電動車輛的制作方法
【專利說明】電動車輛
[0001]優(yōu)先權信息
[0002]本申請要求2014年7月3日提交的日本專利申請N0.2014-137957的優(yōu)先權，其全部內(nèi)容在此引入以供參考。
技術領域
[0003]本發(fā)明涉及安裝有電壓轉(zhuǎn)換器的電動車輛。
【背景技術】
[0004]在將旋轉(zhuǎn)電機作為驅(qū)動源的電動車輛，諸如混合動力車輛和電動車中，通過逆變器，將電池的DC電力轉(zhuǎn)換成AC電力來驅(qū)動旋轉(zhuǎn)電機。進一步在電池和逆變器之間提供降壓-升壓轉(zhuǎn)換器來升高電池電壓和降低來自旋轉(zhuǎn)電機的再生電力。作為具有這種降壓-升壓轉(zhuǎn)換器的擴展功能的轉(zhuǎn)換器，例如，JP 2012-70514公開了一種具有四個切換元件并且連接到兩個電池的電壓轉(zhuǎn)換器。通過該電壓轉(zhuǎn)換器，通過接通和斷開切換元件，可以升高和降低電壓。也可以通過交替切換元件的通/斷模式，在兩個電池的串聯(lián)連接和并聯(lián)連接之間切換。
[0005]在串聯(lián)連接中，因為輸出電壓等于兩個電池的電壓和，因此，可以使每一電池的升壓率降低到相對低的速率。因此，能實現(xiàn)用于升高電壓的切換元件的損耗相對低的優(yōu)點。然而，在串聯(lián)連接中，存在輸出電流受限為兩個電池中，具有較低容許電流(最大電流)的電池的輸出電流的缺點。
[0006]在并聯(lián)連接中，問題在于當每一電池的升壓率高于串聯(lián)連接時，切換元件中的損耗增加。然而，因為不施加電池限制，相對大的輸出電流變?yōu)榭赡?。換句話說，通過同一電壓，與串聯(lián)連接相比，通過并聯(lián)連接能輸出更大電力。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]當響應于負荷請求的快速增加(是指高輸出請求)從串聯(lián)連接切換到并聯(lián)連接被延遲時，在延遲期間，不可能響應高輸出請求，并且降低可駕駛性。由此，本發(fā)明的目的是提供能響應負荷請求的變化，無延遲地供應到電力的電動車輛。
[0008]本發(fā)明涉及一種電動車輛，具有:電壓轉(zhuǎn)換器，其能夠在兩個直流電源和旋轉(zhuǎn)電機之間執(zhí)行雙向電壓轉(zhuǎn)換，以及在兩個電源相對于旋轉(zhuǎn)電機的串聯(lián)連接和并聯(lián)連接之間執(zhí)行連接切換；以及控制器，其控制電壓轉(zhuǎn)換器的電壓轉(zhuǎn)換和電源的連接切換。當根據(jù)對旋轉(zhuǎn)電機的轉(zhuǎn)矩命令的輸出電流的估計值超出兩個電源中的至少一個的容許電流值時，控制器將兩個電源之間的連接設定成并聯(lián)連接。
[0009]在另一方面中，本發(fā)明還涉及一種電動車輛，具有:電壓轉(zhuǎn)換器，其能夠在兩個直流電源和旋轉(zhuǎn)電機之間執(zhí)行雙向電壓轉(zhuǎn)換，以及在兩個電源相對于旋轉(zhuǎn)電機的串聯(lián)連接和并聯(lián)連接之間執(zhí)行連接切換；以及控制器，其控制電壓轉(zhuǎn)換器的電壓轉(zhuǎn)換和電源的連接切換。當旋轉(zhuǎn)電機的轉(zhuǎn)矩命令值之間的變化量超出閾值時，控制器將兩個電源之間的連接設定成并聯(lián)連接。
[0010]在另一方面中，本發(fā)明還涉及一種電動車輛，具有:電壓轉(zhuǎn)換器，其能夠在兩個直流電源和旋轉(zhuǎn)電機之間執(zhí)行雙向電壓轉(zhuǎn)換，以及在兩個電源相對于旋轉(zhuǎn)電機的串聯(lián)連接和并聯(lián)連接之間執(zhí)行連接切換；以及控制器，其控制電壓轉(zhuǎn)換器的電壓轉(zhuǎn)換和電源的連接切換。當旋轉(zhuǎn)電機的轉(zhuǎn)速的變化量超出閾值時，控制器將兩個電源之間的連接設定成并聯(lián)連接。
