DE10235489B4

DE10235489B4 - Stromversorgungsvorrichtung und diese Verwendendes Elektrofahrzeug

Info

Publication number: DE10235489B4
Application number: DE10235489A
Authority: DE
Inventors: Iwao Shimane; Mitsuteru Yano; Kazuhiro Hara; Noriyuki Abe
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2001-08-10
Filing date: 2002-08-02
Publication date: 2013-03-21
Anticipated expiration: 2022-08-03
Also published as: DE10235489A1; US20030029654A1; US6923279B2; JP3625789B2; JP2003061209A

Abstract

Stromversorgungsvorrichtung für ein Fahrzeug, umfassend: eine erste Batterieeinheit (10); eine zweite Batterieeinheit (60) für eine geringere Spannung als die erste Batterieeinheit (10), eine Invertierschaltung (30a), die eine Spannung von der ersten Batterieeinheit (10) durch Schalter (24a, 24b) eingibt einen Glättungskondensator (31), der parallel zwischen der ersten Batterieeinheit (10) und der Invertierschaltung (30a) vorgesehen ist; einen Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler (50), der zwischen dem Glättungskondensator (31) und der zweiten Batterieeinheit (60) vorgesehen ist, um elektrische Energie, die in der ersten Batterieeinheit (10) oder dem Glättungskondensator (31) gespeichert ist, zur Versorgung der zweiten Batterieeinheit (60) spannungszuwandeln, und um elektrische Energie, die in der zweiten Batterieeinheit (60) gespeichert ist, zur Versorgung des Glättungskondensators (31) spannungszuwandeln; eine elektronische Steuereinheit (80), die den Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler (50) vor dem Starten der Stromversorgung zu der Invertierschaltung (30a) derart steuert/regelt, dass die Schalter (24a, 24b) geschlossen werden, nachdem der Glättungskondensator (31) auf eine Spannung innerhalb eines...

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Stromversorgungsvorrichtung und ein diese verwendendes Fahrzeug.
In den letzten Jahren ist ein Hybridelektroautomobil entwickelt worden und hat begonnen, in praktische Verwendung genommen zu werden. 1 zeigt ein Beispiel einer Stromversorgungsvorrichtung, die in dem Hybridelektroautomobil installiert ist. Das Hybridelektroautomobil, das die Stromversorgungsvorrichtung verwendet, umfasst eine Hauptbatterie (BATT) 10, einen Anschlusskasten (J/B) 20, eine Leistungstreibereinheit (PDU) 30, einen Motor 40, eine Hilfsbatterie 60, eine Last 70, eine elektronische Steuereinheit (ECU) 80 und einen Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler 90.
Die Hauptbatterie 10 speichert die Gleichstromenergie mit hoher Spannung, wie etwa 144 V, und gibt sie aus. Die Ausgabe der Hauptbatterie 10 wird über den Anschlusskasten 20 der Leistungstreibereinheit 30 und dem Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler 90 zugeführt.
Der Anschlusskasten 20 enthält einen Hauptschalter 21, Sicherungen 22 und 23, ein Hauptschaltschütz 24a, ein Nebenschaltschütz 24b, einen Widerstand 25 und einen Schalter 26. Der Hauptschalter 21 und die Sicherung 22 sind seriell in einen Stromweg in der Hauptbatterie 10 eingesetzt.
Der Hauptschalter 21 ist manuell betätigt und wird verwendet, um im Fall einer Prüfung des Fahrzeugs die Ausgabe der Hauptbatterie 10 zwangsweise zu stoppen. Die Sicherung 22 schmilzt, wenn durch die Hauptbatterie 10 ein Überstrom hindurch ließt, und stoppt zwangsweise die Ausgabe der Hauptbatterie 10. Die Sicherung 23 ist für den Stromweg an der Eingangsseite des Gleichstrom-Gleichstrom-Wandlers 90 vorgesehen, und schmilzt, wenn durch den Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler 90 ein Überstrom hindurchfließt, und stoppt zwangsweise die Stromversorgung zu dem Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler 90.
Das Hauptschaltschütz 24a ist ein zweipoliger Schalter und ist zwischen dem Ausgangspol der Hauptbatterie 10 und den Eingangspol der Leistungstreibereinheit 30 eingesetzt. Auch sind der Widerstand 25 und der Schalter 26, die in Serie verbunden sind, parallel zu dem Hauptschaltschütz 24a eingesetzt. Das Nebenschaltschütz 24b ist auch ein zweipoliger Schalter und ist für den Stromweg zwischen dem negativen Pol des Glättungskondensators 31 und dem negativen Pol der Hauptbatterie 10 vorgesehen.
Die Leistungstreibereinheit 30 ist aufgebaut aus einer Invertierschaltung 30a, die den Gleichstrom von der Hauptbatterie 10 in einen dreiphasigen Wechselstrom umwandelt. Der Glättungskondensator 31 ist mit dem Eingangspol parallel zu der Invertierschaltung 30a verbunden. Der Glättungskondensator 31 ist vorgesehen, um, im Falte des Einschaltens, einen durch die Leistungstreibereinheit 30 fließenden Stromstoß zu hemmen. Der Dreiphasenwechselstrom, der von der Leistungstreibereinheit 30 ausgegeben wird, wird dem Motor 40 zugeführt. Der Motor 40 hat, zusätzlich zur Motorfunktion, eine Wechselstromgeneratorfunktion, und die Rotationsachse ist mit einer Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine (nicht gezeigt) verbunden. Wenn er als Motor arbeitet, wird der Motor 40 durch den Dreiphasenwechselstrom von der Leistungstreibereinheit 30 drehend angetrieben, um durch ein Getriebe Räder (nicht gezeigt) in Drehung zu versetzen und dazu beizutragen, die Brennkraftmaschine anzutreiben. Auch wenn er als der Generator arbeitet, wird der Motor 40 durch die Brennkraftmaschine (nicht gezeigt) drehend angetrieben und erzeugt Wechselstrom. Der von dem Motor 40 erzeugte Wechselstrom wird durch die Invertierschaltung 30a und den Glättungskondensator 31 in Gleichstrom umgewandelt und wird benutzt, die Hauptbatterie 10 direkt zu laden, und lädt die Hilfsbatterie 60 durch den Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler 90.
Wie oben beschrieben, wandelt der Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler 90 den Hochspannungsgleichstrom, der von dem Motor 40 erzeugt und durch den Glättungskondensator 31 geglättet ist, in Niederspannungsgleichstrom um. Auch wandelt der Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler 90 den Hochspannungsgleichstrom, der über den Anschlusskasten 20 von der Hauptbatterie 10 zugeführt wird, in Niederspannungsgleichstrom. Die Hilfsbatterie 60 und die Last 70 sind mit dem Ausgang des Gleichstrom-Gleichstrom-Wandlers 90 verbunden. Die Hilfsbatterie 60 wird mit dem Niederspannungsgleichstrom geladen, der von dem Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler 90 ausgegeben wird.
Auch wird die Last 70, die etwa eine Klimaanlage, Wischer usw. ist, durch den Niederspannungsgleichstrom von der Hilfsbatterie 60 und dem Gleichstrom von dem Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler 90 angetrieben. Die elektronische Steuereinheit 80 ist aus einem Mikroprozessor aufgebaut und steuert bzw. regelt die gesamte Stromversorgungsvorrichtung.
Es ist nun der Betrieb des herkömmlichen Hybridelektroautomobils beschrieben, das die wie oben ausgebildete Stromversorgungsvorrichtung verwendet, insbesondere dem Betrieb beim Starten.
Wenn ein Zündschlüssel (nicht gezeigt) betätigt wird, wird der Hauptschalter 21 eingeschaltet, und die elektronische Steuereinheit 80 schaltet ein Relais RY1 und ein Relais RY3 ein, um den Schalter 26 und das Nebenschaltschütz 24b in dem Anschlusskasten 20 in den EIN-Zustand zu versetzen. Hierdurch lädt der Gleichstrom von der Hauptbatterie 10 den Glättungskondensator 31 über den Widerstand 25 und den Schalter 26 und wird der Leistungstreibereinheit 30 zugeführt. Weil der der Leistungstreibereinheit 30 zugeführte Strom durch den Widerstand 25 begrenzt ist, ist der Ladevorgang für den Glättungskandensator 31 schwach.
Wenn der Glättungskondensator 31 auf eine vorbestimmte Spannung geladen ist, versetzt die elektronische Steuereinheit 80 das Relais RY2 in den EIN-Zustand und das Relais RY1 in einen AUS-Zustand. Das Relais RY3 ist weiterhin im EIN-Zustand. Somit wird das Hauptschaltschütz 24a in den EIN-Zustand versetzt, und der Schalter 26 wird in den AUS-Zustand versetzt. Auf diese Weise wird der Gleichstrom von der Hauptbatterie 10 der Leistungstreibereinheit 30 über den Hauptschaltschütz 24a direkt zugeführt. Die Invertierschaltung 30a führt einen Schaltbetrieb für den Gleichstrom aus, um den Gleichstrom von der Hauptbatterie 10 in einen Dreiphasenwechselstrom umzuwandeln, und die Leistungstreibereinheit 30 führt den Dreiphasenstrom dem Motor 40 zu. Somit wird der Motor 40 drehend angetrieben.
