CN101485071A - 电压变换装置及具备该电压变换装置的车辆 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种变换器(10、12)，所述变换器(10、12)相互并列连接。变换器(10)根据来自ECU(30)的信号(PWC1)，对来自蓄电装置(B1)的电压进行升压，并输出到电容器(C)。变换器(12)根据来自ECU(30)的信号(PWC2)，对来自蓄电装置(B2)的电压进行升压，并输出到电容器(C)。ECU(30)使用具有相同频率且相位不同步的载波信号，生成信号(PWC1、PWC2)，将所生成的信号(PWC1、PWC2)分别输出到变换器(10、12)。

Description

电压变换装置及具备该电压变换装置的车辆
技术领域
本发明涉及一种电压变换装置及具备该电压变换装置的车辆，特别涉及一种具备两个并列连接的变换器的电压变换装置及具备该电压变换装置的车辆。
背景技术
日本特开2003-199203号公报中公开了一种电路，该电路在直流电源和逆变器(inverter)之间经由直流-直流变换器(DC/DC Converter)连接有能量储存单元。该电路具有驱动马达负载的逆变器、抑制逆变器的直流输入电压的瞬间纹波的滤波电容器、向逆变器供应直流电压的直流电源、并列连接在直流电源上的直流-直流变换器、连接在直流-直流变换器上的再生能量储存单元。
在该电路中，检测逆变器的直流输入电压，当检测电压超过设定水平时，使直流-直流变换器的通电率向使再生能量储存单元的充电电流增加的方向变化。由此，保护逆变器、直流-直流变换器以及再生能量储存单元。
在上述日本特开2003-199203号公报中公开的电路中，直流电源以及直流-直流变换器并列连接，再生能量储存单元连接在直流-直流变换器上。即，两个直流电源并列连接在逆变器的直流输入上。
但是，在上述公报中只是公开了在来自马达负载的再生能量过多时的电路保护技术，并未设想同时使用并列连接的两个直流电源向逆变器供电的情况。即，在上述公报中所公开的电路中，在直流电源中断时或者其电压下降时，代替直流电源而使用再生能量储存单元。
另一方面，在同时使用两个并列连接的直流电源向逆变器供电的情况下，为了供应稳定的电压，需要对应于各直流电源设置变换器。但是，在并列设置两个变换器的情况下，需要考虑从两个变换器所输出的总电流的纹波对设置在逆变器输入侧的滤波电容器的影响。
发明内容
于是，本发明是为了解决相关课题而做出的，其目的在于提供一种电压变换装置，该电压变换装置能够减少在并列连接两个变换器的情况下的电流纹波。
另外，本发明的另一个目的在于提供一种具备电压变换装置的车辆，该电压变换装置能够减少在并列连接两个变换器的情况下的电流纹波。
根据本发明，电压变换装置具有第一变换器、第二变换器以及控制装置，该控制装置生成第一驱动信号以及第二驱动信号，并将所生成的第一驱动信号以及第二驱动分别输出到第一变换器以及第二变换器。第一变换器，对来自第一蓄电装置的电压进行变换，并输出到电容器。第二变换器，并列连接在第一变换器上，对来自第二蓄电装置的电压进行变换，并输出到电容器。控制装置，使用具有相同频率且相位不同步的第一载波(carrier)以及第二载波，分别生成第一驱动信号以及第二驱动信号。
优选的是第二载波的相位与第一载波的相位相差约180度。
再者，优选的是控制装置包括载波发生部、第一信号生成部、第二信号生成部以及相位反相部。载波发生部，产生第一载波。第一信号生成部，根据与第一变换器对应的第一调制波和第一载波，生成第一驱动信号。相位反相部，生成将第一载波的相位反相了的第二载波。第二信号生成部，根据与第二变换器对应的第二调制波和第二载波，生成第二驱动信号。
另外，优选的是第二载波的相位被调节成第二驱动信号的上升时刻与第一驱动信号的下降时刻同步。
