DE102014116669A1

DE102014116669A1 - Leistungswandlungsvorrichtung und Verfahren

Info

Publication number: DE102014116669A1
Application number: DE102014116669.8A
Authority: DE
Inventors: Kenichiro Nagashita
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2013-11-18
Filing date: 2014-11-14
Publication date: 2015-05-21
Anticipated expiration: 2034-11-15
Also published as: US9358889B2; DE102014116669B4; CN104660052A; JP2015100178A; JP5915626B2; US20150137706A1

Abstract

Die Leistungswandlungsvorrichtung (100, 101) wandelt eine Leistung aus bzw. unter einer Mehrzahl von Ports bzw. Anschlüsse und weist auf eine erste Spannungswandlungseinheit (111), die eine Spannung von einem ersten Port (60b, 121) wandelt und die Leistung, die die umgewandelte Spannung aufweist, an einen zweiten Port (60a, 122) ausgibt; und eine zweite Spannungswandlungseinheit (112), die einen ersten Betrieb des Wandelns einer Spannung von einem Port von dem zweiten Port (60a, 122) und einem dritten Port (60c, 123) und des Ausgebens der Leistung, die die umgewandelte Spannung aufweist, an den anderen Port ausführt, oder einen zweiten Betrieb des Wandelns einer Spannung von dem anderen Port und des Ausgebens der Leistung, die die umgewandelte Spannung aufweist, an den anderen Port ausführt, und, wenn der erste Betrieb ausgeführt wird, schaltet die zweite Spannungswandlungseinheit (112) von dem ersten Betrieb auf den zweiten Betrieb, wenn ein Fahrzeugzustand erfasst wird, wo die Leistung von dem einen Port unzureichend ist.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Technik zum Umwandeln einer Leistung aus bzw. unter einer Mehrzahl von Ports bzw. Anschlüssen.
2. Beschreibung des einschlägigen Stands der Technik
Eine Leistungswandlungsvorrichtung zum Umwandeln einer Leistung aus bzw. unter einer Mehrzahl von Ports bzw. Anschlüssen ist bekannt (siehe z. B. japanische Patentanmeldungsveröffentlichung Nr. 2011-193713 ( JP 2011-193713 )). Die Leistungswandlungsvorrichtung weist eine Heraufsetzungs-/Herabsetzungs-Schaltung zwischen den Ports zum Ausführen eines Spannungswandlungsbetriebs auf, um Spannungen von den Ports herauf- und herabzusetzen.
KURZFASSUNG DER ERFINDUNG
Die an einem Port benötigte Leistung variiert jedoch abhängig von einem Fahrzeugzustand. Demzufolge führt die Heraufsetzungs-/Herabsetzungs-Schaltung nicht unbedingt einen Spannungswandlungsbetrieb aus, der für den Fahrzeugzustand geeignet ist. Somit werden eine Leistungswandlungsvorrichtung und ein Leistungswandlungsverfahren geschaffen, die für den Fahrzeugzustand geeignete Spannungswandlungsbetriebe schalten können.
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird eine Leistungswandlungsvorrichtung geschaffen, die eine Mehrzahl von Ports bzw. Anschlüssen aufweist und eine Leistung aus bzw. unter der Mehrzahl von Ports umwandelt, wobei die Vorrichtung aufweist: eine erste Spannungswandlungseinheit, die eine Spannung von einem ersten Port umwandelt und eine Leistung, die die umgewandelte Spannung aufweist, an einen zweiten Port ausgibt; und eine zweite Spannungswandlungseinheit, die einen ersten Betrieb des Umwandelns einer Spannung von einem Port von entweder dem zweiten Port oder einem dritten Port und des Ausgebens eine Leistung, die die umgewandelte Spannung aufweist, an den anderen Port, oder einen zweiten Betrieb des Umwandelns einer Spannung des anderen Port und des Ausgebens der Leistung, die die umgewandelte Spannung aufweist, an den anderen Port ausführt, wobei, während des Ausführens des ersten Betriebs, die zweite Spannungswandlungseinheit von dem ersten Betrieb auf den zweiten Betrieb schaltet, wenn ein Fahrzeugzustand einer unzureichenden Leistung des einen Ports erfasst wird.
Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird ein Leistungswandlungsverfahren zum Umwandeln einer Leistung aus bzw. unter einer Mehrzahl von Ports bzw. Anschlüssen geschaffen, wobei das Verfahren einen Schritt des Schaltens auf einen ersten Betrieb des Umwandelns einer Spannung von einem Port von entweder einem zweiten Port oder einem dritten Port und des Ausgebens einer Leistung, die die umgewandelte Spannung aufweist, an den anderen Port beinhaltet, wenn eine Spannung eines ersten Port umgewandelt wird und eine Leistung, die die umgewandelte Spannung aufweist, an den zweiten Port ausgegeben wird, und des Schaltens von dem ersten Betrieb auf einen zweiten Betrieb des Umwandelns einer Spannung des anderen Port und des Ausgebens einer Leistung, die die umgewandelte Spannung aufweist, an den einen Port ausführt, wenn ein Fahrzeugzustand, wo die Leistung des einen Port unzureichend ist, während des Ausführen des ersten Betriebs erfasst wird.
Gemäß den Aspekten kann das Verfahren auf einen Spannungswandlungsbetrieb schalten, der für einen Fahrzeugzustand geeignet ist.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
Die Merkmale, Vorzüge sowie die technische und industrielle Bedeutung der beispielhaften Ausführungsformen der Erfindung werden nachstehend unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung näher erläutert, in der identische Bezugszeichen identische Elemente bezeichnen. Es zeigen:
1 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für eine Konfiguration einer Leistungswandlungsvorrichtung zeigt;
2 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für ein Leistungswandlungsverfahren zeigt;
3 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für eine Konfiguration einer Leistungswandlungsvorrichtung zeigt;
4 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für eine Konfiguration einer Steuereinheit zeigt; und
5 ist ein Zeitsteuerungsdiagramm, das ein Beispiel für das Schalten einer primärseitigen Schaltung und einer sekundärseitigen Schaltung zeigt.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
<Konfiguration einer Leistungszuführvorrichtung 100>
1 ist ein Blockdiagramm, das ein Beispiel für eine Konfiguration einer Leistungszuführvorrichtung 100 zeigt, die eine Ausführungsform einer Leistungswandlungsvorrichtung ist. Die Leistungszuführvorrichtung 100 ist z. B. ein Leistungszuführsystem, das eine Leistungszuführschaltung 110, eine Steuereinheit 150 und eine Sensoreinheit 170 aufweist. Die Leistungszuführvorrichtung 100 ist beispielsweise ein System, das an einem Fahrzeug, wie z. B. einem Auto, befestigt ist, und Leistung an verschiedene Lasten des Fahrzeugs verteilt. Als spezifische Beispiele für so ein Fahrzeug können ein Hybridfahrzeug, ein Elektro-Hybridfahrzeug, ein Elektrofahrzeug usw. genannt werden. Die Leistungszuführvorrichtung 100 kann auch an einem Fahrzeug, das eine Maschine als eine Antriebsquelle verwendet, befestigt sein.
Die Leistungszuführschaltung 110 ist eine Leistungswandlungsschaltung, die drei Ports bzw. Anschlüsse 121, 122 und 123 aufweist und eine Leistung zwischen zwei Ports von diesen drei Ports umwandelt. Bei einer Port-Leistung P₁, P₂ und P₃ handelt es sich jeweils um eine Eingangs-/Ausgangs-Leistung (eingegebene Leistung oder ausgegebene Leistung) von den Ports 121, 122 bzw. 123. Bei den Port-Spannungen V₁, V₂ und V₃ handelt es sich jeweils um Eingangs-/Ausgangs-Spannungen (eingegebene Spannung oder ausgegebene Spannung) von den Ports 121, 122 bzw. 123.
Bei einem ersten Port 121 handelt es sich z. B. um einen Anschluss, mit dem eine Hochspannungssystem-Leistungszufuhr 141 und eine Hochspannungssystem-Last 161 verbunden sind. Die Leistungszufuhr 141 und die Last 161 gehören z. B. zu einem 288-Volt-System. Eine Sekundärbatterie, wie z. B. eine Lithium-Ionen-Batterie, kann als ein spezifisches Beispiel für die Leistungszufuhr 141 genannt werden. Die Leistungszufuhr 141 wird auch als eine Hauptbatterie bezeichnet. Ein Inverter, der einen Gleichstrom (DC) in einen Wechselstrom (AC) umwandelt, kann als ein spezifisches Beispiel für die Last 161 genannt werden. Die Last 161 darf nicht mit dem Port 121 verbunden werden. Die Leistungszufuhr 141 und die Last 161 können entweder einfach oder mehrfach in der Anzahl sein.
Bei dem zweiten Port 122 handelt es sich beispielsweise um einen Anschluss, mit dem eine Mittelspannungssystem-Last 162 verbunden ist. Die Last 162 stammt beispielsweise von einem gegenüber dem 288-Volt-System niedrigeren 48-Volt-System. Ein Motor, der einen Lenkbetrieb eines Fahrzeugs unterstützt, kann als ein spezifisches Beispiel für die Last 162 angeführt werden. Abhängig von der Spezifikation eines Fahrzeugs kann die Last 162 ein Motor zum Steuern der Lage eines Fahrzeugs oder ein Motor zum Steuern der Bremskraft eines Fahrzeugs oder eine andere Last als diese sein. Die Last 162 kann entweder einfach oder mehrfach in der Anzahl sein.
Der dritte Port 123 ist beispielsweise ein Anschluss, mit dem eine Niederspannungssystem-Leistungszufuhr 143 und einer Niederspannungssystem-Last 163 verbunden sind. Die Leistungszufuhr 143 und die Last 163 gehören z. B. zu einem gegenüber dem 48-Volt-System niedrigeren 12-Volt-System. Eine Sekundärbatterie, wie z. B. eine Bleibatterie, kann als ein spezifisches Beispiel für die Leistungszufuhr 143 genannt werden. Die Leistungszufuhr 143 wird auch als eine Hilfsbatterie bezeichnet. Ein Computer einer elektronischen Steuereinheit (eine sogenannte ECU), ein Sensor, eine Leuchte, ein Wischer, eine Kraftstoffpumpe usw. können als spezifische Beispiele für die Last 163 genannt werden, auch wenn die Last 163 eine andere Last als diese sein kann. Die Leistungszufuhr 143 und die Last 163 können einfach oder mehrfach in der Anzahl sein.
Die Leistungszufuhrschaltung 110 weist einen Wandler 111 und einen Wandler 112 auf.
Der Wandler 111 ist eine erste Spannungswandlungseinheit zum Umwandeln der Port-Spannung V₁ und zum Ausgeben der Port-Leistung P₂, die die umgewandelte Spannung aufweist, an den Port 122. Insbesondere ist der Wandler 111 ein Gleichstrom-Gleichstrom-(DC-DC-)Wandler, der einen Herabsetzungsbetrieb des Herabsetzens der Port-Spannung V₁ und des Ausgebens der Port-Leistung P₂, die die herabgesetzte Spannung aufweist, an den Port 122 ausführt. Der Wandler 111 kann ferner eine Heraufsetzungs-/Herabsetzungseinheit sein, die nicht nur eine solche Herabsetzungsfunktion zum Ausführen des Herabsetzungsbetriebs, sondern auch eine Heraufsetzungsfunktion zum Ausführen eines Heraufsetzungsbetriebs zum Heraufsetzen der Port-Spannung V₂ und des Ausgebens der Port-Leistung P₁, die die heraufgesetzte Spannung aufweist, an den Port 121 aufweist. Daneben handelt es sich bei dem Wandler 111 um einen Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler des isolierten Typs, bei dem derselbe durch einen Transformator, wie z. B. einen Wandlertransformator, zwischen einem Eingang und einem Ausgang isoliert ist, obwohl es sich dabei auch um einen Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler des nichtisolierten Typs handeln kann, bei dem derselbe Wandler nicht durch einen Transformator zwischen Eingang und Ausgang isoliert ist.
Der Wandler 112 ist eine zweite Spannungswandlungseinheit zum Schalten zwischen einem Herabsetzungsbetrieb des Herabsetzens der Port-Spannung V₂ und des Ausgebens der Port-Leistung P₃, die die herabgesetzte Spannung aufweist, an den Port 122 und einem Heraufsetzungsbetrieb des Heraufsetzens der Port-Spannung V₃ und des Ausgebens der Port-Leistung P₂, die die heraufgesetzte Spannung aufweist, an den Port 122.
Der Wandler 112 ist ein Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler des nichtisolierten Typs, obwohl er auch ein Wandler des isolierten Typs sein kann.
Der Wandler 112 ist eine Heraufsetzung/-Herabsetzungseinheit zum Schalten zwischen dem Herabsetzungsbetrieb und dem Heraufsetzungsbetrieb in Reaktion auf einen Fahrzeugzustand, der sich auf den Betrieb des mit dem Port 122 verbundenen Systems oder den Betrieb des mit dem Port 123 verbundenen Systems auswirkt. Da der Wandler 112 eine solche Heraufsetzungs-/Herabsetzungseinheit ist, kann ein für den Fahrzeugzustand geeigneter Spannungswandlungsbetrieb (d. h. der Heraufsetzungsbetrieb oder der Herabsetzungsbetrieb) geschaltet werden, selbst wenn die für das mit dem Port 122 oder Port 123 verbundene System erforderliche Leistung vom Fahrzeugzustand abhängig variiert. Im Fall von 1 ist darüber hinaus das mit dem Port 122 verbundene System die Last 162, und das mit dem Port 123 verbundene System ist die Last 163 oder die Leistungszufuhr 143.
Der Wandler 112 schaltet z. B. seinen eigenen Spannungswandlungsbetrieb vom Herabsetzungsbetrieb auf den Heraufsetzungsbetrieb, wenn ein Fahrzeugzustand, wo die Leistung des Port 122 unzureichend ist, während des Ausführens des Herabsetzungsbetriebs erfasst wird, selbst wenn er gerade den Herabsetzungsbetrieb ausführt. Der Umstand, dass die für den Betrieb der Last 162 erforderliche Leistung unzureichend ist, kann durch den Wandler 112 unterdrückt werden, der in einem solchen Fall den Heraufsetzungsbetrieb ausführt. Darüber hinaus kann, selbst wenn der Wandler 112 den Heraufsetzungsbetrieb zu diesem Zeitpunkt ausführt, der Last 163 Leistung von der Leistungszufuhr 143 zugeführt werden, und somit kann der Umstand, dass die für den Betrieb der Last 163 benötigte Leistung unzureichend ist, unterdrückt werden.
