CN109698620B - 电源装置 - Google Patents

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Abstract

本申请发明提供一种电源装置，抑制针对电负载的负载变动频率而产生谐振。在电源装置中，作为在蓄电装置侧与电负载侧之间伴随电压的变换而交接电力的并联连接的转换器，具备具有第一电感的第一电抗器的第一升压转换器以及具有与第一电感不同的值的第二电感的第二电抗器的第二升压转换器，第一升压转换器的谐振频率与第二升压转换器的谐振频率设为不同。

Description

电源装置
技术领域
本发明涉及一种电源装置，详细地说，涉及一种具备在蓄电装置侧与电负载侧之间伴随电压的变换而交接电力的并联连接的多个升压转换器的电源装置。
背景技术
以往，作为这种电源装置，作为车载用的电源装置，提出了一种具备并联连接于蓄电池与驱动用的电动机之间的2个升压转换器的电源装置(例如参照专利文献1)。在该装置中，能够切换地使用使1个升压转换器进行动作的模式和使2个升压转换器进行动作的模式。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2010－104139号公报
发明内容
发明所要解决的问题
在上述电源装置中，在2个升压转换器的特性相同的情况下，即在2个升压转换器的电抗器的电感相同的情况下，2个升压转换器的谐振频率相同。因此，在电动机的负载变动频率为2个升压转换器的谐振频率的情况下，当在使1个升压转换器进行动作的模式下进行动作时，无论仅使第一升压转换器进行动作，还是仅使第二升压转换器进行动作，都产生谐振。
本发明的电源装置的主要目的在于，抑制针对电负载的负载变动频率而产生谐振。
用于解决问题的手段
本发明的电源装置为了达到上述主要目的，采取以下手段。
本发明的电源装置具备：
蓄电装置；
第一升压转换器，具有第一电感的第一电抗器，在所述蓄电装置侧与电负载侧之间，伴随电压的变换而交接电力；
第二升压转换器，具有第二电感的第二电抗器，相对于所述电负载，与所述第一升压转换器并联连接，在所述蓄电装置侧与所述电负载侧之间，伴随电压的变换而交接电力；
电容器，相比所述第一升压转换器以及所述第二升压转换器，安装于所述电负载侧；以及
控制装置，控制所述第一升压转换器和所述第二升压转换器，
所述电源装置的特征在于，
所述第二电感与所述第一电感不同。
在该本发明的电源装置中，具有在蓄电装置侧与电负载侧之间伴随电压的变换而交接电力的第一升压转换器以及相对于电负载而与第一升压转换器并联连接的第二升压转换器。该第二升压转换器的第二电抗器的第二电感与第一升压转换器的第一电抗器的第一电感不同。因此，第一升压转换器的谐振频率与第二升压转换器的谐振频率不同。因此，能够使用针对电负载的负载变动频率不产生谐振的一方的升压转换器。其结果，能够抑制针对电负载的负载变动频率而产生谐振。
在这样的本发明的电源装置中，所述控制装置也可以使用包括仅驱动所述第一升压转换器的第一驱动模式、仅驱动所述第二升压转换器的第二驱动模式以及驱动所述第一升压转换器和所述第二升压转换器这两者的第三驱动模式的多个驱动模式中的某一个驱动模式来进行控制。由于第一升压转换器的第一电抗器的第一电感与第二升压转换器的第二电抗器的第二电感不同，所以，能够使第一驱动模式、第二驱动模式、第三驱动模式下的谐振频率分别不同。