车辆的电源装置的制造方法
【专利摘要】车辆的电源装置包括：发动机(100)和第一MG(110)；电池(150)，转换器(200)，所述电压升压转换器(200)升压蓄电装置(150)的电压并将经升压了的电压供应到车辆的逆变器(210、220)；以及控制装置(500)，所述控制装置(500)将转换器(200)控制在连续电压升压模式和间歇电压升压模式下，在所述连续电压升压模式下，连续地操作所述转换器(200)，在所述间歇电压升压模式下，间歇地操作转换器(200)。控制装置(500)基于流入和流出电池(150)的电池电流IB估计电池(150)的SOC，并且当SOC的估计值低于预定下限LL时强制电池(150)由发动机(100)和第一MG(110)充电。随着SOC的估计值越接近下限LL，控制装置(500)将在间歇电压升压模式下的转换器(200)的操作抑制到更大程度。
【专利说明】
车辆的电源装置
技术领域
[0001]本发明涉及一种车辆的电源装置。
【背景技术】
[0002]已知混合动力车辆的电源系统通过电压升压转换器来升压来自电池的低输出电压并将高的经升压了的电压的电力供应到电动发电机。关于这种电源系统，已经提出了一种降低电压升压转换器的电力损耗的技术。
[0003]例如，日本专利特开第2010-11651 (PTL I)号所公开的混合动力车辆包括:第一电池和第二电池;第一电压升压转换器，该第一电压升压转换器转换第一电池的输出电压以将转换后的电压输出到电动发电机；以及第二电压升压转换器，该第二电压升压转换器转换第二电池的输出电压以将转换后的电压输出到电动发电机。当在混合动力行驶模式下控制车辆时，该混合动力车辆的控制装置操作第一电压升压转换器而停止第二电压升压转换器。这样，降低了第二电压升压转换器的电力损耗并因此可以提高燃料经济性。
[0004]引用目录
[0005]专利文献
[0006]PTLl:日本专利特开第2010-11651号
[0007]PTL 2:日本专利特开第2012-222907号
[0008]PTL 3:日本专利特开第2011-15603号
【发明内容】
[0009]技术问题
[0010]在电动发电机的电流消耗小的情况下，间歇电压升压控制可以通过间歇地操作和停止电压升压转换器来实施以由此降低因电压升压转换器的切换而引成的电力损耗。在执行这种控制的情况下，流经电压升压转换器的电流和流出/流入电池的电流(电池电流)也在流动状态和不流动状态之间快速切换。
[0011]根据执行车辆控制的ECU(电子控制单元)的配置，用于控制的电流数据可在慢周期中测得，导致不能够精确观察电流变化的故障。
[0012]更具体地说，ECU可以使用通过积分电池电流来估计电池的SOC(充电状态)的方法。在这个估计方法在间歇电压升压控制下使用的情况下，电池电流的变化不能被精确观察到，并且因此估计SOC的精确度下降。估计SOC所用的下降精确度可导致SOC的估计值偏离实际值。因此，不管电池充电实际上不必要的事实，电池都可能被强制充电。在这种情况下，燃料经济性可能恶化。
[0013]本发明的目的是提供一种能够确保通过间歇电压升压控制来降低电力损耗的效果并仍能够防止燃料经济性恶化的车辆的电源装置。
[0014]问题解决方案
[0015]根据本发明的一方面的车辆的电源装置包括:发电单元;蓄电装置;电压升压转换器，该电压升压转换器升压蓄电装置的电压并将经升压了的电压供应到车辆的电负荷；以及控制装置，该控制装置在连续电压升压模式和间歇电压升压模式下控制电压升压转换器。在连续电压升压模式下，转换器被连续地操作。在间歇电压升压模式下，转换器被间歇操作。控制装置基于流入和流出蓄电装置的电流估计蓄电装置的充电状态，并且当充电状态的估计值低于预定下限时，强制蓄电设备由发电单元充电。随着估计值更接近下限，控制装置将在间歇电压升压模式下的电压升压转换器的操作抑制到更大程度。
[0016]根据上述特征，随着充电状态的估计值更接近下限，在间歇电压升压模式下的操作被抑制到更大程度。因此，即使在估计充电状态的精度低的情况下，也可以防止控制装置错误地确定估计值小于下限。因此，可以防止进行实际上不必要的蓄电装置的强制充电，并且因此可以抑制燃料经济性的恶化。
[0017]优选地，在估计值等于或小于比下限大的预定阈值的情况下，控制装置抑制在间歇电压升压模式下的电压升压转换器的操作。
[0018]根据上述特征，当估计值处于下限和阈值之间的范围内时，阈值可以设成由此抑制在间歇电压升压模式下的操作。
[0019]优选地，阈值被确定成使得阈值比下限大能够由在间歇电压升压模式下的电压升压转换器的操作引起的估计值的最大误差。
[0020]根据上述特征，阈值用估计值的最大误差与下限的余量来设定。因此，可以更可靠地防止进行实际上不必要的强制充电。
[0021]优选地，控制装置通过禁止在间歇电压升压模式下的电压升压转换器的操作来抑制电压升压转换器的操作。
[0022]根据上述特征，在间歇电压升压模式下的操作被禁止。因此，与间歇电压升压模式被抑制的情况相比，可以可靠地防止控制装置错误地确定估计值小于下限。