Zudem schaltet der Wandler 112 auch seinen eigenen Spannungswandlungsbetrieb vom Herabsetzungsbetrieb auf den Heraufsetzungsbetrieb, wenn ein Fahrzeugzustand, wo die Leistung des Port 122 unzureichend ist, während der Ausführung des Herabsetzungsbetriebs prognostiziert wird, selbst wenn er gerade den Herabsetzungsbetrieb ausführt. Da es somit möglich ist, vom Herabsetzungsbetrieb auf den Heraufsetzungsbetrieb zu schalten, bevor die Leistung des Port 122 faktisch unzureichend ist, kann der Umstand, dass die für den Betrieb der Last 162 erforderliche Leistung unzureichend ist, im Voraus vermieden werden.
Der Wandler 112 hingegen schaltet z. B. seinen eigenen Spannungswandlungsbetrieb vom Heraufsetzungsbetrieb auf den Herabsetzungsbetrieb, wenn ein Fahrzeugzustand, wo die Leistung des Port 123 unzureichend ist, während der Ausführung des Heraufsetzungsbetriebs erfasst wird, selbst wenn er gerade den Heraufsetzungsbetrieb ausführt. Der Umstand, dass die für den Betrieb der Last 163 oder der Leistungszufuhr 143 erforderliche Leistung unzureichend ist, kann durch den Wandler 112 verhindert werden, der in einem solchen Fall gerade den Herabsetzungsbetrieb ausführt. Selbst wenn der Wandler 112 gerade den Herabsetzungsbetrieb zu diesem Zeitpunkt ausführt, kann darüber hinaus der mit dem Port 122 verbundenen Last 162 Leistung vom Wandler 111 zugeführt werden, und somit kann der Umstand, dass die für den Betrieb der Last 162 erforderliche Leistung unzureichend ist, unterdrückt werden.
Zudem schaltet der Wandler 112 auch seinen eigenen Spannungswandlungsbetrieb vom Heraufsetzungsbetrieb auf den Herabsetzungsbetrieb, wenn ein Fahrzeugzustand, wo die Leistung des Port 123 unzureichend ist, während des Ausführens des Heraufsetzungsbetriebs prognostiziert wird, selbst wenn er gerade den Heraufsetzungsbetrieb ausführt. Da es somit möglich ist, vom Heraufsetzungsbetrieb auf den Herabsetzungsbetrieb zu schalten, bevor die Leistung des Port 123 faktisch unzureichend ist, kann der Umstand, dass die für den Betrieb der Last 163 oder der Leistungszufuhr 143 erforderliche Leistung unzureichend ist, im Voraus verhindert werden.
Die Sensoreinheit 170 dient als eine Einrichtung, die einen Zustand eines Fahrzeugs erfasst oder prognostiziert, an dem die Leistungszufuhrvorrichtung 100 befestigt ist. Die Sensoreinheit 170 erfasst, ob ein aktueller oder ein zukünftiger Fahrzeugzustand einer ist, wo die Leistung des Port 122 unzureichend ist, oder ob ein aktueller oder zukünftiger Fahrzeugzustand einer ist, wo die Leistung des Port 123 unzureichend ist. Die Sensoreinheit 170 kann entweder einfach oder mehrfach in der Anzahl sein.
Wenn z. B. die Sensoreinheit 170 erfasst oder prognostiziert, dass die Last 162 einen Betrieb ausführen wird, für den Leistung notwendig ist, die während des Herabsetzungsbetriebs des Wandlers 112 größergleich einem vorbestimmten Wert ist, schaltet der Wandler 112 vom Herabsetzungsbetrieb auf den Heraufsetzungsbetrieb. Der Zustand, in dem die Last 162 den Betrieb ausführen wird, für den eine Leistung erforderlich ist, die größergleich dem vorbestimmten Wert ist, ist ein Fahrzeugzustand, wo die Leistung des Port 122 während des Herabsetzungsbetriebs des Wandlers 112 unzureichend ist. Basierend auf einem Betriebssignal, das einen Betriebszustand der Last 162 anzeigt, erfasst oder prognostiziert die Sensoreinheit 170 z. B. den Zustand, in dem die Last den Betrieb ausführen wird, für den Leistung erforderlich ist, die größergleich dem vorbestimmten Wert ist.
Indem vom Herabsetzungsbetrieb auf den Heraufsetzungsbetrieb geschaltet wird, kann somit unterdrückt werden, dass die für den Betrieb der Last 162 erforderliche Leistung unzureichend ist, und sie kann als Leistung dienen, die von der Leistungszufuhr 143 während des Betriebs der Last 162 zugeführt wird. Daher kann der Umstand verhindert werden, dass der Betrieb der Last 162 durch unzureichende Leistung des Port 122 beeinträchtigt wird.
Wenn die Last 162 z. B. einen Motor zum Unterstützen eines Lenkbetriebs eines Fahrzeugs aufweist, benötigt die Last 162 eine hohe Leistung, wenn das Fahrzeug aufgrund eines Lenkbetriebs durch einen Fahrzeuglenker abbiegt. Wenn z. B. die Sensoreinheit 170 erfasst, dass der Fahrzeugzustand ein Lenkzustand ist (z. B. erfasst sie, dass der Winkel oder das Drehmoment des durch den Fahrzeuglenker ausgeführten Lenkbetriebs größergleich einem vorbestimmten Schwellwert ist), schaltet der Wandler 112 somit vom Herabsetzungsbetrieb auf den Heraufsetzungsbetrieb. Wenn z. B. alternativ die Sensoreinheit 170 prognostiziert, dass der Fahrzeugzustand ein Lenkzustand sein soll (z. B. wird dies basierend auf einer Information von einer fahrzeugseitigen Navigation prognostiziert, die einen Kurvenverlauf einer Straße und eine Position einer Kreuzung erkennen kann), schaltet der Wandler 112 vom Herabsetzungsbetrieb auf den Heraufsetzungsbetrieb.
Somit kann durch Schalten vom Herabsetzungsbetrieb auf den Heraufsetzungsbetrieb der Umstand unterdrückt werden, dass die unterstützende Kraft für den Lenkbetrieb durch die Last 162 aufgrund einer unzureichenden Leistungszufuhr abnimmt, wenn der Verbrauch von Leistung durch die Last 163 besonders hoch ist, und es kann für den Unterstützungsbetrieb der Last 162 durch die Leistungszufuhr 143 eine Absicherung geleistet werden.
Wenn die Sensoreinheit 170 erfasst, dass die Last 162 einen Betrieb ausführen wird, für den während des Heraufsetzungsbetriebs des Wandlers 112 keine Leistung benötigt wird, die größergleich einem vorbestimmten Wert ist, kann der Wandler 112 vom Heraufsetzungsbetrieb auf den Herabsetzungsbetrieb schalten, so dass der Herabsetzungsbetrieb ausgeführt werden kann.
Wenn z. B. die Sensoreinheit 170 erfasst oder prognostiziert, dass die Last 163 einen Betrieb ausführen wird, für den Leistung benötigt wird, die während des Herabsetzungsbetriebs des Wandlers 112 größergleich einem vorbestimmten Wert ist, schaltet der Wandler 112 vom Herabsetzungsbetrieb auf den Heraufsetzungsbetrieb. Der Zustand, dass die Last 163 den Betrieb ausführen wird, für den Leistung benötigt wird, die größergleich dem vorbestimmten Wert ist, ist ein Fahrzeugzustand, wo die Leistung des Port 122 während des Herabsetzungsbetriebs des Wandlers 112 unzureichend ist. Basierend auf einem Betriebssignal, das einen Betriebszustand der Last 163 anzeigt, erfasst oder prognostiziert die Sensoreinheit 170 beispielsweise den Zustand, in dem die Last 163 den Betrieb ausführen wird, für den Leistung notwendig ist, die größergleich dem vorbestimmten Wert ist.
Indem vom Herabsetzungsbetrieb auf den Heraufsetzungsbetrieb geschaltet wird, kann somit unterdrückt werden, dass die für den Betrieb der Last 162 erforderliche Leistung unzureichend ist, und sie kann als Leistung dienen, die von der Leistungszufuhr 143 während des Betriebs der Last 162 zugeführt wird. Daher kann der Umstand, dass der Betrieb der Last 162 durch eine unzureichende Leistung des Port 122 beeinträchtigt wird, verhindert werden.
Wenn die Sensoreinheit 170 erfasst, dass die Last 163 einen Betrieb ausführen wird, für den keine Leistung erforderlich ist, die während des Heraufsetzungsbetriebs des Wandlers 112 größergleich einem vorbestimmten Wert ist, kann der Wandler 112 vom Heraufsetzungsbetrieb auf den Herabsetzungsbetrieb umschalten, so dass der Herabsetzungsbetrieb ausgeführt werden kann.
Wenn die Sensoreinheit 170 beispielsweise einen anomalen Zustand der Leistungszufuhr 141 während des Herabsetzungsbetriebs des Wandlers 112 erfasst oder prognostiziert, schaltet der Wandler 112 vom Herabsetzungsbetrieb auf den Heraufsetzungsbetrieb. Bei dem anomalen Zustand der Leistungszufuhr 141 handelt es sich um einen Fahrzeugzustand, wo die Leistung des Port 122 während des Herabsetzungsbetriebs des Wandlers 122 unzureichend ist. Basierend auf einem Betriebssignal, das einen Betriebszustand der Leistungszufuhr 141 anzeigt, erfasst oder prognostiziert z. B. die Sensoreinheit 170 den anomalen Zustand der Leistungszufuhr 141.
Indem vom Herabsetzungsbetrieb auf den Heraufsetzungsbetrieb geschaltet wird, kann somit der Umstand unterdrückt werden, dass die für den Betrieb der Last 162 benötigte Leistung aufgrund einer Abnahme der durch die Leistungszufuhr 141 zugeführten Leistung unzureichend ist, und sie kann als Leistung dienen, die von der Leistungszufuhr 143 während des Betriebs der Last 162 zugeführt wird. Dementsprechend kann der Umstand, dass der Betrieb der Last 162 durch eine unzureichende Leistung des Port 122 beeinträchtigt wird, verhindert werden.
Als Anomalitäten bei der Leistungszufuhr 141 können z. B. genannt werden, dass die Versorgungsspannung der Leistungszufuhr 141 aufgrund eines Temperaturabfalls niedriger ist als ein vorbestimmter Spannungswert, eine Leitung, die die Leistungszufuhr 141 und den Port 121 verbindet, durchtrennt ist, und so weiter.
Wenn die Sensoreinheit 170 einen Normalzustand der Leistungszufuhr 141 während des Heraufsetzungsbetriebs des Wandlers 112 erfasst, kann der Wandler 112 vom Heraufsetzungsbetrieb auf den Herabsetzungsbetrieb umschalten, so dass der Herabsetzungsbetrieb ausgeführt werden kann.
Wenn z. B. die Sensoreinheit 170 einen anomalen Zustand des Wandlers 111 während des Herabsetzungsbetriebs des Wandlers 112 erfasst oder prognostiziert, schaltet der Wandler 112 vom Herabsetzungsbetrieb auf den Heraufsetzungsbetrieb. Der anomale Zustand des Wandlers 111 ist ein Fahrzeugzustand, wo die Leistung des Port 122 während des Herabsetzungsbetriebs des Wandlers 112 unzureichend ist. Basierend auf einem Betriebssignal, das einen Betriebszustand des Wandlers 111 anzeigt, erfasst oder prognostiziert die Sensoreinheit 170 beispielswiese den anomalen Zustand des Wandlers 111.
Indem vom Herabsetzungsbetrieb auf den Heraufsetzungsbetrieb geschaltet wird, kann somit der Umstand unterdrückt werden, dass die für den Betrieb der Last 162 notwendige Leistung aufgrund einer Abnahme der durch den Wandler 111 zugeführten Leistung unzureichend ist, und diese kann als Leistung dienen, die während des Betriebs der Last 162 von der Leistungszufuhr 143 zugeführt wird.
Als Anomalitäten des Wandlers 111 können beispielsweise genannt werden, dass der Betrieb des Wandlers 111 von der Regel abweichend unterbrochen wird, die aus dem Wandler 111 ausgegebene Leistung geringer als ein Sollwert ist, usw.
Wenn die Sensoreinheit 170 einen Normalzustand der Leistungszufuhr 141 während des Heraufsetzungsbetriebs des Wandlers 112 erfasst, kann der Wandler 112 vom Heraufsetzungsbetrieb auf den Herabsetzungsbetreib schalten, so dass der Herabsetzungsbetrieb ausgeführt werden kann.
Wenn z. B. die Sensoreinheit 170 erfasst oder prognostiziert, dass die Last 161 einen Betrieb ausführen wird, für den Leistung benötigt wird, die während des Herabsetzungsbetriebs des Wandlers 111 größergleich einem vorbestimmten Wert ist, schalten der Wandler 111 und der Wandler 112 jeweils vom Herabsetzungsbetrieb auf den Heraufsetzungsbetrieb. Der Zustand, dass die Last 161 den Betrieb ausführen wird, für den Leistung benötigt wird, die größergleich dem vorbestimmten Wert ist, ist ein Fahrzeugzustand, wo die Leistung des Port 122 während des Herabsetzungsbetriebs des Wandlers 111 und des Wandlers 112 unzureichend ist. Basierend auf einem Betriebssignal, das einen Betriebszustand der Last 161 anzeigt, erfasst oder prognostiziert die Sensoreinheit 170 beispielsweise, dass die Last 161 den Betrieb ausführen wird, für den Leistung benötigt wird, die größergleich dem vorbestimmten Wert ist.
Indem vom Herabsetzungsbetrieb auf den Heraufsetzungsbetrieb umgeschaltet wird, kann unterdrückt werden, dass die für den Betrieb der Last 161 benötigte Leistung unzureichend ist, und sie kann als Leistung dienen, die vom Wandler 111 während des Betriebs der Last 161 zugeführt wird. Indem vom Wandler 111 der Last 161 Leistung zugeführt wird, kann sie außerdem als Leistung dienen, die von der Leistungszufuhr 143 während des Betriebs der Last 162 zugeführt wird, selbst wenn der Last 162 vom Wandler 111 keine Leistung zugeführt wird, wodurch verhindert werden kann, dass die Leistung der Last 162 unzureichend ist.
Wenn die Sensoreinheit 170 erfasst, dass die Last 161 einen Betrieb ausführend wird, für den keine Leistung benötigt wird, die während des Heraufsetzungsbetriebs des Wandlers 111 und des Wandlers 112 größergleich einem vorbestimmten Wert ist, kann der Wandler 111 oder der Wandler 112 vom Heraufsetzungsbetrieb auf den Herabsetzungsbetrieb schalten, so dass der Herabsetzungsbetrieb ausgeführt werden kann.
