力并输出到第1MG20以及/或第2MG30。由此，通过在蓄电装置70蓄积的电力来驱动第1MG20以及/或者第2MG30。另外，变换器将由第1MG20以及/或者第2MG30发电产生的交流电力变换为直流电力并输出到转换器。转换器将变换器输出的直流电力的电压降压并向蓄电装置70输出。由此，通过第1MG20以及/或者第2MG30发电产生的电力对蓄电装置70充电。

另外，PCU60作为充电器120的电容器122的放电电路发挥功能。关于该点在后面详述。

蓄电装置70是可再充电的直流电源，例如由镍氢和/或锂离子等的二次电池构成。蓄电装置70的电压例如为200V左右。蓄电装置70除了如上所述通过第1MG20以及/或者第2MG30发电产生的电力被充电以外，如后述，还通过由外部电源210供给的电力被充电。另外，作为蓄电装置70，也可采用大容量的电容器。

充电端口110是用于从外部电源210接受电力的电力接口。在从外部电源210向蓄电装置70充电时，用于从外部电源210向车辆供给电力的充电缆线的连接器200被连接于充电端口110。

充电器120与充电端口110以及蓄电装置70电连接。并且，充电器120，在进行从外部电源210向蓄电装置70充电的充电模式时，基于来自ECU150的控制信号，将从外部电源210供给的电力变换为蓄电装置70的电压电平，对蓄电装置70充电。

ECU150生成用于驱动PCU60以及充电器120的控制信号，将该生成的控制信号向PCU60以及充电器120输出。

图2是图1所示的蓄电装置70以及充电器120的详细的构成图。

在本实施例中，蓄电装置70包括第1蓄电装置71和第2蓄电装置72。第1蓄电装置71和第2蓄电装置72相互并联连接于PCU60。第1蓄电装置71和第2蓄电装置72都是将多个电池单元串联连接而成的电池组。

第1蓄电装置71分成第1模块71A和第2模块71B而配置。第1模块71A和第2模块71B经由系统主继电器SMRA、SMRB串联连接。更具体地，第1模块71A的负极和第2模块71B的正极经由系统主继电器SMRA、SMRB连接。

第1蓄电装置71经由系统主继电器SMR1、SMR2连接于PCU60。更具体地，第1蓄电装置71的正极（第1模块71A的正极）经由系统主继电器SMR1连接于从PCU60延伸的电力线PL。第1蓄电装置71的负极（第2模块71B的负极）经由系统主继电器SMR2连接于从PCU60延伸的接地线GL。

第2蓄电装置72经由系统主继电器SMR3、SMR4而与第1蓄电装置71并联连接于PCU60。更具体地，第2蓄电装置72的正极经由系统主继电器SMR3连接于电力线PL。第2蓄电装置72的负极经由系统主继电器SMR4连接于接地线GL。

充电器120包括电力变换部121、电容器122和电压传感器123。

电力变换部121基于来自ECU150的控制信号，将从外部电源210经由充电端口110输入的交流电力变换为可充电到蓄电装置70的直流电力，并输出到蓄电装置70。

电容器122设置于充电器120的输出侧。更具体地，电容器122的正极连接于连接电力变换部121和蓄电装置70的电力线。电容器122的负极连接于连接电力变换部121和蓄电装置70的接地线。通过使电容器122蓄积电荷或者释放电荷，从而使从电力变换部121输出到蓄电装置70的电力平滑化。电压传感器123检测电容器122的端子间电压Vc，将检测结果输出到ECU150。

充电器120的电容器122经由充电用继电器CR1、CR2连接于第1蓄电装置71，并且经由充电用继电器CR3、CR4连接与第2蓄电装置72。更具体地，电容器122的正极经由充电用继电器CR1连接于第1蓄电装置71的正极（第1模块71A的正极）与系统主继电器SMR1之间的点P1。电容器122的负极经由充电用继电器CR2连接于第1蓄电装置71的负极（第2模块71B的负极）与系统主继电器SMR2之间的点G1。另外，电容器122的正极经由充电用继电器CR3连接于第2蓄电装置72的正极与系统主继电器SMR3之间的点P2。电容器122的负极经由充电用继电器CR4连接于第2蓄电装置72的负极与系统主继电器SMR4之间的点G2。因此，电容器122经由充电用继电器CR1、CR2以及系统主继电器SMR1、SMR2连接于PCU60，并且经由充电用继电器CR3、CR4以及系统主继电器SMR3、SMR4连接于PCU60。

系统主继电器SMR1~SMR4、SMRA、SMRB、充电用继电器CR1~CR4各继电器的接通断开分别通过来自ECU150的控制信号S1~S4、SA、SB、C1~C4来控制。