再有，优选的是控制装置包括载波发生部、第一信号生成部、第二信号生成部、相位调节部。载波发生部，产生第一载波。第一信号生成部，根据与第一变换器对应的第一调制波和第一载波，生成第一驱动信号。相位调节部，根据第一驱动信号，生成相对于第一载波调节了其相位的第二载波，使得第二驱动信号的上升时刻与第一驱动信号的下降时刻同步。第二信号生成部，根据与第二变换器对应的第二调制波和第二载波，生成第二驱动信号。
优选的是第一变换器以及第二变换器分别包括斩波电路。
另外，根据本发明，车辆具备上述任一电压变换装置、驱动装置、电动机和驱动轮。驱动装置从包含在电压变换装置中的电容器接受电压。电动机由驱动装置驱动。驱动轮连接在电动机的输出轴上。
在本发明中，第一变换器和第二变换器相互并列连接，并对来自所对应的蓄电装置的电压进行变换，并输出到电容器。而且，控制装置用具有相同频率且相位不同步的第一载波以及第二载波，分别生成第一驱动信号以及第二驱动信号，因此，相对于第一变换器的输出电流的纹波(第一电流纹波)，第二变换器的输出电流的纹波(第二电流纹波)的相位偏移。由此，使第一电流纹波和第二电流纹波的峰值不同步，从而从第一变换器以及第二变换器流入到电容器的总电流的纹波的峰值被抑制。
因此，根据本发明，能够提高电容器的使用寿命。另外，能够使电容器所需的容量(大小)变得更加适宜。
附图说明
图1是作为本发明的车辆的一例而表示的混合动力车辆的总框图。
图2是表示图1所示的变换器的构成的电路图。
图3是图1所示的ECU的功能框图。
图4是图3所示的变换器控制部的功能框图。
图5是变换器的输出电流的波形图。
图6是在假设使用同相的载波信号控制变换器时的变换器的输出电流的波形图。
图7是示意性地表示来自变换器的电磁噪音传播的情况的图。
图8是第二实施方式的变换器控制部的功能框图。
图9是第二实施方式的变换器的输出电流的波形图。
具体实施方式
下面，参照附图详细说明本发明的实施方式。其中，对于图中的相同或相当部分标上相同标记，并省略其说明。
第一实施方式
图1是作为本发明的车辆一例表示的混合动力车辆的总框图。参照图1，该混合动力车辆100具有：发动机2、电动发电机MG1和MG2、动力分割机构4、车轮6。另外，混合动力车辆100还具有：蓄电装置B1和B2、变换器10和12、电容器C、逆变器20和22、ECU(ElectronicControl Unit：电动控制单元)30、电压传感器42和44及46、电流传感器52和54。
该混合动力车辆100以发动机2和电动发电机MG2为动力源行驶。动力分割机构4结合于发动机2和电动发电机MG1、MG2，并在它们之间分配动力。动力分割机构4，例如，由具有太阳齿轮、行星齿轮架及齿圈的三个旋转轴的行星齿轮机构构成，该三个旋转轴分别连接在发动机4以及电动发电机MG1、MG2的旋转轴上。此外，通过使电动发电机MG1的转子中空，使发动机2的曲轴通过其中心，从而能够将发动机2以及电动发电机MG1、MG2机械连接在动力分割机构4上。另外，电动发电机MG2的旋转轴通过未图示的减速轮、差动轮结合于车轮6上。
而且，电动发电机MG1作为由发动机2驱动的发电机且能够起动发动机2的电动机而安装在混合动力车辆100上，电动发电机MG2作为驱动车轮6的电动机安装在混合动力车辆100上。
蓄电装置B1、B2为能够充放电的直流电源，例如由镍氢或锂离子等二次电池构成。蓄电装置B1向变换器10供电，还在电力再生时由变换器10进行充电。蓄电装置B2向变换器12供电，还在电力再生时由变换器12进行充电。
此外，例如，可以将可能输出的最大电力比蓄电装置B2大的二次电池用于蓄电装置B1，可以将蓄电容量比蓄电装置B1大的二次电池用于蓄电装置B2。由此，通过使用两个蓄电装置B1、B2，能够构成大功率且大容量的直流电源。此外，作为蓄电装置B1、B2，可以使用大容量的电容器。
变换器10根据来自ECU30的信号PWC1，对来自蓄电装置B1的电压进行升压，将升压后的该电压输出到电源线PL3。另外，变换器10根据信号PWC1将通过电源线PL3从逆变器20、22供给的再生电力降压到蓄电装置B1的电压水平，并对蓄电装置B1充电。