[0023]优选地，控制装置通过降低在间歇电压升压模式下升压蓄电装置的电压的速率来抑制电压升压转换器的操作。
[0024]根据上述特征，降低蓄电装置的电压被升压的速率导致电池电流缓慢地增加。因此，与升压电压的速率较大的情况相比，电池电流在时间上是平均的。因此，可以降低取决于测量电流的时刻的电池电流的值的变化，并因此可以提高估计蓄电装置的充电状态的精确度。因此，可以防止进行实际上不必要的蓄电装置的强制充电。此外，可以减低因强制充电引起的电压升压转换器的电力损耗。
[0025]优选地，控制装置通过将在间歇电压升压模式下流经电压升压转换器的电流限制到预定值或更小来抑制电压升压转换器的操作。
[0026]根据上述特征，流经电压升压转换器的电流的限制使得电池电流能被限制。因此电池电流渐渐地增加。与升压电压的速率较大的情况相比，电池电流在时间上是平均的。因此，可以降低取决于测量电流的时刻的电池电流的值的变化，并因此可以提高估计蓄电装置的充电状态的精确度。因此，可以防止进行实际上不必要的蓄电装置的强制充电。
[0027]发明的有利效果
[0028]根据本发明，可以确保通过间歇电压升压控制来降低电力损耗的效果，并且仍然可以防止燃料经济性恶化。
【附图说明】
[0029]图1是说明示出为根据本发明实施例的电动车的典型示例的混合动力车辆的示例配置的方框图。
[0030]图2是说明图1所示的混合动力车辆的电气系统的示例配置的电路图。
[0031]图3是说明在转换器200被控制在间歇电压升压模式下的情况下的电池电流IB的波形图。
[0032]图4是说明根据电池150的SOC的转换器200的控制的曲线图。
[0033]图5是示出借助转换器200的电压升压控制的步骤的流程图。
[0034]图6是示出图5的流程图中的步骤ST25的细节的流程图。
[0035]图7是说明在连续电压升压模式和间歇电压升压模式下的操作的波形图。
[0036]图8是根据恢复速率比较电池电流IB的曲线图。
【具体实施方式】
[0037]下文中将参照附图详细描述本发明的实施例。在附图中，相同或对应部件用相同附图标记表示，并且其描述将不再重复。
[0038]第一实施例
[0039]图1是说明示出为根据本发明实施例的电动车的典型示例的混合动力车辆的示例配置的方框图。
[0040]参照图1，混合动力车辆包括发动机100、第一MG(电动发电机)110、第二MG 120、动力分配装置130、减速齿轮140、电池150、驱动轮160和控制装置500。控制装置500构造成包括PM(动力管理)-ECU(电子控制单元)170和MG-ECU 172。
[0041 ]通过来自发动机100和第二MG 120中的至少一个的驱动力来使混合动力车辆行驶。发动机100、第一MG 110和第二MG 120通过动力分配装置130彼此耦合。
[0042]动力分配装置130通常构造为行星齿轮传动机构。动力分配装置130包括:太阳齿轮131，太阳齿轮131是外齿齿轮；内啮合齿轮132，内啮合齿轮132是布置成与太阳齿轮131同心的内齿齿轮;多个小齿轮133，多个小齿轮133与太阳齿轮131和内啮合齿轮132啮合，以及行星齿轮架134。行星齿轮架134构造成保持多个小齿轮133，使得多个小齿轮133可以在各自轴上自转并且公转。
[0043]动力分配装置130将由发动机100产生的原动力分成两条路径。一条路径是通过减速齿轮140驱动驱动轮160的路径。另一条路径是通过驱动第一 MG 110来发电的路径。
[0044]第一MG110和第二MG 120通常分别是以永磁电机的形式构造的三相交流旋转电机。
[0045]第一MG110主要用作“发电机”，并能够从由发动机100供应并通过动力分配装置130分配的驱动力产生电力。即，发动机100和第一 MG 110相当于“发电单元”。由第一 MG 110产生的电力根据车辆的行驶情况和电池150的SOC(充电状态)的情况不同地使用。关于该电力，其电压此后通过稍后在本文中描述的转换器来调节并储存在电池150中。在例如在启动发动机时通过电动机启动发动机100的情况下，第一MG 110也可以由于转矩控制而用作电动机。
[0046]第二 MG 120主要用作“电动机”并且通过储存在电池150的电力和由第一 MG 110产生的电力中的至少一个来驱动。由第二MG 120产生的动力传到驱动轴135并进一步通过减速齿轮140传到驱动轮160。因此，第二 MG辅助发动机100或通过来自第二 MG 120的驱动力来致使车辆行驶。
[0047]当再生制动混合动力车辆时，第二MG120通过减速齿轮140由驱动轮160驱动。在这种情况下，第二 MG 120用作发电机。因此，第二 MG 120用作将制动能量转换成电力的再生制动器。由第二MG 120产生的电力储存在电池150中。
