CN103702858B - 电动车 - Google Patents

Abstract

提供一种在具备发生了碰撞时对电容器进行放电的放电设备的电动车中，防止由于马达的反电动势所引起的感应电流而使放电设备受到损伤的技术。混合动力车（100）具备电容器（C1）、电流传感器（14）、放电电路（20）及控制器（30）。电容器（C1）与逆变器（13）的输入侧连接。放电电路（20）与电容器（C1）并联连接。电流传感器（14）对马达（MG）的反电动势所引起的感应电流进行计测。控制器（30）在被输入了表示异常或碰撞的信号时，在电流传感器（14）计测的感应电流的大小低于既定的电流阈值的情况下使放电电路（20）工作，在反电动势电流的大小超过电流阈值的情况下使放电电路（20）不工作。

Description

电动车

技术领域

本发明涉及一种具有车轮驱动用的电动机（马达）的电动车。本说明书中的“电动车”也包括具备车轮驱动用的马达和发动机的混合动力车。而且，“电动车”也包括燃料电池车。

背景技术

电动车具备将从蓄电池供给的直流电力转换成适合于马达驱动的交流电力的逆变器。为了抑制逆变器内的开关电路的动作所引起的电流的脉动，多在逆变器的输入端连接有电容器（平滑化电容器）。而且，电动车在逆变器的前段还具备对蓄电池的输出电压进行改变的电压转换器。为了抑制电压转换器的动作所引起的电流的脉动，有时在电压转换器的输入端也连接有电容器（滤波电容器）。由于对车轮驱动用马达进行驱动需要大电力，因此这些电容器也使用大容量的结构。

在车辆发生了碰撞时为了确保使用者的安全性，或者在紧急事态下为了确保使用者的安全性，电动车优选具有将蓄积于上述的电容器中的电力迅速地放电的设备（放电设备）。具备放电设备的电动车例如在专利文献1中被公开。如专利文献1公开那样，放电设备的典型是放电电阻。

专利文献1：日本特开2010-193691号公报

发明内容

放电设备需要与电容器并联连接，因此结果是放电设备也与逆变器的输入端子连接。在使放电设备动作时若马达旋转，则马达的反电动势所引起的感应电流也向放电设备流动。因此，即使放电设备能够接受的电流的大小超过从电容器流出的电流的大小，但在无法容许从电容器流动的电流与感应电流之和时，放电设备也有可能损伤。例如在电动车与障碍物发生了碰撞时，即使逆变器停止，车轮（马达）也因惰性而旋转，有时会产生感应电流。本说明书提供一种防止由于马达的反电动势所引起的感应电流而使放电设备受到损伤的技术。

本说明书公开的电动车的一形态具备电容器、电流传感器、放电设备及控制器。电容器如上述那样连接于逆变器的两个输入端子之间。放电设备与电容器并联连接。放电设备典型而言可以是电阻（放电电阻）。电流传感器对马达的反电动势所引起的感应电流进行计测。当被输入了表示异常的信号或表示碰撞的信号时，在电流传感器计测的感应电流的大小低于既定的电流阈值的情况下，控制器使放电设备工作，在反电动势电流的大小超过电流阈值的情况下使放电设备不工作。

上述的电动车根据马达的反电动势所引起的感应电流的大小来决定是否使放电设备工作。另外，放电设备通常不工作。上述的电动车在感应电流超过电流阈值时使放电设备不工作，因此能够保护放电设备免受损伤。

另一方面，在碰撞时、紧急事态下希望尽可能迅速地有效利用放电设备。因此，控制器在如下两个条件中的任一条件成立时使放电设备工作。即：

条件1：感应电流的大小低于第一电流阈值时。

条件2：感应电流的大小低于比第一电流阈值大的第二电流阈值且感应电流的下降率比既定的下降率阈值大时。

第一电流容许值相当于放电设备容许的感应电流的大小。条件2表示即使电流传感器计测出的电流超过放电设备的容许值也能立即消除这种情况。若感应电流的大小急剧下降，则即使超过放电设备的容许值的电流在短期间内流动，放电设备损伤的可能性也小。通过采用条件2，不会损伤放电设备，而且能够使放电设备在尽量早的时期工作。

在本说明书公开的另一形态中，优选将上述的逆变器、电容器、放电设备、电流传感器、控制器被收纳于一个壳体中。在电动车与障碍物发生了碰撞时，几个单元有可能发生破损。因此，与多个单元协作地控制放电设备相比，将与放电设备相关的部件全部收纳于一个壳体中这一结构在碰撞时能够使放电设备工作的可能性高。