在该情况下，所述控制装置也可以在将所述电负载的驱动频率设为负载变动频率、将所述第一驱动模式下的谐振频率设为第一谐振频率、将所述第二驱动模式下的谐振频率设为第二谐振频率、将所述第三驱动模式下的谐振频率设为第三谐振频率时，(1)在所述负载变动频率与所述第一谐振频率的差分低于第一阈值时，禁止所述第一驱动模式，并且许可所述第二驱动模式和所述第三驱动模式，(2)在所述负载变动频率与所述第二谐振频率的差分低于第二阈值时，禁止所述第二驱动模式，并且许可所述第一驱动模式和所述第三驱动模式，(3)在所述负载变动频率与所述第三谐振频率的差分低于第三阈值时，禁止所述第三驱动模式，并且许可所述第一驱动模式和所述第二驱动模式，(4)在所述负载变动频率与所述第一谐振频率的差分为所述第一阈值以上、且所述负载变动频率与所述第二谐振频率的差分为所述第二阈值以上、并且所述负载变动频率与所述第三谐振频率的差分为所述第三阈值以上时，许可所述第一驱动模式、所述第二驱动模式和所述第三驱动模式。如果这样，则能够在针对电负载的负载变动频率不产生谐振的驱动模式下驱动第一升压转换器和第二升压转换器。在这里，第一阈值、第二阈值、第三阈值既可以设为全部不同的值，也可以设为全部相同的值，也可以设为仅有某2个相同的值。
附图说明
图1是示出搭载作为本发明的一个实施例的电源装置的电动汽车20的结构的概略的结构图。
图2是示出包括电动机32的电机驱动系统的结构的概略的结构图。
图3是示出由电子控制单元70执行的驱动模式许可与否处理例程的一个例子的流程图。
图4是示出电动机32是4极对电动机的情况下的电动机转速Nm与电气6阶次变动频率的关系的一个例子的说明图。
具体实施方式
接下来，利用实施例来说明用于实施本发明的方式。图1是示出搭载作为本发明的一个实施例的电源装置的电动汽车20的结构的概略的结构图，图2是示出包括电动机32的电机驱动系统的结构的概略的结构图。如图1所示，实施例的电动汽车20具备电动机32、变换器34、作为蓄电装置的蓄电池36、第一、第二升压转换器40、41和电子控制单元70。在这里，作为实施例的电源装置，蓄电池36、第一、第二升压转换器40、41和电子控制单元70是相当的。
电动机32例如作为同步发电电动机而构成，转子与经由差动齿轮24连结到驱动轮22a、22b的驱动轴26连接。变换器34连接到电动机32，并且连接到高电压侧电力线42。电动机32通过由电子控制单元70对变换器34的未图示的多个开关元件进行开关控制，从而被旋转驱动。将平滑用的电容器46安装到高电压侧电力线42的正极侧线和负极侧线。
蓄电池36例如作为锂离子二次电池、镍氢二次电池而构成，连接到作为第二电力线的低电压侧电力线44。将进行蓄电池36的连接、切断的系统主继电器38和平滑用的电容器48依次从蓄电池36侧安装到低电压侧电力线44的正极侧线和负极侧线。
如图2所示，第一升压转换器40连接到高电压侧电力线42和低电压侧电力线44，作为具有2个晶体管T11、T12、2个二极管D11、D12以及电抗器L1的公知的升降压转换器而构成。晶体管T11连接到高电压侧电力线42的正极侧线。晶体管T12连接到晶体管T11以及高电压侧电力线42和低电压侧电力线44的负极侧线。电抗器L1连接到晶体管T11、T12彼此的连接点以及低电压侧电力线44的正极侧线。第一升压转换器40通过由电子控制单元70调节晶体管T11、T12的接通时间的比例，从而伴随电压的升压而将低电压侧电力线44的电力供给到高电压侧电力线42，或者伴随电压的降压而将高电压侧电力线42的电力供给到低电压侧电力线44。关于第一升压转换器40的谐振频率fc1，如果使用第一升压转换器40的电抗器L1的电感L1以及高电压侧电力线42的电容器46的静电电容C，则通过下式(1)来计算。
【式1】
Figure BDA0001826953810000051