[0048]电池150是由串联连接的多个电池模块构成，电池模块分别由集成到电池模块中的多个电池组电池构成。电池150的电压例如是大约200V。电池150可以用由第一MG 110或第二MG 120产生的电力充电。电池150的温度、电压和电流由电池传感器152检测。温度传感器、电压传感器和电流传感器在本文中统一被称为电池传感器152。
[0049]PM-E⑶170和MG-E⑶172分别构造成具有CPU(中央处理单元)和包含在其中的存储器(未示出)，并且构造成基于分别通过根据储存在存储器中的映射和程序的软件处理，由传感器检测到的值执行运算。或者，PM-E⑶170和MG-E⑶172的至少一部分可构造成由专用电子电路等通过硬件处理执行预定数学运算和/或预定逻辑运算。
[0050]根据来自PM-ECU 170的操作指令值控制发动机100。第一 MG 110、第二 MG 120、转换器200和逆变器210、220由MG-ECU 172控制。PM-ECU 170和MG-ECU 172彼此连接，使得它们可以彼此双向通信。
[0051 ] 虽然在本实施例中，PM-E⑶170和MG-E⑶172构成单独ECU，但可以提供包括这些ECU的各自功能的单一 ECU。
[0052]图2是说明图1所示的混合动力车辆的电气系统的示例配置的电路图。
[0053]参照图2，混合动力车辆的电气系统包括转换器200(电压升压转换器)、与第一 MG110相关联的逆变器210、与第二 MG 120相关联的逆变器220、SMR(系统主继电器)230和电容C1、C20
[0054]转换器200包括串联连接的两个功率半导体切换元件Q1、Q2(在下文中也被简称为“切换元件”)、设置成分别与切换元件Ql、Q2相关联的二极管Dl、D2以及电抗器L。
[0055]切换元件Ql、Q2串联连接在正极线PL2和接地线GL之间，接地线GL连接到电池150的负电极。切换元件Ql的集电极连接到正极线PL2，而切换元件Q2的发射极连接到接地线GL。二极管Dl、D2分别与切换元件Ql、Q2反向并联连接。切换元件Ql和二极管Dl构成转换器200的上臂，而切换元件Q2和二极管D2构成转换器200的下臂。
[0056]IGBT(绝缘栅双极晶体管)、功率MOS(金属氧化物半导体)晶体管、双极型功率晶体管等等的任一种可以适宜用作功率半导体切换元件Ql、Q2。切换元件Ql、Q2的每个的接通/断开由来自MG-E⑶172的切换控制信号控制。
[0057]电抗器L具有连接到正极线PLl的一端，正极线PLl连接到电池150的正电极，以及连接到切换元件Ql、Q2的连接节点、S卩切换元件Ql的发射极和切换元件Q2的集电极之间的连接点的另一端。
[0058]电容C2连接在正极线PL2和接地线GL之间。电容C2平滑正极线PL2和接地线GL之间的电压变化的交流分量。电容Cl连接在正极线PLl和接地线GL之间。电容Cl平滑正极线PLl和接地线GL之间的电压变化的交流分量。
[0059]进一步地，空调机(A/C)240连接在正极线PLl和接地线GL之间。虽然未示出，除了空调机240外的辅机也可以连接在正极线PLl和接地线GL之间。供应到空调机240的电流和供应到辅机的电流统一表示为辅机电流Idc。
[0060]电抗器L中流动的电流IL(下文中，电抗器电流)由电流传感器SEIL检测。电压传感器180检测作为转换器200的输出电压的电容C2的端子间电压，即检测正极线PL2和接地线GL之间的电压VH(系统电压)，并将检测值输出到MG-E⑶172。
[0061 ] 转换器200、逆变器210和逆变器220通过正极线PL2和接地线GL彼此电气连接。
[0062]在电压升压操作时，转换器200升压由电池150供应的直流电压VB(跨电容Cl的相对端子间电压)并将由电压升压产生的系统电压VH供应到逆变器210、220。更具体地说，响应于来自MG-ECU 172的切换控制信号，切换元件Ql的接通时段和切换元件Q2的接通时段交替，并且电压升压比根据这些接通时段之间的比确定。
[0063]在电压降压操作时，转换器200降低系统电压VH，系统电压VH通过电容C2由逆变器210、220供应以用该电压给电池150充电。更具体地说，响应于来自MG-E⑶172的切换控制信号，其中仅切换元件Ql接通的时段以及其中两个切换元件Q1、Q2都断开的时段交替，并且电压降压比根据接通时段的占空比确定。
[0064]当转换器200的电压升压/降压操作停止时，切换元件Ql固定在接通状态而切换元件Q2固定在断开状态。
[0065]逆变器210以常见三相逆变器的形式构造，并包括U相臂15、V相臂16和W相臂17。臂15至17包括切换元件Q3至Q8和反向并联的二极管D3至D8。
[0066]当车辆行驶时，逆变器210控制第一MG 110的每相线圈的电流或电压，使得第一 MG110根据设置成用来产生车辆行驶所需的驱动力(车辆驱动转矩、发电转矩等)的操作指令值(通常是转矩指令值)操作。即，逆变器210执行正极线PL2和第一 MG 110之间的双向直流/交流电力转换。