[0011]在另一方面中，本發(fā)明還涉及一種電動車輛，具有:電壓轉(zhuǎn)換器，其能夠在兩個直流電源和旋轉(zhuǎn)電機之間執(zhí)行雙向電壓轉(zhuǎn)換，以及在兩個電源相對于旋轉(zhuǎn)電機的串聯(lián)連接和并聯(lián)連接之間執(zhí)行連接切換；以及控制器，其控制電壓轉(zhuǎn)換器的電壓轉(zhuǎn)換和電源的連接切換。當驅(qū)動輪打滑時，控制器將兩個電源之間的連接設定成并聯(lián)連接。
[0012]在另一方面中，本發(fā)明還涉及一種電動車輛，具有:電壓轉(zhuǎn)換器，其能夠在兩個直流電源和旋轉(zhuǎn)電機之間執(zhí)行雙向電壓轉(zhuǎn)換，以及在兩個電源相對于旋轉(zhuǎn)電機的串聯(lián)連接和并聯(lián)連接之間執(zhí)行切換；以及控制器，其控制電壓轉(zhuǎn)換器的電壓轉(zhuǎn)換和電源的連接切換。該電動車輛安裝有作為驅(qū)動源的內(nèi)燃機。初始通過來自旋轉(zhuǎn)電機的輸出轉(zhuǎn)矩驅(qū)動內(nèi)燃機。響應內(nèi)燃機的起動命令的輸出，控制器將兩個電源之間的連接設定成并聯(lián)連接。
[0013]在另一方面中，本發(fā)明還涉及一種電動車輛，具有:電壓轉(zhuǎn)換器，其能夠在兩個直流電源和旋轉(zhuǎn)電機之間執(zhí)行雙向電壓轉(zhuǎn)換，以及在兩個電源相對于旋轉(zhuǎn)電機的串聯(lián)連接和并聯(lián)連接之間執(zhí)行連接切換；以及控制器，其控制電壓轉(zhuǎn)換器的電壓轉(zhuǎn)換和電源的連接切換。當正被驅(qū)動的驅(qū)動輪打滑時執(zhí)行的車輛控制被關閉時，控制器將兩個電源之間的連接設定成并聯(lián)連接。
[0014]在另一方面中，本發(fā)明還涉及一種電動車輛，具有:電壓轉(zhuǎn)換器，其能夠在兩個直流電源和旋轉(zhuǎn)電機之間執(zhí)行雙向電壓轉(zhuǎn)換，以及在兩個電源相對于旋轉(zhuǎn)電機的串聯(lián)連接和并聯(lián)連接之間執(zhí)行連接切換；以及控制器，其控制電壓轉(zhuǎn)換器的電壓轉(zhuǎn)換和電源的連接切換。當正被驅(qū)動或制動的驅(qū)動輪打滑時執(zhí)行的車輛控制有故障時，控制器將兩個電源之間的連接設定成并聯(lián)連接。
[0015]在本發(fā)明中，優(yōu)選的是:極限值被設定在控制器中，以限制根據(jù)對旋轉(zhuǎn)電機的轉(zhuǎn)矩命令的電力命令值；極限值包括第一極限值和被設定成高于第一極限值的第二極限值；進一步地，響應于在兩個電源之間從串聯(lián)連接到并聯(lián)連接的連接切換，控制器將極限值從第一極限值切換到第二極限值。
[0016]根據(jù)本發(fā)明，變得可以響應于負荷請求的變化，無延遲地供應到電力。
【附圖說明】
[0017]圖1是根據(jù)本發(fā)明的實施例的電動車輛的框圖。
[0018]圖2是用于描述根據(jù)本發(fā)明的實施例的電壓轉(zhuǎn)換器的操作(以用于升壓的串聯(lián)連接，在驅(qū)動電動機的同時充電)的示意圖。
[0019]圖3是用于描述根據(jù)本發(fā)明的實施例的電壓轉(zhuǎn)換器的操作(以用于升壓的串聯(lián)連接，在驅(qū)動電動機的同時放電)的示意圖。
[0020]圖4是用于描述根據(jù)本發(fā)明的實施例的電壓轉(zhuǎn)換器的操作(以用于降壓的串聯(lián)連接，在再生電力的同時充電)的示意圖。
[0021]圖5是用于描述根據(jù)本發(fā)明的實施例的電壓轉(zhuǎn)換器的操作(以用于降壓的串聯(lián)連接和并聯(lián)連接，在再生電力的同時放電)的示意圖。