虽然有制造误差等，但第二升压转换器41作为与第一升压转换器40相同的性能的升压转换器而构成。即，第二升压转换器41与第一升压转换器40同样地，连接到高电压侧电力线42和低电压侧电力线44，作为具有2个晶体管T21、T22、2个二极管D21、D22以及电抗器L2的公知的升降压转换器而构成。该第二升压转换器41通过由电子控制单元70调节晶体管T21、T22的接通时间的比例，从而伴随电压的升压而将低电压侧电力线44的电力供给到高电压侧电力线42，或者伴随电压的降压而将高电压侧电力线42的电力供给到低电压侧电力线44。第二升压转换器41的谐振频率fc2通过下式(2)来计算。此外，驱动第一升压转换器40和第二升压转换器41的双方时的谐振频率fc3通过式(3)来计算。
【式2】、【式3】
Figure BDA0001826953810000052
Figure BDA0001826953810000053
虽然未图示，但电子控制单元70作为以CPU为中心的微处理器而构成，除CPU之外，还具备存储处理程序的ROM、临时存储数据的RAM、非易失性的闪存存储器、输入输出端口。
如图1所示，将来自各种传感器的信号经由输入端口输入到电子控制单元70。作为输入到电子控制单元70的信号，例如能够列举来自检测电动机32的转子的旋转位置的旋转位置检测传感器32a的旋转位置θm、来自检测流过电动机32的各相的电流的电流传感器的相电流Iu、Iv。另外，还能够列举来自安装于蓄电池36的端子间的电压传感器36a的电压Vb、来自安装于蓄电池36的输出端子的电流传感器36b的电流Ib、来自安装于蓄电池36的温度传感器36c的电池温度Tb。进一步地，还能够列举来自安装于电容器46的端子间的电压传感器46a的高电压侧电力线42(电容器46)的电压VH、来自安装于电容器48的端子间的电压传感器48a的低电压侧电力线44(电容器48)的电压VL。还能够列举来自检测流过第一、第二升压转换器40、41的电抗器L1、L2的电流的电流传感器40a、41a的电抗器L1、L2的电流IL1、IL2、来自安装于第一、第二升压转换器40、41的温度传感器40b、41b的第一、第二升压转换器40、41的温度tc1、tc2。能够列举来自点火开关80的点火信号、来自检测变速杆81的操作位置的换档位置传感器82的换档位置SP。另外，还能够列举来自检测加速器踏板83的踩下量的加速器踏板位置传感器84的加速器开度Acc、来自检测制动踏板85的踩下量的制动踏板位置传感器86的制动踏板位置BP、来自车速传感器88的车速V。
如图1所示，从电子控制单元70将各种控制信号经由输出端口输出。作为从电子控制单元70输出的信号，例如能够列举向变换器34的多个开关元件的开关控制信号、向第一升压转换器40的晶体管T11、T12的开关控制信号、向第二升压转换器41的晶体管T21、T22的开关控制信号、向系统主继电器38的驱动控制信号。电子控制单元70基于来自旋转位置检测传感器32a的电动机32的转子的旋转位置θm，运算电动机32的电角度θe、转速Nm。
电子控制单元70基于来自电流传感器36b的蓄电池36的电流Ib的累计值来运算蓄电池36的蓄电比例SOC，或者基于所运算出的蓄电比例SOC和由安装于蓄电池36的温度传感器36c检测出的电池温度Tb来运算可以对蓄电池36进行充放电的最大容许电力即输入输出限制Win、Wout。在这里，蓄电比例SOC是能够从蓄电池36放电的电力的容量相对于蓄电池36的总容量的比例。