Daneben kann eine Leistungszufuhr mit dem Port 122 verbunden sein. Wenn z. B. die Sensoreinheit 170 erfasst oder prognostiziert, dass die Zuführkapazität der Leistungszufuhr, die mit dem Port 122 verbunden ist, während des Herabsetzungsbetriebs des Wandlers 112 abnimmt, schaltet der Wandler 112 vom Herabsetzungsbetrieb auf den Heraufsetzungsbetrieb um. Der Zustand, dass die Zuführkapazität der Leistungszufuhr, die mit dem Port 122 verbunden ist, abnimmt, ist ein Fahrzeugzustand, wo die Leistung des Port 122 während des Herabsetzungsbetriebs des Wandlers 112 unzureichend ist. Basierend auf einem Betriebssignal, das einen Betriebszustand der Leistungszufuhr anzeigt, die mit dem Port 122 verbunden ist, erfasst oder prognostiziert die Sensoreinheit 170, dass die Zuführkapazität der Leistungszufuhr, die mit dem Port 122 verbunden ist, abnimmt.
Indem vom Herabsetzungsbetrieb auf den Heraufsetzungsbetrieb geschaltet wird, kann somit unterdrückt werden, dass die für den Betrieb der Last 162 benötigte Leistung unzureichend ist, und sie kann als Leistung dienen, die von der Leistungszufuhr 143 während des Betriebs der Last 162 zugeführt wird. Daher kann der Umstand, dass der Betrieb der Last 162 durch eine unzureichende Leistung des Port 122 beeinträchtigt wird, verhindert werden.
Als Abnahme der Zuführkapazität der Leistungszufuhr, die mit dem Port 122 verbunden ist, kann beispielsweise genannt werden, dass die Versorgungsspannung der Leistungszufuhr niedriger ist als ein vorbestimmter Spannungswert, dass die Ladungsmenge, mit der die Leistungszufuhr aufgeladen wird, niedriger als ein vorbestimmter Wert ist.
Wenn z. B. die Sensoreinheit 170 erfasst oder prognostiziert, dass die Zuführkapazität der Leistungszufuhr 143 während des Heraufsetzungsbetriebs des Wandlers 112 abnimmt, schaltet der Wandler 112 vom Heraufsetzungsbetrieb auf den Herabsetzungsbetrieb um. Dies ist darin begründet, dass, wenn der Wandler 112 den Heraufsetzungsbetrieb ausführt, selbst dann, wenn der Wandler 111 den Herabsetzungsbetrieb ausführt, der Wandler 112 nicht in der Lage ist, die Leistung, die für die Leistungszufuhr 143 oder die Last 163 benötigt wird, zuzuführen. Der Zustand, dass die Zuführkapazität der Leistungszufuhr 143 abnimmt, ist ein Fahrzeugzustand, wo die Leistung des Port 123 während des Heraufsetzungsbetriebs des Wandlers 112 unzureichend ist. Basierend auf einem Betriebssignal, das einen Betriebszustand der Leistungszufuhr 143 anzeigt, erfasst oder prognostiziert die Sensoreinheit 170 beispielsweise, dass die Zuführkapazität der Leistungszufuhr 143 abnimmt.
Indem vom Heraufsetzungsbetrieb auf den Herabsetzungsbetrieb geschaltet wird, kann somit unterdrückt werden, dass die für den Betrieb der Last 163 oder der Leistungszufuhr 143 benötigte Leistung unzureichend ist, und sie kann als Leistung dienen, die vom Wandler 112 während des Betriebs der Last 163 oder der Leistungszufuhr 143 zugeführt wird. Der Umstand, dass der Betrieb der Last 163 oder der Leistungszufuhr 143 durch eine unzureichende Leistung des Port 123 beeinträchtigt wird, kann daher verhindert werden.
Als Abnahme der Zuführkapazität der Leistungszufuhr 143 kann beispielsweise genannt werden, dass die Versorgungsspannung der Leistungszufuhr 143 einen vorbestimmten Spannungswert unterschreitet, die Ladungsmenge, mit der die Leistungszufuhr 143 aufgeladen wird, einen vorbestimmten Wert unterschreitet, usw.
Wenn die Sensoreinheit 170 erfasst, dass die Zuführkapazität der Leistungszufuhr 143 während des Herabsetzungsbetrieb des Wandlers 112 nicht abnimmt, schaltet der Wandler 112 vom Herabsetzungsbetrieb auf den Heraufsetzungsbetrieb, so dass der Heraufsetzungsbetrieb ausgeführt werden kann.
Wenn z. B. die Sensoreinheit 170 erfasst oder prognostiziert, dass die Last 163 einen Betrieb ausführend wird, für den Leistung benötigt wird, die während des Heraufsetzungsbetriebs des Wandlers 112 größergleich einem vorbestimmten Wert ist, schaltet der Wandler 112 vom Heraufsetzungsbetrieb auf den Herabsetzungsbetrieb. Der Zustand, dass die Last 163 den Betrieb ausführend wird, für den Leistung benötigt wird, die größergleich einem vorbestimmten Wert ist, ist ein Fahrzeugzustand, wo die Leistung des Port 123 während des Heraufsetzungsbetriebs des Wandlers 112 unzureichend ist. Basierend auf einem Betriebssignal, das einen Betrieb der Last 163 anzeigt, erfasst oder prognostiziert beispielsweise die Sensoreinheit 170 den Zustand, dass die Last 163 den Betrieb ausführen wird, für den Leistung benötigt wird, die größergleich einem vorbestimmten Wert ist.
Indem vom Heraufsetzungsbetrieb auf den Herabsetzungsbetrieb geschaltet wird, kann somit unterdrückt werden, dass die für den Betrieb der Last 163 benötigte Leistung unzureichend ist, und sie kann als Leistung dienen, die vom Wandler 112 während des Betriebs der Last 163 zugeführt wird. Daher kann der Umstand verhindert werden, dass ein Betrieb der Last 163 durch eine unzureichende Leistung des Port 123 beeinträchtigt wird.
Wenn die Last 163 beispielsweise eine Leuchte zum Beleuchten der Umgebung des Fahrzeugs aufweist, benötigt die Last 163 aufgrund des Anschaltens der Leuchte eine hohe Leistung, wenn es um das Fahrzeug herum relativ dunkel ist (z. B. wenn es Nacht ist oder das Fahrzeug sich in einem Tunnel befindet). Abhängig davon, ob der Fahrzeugzustand, der durch die Sensoreinheit 170 erfasst oder prognostiziert wird, ein Zustand ist, bei dem die Lampe angeschaltet wird, schaltet der Wandler 112 daher z. B. auf den Herabsetzungsbetrieb oder den Heraufsetzungsbetrieb.
Als durch die Sensoreinheit 170 erhaltene Informationen zum Erfassen und Prognostizieren, ob ein Fahrzeugzustand ein Zustand ist, bei dem die Lampe angeschaltet wird, können Informationen der fahrzeugseitigen Navigation, die eine Position eines Tunnels bestimmen können, Zeitsteuerungsinformationen, Beleuchtungsinformationen in der Umgebung des Fahrzeugs, Beleuchtungsinformationen der Leuchte, Betriebsinformationen zum Beleuchten der Lampe usw. genannt werden.
Wenn die Sensoreinheit 170 während des Heraufsetzungsbetriebs des Wandlers 112 erfasst oder prognostiziert, dass der Zustand in der Umgebung des Fahrzeugs ein Zustand ist, in dem die Leuchte angeschaltet wird (z. B. ist es Nacht oder das Fahrzeug befindet sich in einem Tunnel), schaltet der Wandler 112 vom Heraufsetzungsbetrieb auf den Herabsetzungsbetrieb. Auf diese Weise kann der Umstand verhindert werden, dass die Helligkeit der Leuchte aufgrund einer durch unzureichende Leistung hervorgerufenen Spannungsschwankung variiert.
Wenn hingegen die Sensoreinheit 170 während des Herabsetzungsbetriebs des Wandlers 112 erfasst, dass der Zustand in der Umgebung des Fahrzeug kein Zustand ist, in dem die Leuchte angeschaltet wird (z. B. zur Tageszeit oder wenn sich das Fahrzeug im Freien befindet), schaltet der Wandler 112 vom Herabsetzungsbetrieb auf den Heraufsetzungsbetrieb. Auf diese Weise kann unterdrückt werden, dass die Leistung des Port 122 unzureichend ist.
Wenn hingegen die Last 163 einen Wischer zum Wischen des Fensters des Fahrzeugs aufweist, wird aufgrund des Betriebs des Wischers, wenn es in der Umgebung des Fahrzeugs regnet, durch die Last 163 eine hohe Leistung benötigt. Abhängig davon, ob der Fahrzeugzustand, der durch die Sensoreinheit 170 erfasst oder prognostiziert wird, ein Zustand ist, in dem der Wischer betätigt wird, schaltet der Wandler 112 daher auf den Herabsetzungsbetrieb oder den Heraufsetzungsbetrieb um.
Als Informationen, die durch die Sensoreinheit 170 zum Erfassen oder Prognostizieren erhalten werden, ob ein Fahrzeugzustand ein Zustand zum Betätigen des Wischers ist, können beispielsweise Niederschlagsinformationen, Betriebsinformationen des Wischers, Betriebsinformationen zum Betätigen des Wischers usw. genannt werden.
Wenn die Sensoreinheit 170 während des Heraufsetzungsbetriebs des Wandlers 112 erfasst oder prognostiziert, dass der Zustand in der Umgebung des Fahrzeugs ein Zustand zum Betätigen des Wischers ist (z. B. wenn es regnet oder ähnliches), schaltet der Wandler 112 vom Heraufsetzungsbetrieb auf den Herabsetzungsbetrieb. Auf diese Weise kann der Umstand verhindert werden, dass die Geschwindigkeit des Wischers aufgrund einer durch eine unzureichende Leistung bewirkten Spannungsschwankung variiert.
Wenn hingegen die Sensoreinheit 170 während des Herabsetzungsbetriebs des Wandlers 112 erfasst, dass der Zustand in der Umgebung des Fahrzeugs kein Zustand ist, um die Leuchte zu betätigen (z. B. ist es sonnig oder dergleichen), schaltet der Wandler 112 vom Herabsetzungsbetrieb auf den Heraufsetzungsbetrieb um. Auf diese Weise kann verhindert werden, dass die Leistung des Ports 122 unzureichend ist.
Wenn beispielsweise die Last 163 eine Kraftstoffpumpe zum Ziehen von Kraftstoff aus einem Kraftstofftank aufweist, wird aufgrund des Betriebs der Kraftstoffpumpe während des Fahrbetriebs des Fahrzeugs durch die Last 163 eine hohe Leistung benötigt. Abhängig davon, ob der Fahrzeugzustand, der durch die Sensoreinheit 170 erfasst oder prognostiziert wird, ein Zustand ist, um die Kraftstoffpumpe zu betätigen, schaltet der Wandler 112 auf den Herabsetzungsbetrieb oder den Heraufsetzungsbetrieb um.
Als Informationen, die durch die Sensoreinheit 170 zum Erfassen oder Prognostizieren erhalten werden, ob ein Fahrzeugzustand ein Zustand ist, um die Kraftstoffpumpe zu betätigen, können beispielswiese Fahrzeuggeschwindigkeitsinformationen, Motordrehzahlinformationen, Betriebsinformationen der Kraftstoffpumpe usw. genannt werden.
Wenn die Sensoreinheit 170 einen Zustand erfasst oder prognostiziert, in dem das Fahrzeug sich während des Heraufsetzungsbetriebs des Wandlers 112 fortbewegt, schaltet der Wandler 112 vom Heraufsetzungsbetrieb auf den Herabsetzungsbetrieb. Auf diese Weise kann der Umstand verhindert werden, dass die Drehzahl eines Motors der Kraftstoffpumpe aufgrund einer durch eine unzureichende Leistung verursachten Spannungsschwankung variiert.
Wenn hingegen die Sensoreinheit 170 einen Zustand erfasst, in dem sich das Fahrzeug während des Herabsetzungsbetriebs des Wandlers 112 nicht fortbewegt, schaltet der Wandler 112 vom Herabsetzungsbetrieb auf den Heraufsetzungsbetrieb. Auf diese Weise kann unterdrückt werden, dass die Leistung des Ports 122 unzureichend ist.
Die Steuereinheit 150 dient als eine Steuereinrichtung, die den Spannungswandlungsbetrieb des Wandlers 111 oder des Wandlers 112 basierend auf dem Erfassungsergebnis oder Prognoseergebnis des Fahrzeugzustands, das durch die Sensoreinheit 170 erhalten wird, auf den Heraufsetzungsbetrieb oder den Herabsetzungsbetrieb steuert. Die Steuereinheit 150 weist beispielsweise einen Microcomputer auf.
2 ist ein Blockdiagramm, das ein Leistungswandlungsverfahren zeigt, das durch die Steuereinheit 150 ausgeführt wird. Abhängig von dem Fahrzeugzustand, der wie vorstehend erwähnt durch die Sensoreinheit 170 erfasst oder prognostiziert wird, schaltet die Steuereinheit 150 das Steuerverfahren des Wandlers 112. Die Steuereinheit 150 schaltet beispielsweise eine Sollspannung zum Berechnen einer Heraufsetzungs-/Herabsetzungs-Steuermenge des Wandlers 112 abhängig von dem Fahrzeugzustand, der durch die Sensoreinheit 170 erfasst oder prognostiziert wird, und steuert den Wandler 112, um den Heraufsetzungsbetrieb oder den Herabsetzungsbetrieb auszuführen. Die Heraufsetzungs-/Herabsetzungs-Steuermenge Do ist beispielsweise ein Befehlswert einer Einschaltdauer D oder einer EIN-Zeit δ zum Einstellen eines Heraufsetzungs-/Herabsetzungsverhältnisses des Wandlers 112. Das Heraufsetzungs-/Herabsetzungs-Verhältnis des Wandlers 112 ist ein Spannungstransformationsverhältnis zwischen dem Port 122 und dem Port 123.
In dem Fall, dass die Steuereinheit 150 bewirkt, dass der Wandler 112 den Heraufsetzungsbetrieb ausführt, führt die Steuereinheit 150 eine Proportional-Integral-Differential-(PID-)Steuerung basierend auf einer Abweichung zwischen einer Soll-Port-Spannung V_2O des Port 122 und einer erfassten Spannung der Port-Spannung V₂ aus, die durch die Sensoreinheit 170 erhalten wird. Die Steuereinheit 150 berechnet die Heraufsetzungs-/Herabsetzungs-Steuermenge (= G₁ × (V₂₀ – V₂)) durch Ausführen der PID-Steuerung. G₁ bezeichnet eine Proportionalverstärkung der PID-Steuerung. Die Steuereinheit 150 bewirkt, dass der Wandler 112 den Heraufsetzungsbetrieb mit der berechneten Heraufsetzungs-/Herabsetzungs-Steuermenge ausführt, so dass die Abweichung zwischen der Soll-Port-Spannung V_2O und der erfassten Spannung der Port-Spannung V₂ gegen null konvergieren kann.