[0022]圖6是用于描述根據(jù)本發(fā)明的實施例的電壓轉(zhuǎn)換器的操作(直接串聯(lián)連接)的示意圖。
[0023]圖7是用于描述根據(jù)本發(fā)明的實施例的電壓轉(zhuǎn)換器的操作(以用于升壓的并聯(lián)連接，在驅(qū)動電動機的同時充電)的示意圖。
[0024]圖8是用于描述根據(jù)本發(fā)明的實施例的電壓轉(zhuǎn)換器的操作(以用于升壓的并聯(lián)連接，在驅(qū)動電動機的同時放電)的示意圖。
[0025]圖9是用于描述根據(jù)本發(fā)明的實施例的電壓轉(zhuǎn)換器的操作(以用于降壓的并聯(lián)連接，在再生電力的同時充電)的示意圖。
[0026]圖10是用于描述根據(jù)本發(fā)明的實施例的電壓轉(zhuǎn)換器的操作(以用于降壓的并聯(lián)連接，在再生電力的同時放電)的示意圖。
[0027]圖11是用于描述根據(jù)第一實施例，從電動車輛的串聯(lián)連接到并聯(lián)連接的切換控制的控制框圖。
[0028]圖12是用于描述根據(jù)第一實施例，從電動車輛的串聯(lián)連接到并聯(lián)連接的切換控制流的流程圖。
[0029]圖13是用于描述根據(jù)第二實施例，從電動車輛的串聯(lián)連接到并聯(lián)連接的切換控制的控制框圖。
[0030]圖14是用于描述根據(jù)第二實施例，從電動車輛的串聯(lián)連接到并聯(lián)連接的切換控制流的流程圖。
[0031]圖15是用于描述根據(jù)第三實施例，從電動車輛的串聯(lián)連接到并聯(lián)連接的切換控制的控制框圖。
[0032]圖16是用于描述根據(jù)第三實施例，從電動車輛的串聯(lián)連接到并聯(lián)連接的切換控制流的流程圖。
[0033]圖17是用于描述根據(jù)第三實施例，從電動車輛的串聯(lián)連接到并聯(lián)連接的切換控制流的另一例子的流程圖。
[0034]圖18是結合第一至第三實施例的控制框圖。
[0035]圖19是結合第一至第三實施例的流程圖。
[0036]圖20是根據(jù)本發(fā)明的實施例的電壓轉(zhuǎn)換器的另一例子。
[0037]圖21是描述根據(jù)本發(fā)明的實施例的電壓轉(zhuǎn)換器的操作(以用于升壓和降壓的串聯(lián)連接以及在以用于升壓和降壓的并聯(lián)連接的第一模式中，在驅(qū)動電動機時充電以及在再生電力的同時放電)的示意圖。
[0038]圖22是描述根據(jù)本發(fā)明的實施例的電壓轉(zhuǎn)換器的操作(以用于升壓和降壓的串聯(lián)連接，在驅(qū)動電動機的同時放電以及在再生電力的同時充電)的示意圖。
[0039]圖23是描述根據(jù)本發(fā)明的實施例的電壓轉(zhuǎn)換器的操作(在以用于升壓和降壓的并聯(lián)連接的第一模式中，在再生電力的同時放電以及在再生電力的同時充電)的示意圖。
[0040]圖24是描述根據(jù)本發(fā)明的實施例的電壓轉(zhuǎn)換器的操作(在以用于升壓和降壓的并聯(lián)連接的第二模式中，在驅(qū)動電動機的同時充電以及在再生電力的同時放電)的示意圖。[0041 ]圖25是描述操作(在以用于升壓和降壓電壓的并聯(lián)連接的第二模式中，在驅(qū)動電動機的同時放電以及在再生電力的同時充電)的示意圖。
【具體實施方式】
[0042]在下文中，參考附圖，描述本發(fā)明的實施例。圖1示出根據(jù)本發(fā)明的實施例的示例性電動車輛12。應注意到圖1中的點劃線表示信號線。
[0043]<電動車輛的結構>
[0044]圖1所示的電動車輛12是安裝有作為驅(qū)動源的內(nèi)燃機14和旋轉(zhuǎn)電機16(MG2)、17(MG1)的混合動力車輛。代替混合動力車輛，電動車輛12可以是僅由旋轉(zhuǎn)電機驅(qū)動，而沒有內(nèi)燃機的電動車。
