DE102015114243B4

DE102015114243B4 - Spannungswandlersteuerungsgerät

Info

Publication number: DE102015114243B4
Application number: DE102015114243.0A
Authority: DE
Inventors: Yuichi KATSUKI; Takeshi Itoh
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2014-08-28
Filing date: 2015-08-27
Publication date: 2021-01-07
Anticipated expiration: 2035-08-28
Also published as: DE102015114243A1; JP6149884B2; US20160065073A1; JP2016052242A; US10547239B2

Abstract

Spannungswandlersteuerungsgerät (50), das einen Spannungshochsetzsteuerungsabschnitt (55) und einen Anomalieerfassungsabschnitt (60) jeweils für ein Steuern eines Spannungswandlers (20) und ein Erfassen eines anomalen Betrieb des Spannungswandlers (20) umfasst, wobei der Spannungswandler (20) zwischen einer Batterie (1) und einem Leistungsumrichter (7) angeschlossen ist, wobei der Spannungshochsetzsteuerungsabschnitt (55) den Spannungswandler (20) für eine Ausführung einer Umwandlung zwischen einer Anschlussspannung der Batterie (1) als eine Eingangsseitenspannung (Vin) und einer Anschlussspannung des Leistungsumrichters (7) als eine Ausgangsseitenspannung (Vsys) steuert,wobei der Spannungswandler (20) eine Drossel (21) und einen Spannungshochsetzabschnitt (22) umfasst, die zwischen der Batterie (1) und dem Leistungsumrichter (7) in Reihe geschaltet sind, wobei der Spannungshochsetzabschnitt (22) Schaltelemente (23, 24) umfasst, die durch den Spannungshochsetzsteuerungsabschnitt (55) für ein Ein-/Aus-Schalten gesteuert werden, um wiederholt eine elektrische Energie in der Drossel (21) und aus der Drossel (21) zu speichern und zu entladen;der Spannungshochsetzsteuerungsabschnitt (55) eine Schaltung (51, 52, 53, 54) umfasst, die konfiguriert ist, einen Tastgrad (Dh) eines Schaltens, das durch das Schaltelement (23, 24) auszuführen ist, auf der Grundlage von Informationen zu berechnen, die einen Ausgabespannungsbefehlswert (Vsys*) der Ausgangsseitenspannung (Vsys) umfassen, undder Anomalieerfassungsabschnitt (60) eine Schaltung umfasst, die konfiguriert ist, einen normalen Tastgradbereich (Dnr) als einen Bereich von Werten des Tastgrades (Dh) auf der Grundlage von Informationen, die die Ausgangsseitenspannung (Vsys) anzeigen, und von Informationen bezüglich der Eingangsseitenspannung (Vin) zu bestimmen und einen anormalen Betrieb des Spannungswandlers (20) zu erfassen, wenn eine Anzahl von Tastgradwerten, die aufeinanderfolgend durch den Spannungshochsetzsteuerungsabschnitt (55) berechnet werden, jeweils außerhalb des normalen Tastgradbereichs (Dnr) sind und eine vorbestimmte Anzahl überschreiten;wobei das Spannungswandlersteuerungsgerät (55) dadurch gekennzeichnet ist, dass:die Schaltung des Anomalieerfassungsabschnitts (60) konfiguriert ist, den Ausgabespannungsbefehlswert (Vsys*) zu erlangen und den normalen Tastgradbereich (Dnr) auf der Grundlage des Ausgabespannungsbefehlswerts (Vsys*) als die Informationen zu bestimmen, die die Ausgangsseitenspannung (Vsys) des Spannungswandlers (20) anzeigen.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Anmeldung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Steuerungsgerät für einen Spannungswandler.
Es sind verschiedene Typen von Steuerungsgeräten zur Steuerung eines Spannungswandlers bekannt, der zwischen einer Gleichstromleistungsquelle und einer Lastschaltung angeschlossen ist und eine Spannungsumwandlung durch einen Schaltbetrieb von Niedrigpotentialseiten- und Hochpotentialseitenschaltelementen ausführt. Die Erfindung ist insbesondere auf ein Spannungswandlersteuerungsgerät gerichtet, das in der Lage ist, einen anormalen Betrieb des Spannungswandlers aufgrund einer Fehlfunktion eines Schaltelements oder eines Spannungssensors usw. zu erfassen.
Wie es beispielsweise in der japanischen Patentveröffentlichung Nr. JP 2009 - 148 116 A (nachstehend als Referenzdokument 1 bezeichnet) beschrieben ist, wird mit einem Spannungswandler, der eine Spannungsumwandlung durch wiederholte Schaltbetriebe ausführt, ein logischer Erfassungsbereich für die Werte einer erfassten Ausgabespannung VH des Spannungswandlers berechnet. Der logische Erfassungsbereich wird auf der Grundlage eines Fehlerbereichs eines Tastgrades bzw. einer relativen Einschaltdauer (duty ratio) des Schaltens (wobei der Fehler durch eine Totzeit und eine Schaltverzögerung einer Ansteuerungsschaltung des Spannungswandlers verursacht wird) und von Erfassungsfehlerbereichen einer Eingabespannung VL und der Ausgabespannung VH berechnet. Es wird beurteilt, dass der Spannungswandler anormal arbeitet, wenn der erfasste Ausgabespannungswert VH kontinuierlich außerhalb des logischen Erfassungsbereichs bleibt, beispielsweise länger als eine vorbestimmte Dauer.