In dem Fall hingegen, dass die Steuereinheit 150 bewirkt, dass der Wandler 112 den Herabsetzungsbetrieb ausführt, führt die Steuereinheit 150 eine PID-Steuerung basierend auf einer Abweichung zwischen einer Soll-Port-Spannung V_3O des Port 123 und einer erfassten Spannung der Port-Spannung V₃ aus, die durch die Sensoreinheit 170 erhalten wird. Die Steuereinheit 150 berechnet die Heraufsetzungs-/Herabsetzungs-Steuermenge (= G₂ × (V_3o – V₃)), indem die PID-Steuerung ausgeführt wird. G₂ bezeichnet eine Proportionalverstärkung der PID-Steuerung. Die Steuereinheit 150 bewirkt, dass der Wandler 112 den Herabsetzungsbetrieb mit der berechneten Heraufsetzungs-/Herabsetzungs-Steuermenge ausführt, so dass die Abweichung zwischen der Soll-Port-Spannung V_3o und der erfassten Spannung der Port-Spannung V₃ gegen null konvergieren kann.
<Konfiguration der Leistungszuführvorrichtung 101>
3 ist ein Blockdiagramm, das ein Beispiel einer Konfiguration einer Leistungszuführvorrichtung 101 zeigt, die als eine Ausführungsform der Leistungswandlungsvorrichtung dient. Die Leistungszuführvorrichtung 101 ist ein detailliertes Beispiel für die Leistungszufuhr 100 von 1, die die gleiche Funktions- und Wirkungsweise wie die der Leistungszuführvorrichtung 100 aufweist. Der Wandler 111 von 1 beinhaltet eine primärseitige Vollbrückenschaltung 200 und eine sekundärseitige Vollbrückenschaltung 300, die mit der primärseitigen Vollbrückenschaltung 200 über einen Transformator 400 magnetisch gekoppelt ist. Der Wandler 112 von 1 beinhaltet hingegen die primärseitige Vollbrückenschaltung 200, die er sich mit dem Wandler 111 teilt.
Der erste Port 121, der zweite Port 122 und der dritte Port 123 in 1 entsprechen einem dritten Eingangs-/Ausgangs-Port 60b, einem ersten Eingangs-/Ausgangs-Port 60a bzw. einem zweiten Eingangs-/Ausgangs-Port 60c in 3. Die Leistungszufuhr 141 und die Leistungszufuhr 143 in 1 entsprechen einer sekundärseitigen Hochspanungssystem-Leistungszufuhr 62b bzw. einer primärseitigen Niederspannungssystem-Leistungszufuhr 62c in 3. Die Last 161, die Last 162 und die Last 163 in 1 entsprechen einer sekundärseitigen Hochspannungssystem-Last 61b, einer primärseitigen Hochspannungssystem-Last 61a bzw. einer primärseitigen Niederspannungssystem-Last 61c in 3. Die Steuereinheit 150 und die Sensoreinheit 170 in 1 entsprechen einer Steuereinheit 50 bzw. einer Sensoreinheit 70 in 3.
Eine Leistungszuführschaltung 10, die die primärseitige Vollbrückenschaltung 200 und die sekundärseitige Vollbrückenschaltung 300 beinhaltet, verändert eine Phasendifferenz ϕ zwischen dem Schalten der primärseitigen Vollbrückenschaltung 200 und dem Schalten der sekundärseitigen Vollbrückenschaltung 300, und gibt Leistung an den ersten Eingangs-/Ausgangs-Port 60a aus. Auf die Veränderung der Phasendifferenz ϕ und das Ausgeben der Leistung wird in der Beschreibung später eingegangen.
Die Leistungszuführvorrichtung 101 führt Funktionen sowohl des Wandlers 111 als auch des Wandlers 112 über eine integrale bzw. integrierte Struktur aus, die so konfiguriert ist, dass sie die primärseitige Vollbrückenschaltung 200, den Transformator 400 und die sekundärseitige Vollbrückenschaltung 300 beinhaltet. Da die Funktionen von beiden über die integrierte Struktur ausgeführt werden, kann, im Vergleich zu einer separaten Struktur, die Port-Leistung P₁, die Port-Leistung P₂ oder die Port-Leistung P₃ so gesteuert werden, dass sie mit hoher Genauigkeit einer Soll-Leistung entspricht, und die Port-Spannung V₁, die Port-Spannung V₂ oder die Port-Spannung V₃ so gesteuert werden, dass sie mit hoher Genauigkeit einer Soll-Spannung entspricht. Durch die Ausführung als integrierte Struktur kann darüber hinaus der Umstand, dass eine Abweichung in der Schaltzeitsteuerung auftritt, oder die Induktivität zwischen den jeweiligen Leistungszuführvorrichtungen unterdrückt werden. Somit können die Port-Leistung und die Port-Spannungen mit hoher Genauigkeit auf Soll-Werte gesteuert werden.
Auf die Leistungszuführvorrichtung 101 wird in der nachstehenden Beschreibung ausführlicher eingegangen.
Die Leistungszuführvorrichtung 101 ist beispielsweise ein Leistungszuführsystem, das die Leistungszuführschaltung 10, die Steuereinheit 50 und die Sensoreinheit 70 aufweist. Die Leistungszuführvorrichtung 101 ist beispielsweise ein System, das an einem Fahrzeug, wie z. B. einem Auto, befestigt ist und Leistung an die verschiedenen im Fahrzeug befestigten Lasten verteilt. Als spezifische Beispiele für dieses Fahrzeug kann ein Hybrid-Fahrzeug, ein Elektro-Hybrid-Fahrzeug und ein Elektrofahrzeug usw. genannt werden. Die Leistungszuführvorrichtung 100 kann zudem an einem Fahrzeug befestigt sein, das einen Motor bzw. eine Maschine als Antriebsquelle nutzt.
Die Leistungszuführvorrichtung 101 weist beispielsweise als primärseitige Ports einen ersten Eingangs-/Ausgangs-Port 60a, mit dem eine primärseitige Hochspannungssystem-Last 61a verbunden ist, und einen zweiten Eingangs-/Ausgangs-Port 60c auf, mit dem eine primärseitige Niederspannungssystem-Last 61c und eine primärseitige Niederspannungssystem-Leistungszufuhr 62c verbunden sind. Die primärseitige Niederspannungssystem-Leistungszufuhr 62c führt der primärseitigen Niederspannungssystem-Last 61c Leistung zu, die durch ein mit der primärseitigen Niederspannungssystem-Leistungszufuhr 62c identisches Spannungssystem (z. B. ein 12-Volt-System) betrieben wird. Zudem führt die primärseitige Niederspannungssystem-Leistungszufuhr 62c der primärseitigen Hochspannungssystem-Last 61a, die durch ein anderes Spannungssystem (z. B. ein gegenüber dem 12-Volt-System höheres 48-Volt-System) als die primärseitige Niederspannungssystem-Leistungszufuhr 62c betrieben wird, Leistung zu, die durch eine in der Leistungszuführschaltung 10 angeordnete primärseitige Wandlungsschaltung 20 heraufgesetzt wird.
Die Leistungszuführvorrichtung 101 beinhaltet z. B., als sekundärseitige Ports, einen dritten Eingangs-/Ausgangs-Port 60b, mit dem eine sekundärseitige Hochspannungssystem-Last 61b und eine sekundärseitige Hochspannungssystem-Leistungszufuhr 62b verbunden sind, und einen vierten Eingangs-/Ausgangs-Port 60d, mit dem eine sekundärseitige Niederspannungssystem-Last 61d verbunden ist. Die sekundärseitige Hochspannungssystem-Leistungszufuhr 62b führt der sekundärseitigen Hochspannungssystem-Last 61b, die durch ein mit der sekundärseitigen Hochspannungssystem-Leistungszufuhr 62b identisches Spannungssystem (z. B. ein gegenüber dem 12-Volt-System und dem 48-Volt-System höheres 288-Volt-System) betrieben wird, Leistung zu. Zudem führt die sekundärseitige Hochspannungssystem-Leistungszufuhr 62b der sekundärseitigen Niederspannungssystem-Last 61d, die durch ein anderes Spannungssystem (z. B. ein gegenüber dem 288-Volt-System niedrigeres 72-Volt-System) als die sekundärseitige Hochspannungssystem-Leistungszufuhr 62b betrieben wird, eine Leistung zu, die durch eine in der Leistungszuführschaltung 10 angeordnete sekundärseitige Wandlungsschaltung 30 herabgesetzt wird. Eine Sekundärbatterie, wie z. B. eine Lithiumionenbatterie, kann als ein spezifisches Beispiel für die sekundärseitige Hochspannungssystem-Leistungszufuhr 62b genannt werden.
Die Leistungszuführschaltung 10 ist eine Leistungswandlungsschaltung, die die vorstehend beschriebenen vier Eingangs-/Ausgangs-Ports aufweist, und weist Funktionen zum Auswählen von beliebigen zwei Eingangs-/Ausgangs-Ports von den vier Eingangs-/Ausgangs-Ports und zum Ausführen einer Leistungswandlung zwischen den beiden ausgewählten Eingangs-/Ausgangs-Ports auf. Zudem kann die Leistungszuführvorrichtung 101, die die Leistungszuführschaltung 10 aufweist, eine Vorrichtung sein, die eine Mehrzahl von, zumindest drei, Eingangs-/Ausgangs-Ports aufweist und in der Lage ist, eine Leistung zwischen beliebigen zwei Eingangs-/Ausgangs-Ports von der Mehrzahl von, zumindest drei, Eingangs-/Ausgangs-Ports zu wandeln und eine Leistungswandlung zwischen den beiden ausgewählten Eingangs-/Ausgangs-Ports auszuführen. Die Leistungszuführschaltung 10 kann z. B. eine Schaltung sein, die drei Eingangs-/Ausgangs-Ports ohne den vierten Eingangs-/Ausgangs-Port 60d aufweist.
Die Port-Leistungen Pa, Pc, Pb, Pd sind Eingangs-/Ausgangs-Leistungen (eingegebene Leistungen oder ausgegebene Leistungen) des ersten Eingangs-/Ausgangs-Port 60a, des zweiten Eingangs-/Ausgangs-Port 60c, des dritten Eingangs-/Ausgangs-Port 60b bzw. des vierten Eingangs-/Ausgangs-Port 60d. Die Port-Spannungen Va, Vc, Vb, Vd sind Eingangs-/Ausgangs-Spannungen (eingegebene Spannungen oder ausgegebene Spannungen) des ersten Eingangs-/Ausgangs-Port 60a, des zweiten Eingangs-/Ausgangs-Port 60c, des dritten Eingangs-/Ausgangs-Port 60b bzw. des vierten Eingangs-/Ausgangs-Port 60d. Die Port-Ströme Ia, Ic, Ib, Id sind Eingangs-/Ausgangs-Ströme (eingegebene Ströme oder ausgegebene Ströme) des ersten Eingangs-/Ausgangs-Port 60a, des zweiten Eingangs-/Ausgangs-Port 60c, des dritten Eingangs-/Ausgangs-Port 60b bzw. des vierten Eingangs-/Ausgangs-Port 60d.
Die Leistungszuführschaltung 10 weist einen Kondensator C1, der in dem ersten Eingangs-/Ausgangs-Port 60a angeordnet, einen Kondensator C3, der in dem zweiten Eingangs-/Ausgangs-Port 60c angeordnet ist, einen Kondensator C2, der in dem dritten Eingangs-/Ausgangs-Port 60c angeordnet ist, und einen Kondensator C4 auf, der in dem vierten Eingangs-/Ausgangs-Port 60d angeordnet ist. Als spezifische Beispiele für die Kondensatoren C1, C2, C3, C4 können Folienkondensatoren, Aluminium-Elektrolytkondensatoren, Keramikkondensatoren, Polymer-Elektrolytkondensatoren usw. genannt werden.
Der Kondensator C1 ist zwischen einem Hochpotentialseiten-Anschluss 613 des ersten Eingangs-/Ausgangs-Port 60a und einem Niederpotentialseiten-Anschluss 614 des ersten Eingangs-/Ausgangs-/Port 60a und des zweiten Eingangs-/Ausgangs-Port 60c eingefügt. Der Kondensator C3 ist zwischen einem Hochpotentialseiten-Anschluss 616 des zweiten Eingangs-/Ausgangs-Port 60c und dem Niederpotentialseiten-Anschluss 614 des ersten Eingangs-/Ausgangs-Port 60a und des zweiten Eingangs-/Ausgangs-Port 60c eingefügt. Der Kondensator C2 wird zwischen einem Hochpotentialseiten-Anschluss 618 des dritten Eingangs-/Ausgangs-Port 60b und einem Niederpotentialseiten-Anschluss 620 des dritten Eingangs-/Ausgangs-Port 60b und des vierten Eingangs-/Ausgangs-Port 60d eingefügt. Der Kondensator C4 ist zwischen einem Hochpotentialseiten-Anschluss 622 des vierten Eingangs-/Ausgangs-Port 60c und dem Niederpotentialseiten-Anschluss 620 des dritten Eingangs-/Ausgangs-Port 60b und des vierten Eingangs-/Ausgangs-Port 60d eingefügt.
Die Kondensatoren C1, C2, C3, C4 können entweder innerhalb oder außerhalb der Leistungszuführschaltung 10 angeordnet sein.
Die Leistungszuführschaltung 10 ist eine Leistungswandlungsschaltung, die so konfiguriert ist, dass sie die primärseitige Wandlungsschaltung 20 und die sekundärseitige Wandlungsschaltung 30 aufweist. Zudem sind die primärseitige Wandlungsschaltung 20 und die sekundärseitige Wandlungsschaltung 30 über eine primärseitige Magnetkopplungsreaktorspule bzw. Magnetkopplungsdrossel 204 und eine sekundärseitige Magnetkopplungsreaktorspule bzw. Magnetkopplungsdrossel 304 verbunden und über einen Transformator 400 (einen Transformator mit mittigem Abgriff) magnetisch gekoppelt. Ein primärseitiger Port, der aus dem ersten Eingangs-/Ausgangs-Port 60a und dem zweiten Eingangs-/Ausgangs-Port 60c konfiguriert ist, ist mit einem sekundärseitige Port verbunden, der aus dem dritten Eingangs-/Ausgangs-Port 60b und dem vierten Eingangs-/Ausgangs-Port 60d konfiguriert ist, über den Transformator 400 verbunden.
