电动汽车用的电源系统

技术领域

本说明书公开的技术涉及电动汽车用的电源系统。本说明书中的“电动汽车”包括具备电动机和发动机这两者的混合动力车以及搭载燃料电池作为电动机用的电源的车辆。

背景技术

电动汽车所具备的电源系统包括主电源以及将主电源的电力转换为行驶用的电动机的驱动电力的电力转换器。在日本特开2019-088098号公报(文献1)、日本特开2017-229108号公报(文献2)、日本特开2017-085869号公报(文献3)中，公开了这样的电源系统的例子。电力转换器经由继电器与主电源连接，在车辆的主开关断开的期间，继电器开路，主电源从电力转换器等设备断开。电力转换器具有与主电源连接的电容器。在闭合继电器时，如果电容器的蓄电量少，则可能从主电源向电容器流过大电流。为了抑制大电流向电容器的流入，在文献1至3的电源系统中，在闭合继电器之前，对电容器进行充电。在本说明书中，有时将在闭合继电器之前对电力转换器中的电容器进行充电的情况称为预充电。

文献1所公开的电源系统除了上述的主电源、继电器、电力转换器以外，还具备副电源、电压变换器、第一至第三电压传感器、控制器。副电源的输出电压比主电源的输出电压低。副电源是为了向小功率的电气设备供给电力而设置的。第一电压传感器测量主电源的电压。第二电压传感器测量电力转换器中的电容器(与主电源连接的电容器)的电压。电压变换器连接在副电源与电容器之间，能够将副电源的电压升压并供给到电容器。第三电压传感器测量电压变换器的输出端的电压。控制器在闭合继电器之前驱动电压变换器，对电容器进行预充电。控制器在第一电压传感器的测量值(主电源的电压)与第三电压传感器的测量值(电压变换器的输出电压)之差达到规定的容许公差内后闭合继电器。在第三电压传感器中产生了异常的情况下，控制器在第一电压传感器的测量值(主电源的电压)与第二电压传感器的测量值(电容器的电压)之差达到规定的容许公差内后闭合继电器。

发明内容

在采用了文献1的技术的情况下，在第一电压传感器的测量值(主电源的电压)与第三电压传感器的测量值(电压变换器的输出电压)之差达到规定的容许公差内之后(即，预充电完成后)，在直至闭合继电器为止的期间，主电源的电压有可能发生变化。如果在闭合继电器之前主电源的电压发生变化，则在闭合了继电器时，在电容器有可能流过大电流。期望文献1的技术的改进。

本说明书公开的电源系统具备主电源、副电源、继电器、电力转换器、电压变换器、第一电压传感器至第三电压传感器、控制器。它们的连接关系如上所述。本说明书公开的电源系统中，在闭合继电器之前由控制器进行的处理与现有技术不同。本说明书公开的电源系统的控制器在闭合继电器之前进行下面的处理。控制器基于第一电压传感器的测量值来设定目标电压。目标电压例如可以是与第一电压传感器的测量值相等的值。控制器控制电压变换器以使第二电压传感器或第三电压传感器的测量值(控制电压)与目标电压之差达到规定的容许公差内。控制器在控制电压与目标电压之差达到容许公差后再次取得所述第一电压传感器的测量值(确认电压)。当控制电压与确认电压之差在容许公差内时，控制器闭合继电器。

本说明书公开的电源系统中，在闭合继电器之前再次确认第一电压传感器的测量值(确认电压)、即主电源的电压。因此，控制器在主电源的电压(确认电压)与电容器的电压(第二或第三电压传感器的测量值(控制电压))之差偏离容许公差的状态下，不会闭合继电器。本说明书公开的技术能够可靠地防止在闭合了继电器时大电流流过电力转换器的电容器的情况。

控制器可以还执行下面的处理。控制器在控制电压与目标电压之差达到容许公差之后，保持电压变换器，以使控制电压与目标电压一致。通过这样的处理，能够防止在闭合继电器之前电容器的电压(第二电压传感器的测量值)与主电源的电压(第一电压传感器的测量值)之差偏离容许公差的情况。

