CN1662404A - 车辆的蓄电控制装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种车辆的蓄电控制装置。具备：构成车辆的原动机的旋转电机(1)；作为旋转电机(1)的主电源由以多个电容器单元为一组的多个电容器模块(11)构成的蓄电装置(10)；还具有由下述装置组成的混合动力控制单元(3)，即：求出电容器模块单位的分担电压的装置；求出这些模块单位的分担电压的平均值的装置；以及根据平均值使模块单位的分担电压均等化的装置。通过抑制模块间的分担电压的差异，就能够充分地活用蓄电装置的容量。

Description

车辆的蓄电控制装置
技术领域
本发明涉及一种在原动机上具备旋转电机的车辆的蓄电控制装置。
背景技术
作为混合动力(hybrid)汽车等电动车的蓄电装置，可进行快速充电并且充放电循环寿命也较长的双电荷层(电偶极子层)电容器(capacitor/condenser)的应用技术为人们所关注。
为了构成所需容量的蓄电装置，将多个电容器单元(capacitorcell)串联连接以形成一个电容器模块，使多个该电容器模块相互并联或串联连接。
为了调整上述电容器的分担电压，在日本特许公开公报JP6-343225A号中，公开了这样一种方案，即：比较各电容器的端子电压与预先设定的规定电压，在达到了规定电压时，关闭使电容器旁通的旁通电路以避免过度的充电。
但是，在此情况下，在车辆减速时等进行能源再生，即，使旋转电机作为发电机来发电，在利用此发电电力对电容器进行充电的情况下，在再生电力较少时，有时会发生电容器之间的电压差异(variation)总是不能消除的情形。
在此情况下，就要求定期进行使电容器单元的分担电压均等化(初始化)为限制值的充电处理。但是这样就考虑到下述不利情形，即：还必需外部的充电设备，在车辆运转之前要耗费充电时间。
本发明以解决这样的问题点为目的。
即，本发明的目的在于，通过以电容器间的电压平均值为基准对电容器的充电、放电进行控制，由此来抑制各电容器的分担电压的差异。
发明内容
本发明的技术方案提供一种车辆的蓄电控制装置，包括：构成车辆的原动机的旋转电机；作为旋转电机的主电源由以多个电容器单元为一组的多个电容器模块构成的蓄电装置；求出模块单位的分担电压的装置；求出这些模块单位的分担电压的平均值的装置；以及根据平均值使模块单位的分担电压均等化的装置。
从而，在本发明中，通过求出模块单位的分担电压、并求出这些分担电压的平均电压、以及进行基于此平均电压的均等化，来修正模块单位的分担电压的差异。因此，在电容器模块中，就能够无论电压高低都尽可能均匀地进行储存，并能够使所有的电容器均等地发挥作用，从而能够充分地活用蓄电装置的容量(蓄电能力)。
附图说明
图1是说明本发明的实施方式的系统的结构图。
图2是说明本发明的实施方式的电容器模块的结构图。
图3是说明本发明的实施方式的旁通处理的功能块结构图。
图4是说明本发明的实施方式的混合动力ECU的控制内容的流程图。
图5是通信系统的示意图。
具体实施方式
在图1中，1是构成车辆的原动机的旋转电机(电动发电机)，从高效率和小型轻量化方面考虑，采用永磁式同步电动机(IPM同步电动机)。10是蓄电装置，旋转电机1经由变换器2连接到蓄电装置10。
变换器2，根据混合动力ECU3的请求将旋转电机1控制为电动(驱动)模式或发电模式。在电动模式中，将蓄电装置10的蓄电电力(直流电力)变换为交流电力后供给到旋转电机1对其进行驱动。另一方面，在发电模式中，将旋转电机1所产生的电力(交流电力)变换为直流电力后对蓄电装置10进行充电。
蓄电装置10构成旋转电机1的电源，具有：多个串联连接的电容器模块11(MDL1～MDLm)；主电路断路接触器(继电器电路)14；主电路熔丝15；总电压检测放大器16；主电路电源线(+)17；以及主电路电源线(-)18。
电容器模块11，由多个串联连接的电容器单元30、和用于管理其蓄电量的控制底座(基盘)40构成。多个电容器模块11和多个电容器单元30，并不仅限于图示的串联连接，还可以并用并联连接(参照图5)。
主电路断路接触器14，当线圈被励磁时则闭合从多个电容器模块11到变换器2的主电路，另一方面，当线圈被消磁时则打开主电路。总电压检测放大器16，在与主电路绝缘的状态下对横跨于多个电容器模块11的两端的电压进行检测，并将该检测信号输出到混合动力ECU3。