Mit der Technologie des Referenzdokuments 1 kann jedoch, da der logische Erfassungsbereich erhalten wird, indem die Fehlerbereiche von Spannungssensoren verwendet werden, und es große Variationen zwischen den Erfassungseigenschaften bzw. Erfassungskennlinien jeweiliger Spannungssensoren geben kann, der logische Erfassungsbereich übermäßig breit werden, da derartige Faktoren berücksichtigt werden müssen, wenn der logische Erfassungsbereich eingestellt wird. Somit kann es nicht möglich sein, eine Anomalie des Spannungswandlers zuverlässig zu erfassen.
KURZZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Es wird somit gewünscht, das vorstehend beschriebene Problem zu beheben, indem ein Spannungswandlersteuerungsgerät bereitgestellt wird, durch das ein anormaler Betrieb eines Spannungswandlers mit der Genauigkeit einer Erfassung erfasst werden kann, die durch Variationen der Eigenschaften bzw. Kennlinien von Spannungssensoren, die verwendet werden, um Eingabe- und Ausgabespannungen des Spannungswandlers zu erfassen, unbeeinflusst bleibt.
Dies wird durch ein Spannungswandlersteuerungsgerät gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.
Das Spannungswandlersteuerungsgerät wird bei einem Spannungswandler angewendet, der zwischen einer Batterie und einem Leistungsumrichter bzw. Leistungsinverter (Gleichstrom-/Wechselstrom-Leistungsumrichter) angeschlossen ist, zur Steuerung des Spannungswandlers, um zwischen einer Eingangsseitenspannung (die Anschlussspannung der Batterie) und einer Ausgangsseitenspannung (die Anschlussspannung des Leistungsumrichters) umzuwandeln. Insbesondere ist das Spannungswandlersteuerungsgerät bei einem Spannungswandler anwendbar, der eine Drossel aufweist, die zwischen der Batterie und einem Spannungshochsetzabschnitt angeschlossen ist, wobei der Spannungshochsetzabschnitt auf Schaltelementen beruht, die ein Ein-/Aus-Schalten für ein abwechselndes Speichern und Entladen einer elektrischen Energie durch die Drossel ausführen.
Das Spannungswandlungssteuerungsgerät besteht grundsätzlich aus einem Spannungshochsetzsteuerungsabschnitt zur Steuerung des Spannungswandlers und einem Anomalieerfassungsabschnitt zur Erfassung eines anormalen Betriebs des Spannungswandlers. Der Spannungshochsetzsteuerungsabschnitt berechnet den Tastgrad bzw. die relative Einschaltdauer (duty ratio) des Schaltens, das durch die Schaltelemente auszuführen ist, auf der Grundlage von derzeit erfassten Werten der Eingangsseitenspannung und der Ausgangsseitenspannung und eines Befehlswerts der Ausgangsseitenspannung. Der Anomalieerfassungsabschnitt bestimmt einen Bereich von Tastgradwerten, der als der normale Tastgradbereich bezeichnet wird, auf der Grundlage von Informationen, die Informationen umfassen, die den Ausgangsseitenspannungswert angeben. Der Anomalieerfassungsabschnitt erfasst einen anormalen Betrieb des Spannungswandlers, wenn aufeinanderfolgend berechnete Tastgradwerte kontinuierlich außerhalb des normalen Tastgradbereichs bleiben, beispielsweise für mehr als eine vorbestimmte Anzahl von Berechnungszyklen.
Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass ein Ausgabespannungsbefehlswert (Sollwert der Ausgangsseitenspannung) als die Information verwendet wird, die die Ausgangsseitenspannung angibt, wenn der normale Tastgradbereich bestimmt wird, anstelle einer Verwendung von erfassten Werten der Ausgangsseitenspannung. Auf diese Weise kann sichergestellt werden, dass der normale Tastgradbereich nicht durch irgendwelche Erfassungsfehler eines Ausgabespannungssensors beeinflusst wird, sodass eine Anomalie des Spannungswandlers zuverlässig erfasst werden kann.
Eine erste Implementierung der Erfindung ist bei einem Spannungswandler anwendbar, der entweder in einer Antriebsbetriebsart (in der eine Leistung, die von der Batterie entladen wird, der Lastschaltung zugeführt wird) oder einer Regenerationsbetriebsart (in der eine Leistung, die durch die Lastschaltung erzeugt wird, zugeführt wird, um die Batterie aufzuladen) betrieben werden kann. Gemäß der ersten Implementierung erlangt der Anomalieerfassungsabschnitt zusätzlich zu dem Ausgabespannungsbefehlswert (Vsys*) Werte einer maximalen zulässigen Ladungsleistung (Win), einer maximalen zulässigen Entladungsleistung (Wout), einer EMF (elektromotorische Kraft) (VB) bzw. eines internen Widerstandwerts RB der Batterie, und er berechnet die Beziehung zwischen Werten des Tastgrades (Dh) und einer Batterieleistung (PB), indem die nachstehende Gleichung angewendet wird, wobei Werte einer Entladungsleistung einer positiven Polarität zugewiesen sind und einer Entladungsleistung einer negativen Polarität zugewiesen sind: $P_{B} = - (\frac{V s y s *^{2}}{R_{B}}) \times {(D h - \frac{V_{B}}{2 V s y s *})}^{2} + \frac{V_{B}^{2}}{4 R_{B}}$
Die vorstehend genannte Gleichung drückt eine parabelförmige Form einer Kennlinie aus, wobei Werte einer Batterieleistung sich entlang der Achse der Parabel erstrecken. Der normale Tastgradbereich Dnr wird als ein Bereich bestimmt, der höher ist als der Tastgradwert, der der Parabelachse entspricht, und entspricht Batterieleistungswerten, die zwischen dem maximalen zulässigen Ladungsleistungswert (Win) und dem maximalen zulässigen Entladungsleistungswert (Wout) liegen.