控制器也可以将第三电压传感器的测量值用作控制电压。由于第三电压传感器测量电压变换器的输出电压，所以能够以高速/高精度对电容器进行预充电。

本说明书所公开的技术的细节和进一步的改进将在以下的“具体实施方式”中进行说明。

附图说明

图1为包括实施例的电源系统的电动汽车的电力系统的框图。

图2是控制器执行的预充电处理的流程图。

图3是预充电处理的变形例的流程图。

具体实施方式

参照附图对实施例的电源系统3进行说明。电源系统3搭载于电动汽车2。图1示出了包括电源系统3的电动汽车2的电力系统的框图。实施例的电动汽车2具有行驶用的电动机7。从电源系统3向电动机7供给驱动电力。图1的箭头虚线表示信号的流动。

电源系统3具备主电池4、副电池5、系统主继电器6、电力转换器20、电压变换器30、电池控制器8、车辆控制器40、电压传感器11、12、13。

主电池4是蓄积用于行驶用的电动机7的电力的直流电源，其输出电压例如为200伏。主电池4具体为锂离子电池。副电池5是用于比电动机7的驱动电力小的小功率设备的直流电源，其输出电压比主电池4的输出电压低，例如为12伏。副电池5例如是铅电池。

主电池4始终被电池控制器8监控。电池控制器8具有对主电池4的输出电压进行测量的电压传感器11。电压传感器11测量出的电压经由车内网络41发送到车辆控制器40。关于车辆控制器40，将在后文叙述。

在主电池4的输出端连接有系统主继电器6。电力转换器20经由系统主继电器6与主电池4连接。电力转换器20是将主电池4的输出电力转换为电动机7的驱动电力的设备。电力转换器20包括电压变换器21和逆变器28。

电压变换器21具备滤波电容器25、电抗器22、两个开关元件23a、23b以及两个二极管24a、24b。电压变换器21是具备将施加到低电压端20a、20b的电压升压并从高电压端20c、20d输出的升压功能以及将施加到高电压端20c、20d的电压降压并从低电压端20a、20b输出的降压功能的双向电压变换器。由于图1的电压变换器21的电路结构及其功能是熟知的，所以省略详细的说明。

在电压变换器21的高电压端20c、20d连接有逆变器28。电力转换器20具备对主电池4的输出电力进行升压而且还将直流转换为交流并供给到电动机7的功能。逆变器28将由电压变换器21升压后的直流电力转换为交流电力(电动机7的驱动电力)。电力转换器20还具备如下功能：将在减速时电动机7被反向驱动而产生的电力(再生电力)从交流转换为直流，而且还进行降压并供给到主电池4。

电压变换器21的开关元件23a、23b和逆变器28由电动机控制器29控制。电动机控制器29基于来自车辆控制器40的指令来控制开关元件23a、23b、逆变器28。

在电力转换器20的低电压端20a、20b之间连接有滤波电容器25，在高电压端20c、20d之间连接有平滑电容器26。在低电压端的正极20a与高电压端的正极20c之间连接有二极管24a。二极管24a使电流从低电压端的正极20a朝向高电压端的正极20c通过。因此，当闭合系统主继电器6时，滤波电容器25和平滑电容器26与主电池4连接，主电池4的电流流过这些电容器。以下，有时将滤波电容器25和平滑电容器26合并而记为电容器25、26。

在电力转换器20设有测量滤波电容器25的电压的电压传感器12。电压传感器12的测量值被发送到电动机控制器29，而且还经由车内网络41被发送到车辆控制器40。车辆控制器40在闭合系统主继电器6之前对电容器25、26进行充电(预充电)，详细后述。车辆控制器40在预充电时使用电压传感器12的测量值。