在这样构成的实施例的电动汽车20中，电子控制单元70首先基于加速器开度Acc和车速V，设定行驶所要求(驱动轴26所要求)的要求转矩Td＊，并且对要求转矩Td＊乘驱动轴26的转速来设定为了行驶而要求从电动机32输出的负载功率Pm。接下来，以从电动机32输出负载功率Pm的方式，设定转矩指令Tm＊。然后，以输出转矩指令Tm＊的方式，对变换器34的开关元件进行开关控制。另一方面，基于转矩指令Tm＊，设定高电压侧电力线42的目标电压VH＊，并且以使来自蓄电池36的电力升压到目标电压VH＊而将负载功率Pm供给到变换器34的方式，控制第一升压转换器40以及第二升压转换器41。第一升压转换器40和第二升压转换器41的控制在许可的驱动模式的范围内，在负载功率Pm小时驱动第一升压转换器40和第二升压转换器41中的一方的升压转换器，在负载功率Pm大时驱动第一升压转换器40和第二升压转换器41的双方。在实施例中，将仅驱动第一升压转换器40的模式设为第一驱动模式，将仅驱动第二升压转换器41的模式设为第二驱动模式，将驱动第一升压转换器40和第二升压转换器41的双方的模式设为第三驱动模式。
接下来，说明这样构成的实施例的电动汽车20所搭载的电源装置的动作、特别是抑制基于电动机32的旋转频率的谐振的动作。图3是示出由电子控制单元70执行的驱动模式许可与否处理例程的一个例子的流程图。该例程每隔规定时间(例如，每隔几十msec)而重复执行。
当执行驱动模式许可与否处理例程时，电子控制单元70首先计算电动机32的负载变动频率fm(步骤S100)。关于电动机32的负载变动频率fm，在实施例中，预先调查电动机32的转速Nm与负载变动频率fm的关系，并存储为负载变动频率设定用映射，当提供电动机32的转速Nm时，从映射导出对应的负载变动频率fm，从而计算电动机32的负载变动频率fm。在图4中示出电动机32是4极对电动机的情况下的电动机转速Nm与电气6阶次变动频率的关系的一个例子。在电动机32是4极对电动机的情况下，电动机32的负载变动频率fm为电气6阶次变动频率。如图4所示，电气6阶次变动频率相对于电动机32的转速Nm线性地变化。因此，针对电动机32的转速Nm，唯一地确定负载变动频率fm。
接下来，计算第一升压转换器40和第二升压转换器41的各驱动模式的谐振频率fc1、fc2、fc3(步骤S110)。第一驱动模式(仅驱动第一升压转换器40的模式)的谐振频率fc1能够通过上述式(1)计算，第二驱动模式(仅驱动第二升压转换器41的模式)的谐振频率fc3能够通过式(2)计算，第三驱动模式(驱动第一升压转换器40和第二升压转换器41这两者的模式)的谐振频率fc3能够通过式(3)计算。
接下来，判定负载变动频率fm与第一驱动模式的谐振频率fc1的差分(从负载变动频率fm减去谐振频率fc1而得到的值的绝对值)是否低于阈值α(步骤S120)。在这里，阈值α是判定负载变动频率fm与谐振频率fc1是否一致的阈值，使用小的正值。即，当负载变动频率fm与第一驱动模式的谐振频率fc1的差分低于阈值α时，如果作为第一升压转换器40和第二升压转换器41的控制而使用第一驱动模式，则产生谐振。在判定为负载变动频率fm与第一驱动模式的谐振频率fc1的差分低于阈值α时，判断为如果通过第一驱动模式驱动第一升压转换器40和第二升压转换器41，则产生谐振，禁止第一驱动模式并且许可第二驱动模式和第三驱动模式(步骤S130)，结束本例程。因此，作为第一升压转换器40和第二升压转换器41的控制，在负载功率Pm小时驱动第二升压转换器41，在负载功率Pm大时驱动第一升压转换器40和第二升压转换器41的双方。由此，能够抑制由于通过第一驱动模式驱动第一升压转换器40和第二升压转换器41而产生的谐振。