[0067]逆变器220以常见三相逆变器的形式构造，和逆变器210—样。当车辆行驶时，逆变器220控制第二 MG 120的每相线圈的电流或电压，使得第二 MG 120根据设定成用来产生车辆行驶所需的驱动力(车辆驱动转矩、再生制动转矩等)的操作指令值(通常是转矩指令值)操作。即，逆变器220执行正极线PL2和第二MG 120之间的双向直流/交流电力转换。
[0068]PM-E⑶170基于混合动力车辆的加速器踏板位置Acc和速度V计算第一MG 110的转矩指令值TRl和第二 MG 120的转矩指令值TR2。
[0069]MG-ECU 172基于由PM-ECU 170计算出的第一MG 110的转矩指令值TRl和第二MG120的转矩指令值TR2以及第一MG 110的电动机转速MRNl和第二MG 120的电动机转速MRN2计算转换器200的输出电压(系统电压)的最优值(目标值)οMG-ECU 172基于由电压传感器180检测到的转换器200的输出电压VH和指令电压VH*计算用来控制输出电压VH的占空比，使得电压VH等于指令电压VH*并且因此控制转换器200。
[0070]MG-E⑶172通过将转换器设定在连续电压升压模式和间歇电压升压模式之一下来控制转换器200。连续电压升压模式是转换器200执行电压升压操作而没有停止的模式。间歇电压升压模式是转换器200间歇地重复电压升压操作和电压升压操作的停止的模式。当转换器200执行电压升压操作时，切换元件Q1、Q2在接通状态和断开状态之间切换。当转换器200停止电压升压操作时，切换元件Ql固定在接通开状态而切换元件Q2固定在断开状??τ O
[0071]转换器200在连续电压升压模式下没有升压电压的事实和转换器200在间歇电压升压模式下停止电压升压的事实就下列方面来说彼此不同。
[0072]在连续电压升压模式下，电池150的电压通过转换器200供应到逆变器210、220。因此，在转换器200在连续电压升压模式下没有升压电压的情况下，电池150的电压在其通过转换器200时(占空比是I)供应到逆变器210、220而没有升压。
[0073]相比之下，当转换器200在间歇电压升压模式下停止电压升压时，电池150的电压不通过转换器200供应到逆变器210、220。
[0074]控制装置500 (具体地说，PM-ECU 170)通过积分电池电流IB来估计电池150的SOC。由于常见方法可以用作通过电流积分来估计SOC的方法，因此这里不重复描述。然而，应当指出，本实施例具有电池电流IB在间歇电压升压模式下在控制下快速变化的特征。
[0075]图3是说明在转换器200被控制在间歇电压升压模式下的情况下的电池电流IB的波形图。参照图3，虽然执行间歇电压升压控制，但电池电流IB以非常短周期(例如，3至5秒)变化。为了精确观测电流，必要的是，电流被测量的周期比电流变化的周期短得多。
[0076]然而，为了缩短电流被测量的周期，必须使用高速CPU或增加通信频率，这导致成本增加。鉴于此，对于本实施例中的控制装置500，使用具有比电池电流IB变化的周期长的控制周期的CPU。通过举例，相对于电池电流IB变化的大约5ms的周期时段，控制装置500的控制周期时段大约是8ms。
[0077]如从上面看到的，在测量电池电流IB的时间间隔比电池电流IB变化的时间间隔长的情况下，电流不能被精确观测到并且因此测量电池电流IB的精确度在控制在间歇电压升压模式下较低。因此，有估计SOC的精确度较低且因此SOC的估计值偏离实际值的可能性。即，当控制装置500在间歇电压升压模式下执行控制时，控制装置500控制转换器200，使得电池150基于用相对较低精确度估计的SOC充电或放电。
[0078]图4是说明根据电池150的SOC的转换器200的控制的曲线图。参照图4，横轴表示电池150的充电状态，而纵轴表示电池150的断路电压(OCV)。
[0079]定义电池150的充电状态的上限UL和下限LL。在SOC高于上限UL的情况下，电池150的电压VB随着SOC的增加急剧增加。因此，在SOC高于上限UL的情况下，控制装置500控制转换器200，使得电池150放电以保护电池150。
[0080]相比之下，在SOC低于下限LL的情况下，电池150的电压VB随着SOC的减小急剧减小。因此，在SOC低于下限LL的情况下，控制装置500控制转换器200，使得电池150充电。换言之，控制装置500基于流入/流出电池150的电池电流IB估计电池150的SOC，并且当SOC的估计值低于预定下限LL时强制电池150由发动机100和第一 MG 110充电。
[0081]在下文中，当SOC高于上限UL时进行的放电被称为强制放电，而当SOC低于下限LL时进行的充电被称为强制充电。
[0082]如果SOC的估计值偏离实际值，如上所述，则可能出现，不管SOC的实际值比上限UL低得多的事实，控制装置500都错误地确定SOC的估计值高于上限LL。在这种情况下，进行强制放电以引起SOC急剧减小。因此，用户可能对SOC已经不自然地减小的事实感到异常，这例如从指示SOC的指示器的变化中发现。