Gemäß einer zweiten Implementierung der Erfindung erlangt der Anomalieerfassungsabschnitt (zusätzlich zu dem Ausgabespannungsbefehlswert) erfasste Werte der Eingangsseitenspannung des Spannungswandlers. Zusätzlich umfasst der Anomalieerfassungsabschnitt einen nicht-flüchtigen Speicher, in dem eine Vielzahl von Kennlinienabbildungen im Voraus gespeichert werden, die jeweils unterschiedlichen Ausgabespannungsbefehlswerten entsprechen. Jede Kennlinienabbildung drückt eine Beziehung aus, die zwischen Werten der Eingangsseitenspannung und einem Tastgrad vorhanden ist, wenn der entsprechende Ausgabespannungsbefehlswert angewendet wird. Der Anomalieerfassungsabschnitt wählt die Kennlinienabbildung entsprechend dem Ausgabespannungsbefehlswert, der derzeit spezifiziert ist, aus und bestimmt den normalen Tastgradbereich Dnr, indem der derzeit erfasste Wert der Eingangsseitenspannung bei der ausgewählten Kennlinienabbildung angewendet wird.
Der Anomalieerfassungsabschnitt kann ferner konfiguriert sein, die Werte einer zulässigen Batterieladungsleistung und einer zulässigen Batterieentladungsleistung der Batterie zu erlangen. In diesem Fall drückt jede der Kennlinienabbildungen eine Beziehung zwischen Werten der Eingangsseitenspannung, des Tastgrades und der Batterieleistung aus, wobei der normale Tastgradbereich bestimmt wird, indem der Eingangsseitenspannungswert und die Werte der zulässigen Batterieladungsleistung und der zulässigen Batterieentladungsleistung bei der ausgewählten Kennlinienabbildung angewendet werden.
Die zweite Implementierung weist den Vorteil auf, dass es nicht notwenig ist, die Werte des internen Widerstands und der EMF der Batterie zu erlangen, die schwierig zu erhalten sein können. Der Eingangsseitenspannungswert kann jedoch auf einfache Weise erlangt werden, da er für eine Verwendung bei der Steuerung des Spannungswandlers erforderlich ist.
Gemäß einer dritten Implementierung der Erfindung weist der Anomalieerfassungsabschnitt einen Speicher (ein nicht-flüchtiger Speicher) auf, in dem im Voraus eine Vielzahl von Kennlinienabbildungen entsprechend jeweiliger Ausgabespannungsbefehlswerte gespeichert wird, von denen jede eine Beziehung zwischen Werten der Eingangsseitenspannung, des Tastgrades und der Batterieleistung ausdrückt, wenn der entsprechende Ausgabespannungsbefehlswert angewendet wird. Der Anomalieerfassungsabschnitt erlangt ebenso (zusätzlich zu dem Ausgabespannungsbefehlswert Vsys*) die Werte der EMF (VB) und des internen Widerstands (R_B) der Batterie und den minimalen möglichen Wert (Vin_min) und den maximalen möglichen Werte (Vin_max) der Eingasseitenspannung des Spannungswandlers.
In diesem Fall schätzt der Anomalieerfassungsabschnitt zuerst einen erreichbaren Eingabespannungsbereich auf der Grundlage der erlangten Informationen ab. Der Bereich wird durch die maximalen und minimalen Werte definiert, die durch die Eingangsseitenspannung (Vin) des Spannungswandlers bei dem derzeit existierenden Wert der Batterieleistung (d.h. der Entladungsleistung oder Ladungsleistung) erreicht werden kann. Die Schätzung beruht auf einer Beziehung zwischen Werten der Batterieleistung (P_B) und der Eingangsseitenspannung (Vin), die durch die nachstehende Gleichung ausgedrückt wird: $P_{B} = - (\frac{1}{R_{B}}) \times {(V i n - \frac{V_{B}}{2})}^{2} + \frac{V_{B}^{2}}{4 R_{B}}$
Der Anomalieerfassungsabschnitt erzeugt dann eine Kennlinienabbildung entsprechend dem Ausgabespannungsbefehlswert und wendet den erreichbaren Eingabespannungsbereich bei der ausgewählten Kennlinienabbildung an, um den normalen Tastgradbereich Dnr zu erhalten.
Diese Implementierung weist den Vorteil auf, dass ein normaler Tastgradbereich bestimmt werden kann, ohne dass die Werte der zulässigen Batterieladungsleistung Win und der zulässigen Batterieentladungsleistung Wout der Batterie erforderlich sind, die schwierig zu erlangen sein können. Zusätzlich weisen, da der Wert der Eingangsseitenspannung nicht erforderlich ist, irgendwelche Erfassungsfehler eines Eingabespannungssensors keine negative Wirkung auf eine Anomalieerfassung auf.