本说明书公开的技术的详情及进一步的改良通过发明的实施方式进行说明。

附图说明

图1是混合动力车的示意性的系统图。

图2是混合动力车的电力系统的示意性的电路图。

图3是放电处理的流程图。

图4是用于说明两个电流阈值的感应电流的坐标图的一例。

具体实施方式

图1示出实施例的电动车的示意性的系统图。另外，要注意到图1的系统图仅示出与本发明相关的要素，而未示出车辆具备的全部要素。本实施例的电动车是同时具备车轮驱动用的马达和发动机的混合动力车100。发动机EG和马达MG与动力分配器TM（参照图2）一起构成传动系统5，搭载于前隔间内。动力分配器TM是对发动机EG与马达MG的输出进行分配/融合而向车轴WA传递的齿轮单元。虽然省略结构的详细说明，但混合动力车100通过适当地控制动力分配器TM，能够仅利用发动机EG进行行驶、仅利用马达MG进行行驶及通过发动机EG与马达MG的输出的合力进行行驶。而且，混合动力车100也能够利用制动时的车辆的动能从输出侧驱动马达MG，由此进行发电，而对蓄电池BT进行充电。

在传动系统5之上搭载有动力控制器2。在动力控制器2上安装有使蓄电池BT的电压升压成适合于马达驱动的电压的电压转换器（DCDC转换器）的电路及将直流电力转换成交流电力的逆变器的电路。而且，在动力控制器2上也安装有在表示车辆发生了碰撞这一情况的信号或表示发生了异常这一情况的信号被输入时对蓄积于电容器中的电荷进行放电的放电电路。表示车辆发生了碰撞这一情况的信号或表示发生了异常这一情况的信号从动力控制器2的上位控制器即HV控制器4传送。车辆的碰撞由气囊系统所具备的加速度传感器3检测。加速度传感器3的信号经由HV控制器4而向动力控制器2传送。在向动力控制器2传送的异常信号中，例如具有表示控制器间的通信异常的信号。另外，动力控制器2始终监控其与HV控制器4的通信线，在与HV控制器4的通信中断时，判断为发生了通信异常。另外，HV控制器4除了动力控制器2之外，还综合性地控制传动系统5内的动力分配器TM和发动机EG。HV控制器4根据蓄电池BT的剩余量、加速器开度、车速、其他车辆状态来决定动力控制器2的输出（即向马达的指令）、向发动机EG的燃料喷射量及动力分配器TM中的动力分配比率，并分别作出指令。

图2示出混合动力车100的电力系统的示意性的电路图。图2尤其详细地描绘了动力控制器2内部的电路图。概略而言，在动力控制器2的内部内置有电压转换器12、放电电路20（放电设备）、逆变器13、两种电容器C1、C2、电流传感器14及控制器30。上述的模块全部收纳于动力控制器2的壳体内。

蓄电池BT经由系统主继电器SMR而与动力控制器2内的电压转换器12连接。电压转换器12是升降压转换器，能够进行使蓄电池BT的输出电压升压成适合于马达驱动的电压的升压动作和使马达MG产生的反电动势的电压降压至蓄电池BT的电压的降压动作。典型而言，蓄电池BT的输出电压为300V左右，高压侧的电压为600V左右。电压转换器12的电抗器L1、两个晶体管Tr7、Tr8及两个二极管D7、D8构成图2所示的电路。进行升降压动作的图2的电路众所周知，因此省略详细的说明。

在电压转换器12的低压侧（蓄电池BT侧）的端子上连接有滤波电容器C2。滤波电容器C2为了抑制由电抗器L1产生的电流的脉动而具备。

电压转换器12的高压侧的端子与逆变器13的输入端连接。在逆变器13中，六个晶体管Tr1～Tr6及六个二极管D1～D6（回流二极管）构成图2所示的电路。如图2所示，将三组串联连接的两个晶体管的组并联连接。从三组分别输出UVW的三相的交流电力。众所周知，将通过高电位侧的晶体管Tr1～Tr3的线路称为“上支路”，将通过低电位侧的晶体管Tr4～Tr6的线路称为“下支路”。而且，向上支路供给电力的共用的高电位线称为P线，在下支路中共用的低电位线称为N线。N线与蓄电池BT的低电位侧端子直接连接。将逆变器13的输出向马达MG供给。在将逆变器13与马达MG连接的线缆上设有电流传感器14。电流传感器14是使用了霍尔元件的非接触类型的电流传感器。电流传感器14主要用于马达的电流反馈控制中。而且，电流传感器14的数据如后述那样，还在决定放电电路20的工作/非工作时使用。即，电流传感器14对由于马达的反电动势而在逆变器13中逆流的感应电流进行计测。

在电压转换器12与逆变器13之间并联连接有平滑化电容器C1和放电电路20。平滑化电容器C1为了对向逆变器13输入的输入电流进行平滑化而具备。动力控制器2对车辆驱动用的马达进行驱动，因此处理大的电流。因此，滤波电容器C2和平滑化电容器C1使用大容量的电容器。在碰撞等紧急事态下，为了确保使用者的安全，希望对蓄积于电容器C1、C2内的电荷迅速地进行放电。放电电路20为此而具备。