当在步骤S120中判定为负载变动频率fm与第一驱动模式的谐振频率fc1的差分为阈值α以上时，判定负载变动频率fm与第二驱动模式的谐振频率fc2的差分(从负载变动频率fm减去谐振频率fc2而得到的值的绝对值)是否低于阈值α(步骤S140)。在判定为负载变动频率fm与第二驱动模式的谐振频率fc2的差分低于阈值α时，判断为如果通过第二驱动模式驱动第一升压转换器40和第二升压转换器41，则产生谐振，禁止第二驱动模式并且许可第一驱动模式和第三驱动模式(步骤S150)，结束本例程。因此，作为第一升压转换器40和第二升压转换器41的控制，在负载功率Pm小时驱动第一升压转换器40，在负载功率Pm大时驱动第一升压转换器40和第二升压转换器41的双方。由此，能够抑制由于通过第二驱动模式驱动第一升压转换器40和第二升压转换器41而产生的谐振。
当在步骤S140中判定为负载变动频率fm与第二驱动模式的谐振频率fc2的差分为阈值α以上时，判定负载变动频率fm与第三驱动模式的谐振频率fc3的差分(从负载变动频率fm减去谐振频率fc3而得到的值的绝对值)是否低于阈值α(步骤S160)。在判定为负载变动频率fm与第三驱动模式的谐振频率fc3的差分低于阈值α时，判断为如果通过第三驱动模式驱动第一升压转换器40和第二升压转换器41，则产生谐振，禁止第三驱动模式并且许可第一驱动模式和第二驱动模式(步骤S170)，结束本例程。因此，作为第一升压转换器40和第二升压转换器41的控制，无论负载功率Pm的大小如何，都仅驱动第一升压转换器40或第二升压转换器41中的某一方。由此，能够抑制由于通过第三驱动模式驱动第一升压转换器40和第二升压转换器41而产生的谐振。
当在步骤S160中判定为负载变动频率fm与第三驱动模式的谐振频率fc3的差分为阈值α以上时，判断为不产生谐振，许可所有驱动模式(步骤S180)，结束本例程。因此，作为第一升压转换器40和第二升压转换器41的控制，在负载功率Pm小时仅驱动第一升压转换器40或第二升压转换器41中的某一方，在负载功率Pm大时驱动第一升压转换器40和第二升压转换器41的双方。
在以上说明的实施例的电动汽车20所搭载的电源装置中，通过使第一升压转换器40的电抗器L1的电感L1与第二升压转换器41的电抗器L2的电感L2不同，能够以针对电动机32的负载变动频率fm不产生谐振的方式驱动升压转换器。即，计算负载变动频率fm和各驱动模式的谐振频率fc1、fc2、fc3，在负载变动频率fm与第一驱动模式的谐振频率fc1的差分低于阈值α时，禁止第一驱动模式并且许可第二驱动模式和第三驱动模式，在负载变动频率fm与第二驱动模式的谐振频率fc2的差分低于阈值α时，禁止第二驱动模式并且许可第一驱动模式和第三驱动模式，在负载变动频率fm与第三驱动模式的谐振频率fc3的差分低于阈值α时，禁止第三驱动模式并且许可第一驱动模式和第二驱动模式，在负载变动频率fm与各驱动模式的谐振频率fc1、fc2、fc3的各差分均为阈值α以上时，许可所有驱动模式。其结果，能够抑制针对电动机32的负载变动频率fm而产生谐振。
在实施例的电动汽车20所搭载的电源装置中，判定负载变动频率fm与第一驱动模式的谐振频率fc1的差分是否低于阈值α，在负载变动频率fm与第一驱动模式的谐振频率fc1的差分为阈值α以上时，判定负载变动频率fm与第二驱动模式的谐振频率fc2的差分是否低于阈值α，在负载变动频率fm与第二驱动模式的谐振频率fc2的差分为阈值α以上时，判定负载变动频率fm与第三驱动模式的谐振频率fc3的差分是否低于阈值α。但是，负载变动频率fm与各驱动模式的谐振频率fc1、fc2、fc3的差分是否低于阈值α的判定的顺序不限定于第一驱动模式、第二驱动模式、第三驱动模式的顺序，可以设为任意的顺序。
在实施例的电动汽车20所搭载的电源装置中，作为关于负载变动频率fm与各驱动模式的谐振频率fc1、fc2、fc3是否一致的阈值，针对各驱动模式而使用相同的值α，但也可以将针对每个驱动模式而不同的值α1、α2、α3(α1≠α2、α1≠α3、α2≠α3)设为阈值。