Figurenliste

1 zeigt ein konzeptionelles Schaltungsdiagramm eines Systems, das ein Spannungswandlersteuerungsgerät gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst;
2 zeigt ein Steuerungsblockdiagramm des Spannungswandlersteuerungsgeräts;
3A und 3B zeigen Diagramme für eine Verwendung bei einer Beschreibung der Ableitung einer Gleichung auf der Grundlage eines Schaltungsmodels eines Spannungswandlers gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel;
4A, 4B und 4C zeigen Diagramme für eine Verwendung bei einer Beschreibung eines normalen Tastgradbereichs und einer Eingangsseitenspannung-/Batterieleistungsbeziehungskennlinie gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel;
5 zeigt ein Flussdiagramm einer Anomalieerfassungsverarbeitung, die gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel ausgeführt wird;
6 zeigt eine Kennlinienabbildung, die einen normalen Tastgradbereich und eine Eingangsseitenspannung-/Batterieleistung-/Tastgradbeziehung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel veranschaulicht;
7 zeigt eine Kennlinienabbildung, die durch Neuanordnung der Kennlinienabbildung gemäß 6 erhalten wird, wobei eine Eingangsseitenspannung-/ Tastgradbeziehung gezeigt wird;
8 zeigt ein Flussdiagramm einer Anomalieerfassungsverarbeitung, die gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel ausgeführt wird;
9 zeigt ein Diagramm für eine Verwendung bei einer Beschreibung der Abschätzung eines Bereichs einer „erreichbaren Eingangsseitenspannung“ auf der Grundlage einer Eingangsseitenspannung-/Batterieleistungskennlinie gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel;
10 zeigt ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen einer Eingangsseitenspannung-/Batterieleistungskennlinie und Werten eines internen Batteriewiderstands gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel veranschaulicht;
11 zeigt einen Graphen, der eine Beziehung zwischen Werten einer Batterietemperatur und eines internen Batteriewiderstands zeigt;
12 zeigt ein Diagramm, das eine Art und Weise einer Einstellung eines normalen Tastgradbereichs auf der Grundlage eines Bereichs einer „erreichbaren Eingangsseitenspannung“ gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel veranschaulicht; und
13 zeigt ein Flussdiagramm, das Unterschiede zwischen einer Anomalieerfassungsverarbeitung, die gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel ausgeführt wird, und der gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel veranschaulicht.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
Ausführungsbeispiele eines Spannungswandlersteuerungsgeräts sind nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben. Zuerst wird die Gesamtkonfiguration eines Systems beschrieben, das jedem der Ausführungsbeispiele gemein ist. Jedes Ausführungsbeispiel steuert einen Spannungswandler, der eine elektrische Leistung zu/von einem Motorgenerator zuführt/empfängt. Der Motorgenerator ist die Antriebskraftquelle eines Hybridfahrzeugs oder eines elektrischen Fahrzeugs.
[Gesamtkonfiguration des Spannungswandlers]
In 1 ist der Spannungswandler 20 zwischen einer Batterie 1 und einem Leistungsumrichter (Leistungsinverter) 7 angeschlossen. Der Leistungsumrichter 7 ist die Lastschaltung des Spannungswandlers 20 und treibt einen Motorgenerator 8 während einer Antriebsbetriebsart (d.h. wenn eine Leistung von der Batterie 1 zugeführt wird) an und empfängt Leistung von dem Motorgenerator 8 während eines Betriebs in einer Regenerationsbetriebsart. Die Anschlussspannung der Batterie 1, wie sie durch einen Eingabespannungssensor 31 erfasst wird, wird nachstehend als die Eingangsseitenspannung Vin bezeichnet. Die Anschlussspannung des Leistungsumrichters 7, wie sie durch einen Ausgabespannungssensor 32 erfasst wird, wird nachstehend als die Ausgangsseitenspannung Vsys bezeichnet. Vsys ist höher als Vin, d.h. der Spannungswandler 20 ist ein Spannungsaufwärtswandler bzw. ein Spannungshochsetzwandler (Step-up-Wandler).
Die Systemkonfiguration, die außerhalb des Spannungswandlers 20 liegt, ist wie nachstehend beschrieben. Die Batterie 1 ist von einem wiederaufladbaren Typ, wie beispielsweise eine Nickel-Quecksilber- oder eine Lithium-Ionen-Batterie usw.. Alternativ hierzu könnte die Batterie 1 eine Energiespeichervorrichtung eines elektrischen Doppelschichtkondensatortyps sein.
Wie es in 1 gezeigt ist, kann die interne Schaltung der Batterie 1 als ein interner Widerstand RB und eine EMF (elektromotorische Kraft) VB, d.h. die Anschlussspannung der Batterie 1, wenn der Spannungsabfall über dem internen Widerstand R_B Null ist, dargestellt werden.
Der Leistungsumrichter 7 umfasst sechs Schaltelemente, die in einer Brückenkonfiguration geschaltet sind, an die eine Systemspannung Vsys, die durch den Spannungswandler 20 erzeugt wird (d.h. die Ausgangsseitenspannung des Spannungswandlers 20), angelegt wird. Ein Ein-Aus-Schaltbetrieb der Schaltelemente jeweiliger Phasen wird (durch eine Phasensteuerung und eine PWM-Steuerung) für ein Umwandeln der Gleichstromleistung, die von dem Spannungswandler 20 zugeführt wird, in eine 3-Phasen-Wechselstromleistung, die dem Motorgenerator 8 zugeführt wird, gesteuert.
Der Motorgenerator 8 kann beispielsweise ein Dauermagnettyp eines 3-Phasen-Synchronwechselstrommotors sein, der als ein Motorgenerator in einem Hybridfahrzeug oder einem elektrischen Fahrzeug verwendet wird. Der Motorgenerator 8 wird als ein Motor betrieben, der das Fahrzeug antreibt, indem ein Drehmoment erzeugt wird, das zu Straßenrädern des Fahrzeugs über ein Getriebe usw. übertragen wird, und wird als ein elektrischer Generator betrieben, der durch ein Drehmoment angetrieben wird, das von einer Brennkraftmaschine des Fahrzeugs (in dem Fall eines Hybridfahrzeugs) übertragen wird oder von den Straßenrädern des Fahrzeugs übertragen wird.
Die Fahrzeugsteuerungsschaltung 40 leitet einen Drehmomentbefehlswert, der einen Wert eines Drehmoments ausdrückt, das durch den Motorgenerator 8 erzeugt werden muss, her, wobei der Drehmomentbefehlswert auf der Grundlage von Signalen erzeugt wird, die ein Beschleunigungseinrichtungssignal, ein Bremssignal, ein Schaltsignal, ein Fahrzeuggeschwindigkeitssignal usw. von jeweiligen Sensoren (in der Zeichnung nicht gezeigt) umfassen. Zusätzlich berechnet die Fahrzeugsteuerungsschaltung 40 einen Ausgabespannungsbefehlswert Vsys*, der ein Sollwert der Ausgangsseitenspannung Vsys des Spannungswandlers 20 ist, und führt diesen Befehlswert dem Spannungswandlersteuerungsgerät 50 zu. Der Ausgangsspannungsbefehlswert Vsys* wird auf der Grundlage des Drehmomentbefehlswerts des Motorgenerators 8 und der Drehzahl des Motorgenerators 8 usw. berechnet.