4是车辆的电气安装系统电源(电池)，除根据键开关5的接通，闭合主电路断路接触器14外，还对各电气安装件(包括混合动力ECU3、变换器2、控制底座40)供给电力。
混合动力ECU3，对系统的整体进行控制，为了在与旋转电机1的变换器2之间、以及在与各模块11的控制底座40之间进行各种信息(检测数据或控制指令等)的交换而构筑通信网络21(CAN通信)。22是通信网络21的终端电阻。
另外，在图5中，21a是CAN通信的主干回线。各模块11的控制底座40分别通过分支回线21b以下垂的形式连接在主干回线21a上，在与混合动力ECU之间交换模块单位的各种信息。在图5中，多个电容器模块11，在主电路上串联或并联连接着4个(MDL1～MDL4)。
控制底座40如图2所示那样进行构成。旁通电路50，由限流电阻41和晶体管42构成，对每个串联的电容器单元(C1～Cn)分别与单元30并联连接。“或”电路43，根据比较器44的输出和旁通切换电路49的输出，当它们中的一方成为高电平信号(旁通指令)时，向晶体管42输出导通(旁通动作)信号。当晶体管42根据来自“或”电路43的导通信号被外加基极电压时，则闭合旁通电路50，另一方面，当根据“或”电路43的截止信号，基极电压的外加被解除时，则打开旁通电路50。
比较器44，输出用于将蓄电装置初始化为最大电压的旁通指令，比较电容器单元30的分担电压、和对应于蓄电装置3的最大电压的由电压发生器45设定的限制电压，将旁通指令输出到分担电压超过限制电压的电容器单元30的“或”电路43。
另外，旁通切换电路49，为了修正(均等化)电容器单元30的分担电压的差异，将旁通指令输出到需要旁通的电容器单元30(C1～Cn)的“或”电路43。
关于电容器单元30，对其分担电压(单元电压)依次进行检测的是电压检测切换电路46，由绝缘放大器使其检测信号从主电路系统电源绝缘，并通过AD变换器47将之输出到CPU53。CPU53，一边通过混合动力ECU3和通信电路52交换所需要的信息，一边使用在RAM54中保存的控制数据，除根据在ROM55中保存的程序，使单元单位的分担电压均等化(校正)的旁通处理外，还根据混合动力ECU3的请求，控制对模块单位的分担电压进行校正(整列化)的旁通处理的完成。
51是根据CPU53的指令，对旁通切换电路49输出依次推进旁通对象的单元切换信号的输出电路，同样地根据CPU53的指令，对电压检测切换电路46输出依次推进电压检测的单元切换信号。
在CPU53中，依次读取电容器单元30的分担电压，并求出其最高电压Vmax和最低电压Vmin之差ΔV。如果该差ΔV(偏差)大于或等于预定值Vk，则根据来自混合动力ECU3的信息，在蓄电装置10处于充电状态且充电电流小于或等于规定值、模块温度未超过正常范围的情况下，完成对单元单位的分担电压进行校正的旁通处理。
合计电容器单元30(C1～Cn)的分担电压，求出每一电容器模块的总电压Vt，用电容器单元数n去除总电压Vt，从而求出电容器单元30的平均电压Vmean。然后，根据平均电压Vmean设定旁通基准电压(Va＝Vmean+Vk/2)。关于电容器单元30(C1～Cn)，以分担电压大于或等于Va的电容器单元30为对象，向其“或”电路43输出旁通指令。
对于分担电压大于或等于Va的电容器单元30的充电电流，由于其一部分流经旁通电路50，所以，随着充电时间的经过单元单位的分担电压的差异将缩小。
在混合动力ECU3中，从电容器模块11(MDL1～MDLm)取入信息。关于各电容器模块11，读取电容器单元30的分担电压，合计各电容器单元30的分担电压作为每一模块的总电压(模块总电压)，用模块数m去除上述总电压的合计值，从而求出模块单位的平均电压(模块平均电压)。比较该平均电压和各模块11(MDL1～MDLm)的总电压，对小于或等于模块平均电压的电容器模块11，设定电压校正请求标志＝1。
在检测出车辆状态，存在电压校正请求标志＝1的电容器模块，车辆状态许可进行旁通处理的情况下，由模块单位的平均电压求出单元单位的平均电压Vmean’，并根据单元单位的平均电压Vmean’设定旁通基准电压(Vmean’+offset)。然后，关于电压校正请求标志＝1的电容器模块11，对该CPU53请求进行旁通基准电压(Vmean’+offset)的旁通处理。