放电电路20由放电电阻24和将放电电阻连接/切断的开关22构成。开关22由控制器30控制。放电电阻由电阻值大且容易发热的金属制作。在紧急时，通过将放电电阻24连接，而使蓄积于电容器C1中的电荷（电流）向放电电阻24流入。而且，从图2明确可知，蓄积于电容器C2中的电荷也通过电压转换器12而向放电电路20流动。即使电压转换器12不工作，蓄积于电容器C2中的电荷也通过二极管D7而向放电电路20流动。通过放电电阻24，将蓄积于电容器C1、C2中的电能转换成热量而散逸。

放电电阻24中规定了最大容许电流，当超过该最大容许电流的电流流动时，有可能造成损伤。另一方面，当从外部（车轴侧）驱动马达MG时，产生反电动势，反电动势所引起的感应电流相反地沿着逆变器13而到达放电电路20。从图2明确可知，即使逆变器13不工作，感应电流也通过回流二极管D1～D6而到达放电电路20。在使放电电路20工作时流动的电流的大小除了取决于蓄积于电容器C1、C2的容量之外，还取决于反电动势所引起的感应电流的大小。因此，在感应电流大时若使放电电路20工作，则存在超过最大容许电流的电流流动的可能性。因此，控制器30根据感应电流的大小来决定是否连接放电电路20。

图3示出放电处理的流程图。图3的处理由控制器30执行。控制器30在从HV控制器4接收到表示异常或碰撞的信号时，开始图3的处理。另外，放电电路20的开关22通常为断开。即，放电电路20通常从电力系统的系统（电容器C1、C2、逆变器13）被切断。

当开始放电处理时，控制器30首先将电流传感器14计测出的感应电流Irm与预先确定的第一电流阈值Ith1进行比较（S2）。第一电流阈值Ith1典型而言设定为从能够稳定地向放电电路20（放电电阻24）流动的最大电流减去从电容器C1、C2流动的电流的值所得到的值。在感应电流Irm低于第一电流阈值Ith1时（S2：“是”），控制器30将放电电路20的开关22闭合（S8）。即控制器30使放电电路20工作。由此，蓄积于电容器C1、C2中的电荷向放电电阻24流入，蓄积于电容器C1、C2中的电力散逸。然后，控制器30等待一定时间（S9），将放电电路20的开关22断开（S10），结束放电处理。

另一方面，在感应电流Irm超过第一电流阈值Ith1时（S2：“否”），接着，控制器30将感应电流Irm与第二电流阈值Ith2进行比较（S4）。第二电流阈值Ith2典型而言设定为比从能够向放电电路20（放电电阻24）流动的瞬间最大容许电流减去从电容器C1、C2流动的电流的值所得到的值稍大的值。明确可知，第二电流阈值Ith2比第一电流阈值Ith1大。

在感应电流Irm超过第二电流阈值Ith2时（S4：“否”），若将开关22闭合，则放电电阻24有可能受到损伤，因此控制器30什么也不做而结束处理。另一方面，在感应电流Irm低于第二电流阈值Ith2时（S4：“是”），控制器30将感应电流的下降率dIrm与预先确定的下降率阈值dIth进行比较（S6）。在感应电流的下降率dIrm比下降率阈值dIth小时（S6：“否”），即感应电流Irm缓慢下降时，控制器30什么也不做而结束处理。另一方面，在感应电流的下降率dIrm超过下降率阈值dIth时（S6：“是”），即感应电流Irm急剧下降时，控制器30将放电电路的开关22闭合（S8）。另外，感应电流的下降率相当于每单位时间的感应电流Irm的下降量。控制器30始终监控电流传感器14的传感器数据，根据前一次的计测值和本次的计测值，求出感应电流dIrm的下降率。而且，下降率阈值dIth基于马达、逆变器的特性及/或放电电阻的特性等而预先确定。