变换器12在电源线PL3以及接地线GL上并列连接于变换器10。而且，变换器12根据来自ECU30的信号PWC2，对来自蓄电装置B2的电压进行升压，将升压后的该电压输出到电源线PL3。另外，变换器12根据信号PWC2将通过电源线PL3从逆变器20、22供给的再生电力降压到蓄电装置B2的电压水平，并对蓄电装置B2充电。
电容器C连接在电源线PL3和接地线GL之间，使电源线PL3和接地线GL之间的电压波动变得平滑。
逆变器20根据来自ECU30的信号PWI1，将来自电源线PL3的直流电压变换成三相交流电压，将该变换后的三相交流电压输出到电动发电机MG1。另外，逆变器20根据信号PWI1，将电动发电机MG1用发动机2的动力发电所得的三相交流电压变换成直流电压，将该变换后的直流电压输出到电源线PL3。
逆变器22根据来自ECU30的信号PWI2，将来自电源线PL3的直流电压变换成三相交流电压，将该变换后的三相交流电压输出到电动发电机MG2。另外，逆变器22在车辆的再生制动时，根据信号PWI2，将电动发电机MG2接受来自车轮6的旋转力而发电所得的三相交流电压变换成直流电压，将该变换后的直流电压输出到电源线PL3。
电动发电机MG1、MG2，分别为三相交流旋转电机，例如由三相交流同步电动发电机构成。电动发电机MG1通过逆变器20再生驱动，将用发动机2的动力发电所得的三相交流电压输出到逆变器20。另外，在发动机2起动时，电动发电机MG1通过逆变器20动力运转驱动，从而使发动机2起转。电动发电机MG2通过逆变器22动力运转驱动，从而产生用于驱动车轮6的驱动力。另外，在车辆的再生制动时，电动发动机MG2通过逆变器22再生驱动，将用从车轮6接受的旋转力发电所得的三相交流电压输出到逆变器22。
电压传感器42检测蓄电装置B1的电压VL1，并输出到ECU30。电流传感器52检测从蓄电装置B1输出到电容器10的电流I1，并输出到ECU30。电压传感器44检测蓄电装置B2的电压VL2，并输出到ECU30。电流传感器54检测由蓄电装置B2输出到电容器12的电流I2，并输出到ECU30。电压传感器46检测电容器C的端子间电压，即，相对于接地线GL的电源线PL3电压VH，将所检测到的电压VH输出到ECU30。
ECU30生成用于分别驱动变换器10、12的信号PWC1、PWC2，将所生成的信号PWC1、PWC2分别输出到变换器10、12。另外，ECU30生成用于分别驱动逆变器20、22的信号PWI1、PWI2，将所生成的信号PWI1、PWI2分别输出到逆变器20、22。
图2是表示图1所示的变换器10、12的构成的电路图。参照图2，变换器10(12)包括npn型晶体管Q1、Q2和二极管D1、D2以及电抗线圈L。npn型晶体管Q1、Q2串联在电源线PL3和接地线GL之间。二极管D1、D2分别反向并联在npn型晶体管Q1、Q2上。电抗线圈L的一端连接在npn型晶体管Q1、Q2的连接节点上，另一端连接在电源线PL1(PL2)上。此外，作为上述npn型晶体管，可以使用例如IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor：绝缘门极双极晶体管)。
该变换器10(12)由斩波电路构成。而且，变换器10(12)根据来自ECU30(未图示)的信号PWC1(PWC2)，使用电抗线圈L对电源线PL1(PL2)的电压进行升压，将所升压的电压输出到电源线PL3。
详细地讲，变换器10(12)通过将在npn型晶体管Q2导通时流过的电流作为磁场能量存储到电抗线圈L中，以此对电源线PL1(PL2)的电压进行升压。而且，变换器10(12)经由二极管D1将所升压的电压与npn型晶体管Q2断开的时刻同步地输出到电源线PL3。
图3是图1所示的ECU30的功能框图。参照图3，ECU30包括变换器控制部32、和逆变器控制部34、36。