该请求当在CPU53中模块温度未超过正常范围的情况下就在单元单位的旁通处理上得以优先处理，在蓄电装置10与旋转电机之间未发生充放电的车辆状态(变换器电流为0时)下，其蓄电电流的一部分从分担电压超过旁通基准电压(Vmean’+offset)的电容器单元30流经旁通电路50，变换成热能，由此该单元30的分担电压降低。在利用恒定电流进行充电时，对于分担电压超过旁通基准电压(Vmean’+offset)的电容器单元30，充电电流的一部分流经旁通电路50，该单元30的分担电压的上升被限制，模块单位的分担电压的差异就缩小。
图3是说明有关对模块单位的分担电压进行校正的旁通处理的、混合动力ECU3以及各电容器模块11的CPU53(模块CPU)的功能块结构的图。
在模块CPU53中设置有：依次读取电容器单元30的分担电压(单元电压)的装置a(单元电压检测装置)；读取控制底座40的温度作为模块温度(未图示的温度传感器的检测信号)的装置b(模块底座温度检测装置)；同样地读取电容器单元30的温度(未图示的温度传感器的检测信号)的装置c(单元温度检测装置)；根据单元电压的检测数据求出该模块11的总电压的装置d(模块总电压计算装置)；根据模块温度(底座温度、单元温度)的检测数据来判定该模块11的内部温度是否为正常范围的装置e(模块异常检测装置)；单元电压校正判定装置f；单元电压校正装置g。
单元电压校正判定装置f，对是否许可旁通处理、是否需要旁通处理进行判定。单元电压校正装置g，若需要并且许可进行旁通处理，则在依次推进电容器单元30的旁通处理的过程中，对分担电压(单元电压)超过旁通基准电压的电容器单元30输出旁通指令。旁通基准电压，在对单元单位的分担电压进行校正的旁通处理时，被设定为(Vmean+Vk/2)，在对模块单位的分担电压进行校正的旁通处理时，被设定为(Vmean’+offset)。
在混合动力ECU3中，具备有：读取未图示的各种传感器或开关类的检测信号(车速信号、电动机旋转信号、变换器电流信号等)的装置h(车辆状态信号检测装置)；根据上述检测数据来判断充放电状态的装置i(充放电状态判断装置)；从模块CPU53取入检测数据(单元电压、底座温度、单元温度)和信息(校正判定结果等)的装置j(电容器模块信息检测装置)；模块平均电压计算装置k；模块间校正请求装置p；单元平均电压计算装置q；请求单元电压计算装置r。
对于来自模块CPU53的检测数据、信息，赋予各模块11的ID号码后发送给混合动力ECU3。在模块平均电压计算装置k中，对每一模块合计电容器单元30的分担电压作为电容器模块11的总电压，用模块数m去除这些总电压的合计值，从而求出模块单位的平均电压。
模块间校正请求装置p，依次比较模块单位的平均电压和各模块11的总电压(模块总电压)，对于模块总电压小于或等于模块平均电压的电容器模块11，在充放电状态和模块温度许可旁通处理的情况(蓄电装置10与旋转电机之间未发生充放电的状态、利用恒定电流的充电状态)下，发生旁通处理的请求。
单元平均电压计算装置，用单元数n去除模块单位的平均电压，从而变换为单元单位的平均电压(单元平均电压)。请求单元电压计算装置，当接受旁通处理的请求时，根据单元平均电压计算出旁通基准电压(Vmean’+offset)后发送给模块总电压小于或等于模块平均电压的电容器模块11。
图4是说明有关对模块单位的分担电压进行校正的旁通处理的、混合动力ECU3的控制内容的流程图。在步骤S1中，读取各电容器模块11的单元电压。在步骤S2中，对每一模块合计单元电压。在步骤S3中，将各模块11的单元电压的合计值相加，用模块数m去除该相加值，从而求出模块平均电压。
在步骤S4、S5中，比较模块平均电压和每一模块11的单元电压的合计值(模块总电压)，判定模块平均电压是否小于模块总电压。当S5的判定为“是”时，在步骤S6中，对于模块平均电压小于模块总电压的电容器模块11，设定电压校正请求标志＝1，另一方面，当S5的判定为“否”时，在步骤S14中，对于模块平均电压大于或等于模块总电压的电容器模块11，设定电压校正请求标志＝0。