[0083]相反地，也可能出现，不管SOC的实际值比下限LL高得多的事实，控制装置500都错误地确定SOC的估计值低于下限LL。在这种情况下，进行强制充电以引起发动机100操作。因为在这种情况下发动机100基于错误确定操作，所以有燃料经济性恶化的可能性。此外，因为发动机100的操作在非预期时刻启动，所以用户可能对该发动机操作感到异常。
[0084]鉴于上述，阈值Kl和K2定义在下限LL和上限UL之间。阈值Kl定义在下限LL和中心值C之间，而阈值K2定义在中心值C和上限UL之间(K1〈C〈K2)。中心值C例如是上限UL和下限LL的平均值。只要中心值C是在上限UL和下限LL之间的值，那中心值就不限于平均值。
[0085]进一步地，阈值Kl优选地是通过将SOC的误差dSOC加到SOC的下限LL来确定的值，该SOC的误差dSOC在间歇电压升压模式下在控制下被假定出现。换言之，阈值Kl确定成使得其比下限LL大可以由在间歇电压升压模式下的转换器200的操作引起的SOC的估计值的最大误差(dSOC)。同样地，阈值K2优选地是通过从SOC的上限UL减去误差dSOC来确定的值。本文稍后将详细说明如何确定误差dSOC。
[0086]在SOC落入由阈值Kl和K2定义的范围内的情况下(在SOC是阈值Kl或更大且是阈值K2或更小的情况下)，允许在间歇电压升压模式下的控制。相比之下，在SOC不在这个范围内的情况下(在SOC小于阈值Kl或大于阈值K2的情况下)，禁止在间歇电压升压模式下的控制，即执行在连续电压升压模式下的控制。在下文中，上述范围也被称为允许范围。
[0087]与大于下限LL且等于或小于阈值Kl的范围相比，大于阈值Kl且等于或小于中心值C的SOC的范围是常用的范围。允许范围因此被定义，并且因此，在SOC处于常用范围内的情况下，在间歇电压升压模式下的转换器200的操作被允许。相比之下，在SOC处于不常用的范围(大约下限LL且等于或小于阈值Kl的范围)内的情况下，在间歇电压升压模式下的转换器200的操作被抑制。即，在间歇电压升压模式下的转换器200的操作被抑制的SOC的范围可以限于不常用的范围。
[0088]图5是示出借助转换器200的电压升压控制的步骤的流程图。图7是说明在连续电压升压模式和间歇电压升压模式下的操作的波形图。
[0089]图7(a)是示出在连续电压升压模式和间歇电压升压模式下的转换器200的输出电压(系统电压)VH的曲线图。图7(b)是示出在连续电压升压模式和间歇电压升压模式下的电抗器电流IL的曲线图。虽然电抗器电流IL实际上由转换器200的切换引起变化，但图7(b)示出了其因切换而引起的变化分量被平滑的电抗器电流。图7(c)是示出因在连续电压升压模式和间歇电压升压模式下的切换而引起的电压升压电力损耗LP的曲线图。
[0090]参照图2、4和5，在步骤STlO，控制装置500将转换器200设定在连续电压升压模式下。转换器200执行电压升压操作而没有停止电压升压操作。
[0091]此后，当在步骤ST 2 O，电抗器电流IL在过去的预定期间内的平均值小于阈值T HI时，控制装置500致使处理转到步骤ST25。在步骤ST25，控制装置500检查电池状态以确定是否允许间歇电压升压模式。
[0092]图6是示出图5的流程图中的步骤ST25的细节的流程图。参照图2至6，响应于步骤ST25的处理的开始，控制装置500从电池传感器152得到电池电流IB并积分电池电流IB以由此在步骤ST100计算电池150的SOC的估计值。接着，控制装置500确定电池150的SOC是否落入允许范围(在图4中，阈值Kl和K2之间的范围)。
[0093]在步骤ST100，SOC在允许范围外的情况下，控制装置500致使处理转到步骤STllO以确定禁止间歇电压升压模式，并致使处理回到图5的流程图中的步骤ST10。在这种情况下，转换器200被设定在连续电压升压模式下操作。
[0094]换言之，随着SOC的估计值更接近下限LL，控制装置500将在间歇电压升压模式下的转换器200的操作抑制到更大程度。在本实施例中，控制装置500通过禁止转换器200在间歇电压升压模式下操作来抑制转换器200的操作。
[0095]相比之下，在步骤ST100，SOC落入允许范围的情况下，控制装置500致使处理转到步骤ST120以确定允许间歇电压升压模式，并致使处理回到图5的流程图中的步骤ST30。在这种情况下，转换器200被设定在间歇电压升压模式下操作。
[0096]在步骤ST30，控制装置500将转换器200设定在间歇电压升压模式下。在转换器被设定在间歇电压升压模式下的情况下，控制装置500首先致使转换器200的电压升压操作停止(例如，参见图7中的时刻(I))。应当指出，电压升压操作可在转换器被设定在间歇电压升压模式下之后马上停止或在经过预定时间后停止。只要重复允许电压升压的状态和禁止电压升压的状态，则在间歇电压升压模式下包括这个操作。