Zusätzlich erlangt die Fahrzeugsteuerungsschaltung 40 den SOC-(Ladungszustand-)Wert der Batterie 1 und berechnet jeweilige Werte einer zulässigen Batterieladungsleistung Win und einer zulässigen Batterieentladungsleistung Wout, die einen zulässigen Bereich von Werten einer Ladungs-/Entladungsleistung der Batterie 1 definieren. Obwohl es in 1 nicht spezifisch gezeigt ist, erlangt das Element 40x ebenso die Werte einer Spannung Vin und eines Stroms I_B der Batterie für eine Verwendung bei einer Messung des Pegels einer Batterieleistung (Ladungs- oder Entladungsleistung) usw..
Gemäß den beschriebenen Ausführungsbeispielen berechnet das Spannungswandlersteuerungsgerät 50 einen Tastgradbefehlswert, der den erforderlichen Wert von Ein-/Aus-Zeiten in jeder Schaltperiode eines Paars von Schaltelementen in einem Spannungshochsetzabschnitt 22 des Spannungswandlers 20 (nachstehend beschrieben) ausdrückt. Der Tastgradbefehlswert wird auf der Grundlage der Eingangsseitenspannung Vin, der Ausgangsseitenspannung Vsys und des Ausgabespannungsbefehlswerts Vsys* usw. berechnet.
Es ist anzumerken, dass die Erfindung gleichsam bei einem System angewendet werden könnte, in dem der Ausgabespannungsbefehlswert durch das Spannungswandlersteuerungsgerät 50 berechnet wird, anstatt dass er von der Fahrzeugsteuerungsschaltung 40 zugeführt wird.
Die Konfiguration des Spannungswandlers 20 ist wie nachstehend beschrieben. Wie es in 1 gezeigt ist, umfasst dieser eine Drossel 21 und den Spannungshochsetzabschnitt 22, der als ein Spannungsumwandlungsabschnitt fungiert. Die Drossel 21 speichert und entlädt eine elektrische Energie bei einer induzierten Spannung, die durch Variationen in einem Strom (I_B) erzeugt wird.
Der Spannungshochsetzabschnitt 22 umfasst zwei Schaltelemente 23 und 24, die in Reihe geschaltet sind, und Dioden 25 und 26, die jeweils parallel zu den Schaltelementen 23, 24 angeschlossen sind. Das Hochpotentialseitenschaltelement 23 ist zwischen dem Ausgabeanschluss der Drossel 21 und einer Hochpotentialzufuhrleitung Lp des Leistungsumrichters 7 angeschlossen, während das Niedrigpotentialseitenschaltelement 24 zwischen dem Ausgabeanschluss der Drossel 21 und einer Niedrigpotentialzufuhrleitung Lg des Leistungsumrichters 7 angeschlossen ist. Die Dioden 25 und 26 sind jeweilige Rückstromdioden, die jeweils in einer Richtung angeschlossen sind, um es einem Strom zu ermöglichen, von der Niedrigpotentialseite zu der Hochpotentialseite der Schaltung zu fließen.
Die Schaltelemente 23 und 24 führen ein komplementäres Ein-/Aus-Schalten entsprechend dem Befehlswert eines Tastgrades aus, der durch das Spannungswandlersteuerungsgerät 50 spezifiziert wird.
Wie er hier verwendet wird, ist der Ausdruck „Tastgrad Dh“ (duty ratio) so zu verstehen, dass er das Verhältnis des „Ein“-(d.h. Leitungs-)Teils jeder Schaltperiode des Hochpotentialseitenschaltelements 23 zu der Dauer der Schaltperiode bezeichnet. Der Tastgrad Dh wird als ein Wert innerhalb des Bereichs 0 bis 1 ausgedrückt und nicht als ein Prozentsatz.
Wenn eine Totzeit ignoriert wird, wird der „Ein“-Tastgrad des Niedrigpotentialseitenschaltelements 24 als (1-Dh) erhalten.
Nachstehend wird ein Betrieb des Spannungswandlers 20, wenn der Motorgenerator 8 elektrisch angetrieben wird (mit einer elektrischen Leistung versorgt wird, um ein Drehmoment für eine Antriebskraft zu erzeugen), als ein „Antriebsbetrieb“ bezeichnet, während ein Betrieb, wenn der Motorgenerator 8 mechanisch angetrieben wird und eine elektrische Leistung erzeugt, als ein „Regenerationsbetrieb“ bezeichnet wird.
Während eines Antriebsbetriebs wird, wenn das Hochpotentialseitenschaltelement 23 in dem Aus-(nichtleitenden)Zustand ist und das Niedrigpotentialseitenschaltelement 24 in dem Ein-(leitenden)Zustand ist, Energie in der Drossel 21 durch einen Strom gespeichert, der von der Batterie 1 über die Drossel 21 fließt. Wenn das Hochpotentialseitenschaltelement 23 in dem Ein-Zustand ist und das Niedrigpotentialseitenschaltelement 24 in dem Aus-Zustand ist, wird die gespeicherte Energie von der Drossel 21 entladen, wodurch die Ausgangsseitenspannung Vsys, die an den Leistungsumrichter 7 angelegt wird, die Eingangsseitenspannung Vin wird, die durch eine induzierte Spannung der Drossel 21 erhöht wird.
