CN103318049B - 电动车辆的控制装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供电动车辆的控制装置。ECU(61)在由点火开关(71)指示燃料电池车辆(11)的起动、且根据CONNECT信号的电压检测出供电口(11a)和供电连接器(12a)嵌合的情况下，选择控制向逆变器装置(12)的供电模式，在由点火开关(71)指示燃料电池车辆(11)的起动、且根据CONNECT信号的电压检测出供电口(11a)和供电连接器(12a)未嵌合的情况下，选择控制燃料电池车辆(11)的行驶模式。

Description

电动车辆的控制装置
技术领域
本发明涉及电动车辆的控制装置。
背景技术
以往已知如下车辆：例如在车辆连接有充电缆线的情况下，从充电缆线向车辆的控制装置输出指示(pilot)信号，利用取得该指示信号的车辆的控制装置识别出要求从外部装置向车辆的充电和从车辆向外部装置的供电中的任一方，根据该识别结果执行充电或者发电的工作(例如，参照国际公开第2011/125214号)。
发明内容
根据上述现有技术所涉及的车辆，产生在车辆的外部具备规定设备(电路)的需要，该规定设备对车辆输出要求充电或者供电的信号，并且产生具备信号电路的需要，该信号电路用于从规定设备(电路)向车辆输入该信号，从而产生装置构成所需的费用升高的问题。
本发明所涉及的方式是鉴于上述情况完成的，其目的在于提供如下电动车辆的控制装置：防止装置构成所需的费用升高，不需要外部的设备、装置等，而能独立且统一地控制向外部的供电。
本发明所涉及的方式为了解决上述问题并达到上述目的，采用以下的方式。
(1)本发明所涉及的一方式的电动车辆的控制装置具备：电源；行驶用电动机，其由前述电源的电力驱动；开关，其设于车室内、指示电动车辆的起动；嵌合检测单元，其对与前述电源连接的前述电动车辆的供电口和能对车辆外部的设备供给前述电源的电力的供电连接器之间有无嵌合进行检测；以及控制单元，前述控制单元具备模式切换单元，在由前述开关指示前述电动车辆的起动、且由前述嵌合检测单元检测出前述供电口和前述供电连接器之间嵌合的情况下，所述模式切换单元选择控制向前述设备的供电的供电模式，在由前述开关指示前述电动车辆的起动、且由前述嵌合检测单元检测出前述供电口和前述供电连接器之间未嵌合的情况下，前述模式切换单元选择控制前述电动车辆的行驶的行驶模式。
(2)在上述(1)的方式中，可以还具备能切断前述电源和前述设备之间的连接的外部供电连接器。
(3)在上述(1)或者(2)的方式中，可以还具备供给控制用电力的控制用电力供给单元，前述控制用电力使控制从前述供电连接器向前述设备的供电的电力控制单元工作。
根据上述(1)的方式，不需要在电动车辆的外部设置例如适当的设备、装置等、而是通过独立地兼用由用于电动车辆的起动的开关等构成的信号系统，由此能控制向车辆外部的设备的供电。由此，能防止装置构成所需的费用升高，并且相对于例如发电的电源，能在向车辆外部的设备的供电结束时自动地使发电停止，能防止不需要的发电。
而且，能利用电动车辆的控制装置统一且集中地控制向车辆外部的设备的供电，能在发生异常时迅速且容易地停止供电，并且能简化供电的开始工序和结束工序，能防止误操作的发生。
根据上述(2)的方式，利用电动车辆的控制装置控制外部供电连接器，由此能在发生异常时迅速且可靠地停止供电。
根据上述(3)的方式，利用电动车辆的控制装置对控制用电力供给单元进行控制，由此能在发生异常时迅速且可靠地使电力控制单元的工作停止。
附图说明
图1是本发明的实施方式所涉及的供电系统的构成图。
图2是表示由本发明的实施方式所涉及的供电系统的逆变器电压传感器所检测的逆变器电压(检测值)VI和在ECU中所取得的VINV信号的电压之间的对应关系的坐标图。
具体实施方式
以下，一边参照附图一边对本发明的一实施方式所涉及的电动车辆的控制装置进行说明。