在实施例的电动汽车20所搭载的电源装置中，具备特性不同(电抗器的电感不同)的第一升压转换器40和第二升压转换器41这2个升压转换器，但也可以具备3个以上的特性不同的升压转换器。
在实施例的电动汽车20所搭载的电源装置中，作为蓄电装置而具备1个蓄电池36，但也可以代替蓄电池36而使用电容器。
在实施例中，设为搭载于利用来自电动机32的动力来行驶的电动汽车20的电源装置的方式。但是，既可以设为搭载于利用来自电动机的动力以及来自发动机的动力来行驶的混合动力汽车的电源装置的方式，也可以设为装入到建筑设备等不移动的设备的电源装置的方式。
说明实施例的主要要素与在用于解决问题的手段这一栏中记载的发明的主要要素的对应关系。在实施例中，蓄电池36相当于“蓄电装置”，第一升压转换器40相当于“第一升压转换器”，第二升压转换器41相当于“第二升压转换器”，电容器46相当于“电容器”，电子控制单元70相当于“控制装置”。此外，电动机32和变换器34相当于“电负载”。
此外，关于实施例的主要要素与在用于解决问题的手段这一栏中记载的发明的主要要素的对应关系，由于实施例是用于具体说明用于实施在用于解决问题的手段这一栏中记载的发明的方式的一个例子，所以，并非对在用于解决问题的手段这一栏中记载的发明的要素进行限定。即，关于在用于解决问题的手段这一栏中记载的发明的解释应该基于该栏的记载而进行，实施例只不过是在用于解决问题的手段这一栏中记载的发明的一个具体例子。
以上，使用实施例来说明了用于实施本发明的方式，但本发明不受这样的实施例的任何限定，在不脱离本发明的主旨的范围内，当然能够以各种方式来实施。
产业上的可利用性
本发明能够利用于电源装置的制造产业等。

Claims (1)

1.一种电源装置，具备：
蓄电装置；
第一升压转换器，具有第一电感的第一电抗器，在所述蓄电装置侧与电负载侧之间伴随电压的变换而交接电力；
第二升压转换器，具有第二电感的第二电抗器，相对于所述电负载而与所述第一升压转换器并联连接，在所述蓄电装置侧与所述电负载侧之间伴随电压的变换而交接电力；
电容器，相比所述第一升压转换器以及所述第二升压转换器而安装于所述电负载侧；以及
控制装置，控制所述第一升压转换器和所述第二升压转换器，
其特征在于，
所述第二电感与所述第一电感不同，
所述控制装置使用包括仅驱动所述第一升压转换器的第一驱动模式、仅驱动所述第二升压转换器的第二驱动模式以及驱动所述第一升压转换器和所述第二升压转换器的双方的第三驱动模式的多个驱动模式中的某一驱动模式来进行控制，
所述控制装置在将所述电负载的驱动频率设为负载变动频率、将所述第一驱动模式下的谐振频率设为第一谐振频率、将所述第二驱动模式下的谐振频率设为第二谐振频率、将所述第三驱动模式下的谐振频率设为第三谐振频率时，
(1)在所述负载变动频率与所述第一谐振频率的差分低于第一阈值时，禁止所述第一驱动模式，并且许可所述第二驱动模式和所述第三驱动模式，
(2)在所述负载变动频率与所述第二谐振频率的差分低于第二阈值时，禁止所述第二驱动模式，并且许可所述第一驱动模式和所述第三驱动模式，
(3)在所述负载变动频率与所述第三谐振频率的差分低于第三阈值时，禁止所述第三驱动模式，并且许可所述第一驱动模式和所述第二驱动模式，
(4)在所述负载变动频率与所述第一谐振频率的差分为所述第一阈值以上、并且所述负载变动频率与所述第二谐振频率的差分为所述第二阈值以上、且所述负载变动频率与所述第三谐振频率的差分为所述第三阈值以上时，许可所述第一驱动模式、所述第二驱动模式和所述第三驱动模式。
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