图3是表示上述的ECU150在充电模式时进行的控制处理步骤的流程图。该流程图，例如在用户将连接器200连接于充电端口110的情况下开始。该流程图的各步骤（以下，步骤简称为“S”）基本是通过由ECU150进行的软件处理来实现，但也可以通过由设置在ECU150的电子电路等进行的硬件处理来实现。

在S10中，ECU150使充电用继电器CR1~CR4、系统主继电器SMRA、SMRB接通，并且使系统主继电器SMR1~SMR4断开。

在S20中，ECU150使用外部电源210的电力对蓄电装置70充电。即，ECU150控制充电器120，以将从外部电源210经由充电端口110输入的交流电力变换为可充电到蓄电装置70的直流电力，并输出到蓄电装置70。

在S30中，ECU150判断从外部电源210向蓄电装置70的充电是否完成（结束）。该判断，例如基于在第1蓄电装置71以及第2蓄电装置72所蓄积的电力量是否达到目标值来进行。

若充电没有完成（S30中“否”），则处理返回到S10，重复执行S10以及S20的处理。

另一方面，若充电完成（S30中“是”），则ECU150在S40中，使充电用继电器CR1、CR2、系统主继电器SMR1、SMR2接通，并且使系统主继电器SMRA、SMRB、充电用继电器CR3、CR4、系统主继电器SMR3、SMR4断开。

在S50中，ECU150判断电容器122的端子间电压Vc是否比预定值V0小。在电容器122的端子间电压Vc比预定值V0大的情况下（S50中“否”），处理返回到S40。在电容器122的端子间电压Vc比预定值V0小的情况下（S40中“是”），ECU150使充电模式结束。另外，在充电模式结束后，各继电器断开。然后，当用户操作用于使车辆1行驶的未图示的启动开关时，系统主继电器SMR1~SMR4、SMRA、SMRB被接通，蓄电装置70与PCU60连接。

对基于上述的构造以及流程图的各继电器的工作进行说明。在充电模式中，在从外部电源210向蓄电装置70的充电完成之前，充电用继电器CR1~CR4、系统主继电器SMRA、SMRB接通（S10）。由此，蓄电装置70和充电器120被连接，确保了从外部电源210向蓄电装置70的充电路径（从外部电源210向第1蓄电装置71的充电路径以及从外部电源210向第2蓄电装置72的充电路径）。此时，系统主继电器SMR1~SMR4断开、且蓄电装置70与PCU60的连接以及充电器120与PCU60的连接被切断。因此，从蓄电装置70以及充电器120向PCU60的放电路径被切断。

另外，在充电中，在充电器120的输出侧设置的电容器122中也蓄积有电荷。因此，若在充电完成的时刻立即使充电用继电器CR1~CR4断开，则电荷会残留在电容器122中。

因此，本实施例中，在充电已完成的情况下，并不立即断开充电用继电器CR1~CR4，而是通过使充电用继电器CR1、CR2、系统主继电器SMR1、SMR2接通，从而使充电器120和PCU60连接。由此，可确保从充电器120的电容器122向PCU60的放电路径。

图4表示从充电器120的电容器122向PCU60的放电路径。如图4所示，通过使充电用继电器CR1、CR2、系统主继电器SMR1、SMR2接通来连接电容器122和PCU60，因此，充电完成时残留在电容器122中的电荷经过PCU60被放电。如此，PCU60作为电容器122的放电电路发挥功能，因此，能够不新设置专用的放电电路地使残留在电容器122中的电荷放电。

此时，系统主继电器SMRA、SMRB断开而第1蓄电装置71的内部的通电路径被切断。由此，从电容器122向第1蓄电装置71的充电路径被切断。另外，充电用继电器CR3、CR4、系统主继电器SMR3、SMR4断开而从电容器122向第2蓄电装置72的充电路径也被切断。因此，能够防止充电完成后残留在电容器122中的电荷被充电到第1蓄电装置71以及第2蓄电装置72而成为过充电。

如上所述，本实施例的车辆1，在从外部电源210向蓄电装置70的充电已完成的情况下，通过控制各继电器，切断从充电器120向蓄电装置70的充电路径，并且确保从充电器120向PCU60的放电路径。由此，在充电完成后，能够将充电完成时残留在充电器120的输出侧设置的电容器122中的电荷不供给到蓄电装置70而通过PCU60放电。因此，能够防止蓄电装置70的过充电，并且能够不新设置专用的放电电路地使残留在电容器122中的电荷放电。