如例如图1所示，本实施方式的电动车辆的控制装置搭载于构成供电系统10的燃料电池车辆(电动车辆)11，该供电系统10例如构成为具备燃料电池车辆11和与该燃料电池车辆11分开设置的逆变器装置(设备)12，对外部的交流设备等外部负载13供给电力。
并且，本实施方式的电动车辆的控制装置例如设为搭载于燃料电池车辆11的控制装置34。
燃料电池车辆11例如在车辆后部的行李箱内等具备与燃料电池车辆11的电源连接的供电口11a，能将逆变器装置12搭载于行李箱内等。
逆变器装置12例如具备供电连接器12a，供电连接器12a能拆装地嵌合于在燃料电池车辆11中设置的供电口11a。
并且，如后所述，供电连接器12a具备多个连接器引脚，多个连接器引脚能与设于供电口11a的多个端子电连接。
逆变器装置12的供电连接器12a与燃料电池车辆11的供电口11a嵌合，伴随该嵌合，供电连接器12a的多个连接器引脚与供电口11a的多个端子连接，由此燃料电池车辆11和逆变器装置12电连接。
另外，逆变器装置12例如具备能电连接外部负载13的电力输出部12b，将从供电连接器12a输入的燃料电池车辆11的直流电力转换为交流电力，能将该转换后的交流电力从电力输出部12b供给到外部负载13。
燃料电池车辆11例如构成为具备燃料电池堆(电源)21、电池(电源)22、电压调节器(VCU)23、行驶用电动机24、功率驱动单元(PDU)25、气泵26、气泵用逆变器(APINV)27、降压器(DV)28、12V电池29、电池预充电部30和电池连接器部31、外部供电预充电部32和外部供电连接器部33以及控制装置34。
燃料电池堆21例如层叠多组进一步由一对隔板夹持电解质电极结构体而成的燃料电池单元而构成，电解质电极结构体用由阳极催化剂和气体扩散层构成的燃料极(阳极)与由阴极催化剂和气体扩散层构成的氧极(阴极)夹持由阳离子交换膜等构成的固体高分子电解质膜而成。并且，燃料电池单元的层叠体由一对端板(end plate)从层叠方向的两侧被夹住。
能对燃料电池堆21的阴极从气泵26供给作为含氧的氧化剂气体(反应气体)的空气，能对阳极从高压的氢罐(省略图示)等供给含氢的燃料气体(反应气体)。
并且，在供给反应气体时，在阳极的阳极催化剂上利用催化剂反应而离子化的氢通过被适当加湿的固体高分子电解质膜向阴极移动，伴随该移动而产生的电子被外部电路取出，产生直流电力。此时，在阴极中，氢离子、电子以及氧发生反应而生成水。
电池22例如是高压系的锂离子型等2次电池，通过电压调节器23连接到燃料电池堆21。
电压调节器23例如具备DC-DC转换器等，针对燃料电池堆21与电池22之间的电力授受进行电压调节。
此外，电压调节器23例如在电池22侧具备平滑电容器23a。
行驶用电动机24例如是U相、V相、W相的3相DC无刷电动机，能根据基于功率驱动单元25的控制进行牵引运转和发电运转。
例如，行驶用电动机24对各相线圈通交流相电流，由此进行牵引运转，通过变速器(T/M)24a驱动驱动轮W。另外，在燃料电池车辆11减速时等从驱动轮侧传递驱动力，由此进行发电运转(再生运转)，输出发电电力(再生电力)。
功率驱动单元25例如构成为具备基于脉冲宽度调制(PWM)的逆变器，该逆变器具备使用多个晶体管等开关元件桥接而成的电桥电路和平滑电容器等。
该逆变器例如在行驶用电动机24牵引运转时，基于从控制装置34输出的PWM信号，切换按各相成对的各开关元件的接通(导通)/断开(切断)。由此，将从电池22通过电压调节器23供给的直流电力或者从燃料电池堆21供给的直流电力转换为3相交流电力，使行驶用电动机24向各相线圈的通电依次换向，由此交流的各相电流流通。
另一方面，例如在行驶用电动机24发电运转时，逆变器根据基于行驶用电动机24的转子的旋转角而取得同步的门信号使各开关元件接通(导通)/断开(切断)，将从行驶用电动机24输出的交流的发电电力转换为直流电力。