Die primärseitige Wandlungsschaltung 20 ist eine primärseitige Schaltung, die so konfiguriert ist, dass sie eine primärseitige Vollbrückenschaltung 200, den ersten Eingangs-/Ausgangs-Port 60a und den zweiten Eingangs-/Ausgangs-Port 60c aufweist. Die primärseitige Vollbrückenschaltung 200 ist eine primärseitige Leistungswandlungseinheit, die so konfiguriert ist, dass sie eine primärseitige Spule 202 des Transformators 400, die primärseitige Magnetkopplungsreaktorspule 204, einen primärseitigen ersten oberen Arm U1, einen primärseitigen ersten unteren Arm /U1, einen primärseitigen zweiten oberen Arm V1 und einen primärseitigen zweiten unteren Arm /V1 aufweist. Hier werden der primärseitige erste obere Arm U1, der primärseitige erste untere Arm /U1, der primärseitige zweite obere Arm V1 und der primärseitige zweite untere Arm /V1 aus Schaltelementen gebildet, die jeweils so konfiguriert sind, dass sie z. B. einen N-Kanal-Metalloxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor (MOSFET) und eine Body-Diode aufweisen, die als ein parasitäres Element des MOSFET dient. Weitere Dioden können mit dem MOSFET parallel geschaltet werden.
Die primärseitige Vollbrückenschaltung 200 weist eine primärseitige Positivelektroden-Busleitung 298, die mit dem Hochpotentialseiten-Anschluss 613 des ersten Eingangs-/Ausgangs-Port 60a verbunden ist, und eine primärseitige Negativelektroden-Busleitung 299 auf, die mit dem Niederpotentialseiten-Anschluss 614 des ersten Eingangs-/Ausgangs-Port 60a und des zweiten Eingangs-/Ausgangs-Port 60c verbunden ist.
Eine Schaltung 207 eines primärseitigen ersten Arms, die den primärseitigen ersten oberen Arm U1 und den primärseitigen ersten unteren Arm /U1 in Reihe schaltet, ist zwischen der primärseitigen Positivelektroden-Busleitung 298 und der primärseitigen Negativelektroden-Busleitung 299 angebracht. Die Schaltung 207 des primärseitigen ersten Arms ist eine primärseitige erste Leistungswandlungsschaltungseinheit (eine primärseitige U-Phasen-Leistungswandlungsschaltungseinheit), die in der Lage ist, einen Leistungswandlungsbetrieb durch EIN- und AUS-Schalten des primärseitigen ersten oberen Arms U1 und des primärseitigen ersten unteren Arms /U1 auszuführen. Zudem ist eine Schaltung 211 eines primärseitigen zweiten Arms, die den primärseitige zweiten oberen Arm V1 und den primärseitigen zweiten unteren Arm /V1 in Reihe schaltet, zwischen der primärseitigen Positivelektroden-Busleitung 298 und der primärseitigen Negativelektroden-Busleitung 299 parallel zu der Schaltung 207 des primärseitigen ersten Arms angebracht. Die Schaltung 211 des primärseitigen zweiten Arms ist eine primärseitige zweite Leistungswandlungsschaltungseinheit (eine primärseitige V-Phasen-Leistungswandlungsschaltungseinheit), die in der Lage ist, einen Leistungswandlungsbetrieb durch EIN- und AUS-Schalten des primärseitigen zweiten oberen Arms V1 und des primärseitigen zweiten unteren Arms /V1 auszuführen.
Die primärseitige Spule 202 und die primärseitige Magnetkopplungsreaktorspule 204 sind in einem Brückenteil angeordnet, der einen Mittelpunkt 207m der Schaltung 207 eines primärseitigen ersten Arms mit einem Mittelpunkt 211m der Schaltung 211 eines primärseitigen zweiten Arms verbindet. Bei eingehenderer Betrachtung der Verbindungsbeziehungen mit dem Brückenteil ist ein Ende einer primärseitigen ersten Reaktorspule 204a der primärseitigen Magnetkopplungsreaktorspule 204 mit dem Mittelpunkt 207m der Schaltung 207 eines primärseitigen ersten Arms verbunden, und ein Ende der primärseitigen Spule 202 ist mit einem anderen Ende der primärseitigen ersten Reaktorspule 204a verbunden. Ferner ist ein Ende einer primärseitigen zweiten Reaktorspule 204b der primärseitigen Magnetkopplungsreaktorspule 204 mit einem anderen Ende der primärseitigen Reaktorspule 202 verbunden, und ein weiteres Ende der primärseitigen zweiten Reaktorspule 204b ist mit dem Mittelpunkt 211m der Schaltung 211 des primärseitigen zweiten Arms verbunden. Es ist zu beachten, dass die primärseitige Magnetkopplungsreaktorspule 204 so konfiguriert ist, dass sie die primärseitige erste Reaktorspule 204a und die primärseitige zweite Reaktorspule 204b aufweist, die mit der primärseitigen ersten Reaktorspule 204a durch einen Kopplungskoeffizienten k₁ magnetisch gekoppelt ist.
Der Mittelpunkt 207m ist ein primärseitiger erster Zwischenknoten zwischen dem primärseitigen ersten oberen Arm U1 und dem primärseitigen ersten unteren Arm /U1, und der Mittelpunkt 211m ist ein primärseitiger zweiter Zwischenknoten zwischen dem primärseitigen zweiten oberen Arm V1 und dem primärseitigen zweiten unteren Arm /V1.
Der erste Eingangs-/Ausgangs-Port 60a ist ein Port, der zwischen der primärseitigen Positivelektroden-Busleitung 298 und der primärseitigen Negativelektroden-Busleitung 299 angeordnet ist. Der erste Eingangs-/Ausgangs-Port 60a ist so konfiguriert, dass er den Anschluss 613 und den Anschluss 614 aufweist. Der zweite Eingangs-/Ausgangs-Port 60c ist ein Port, der zwischen der primärseitigen Negativelektroden-Busleitung 299 und einem mittigen Abgriff 202m der primärseitigen Spule 202 angeordnet ist. Der zweite Eingangs-/Ausgangs-Port 60c ist so konfiguriert, dass er den Anschluss 614 und den Anschluss 616 aufweist.
Der mittige Abgriff 202m ist mit dem Hochpotentialseiten-Anschluss 616 des zweiten Eingangs-/Ausgangs-Port 60c verbunden. Der mittige Abgriff 202m ist ein Zwischenverbindungspunkt zwischen einer primärseitigen ersten Wicklung 202a und einer primärseitigen zweiten Wicklung 202b, die die primärseitige Spule 202 darstellen.
Die sekundärseitige Wandlungsschaltung 30 ist eine sekundärseitige Schaltung, die so konfiguriert ist, dass sie eine sekundärseitige Vollbrückenschaltung 300, den dritten Eingangs-/Ausgangs-Port 60b und den vierten Eingangs-/Ausgangs-Port 60d aufweist. Die sekundärseitige Vollbrückenschaltung 300 ist eine sekundärseitige Leistungswandlungseinheit, die so konfiguriert ist, dass sie eine sekundärseitige Spule 302 des Transformators 400, die sekundärseitige Magnetkopplungsreaktorspule 304, einen sekundärseitigen ersten oberen Arm U2, einen sekundärseitigen ersten unteren Arm /U2, einen sekundärseitigen zweiten oberen Arm V2 und einen sekundärseitigen zweiten unteren Arm /V2 aufweist. Hier werden der sekundärseitige erste obere Arm U2, der sekundärseitige erste untere Arm /U2, der sekundärseitige zweite obere Arm V2 und der sekundärseitige zweite untere Arm /V2 durch Schaltelemente gebildet, die jeweils so konfiguriert sind, dass sie beispielsweise einen N-Kanal-MOSFET und eine Body-Diode aufweisen, die als ein parasitäres Element des MOSFET dient. Mit dem MOSFET können noch weitere Dioden parallel geschaltet sein.
Die sekundärseitige Vollbrückenschaltung 300 beinhaltet eine sekundärseitige Positivelektroden-Busleitung 398, die mit dem Hochpotentialseiten-Anschluss 618 des dritten Eingangs-/Ausgangs-Port 60b verbunden ist, und eine sekundärseitige Negativelektroden-Busleitung 399, die mit dem Niederpotentialseiten-Anschluss 620 des dritten Eingangs-/Ausgangs-Port 60b und des vierten Eingangs-/Ausgangs-Port 60d verbunden ist.
Eine Schaltung 307 eines sekundärseitigen ersten Arms 307, die den sekundärseitigen ersten oberen Arm U2 und den sekundärseitigen ersten unteren Arm /U2 in Reihe schaltet, ist zwischen der sekundärseitigen Positivelektroden-Busleitung 398 und der sekundärseitigen Negativelektroden-Busleitung 399 angebracht. Die Schaltung 307 des sekundärseitigen ersten Arms ist eine sekundärseitige erste Leistungswandlungsschaltungseinheit (eine sekundärseitige U-Phasen-Leistungswandlungsschaltungseinheit), die in der Lage ist, einen Leistungswandlungsbetrieb durch EIN- und AUS-Schalten des sekundärseitigen ersten oberen Arms U2 und des sekundärseitigen ersten unteren Arms /U2 auszuführen. Zudem ist eine Schaltung 311 eines sekundärseitigen zweiten Arms, die den sekundärseitigen zweiten oberen Arm V2 und den sekundärseitigen zweiten unteren Arm /V2 in Reihe schaltet, zwischen der sekundärseitigen Positivelektroden-Busleitung 398 und der sekundärseitigen Negativelektroden-Busleitung 399 parallel mit der Schaltung 307 eines sekundärseitigen ersten Arms angebracht. Die Schaltung 311 eines sekundärseitigen zweiten Arms ist eine sekundärseitige zweite Leistungswandlungsschaltungseinheit (eine sekundärseitige V-Phasen-Leistungswandlungsschaltungseinheit), die in der Lage ist, einen Leistungswandlungsbetrieb durch EIN- und AUS-Schalten des sekundärseitigen zweiten oberen Arms V2 und des sekundärseitigen zweiten unteren Arms /V2 auszuführen.
Die sekundärseitige Spule 302 und die sekundärseitige Magnetkopplungsreaktorspule 304 sind in einem Brückenteil angeordnet, der einen Mittelpunkt 307m der Schaltung 207 eines sekundärseitigen ersten Arms mit einem Mittelpunkt 311m der Schaltung 311 eines sekundärseitigen zweiten Arms verbindet. Bei eingehenderer Betrachtung der Verbindungsbeziehungen mit dem Brückenteil ist ein Ende einer sekundärseitigen ersten Reaktorspule 304a der sekundärseitigen Magnetkopplungsreaktorspule 304 mit dem Mittelpunkt 307m der Schaltung 307 eines sekundärseitigen ersten Arms verbunden, und ein Ende der sekundärseitigen Spule 302 ist mit einem anderen Ende der sekundärseitigen ersten Reaktorspule 304a verbunden. Ferner ist ein Ende einer sekundärseitigen zweiten Reaktorspule 304b der sekundärseitigen Magnetkopplungsreaktorspule 304 mit einem anderen Ende der sekundärseitigen Spule 302 verbunden, und ein anderes Ende der sekundärseitigen zweiten Reaktorspule 304b ist mit dem Mittelpunkt 311m der Schaltung 311 eines sekundärseitigen zweiten Arms verbunden. Es ist zu beachten, dass die sekundärseitige Magnetkopplungsreaktorspule 304 so konfiguriert ist, dass sie die sekundärseitige erste Reaktorspule 304a und die sekundärseitige zweite Reaktorspule 204b aufweist, die mit der sekundärseitigen ersten Reaktorspule 304a durch einen Kopplungskoeffizienten k₂ magnetisch gekoppelt ist.
Der Mittelpunkt 307m ist ein sekundärseitiger erster Zwischenknoten zwischen dem sekundärseitigen ersten oberen Arm U2 und dem sekundärseitigen ersten unteren Arm /U2, und der Mittelpunkt 311m ist ein sekundärseitiger zweiter Zwischenknoten zwischen dem sekundärseitigen zweiten oberen Arm V2 und dem sekundärseitigen zweiten unteren Arm /V2.
Der dritte Eingangs-/Ausgangs-Port 60b ist ein Port, der zwischen der sekundärseitigen Positivelektroden-Busleitung 398 und der sekundärseitigen Negativelektroden-Busleitung 399 angeordnet ist. Der erste Eingangs-/Ausgangs-Port 60b ist so konfiguriert, dass er den Anschluss 618 und den Anschluss 620 aufweist. Der vierte Eingangs-/Ausgangs-Port 60d ist ein Port, der zwischen der sekundärseitigen Negativelektroden-Busleitung 399 und einem mittigen Abgriff 302m der sekundärseitigen Spule 302 angeordnet ist. Der vierte Eingangs-/Ausgangs-Port 60d ist so konfiguriert, dass er den Anschluss 620 und den Anschluss 622 aufweist.
Der mittige Abgriff 302m ist mit dem Hochpotentialseiten-Anschluss 622 des zweiten Eingangs-/Ausgangs-Port 60d verbunden. Der mittige Abgriff 302m ist ein Zwischenverbindungspunkt zwischen einer sekundärseitigen ersten Wicklung 302a und einer sekundärseitigen zweiten Wicklung 302b, die die sekundärseitige Spule 302 darstellen.
In 3 beinhaltet die Leistungszuführvorrichtung 101 die Sensoreinheit 70. Die Sensoreinheit 70 dient als Erfassungseinrichtung, die einen Eingangs-/Ausgangs-Wert Y von zumindest einem von dem ersten bis vierten der Eingangs-/Ausgangs-Ports 60a, 60c, 60b, 60d in vorbestimmten Erfassungszeitintervallen erfasst und einen Erfassungswert Yd, der dem erfassten Eingangs-/Ausgangs-Wert Y entspricht, an die Steuereinheit 50 abgibt. Der Erfassungswert Yd kann eine erfasste Spannung, die durch Erfassen der Eingangs-/Ausgangs-Spannung erhalten wird, ein erfasster Strom, der durch Erfassen des Eingangs-/Ausgangs-Stroms erhalten wird, oder eine erfasste Leistung sein, die durch Erfassen der Eingangs-/Ausgangs-Leistung erhalten wird. Die Sensoreinheit 70 kann entweder innerhalb oder außerhalb der Leistungszuführschaltung 10 angeordnet sein.