Während eines Regenerationsbetriebs wird, wenn das Hochpotentialseitenschaltelement 23 in dem Ein-Zustand ist und das Niedrigpotentialseitenschaltelement 24 in dem Aus-Zustand ist, ein Strom von dem Leistungsumrichter 7 in die Batterie 1 durchgeleitet. Wenn das Hochpotentialseitenschaltelement 23 in dem Aus-Zustand ist und das Niedrigpotentialseitenschaltelement 24 in dem Ein-Zustand ist, wird diese Leistungsregeneration von dem Leistungsumrichter 7 gehalten.
Sowohl während des Antriebsbetriebs als auch während des Regenerationsbetriebs wird die Ausgangsseitenspannung des Spannungswandlers 20 auf einen erforderlichen Wert gesteuert, der durch den Wert des Tastgrades Dh bestimmt wird, der durch das Spannungswandlersteuerungsgerät 50 berechnet wird.
Wie es ebenso in 1 gezeigt ist, ist ein Filterkondensator 27 bei der Eingangsseite des Spannungswandlers 20 für ein Entfernen eines elektrischen Rauschens von der Ausgabespannung der Batterie 1 angeschlossen. Ein Glättungskondensator 28 ist ebenso bei der Ausgabeseite des Spannungswandlers 20 für eine Glättung der Ausgangsseitenspannung Vsys von dem Leistungsumrichter 7 angeschlossen, wobei ein Ausgabespannungssensor 32 zur Erfassung der Ausgangsseitenspannung Vsys bereitgestellt ist.
Die erfassten Werte der Eingangsseitenspannung Vin, die durch den Eingabespannungssensor 31 erhalten werden, und der Ausgangsseitenspannung Vsys, die durch den Glättungskondensator 28 erhalten werden, werden dem Spannungswandlersteuerungsgerät 50 eingegeben.
[Konfiguration des Spannungswandlersteuerungsgeräts]
Die Konfiguration des Spannungswandlersteuerungsgeräts 50 wird unter Bezugnahme auf 2 beschrieben. Das Spannungswandlersteuerungsgerät 50 beruht auf einem Computer, wie beispielsweise einem Mikrocomputer, der eine CPU, ein ROM, einen I/O-Abschnitt usw. (in der Zeichnung nicht gezeigt) aufweist. Die die nachstehend beschriebenen Funktionen zur Steuerung des Spannungswandlers 20 und zur Erfassung eines anormalen Betriebs werden durch eine Verarbeitung ausgeführt, die durch die CPU entsprechend einem Programm ausgeführt wird, das im Voraus gespeichert worden ist (d.h. eine Softwareverarbeitung), und ebenso durch einen Betrieb einer dedizierten Hardwareschaltung.
Wie es in 2 gezeigt ist, in der Basisfunktionen, die durch das Spannungswandlersteuerungsgerät 50 ausgeführt werden, konzeptionell durch jeweilige Blöcke veranschaulicht sind, besteht das Spannungswandlersteuerungsgerät 50 im Wesentlichen aus einem Spannungshochsetzsteuerungsabschnitt 55, der den Spannungswandler 20 steuert, und einem Anomalieerfassungsabschnitt 60, der einen anormalen Betrieb des Spannungswandlers 20 erfasst.
Der Spannungshochsetzsteuerungsabschnitt 55 ist aus einem Rückkopplungssubtrahierer 51, einem PI-(Proportional-Integral-)Regler 52, einem Feed-Forward-Berechnungsabschnitt bzw. einem Vorsteuerungsberechnungsabschnitt 53 und einem Tastgradsubtrahierer 54 aufgebaut. Der Rückkopplungssubtrahierer 51 berechnet eine Abweichung ΔVsys zwischen dem Ausgabespannungsbefehlswert Vsys* und der Ausgangsseitenspannung Vsys. Der PI-Regler 52 verwendet eine Proportionalintegration, um Werte eines Rückkopplungsausdrucks duty_fb derart zu berechnen, dass die Abweichung ΔVsys veranlasst wird, gegen Null zu konvergieren.
Der Feed-Forward-Berechnungsabschnitt 53 berechnet einen Feed-Forward-Ausdruck bzw. Vorsteuerungsausdruck duty_ff auf der Grundlage des Verhältnisses der Eingangsseitenspannung Vin zu dem Ausgabespannungsbefehlswert Vsys*.
Der Tastgradsubtrahierer 54 subtrahiert den Rückkopplungsausdruck duty_fb von dem Feed-Forward-Ausdruck duty_ff und gibt das Ergebnis an den Spannungshochsetzabschnitt 22 als den Wert des Tastgrades Dh aus.
Es gibt eine Möglichkeit einer Fehlfunktion eines oder mehrerer der Schaltelemente 23 oder 24 oder der Rückstromdioden 25, 26 in dem Spannungswandler 20 oder der Spannungssensoren 31, 32. In dem Fall einer derartigen Fehlfunktion kann die Steuerung, die durch den Spannungshochsetzsteuerungsabschnitt 55 ausgeführt wird, instabil oder unmöglich werden.
Somit stellt der Anomalieerfassungsabschnitt 60 des Spannungswandlersteuerungsgeräts 50 einen Bereich von Werten des Tastgrades Dh ein, der nachstehend als der normale Tastgradbereich Dnr bezeichnet wird. Dies ist ein Bereich von Werten, innerhalb dessen der Tastgrad Dh bleiben sollte, solange der Spannungswandler 20 normal funktioniert. Der normale Tastgradbereich Dnr wird auf der Grundlage von Informationen, die die Eingangsseitenspannung des Spannungswandlers 20 betreffen, und von Informationen eingestellt, die die Ausgangsseitenspannung des Spannungswandlers 20 anzeigen, wie es nachstehend beschrieben wird. Wenn aufeinanderfolgend berechnete Werte des Tastgrades Dh kontinuierlich außerhalb des normalen Tastgradbereichs Dnr für mehr als eine vorbestimmte Anzahl von Berechnungszyklen bleiben, wird beurteilt, dass hier der Spannungswandler 20 anormal arbeitet.