[0045]如圖1所示，第一電池18和第二電池20分別連接到電壓轉(zhuǎn)換器22。電壓轉(zhuǎn)換器22升高來自第一電池18和第二電池20的DC電壓VB1、VB2，并且將所升高的電壓輸出到輸出路徑63、64。輸出路徑63、64連接到逆變器108和110。
[0046]逆變器108、110分別是三相逆變器。第一逆變器108連接到旋轉(zhuǎn)電機16 (MG2)，并且第二逆變器110連接到旋轉(zhuǎn)電機17(MG1)。通過控制逆變器108、110的切換元件的通和斷，將預定三相AC電流供應到旋轉(zhuǎn)電機16、17，使得驅(qū)動旋轉(zhuǎn)電機16、17旋轉(zhuǎn)。
[0047]旋轉(zhuǎn)電機16、17的輸出軸連接到行星齒輪型動力分配器125。動力分配器125還連接到內(nèi)燃機14的輸出軸和將動力傳送到驅(qū)動輪123的驅(qū)動軸121。動力分配器125執(zhí)行各種動力傳輸。例如，動力分配器125將來自內(nèi)燃機14的輸出分配給驅(qū)動輪，作為驅(qū)動源，以及分配給旋轉(zhuǎn)電機17(MG1)，作為用于發(fā)電的驅(qū)動源。除來自內(nèi)燃機14的輸出外，動力分配器125還將來自旋轉(zhuǎn)電機16(MG2)的輸出分配給驅(qū)動軸121，作為驅(qū)動源。
[0048]在電動車輛12的制動操作期間，由旋轉(zhuǎn)電機16(MG2)執(zhí)行再生制動。再生電力由逆變器108從AC電力轉(zhuǎn)換成DC電力，由電壓轉(zhuǎn)換器22降壓，然后供應到第一電池18和第二電池20。
[0049]電動車輛12具有控制器24?？刂破?4控制升壓和降壓(電壓轉(zhuǎn)換)以及通過控制電壓轉(zhuǎn)換器22的切換元件66、68、70、72的開和關，在串聯(lián)連接和并聯(lián)連接之間切換(切換電源連接)。控制器24還通過控制逆變器108、110的切換元件(未示出)的開和關，控制DC到AC轉(zhuǎn)換以及AC到DC轉(zhuǎn)換之間的切換。此外，控制器24經(jīng)電壓轉(zhuǎn)換器22和逆變器108、110的控制，控制旋轉(zhuǎn)電機16、17的驅(qū)動。
[0050]<每一元件的詳情>
[0051]第一電池18和第二電池20是DC電源，包括可再充電電池，諸如鋰離子可再充電電池和鎳氫金屬可再充電電池。代替可再充電電池，第一電池18和第二電池20中的至少一個可以是蓄能元件，諸如雙電層電容器。
[0052]通過接通和斷開切換元件66、68、70和72，電壓轉(zhuǎn)換器22執(zhí)行電池(第一電池18和第二電池20)與旋轉(zhuǎn)電機16、17之間的雙向電壓轉(zhuǎn)換，并且還在連接到旋轉(zhuǎn)電機16、17的第一電池18和第二電池20的串聯(lián)連接和并聯(lián)連接之間切換。
[0053]電壓轉(zhuǎn)換器22的輸出路徑包括連接到第一電池和第二電池20的負側的基準路徑64和輸出由電壓轉(zhuǎn)換器22升高的高壓的高壓路徑63。在基準路徑64和高壓路徑63之間提供平滑電容器42。
[0054]電壓轉(zhuǎn)換器22具有串聯(lián)連接到第一電池18的第一電抗器34以及并聯(lián)連接到第一電池18的第一電容器36。電壓轉(zhuǎn)換器22還具有串聯(lián)連接到第二電池20的第二電抗器38以及并聯(lián)連接到第二電池20的第二電容器40。
[0055]電壓轉(zhuǎn)換器22的切換元件66、68、70和72是諸如IGBT的晶體管元件。切換元件66,68,70和72相互串聯(lián)連接，使得從高壓路徑63到基準路徑64的方向變?yōu)檎?。二極管74、76、78、80分別反向并聯(lián)連接到切換元件66、68、70和72。