[0097]当停止转换器200的电压升压操作时，电流不从电池150输出。因此，电抗器电流IL是零并且电压升压电力损失LP是零。虽然停止转换器200的电压升压操作，但第一 MG 110和/或第二 MG 120通过储存在电容C2中的电力来驱动。当电荷从电容C2放电时，系统电压VH减小。
[0098]此后，当在步骤ST40中，系统电压VH和指令电压VH*之间的绝对偏差| VH*_VH |等于或大于极限值dVH时，控制装置500致使处理转到步骤ST50。在步骤ST50，控制装置500致使转换器200重新开始电压升压操作(例如，参见图7中的时刻(2))。
[0099]当借助转换器200的电压升压操作重新开始时，电池150供应驱动第一MG110和/或第二 MG 120所需的电流(恢复电流)并同时给电容C2充电。因此，电抗器电流IL增加并且电压升压电力损失LP增加。
[0100]此后，当在步骤ST60中，系统电压VH等于指令电压VH*时，控制装置500致使处理转到步骤ST70。在步骤ST70，控制装置500致使借助转换器200的电压升压操作停止(例如，参见图7中的时刻(3))。在步骤ST70之后，再次从步骤ST40执行处理。
[0101]当在步骤ST80中，电抗器电流IL在过去的预定期间内的平均值ILM大于阈值TH2时，控制装置500致使处理转到步骤ST90以将转换器200设定在连续电压升压模式下。转换器200执行电压升压操作而没有停止(例如，参见图7中的时刻(4))。在图7中的时刻(4)，示出了指令电压VH*已经增加，而电抗器电流IL开始增加。在执行步骤ST90之后，图5所示的系列处理步骤结束。
[0102]图7(c)示出了在间歇电压升压模式下电压升压电力损耗LP在停止电压升压的一个时段和执行电压升压的一个随后时段的集合中降低了多少。由表示参考电力损耗BS的线和表示电压升压电力损耗LP并位于比参考电力损耗BS的线高的线包围的区域的面积P3是比在连续电压升压模式下的电压升压电力损耗大的电压升压电力损耗LP的合计。由表示参考电力损耗BS的线和表示电压升压电力损耗LP并位于比参考电力损耗BS的线低的线包围的区域的面积PO是小于在连续电压升压模式下的电压升压电力损耗的电压升压电力损耗LP的合计。通过从PO减去P2(=P3)来确定的值Pl是通过在间歇电压升压模式下的操作在停止电压升压的一个时段和执行电压升压的一个随后时段的集合中获得的、电压升压电力损耗相对于在连续电压升压模式下的电压升压电力损耗的降低量的合计。
[0103]如图7(c)所示，转换器可以被设定在间歇电压升压模式下以由此降低电压升压电力损耗。停止电压升压的时段越长，产生越大的降低损耗效果。
[0104]在步骤ST25，控制装置500基于SOC是落入允许范围(图4中的阈值Kl和K2之间的范围)还是在允许范围外来确定是否切换到间歇电压升压模式。在下文中，将描述为什么定义允许范围的原因。
[0105]如图4所示，阈值Kl定义成比下限LL大误差dSOC。误差dSOC被认为是作为所谓的为在间歇电压升压模式下估计SOC的精确度降低作准备的余量而被给出的。即，该余量可以设置成降低控制装置500不管SOC的实际值是下限LL或更大的事实都错误地确定SOC的估计值小于下限LL的可能性。因此，可以防止基于错误确定的强制充电。
[0106]相比之下，阈值K2定义成比上限UL小误差dSOC。该误差dSOC也是作为余量而被给出的。因此，可以减小控制装置500不管SOC的实际值是上限LL或更小的事实都错误地确定SOC的估计值大于上限UL的可能性。因此，可以防止基于错误确定的强制放电。
[0107]这样，即使在估计SOC的精确度在间歇电压升压模式下的控制下降低的情况下，允许在间歇电压升压模式下的控制的范围也可以通过阈值K1、K2限制，以由此降低执行强制充电或强制放电的可能性。因此，可以提高燃料经济性并且可以防止引起使用者感到异常。
[0108]接着，将描述如何确定图4所示的误差dSOC。如上所述，误差dSOC优选地是在间歇电压升压模式下在控制下可能出现的SOC的最大误差。即，最大可能误差被定义为余量是优选的。
[0109]电池IB、电抗器电流IL和辅机电流Idc之间的关系:IB=IL+Idc成立。辅机电流Idc不根据电压升压模式变化。因此，在间歇电压升压模式下的电池电流IBl和在连续电压升压模式下的电池电流IB2分别用下面公式(I)和(2)表示，其中，ILl是在间歇电压升压模式下的电抗器电流，，而IL2是在连续电压升压模式下的电抗器电流。
[0110]IB1 = IL1+Idc...(I)
[0111]IB2 = IL2+Idc...(2)
[0112]如图7所示，由于在连续电压升压模式下的电抗器电流IL2是恒定的，因此可以精确地测量出电抗器电流IL2。因此，当在连续电压升压模式下的测量结果用作参考时，在间歇电压升压模式下的电池电流IB的测量结果的最大可能误差可能出现，如下所述。
[0113]在连续电压升压模式用作参考的情况下，在间歇电压升压模式下的电池电流IB的增加量dIB用下面公式(3)表示。