变换器控制部32根据来自电压传感器42的电压VL1、来自电压传感器46的电压VH以及来自电流传感器52的电流I1，生成用于导通/断开变换器10的npn型晶体管Q1、Q2的PWM(Pulse WidthModulation：脉宽调制)信号，将所生成的PWM信号作为PWC1输出到变换器10。
另外，变换器控制部32根据来自电压传感器44的电压VL2、电压VH以及来自电流传感器54的电流I2，生成用于导通/断开变换器12的npn型晶体管Q1、Q2的PWM信号，将所生成的PWM信号作为PWC2输出到变换器12。
逆变器控制部34根据电动发电机MG1的转矩指令TR1、马达电流MCRT1、转子旋转角θ1以及电压VH，生成用于导通/断开包含在逆变器20中的功率晶体管的PWM信号，将所生成的PWM信号作为PWI1输出到逆变器20。
逆变器控制部36根据电动发电机MG2的转矩指令TR2、马达电流MCRT2、转子旋转角θ2以及电压VH，生成用于导通/断开包含在逆变器22中的功率晶体管的PWM信号，将所生成的PWM信号作为PWI2输出到逆变器22。
此外，转矩指令TR1、TR2是例如根据油门开度和制动器的踏下量、车速等，通过未图示的外部ECU计算出的。另外，马达电流MCRT1、MCRT2以及转子旋转角θ1、θ2分别由未图示的传感器所检测出。
图4是图3所示的变换器控制部32的功能框图。参照图4，变换器控制部32包括调制波生成部102、104、载波发生部106、相位反相部108以及比较器110、112。
调制波生成部102根据电压VL1、VH以及/或者电流I1，生成对应于变换器10的调制波M1。调制波生成部104根据电压VL2、VH以及/或者电流I2，生成对应于变换器12的调制波M2。此外，调制波生成部102、104能够生成调制波M1、M2，使得所对应的变换器的输入电流、输出电压被控制成目标值。例如，调制波生成部102能够根据电流I1生成调制波，使得从蓄电装置B1向变换器10供应的电流I1被控制成预定的目标值，调制波生成部104根据电压VL2、VH生成调制波M2，使得电压VH被控制成预定的目标值。
载波发生部106生成载波信号FC1，该载波信号FC1用于生成作为PWM信号的信号PWC1。载波信号FC1由三角波构成，其周期是考虑了变换器10、12的开关损耗而设定的。
相位反相部108，收到来自载波发生部106的载波信号FC1之后，输出载波信号FC2，该载波信号FC2是相对于载波信号FC1将相位偏移180度的信号。
比较器110比较来自调制波生成部102的调制波M1和来自载波发生部106的载波信号FC1，生成跟随其大小关系而变化的信号PWC1。比较器112比较来自调制波生成部104的调制波M2和来自相位反相部108的载波信号FC2，生成跟随其大小关系而变化的信号PWC2。
在该变换器控制部32中，信号PWC1是根据载波信号FC1而生成的，信号PWC2是根据载波信号FC2而生成的，该载波信号FC2是相对于载波信号FC1将相位偏移180度的信号。由此，相对于变换器10的输出电流的纹波，变换器12的输出电流的纹波的相位偏移180度。
图5是变换器10、12的输出电流的波形图。另外，图6是在假设使用同相的载波信号控制变换器10、12时的变换器10、12的输出电流的波形图。此外，图6是为了显示本发明的效果而作为比较来表示的图。
参照图5、图6，电流IH1、IH2分别表示变换器10、12的输出电流。电流IHT表示电流IH1、IH2的合计值，即，表示从两台变换器10、12供应给电容器C的总电流。
如图6所示，在使用同相的载波信号控制变换器10、12的情况下，电流IH1的峰值和电流IH2的峰值重叠，从而总电流IHT的纹波增大。
另一方面，在本第一实施方式中，如上所述，使用相位相互偏移180度的载波信号控制变换器10、12，因此，如图5所示，电流IH1的峰值和电流IH2的峰值在相位上偏移180度，其结果是，总电流IHT的纹波与图6的情况相比被抑制。