Die Sensoreinheit 70 beinhaltet beispielsweise eine Spannungserfassungseinheit, die die Eingangs-/Ausgangs-Spannung erfasst, die in zumindest einem von dem ersten bis vierten der Eingangs-/Ausgangs-Ports 60a, 60c, 60b, 60d erzeugt wird. Die Sensoreinheit 70 beinhaltet z. B. eine primärseitige Spannungserfassungseinheit, die zumindest eine erfasste Spannung von einer Eingangs-/Ausgangs-Spannung Va und einer Eingangs-/Ausgangs-Spannung Vc als einen primärseitigen Spannungserfassungswert ausgibt, und eine sekundärseitige Spannungserfassungseinheit, die zumindest eine erfasste Spannung von einer Eingangs-/Ausgangs-Spannung Vb und einer Eingangs-/Ausgangs-Spannung Vd als einen sekundärseitigen Spannungserfassungswert ausgibt.
Die Spannungserfassungseinheit der Sensoreinheit 70 weist z. B. einen Spannungssensor, der einen Eingangs-/Ausgangs-Spannungswert von zumindest einem Port überwacht, und eine Spannungserfassungsschaltung auf, die eine erfasste Spannung, die dem Eingangs-/Ausgangs-Spannungswert entspricht, der durch den Spannungssensor überwacht wird, an die Steuereinheit 50 ausgibt.
Die Sensoreinheit 70 weist z. B. eine Stromerfassungseinheit auf, die den Eingangs-/Ausgangs-Strom, der durch zumindest einen von dem ersten bis vierten der Eingangs-/Ausgangs-Ports 60a, 60c, 60b, 60d fließt, erfasst. Die Sensoreinheit 70 weist z. B. eine primärseitige Stromerfassungseinheit, die zumindest einen erfassten Strom von einem Eingangs-/Ausgangs-Strom Ia und einem Eingangs-/Ausgangs-Strom Ic als einen primärseitigen Stromerfassungswert ausgibt, und eine sekundärseitige Stromerfassungseinheit auf, die zumindest einen erfassten Strom von einem Eingangs-/Ausgangs-Strom Ib und einem Eingangs-/Ausgangs-Strom Id als einen sekundärseitigen Stromerfassungswert ausgibt.
Die Stromerfassungseinheit der Sensoreinheit 70 beinhaltet beispielsweise einen Stromsensor, der einen Eingangs-/Ausgangs-Stromwert von zumindest einem Port überwacht, und eine Stromerfassungsschaltung, die einen erfassten Strom, der dem Eingangs-/Ausgangs-Stromwert entspricht, der durch den Stromsensor überwacht wird, an die Steuereinheit 50 ausgibt.
Die Leistungszuführvorrichtung 101 beinhaltet die Steuereinheit 50. Die Steuereinheit 50 ist beispielsweise eine elektronische Schaltung, die einen Mikrocomputer beinhaltet, der eine eingebaute zentrale Verarbeitungseinheit (CPU) aufweist. Die Steuereinheit 50 kann entweder innerhalb oder außerhalb der Leistungszuführschaltung 10 angeordnet sein.
Die Steuereinheit 50 führt eine Feedback-Steuerung eines Leistungswandlungsbetriebs aus, der durch die Leistungszuführschaltung 10 ausgeführt wird, so dass der erfasste Wert Yd des Eingangs-/Ausgangswerts Y von zumindest einem von dem ersten bis vierten der Eingangs-/Ausgangs-Ports 60a, 60c, 60b, 60d gegen einen in dem Port eingestellten Sollwert Yo konvergiert. Der Sollwert Yo ist ein Befehlswert, der durch die Steuereinheit 50 oder eine andere vorbestimmte Vorrichtung als die Steuereinheit 50 auf Grundlage der Antriebsbedingungen eingestellt wird, die bezogen auf die jeweiligen Lasten (bspw. die primärseitige Niederspannungssystem-Last 61c usw.), die mit den Eingangs-/Ausgangs-Ports verbunden sind, definiert sind. Der Sollwert Yo funktioniert als ein Ausgabesollwert, wenn aus dem Port Leistung ausgegeben wird, und als ein Eingabesollwert, wenn in den Port Leist eingegeben wird, und kann ein Soll-Spannungswert, ein Soll-Stromwert oder ein Soll-Leistungswert sein.
Weiterhin führt die Steuereinheit 50 eine Feedback-Steuerung des durch die Leistungszuführschaltung 10 ausgeführten Leistungswandlungsbetriebs derart aus, dass eine Übertragungsleistung P, die zwischen der primärseitigen Wandlungsschaltung 20 und der sekundärseitigen Wandlungsschaltung 30 über den Transformator 400 übertragen wird, gegen eine eingestellte Soll-Übertragungsleistung Po konvergiert. Die Übertragungsleistung wird zudem als eine Leistungsübertragungsmenge bezeichnet. Die Soll-Übertragungsleistung Po ist z. B. ein Befehlswert, der durch die Steuereinheit 50 oder eine andere vorbestimmte Vorrichtung als die Steuereinheit 50 auf Grundlage einer Abweichung zwischen dem erfassten Wert Yd und dem Soll-Wert Yo in einem von den Ports eingestellt wird.
Die Steuereinheit 50 führt eine Feedback-Steuerung des durch die Leistungszuführschaltung 10 ausgeführten Leistungswandlungsbetriebs aus, indem ein Wert von einem vorbestimmten Steuerparameter X variiert wird, und ist somit in der Lage, die jeweiligen Eingangs-/Ausgangs-Werte Y von dem ersten bis vierten der Eingangs-/Ausgangs-Ports 60a, 60c, 60b, 60d der Leistungszuführschaltung 10 einzustellen. Zwei Steuervariablen, nämlich eine Phasendifferenz ϕ und eine Einschaltdauer D (eine EIN-Zeit δ) werden als die Hauptsteuerparameter X verwendet.
Die Phasendifferenz ϕ ist eine Abweichung (eine zeitliche Verzögerung) zwischen Schaltsteuerzeiten von eine identische Phase aufweisenden Leistungswandlungsschaltungseinheiten der primärseitigen Vollbrückenschaltung 200 und der sekundärseitigen Vollbrückenschaltung 300. Die Einschaltdauer D (die EIN-Zeit δ) ist eine Einschaltdauer (eine EIN-Zeit) zwischen Schaltwellenformen der jeweiligen Leistungswandlungsschaltungseinheiten, die die primärseitige Vollbrückenschaltung 200 und die sekundärseitige Vollbrückenschaltung 300 darstellen.
Die beiden Steuerparameter X können unabhängig voneinander gesteuert werden. Die Steuereinheit 50 variiert die Eingangs-/Ausgangs-Werte Y der jeweiligen Eingangs-/Ausgangs-Ports der Leistungszuführschaltung 10 durch Ausführen einer Einschaltdauersteuerung und/oder Phasensteuerung auf der primärseitigen Vollbrückenschaltung 200 und der sekundärseitigen Vollbrückenschaltung 300 unter Verwendung der Phasendifferenz ϕ und der Einschaltdauer D (der EIN-Zeit δ).
4 ist ein Blockdiagramm der Steuereinheit 50. Die Steuereinheit 50 ist eine Steuereinheit mit einer Funktion zum Ausführen einer Schaltsteuerung auf den jeweiligen Schaltelementen der primärseitigen Wandlungsschaltung 20, wie z. B. dem primärseitigen ersten oberen Arm U1, und den jeweiligen Schaltelementen der sekundärseitigen Wandlungsschaltung 30, wie z. B. dem sekundärseitigen ersten oberen Arm U2. Die Steuereinheit 50 ist so konfiguriert, dass sie eine Leistungswandlungsmodusbestimmungs-Verarbeitungseinheit 502, eine Phasendifferenz-ϕ-Bestimmungs-Verarbeitungseinheit 504, eine EIN-Zeit-δ-Bestimmungs-Verarbeitungseinheit 506, eine primärseitige Schaltverarbeitungseinheit 508 und eine sekundärseitige Schaltverarbeitungseinheit 510 beinhaltet. Die Steuereinheit 50 ist z. B. eine elektronische Schaltung, die einen Microcomputer mit einer eingebauten CPU aufweist.
Die Leistungswandlungsmodusbestimmungs-Verarbeitungseinheit 502 wählt z. B. einen Betriebsmodus aus den Leistungswandlungsmodi A bis L von der Leistungszuführschaltung 10, auf die in der nachstehenden Beschreibung eingegangen wird, auf der Grundlage eines vorbestimmten externen Signals (z. B. eines Signals, das die Abweichung zwischen dem erfassten Wert Yd und dem Soll-Wert Yo in einem von den Ports anzeigt) aus und stellt diese ein. Bezüglich der Leistungswandlungsmodi wird im Modus A die aus dem ersten Eingangs-/Ausgangs-Port 60a eingegebene Leistung umgewandelt und an den zweiten Eingangs-/Ausgangs-Port 60c ausgegeben. Im Modus B wird die Leistung, die aus dem ersten Eingangs-/Ausgangs-Port 60a eingegeben wird, umgewandelt und an den dritten Eingangs-/Ausgangs-Port 60b. Im Modus C wird die aus dem ersten Eingangs-/Ausgangs-Port 60a eingegebene Leistung umgewandelt und an den vierten Eingangs-/Ausgangs-Port 60d ausgegeben.
Im Modus D wird die Leistung, die aus dem zweiten Eingangs-/Ausgangs-Port 60c eingegeben wird, umgewandelt und an den ersten Eingangs-/Ausgangs-Port 60a ausgegeben. Im Modus E wird die Leistung, die aus dem zweiten Eingangs-/Ausgangs-Port 60c eingegeben wird, umgewandelt und an den dritten Eingangs-/Ausgangs-Port 60b ausgegeben. Im Modus F wird die Leistung, die aus dem zweiten Eingangs-/Ausgangs-Port 60c eingegeben wird, umgewandelt und an den vierten Eingangs-/Ausgangs-Port 60d ausgegeben.
Im Modus G wird die Leistung, die aus dem dritten Eingangs-/Ausgangs-Port 60b eingegeben wird, umgewandelt und an den ersten Eingangs-/Ausgangs-Port 60a ausgegeben. Im Modus H wird die Leistung, die aus dem dritten Eingangs-/Ausgangs-Port 60b eingegeben wird, umgewandelt und an den zweiten Eingangs-/Ausgangs-Port 60c ausgegeben. Im Modus I wird die Leistung, die aus dem dritten Eingangs-/Ausgangs-Port 60b eingegeben wird, umgewandelt und an den vierten Eingangs-/Ausgangs-Port 60d ausgegeben.
Im Modus J wird die Leistung, die aus dem vierten Eingangs-/Ausgangs-Port 60d eingegeben wird, umgewandelt und an den ersten Eingangs-/Ausgangs-Port 60a ausgegeben. Im Modus K wird die Leistung, die aus dem vierten Eingangs-/Ausgangs-Port 60d eingegeben wird, umgewandelt und an den zweiten Eingangs-/Ausgangs-Port 60c ausgegeben. Im Modus L wird die Leistung, die aus dem vierten Eingangs-/Ausgangs-Port 60d eingegeben wird, umgewandelt und an den dritten Eingangs-/Ausgangs-Port 60b ausgegeben.
Die Phasendifferenz ϕ-Bestimmungs-Verarbeitungseinheit 504 weist eine Funktion zum Einstellen einer Phasendifferenz ϕ zwischen Schaltzeitbewegungen der Schaltelemente zwischen der primärseitigen Wandlungsschaltung 20 und der sekundärseitigen Wandlungsschaltung 30 auf, um zu bewirken, dass die Leistungszuführschaltung 10 als eine Gleichstrom-Gleichstrom-Wandlerschaltung fungiert.
Die EIN-Zeit-δ-Bestimmungs-Verarbeitungseinheit 506 weist eine Funktion zum Einstellen einer EIN-Zeit δ der Schaltelemente der primärseitigen Wandlungsschaltung 20 und der sekundärseitigen Wandlungsschaltung 30 auf, um zu bewirken, dass die primärseitige Wandlungsschaltung 20 und die sekundärseitige Wandlungsschaltung 30 jeweils als Heraufsetzungs-/Herabsetzungsschaltungen fungieren.
Die primärseitige Schaltverarbeitungseinheit 508 weist eine Funktion zum Ausführen einer Schaltsteuerung an den jeweiligen Schaltelementen, die durch den primärseitigen ersten oberen Arm U1, den primärseitigen ersten unteren Arm /U1, den primärseitigen zweiten oberen Arm V1 und den primärseitigen zweiten unteren Arm /V1 gebildet werden, auf der Basis von Ausgaben der Leistungswandlungsmodusbestimmungs-Verarbeitungseinheit 502, der Phasendifferenz-ϕ-Bestimmungs-Verarbeitungseinheit 504 und der EIN-Zeit-ϕ-Bestimmungs-Verarbeitungseinheit 506 auf.
Die sekundärseitige Schaltverarbeitungseinheit 510 weist eine Funktion zum Ausführen einer Schaltsteuerung an den jeweiligen Schaltelementen, die durch den sekundärseitigen ersten oberen Arm U2, den sekundärseitigen ersten unteren Arm /U2, den sekundärseitigen zweiten oberen Arm V2 und den sekundärseitigen zweiten unteren Arm /V2 gebildet werden, auf der Grundlage der Ausgaben der Leistungswandlungsmodusbestimmungs-Verarbeitungseinheit 502, der Phasendifferenz-ϕ-Bestimmungs-Verarbeitungseinheit 504 und der EIN-Zeit-δ-Bestimmungs-Verarbeitungseinheit 506 auf.
<Betrieb der Leistungszuführvorrichtung 101>
Ein Betrieb der Leistungszuführvorrichtung 101 mit der vorstehenden Konfiguration wird nun unter Bezugnahme auf 3 und 4 beschrieben. Wenn beispielsweise ein externes Signal, das einen Betrieb anfordert, in dem der Leistungswandlungsmodus der Leistungszuführschaltung 10 auf den Modus Feingestellt ist, eingegeben wird, stellt die Leistungswandlungsmodusbestimmungs-Verarbeitungseinheit 502 der Steuereinheit 50 den Leistungswandlungsmodus der Leistungszuführschaltung 10 auf den Modus F ein. Dabei wird eine Spannung, die in den zweiten Eingangs-/Ausgangs-Port 60c eingegeben wird, durch eine Heraufsetzungsfunktion der primärseitigen Wandlungsschaltung 20 heraufgesetzt, woraufhin die Leistung mit der heraufgesetzten Spannung durch eine Gleichstrom-Gleichstrom-Wandlerschaltungs-Funktion der Leistungszuführschaltung 10 auf die Seite des dritten Eingangs-/Ausgangs-Port 60b übertragen wird, durch eine Herabsetzungsfunktion der sekundärseitigen Wandlungsschaltung 30 herabgesetzt wird, und dann von dem vierten Eingangs-/Ausgangs-Port 60d ausgegeben wird.