为了进行以下的说明，将图3的处理中的步骤S2的条件称为第一条件，将步骤S4的条件与S6的条件的组合称为第二条件。

参照图4，对上述的放电处理的优点进行说明。图4是表示马达的反电动势所引起的感应电流Irm的变化的一例的坐标图。在车辆与障碍物发生了碰撞时，或者在发生了某些异常时，HV控制器（或其他控制器）使逆变器停止。因此，车轮的旋转（即马达的旋转）逐渐下降。感应电流Irm随着马达旋转的下降也逐渐下降。第一电流阈值Ith1设定为从能够稳定地向放电电路20（放电电阻24）流动的最大电流减去从电容器C1、C2流动的估计电流所得到的值。因此，在紧接着步骤S2的处理而执行步骤S8的处理时（即，由于第一条件的成立而使放电电路20工作时），仅仅是比第一电流阈值Ith1小的电流向放电电阻24流动，放电电阻24不会受到损伤。在经过步骤S4、S6而执行步骤S8的处理时（即，由于第二条件的成立而使放电电路20工作时），比第一电流阈值Ith1大的电流暂时地向放电电阻24流动。然而，通过步骤S6的判断，估计到向放电电阻24流动的电流急剧下降这一情况。因此，向放电电阻24流入的电流最初比第一电流阈值Ith1大，但迅速地下降至低于第一电流阈值Ith1，因此放电电阻24受到损伤的可能性小。而且，如图4所示，基于第二条件成立的放电电路工作的时机比基于第一条件成立的放电电路工作的时机提前时间WT。通过采用第二条件，与仅为第一条件的情况相比，能够有效地使用放电电路20。另外，控制器30在被输入了表示碰撞或异常的信号之后，反复执行图3的处理直至使放电电路20至少工作一次。因此，例如，即使在感应电流的下降率dIrm始终低于下降率阈值dIth的情况下（步骤S6：“否”），即，即使在马达的旋转缓慢下降的情况下，在感应电流Irm下降至低于第一电流阈值Ith1之后，控制器30也使放电电路20工作。

在实施例中，在是否使放电电路20工作的判断中使用了电流传感器14的传感器数据。反电动势所引起的感应电流可以根据马达的转速进行推定。而且，在马达MG上安装有对转速进行计测的分解器（未图示）。然而，使用电流传感器14的情况除了能够直接准确地计测感应电流的优点之外，还有如下的优点。决定是否使放电电路20工作所需的模块是电压转换器12、放电电路20、逆变器13、电流传感器14及控制器30。这些模块全部收纳于动力控制器2的壳体内。与这些模块分散于多个壳体相比，集中于一个壳体在紧急事态下可靠地动作的可能性高。

对本说明书公开的技术的注意点进行说明。在实施例中以混合动力车100为例，但本说明书公开的技术也可以适用于不具备发动机的电动车。放电设备未限定为放电电阻。只要是将电能转换成热能或其他能量而使之散逸的设备即可。

关于本发明的代表性且非限定性的具体例，参照附图进行了详细说明。该详细的说明只不过是单纯地想要将用于实施本发明的优选例的详情向本领域技术人员表示，并未想要限定本发明的范围。而且，为了提供进一步改善后的电动车，公开的追加性的特征以及发明可以与其他特征、发明分开或一起使用。

另外，在上述的详细说明中公开的特征、工序的组合在最广泛的意思下不是实施本发明时必需的，只不过为了特别说明本发明的代表性的具体例而记载的。而且，上述的代表性的具体例的各种特征以及独立权利要求及从属权利要求中记载的各种特征在于提供本发明的追加性且有用的实施方式，并不是必须如此处记载的具体例那样或列举的顺序那样进行组合。

本说明书及/或权利要求记载的全部的特征与实施例及/或权利要求记载的特征的结构不同，作为对申请当初的公开及要求了权利的特定事项的限定，旨在分别且相互独立地公开。而且，与全部的数值范围及组或集体相关的记载作为对申请当初的公开以及要求了权利的特定事项的限定，旨在对它们中间的结构进行公开。

以上，详细地说明了本发明的具体例，但这些只不过是例示，并未限定权利要求的范围。权利要求的范围记载的技术中包括对以上例示的具体例进行各种变形、变更的技术。本说明书或附图中说明的技术要素单独地或通过各种组合而发挥技术有用性，并未限定为申请时权利要求记载的组合。而且，本说明书或附图例示的技术能同时实现多个目的，实现其中一个目的自身也具有技术有用性。

Claims (3)

1.一种电动车，其特征在于，具备：

逆变器，将蓄电池的直流电力转换成交流电力而向马达输出；

电容器，连接于逆变器的两个输入端子之间；

放电设备，与电容器并联连接，用于对电容器的电荷进行放电；

电流传感器，对马达的反电动势所引起的感应电流进行计测；及

控制器，当被输入了表示碰撞或异常的信号时，在感应电流的大小低于既定的电流阈值的情况下使放电设备工作，在反电动势电流的大小超过电流阈值的情况下使放电设备不工作。

2.根据权利要求1所述的电动车，其特征在于，

控制器在如下两个条件中的任一条件成立时使放电设备工作，即，

条件1：感应电流的大小低于第一电流阈值时；

条件2：感应电流的大小低于比第一电流阈值大的第二电流阈值、且感应电流的下降率比既定的下降率阈值大时。

3.根据权利要求1或2所述的电动车，其特征在于，

所述逆变器、所述电容器、所述放电设备、所述电流传感器及所述控制器被收纳于一个壳体中。