Im Falle einer Anomalieerfassung, die beispielsweise wie in Referenzdokument 1 beschrieben ausgeführt wird, wird ein logischer Erfassungsbereich eines Ausgabespannungssensorwerts VH (der der Ausgangsseitenspannung Vsys gemäß der vorliegenden Erfindung entspricht) auf der Grundlage von Fehlerbereichen eines Eingabespannungssensorwerts VL und des Ausgabespannungssensorwerts VH sowie auf der Grundlage eines Fehlerbereichs von Schalttastgradwerten berechnet, bei dem der Fehler durch eine Totzeit und eine Schaltverzögerung einer Ansteuerungsschaltung des Spannungswandlers verursacht wird. Wenn der Wert des Schalttastgrades kontinuierlich außerhalb des logischen Erfassungsbereichs für länger als eine vorbestimmte Dauer bleibt, wird dieser Zustand als eine Anomalie des Spannungswandlers erfasst.
Mit einer derartigen Technologie gemäß dem Stand der Technik kann es jedoch, da der logische Erfassungsbereich unter Verwendung der Fehlerbereiche von Spannungssensoren berechnet wird und da es große Variationen zwischen den Eigenschaften bzw. Kennlinien der jeweiligen Spannungssensoren geben kann, erforderlich sein, den logischen Erfassungsbereich so einzustellen, dass er übermäßig breit ist. Somit kann es möglicherweise nicht möglich sein, einen anormalen Betrieb des Spannungswandlers zuverlässig zu erfassen.
In dem Fall des Anomalieerfassungsabschnitts 60 gemäß der vorliegenden Erfindung wird jedoch anstelle einer Verwendung erfasster Werte der Ausgangsseitenspannung des Spannungswandlers 20 als eine Grundlage zur Bestimmung des normalen Tastgradbereichs Dnr der Ausgabespannungsbefehlswert Vsys* verwendet. Somit ist es nicht erforderlich, den normalen Tastgradbereich zu verbreitern, um einen möglichen Erfassungsfehlerbereich des Ausgabespannungssensors 32 oder Variationen zwischen den Erfassungseigenschaften jeweiliger Sensoren zu berücksichtigen.
Nachstehend wird die Grundart einer Einstellung des normalen Tastgradbereichs Dnr durch erste, zweite und dritte Ausführungsbeispiele beschrieben, wobei die Beschreibung auf den Informationstypen basiert, die durch den Anomalieerfassungsabschnitt 60 zur Einstellung dieses Bereichs verwendet werden. Zuerst muss für jedes der Ausführungsbeispiele der Anomalieerfassungsabschnitt 60 den Ausgabespannungsbefehlswert Vsys* und ebenso den derzeit berechneten Wert des Tastgrades Dh (für einen Vergleich mit dem normalen Tastgradbereich Dnr) erlangen. Diese Elemente werden in 2 durch die durchgezogenen Pfeile angezeigt. Der Anomalieerfassungsabschnitt 60 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel muss ebenso die Werte eines internen Widerstands (RB), einer EMF (VB), einer Ladungskapazität (Win) und einer Entladungskapazität (Wout) der Batterie 1 erlangen. Der Anomalieerfassungsabschnitt 60 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel muss ebenso die Eingangsseitenspannung (Vin) des Spannungswandlers 20 zusammen mit der Batterieladungskapazität (Win) und der Batterieentladungskapazität (Wout) erlangen. Der Anomalieerfassungsabschnitt 60 gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel muss ebenso die niedrigsten und höchsten erreichbaren Werte der Eingabespannung (Vin) des Spannungswandlers 20 und den Leistungswert (P_Bn) erlangen, die derzeit zu oder von der Batterie 1 zugeführt wird.
Erstes Ausführungsbeispiel
Eine Einstellung des normalen Tastgradbereichs Dnr gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel wird unter Bezugnahme auf die 3 bis 5 beschrieben.