An dieser Stelle beschäftigt sich die Beschreibung ausführlich mit einer Heraufsetzungs-/Herabsetzungsfunktion der primärseitigen Wandlungsschaltung 20. Richtet man das Augenmerk auf den zweiten Eingangs-/Ausgangs-Port 60c und den ersten Eingangs-/Ausgangs-Ports 60a, so ist der Anschluss 616 des zweiten Eingangs-/Ausgangs-Port 60c mit dem Mittelpunkt 207m der Schaltung 207 des primärseitigen ersten Arms über die primärseitige erste Wicklung 202a und die primärseitige erste Reaktorspule 204a verbunden, die mit der primärseitigen ersten Wicklung 202a in Reihe geschaltet ist. Die jeweiligen Enden der Schaltung 207 des primärseitigen ersten Arms sind mit dem ersten Eingangs-/Ausgangs-Port 60a verbunden, und infolgedessen ist eine Heraufsetzungs-/Herabsetzungs-Schaltung zwischen dem Anschluss 616 des zweiten Eingangs-/Ausgangs-Port 60c und des ersten Eingangs-/Ausgangs-Port 60a angebracht.
Der Anschluss 616 des zweiten Eingangs-/Ausgangs-Port 60c ist ebenfalls mit dem Mittelpunkt 211m der Schaltung 211 des primärseitigen zweiten Arms über die primärseitige zweite Wicklung 202b und die primärseitige zweite Reaktorspule 204b verbunden, die mit der primärseitigen zweiten Wicklung 202b in Reihe geschaltet ist. Die jeweiligen der Schaltung 211 des primärseitigen zweiten Arms sind mit dem Eingangs-/Ausgangs-Port 60a verbunden, und infolgedessen ist eine Heraufsetzungs-/Herabsetzungs-Schaltung zwischen dem Anschluss 616 des zweiten Eingangs-/Ausgangs-Port 60c und des ersten Eingangs-/Ausgangs-Port 60a parallel angebracht. Da die sekundärseitige Wandlungsschaltung 30 eine Schaltung mit einer im Wesentlichen identischen Konfiguration in Bezug auf die primärseitige Wandlungsschaltung 20 ist, ist zu beachten, dass die beiden Heraufsetzungs-/Herabsetzungsschaltungen genauso zwischen dem Anschluss 622 des vierten Eingangs-/Ausgangs-Port 60d und des dritten Eingangs-/Ausgangs-Port 60b parallel geschaltet sind. Somit weist die sekundärseitige Wandlungsschaltung 30 eine identische Heraufsetzungs-/Herabsetzungsfunktion in Bezug auf die primärseitige Wandlungsschaltung 20 auf.
Anschließend beschäftigt sich die Beschreibung ausführlich mit der Funktion der Leistungszuführschaltung 10 als eine Gleichstrom-Gleichstromwandler-Schaltung. Richtet man das Augenmerk auf den ersten Eingangs-/Ausgangs-Port 60a und den dritten Eingangs-/Ausgangs-Port 60b ist die primärseitige Vollbrückenschaltung 200 mit dem ersten Eingangs-/Ausgangs-Port 60a verbunden, und die sekundärseitige Vollbrückenschaltung 300 ist mit dem dritten Eingangs-/Ausgangs-Port 60b verbunden. Wenn die primärseitige Spule 202, die in dem Brückenteil der primärseitigen Vollbrückenschaltung 200 angeordnet ist, und die sekundärseitige Spule 302, die in dem Brückenteil der sekundärseitigen Vollbrückenschaltung 300 angeordnet ist, durch einen Kopplungskoeffizienten k_T magnetisch gekoppelt werden, fungiert der Transformator 400 als ein Transformator mit mittigem Abgriff mit einer Anzahl von Wicklungen 1: N. Somit kann durch Anpassen der Phasendifferenz ϕ zwischen den Schaltzeitbewegungen der Schaltelemente in der primärseitigen Vollbrückenschaltung 200 und der sekundärseitigen Vollbrückenschaltung 300 die Leistung, die in den ersten Eingangs-/Ausgangs-Port 60a eingegeben wird, umgewandelt und an den dritten Eingangs-/Ausgangs-Port 60b übertragen werden, oder die Leistung, die in den dritten Eingangs-/Ausgangs-Port 60b eingegeben wird, kann umgewandelt und an den ersten Eingangs-/Ausgangs-Port 60b übertragen werden.
5 ist eine Ansicht, die ein Zeitsteuerungsdiagramm von EIN-/AUS-Schaltwellenformen der jeweiligen in der Leistungszuführschaltung 10 angeordneten Arme zeigt, die aus der durch die Steuereinheit 50 ausgeführten Steuerung resultieren. In 5 ist U1 eine EIN-/AUS-Wellenform des primärseitigen ersten oberen Arms U1, V1 ist eine EIN-/AUS-Wellenform des primärseitigen zweiten oberen Arms V1, U2 ist eine EIN-/AUS-Wellenform des sekundärseitigen ersten oberen Arms U2, und V2 ist eine EIN-/AUS-Wellenform des sekundärseitigen zweiten oberen Arms V2. Die EIN-/AUS-Wellenformen des primärseitigen ersten unteren Arms /U1, des primärseitigen zweiten unteren Arms /V1, des sekundärseitigen ersten unteren Arms /U2 und des sekundärseitigen zweiten unteren Arms /V2 sind invertierte Wellenformen (nicht gezeigt), die durch jeweiliges Invertieren der EIN-/AUS-Wellenformen des primärseitigen ersten oberen Arms U1, des primärseitigen zweiten oberen Arms V1, des sekundärseitigen ersten oberen Arms U2 und des sekundärseitigen zweiten oberen Arms V2 erhalten werden. Es ist zu beachten, dass zwischen den jeweiligen EIN-/AUS-Wellenformen der oberen und unteren Arme vorzugsweise eine Totzeit vorgesehen ist, um zu verhindern, dass ein Durchgangsstrom fließt, wenn sowohl der obere als auch der untere Arm EIN-geschaltet sind. Zudem zeigt in 5 ein hoher Pegel einen EIN-Zustand und ein niedriger Pegel einen AUS-Zustand an.
Hier können durch Modifizieren der jeweiligen EIN-Zeiten δ von U1, V1, U2 und V2 die Heraufsetzungs-/Herabsetzungs-Verhältnisse der primärseitigen Wandlungsschaltung 20 und der sekundärseitigen Wandlungsschaltung 30 modifiziert werden. Indem beispielsweise bewirkt wird, dass die jeweiligen EIN-Zeiten δ von U1, V1, U2 und V2 einander entsprechen, kann das Heraufsetzungs-/Herabsetzungs-Verhältnis der primärseitigen Wandlungsschaltung 20 dem Heraufsetzungs-/Herabsetzungs-Verhältnis der sekundärseitigen Wandlungsschaltung 30 entsprechen.
Die EIN-Zeit δ-Bestimmungs-Verarbeitungseinheit 506 bewirkt, dass die jeweiligen EIN-Zeiten δ von U1, V1, U2 und V2 einander entsprechen (die jeweiligen EIN-Zeiten δ = primärseitige EIN-Zeit δ11 = sekundärseitige EIN-Zeit δ12 = Zeitwert α), so dass die jeweiligen Heraufsetzungs-/Herabsetzungsverhältnisse der primärseitigen Wandlungsschaltung 20 und der sekundärseitigen Wandlungsschaltung 30 einander entsprechen.
Das Heraufsetzungs-/Herabsetzungsverhältnis der primärseitigen Wandlungsschaltung 20 wird durch die Einschaltdauer D bestimmt, die eine Proportion einer Schaltzeitspanne T der Schaltelemente (Arme) ist, die die primärseitige Vollbrückenschaltung 200 bilden, die durch die EIN-Zeit δ belegt ist. Desgleichen wird das Heraufsetzungs-/Herabsetzungsverhältnis der sekundärseitigen Wandlungsschaltung 30 durch die Einschaltdauer D bestimmt, die eine Proportion der Schaltzeitspanne T der Schaltelemente (Arme) ist, die die sekundärseitige Vollbrückenschaltung 300 bilden, die durch die EIN-Zeit δ belegt ist. Das Heraufsetzungs-/Herabsetzungsverhältnis der primärseitigen Wandlungsschaltung 20 ist ein Transformationsverhältnis zwischen dem ersten Eingangs-/Ausgangs-Port 60a und dem zweiten Eingangs-/Ausgangs-Port 60c, während das Heraufsetzungs-/Herabsetzungsverhältnis der sekundärseitigen Wandlungsschaltung 30 ein Transformationsverhältnis zwischen dem dritten Eingangs-/Ausgangs-Port 60b und dem vierten Eingangs-/Ausgangs-Port 60d ist.
Daher ist z. B. das Heraufsetzungs-/Herabsetzungsverhältnis der primärseitigen Wandlungsschaltung 20 = die Spannung des zweiten Eingangs-/Ausgangs-Port 60c/die Spannung des ersten Eingangs-/Ausgangs-Port 60a = δ11/T = α/T, und das Heraufsetzungs-/Herabsetzungsverhältnis der sekundärseitigen Wandlungsschaltung 30 = die Spannung des vierten Eingangs-/Ausgangs-Port 60d/die Spannung des dritten Eingangs-/Ausgangs-Port 60b = δ12/T = α/T. In anderen Worten nehmen die jeweiligen Heraufsetzungs-/Herabsetzungsverhältnisse der primärseitigen Wandlungsschaltung 20 und der sekundärseitigen Wandlungsschaltung 30 identische Werte an (= α/T).
Es ist zu beachten, dass die EIN-Zeit δ in 5 sowohl die EIN-Zeit δ11 des primärseitigen ersten oberen Arms U1 und des primärseitigen zweiten oberen Arms V1 als auch die EIN-Zeit δ12 des sekundärseitigen ersten oberen Arms U2 und des sekundärseitigen zweiten oberen Arms V2 darstellt. Zudem sind die Schaltzeit T der Arme, die die primärseitige Vollbrückenschaltung 200 darstellen, und die Schaltzeit T der Arme, die die sekundärseitige Vollbrückenschaltung 300 darstellen, gleich lang.
Weiterhin wird eine Phasendifferenz zwischen U1 und V1 bei 180 Grad (π) aktiviert, und eine Phasendifferenz U2 und V2 wird ebenso bei 180 Grad (π) aktiviert. Außerdem kann durch Verändern der Phasendifferenz ϕ zwischen U1 und U2 die Leistungsübertragungsmenge P zwischen der primärseitigen Wandlungsschaltung 20 und der sekundärseitigen Wandlungsschaltung 30 so eingestellt werden, dass, wenn die Phasendifferenz φ > 0, Leistung von der primärseitigen Wandlungsschaltung 20 an die sekundärseitige Wandlungsschaltung 30 übertragen werden kann, und wenn die Phasendifferenz ϕ < 0, Leistung von der sekundärseitigen Wandlungsschaltung 30 an die primärseitige Wandlungsschaltung 20 übertragen werden kann.
Die Phasendifferenz ϕ ist eine Abweichung (eine zeitliche Verzögerung) zwischen den Schaltzeiten von eine identische Phase aufweisenden Leistungswandlungsschaltungseinheiten der primärseitigen Vollbrückenschaltung 200 und der sekundärseitigen Vollbrückenschaltung 300. Die Phasendifferenz ϕ ist z. B. eine Abweichung zwischen den Schaltzeiten der Schaltung 207 des primärseitigen ersten Arms und der Schaltung 307 des sekundärseitigen ersten Arms, und eine Abweichung zwischen den Schaltzeiten der Schaltung 211 des primärseitigen zweiten Arms und der Schaltung 311 des sekundärseitigen zweiten Arms. Diese Abweichungen werden so gesteuert, dass sie einander entsprechen. In anderen Worten werden die Phasendifferenz ϕ zwischen U1 und U2 und die Phasendifferenz ϕ zwischen V1 und V2 auf identische Werte gesteuert.
Wenn somit z. B. ein externes Signal, das einen Betrieb anfordert, in dem der Leistungswandlungsmodus der Leistungszuführschaltung 10 auf den Modus F eingestellt ist, eingegeben wird, wählt die Leistungswandlungsmodusbestimmungs-Verarbeitungseinheit 502 den Modus F aus und stellt diesen ein. Die EIN-Zeit-δ-Bestimmungs-Verarbeitungseinheit 506 stellt dann die EIN-Zeit ϕ ein, um ein Heraufsetzungsverhältnis zu definieren, dass erforderlich ist, wenn bewirkt wird, dass die primärseitige Wandlungsschaltung 20 als eine Heraufsetzungsschaltung fungiert, die die Spannung heraufsetzt, die in den zweiten Eingangs-/Ausgangs-Port 60c eingegeben wird, und die heraufgesetzte Spannung an den ersten Eingangs-/Ausgangs-Port 60a ausgibt. Es wird darauf hingewiesen, dass die sekundärseitige Wandlungsschaltung 30 als eine Herabsetzungsschaltung fungiert, die die Spannung herabsetzt, die in den dritten Eingangs-/Ausgangs-Port 60b bei einem Herabsetzungsverhältnis eingegeben wird, das gemäß der EIN-Zeit δ definiert ist, die durch die EIN-Zeit-δ-Bestimmungs-Verarbeitungseinheit 506 eingestellt wird, und die herabgesetzte Spannung an den vierten Eingangs-/Ausgangs-Port 60d ausgibt.
Zudem stellt die Phasendifferenz-ϕ-Bestimmungs-Verarbeitungseinheit 504 die Phasendifferenz ϕ derart ein, dass die in den ersten Eingangs-/Ausgangs-Port 60a eingegebene Leistung an den dritten Eingangs-/Ausgangs-Port 60b in der gewünschten Leistungsübertragungsmenge P übertragen wird.
Die primärseitige Schaltverarbeitungseinheit 508 führt eine Schaltsteuerung an den jeweiligen Schaltelementen aus, die durch den primärseitigen ersten oberen Arm U1, den primärseitigen ersten unteren Arm /U1, den primärseitigen zweiten oberen Arm V1 und den primärseitigen zweiten unteren Arm /V1 gebildet werden, um zu bewirken, dass die primärseitige Wandlungsschaltung 20 als eine Heraufsetzungsschaltung fungiert, und um zu bewirken, dass die primärseitige Wandlungsschaltung 20 als ein Teil einer Gleichstrom-Gleichstrom-Wandlerschaltung fungiert.