气泵26例如是具备利用从气泵用逆变器27输出的交流电力而被驱动旋转的泵驱动用电动机(省略图示)的电动压缩机，从外部取入空气并压缩，将压缩后的空气作为反应气体供给到燃料电池堆21的阴极。
气泵用逆变器27例如是基于脉冲宽度调制(PWM)的PWM逆变器等，基于从控制装置34输出的控制信号，利用从电池22通过电压调节器23供给的直流电力或者从燃料电池堆21供给的直流电力对气泵26的泵驱动用电动机进行旋转驱动，控制泵驱动用电动机的旋转数。
降压器28例如具备DC-DC转换器等，将电池22的高压的端子间电压或者从燃料电池堆21通过电压调节器23施加的高压的电压降压至低压的规定电压(12V)，利用降压后的规定电压的电力对12V电池29充电。
12V电池29例如输出低压的规定电压的电力，该电力用于驱动控制装置34和由各种副机类构成的电气负载。
电池预充电部30和电池连接器部31例如设于电池22与电压调节器23以及降压器28之间。
电池预充电部30例如由串联连接的预充电连接器41和预充电电阻42构成。
电池连接器部31例如由正极侧电池连接器43和负极侧电池连接器44构成，正极侧电池连接器43在燃料电池车辆11的正极侧的高压线(HV+)中与电池22的正极端子连接，负极侧电池连接器44在负极侧的高压线(HV-)中与电池22的负极端子连接。
并且，电池预充电部30与正极侧电池连接器43的两端(即，与正极侧电池连接器43并联)连接。
外部供电预充电部32和外部供电连接器部33例如设于电池预充电部30以及电池连接器部31与供电口11a之间。
外部供电预充电部32例如由串联连接的预充电连接器(外部供电连接器)51和预充电电阻52构成。
外部供电连接器部33例如由正极侧外部供电连接器(外部供电连接器)53和负极侧外部供电连接器(外部供电连接器)54构成，正极侧外部供电连接器53在燃料电池车辆11的正极侧的高压线(HV+)中与正极侧电池连接器43连接，负极侧外部供电连接器54在负极侧的高压线(HV-)中与负极侧电池连接器44连接。
并且，外部供电预充电部32与正极侧外部供电连接器53的两端(即，与正极侧外部供电连接器53并联)连接。
并且，各连接器41、43、44、51、53、54例如能基于从控制装置34输出的控制信号切换导通和切断。
控制装置34例如具备由CPU(Central Processing Unit：中央处理器)等电子电路构成的ECU(Electronic Control Unit：电子控制单元)61。
ECU(嵌合检测单元、控制单元、模式切换单元、控制用电力供给单元)61例如控制功率驱动单元25的电力转换工作，由此控制行驶用电动机24的牵引运转和发电运转。
例如，ECU61基于从各种传感器、开关等输出的信号算出行驶用电动机24的目标转矩，按照使实际上从行驶用电动机24输出的转矩与目标转矩一致的方式，执行相对于对行驶用电动机24通电的电流的反馈控制等。
ECU61例如控制气泵用逆变器27的电力转换工作、设于反应气体的流路上的各种阀门的开闭、电压调节器23的电压调节工作等，由此控制反应气体向燃料电池堆21的供给和燃料电池堆21的发电量。
ECU61例如基于从各种传感器、开关等输出的信号，而且基于从逆变器控制装置(电力控制单元)82输出的信号等，进行包含电池22的高压电气系统的监视和保护等控制。
例如，ECU61基于点火开关71和功率开关72等的各指令信号、速度传感器73和油门踏板开度传感器74以及刹车踏板开关(省略图示)等的各检测信号，控制燃料电池车辆11的运转状态。
此外，点火开关71输出根据驾驶员的操作指示燃料电池车辆11的起动和停止的指令信号(IGSW)。
另外，功率开关72输出根据驾驶员的操作指示燃料电池堆21的起动(例如，气泵26的起动等)的指令信号(PSW)。
另外，速度传感器73检测燃料电池车辆11的速度。
另外，油门踏板开度传感器74检测与驾驶员对油门踏板的踩踏相应的油门踏板的行程量(油门开度)。