在电力转换器20的低电压端20a、20b连接有电压变换器30。电压变换器30也为双向电压变换器。电力转换器20与电压变换器30的高电压端30a连接。电压变换器30的低电压端30b与副电池5连接。副电池5经由电力线42与各种辅机连接。所谓“辅机”，是以副电池5的供给电力进行动作的电气设备的总称，其一例为汽车导航系统43。

电压变换器30由车辆控制器40控制。当副电池5的电压下降时(即，副电池5的蓄电量下降时)，车辆控制器40向电压变换器30指示降压动作。电压变换器30接收指令，将主电池4的电压降压，并向副电池5进行供给。在先前所述的预充电时，电压变换器30将副电池5的电压升压并向电容器25、26进行供给。在电压变换器30执行升压动作时，高电压端30a相当于输出端。即，电力转换器20的电容器25、26与电压变换器30的输出端(高电压端30a)连接。

电压变换器30具备测量高电压端30a的电压的电压传感器13。电压传感器13的测量值也被发送到车辆控制器40。

车辆控制器40与其他控制器(电池控制器8、电动机控制器29)、电压变换器30能够经由车内网络41相互通信。系统主继电器6利用专用的通信线与车辆控制器40连接。系统主继电器6也由车辆控制器40控制。

对电容器25、26的预充电进行描述。如果在电容器25、26的蓄电量低时闭合系统主继电器6，则可能从主电池4向电容器25、26流过大电流。大电流可能对电容器25、26或系统主继电器6造成损坏。为了抑制电容器25、26或系统主继电器6的损坏，车辆控制器40在闭合系统主继电器6之前，使用副电池5和电压变换器30来对电容器25、26进行预充电。

为了便于说明，将对主电池4的电压进行测量的电压传感器11记为第一电压传感器11，并将第一电压传感器11的测量值记为电压VB。将对电容器25的电压进行测量的电压传感器12记为第二电压传感器12，并将第二电压传感器的测量值记为电压VL。将对电压变换器30的高电压端30a的电压进行测量的电压传感器13记为第三电压传感器13，并将第三电压传感器的测量值记为电压VD。

图2示出了预充电处理的流程图。当车辆的主开关被接通时，车辆控制器40开始图2的处理。车辆控制器40从第一电压传感器11获得电压VB(步骤S2)。车辆控制器40基于所取得的电压VB，设定电容器25、26的预充电中的目标电压VB1(步骤S3)。目标电压VB1被设定为所取得的电压VB的附近的值。目标电压VB1可以是与所取得的电压VB相同的值，也可以是电压VB加上微小的偏移量所得的值(减去偏移量所得的值)。

接着，车辆控制器40使电压变换器30开始升压动作，由此开始预充电(步骤S4)。

车辆控制器40取得第三电压传感器13的测量值(电压VD)(步骤S5)，并将在步骤S5中取得的电压VD称为控制电压VD。车辆控制器40驱动电压变换器30，直到控制电压VD与目标电压VB1之间的差达到规定的容许公差dV以下为止(步骤S6：否，S5)。容许公差dV被设定为不会使大电流流入电容器25、26的程度的电压差(例如20伏)。

当控制电压VD与目标电压VB1之差达到容许公差dV内时(步骤S6：是)，车辆控制器40停止预充电(步骤S7)。即，车辆控制器40停止电压变换器30。

车辆控制器40在控制电压VD与目标电压VB1之差达到容许公差dV后，再次取得第一电压传感器11的测量值(电压VB)和第二电压传感器12的测量值(电压VL)(步骤S8)。为了将在步骤S8中所取得的电压VB与在其他定时所取得的电压VB进行区别而将其称为确认电压VB2。电压VL相当于预充电结束后的电容器25、26的电压。

车辆控制器40将确认电压VB2与电压VL进行比较(步骤S9)。如果确认电压VB2与电压VL之差在容许公差dV的范围内，则车辆控制器40闭合系统主继电器6(步骤S10)。即，车辆控制器40将电力转换器20与主电池4连接。当电力转换器20与主电池4连接时，车辆能够行驶。另外，当副电池5的电压低时(副电池5的蓄电量低时)，车辆控制器40对电压变换器30指示降压动作，利用主电池4的电力对副电池5进行充电。