此外，在变换器10、12的升压比低的情况下，虽然会出现电流IH1、IH2重叠的部分，但是在此情况下电流的绝对值会较小，因此不成为问题。
此外，在变换器10、12中，随着npn型晶体管Q1、Q2的开关动作，电抗线圈L振动，从而产生依存于载波频率的电磁噪音。但是，如上所述，若使用相位相互偏移180度的载波信号控制变换器10。12，则能够减少变换器10、12整体的噪音。
图7是示意性地表示来自变换器10、12的电磁噪音传播情况的图。参照图7，在来自变换器10、12的声波W1、W2向车内的乘车者120传播时，变换器10、12之间的距离与变换器10、12和乘客120之间的距离相比更近，因此，对于乘客120来讲可以将变换器10、12看作一个声源122。
在此，因为使用相位相互偏移180度的载波控制变换器10、12，所以声波W1、W2的相位差为180度，在乘客120的位置声波W1、W2相互抵消。因此，能够减少变换器10、12整体的噪音。
如上所述，在本第一实施方式中，由于生成相对于载波信号FC1将相位偏移了180度的载波信号FC2，使用载波信号FC1、FC2分别生成信号PWC1、PWC2，因此，相对于变换器10的输出电流的纹波，变换器12的输出电流的纹波的相位偏移180度。由此，各变换器10、12的输出电流的纹波的峰值被错开，从而从变换器10、12流入到电容器C的总电流IHT的纹波的峰值被抑制。
因此，根据本第一实施方式，能够实现电容器C的长寿命化。另外，能够降低电容器C要求容量(大小)。
再者，因为变换器10、12所产生的声波W1、W2的相位也反相，所以能够减少变换器10、12整体的噪音。
第二实施方式
在第一实施方式中，虽然使变换器12用的载波信号FC2相对于变换器10用的载波信号FC1相位偏移180度，但载波信号FC1、FC2的相位差不一定需要180度。
图8是第二实施方式的变换器控制部的功能框图。参照图8，该变换器控制部32A包括相位调节部114来替代在图4所示的第一实施方式的变换器控制部32的构成中的相位反相部108，。
相位调节部114，接收来自载波发生部106的载波信号FC1和分别从比较器110、112输出的信号PWC1、PWC2。而且，相位调节部114输出相对于载波信号FC1已调节相位的载波信号FC2，使得信号PWC2上升时刻与信号PWC1的下降时刻同步。此外，变换器控制部32A的其它的构成与变换器控制部32相同。
在该变换器控制部32A中，为了使信号PWC2的上升时刻与信号PWC1的下降时刻同步，相对于载波信号FC1调节载波信号FC2的相位。由此，变换器12的输出电流的纹波的相位相对于变换器10的输出电流的纹波偏移，与此同时，来自变换器10的纹波电流和来自变换器12的纹波电流一部分变成连续。
图9是第二实施方式的变换器10、12的输出电流的波形图。参照图9，电路IH1、IH2分别表示变换器10、12的输出电流。电流IHT表示电流IH1、IH2的合计值，即，表示从两台变换器10、12向电容器C供应的总电流。
如上所述，通过使信号PWC2的上升时刻与信号PWC1的下降时刻同步，使得电流IH2的上升时刻与电流IH1的下降时刻同步。因此，电流IH1流过之后接着电流IH2流过，其结果是，总电流IHT的纹波频率与图5所示的第一实施方式的情况相比减半。
此外，在上述中，调节了载波信号FC1、FC2的相位差，使得信号PWC2的上升时刻与信号PWC1的下降时刻同步，但是也可以调节载波信号FC1、FC2的相位差，使得信号PWC1的上升时刻与信号PWC2的下降时刻同步
如上所述，在本第二实施方式中，调节载波信号FC1、FC2的相位差，使得信号PWC1的下降时刻与信号PWC2的上升时刻同步，因此，来自变换器10的电流IH1以及来自变换器12的电流IH2一部分被连续化。由此，总电流IHT的纹波的频率与第一实施方式相比减半。