Andererseits wandelt der Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler 90 den Hochspannungsgleichstrom von der Hauptbatterie 10 oder dem Glättungskondensator 31 in den Niederspannungsgleichstrom um und führt ihn der Hilfsbatterie 60 und der Last 70 zu. Somit wird die Hilfsbatterie 60 geladen, und es wird möglich, die Last 70 anzutreiben.
Wie oben beschrieben, ist die Stromversorgungsvorrichtung, die in dem herkömmlichen Hybridelektroautomobil verwendet wird, aus dem Widerstand und dem Schalter aufgebaut, um den Glättungskondensator schwach zu laden. Weil durch den Widerstand und den Schalter ein starker Strom bei hoher Spannung hindurchfließt, sind für den Widerstand und den Schalter eine hohe Durchschlagspannung und eine hohe Stromfestigkeit erforderlich. Im Ergebnis werden der Widerstand und der Schalter teuer, und die Herstellungskosten der Stromversorgungsvorrichtung steigen an.
Im Zusammenhang mit der obigen Beschreibung ist ein elektrisches System eines Elektroautomobils in der JP-05-344605 A offenbart. Das elektrische System dieses elektrischen Automobils in dieser Druckschrift umfasst eine Hauptbatterie für den Fahrzeugantrieb, eine Hilfsbatterie für Hilfseinheiten und einen Invertierer, der einen Glättungskondensator aufweist. Der Strom wird einem Wechselstrommotor für das Fahrzeug von der Hauptbatterie durch den Invertierer zugeführt. Der Anfangsladestromkreis des Eingangskondensators umfasst einen Isolier-Kombinationsreaktor, eine Halbleiterschaltvorrichtung, die zwischen der Primärseite des Kombinationsreaktors und der Hilfsbatterie angeschlossen ist, sowie einen Gleichrichter, der zwischen der Sekundärseite des Kombinationsreaktors und dem Eingangskondensator angeschlossen ist. Der Eingangskondensator wird in der Anfangsstufe durch die Anfangsladeschaltung geladen. Der Oberbegriff der Ansprüche 1 und 6 beruht auf dieser Druckschrift.
Auch in der JP06-054410 A ist ein elektrisches System eines elektrischen Automobils offenbart. Das elektrische System des elektrischen Automobils in dieser Druckschrift umfasst eine Hauptbatterie für einen Fahrzeugantrieb und eine Hilfsbatterie für Hilfseinheiten. Der Strom wird einem Wechselstrommotor für den Fahrzeugantrieb von der Hauptbatterie durch einen Invertierer zugeführt. Die Hilfsbatterie wird durch den Wechselstromausgang von dem Invertierer geladen. Auch führt der Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler, der die Hilfsbatterie als Stromversorgung verwendet, im Falle des Startens des Invertierers einen Anfangsladevorgang für einen Eingangskondensator durch.
Auch in der JP-10-304501 A ist ein Steuersystem eines elektrischen Automobils offenbart. Das Steuersystem des elektrischen Automobils in dieser Druckschrift umfasst einen Invertierer, der Gleichstrom einer Hauptbatterie in Wechselstrom umwandelt und einen Fahrmotor antreibt. Zwischen der Hauptbatterie und dem Invertierer ist ein Hauptschaltschütz vorgesehen. Zwischen der Hauptbatterie und dem Invertierer ist ein Voraufladeschaltschütz vorgesehen. Eine Steuereinheit schließt ein Voraufladeschaltschütz, um einen Kondensator vorzuladen, und schließt das Hauptschaltschütz, wenn bestimmt wird, dass die Voraufladung geendet hat. Eine Stromerfassungsstation erfasst den Voraufladestrom. Die Steuereinheit bestimmt, dass die Voraufladung geendet hat, wenn nach einer vorbestimmten Zeit seit dem Start des Voraufladebetriebs der Voraufladestrom niedriger ist als ein Referenzwert.
Auch in der JP-11-008910 A ist eine Stromversorgungsvorrichtung für ein Hybridelektroautomobil offenbart. In der Stromversorgungsvorrichtung dieser Druckschrift lädt eine Hauptbatterie eine Hilfsbatterie durch einen Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler. Ein Hochspannungsschaltungsabschnitt führt im Falle der Stromversorgung von der Hauptbatterie zu einer Hilfsbatterie einen sogenannten Invertierbetrieb aus und führt den Wechselstrom einer Wicklung seitens der großen Windungsanzahl eines Transformators zu und führt, im Falle der Stromversorgung von der Hilfsbatterie zu der Hauptbatterie einen Gleichrichterbetrieb durch. Ein Niederspannungsschaltungsabschnitt führt im Fall der Stromversorgung von der Hauptbatterie zu der Hilfsbatterie einen Gleichrichterbetrieb durch, und führt im Falle der Stromversorgung von der Hilfsbatterie zu der Hauptbatterie den Invertierbetrieb durch und liefert Wechselstrom einer Wicklung seitens der kleinen Windungsanzahl des Transformators zu. Bei dieser Stromversorgungsvorrichtung kann die Stromübertragung von der Hilfsbatterie zu dem Motor für den Maschinenstart mit einer einfachen Schaltung realisiert werden.
Auch in der JP-11-164494 A ist ein Hybridelektroautomobil offenbart. Die Hybridelektrik dieser Druckschrift umfasst eine Hochspannungsantriebshauptbatterie, die in hoher Spannung betrieben wird und die einem Maschinenanlassermotor und einem Fahrmotor Strom zuführt, und eine Hilfsbatterie, die in Niederspannung betrieben wird und die einer Hilfseinheit Strom zuführt. Ein Durchschnittsladestrom-Übertragungsabschnitt überträgt Strom zu einer der beiden Batterien. Eine Steuereinheit steuert den Durchschnittsladestrom-Übertragungsabschnitt derart, dass eine der beiden Batterien die andere lädt.
Die US 5,994,789 A zeigt Spannungswandlung von elektrischer Energie, die in der ersten Batterie oder dem Glättungskondensator gespeichert ist, durch einen Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler zur Versorgung der zweiten Batterie.
Zusammenfassung der Erfindung
Daher ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Stromversorgungsvorrichtung für ein Fahrzeug anzugeben, die eine elektrische Ankopplung einer Hilfsbatterie so vornehmen kann, dass die aus der Hilfsbatterie entnommene Energie an den Betriebszustand der Stromversorgungseinrichtung angepasst ist und/oder eine Überlastung bzw. zu starke Entladung der Hilfsbatterie vermieden wird.
Zur Lösung der Aufgabe wird ein eine Stromversorgungsvorrichtung für ein Fahrzeug gemäß Anspruch 1 angegeben.
Hier kann der Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler einen Spannungsminderungsschaltkreis enthalten, der mit dem Glättungskondensator verbunden ist, einen Spannungserhöhungsschaltkreis, der mit der zweiten Batterieeinheit verbunden ist, sowie einen Transformator, der zwischen dem Spannungsminderungsschaltkreis und dem Spannungserhöhungsschaltkreis vorgesehen ist. Der Spannungserhöhungsschaltkreis wird, durch die elektronische Steuereinheit betrieben, um einen Schaltbetrieb auszuführen, sodass die Spannung von der zweiten Batterieeinheit verstärkt und dem Glättungskondensator zugeführt wird. Auch wird der Spannungsminderungsschaltkreis durch die elektronische Steuereinheit betrieben, um einen Schaltbetrieb auszuführen, sodass die Spannung, die durch die Schalter von der ersten Batterieeinheit zugeführt wird, gesenkt und der zweiten Batterieeinheit zugeführt wird.
Bevorzugt stoppt in diesem Fall die elektronische Steuereinheit den Schaltbetrieb des Spannungserhöhungsschaltkreises, wenn die an den Glättungskondensator angelegte Spannung höher ist als eine Ausgangsspannung der ersten Batterieeinheit, und betreibt den Spannungsminderungsschaltkreis.
Auch kann die elektronische Steuereinheit einen Ladestrom zu und einen Entladestrom von der ersten Batterieeinheit prüfen, nachdem die Schalter geschlossen sind, und kann ein ungewöhnliches Signal ausgeben, wenn der Ladestrom erfasst wird.
Auch kann die elektronische Steuereinheit den Ladestrom zu und den Entladestrom von der ersten Batterieeinheit prüfen, nachdem die Schalter geschlossen sind, und betreibt den Spannungsminderungsschaltkreis, bis die an den Glättungskondensator angelegte Spannung um eine vorbestimmte Spannung niedriger wird als die Spannung der ersten Batterieeinheit, wenn der Ladestrom erfasst wird.