另外，刹车踏板开关检测有无驾驶员对刹车踏板的操作。
另外，例如，ECU61基于检测电池22的端子间电压(电池电压)VB的电池电压传感器75、检测电流IB的电池电流传感器76以及检测温度TB的电池温度传感器77的各检测信号，算出剩余容量SOC(State Of Charge：充电状态)等各种状态量。
并且，基于算出的各种状态量，控制电池预充电部30和电池连接器部31的导通和切断，由此控制电池22的充电和放电。
此外，在ECU61上与各种传感器、开关等一起连接着由显示燃料电池车辆11的各种状态的计量仪器类构成的仪表78。
而且，如后所述，ECU61控制向与燃料电池车辆11连接的逆变器装置12的供电和逆变器装置12的电力转换工作，并且探测逆变器装置12有无异常。
例如，ECU61控制外部供电预充电部32和外部供电连接器部33的导通和切断，由此控制向逆变器装置12的供电。
逆变器装置12例如构成为具备至少一个以上逆变器81和逆变器控制装置82。
逆变器81例如具备使用多个晶体管等开关元件桥接而成的电桥电路和平滑电容器等，基于从逆变器控制装置82输出的开关指令信号切换各开关元件的接通(导通)/断开(切断)。由此，将通过与设于燃料电池车辆11的供电口11a嵌合的供电连接器12a从燃料电池车辆11的电源(例如，燃料电池堆21和电池22等)供给的直流电力转换为交流电力，能将转换后的交流电力供给到外部负载13。
此外，逆变器81例如通过平滑电容器81a与外部供电连接器部33连接。
逆变器控制装置82例如利用从燃料电池车辆11的ECU61供给的控制用电力进行工作，根据从ECU61输出的各种指令信号，控制逆变器81的电力转换工作和供电连接器12a的电磁锁83的工作，由此控制向外部负载13的供电。
另外，逆变器控制装置82例如基于检测逆变器81的输入电压(逆变器电压VI)的逆变器电压传感器84的检测信号，输出逆变器装置12的状态所涉及的信息的信号(例如，后述的逆变器电压的VINV信号等)。
逆变器控制装置82例如具备：与供电连接器12a所具备的各连接器引脚P1～P10连接的各端子；供给用于驱动供电连接器12a的电磁锁83的电力的、与电磁锁83的输入端子P11连接的端子；以及与设于供电连接器12a的微动开关等断路探测电路(省略图示)的输出端子P12连接的端子。
并且，燃料电池车辆11的供电口11a具备与供电连接器12a的各连接器引脚P1～P10连接的各端子，控制装置34的ECU61具备利用适当的信号线与供电口11a的各端子连接的各端子。
此外，供电连接器12a的连接器引脚P2例如用于供给从控制装置34的ECU61向逆变器控制装置82输出的逆变器输出许可信号、即指示许可从逆变器装置12向外部负载13输出电力的信号。
另外，供电连接器12a的连接器引脚P4例如用于供给表示在控制装置34的ECU61和逆变器控制装置82中接地的电位的LG信号、即指示从燃料电池车辆11向逆变器装置12的供电许可和禁止的信号。
另外，供电连接器12a的连接器引脚P5例如与燃料电池车辆11的电源(例如，燃料电池堆21和电池22等)的负极侧的高压线(HV-)连接，用于从燃料电池车辆11向逆变器装置12的负极侧高压的供电。
另外，供电连接器12a的连接器引脚P6例如与燃料电池车辆11的电源(例如，燃料电池堆21和电池22等)的正极侧的高压线(HV+)连接，用于从燃料电池车辆11向逆变器装置12的正极侧的高压的供电。
另外，供电连接器12a的连接器引脚P7例如用于供给从逆变器控制装置82向控制装置34的ECU61输出的STOP/CONNECT信号(以下仅称为CONNECT信号)、即表示供电口11a和供电连接器12a之间有无嵌合的嵌合信号。
另外，供电连接器12a的连接器引脚P8例如用于供给从控制装置34的ECU61向逆变器控制装置82输出的VCC信号、即与从ECU61向逆变器控制装置82供给的控制用电压相应的规定的控制用电压(5V)的信号。