[0114]dIB = IBl-1B2 = ILl-1L2...(3)
[0115]在间歇电压升压模式下，电抗器电流ILl随时间变化，并且电抗器电流ILl相对于电抗器电流IL2的最大增加量是(ILlmax-1L2)(参见图7)。
[0116]dIB< = ILlmax-1L2...(4)
[0117](dIB 等于或小于 ILlmax_IL2)
[0118]从电池150供应的电荷量(单位:Ah)通过在间歇电压升压模式的时段(单位:h)积分所测得的电池电流IB(单位:A)来得到。在测量电池电流IB的相应时刻匹配电抗器电流ILl具有最大值ILlmax的时刻的情况下，电荷量达到其最大值。因此，电荷量的最大值用(ILlmax-1L2)x dt表示(图7中用面积QO表示)。应当指出，dt是在间歇电压升压模式下电抗器电流IL的平均值ILM超过阈值TH2所用的时间(图7中的时刻(I)和时刻⑷之间的时间)。
[0119]因此，误差dSOC可用下面公式(5)表示。
[0120]dS0C=(ILlmax-1L2)x dt/C0...(5)
[0121]其中，CO是电池150的容量CO(单位:Ah)。即，(ILlmax-1L2)x dt除以容量CO以由此将电荷量转换成SOC。
[0122]这样，误差dSOC可以确定成用作充分余量以由此防止不管电池150的充电/放电实际上不必要的事实都进行的强制充电或强制放电。应当指出，确定误差dSOC的方法不限于上述方法O
[0123]第二实施例
[0124]抑制在间歇电压升压模式下的转换器200的方法不限于根据第一实施例的上述方法。在第二实施例中，在间歇电压升压模式下的操作通过提高测量电池电流IB的精确度来抑制。
[0125]第二实施例中的混合动力车辆的电气系统具有与第一实施例中的电气系统的配置等同的配置(参见图1和2)。因此，其描述将不重复。
[0126]再次参照图2，如上面根据第一实施例所述，在间歇电压升压模式下的转换器200中的切换元件Ql、Q2的切换基于来自控制装置500的切换控制信号来控制。电压借助转换器200的每单位时间升压的幅度，即系统电压VH每单位时间的增加量(下文中也被称为恢复速率(单位:V/S))根据切换元件Ql的接通时段和切换元件Q2的接通时段之间的比确定。即，控制装置500可以通过切换控制信号来调整恢复速率。
[0127]图8是根据恢复速率的电池电流IB的比较的曲线图。横轴表示时间轴。纵轴表示系统电压VH、电抗器电流IL或电池电流IB。图8(b)所示的恢复速率RTS小于图8(a)所示的恢复速率RTF。
[0128]如图8(a)所示，在恢复速率大的情况下，电抗器电流IL急剧增加。由于电池电流IB通过辅机电流I dc (图8中的恒定值)加上电抗器电流IL来确定，大恢复速率导致电池电流IB急剧增加。由于在图8(a)中，控制装置500测量在比电池电流IB变化的周期长的周期内的电池电流IB，因此由控制装置500得到的电池电流IB的值根据测量电池电流的时刻可显著不同。
[0129]相比之下，第二实施例中的控制装置500使用如图8(b)所示的较小恢复速率RTS来控制转换器200。换言之，控制装置500使升压电池150的电压VB的速率变得更小。
[0130]因此，电池电流IB渐渐地增加并且因此与图8(a)相比，电池电流IB在时间上是平均的。因此，可以降低根据测量电池电流的时刻的电池电流IB的值的变化。因此可以提高估计SOC的精确度。因此，可以防止实际上不必要的强制充电或强制放电。
[0131]第二实施例的变型
[0132]在第二实施例的变型中，控制装置500将电抗器电流IL限制到预定值或更小。换言之，控制装置500将在间歇电压升压模式下流经转换器200的电流限制到预定值或更小以由此抑制转换器200的操作。
[0133]电抗器电流IL可以通过将切换元件Ql的接通时段和切换元件Q2的接通时段之间的比限制在某个范围内来限制到预定值或更小，类似于上述恢复速率的调整。
[0?34]电抗器电流IL限制到预定值或更小意味着，电池电流IB也被限制到另一预定值或更小。因此，抑制了电池电流IB的急剧增加。即，如上面关于图8(b)所述，电池电流IB渐渐地增加并且因此电池电流IB在时间上是平均的。因此可以提高估计SOC的精确度。应当指出，电抗器电流IL相当于“流经电压升压转换器的电流”
[0135]根据上述，第一和第二实施例以及第二实施例的变型分别提供:在SOC在预定范围外的情况下在间歇电压升压模式下的控制被抑制的控制;恢复速率变得更慢的控制；以及电抗器电流IL被限制的控制。然而，这些控制也可以根据需要组合。这些控制都相当于“在间歇电压升压模式下的电压升压转换器的操作被抑制的控制”的实施方式。