Auch kann die elektronische Steuereinheit die Schalter öffnen und ein ungewöhnliches Signal ausgeben, wenn die an den Glättungskondensator angelegte Spannung nicht um die vorbestimmte Spannung niedriger wird als die Spannung der ersten Batterieeinheit, auch wenn die elektronische Steuereinheit den Spannungsminderungsschaltkreis betreibt.
Auch kann die Stromversorgungsvorrichtung des Fahrzeugs ferner eine Brennkraftmaschine enthalten sowie einen Motor, der durch die Invertierschaltung angetrieben wird und durch die Brennkraftmaschine angetrieben wird, um elektrischen Strom zu erzeugen.
Zur Lösung der Aufgabe wird ferner eine Stromversorgungsvorrichtung gemäß Anspruch 6 angegeben.
Das Automobil enthält eine erste Batterieeinheit für Gleichstrom höherer Spannung, eine zweite Batterieeinheit für Gleichstrom niedriger Spannung, einen Glättungskondensator und einen Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler. Der Glättungskondensator wird selektiv mit der ersten Batterieeinheit verbunden und ist vorgesehen, um, in einem stetigen Zustand, in dem das Automobil mit dem Strom angetrieben wird, einem Motor Strom zuzuführen, der von dem Gleichstrom hoher Spannung der ersten Batterieeinheit erhalten wird. Der Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler ist mit dem Glättungskondensator und der zweiten Batterieeinheit verbunden und ist vorgesehen, um, in einem Anfangsvorladezustand vor dem stetigen Zustand, unter Verwendung des Gleichstroms niedriger Spannung der zweiten Batterieeinheit den Glättungskondensator zu laden.
Die elektronische Steuereinheit kann den Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler auf der Basis zumindest einer geladenen Spannung des Glättungskondensators, einer Spannung der zweiten Batterieeinheit und einer Maschinenstartanforderung steuern/regeln.
Die elektronische Steuereinheit kann den Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler auf der Basis der geladenen Spannung des Glättungskondensators derart steuern/regeln, dass eine Spannung, die durch Verstärken einer Spannung der zweiten Batterieeinheit erhalten ist, erhöht wird, wenn die geladene Spannung des Glättungskondensators gleich oder niedriger als eine erste Schwellenspannung ist.
Auch kann die elektronische Steuereinheit den Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler auf der Basis der geladenen Spannung des Glättungskondensators derart steuern/regeln, dass eine Spannung, die durch Verstärken einer Spannung der zweiten Batterieeinheit erhalten ist, gesenkt wird, wenn die geladene Spannung des Glättungskondensators höher ist als eine zweite Schwellenspannung, die höher ist als die erste Schwellenspannung.
Auch kann die elektronische Steuereinheit den Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler auf der Basis der Abwesenheit der Maschinenstartanforderung derart steuern/regeln, dass der Glättungskondensator in einem Normalmodus in einer vorbestimmten Rate aufgeladen wird.
In diesem Fall kann die elektronische Steuereinheit den Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler auf der Basis des Vorhandenseins der Maschinenstartanforderung derart steuern/regeln, dass der Glättungskondensator in einem schnellen Modus mit einer größeren Rate als der vorbestimmten Rate aufgeladen wird.
Auch steuert/regelt die elektronische Steuereinheit den Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler auf der Basis der Spannung der zweiten Batterieeinheit derart, dass der Glättungskondensator in einem langsamen Modus mit einer geringeren Rate als der vorbestimmten Rate aufgeladen wird.
Auch kann der Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler einen Transformator, einen Spannungsminderungsschaltkreis und einen Spannungserhöhungsschaltkreis enthalten. Der Spannungsminderungsschaltkreis ist zwischen dem Glättungskondensator und dem Transformator vorgesehen, um bei fehlendem Steuersignal eine erste Eingangsleistung von dem Transformator gleichzurichten, und, in Antwort auf ein Spannungsminderungssteuersignal zum Mindern der Ausgangsspannung, einen ersten Schaltbetrieb an der zweiten Eingangsleistung von dem Glättungskondensator auszuführen. Der Spannungserhöhungsschaltkreis ist zwischen der zweiten Batterieeinheit und dem Transformator vorgesehen, um bei fehlendem Steuersignal eine dritte Eingangsleistung von dem Transformator gleichzurichten, und, in Antwort auf ein Spannungserhöhungssteuersignal zum Erhöhen einer Ausgangsspannung, einen zweiten Schaltbetrieb an einer vierten Eingangsleistung von der zweiten Batterieeinheit auszuführen.
In diesem Fall kann das Automobil ferner eine elektronische Steuereinheit enthalten, die in einem Anfangsaufladebetrieb das Spannungserhöhungssteuersignal an den Spannungserhöhungsschaltkreis ausgibt, wenn die geladene Spannung des Glättungskondensators gleich oder niedriger als eine erste Schwellenspannung ist.
In diesem Fall kann die elektronische Steuereinheit in dem Anfangsladebetrieb das Spannungsminderungssteuersignal an den Spannungsminderungsschaltkreis ausgeben, wenn die geladene Spannung des Glättungskondensators höher ist als eine zweite Schwellenspannung, die höher ist als die erst Schwellenspannung.
Auch kann die elektronische Steuereinheit den zweiten Schaltbetrieb derart steuern/regeln, dass eine Schaltfrequenz und/oder eine Schalttastung größer ist als eine entsprechende vorbestimmte Schaltfrequenz und/oder Schalttastung, wenn die Maschinenstartanforderung vorliegt.
Auch kann die elektronische Steuereinheit den zweiten Schaltbetrieb derart steuern/regeln, dass eine Schaltfrequenz und/oder eine Schalttastung gleich der entsprechenden vorbestimmten Schaltfrequenz und/oder Schalttastung ist, wenn die Maschinenstartanforderung nicht vorliegt.
Auch steuert/regelt die elektronische Steuereinheit den zweiten Schaltbetrieb derart, dass zumindest eine Schaltfrequenz und/oder eine Schalttastung kleiner ist als die eine entsprechende vorbestimmte Schaltfrequenz und/oder Schalttastung, wenn die Spannung der zweiten Batterieeinheit abfällt.
Auch kann die elektronische Steuereinheit die erste Batterieeinheit mit dem Glättungskondensator verbinden, um in den stetigen Zustand einzutreten, wenn der Anfangsladebetrieb beendet ist. Bevorzugt erfasst auch die elektronische Steuereinheit einen Fehler, wenn ein Batterieladestrom in dem stetigen Zustand ist.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
1 ist ein Blockdiagramm, das ein herkömmliches Hybridelektroautomobil unter Verwendung einer Stromversorgungsvorrichtung zeigt;
2 ist ein Blockdiagramm, das die Schaltungsstruktur des Fahrzeugs unter Verwendung einer Stromversorgungsvorrichtung gemäß einer ersten Ausführung der vorliegenden Erfindung zeigt;
3 ist ein Blockdiagramm, das die detaillierte Schaltungsstruktur eines Gleichstrom-Gleichstrom-Wandlers in 2 zeigt;
4 ist ein Zeitdiagramm, das den Betrieb des Fahrzeugs unter Verwendung der Stromversorgungsvorrichtung gemäß der ersten Ausführung der vorliegenden Erfindung zeigt;
5 ist ein Zeitdiagramm, das den Betrieb des Fahrzeugs unter Verwendung der Stromversorgungsvorrichtung gemäß der ersten Ausführung der vorliegenden Erfindung zeigt;
6A und 6B sind Zeitdiagramme, die den Betrieb des Fahrzeugs unter Verwendung der Stromversorgungsvorrichtung gemäß der ersten Ausführung der vorliegenden Erfindung zeigen;
7A bis 7G sind Zeitdiagramme, die den Gesamtbetrieb des Fahrzeugs unter Verwendung der Stromversorgungsvorrichtung gemäß der ersten Ausführung der vorliegenden Erfindung zeigen, wenn eine Anfangs-PDU-Spannung 0 V ist;
8 ist ein Blockdiagramm, das die vereinfachte Schaltungsstruktur des Fahrzeugs unter Verwendung der Stromversorgungsvorrichtung gemäß der ersten Ausführung der vorliegenden Erfindung zeigt;
9 ist ein Blockdiagramm, das die vereinfachte Schaltungsstruktur des Fahrzeugs unter Verwendung der Stromversorgungsvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführung der vorliegenden Erfindung zeigt;
10 ist ein Diagramm, das den Stromfluss in einem Anfangsaufladebetrieb des Fahrzeugs unter Verwendung der Stromversorgungsvorrichtung gemäß der zweiten Ausführung der vorliegenden Erfindung zeigt;
11 ist ein Diagramm, das den Stromfluss im Falle eines aufgetretenen Fehlers des Fahrzeugs unter Verwendung der Stromversorgungsvorrichtung gemäß der zweiten Ausführung der vorliegenden Erfindung zeigt; und
12A und 12B sind ein Flussdiagramm, das den Betrieb des Fahrzeugs unter Verwendung der Stromversorgungsvorrichtung gemäß der zweiten Ausführung der vorliegenden Erfindung zeigt.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungen
Nachfolgend wird ein Fahrzeug unter Verwendung einer Stromversorgungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung im Detail in Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
(Erste Ausführung)
2 ist ein Blockdiagramm, das die Schaltungsstruktur des Fahrzeugs unter Verwendung der Stromversorgungsvorrichtung gemäß der ersten Ausführung der vorliegenden Erfindung zeigt. 8 zeigt die vereinfachte Schaltungsstruktur davon. In Bezug auf die 2 und 8 umfasst das Fahrzeug unter Verwendung der Stromversorgungsvorrichtung eine Hauptbatterie (BATT) 10 als erste Energieeinheit, einen Anschlusskasten (J/B) 20, eine Leistungstreibereinheit (PDU) 30 mit einem Glättungskondensator 31, einen Motor 40, einen Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler 50, eine Hilfsbatterie 60 als zweite Energieeinheit, eine Last 70 und eine elektronische Steuereinheit (ECU) 80. Der Motor 40 ist mit einer Kurbelwelle zwischen einer Brennkraftmaschine 100 und einem Getriebe 101 gekoppelt, und mit dem Getriebe 101 sind Räder 102 verbunden.