另外，供电连接器12a的连接器引脚P9例如用于供给从逆变器控制装置82向控制装置34的ECU61输出的VINV信号、即与由逆变器电压传感器84所检测的逆变器电压(检测值)VI相应的电压的信号。
另外，供电连接器12a的连接器引脚P10例如用于供给从控制装置34的ECU61向逆变器控制装置82输出的IPG信号、即与从ECU61向逆变器控制装置82供给的控制用电压相应的规定的控制用电压(12V)的信号。
此外，VCC信号利用与由于供电口11a和供电连接器12a嵌合而处于连接状态的连接器引脚P8连接的VCC信号电压线LH，从ECU61向逆变器控制装置82施加规定的控制用电压。
VCC信号的规定的控制用电压(5V)是例如在燃料电池车辆11的控制装置34中，将基于为了驱动该控制装置34而从12V电池29供给的电力的规定电压(12V)分压为相当于逆变器控制装置82所具备的A/D转换器(省略图示)的基准电压的电压而得到的。
另外，VINV信号利用与由于供电口11a和供电连接器12a嵌合而处于连接状态的连接器引脚P9连接的VINV信号电压线LL，从逆变器控制装置82向ECU61施加与从燃料电池车辆11向逆变器装置12的供电状态相应的电压。
此外，VINV信号电压线LL例如在燃料电池车辆11的控制装置34中，利用规定的上拉电阻RL与VCC信号电压线LH连接。
并且，如例如图2所示，VINV信号的电压是在燃料电池车辆11的控制装置34中，根据从燃料电池车辆11向逆变器装置12的供电状态、例如逆变器电压(检测值)VI对VCC信号的规定的控制用电压(5V)进行分压而得到的。
例如，在供电口11a和供电连接器12a正常嵌合的状态下，在逆变器电压(检测值)VI处于零至规定的最大电压Va的正常电压范围内的情况下，在ECU61中所取得的VINV信号的电压处于0.5(V)～4.5(V)的电压范围内。
另外，如例如下述表1所示，在供电口11a与供电连接器12a之间正极侧和负极侧的高压线(HV+、HV-)彼此未连接的情况(未嵌合)、逆变器装置12中的VINV信号电压线LL、逆变器电压传感器84等中产生断路的情况下，在ECU61中所取得的VINV信号的电压等于VCC信号的规定的控制用电压(5V)。
另外，例如在供电口11a与供电连接器12a之间正极侧和负极侧的相互的高压线(HV+、HV-)短路的情况、在逆变器装置12中的逆变器电压传感器84等中产生短路的情况下，在ECU61中所取得的VINV信号的电压为零。
另外，CONNECT信号利用与由于供电口11a和供电连接器12a嵌合而处于连接状态的连接器引脚P7连接的CONNECT信号电压线LA，从逆变器控制装置82向ECU61施加与CONNECT信号电压线LA的连接状态相应的电压。
此外，CONNECT信号电压线LA例如在燃料电池车辆11的控制装置34中，利用规定的上拉电阻R A与VCC信号电压线LH连接。
并且，如例如所述表1所示，CONNECT信号的电压在燃料电池车辆11的控制装置34中，根据CONNECT信号电压线LA的连接状态对VCC信号的规定的控制用电压(5V)进行分压而得到。
例如，在供电口11a和供电连接器12a正常嵌合的情况下，在ECU61中所取得的CONNECT信号的电压处于1(V)～4(V)的电压范围内。
另外，例如，在供电口11a与供电连接器12a之间未连接(未嵌合)正极侧和负极侧的相互的CONNECT信号电压线LA的情况、在逆变器装置12中产生CONNECT信号电压线LA的断路的情况下，ECU61中所取得的CONNECT信号的电压等于VCC信号的规定的控制用电压(5V)。
另外，例如，在CONNECT信号电压线LA产生短路的情况下，在ECU61中所取得的CONNECT信号的电压为零。
即，如例如所述表1所示，在VINV信号和CONNECT信号产生短路的情况下(short：短路)，在ECU61中所取得的VINV信号和CONNECT信号的各电压为零。