在步骤S7中，判定是否有电压校正请求标志＝1的电容器模块11。当S7的判断为“是”时，进入步骤S8。另一方面，当S7的判断为“否”时则跳到返回(RETURN)。在步骤S8、S9中，读取车辆状态信号，判定包括模块温度的车辆状态(充放电状态)是否为许可旁通处理的稳定状态。当S9的判断为“否”时，返回步骤S8。另一方面，当S9的判断为“是”或成为“是”时，进入步骤S10。
在步骤S10中，根据模块平均电压计算单元平均电压＝模块平均电压/单元数n。在步骤S11中，计算出用于对模块单位的分担电压进行校正的旁通基准电压(Va＝Vmean’+offset)。在步骤S12中，对于电压校正请求标志＝1的电容器模块11，判定是否有单元电压大于旁通基准电压的电容器单元30。当S12的判断为“否”时则跳到返回(RETURN)。另一方面，当S12的判断为“是”时，则在步骤S13中，对于电压校正请求标志＝1的电容器模块11，请求对单元电压大于(Vmean’+offset)的电容器单元30输出旁通指令。
根据这样的结构，借助于对模块单位的分担电压进行校正的旁通处理，模块单位的分担电压的差异就可良好地得以修正。由此，即使对于模块的交换也能对新品与旧品之间的模块单位的分担电压效率良好地进行校正。
在上述示例中，通过并用对模块单位的分担电压进行校正的旁通处理和对单元单位的分担电压进行校正的旁通处理，就能够对电源整体的电容器单元30，高精度地校正它们的分担电压。由此，在蓄电装置10的最大电压(相当于发生器的限制电压)的设定中，综合考虑了单元单位的分担电压的差异和模块单位的分担电压的差异的容限的降低就成为可能，并可充分地活用蓄电装置的容量。
本发明并不限于上述实施例，还包括所属领域的技术人员根据权利要求书记载的内容所能够实施各种改良和变更。
产业上的利用可能性
本发明的车辆的蓄电控制装置，能够应用于作为原动机而具备电动机的卡车、汽车等车辆。

Claims (9)

1.一种车辆的蓄电控制装置，其特征在于，包括：
旋转电机，构成车辆的原动机；
蓄电装置，作为旋转电机的主电源，由以多个电容器单元为一组的多个电容器模块构成；
求出上述电容器模块的模块单位的分担电压的装置；
求出上述模块单位的分担电压的平均值的装置；以及
根据平均值使上述模块单位的分担电压均等化的装置。
2.根据权利要求1所述的蓄电控制装置，其特征在于，
根据平均值使上述模块单位的分担电压均等化的装置，具备：
常开的旁通电路，对上述串联的每个电容器单元逐个与单元并联地进行连接；
根据上述模块单位的分担电压的平均值求出单元单位的分担电压的平均值的装置；
根据上述单元单位的分担电压的平均值设定旁通基准电压的装置；以及
对上述模块单位的分担电压超过模块单位的平均值的电容器模块，闭合单元单位的分担电压超过旁通基准电压的电容器单元的旁通电路的装置。
3.根据权利要求1或2所述的蓄电控制装置，其特征在于：
还包括判断许可上述旁通电路的闭合的车辆状态的判断装置，
仅在上述判断装置进行许可判断的情况下上述旁通电路方可闭合。
4.根据权利要求3所述的蓄电控制装置，其特征在于：
上述判断装置，在上述模块的温度超过了正常范围时不许可上述判断。
5.根据权利要求3所述的蓄电控制装置，其特征在于：
上述判断装置，在上述旋转电机和上述蓄电装置之间进行中继的变换器的变换器电流比规定值大时不许可上述判断。
6.根据权利要求2所述的蓄电控制装置，其特征在于：
上述旁通电路具备电阻和旁通晶体管。
7.根据权利要求2所述的蓄电控制装置，其特征在于：
求出上述模块单位的分担电压的装置，具备：对串联的每个电容器单元逐个检测单元单位的分担电压的装置；以及将这些分担电压的检测值作为每个模块的总电压来进行合计的装置。
8.根据权利要求7所述的蓄电控制装置，其特征在于：
求出上述模块单位的分担电压的平均值的装置，具备：合计各模块的总电压的装置；以及将该合计值除以模块数的装置。
9.根据权利要求2所述的蓄电控制装置，其特征在于：
根据上述模块单位的分担电压的平均值求出单元单位的分担电压的平均值的装置，是将模块单位的分担电压的平均值除以一组模块的单元的串联数的装置。
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