Die Hauptbatterie 10 gibt den Gleichstrom mit hoher Spannung wie 144 V aus. Der von der Hauptbatterie 10 ausgegebene Strom wird der Leistungsstreibereinheit 30 und dem Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler 50 über den Anschlusskasten 20 zugeführt.
Der Anschlusskasten 20 enthält einen Hauptschalter 21, Sicherungen 22 und 23 sowie ein Relais RY4 mit einem Hauptschaltschütz 24a und einem Nebenschaltschütz 24b. Der Hauptschalter 21 und die Sicherung 22, die in Serie verbunden sind, sind in den Mittelabschnitt eines Stromwegs von der Hauptbatterie 10 eingesetzt, um den Stromweg zu unterbrechen. Der Hauptschalter 21 ist von Hand zu betätigen und dient zum zwangsweisen Stoppen der Ausgabe der Hauptbatterie 10 im Falle einer Prüfung des Fahrzeugs. Die Sicherung 22 schmilzt, wenn durch die Hauptbatterie 10 ein Überstrom fließt, und stoppt die Ausgabe der Hauptbatterie 10 zwangsweise. Die Sicherung 23 schmilzt, wenn durch den Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler 50 ein Überstrom fließt und stoppt die Stromzufuhr zu dem Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler 50 zwangsweise.
Das Hauptschaltschütz 24a ist ein zweipoliger Schalter und ist zwischen dem Ausgangspol der Hauptbatterie 10 und dem Eingangspol der Leistungstreibereinheit in Serie eingesetzt. Auch das Nebenschaltschütz 24b ist ein zweipoliger Schalter und ist vorgesehen für den Stromweg zum Verbinden des negativen Pols des Glättungskondensators 31 und des negativen Pols der Hauptbatterie 10. Das Haupschaltschütz 24a und das Nebenschaltschütz 24b werden in Zuordnung zum Betrieb des einzigen Relais RY4 gesteuert.
Die Leistungstreibereinheit (PDU) 30 umfasst einen Glättungskondensator 31 und eine Invertierschaltung 30a. Die Invertierschaltung 30a ist gebildet durch Verbinden von Schaltelementen (nicht gezeigt) in einer Brücke. Die Invertierschaltung 30a wandelt, in einem Motorfahrmodus unter Verwendung des Motors 40, den Gleichstrom von der Hauptbatterie 10 in einen Dreiphasenwechselstrom um, und der Dreiphasenwechselstrom wird dem Motor 40 zugeführt. In einem Maschinenfahrmodus unter Verwendung der Brennkraftmaschine 100 wandelt die Invertierschaltung 30a auch den Dreiphasenwechselstrom von dem Motor in einen Gleichstrom um, und der Glättungskondensator wird mit dem Gleichstrom von der Invertierschaltung 30a aufgeladen. Der Glättungskondensator 31 ist mit der Eingangsanschlussseite der Invertierschaltung 30a parallel verbunden. Der Glättungskondensator 31 ist vorgesehen, um einen Stromstoß zu unterdrücken, der im Falle des Einschaltens der Stromversorgungsvorrichtung fließt, und um den in sie geladenen Gleichstrom zu glätten.
Der Motor 40 wird mit dem Dreiphasenwechselstrom von der Invertierschaltung 30a der Leistungstreibereinheit 30 angetrieben und treibt die Brennkraftmaschine 100 hilfsweise an und treibt die Räder 102 durch das Getriebe 101 an. Der Motor 40 hat auch die Funktion als Stromgenerator, wenn der Motor 40 durch die Brennkraftmaschine 100 angetrieben wird, um den Dreiphasenwechselstrom zu erzeugen.
Der Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler 50 führt eine bidirektionelle Gleichspannungsumwandlung aus. Das heißt, der Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler senkt, in einem Spannungsminderungsmodus, den Hochspannungsgleichstrom, der von dem Glättungskondensator 31 oder der Hauptbatterie 10 zugeführt wird, auf einen Niederspannungsgleichstrom, um diesen an die Hilfsbatterie 60 auszugeben. In einem Spannungserhöhungsmodus wandelt der Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler 50 auch den Niederspannungsgleichstrom von der Hilfsbatterie 60 in Hochspannungsgleichstrom um, um diesen dem Glättungskondensator 31 zuzuführen. Insbesondere senkt der Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler 50 die hohe Spannung des Gleichstroms, der über den Anschlusskasten 20 von der Hauptbatterie 10 zugeführt wird, auf eine Niederspannung. Auch verstärkt der Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler 50 die niedere Spannung des von der Hilfsbatterie 60 zugeführten Gleichstroms in eine hohe Spannung. Der Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler 50 wird im Detail später beschrieben.
Die Hilfsbatterie 60 als die zweite Batterievorrichtung und die Last 70 sind mit dem Ausgang des Gleichstrom-Gleichstrom-Wandlers 50 verbunden. Zum Beispiel speichert die Hilfsbatterie 60 den Gleichstrom niederer Spannung wie etwa 12 V und gibt ihn aus. Die Hilfsbatterie 60 wird in dem Niederspannungsgleichstrom von dem Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler 50 geladen. Die Last 70 ist etwa eine Klimaanlage und Wischer. Die Last 70 wird mit dem Gleichstrom von der Hilfsbatterie 60 und dem Gleichstrom von dem Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler 50 betrieben.
Die elektronische Steuereinheit 80 ist auf einem Mikroprozessor aufgebaut und steuert/regelt die gesamt Stromversorgungsvorrichtung. Der Betrieb der elektronischen Steuereinheit 80 wird später im Detail in Bezug auf das Flussdiagramm beschrieben.
Angemerkt werden sollte, dass ein Batteriespannungssensor 11 an der Ausgangspolseite der Hauptbatterie 10 vorgesehen ist, wie in 8 gezeigt. Auch ist ein PDU-Spannungssensor 32 an der Eingangspolseite der Leistungstreibereinheit 30 vorgesehen, um die Spannung zu erfassen, die zwischen den Eingangspolen der Einheit 30 anliegt, d. i. die Spannung, die an den beiden Polen des Glättungskondensators 31 anliegt. Auch ist ein Hilfsspannungssensor (nicht gezeigt) vorgesehen, um die Spannung der Hilfsbatterie 60 zu erfassen.
Als nächstes wird der Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler 50 in Bezug auf das in 3 gezeigte Schaltungsdiagramm beschrieben. Der Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler 50 ist aufgebaut aus einem Spannungsminderungsschaltkreis 51, einem Transformator 52 und einem Spannungserhöhungsschaltkreis 53. Der Spannungsminderungsschaltkreis 51 ist über eine Sicherung 23 mit dem Glättungskondensator 31 verbunden. Der Spannungsminderungsschaltkreis 51 hat eine Gleichrichterfunktion und eine Spannungsminderungsfunktion. Der Spannungserhöhungsschaltkreis 53 ist mit der Hilfsbatterie 60 und der Last 70 verbunden. Der Spannungserhöhungsschaltkreis 53 hat eine Gleichrichterfunktion und eine Spannungserhöhungsfunktion.
Angemerkt werden sollte, dass ein ”Spannungsminderungsmodus” gesetzt ist, wenn die elektronische Steuereinheit 80 den Spannungsminderungsschaltkreis 51 des Gleichstrom-Gleichstrom-Wandlers 50 steuert, um die Ausgangsspannung von dem Spannungsminderungsschaltkreis 51 zu senken. Auch wird ein ”Spannungserhöhungsmodus” gesetzt, wenn die elektronische Steuereinheit 80 den Spannungserhöhungsschaltkreis 53 des Gleichstrom-Gleichstrom-Wandlers 50 steuert, um die Ausgangsspannung von dem Spannungserhöhungsschaltkreis 53 zu erhöhen.