根据本实施方式的供电系统10具备所述构成，接着对该供电系统10的工作、特别是ECU61的工作进行说明。
ECU61例如在由点火开关71指示燃料电池车辆11的起动、且至少根据VINV信号或者CONNECT信号的电压检测出供电口11a和供电连接器12a嵌合的情况下，选择控制向逆变器装置12的供电的供电模式。
在该供电模式中，ECU61例如执行将变速器24a的移动位置固定在停车位置、以及将行驶用电动机24的转矩设为零转矩中的至少一方，由此实施将燃料电池车辆11设为停止行驶状态的联锁(interlock)。
而且，ECU61例如在仪表78、适当的灯体(省略图示)中使表示联锁实施中的警告灯点亮。
并且，ECU61例如使各连接器51、53、54从切断切换为导通等，由此执行从燃料电池车辆11向逆变器装置12的供电。
另外，ECU61例如在由点火开关71指示燃料电池车辆11的起动、且至少根据VINV信号或者CONNECT信号的电压检测出供电口11a和供电连接器12a未嵌合的情况下，选择控制燃料电池车辆11的行驶的行驶模式。
在该行驶模式中，ECU61例如停止联锁的实施。
并且，ECU61例如将各连接器51、53、54从导通切换为切断等，由此停止从燃料电池车辆11向逆变器装置12的供电。
如上所述，根据本实施方式的电动车辆的控制装置，不需要在燃料电池车辆11的外部设置例如适当的设备、装置等，而是通过独立地兼用由用于燃料电池车辆11的起动的点火开关71构成的信号系统，由此能控制向逆变器装置12的供电。
由此，能防止装置构成所需的费用升高，并且相对于例如燃料电池堆21，能在向逆变器装置12的供电结束时自动地使发电停止，能防止不需要的发电。
而且，能利用车辆侧的控制装置34统一且集中地控制向逆变器装置12的供电，能在发生异常时迅速且容易地停止供电，并且能简化供电的开始工序和结束工序，能防止误操作的发生。
而且，通过利用车辆侧的控制装置34控制各连接器51、53、54，由此能在发生异常时迅速且可靠地停止供电。
而且，利用车辆侧的控制装置34控制使逆变器控制装置82工作所需的控制用电力的供给，由此能在发生异常时迅速且可靠地使控制用电力的供给停止。
此外，在上述的实施方式中，设为供电系统10具备燃料电池车辆11，但是不限与此，可以取代燃料电池车辆11而具备例如混合动力车辆等其他的电动车辆。
伴随于此，对逆变器装置12供电的车辆侧的电源除了燃料电池堆21、电池22之外，还可以是由搭载于电动车辆的电容器、内燃机驱动的发电动机等。

Claims (2)

1.一种电动车辆的控制装置，其特征在于，具备：
电源；
行驶用电动机，其由前述电源的电力驱动；
开关，其设于车室内，指示电动车辆的起动；
嵌合检测单元，其对与前述电源连接的前述电动车辆的供电口和能对车辆外部的设备供给前述电源的电力的供电连接器之间是否嵌合进行检测；
对控制用电力进行供给的控制用电力供给单元，所述控制用电力使控制从前述供电连接器向前述设备的供电的电力控制单元工作；以及
控制单元，
所述电力控制单元与所述电动车辆分开设置，
所述控制用电力供给单元设置在所述电动车辆中，
前述控制单元具备模式切换单元，
在由前述开关指示前述电动车辆的起动、且由前述嵌合检测单元检测出前述供电口和前述供电连接器之间嵌合的情况下，前述模式切换单元选择控制向前述设备的供电的供电模式，
在由前述开关指示前述电动车辆的起动、且由前述嵌合检测单元检测出前述供电口和前述供电连接器之间未嵌合的情况下，前述模式切换单元选择控制前述电动车辆的行驶的行驶模式。
2.根据权利要求1所述的电动车辆的控制装置，其特征在于，
所述控制装置还具备能切断前述电源和前述设备之间的连接的外部供电连接器，
所述控制用电力供给单元，对所述外部供电连接器进行控制。
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