因此，本第二实施方式与第一实施方式相比，能够使变换器10、12对电容器C的纹波的影响变得更小。
此外，在上述第一、第二实施方式中，对于如下的混合动力车辆进行了说明，即，对使用动力分割机构4向电动发电机MG1和车轮6分配发动机2的动力的，所谓的串联型/并联型的混合动力车辆进行了说明。但是，本发明也能够适用于将发动机2的动力只用于电动发电机MG1的发电并只用电动发电机MG2产生车辆的驱动力的，所谓的串联型的混合动力车。
另外，本发明也可适用于不具备发动机2而只用电力行驶的电动汽车，作为电源还具备燃料电池的燃料电池车辆。
此外，在上述中，变换器10、12分别对应于本发明中的“第一变换器”以及“第二变换器”，蓄电装置B1、B2分别对应于本发明中的“第一蓄电装置”以及“第二蓄电装置”。另外，ECU30对应于本发明中的“控制装置”，载波发生部106对应于本发明中的“载波发生部”。再者，比较器110、112分别对应于本发明的“第一信号生成部”以及“第二信号生成部”。另外，变换器20、22还形成本发明中的“驱动装置”，电动发电机MG1、MG2还对应于本发明中的“电动机”。
应该认为本次所公开的实施方式是在所有的方面都是例示的而非限制性的。本发明的范围并非由上述的实施方式的说明而由权利要求表示，并且包括与权利要求相等的意思以及范围内的所有变更。

Claims (7)

1.一种电压变换装置，其特征在于，具有：
第一变换器，对来自第一蓄电装置的电压进行变换，并输出到电容器；
第二变换器，并列连接在所述第一变换器上，对来自第二蓄电装置的电压进行变换，并输出到所述电容器；
控制装置，使用具有相同频率且相位不同步的第一载波以及第二载波，分别生成第一驱动信号以及第二驱动信号，将所生成的第一驱动信号以及第二驱动信号分别输出到所述第一变换器以及所述第二变换器。
2.如权利要求1所述的电压变换装置，其特征在于，
所述第二载波的相位与所述第一载波的相位相差约180度。
3.如权利要求2所述的电压变换装置，其特征在于，
所述控制装置包括：
载波发生部，产生所述第一载波；
第一信号生成部，根据与所述第一变换器对应的第一调制波和所述第一载波，生成所述第一驱动信号；
相位反相部，生成将所述第一载波的相位反相了的所述第二载波；
第二信号生成部，根据与所述第二变换器对应的第二调制波和所述第二载波，生成所述第二驱动信号。
4.如权利要求1所述的电压变换装置，其特征在于，
所述第二载波的相位被调节成所述第二驱动信号的上升时刻与所述第一驱动信号的下降时刻同步。
5.如权利要求4所述的电压变换装置，其特征在于，
所述控制装置包括：
载波发生部，产生所述第一载波；
第一信号生成部，根据与所述第一变换器对应的第一调制波和所述第一载波，生成所述第一驱动信号；
相位调节部，根据所述第一驱动信号，生成相对于所述第一载波调节了其相位的所述第二载波，使得所述第二驱动信号的上升时刻与所述第一驱动信号的下降时刻同步。；
第二信号生成部，根据与所述第二变换器对应的第二调制波和所述第二载波，生成所述第二驱动信号。
6.如权利要求1所述的电压变换装置，其特征在于，
所述第一变换器以及所述第二变换器分别包括斩波电路。
7.一种车辆，其特征在于，具备：
第一蓄电装置；
第二蓄电装置；
第一变换器，对来自所述第一蓄电装置的电压进行变换，并输出到电容器；
第二变换器，并列连接在所述第一变换器上，对来自所述第二蓄电装置的电压进行变换，并输出到所述电容器；
控制装置，用具有相同频率且相位不同步的第一载波以及第二载波，分别生成第一驱动信号以及第二驱动信号，将所生成的第一驱动信号以及第二驱动信号分别输出到所述第一变换器以及所述第二变换器；
驱动装置，接受来自所述电容器的电压；
电动机，由所述驱动装置驱动；
驱动轮，连接在所述电动机的输出轴上。
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