Der Spannungsminderungsschaltkreis 51 führt einen Schaltbetrieb an dem Hochspannungs-Gleichstrom von der Hauptbatterie 10 oder dem Glättungskondensator 31 mit einer vorbestimmten Referenzfrequenz und einer vorbestimmten Referenztastung in dem Spannungsminderungsmodus aus, um den Hochspannungsgleichstrom in einen Niederspannungswechselstrom umzuwandeln, und schickt den Niederspannungswechselstrom zu dem Transformator 52. In dem Spannungserhöhungsmodus gleichrichtet der Spannungsminderungsschaltkreis 51 den Wechselstrom von dem Transformator 52, um ihn in den Gleichstrom umzuwandeln. In einem durch die elektronische Steuereinheit 80 gesetzten Nichtbetriebsmodus trennt der Spannungsminderungsschaltkreis 51 den Transformator 52 von dem Glättungskondensator 51 oder der Hauptbatterie 10.
In dem Spannungsminderungsmodus gleichrichtet der Spannungserhöhungsschaltkreis 53 den Niederspannungswechselstrom von dem Transformator 52, um den Niederspannungswechselstrom in den Niederspannungsgleichstrom umzuwandeln. In dem Spannungserhöhungsmodus führt der Spannungserhöhungsschaltkreis 53 auch einen Schaltbetrieb an dem Niederspannungsgleichstrom von der Hilfsbatterie 60 mit einer vorbestimmten Referenzfrequenz und einer vorbestimmten Referenztastung aus, um den Niederspannungsgleichstrom in einen Hochspannungswechselstrom umzuwandeln, und schickt den Hochspannungswechselstrom zu dem Transformator 52. In einem durch die elektronische Steuereinheit 80 gesetzten Nichtbetriebsmodus trennt der Spannungserhöhungsschaltkreis 53 den Transformator 52 von der Hilfsbatterie 60.
Die Frequenz und Tastung jeweils des Spannungsminderungsschaltkreises 51 und des Spannungserhöhungsschaltkreises 53 können in dem Schaltbetrieb durch die elektronische Steuereinheit 80 gesteuert/geregelt werden.
Der Transformator 52 hat eine große Windungsanzahl seitens des Minderungsschaitkreises 51 und eine kleinere Windungsanzahl seitens des Erhöhungsschaltkreises 53.
In der oben erwähnten Struktur wandelt der Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler 50 in dem Spannungsminderungsmodus den Hochspannungsgleichstrom von der Batterie 10 oder dem Glättungskondensator 31 in den Niederspannungsgleichstrom um und führt ihn der Hilfsbatterie 60 zu. Im Gegensatz hierzu wandelt der Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler 50, im Spannungserhöhungsmodus, den Niederspannungsgleichstrom von der Hilfsbatterie 60 in den Hochspannungsgleichstrom um und führt ihn dem Glättungskondensator 51 der Leistungstreibereinheit 30 zu.
Als nächstes wird der Betrieb des Fahrzeugs unter Verwendung der Stromversorgungsvorrichtung gemäß der ersten Ausführung der vorliegenden Erfindung hauptsächlich in Bezug auf den Startbetrieb beschrieben.
Wenn ein Zündschlüssel (nicht gezeigt) eingeschaltet wird, um den Hauptschalter 21 einzuschalten, hält die elektronische Steuereinheit 80 das Hauptschaltschütz 24a und das Nebenschaltschütz 24b in dem Anschlusskasten 20 in dem AUS-Zustand und versetzt den Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler 50 in den Spannungserhöhungsmodus. Hierdurch wandelt der Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler 50 den Niederspannungsgleichstrom von der Hilfsbatterie 60 in den Hochspannungsgleichstrom um und führt ihn dem Glättungskondensator 31 zu. Somit wird ein Anfangsladebetrieb (Voraufladebetrieb) des Glättungskondensators 31 gestartet.
Während des obigen Anfangsladebetriebs überwacht die elektronische Steuereinheit 80 den PDU-Spannungssensor 32. Wenn, wie in 4 gezeigt, der PDU-Spannungssensor 32 erfasst, dass die Spannung des Glättungskondensators 31 gleich oder höher als eine erste Schwellenspannung Vd1 und niedriger als ein zweiter Schwellenwert Vd2 ist, steuert die elektronische Steuereinheit 80 das einzige Relais RY4, um das Hauptschaltschütz 24a und das Nebenschaltschütz 24b in den EIN-Zustand zu versetzen, und versetzt den Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler 50 in den Spannungsminderungsmodus. Danach wird die Spannung des Glättungskondensators 31 als die PDU-Spannung bezeichnet, und die Spannung der Hauptbatterie 10 wird als BATT-Spannung bezeichnet. Auch ist die erste Schwellenspannung Vd1 um eine vorbestimmte Spannung ΔVd niedriger als die BATT-Spannung, und die Schwellenspannung Vd2 ist gleich der oder um eine vorbestimmte Spannung höher als die BATT-Spannung.
Durch den Anfangsladebetrieb erreicht die Stromversorgungsvorrichtung einen stetigen Zustand, sodass der Hochspannungsgleichstrom von der Hauptbatterie 10 direkt zu der Leistungstreibereinheit 30 über das Hauptschaltschütz 24a und den Glättungskondensator 31 geschickt wird. Die Leistungstreibereinheit 30 wandelt den Hochspannungsgleichstrom in einen Dreiphasenwechselstrom um und schickt ihn zum Motor 40. Der Motor 40 wird mit dem Dreiphasenwechselstrom angetrieben.
Der Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler 50 wandelt auch den Hochspannungsgleichstrom von der Hauptbatterie 10 in den Niederspannungsgleichstrom um und führt ihn der Hilfsbatterie 60 und der Last 70 zu. Somit wird der Ladebetrieb der Hilfsbatterie 60 ausgeführt, und der Betrieb der Last 70 wird möglich.
In dem oben erwähnten Anfangsladebetrieb des Glättungskondensators 31, wie in 5 gezeigt, gibt es einen Fall, dass die PDU-Spannung die zweite Schwellenspannung Vd2 in einem zulässigen Spannungsbereich zwischen der ersten Schwellenspannung Vd1 und der zweiten Schwellenspannung Vd2 überschreitet. In diesem Fall nähert sich die PDU-Spannung einer Obergrenzspannung Vdmax an oder erreicht diese. Die elektronische Steuereinheit 80 schickt ein Spannungsminderungsmodussignal zu dem Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler 50, um den Gleichstrom-Gleichstrom Wandler 50 in den Spannungsminderungsmodus zu versetzen, anstatt den Spannungserhöhungsmodus. Hierdurch startet der Glättungskondensator 31 einen Entladebetrieb durch den Stromverbrauch in dem Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler 50, und die Spannung über dem Glättungskondensator 31 nimmt ab.
Während des obigen Entladebetriebs überwacht die elektronische Steuereinheit 80 den PDU-Spannungssensor 32. Wenn, wie in 5 gezeigt, der PDU-Spannungssensor 32 erfasst, dass die PDU-Spannung des Glättungskondensators 31 auf eine Spannung innerhalb des vorbestimmten zulässigen Spannungsbereichs ΔVd (gemeinsame Nenndifferenz) von der oberen Grenzspannung absinkt, versetzt die elektronische Steuereinheit 80 das Hauptschaltschütz 24a und das Nebenschaltschütz 24b in den EIN-Zustand. Hierdurch gelangt die Stromversorgungsvorrichtung in den stetigen Zustand.
Auch wenn in der Stromversorgungsvorrichtung, während des Anfangsladebetriebs zu dem obigen Glättungskondensator 31, ein Hilfsbatteriespannungssensor (nicht gezeigt) erfasst, dass die Spannung der Hilfsbatterie 60 stark absinkt, wird die Zeitdauer für den Anfangsladebetrieb verlängert, um einen schnellen Spannungsabfall der Hilfsbatterie 60 zu verhindern. Das heißt, wenn die Ausgangsspannung der Hilfsbatterie 60 (nachfolgend als ”12 V BATT-Spannung” bezeichnet) schnell abnimmt, versetzt die elektronische Steuereinheit 80 die Stromversorgungsvorrichtung in einen langsamen Modus, wie in 6A gezeigt. In dem langsamen Modus wird die Schaltfrequenz des Spannungserhöhungsschaltkreises 53 in dem Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler 50 unter die obige Referenzfrequenz abgesenkt. Auch wird die Tastung eines Schaltbetriebs (die EIN-Tastung des Schaltelements) unter die obige Referenztastung abgesenkt. Somit wird, wie in 6B gezeigt, die Spannungszunahme des Glättungskondensators 31 in dem langsamen Modus abgeschwächt, um den schnellen Spannungsabfall der Hilfsbatterie 60 zu verhindern.
Auch versetzt die elektronische Steuereinheit 80 die Stromversorgungsvorrichtung in einen schnellen Modus für den Anfangsladebetrieb, wenn eine Maschinenstartanforderung vorliegt. Andernfalls versetzt jedoch die elektronische Steuereinheit 80 die Stromversorgungsvorrichtung in einen Normalmodus, worin die Referenzfrequenz und die Referenztastung als die Schaltfrequenz und die Schalttastung gesetzt werden.