[0136]最后，将再参照图1、2和4概括所提出的实施例。车辆的电源装置包括:发动机100和第一MG 110(发电单元)；电池150;转换器200，转换器200升压电池150的电压并将经升压了的电压供应到车辆的逆变器210、220(电负荷)；以及控制装置500，控制装置500将转换器200控制在连续电压升压模式和间歇电压升压模下。在连续电压升压模式下，转换器200被连续地操作。在间歇电压升压模式下，转换器200被间歇操作。控制装置500基于流入/流出电池150的电池电流IB估计电池150的SOC，并且当SOC的估计值低于预定下限LL时强制电池150由发动机100和第一MG 110充电。随着SOC的估计值更接近下限LL，控制装置将在间歇电压升压模式下的转换器200的操作抑制到更大程度。
[0137]优选地，在估计值等于或小于比下限LL大的阈值Kl的情况下，控制装置500抑制在间歇电压升压模式下的转换器200的操作。
[0138]优选地，阈值Kl确定成使得阈值比下限LL大能够由在间歇电压升压模式下的转换器200的操作引起的SOC的估计值的最大误差dSOC。
[0139]优选地，控制装置500通过禁止在间歇电压升压模式下的转换器200的操作来抑制转换器200的操作。
[0140]优选地，控制装置500通过降低在间歇电压升压模式下升压电池150的电压VB的速率来抑制转换器200的操作。
[0141]优选地，控制装置500通过将在间歇电压升压模式下的转换器200的电抗器电流IL限制到预定值或更小来抑制转换器200的操作。
[0142]虽然本发明的实施例提供连续电压升压模式和间歇电压升压模式，但可以提供连续电压降压模式和间歇电压降压模式。即，MG-ECU 172将转换器200设定在连续电压降压模式和间歇电压降压模式之一。在连续电压降压模式下，转换器200执行电压降压操作而没有停止。在间歇电压降压模式下，转换器200间歇地重复电压降压操作和电压降压操作的停止。当转换器200执行电压降压操作时，仅切换元件Ql接通的时段和两个切换元件Q1、Q2都断开的时段交替。当转换器200停止电压降压操作时，切换元件Ql固定在接通状态而切换元件Q2固定在断开状态。
[0143]虽然已经根据混合动力车辆描述了所提出的实施例，但本发明也可适用于燃料电池车辆。在这种情况下，燃料电池单元相当于“发电单元”。
[0144]应当解释的是，本文所公开的实施例在所有方面上举例说明给出，并不旨在限制。意味着，本发明的范围由权利要求书而不是由上面描述限定，并包含在意思和范围上与权利要求书等同的所有改型和变型。
[0145]附图标记列表
[0146]100发动机；110第一MG; 120第二MG; 112、122中性点；130动力分配装置；131太阳齿轮；132内啮合齿轮；133小齿轮；134行星齿轮架；135内啮合齿轮轴(驱动轴)；140减速齿轮；150电池；152电池传感器；160驱动轮；170PM-ECU;172MG-ECU;180电压传感器;200转换器；210、220逆变器;230SMR; 240空调机;500控制装置;PLl、PL2正极线;GL接地线;Q1-Q8切换元件;D卜D8 二极管;Cl、C2电容;L电抗器。
【主权项】
1.一种车辆的电源装置，包括: 发电单元； 蓄电装置； 电压升压转换器，所述电压升压转换器升压所述蓄电装置的电压并将经升压了的电压供应到所述车辆的电负荷；以及 控制装置，所述控制装置将所述电压升压转换器控制在连续电压升压模式和间歇电压升压模式下，在所述连续电压升压模式下，所述电压升压转换器被连续地操作，在所述间歇电压升压模式下，所述电压升压转换器被间歇地操作， 所述控制装置基于流入和流出所述蓄电装置的电流估计所述蓄电装置的充电状态，并且当所述充电状态的估计值低于预定下限时，强制所述蓄电装置由所述发电单元充电， 随着所述估计值更接近所述下限，所述控制装置将在所述间歇电压升压模式下的所述电压升压转换器的操作抑制到更大程度。2.根据权利要求1所述的车辆的电源装置，其中，在所述估计值等于或小于比所述下限大的预定阈值的情况下，所述控制装置抑制在所述间歇电压升压模式下的所述电压升压转换器的所述操作。3.根据权利要求2所述的车辆的电源装置，其中，所述阈值被确定成使得所述阈值比所述下限大能够由在所述间歇电压升压模式下的所述电压升压转换器的所述操作引起的所述估计值的最大误差。4.根据权利要求1至3中的任一项所述的车辆的电源装置，其中，所述控制装置通过禁止在所述间歇电压升压模式下的所述电压升压转换器的所述操作来抑制所述电压升压转换器的所述操作。5.根据权利要求1至3中的任一项所述的车辆的电源装置，其中，所述控制装置通过降低在所述间歇电压升压模式下升压所述蓄电装置的电压的速率来抑制所述电压升压转换器的所述操作。6.根据权利要求1至3中的任一项所述的车辆的电源装置，其中，所述控制装置通过将在所述间歇电压升压模式下流经所述电压升压转换器的电流限制到预定值或更小来抑制所述电压升压转换器的所述操作。
【文档编号】B60L11/18GK105899394SQ201480072534
【公开日】2016年8月24日
【申请日】2014年11月20日
【发明人】镰谷英辉, 熊泽卓, 佐藤亮次
【申请人】丰田自动车株式会社