另外，本实施例例如也可以如下进行变更。

在本实施例中，在具备第1蓄电装置71以及第2蓄电装置72的车辆1中应用了本发明，但在仅具备第1蓄电装置71的车辆中也可以应用本发明。

在本实施例中，使残留在电容器122中的电荷经过PCU60放电，但也可以经过已有的其他设备放电。

在本实施例中，在图3的S40的处理中，使充电用继电器CR1、CR2、系统主继电器SMR1、SMR2接通，使系统主继电器SMRA、SMRB、充电用继电器CR3、CR4、系统主继电器SMR3、SMR4断开。但是，图3的S40的处理中的各继电器的接通断开的组合，只要是能够切断从充电器120向蓄电装置70的充电路径并且确保从充电器120向PCU60的放电路径的组合即可。因此，各继电器的接通断开的组合例如可以如下进行变更。

在图3的S40的处理中，如图5所示，使充电用继电器CR2、CR3、系统主继电器SMR2、SMR3接通，使充电用继电器CR1、CR4、系统主继电器SMR1、SMR4、SMRA、SMRB断开。根据这样的组合，也能够防止蓄电装置70的过充电，并且使残留在电容器122中的电荷经过PCU60放电。

在图3的S40的处理中，如图6所示，使充电用继电器CR1、CR4、系统主继电器SMR1、SMR4接通，使充电用继电器CR2、CR3、系统主继电器SMR2、SMR3、SMRA、SMRB断开。根据这样的组合，也能够防止蓄电装置70的过充电，并且使残留在电容器122中的电荷经过PCU60放电。

应该认为，本次所公开的实施方式在所有的方面都是例示而不是限制性的内容。本发明的范围不是由上述的实施方式的说明而是由权利要求表示，包括与权利要求等同的意思以及范围内的所有的变更。

Claims

1.一种车辆，是能够与外部电源（210）连接的车辆，具备：

消耗电力的负载（60）；

第1继电器（SMR1、SMR2）；

第2继电器（SMRA、SMRB）；

第1蓄电装置（71），其经由所述第1继电器连接于所述负载，构成为经由所述第2继电器而串联连接有分开配置的多个电池模块（71A、71B）；

充电装置（120），其包括与所述负载并联连接于所述第1蓄电装置、并且经由所述第1继电器连接于所述负载的电容器（122），将从所述外部电源供给的电力变换为能够充电到所述第1蓄电装置的电力；以及

控制装置（150），其至少控制所述第1继电器以及所述第2继电器，

在从所述外部电源向所述第1蓄电装置的充电已完成的情况下，所述控制装置通过使所述第2继电器断开来切断从所述充电装置向所述第1蓄电装置的第1充电路径，并且通过使所述第1继电器接通来确保从所述充电装置向所述负载的放电路径，从而使残留于所述电容器的电荷通过所述负载放电。

2.根据权利要求1所述的车辆，其中，

在进行所述充电的情况下，所述控制装置通过使所述第1继电器断开来切断所述放电路径，并且通过使所述第2继电器接通来确保所述第1充电路径。

3.根据权利要求2所述的车辆，其中，

所述车辆还具备第3继电器（CR1、CR2），

所述电容器经由所述第3继电器连接于所述第1蓄电装置，并且经由所述第1继电器以及所述第3继电器连接于所述负载，

在进行所述充电的情况下，所述控制装置通过使所述第1继电器断开来切断所述放电路径，并且通过使所述第2继电器以及所述第3继电器接通来确保所述第1充电路径，

在所述充电已完成的情况下，所述控制装置通过使所述第2继电器断开来切断所述第1充电路径，并且通过使所述第1继电器以及所述第3继电器接通来确保所述放电路径。

4.根据权利要求3所述的车辆，其中，

所述车辆还具备：

第4继电器（SMR3、SMR4）；

第5继电器（CR3、CR4）；以及

第2蓄电装置（72），其经由所述第4继电器而与所述第1蓄电装置并联连接于所述负载，并且经由所述第1继电器、所述第3继电器以及所述第4继电器连接于所述电容器，并且经由所述第5继电器连接于所述电容器，

在进行所述充电的情况下，所述控制装置通过使所述第1继电器以及所述第4继电器断开来切断所述放电路径，并且通过使所述第2继电器、所述第3继电器以及所述第5继电器接通来确保所述第1充电路径以及从所述充电装置向所述第2蓄电装置的第2充电路径，

在所述充电已完成的情况下，所述控制装置通过使所述第2继电器、所述第4继电器以及所述第5继电器断开来切断所述第1充电路径以及所述第2充电路径，并且通过使所述第1继电器以及所述第3继电器接通来确保所述放电路径。

5.根据权利要求1所述的车辆，其中，

所述负载是用于将所述第1蓄电装置的电力变换为用于驱动电动机（20、30）的电力的电力控制装置，所述电动机用于产生所述车辆的驱动力。