Als nächstes wird der Gesamtbetrieb der Stromversorgungsvorrichtung gemäß der ersten Ausführung der vorliegenden Erfindung in Bezug auf das Zeitdiagramm beschrieben, das in den 7A bis 7G gezeigt ist. Angemerkt werden sollte, dass angenommen wird, dass eine Anfangsspannung der PDU-Spannung 0 V beträgt.
Wie in 7A gezeigt, führt die elektronische Steuereinheit 80 einen Initialisierungsprozess aus, um die gesamte Stromversorgungsvorrichtung zu initialisieren, wenn durch den Zündschlüssel IG der Strom eingeschaltet wird und der Hauptschalter 21 eingeschaltet wird. Wenn dann der Initialisierungsprozess endet, gibt die elektronische Steuereinheit 80 ein DVON-Signal des EIN-Zustands an den Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler 50 aus, sodass der Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler 50 in den Spannungserhöhungsmodus versetzt wird, wie in 7C gezeigt. Hierdurch wandelt der Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler 50 den Niederspannungsgleichstrom von der Hilfsbatterie 60 in den Hochspannungsgleichstrom um und führt ihm den Glättungskondensator 31 zu. Somit wird der Glättungskondensator 31 geladen und die PDU-Spannung steigt an.
Wenn die PDU-Spannung 60 V überschreitet, schickt die Leistungstreibereinheit 30 ein VPIN-Bereit-Signal zu der elektronischen Steuereinheit 80, wie in 7D gezeigt. Die elektronische Steuereinheit 80 steuert in Antwort auf das VPIN-Bereit-Signal den PDU-Spannungsensor 32 an, um die PDU-Spannung des Glättungskondensators 31 zu überwachen. Wenn die PDU-Spannung in den vorbestimmten zulässigen Spannungsbereich (gemeinsame Nenndifferenz) ΔVd von der BATT-Spannung fällt, versetzt die elektronische Steuereinheit 80 das DVON-Signal in den AUS-Zustand, um den Schaltbetrieb des Gleichstrom-Gleichstrom-Wandlers 50 zu stoppen. Dann versetzt die elektronische Steuereinheit 80 das Hauptschaltschütz 24a (M/C) und das Hilfsschaltschütz 24b (S/C) innerhalb einer vorbestimmten Stromzufuhr-Wartezeit in den EIN-Zustand, wie in 7E gezeigt. Auf diese Weise wird der Hochspannungsgleichstrom von der Hauptbatterie 30 der Leistungstreibereinheit 30 zugeführt. Im Ergebnis gelangt die Stromversorgungsvorrichtung in den stetigen Zustand.
Wie oben beschrieben wird gemäß dem die Stromversorgungsvorrichtung gemäß der ersten Ausführung verwendenden Fahrzeug, eine Spannungsumwandlungsfunktion zu dem Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler 50 hinzugefügt, und der Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler 50 führt den Anfangsladebetrieb an dem Glättungskondensator 31 der Leistungstreibereinheit 30 aus. Daher können ein Widerstand und ein Schalter zum Unter drücken eines Stromstoßes, die für die herkömmliche Stromversorgungsvorrichtung benutzt werden, weggelassen werden. Im Ergebnis kann das die Stromversorgungsvorrichtung verwendende Fahrzeug mit geringeren Kosten hergestellt werden.
Auch in dem die Stromversorgungsvorrichtung verwendenden herkömmlichen Fahrzeug müssen drei Schaltschütze (zweipolige Schalter) oder Relais in Bezug auf die EIN/AUS-Steuerzeiten derselben vorgesehen werden, um den Anfangsladebetrieb zu realisieren. Jedoch kann das Fahrzeug, das die Stromversorgungsvorrichtung mit der vorliegenden Ausführung verwendet, den Anfangsladebetrieb mit dem einzigen Relais ausführen. Im Ergebnis kann das die Stromversorgungsvorrichtung verwendende Fahrzeug mit geringeren Kosten hergestellt werden.
(Zweite Ausführung)
Als nächstes wird das Fahrzeug unter Verwendung der Stromversorgungsvorrichtung gemäß der zweiten Ausführung der vorliegenden Erfindung beschrieben. Die Stromversorgungsvorrichtung gemäß der zweiten Ausführung steuert/regelt die Ausgabe des Gleichstrom-Gleichstrom-Wandlers variabel und erfasst einen Fehler in dem Anfangsladebetrieb.
9 ist ein Blockdiagramm, das die Schaltkreistruktur der Stromversorgungsvorrichtung gemäß der zweiten Ausführung der vorliegenden Erfindung zeigt Die Schaltkreisstruktur der Stromversorgungsvorrichtung gemäß der zweiten Ausführung ist die gleiche wie die Stromversorgungsvorrichtung gemäß der ersten Ausführung, die in 8 gezeigt ist, außer dass ein Batteriestromsensor 12 hinzugefügt ist.
In dem Anfangsladebetrieb in der herkömmlichen Stromversorgungsvorrichtung wird die Anfangsladezeit prinzipiell auf der Basis des Widerstandswerts des Widerstands 25, der Spannung der Hauptbatterie 10, der Kapazität des Glättungskondensators 31 usw. bestimmt. Daher wird die Systemstartzeit lang.
Andererseits wird in der Stromversorgungsvorrichtung gemäß der zweiten Ausführung der von dem Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler 50 zugeführte Strom in dem Spannungserhöhungsmodus während des Anfangsladebetriebs variabel gemacht, und die Systemstartzeit wird verkürzt. Für die Steuerung der Stromzufuhr in dem Anfangsladebetrieb sind ein normaler Modus, ein langsamer Modus und ein schneller Modus vorgesehen. Jeder dieser Modi wird wie folgt benutzt. Das heißt, der Anfangsladebetrieb in dem Startvorgang wird allgemein in dem normalen Modus ausgeführt, in dem schnellen Modus, wenn zusätzlich zu einem Systemstartbetrieb eine Maschinenstartanforderung ausgegeben wird, und in dem langsamen Modus, wenn ein schneller Spannungsabfall der Hilfsbatterie auftritt.
In dem normalen Modus wird die Schaltfrequenz des Spannungserhöhungsschaltkreises 53 in dem Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler 50 auf einen mittleren Wert gesetzt, der höher ist als ein Wert in dem langsamen Modus und niedriger ist als ein Wert in dem schnellen Modus. Eine Schalttastung wird auch auf einen mittleren Wert gesetzt.
In dem schnellen Modus wird die Schaltfrequenz des Spannungserhöhungsschaltkreises 53 auf die Frequenz gesetzt, die größer ist als beim Normalmodus. Auch in dem schnellen Modus wird die Schalttastung auf eine Tastung gesetzt, die größer ist als die Tastung in dem Normalmodus und nahe der maximalen Tastung liegt.
In dem langsamen Modus wird die Schaltfrequenz des Spannungserhöhungsschaltkreises 53 kleiner gesetzt als der Wert in dem Normalmodus. Die Schalttastung wird auch kleiner gesetzt als die Tastung im normalen Modus.
Bei dem Anfangsladebetrieb – der herkömmlichen Stromversorgungsvorrichtung ist es unmöglich, das System neu zu starten, wenn in dem Schaltkreis für den Anfangsladebetrieb ein Fehler auftritt. Wenn in dem Anfangsladebetrieb gemäß der oben erwähnten ersten Ausführung der Spannungserhöhungs- oder Verstärkungsbetrieb des Gleichstrom-Gleichstrom-Wandlers 50 aufgrund des Fehlers nicht stoppt, geht der Ladebetrieb von der Hilfsbatterie 60 auch nach der Verbindung des Hauptschaltschützes 24a und des Nebenschaltschützes 24b weiter. Im schlimmsten Fall wird die Hilfsbatterie 60 leer. Ein solcher Fehler kann durch Hinzufügen einer Fehlererfassungsschaltung gelöst werden. Jedoch nehmen in diesem Fall die Herstellungskosten der Stromversorgungsvorrichtung zu.
Andererseits ist in der Stromversorgungsvorrichtung gemäß der zweiten Ausführung der Batteriestromsensor 12 zwischen dem Hauptschaltschütz 24a und der Hauptbatterie 10 vorgesehen, um eine Fehlererfassung auf der Basis des Ladestroms und des Entladestroms nach dem Schließen des Hauptschaltschützes 24a auszuführen.
Angemerkt werden sollte, dass 10 ein Diagramm ist, das eine Beziehung zwischen dem Zustand des Hauptschaltschützes 24a und dem Stromfluss während des Anfangsladebetriebs des Glättungskondensators 31 zeigt. Darüber hinaus ist 11 ein Diagramm, das die Beziehung zwischen dem Zustand des Hauptschaltschützes 24a und dem Stromfluss zeigt, wenn während des Anfangsladebetriebs des Glättungskondensators 31 ein Fehler aufgetreten ist.