Die sekundärseitige Schaltverarbeitungseinheit 510 führt eine Schaltsteuerung an den jeweiligen Schaltelementen aus, die durch den sekundärseitigen ersten oberen Arm U2, den sekundärseitigen ersten unteren Arm /U2, den sekundärseitigen zweiten oberen Arm V2 und den sekundärseitigen zweiten unteren Arm /V2 gebildet werden, um zu bewirken, dass die sekundärseitige Wandlungsschaltung 30 als eine Herabsetzungsschaltung fungiert, und um zu bewirken, dass die sekundärseitige Wandlungsschaltung 30 als ein Teil einer Gleichstrom-Gleichstrom-Wandlerschaltung fungiert.
Wie vorstehend beschrieben, kann bewirkt werden, dass die primärseitige Wandlungsschaltung 20 und die sekundärseitige Wandlungsschaltung 30 als eine Heraufsetzungsschaltung oder eine Herabsetzungsschaltung fungieren, und bewirkt werden, dass die Leistungszuführschaltung 10 als eine bidirektionale Gleichstrom-Gleichstrom-Wandlerschaltung fungiert. Somit kann in allen Leistungswandlungsmodi A bis L eine Leistungswandlung ausgeführt werden, in anderen Worten kann eine Leistungswandlung zwischen zwei Eingangs-/Ausgangs-Ports, die aus den vier Eingangs-/Ausgangs-Ports ausgewählt werden, ausgeführt werden.
Die Übertragungsleistung P (die auch als die Leistungsübertragungsmenge P bezeichnet wird), die durch die Steuereinheit 50 gemäß der Phasendifferenz ϕ angepasst wird, ist eine Leistung, die von einer von der primärseitigen Wandlungsschaltung 20 und/oder der sekundärseitigen Wandlungsschaltung 30 zu der anderen über den Transformator 400 übertragen wird, und ausgedrückt wird als P = (N × Va × Vb)(π × ω × L) × F(D, ϕ) Gleichung 1
Es wird darauf hingewiesen, dass N ein Wicklungsverhältnis des Transformators 400 ist, Va die Eingangs-/Ausgangs-Spannung des ersten Eingangs-/Ausgangs-Port 60a ist, Vb die Eingangs-/Ausgangs-Spannung des dritten Eingangs-/Ausgangs-Port 60b ist, π pi ist, ω (= 2 π × f = 2π/T) eine Winkelfrequenz der Schaltvorgänge der primärseitigen Wandlungsschaltung 20 und der sekundärseitigen Wandlungsschaltung 30 ist, f eine Schaltfrequenz der primärseitigen Wandlungsschaltung 20 und der sekundärseitigen Wandlungsschaltung 30 ist, T die Schaltzeitspanne der primärseitigen Wandlungsschaltung 20 und der sekundärseitigen Wandlungsschaltung 30 ist, L eine äquivalente Induktivität der Magnetkopplungsreaktorspulen 204, 304 und des Transformators 400 bezogen auf die Leistungsübertragung ist, und f (D, ϕ) eine Funktion ist, die die Einschaltdauer D und die Phasendifferenz ϕ als Variablen und eine Variable aufweist, die, unabhängig von der Einschaltdauer D, monoton ansteigt, wenn die Phasendifferenz ϕ zunimmt. Die Einschaltdauer D und die Phasendifferenz sind Steuerparameter, die so ausgelegt sind, dass sie innerhalb eines Bereichs variieren, der zwischen vorbestimmten oberen und unteren Grenzwerten liegt.
Die Steuereinheit 50 verändert die Phasendifferenz ϕ, so dass eine Port-Spannung V_p von zumindest einem vorbestimmten Port der primärseitigen Ports und der sekundärseitigen Ports gegen eine Soll-Port-Spannung Vo konvergiert, so dass dadurch die Übertragungsleistung P angepasst wird. Selbst wenn somit der durch eine mit dem vorbestimmten Port verbundene Last verbrauchte Strom zunimmt, kann die Steuereinheit 50 die Übertragungsleistung P anpassen, indem die Phasendifferenz ϕ verändert wird, wodurch verhindert wird, dass die Port-Spannung V_p in Bezug auf die Soll-Port-Spannung Vo abnimmt.
Die Steuereinheit 50 verändert z. B. die Phasendifferenz ϕ, so dass eine Port-Spannung V_p von einem Port, bei dem es sich um das Übertragungsziel der Übertragungsleitung P der primärseitigen Ports und der sekundärseitigen Ports handelt, gegen eine Soll-Port-Spannung Vo konvergiert, um dadurch die Übertragungsleistung P anzupassen. Selbst wenn somit der Strom, der durch eine Last, die mit dem Port verbunden ist, der das Übertragungsziel der Übertragungsleistung P ist, zunimmt, kann die Steuereinheit 50 die Übertragungsleistung P in einer ansteigenden Richtung anpassen, indem die Phasendifferenz ϕ so verändert wird, dass sie ansteigt, wodurch verhindert wird, dass die Port-Spannung V_p in Bezug auf die Soll-Port-Spannung Vo abnimmt.
Wenngleich eine Ausführungsform der Leistungswandlungsvorrichtung und des Leistungswandlungsverfahrens im Vorstehenden beschrieben worden ist, ist die Erfindung nicht auf die vorstehende Ausführungsform beschränkt, und es können verschiedene Änderungen und Verbesserungen, wie z. B. Kombinieren und Ersetzen der vorstehenden Ausführungsform entweder ganz oder teilweise durch eine andere Ausführungsform, innerhalb des Schutzbereichs der Erfindung vorgenommen werden.
In der vorstehenden Ausführungsform wurde z. B. ein MOSFET, bei dem es sich um ein Halbleiterelement handelt, das einem EIN-/AUS-Betrieb ausgesetzt ist, als ein Beispiel für das Schaltelement angeführt. Das Schaltelement kann jedoch ein Spannungssteuerungs-Leistungselement sein, das ein isoliertes Gate aufweist, wie z. B. ein Bipolartransistor mit isolierter Gate-Elektrode (IGBT) oder ein MOSFET oder ein Bipolartransistor.
Ferner kann eine Leistungszufuhr mit dem ersten Eingangs-/Ausgangs-Port 60a verbunden sein, und eine Leistungszufuhr kann mit dem vierten Eingangs-/Ausgangs-Port 60d verbunden sein. Weiterhin muss eine Leistungszufuhr nicht mit dem zweiten Eingangs-/Ausgangs-Port 60c verbunden sein, und eine Leistungszufuhr muss auch nicht mit dem dritten Eingangs-/Ausgangs-Port 60b verbunden sein.
Ferner muss die Leistungszufuhr in 3, selbst wenn die primärseitige Niederspannungssystem-Leistungszufuhr 62c mit dem zweiten Eingangs-/Ausgangs-Port 60c verbunden ist, weder mit dem ersten Eingangs-/Ausgangs-Port 60a noch dem zweiten Eingangs-/Ausgangs-Port 60c verbunden sein.
Zudem ist die vorliegende Erfindung für eine Leistungswandlungsvorrichtung geeignet, die eine Mehrzahl von zumindest drei oder mehr Eingangs-/Ausgangs-Ports aufweist und in der Lage ist, Leistung zwischen beliebigen zwei Eingangs-/Ausgangs-Ports von der Mehrzahl von zumindest drei oder mehr Eingangs-/Ausgangs-Ports umzuwandeln. Die vorliegende Erfindung ist z. B. auch für die Leistungszuführvorrichtung geeignet, die so konfiguriert ist, dass sie keinen Eingangs-/Ausgangs-Port von den vier Eingangs-/Ausgangs-Ports beinhaltet, die in 3 dargestellt sind.
In der vorstehenden Beschreibung kann zudem die Primärseite als die Sekundärseite definiert sein, und die Sekundärseite kann als die Primärseite definiert sein.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2011-193713 [0002, 0002]

Claims

Leistungswandlungsvorrichtung (100, 101), die eine Mehrzahl von Ports aufweist und Leistung aus der Mehrzahl der Ports umwandelt, dadurch gekennzeichnet, dass sie aufweist: eine erste Spannungswandlungseinheit (111), die so konfiguriert ist, dass sie eine Spannung eines ersten Port (60b, 121) umwandelt und eine Leistung, die die umgewandelte Spannung aufweist, an einen zweiten Port (60a, 122) ausgibt; und eine zweite Spannungswandlungseinheit (112), die so konfiguriert ist, dass sie einen ersten Betrieb des Wandelns einer Spannung von einem Port von dem zweiten Port (60a, 122) und einem dritten Port (60c, 123) und des Ausgeben von Leistung, die die umgewandelte Spannung aufweist, an den anderen Port, oder einen zweiten Betrieb des Wandelns einer Spannung von dem anderen Port und des Ausgebens der Leistung, die die umgewandelte Spannung aufweist, an den einen Port ausführt, wobei, während des Ausführens des ersten Betriebs, die zweite Spannungswandlungseinheit (112) von dem ersten Betrieb auf den zweiten Betrieb schaltet, wenn ein Fahrzeugzustand, wo die Leistung des einen Port unzureichend ist, erfasst wird.
Leistungswandlungsvorrichtung (100, 101) nach Anspruch 1, wobei wenn ein Betrieb erfasst wird, in dem eine mit dem einen oder dem anderen Port verbundene Last Leistung benötigt, die größergleich einem vorbestimmten Wert ist, die zweite Spannungswandlungseinheit (112) von dem ersten Betrieb auf den zweiten Betrieb schaltet.
Leistungswandlungsvorrichtung (100, 101) nach Anspruch 1 oder 2, wobei wenn erfasst wird, dass eine Leistungszuführkapazität von einer Leistungszufuhr, die mit dem einen Port oder dem anderen Port verbunden ist, abnimmt, die zweite Spannungswandlungseinheit (112) von dem ersten Betrieb auf den zweiten Betrieb schaltet.
Leistungswandlungsvorrichtung (100, 101) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei es sich bei dem einen Port um den zweiten Port (60a, 122) handelt, und es sich bei dem anderen Port um den dritten Port (60c, 123) handelt.
Leistungswandlungsvorrichtung (100, 102) nach Anspruch 4, wobei wenn eine Anomalität der ersten Spannungswandlungseinheit (111) erfasst wird, oder wenn eine Anomalität von einer Leistungszufuhr, die mit dem ersten Port (60b, 121) verbunden ist, erfasst wird, die zweite Spannungswandlungseinheit (112) von dem ersten Betrieb auf den zweiten Betrieb schaltet.
Leistungswandlungsvorrichtung (100, 101) nach Anspruch 5, wobei die Anomalität der Leistungszufuhr die ist, dass die Spannung der Leistungszufuhr abnimmt.
Leistungswandlungsvorrichtung (100, 101) nach Anspruch 4, wobei wenn ein Betrieb erfasst wird, in dem eine Last, die mit dem ersten Port (60b, 121) verbunden ist, Leistung benötigt, die größergleich einem vorbestimmten Wert ist, die zweite Spannungswandlungseinheit (112) von dem ersten Betrieb auf den zweiten Betrieb schaltet, und die erste Spannungswandlungseinheit (111) auf einen Betrieb des Wandelns einer Spannung des zweiten Port (60a, 122) und des Ausgebens der Leistung, die die umgewandelte Spannung aufweist, an den ersten Port (60b, 121) schaltet.
Leistungswandlungsvorrichtung (100, 101) nach einem der Ansprüche 4 bis 7, wobei es sich bei einer Last, die mit dem einen Port verbunden ist, um eine Last handelt, die einen Lenkbetrieb eines Fahrzeugs unterstützt.
Leistungswandlungsvorrichtung (100, 101) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei es sich bei dem einen Port um den dritten Port (60c, 123) handelt, und es sich bei dem anderen Port um den zweiten Port (60a, 122) handelt.
Leistungswandlungsvorrichtung (100, 101) nach Anspruch 9, wobei wenn es sich bei einer mit dem einen Port verbundenen Last um eine Leuchte handelt, die zweite Spannungswandlungseinheit (112) von dem ersten Betrieb auf den zweiten Betrieb schaltet, wenn ein Zustand, in dem die Leuchte angeschaltet ist, erfasst wird.
Leistungswandlungsvorrichtung (100, 101) nach Anspruch 9, wobei wenn es sich bei einer mit dem einen Port verbundenen Last um einen Wischer handelt, die zweite Spannungswandlungseinheit (112) von dem ersten Betrieb auf den zweiten Betrieb schaltet, wenn ein Zustand, in dem der Wischer arbeitet, erfasst wird.
Leistungswandlungsvorrichtung (100, 101) nach Anspruch 9, wobei wenn es sich bei einer mit dem einen Port verbundenen Last um eine Kraftstoffpumpe handelt, die zweite Spannungswandlungseinheit (112) von dem ersten Betrieb auf den zweiten Betrieb schaltet, wenn ein Zustand, in dem die Kraftstoffpumpe arbeitet, erfasst wird.
Leistungswandlungsvorrichtung (100, 101) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei die erste Spannungswandlungseinheit (111) eine primärseitige Vollbrückenschaltung, mit der der zweite Port (60a, 122) und der dritte Port (60c, 123) verbunden sind, und eine sekundärseitige Vollbrückenschaltung beinhaltet, mit der der erste Port (60b, 121) verbunden ist, wobei die sekundärseitige Vollbrückenschaltung mit der primärseitigen Vollbrückenschaltung über einen Transformator magnetisch gekoppelt ist, und sich die erste Spannungswandlungseinheit (111) und die zweite Spannungswandlungseinheit (112) die primärseitige Vollbrückenschaltung teilen, und die erste Spannungswandlungseinheit (111) Leistung an den zweiten Port (60a, 122) ausgibt, indem eine Phasendifferenz zwischen dem Schalten der primärseitigen Vollbrückenschaltung und dem Schalten der sekundärseitigen Vollbrückenschaltung verändert wird.
Leistungswandlungsschaltung (100, 101) nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei es sich bei einem Fall, in dem der Fahrzeugzustand erfasst wird, um einen Fall handelt, in dem der Fahrzeugzustand prognostiziert wird.
Leistungswandlungsverfahren (100, 101) zum Wandeln von Leistung aus einer Mehrzahl von Ports, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren folgende Schritte beinhaltet: Wandeln einer Spannung von einem ersten Port (60b, 121) und Ausgeben einer Leistung, die die umgewandelte Spannung aufweist, an einen zweiten Port (60a, 122); und Schalten auf einen ersten Betrieb des Wandelns einer Spannung von einem Port des zweiten Port (60a, 122) und eines dritten Port (60c, 123) und des Ausgebens der Leistung, die die umgewandelte Spannung aufweist, an den anderen Port, und Schalten von dem ersten Betrieb auf einen zweiten Betrieb des Wandelns einer Spannung des anderen Port und des Ausgebens der Leistung, die die umgewandelte Spannung aufweist, an den anderen Port, wenn ein Fahrzeugzustand, wo die Leistung des einen Port unzureichend ist, während des Ausführens des ersten Betriebs erfasst wird.