另一方面，在步骤S9的判断中，在确认电压VB2与电压VL之差偏离容许公差dV的情况下，产生了某种异常的可能性较高。在该情况下，车辆控制器40不闭合系统主继电器6，执行异常时应对处理(步骤S9：否，S11)。

异常时应对处理的一例如下所述。车辆控制器40使仪表板的警告灯点亮。另外，车辆控制器40将表示在电源系统3中产生了异常的意思的消息(或错误码)存储于诊断存储器。诊断存储器是车辆的维护人员所参照的存储器。维护人员观察诊断存储器的数据，将其作为知晓车辆的状态的线索。

对图2的处理的优点进行说明。在预充电结束后，可能会引起电容器25、26的电压(电压VL)下降的情况。或者，可能引起主电池4的电压(电压VB)发生变化的情况。如果在预充电后电压VL或电压VB发生变化，则在闭合了系统主继电器6时有可能使大电流流过电容器25、26。或者，在第三电压传感器13中发生了异常的情况下，第三电压传感器13的测量值(电压VD)有可能没有正确地表示电容器25、26的电压。在这样的情况下，在闭合了系统主继电器6时，也有可能使大电流流过电容器25、26。根据图2的处理(特别是步骤S9的判断)，能够在主电池4的电压VB与电容器25的电压VL之差足够小的状态下(容许公差dV内)闭合系统主继电器6。因此，在实施例的电源系统3中，即使闭合系统主继电器6，也不会使大电流流过电容器25、26。

图3示出了预充电处理的变形例。图3的步骤S2到步骤S6的处理以及步骤S8到步骤S11的处理与图2的流程图相同。

在变形例中，控制电压VD与目标电压VB1之差达到容许公差dV之后的处理与图2的情况不同。在控制电压VD与目标电压VB1之差达到容许公差dV之后(步骤S6：是)，车辆控制器40保持电压变换器30以使控制电压VD与目标电压VB1一致(步骤S12)。步骤S12以后的处理与实施例的情况相同。

通过步骤S12的处理，控制电压VD被保持为目标电压VB1。另外，步骤S12时的电压变换器30的动作也可以是间歇驱动。

在该变形例中，控制电压VD被保持为目标电压VB1。通过该处理，能够防止在闭合系统主继电器6之前电容器25、26的电压(电压VL)与主电池4的电压(电压VB)之差偏离容许公差dV。

对与实施例中所说明的技术相关的注意点进行说明。在图2或图3的步骤S5和S6的处理中，也可以代替第三电压传感器13的测量值(电压VD)而将第二电压传感器12的测量值(电压VL)用作控制电压。

也可以由车辆控制器40和其他控制器共同实现图2或图3的处理。例如，也可以在电压变换器30安装有控制器，图2的步骤S5、S6的处理由电压变换器30的控制器执行。

也可以在步骤S5和S6的反复执行过程中，变更目标电压VB1。例如，车辆控制器40也可以在步骤S5和S6的反复执行过程中不时取得第一电压传感器11的测量值(电压VB)，并利用新取得的电压VB来更新目标电压VB1。

如先前所述，目标电压VB1可以与第一电压传感器11的测量值(电压VB)相等，也可以是电压VB加上小的偏移量所得的值。

主电池4相当于主电源的一例。主电源可以是燃料电池。副电池5相当于副电源的一例。

以上，对本发明的具体例进行了详细说明，但这些只不过是例示，并不限定发明要求的范围。发明要求的范围中所记载的技术包括对以上例示的具体例进行各种变形、变更后的技术。在本说明书或附图中所说明的技术要素单独或通过各种组合发挥技术上的实用性，并不限定于申请时发明内容所记载的组合。另外，在本说明书或附图中所例示的技术能够同时实现多个目的，并且达成其中的一个目的本身便具有技术上的实用性。