Als nächstes wird der Betrieb der Stromversorgungsvorrichtung in Bezug auf die Flussdiagramme beschrieben, die in den 12A und 12B gezeigt sind. Angemerkt werden sollte, dass das in den 12A und B gezeigte Flussdiagramm durch die elektronische Steuereinheit 80 ausgeführt wird.
Zuerst wird die Bestätigung der BATT-Spannung ausgeführt, die die Ausgangsspannung der Hauptbatterie 10 ist (Schritt S10). Das heißt, die gegenwärtige BATT-Spannung und die PDU-Spannung werden durch den Batteriespannungssensor 11 und den PDU-Spannungssensor 32 erfasst und in einem Speicher (nicht gezeigt) der elektronischen Steuereinheit 80 gespeichert.
Als nächstes werden der erste Schwellenwert Vd1 und die zweite Schwellenspannung Vd2 für den zulässigen Spannungsbereich ΔVd der PDU-Spannung gesetzt (Schritt S11). Der erste Schwellenwert Vd1 ist um eine vorbestimmte Spannung niedriger als die BATT-Spannung, und die zweite Schwellenspannung Vd2 ist gleich der oder um eine vorbestimmte Spannung höher als die BATT-Spannung.
Als nächstes wird geprüft, ob die PDU-Spannung gleich oder niedriger als der erste Schwellenwert Vd1 ist (Schritt S12). Wenn bestimmt wird, dass die PDU-Spannung nicht gleich oder niedriger als der erste Schwellenwert Vd1 ist, wird geprüft, ob die PDU-Spannung die zweite Schwellenspannung Vd2 überschreitet oder nicht (Schritt S13).
Wenn bestimmt wird, dass die PDU-Spannung die zweite Schwellenspannung Vd2 nicht überschreitet, wird der Schaltbetrieb des Spannungserhöhungsschaltkreises 53 des Gleichstrom-Gleichstrom-Wandlers 50 gestoppt, um den Anfangsladebetrieb zu stoppen (Schritt S15). Dann geht der Steuerfluss zu Schritt S22 von 12B weiter. Wenn andererseits in Schritt S13 bestimmt wird, dass die PDU-Spannung die zweite Schwellenspannung Vd2 überschreitet, wird der Schaltbetrieb des Spannungserhöhungsschaltkreises 53 des Gleichstrom-Gleichstrom-Wandlers 50 gestoppt, um den Anfangsladebetrieb zu stoppen. Auch wird der Spannungsminderungsmodus gesetzt, und der Spannungsminderungsschaltkreis 51 des Gleichstrom-Gleichstrom-Wandlers 50 senkt die PDU-Spannung (Schritt S14). Danach geht der Steuerfluss zu Schritt S22 weiter.
Wenn in dem obigen Schritt S12 bestimmt wird, dass die PDU-Spannung gleich oder niedriger als der erste Schwellenwert Vd1 des zulässigen Spannungsbereichs ist, wird der Schaltbetrieb des Spannungserhöhungsschaltkreises 53 des Gleichstrom-Gleichstrom-Wandlers 50 in den EIN-Zustand versetzt oder dort gehalten. Auch wird der Schaltbetrieb der Spannungsminderungsschaltung 51 des Gleichstrom-Gleichstrom-Wandlers 50 in den AUS-Zustand versetzt (Schritt S16). Somit wird der Anfangsladebetrieb fortgesetzt (Schritte S17 bis S21).
Jedoch wird in dem Anfangsladebetrieb zuerst geprüft, ob eine Maschinen(ENG)Startanforderung vorliegt oder nicht (Schritt S17). Wenn dann bestimmt wird, dass die Maschinenstartanforderung nicht vorliegt, wird der Normalmodus gesetzt (Schritt S18). Dann geht der Steuerfluss zu Schritt S20 weiter. Wenn andererseits bestimmt wird, dass die Maschinenstartanforderung vorliegt, wird der schnelle Modus gesetzt (Schritt S19). Danach geht der Steuerfluss zu Schritt S20 weiter. In Schritt S20 wird geprüft, ob die Minderung der Ausgangsspannung (12 V) der Hilfsbatterie 60 schnell ist oder nicht (Schritt S20). Wenn bestimmt wird, dass die Minderung der Ausgangsspannung der Hilfsbatterie 60 nicht schnell ist, geht der Steuerfluss zu Schritt S22 weiter. Wenn andererseits bestimmt wird, dass die Abnahme der Ausgangsspannung der Hilfsbatterie 60 schnell ist, wird der langsame Modus gesetzt (Schritt S21). Dann geht der Steuerfluss zu Schritt S22 weiter.
Im Schritt S22 wird geprüft, ob die PDU-Spannung in dem zulässigen Spannungsbereich liegt oder nicht. Wenn bestimmt wird, dass die PDU-Spannung nicht in dem zulässigen Spannungsbereich liegt, wird geprüft, ob eine vorbestimmte Nennzeit abgelaufen ist oder nicht (Schritt S25). Wenn bestimmt wird, dass die Nennzeit nicht abgelaufen ist, ist es unmöglich zu bestimmen, dass der Zustand noch nicht in den stetigen Zustand eingetreten ist, und daher beendet die elektrische Steuereinheit 80 den Prozess. Wenn andererseits bestimmt wird, dass die Nennzeit abgelaufen ist, bestimmt die elektrische Steuereinheit 80, dass dies ungewöhnlich oder ein Fehler aufgetreten ist. Die elektronische Steuereinheit 80 stoppt den Schaltbetrieb des Spannungserhöhungsschaltkreises 53 des Gleichstrom-Gleichstrom-Wandlers 50, um den Anfangsladebetrieb zu stoppen. Auch stoppt die elektronische Steuereinheit 80 den Schaltbetrieb des Spannungsminderungsschaltkreises 51 des Gleichstromwandlers 50. Dann beendet die elektronische Steuereinheit 80 den Prozess.
Wenn im obigen Schritt S22 bestimmt wird, dass die Ausgangsspannung der Hauptbatterie 10 und die Eingangsspannung des Glättungskondensators 31 in dem zulässigen Spannungsbereich sind, werden das Hauptschaltschütz 24a (M/C) und das Nebenschaltschütz 24b (S/C) in den EIN-Zustand versetzt (Schritt S23). Als nächstes wird der Schaltbetrieb des Spannungserhöhungsschaltkreises 53 gestoppt. Auch wird der Schaltbetrieb des Spannungsminderungsschaltkreises 51 des Gleichstrom-Gleichstrom-Wandlers (DV) gestoppt (Schritt S24).
Als nächstes wird geprüft, ob ein Batterieladestrom zu der Hauptbatterie 10 wie in 11 gezeigt nach dem Schließen des Hauptschaltschützes 24a und des Nebenschaltschützes 24b vorhanden ist (Schritt S27). Das heißt, durch Prüfen des Erfassungsergebnisses des Batteriestromsensors 12 wird ein ungewöhnlicher Zustand bestimmt, in dem der Spannungserhöhungsschaltvorgang wegen der Schwingung des Gleichstrom-Gleichstrom-Wandlers 50 nicht stoppt oder die Spannung des Glättungskondensators 31 aufgrund eines Erfassungsfehlers des Spannungssensors 32 überhöht ist. Es wird bestimmt, dass keinerlei Fehler vorliegt, wenn bestimmt wird, dass kein Batterieladestrom fließt. Dann endet der Prozess.
Ein ungewöhnlicher Zustand (Über-Vorauflade-Fehler) wird in dem Anfangsladebetrieb erkannt, wenn in dem obigen Schritt S27 bestimmt wird, dass der Batterieladestrom fließt. Im Ergebnis wird der Schaltbetrieb des Spannungserhöhungsschaltkreises 53 des Gleichstrom-Gleichstrom-Wandlers 50 gestoppt. Auch wird der Schaltbetrieb des Spannungsminderungsschaltkreises 51 des Gleichstrom-Gleichstrom-Wandlers 50 in den EIN-Zustand versetzt (Schritt S28). Als nächstes wird geprüft, ob ein Batterieladestrom fließt oder nicht, nachdem der Anfangsladebetrieb gestoppt ist, und der Schaltbetrieb des Spannungsminderungsschaltkreises 51 des Gleichstrom-Gleichstrom-Wandlers 50 wird in den EIN-Zustand versetzt (Schritt S29). Wenn bestimmt wird, dass kein Batterieladestrom fließt, endet der Prozess. Andererseits wird bestimmt, dass der Anfangsladebetriebfehler aufgetreten ist, wenn bestimmt wird, dass der Batterieladestrom fließt, und das Hauptschaltschütz 24a (M/C) und das Nebenschaltschütz 24b (S/C) werden geöffnet (Schritt S30). Danach endet der Prozess.
Wenn gemäß der obigen Struktur, zusätzlich zu dem Systemstart beim Start, die Maschinenstartanforderung ausgegeben wird oder der schnelle Spannungsabfall der Hilfsbatterie 60 auftritt, wird der beste Anfangsladebetrieb ausgeführt. Daher kann die Systemstartzeit optimal gesetzt werden.
Auch wird, anders als bei der herkömmlichen Stromversorgungsvorrichtung, das Neustarten des Systems niemals unmöglich. Auch wenn der Fehler aufgetreten ist, dass der Spannungsverstärkungsbetrieb des Gleichstrom-Gleichstrom-Wandlers 50 nicht stoppt, kann die Situation vermieden werden, dass die Hilfsbatterie 60 leer wird. Weil darüber hinaus die vorliegende Erfindung keine spezielle Fehlererfassungsschaltung benötigt, kann der Anstieg der Herstellungskosten der Stromversorgungsvorrichtung vermieden werden.
Wie oben beschrieben steuert/regelt gemäß der vorliegenden Erfindung die elektronische Steuereinheit, bevor die Stromversorgung zu dem Invertierer gestartet wird, den bidirektionellen Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler derart, dass der Glättungskondensator auf eine Spannung innerhalb eines vorbestimmten zulässigen Spannungsbereichs von der Spannung der Hauptbatterie vorgeladen wird, und dann die Schalter geschlossen werden. Daher können der Widerstand und der Schalter für eine Stromstoßunterdrückung weggelassen werden, die in der herkömmlichen Stromversorgungsvorrichtung verwendet werden. Auf diese Weise kann das Fahrzeug unter Verwendung der billigen Stromversorgungsvorrichtung mit einer einfachen Schaltungsstruktur versehen werden.
In einer Stromversorgungsvorrichtung für ein Fahrzeug gibt eine Invertierschaltung (30a) eine Spannung von einer ersten Batterieeinheit (10) durch Schalter (24a, 24b) ein. Ein Glättungskondensator (31) ist parallel zwischen der ersten Batterieeinheit und der Invertierschaltung vorgesehen. Ein Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler (50) ist zwischen dem Glättungskondensator und einer zweiten Batterieeinheit (60) vorgesehen, um elektrische Energie, die in der ersten Batterieeinheit oder dem Glättungskondensator gespeichert ist, zur Versorgung der zweiten Batterieeinheit spannungszuwandeln und um elektrische Energie, die in der zweiten Batterieeinheit gespeichert ist, zur Versorgung des Glättungskondensators spannungszuwandeln. Eine elektronische Steuereinheit (80) steuert/regelt den Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler vor dem Starten der Stromversorgung zu der Invertierschaltung, sodass die Schalter geschlossen werden, nachdem der Glättungskondensator auf eine Spannung innerhalb eines vorbestimmten zulässigen Spannungsbereichs von der Spannung der ersten Batterieinheit geladen ist.

Claims

Stromversorgungsvorrichtung für ein Fahrzeug, umfassend: eine erste Batterieeinheit (10); eine zweite Batterieeinheit (60) für eine geringere Spannung als die erste Batterieeinheit (10), eine Invertierschaltung (30a), die eine Spannung von der ersten Batterieeinheit (10) durch Schalter (24a, 24b) eingibt einen Glättungskondensator (31), der parallel zwischen der ersten Batterieeinheit (10) und der Invertierschaltung (30a) vorgesehen ist; einen Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler (50), der zwischen dem Glättungskondensator (31) und der zweiten Batterieeinheit (60) vorgesehen ist, um elektrische Energie, die in der ersten Batterieeinheit (10) oder dem Glättungskondensator (31) gespeichert ist, zur Versorgung der zweiten Batterieeinheit (60) spannungszuwandeln, und um elektrische Energie, die in der zweiten Batterieeinheit (60) gespeichert ist, zur Versorgung des Glättungskondensators (31) spannungszuwandeln; eine elektronische Steuereinheit (80), die den Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler (50) vor dem Starten der Stromversorgung zu der Invertierschaltung (30a) derart steuert/regelt, dass die Schalter (24a, 24b) geschlossen werden, nachdem der Glättungskondensator (31) auf eine Spannung innerhalb eines vorbestimmten zulässigen Spannungsbereichs von der Spannung der ersten Batterieeinheit (10) geladen ist, wobei der Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler (50) umfasst: einen Spannungsminderungsschaltkreis (51), der mit dem Glättungskondensator (31) verbunden ist; einen Spannungserhöhungsschaltkreis (53), der mit der zweiten Batterieeinheit (60) verbunden ist; und einen Transformator (52), der zwischen dem Spannungsminderungsschaltkreis (51) und dem Spannungserhöhungsschaltkreis (53) vorgesehen ist, und der Spannungserhöhungsschaltkreis (53) durch die elektronische Steuereinheit (80) betrieben wird, um einen Schaltbetrieb auszuführen, sodass die Spannung von der zweiten Batterieeinheit (60) verstärkt und dem Glättungskondensator (31) zugeführt wird, und der Spannungsminderungsschaltkreis (51) durch die elektronische Steuereinheit (80) betrieben wird, um einen Schaltbetrieb auszuführen, sodass die Spannung, die durch die Schalter (24a, 24b) von der ersten Batterieeinheit zugeführt wird, gesenkt und der zweiten Batterieeinheit (60) zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die elektronische Steuereinheit (80), im Falle des Schaltbetriebs des Spannungserhöhungsschaltkreises (53), die Stromversorgungstastung des Spannungserhöhungsschaltkreises (53) oder eine Schaltfrequenz eines Schaltelements des Spannungserhöhungsschaltkreises (53) mindert, wenn die Spannung der zweiten Batterieeinheit (60) abnimmt.
Stromversorgungsvorrichtung des Fahrzeugs nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die elektronische Steuereinheit (80) den Schaltbetrieb des Spannungserhöhungsschaltkreises (53) stoppt, wenn die an den Glättungskondensator (31) angelegte Spannung hoher ist als eine Ausgangsspannung der ersten Batterieeinheit (10), und den Spannungsminderungsschaltkreis (51) betreibt.
Stromversorgungsvorrichtung des Fahrzeugs nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die elektronische Steuereinheit (80) einen Ladestrom zu und einen Entladestrom von der ersten Batterieeinheit (10) prüft, nachdem die Schalter (24a, 24b) geschlossen sind, und ein ungewöhnliches Signal ausgibt, wenn der Ladestrom erfasst wird.
Stromversorgungsvorrichtung des Fahrzeugs nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die elektronische Steuereinheit (80) den Ladestrom zu und den Entladestrom von der ersten Batterieeinheit (10) prüft, nachdem die Schalter (24a, 24b) geschlossen sind, und den Spannungsminderungsschaltkreis (51) betreibt, bis die an den Glättungskondensator (31) angelegte Spannung um eine vorbestimmte Spannung niedriger wird als die Spannung der ersten Batterieeinheit (10), wenn der Ladestrom erfasst wird.
Stromversorgungsvorrichtung des Fahrzeugs nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die elektronische Steuereinheit (80) die Schalter (24a, 24b) öffnet und ein ungewöhnliches Signal ausgibt, wenn die an den Glättungskondensator (31) angelegte Spannung nicht um die vorbestimmte Spannung niedriger wird als die Spannung der ersten Batterieeinheit (10), auch wenn die elektronische Steuereinheit (80) den Spannungsminderungsschaltkreis (51) betreibt.
Stromversorgungsvorrichtung für ein Fahrzeug, umfassend: eine erste Batterieeinheit (10); eine zweite Batterieeinheit (60) für eine geringere Spannung als die erste Batterieeinheit (10), eine Invertierschaltung (30a), die eine Spannung von der ersten Batterieeinheit (10) durch Schalter (24a, 24b) eingibt; einen Glättungskondensator (31), der parallel zwischen der ersten Batterieeinheit (10) und der Invertierschaltung (30a) vorgesehen ist; einen Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler (50), der zwischen dem Glättungskondensator (31) und der zweiten Batterieeinheit (60) vorgesehen ist, um elektrische Energie, die in der ersten Batterieeinheit (10) oder dem Glättungskondensator (31) gespeichert ist, zur Versorgung der zweiten Batterieeinheit (60) spannungszuwandeln, und um elektrische Energie, die in der zweiten Batterieeinheit (60) gespeichert ist, zur Versorgung des Glättungskondensators (31) spannungszuwandeln; eine elektronische Steuereinheit (80), die den Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler (50) vor dem Starten der Stromversorgung zu der Invertierschaltung (30a) derart steuert/regelt, dass die Schalter (24a, 24b) geschlossen werden, nachdem der Glättungskondensator (31) auf eine Spannung innerhalb eines vorbestimmten zulässigen Spannungsbereichs von der Spannung der ersten Batterieeinheit (10) geladen ist, gekennzeichnet durch: eine Brennkraftmaschine (100); und einen Motor (40), der durch die Invertierschaltung (30a) angetrieben wird und durch die Brennkraftmaschine (100) zum Erzeugen von elektrischem Strom betrieben wird, und worin die elektronische Steuereinheit (80) die Stromversorgungstastung des Spannungserhöhungsschaltkreises (53) oder die Schaltfrequenz des Schaltelements des Spannungserhöhungsschaltkreises (53) erhöht, wenn eine Startanforderung der Brennkraftmaschine (100) ausgegeben wird.