Unter Bezugnahme auf die Schaltung des Spannungswandlers 20 in 1 ist die Batterie 1 in Form eines einfachen Ersatzschaltbilds als eine in Reihe geschaltete Kombination einer EMF VB und eines internen Widerstands RB gezeigt, durch den ein Batteriestrom I_B fließt. Wenn der Batteriestrom I_B als ein Parameter verwendet wird, kann die Batterieleistung PB durch nachstehende Gleichung (1) ausgedrückt werden: $P_{B} = (V_{B} - R_{B} \times I_{B}) \times I_{B}$
Durch eine Weiterentwicklung der Gleichung (1), wie es nachstehend gezeigt ist, kann eine Gleichung zweiter Ordnung (2) für IB erhalten werden: $\begin{array}{l} P_{B} = (V_{B} - R_{B} \times I_{B}) \times I_{B} \\ = - R_{B} \times (I_{B}^{2} - \frac{I_{B} \times V_{B}}{R_{B}}) \\ = - R_{B} \times (I_{B} - \frac{V_{B}}{2 R_{B}}) + \frac{V_{B}^{2}}{4 R_{B}} \end{array}$
Wenn die Gleichung (2) graphisch mit Werten von IB entlang der horizontalen Achse und P_B entlang der vertikalen Achse aufgezeichnet wird, wird eine Parabelkennlinie erhalten, wobei sich die Achse der Parabel vertikal erstreckt, wie es in 3A gezeigt ist. Der Wert des Stroms IB, der der Achse der Parabel entspricht, wird durch nachstehende Gleichung (3.1) ausgedrückt, wobei die Koordinaten des Scheitelpunkts M der Parabel durch nachstehende Gleichung (3.2) ausgedrückt werden. $I_{B} = \frac{V_{B}}{2 R_{B}}$
$M (\frac{V_{B}}{2 R_{B}}, \frac{V_{B}^{2}}{4 R_{B}})$
Für Werte des Batteriestroms IB, die den Wert überschreiten, der der Achse der Parabel entspricht, werden die Koordinaten eines Nulldurchgangspunkts Z durch nachstehende Gleichung (4) ausgedrückt. $Z (\frac{V_{B}}{R_{B}},0)$
Eine Gleichung, die Werte der Batterieleistung PB mit einem Tastgrad Dh als einen Parameter ausdrückt, wird wie nachstehend beschrieben hergeleitet. Zuerst kann, wenn V₀ als der Durchschnittswert der Spannung bei der Zusammenführung zwischen dem Hochpotentialseitenschaltelement 23 und dem Niedrigpotentialseitenschaltelement 24 (nachstehend als die Medianspannung Vpwm bezeichnet) bestimmt wird, der Batteriestrom IB unter Verwendung von V₀ durch nachstehende Gleichung (5) ausgedrückt werden. $I_{B} = \frac{V_{B} - V_{O}}{R_{B}}$
Indem Gleichung (5) in Gleichung (1) eingesetzt wird, wird die nachstehende Gleichung (6) erhalten. $\begin{array}{l} P_{B} = (V_{B} - R_{B} \times I_{B}) \times I_{B} \\ = (V_{B} - (V_{B} - V_{O})) \times \frac{V_{B} - V_{O}}{R_{B}} \\ = - (\frac{1}{R_{B}}) \times (V_{O}^{2} - V_{B} \times V_{O}) \\ = - (\frac{1}{R_{B}}) \times {(V_{O} - \frac{V_{B}}{2})}^{2} + \frac{V_{B}^{2}}{4 R_{B}} \end{array}$
Des Weiteren kann, wie es in 3B gezeigt ist, der Durchschnittswert V₀ der Medianspannung Vpwm unter Verwendung des Tastgrades Dh und der Ausgangsseitenspannung Vsys als {V₀ = Dh × Vsys} ausgedrückt werden. Indem dieser in Gleichung (6) eingesetzt wird, wird die nachstehende Gleichung (7) erhalten. $P_{B} = - (\frac{V s y s^{2}}{R_{B}}) \times {(D h - \frac{V_{B}}{2 V s y s})}^{2} + \frac{V_{B}^{2}}{4 R_{B}}$
Wie es in den 4A, 4B und 4C gezeigt ist, wird, wenn die Gleichung (7) graphisch mit Werten eines Tastgrades Dh entlang der horizontalen Achse und einer Batterieleistung P_B entlang der vertikalen Achse aufgezeichnet wird, eine Parabelkennlinie erhalten, wobei sich die Parabelachse vertikal erstreckt. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel wird anstelle einer Verwendung der Ausgangsseitenspannung Vsys, die durch den Ausgabespannungssensor 32 erfasst wird, der Ausgabespannungsbefehlswert Vsys* als Ausgangsseitenspannungsinformationen verwendet. Somit kann Gleichung (7) als die nachstehende Gleichung (8) unter Verwendung von Vsys* anstelle von Vsys umgeschrieben werden. $P_{B} = - (\frac{V s y s *^{2}}{R_{B}}) \times {(D h - \frac{V_{B}}{2 V s y s *})}^{2} + \frac{V_{B}^{2}}{4 R_{B}}$
Der Wert des Tastgrades Dh, der der Achse der Parabel entspricht, die durch Gleichung (8) ausgedrückt wird, wird aus nachstehender Gleichung (9.1) erhalten, während die Koordinaten des Scheitelpunkts der Parabel aus nachstehender Gleichung (9.2) erhalten werden. $D h - \frac{V_{B}}{2 V s y s *}$
$M (\frac{V_{B}}{2 V s y s *}, \frac{V_{B}^{2}}{4 R_{B}})$
Als Nächstes wird unter Bezugnahme auf die 4A bis 4C die Art und Weise einer Einstellung des niedrigsten Werts „min“ und des höchsten Werts „max“ des normalen Tastgradbereichs Dnr auf der Grundlage der Batterieleistungseigenschaft bzw. Batterieleistungskennlinie beschrieben. Die 4A bis 4C zeigen Beispiele jeweiliger unterschiedlicher Beziehungsmuster zwischen der Batterieleistung P_B und dem Tastgrad Dh (d.h. die von jeweils unterschiedlichen Kombinationen von Werten von Vsys*, R_B und V_B resultieren), wie sie unter Verwendung von Gleichung (8) erhalten werden.
In jeder der 4A bis 4C ist der normale Tastgradbereich Dnr zwischen einem niedrigsten Wert „min“ und einem höchsten Wert „max“ definiert. Der Punkt, der den Tastgradwert ausdrückt, bei dem die Batterieleistung PB Null ist (für Tastgradwerte, die höher als die der Achse der Parabel sind), wird als der Nulldurchgangspunkt Z bezeichnet. Ebenso wird in jeder der 4A bis 4C der Schnittpunkt zwischen der Win-Achse und dem rechten Teil der Parabel als der „Regenerationsbetriebgrenzpunkt R“ bezeichnet. In 4B wird der Schnittpunkt zwischen der Wout-Achse und dem rechten Teil der Parabel als der „Antriebsbetriebgrenzpunkt P“ bezeichnet.
Mit dem Muster gemäß 4A ist der Wert der Batterieleistung PB bei dem Scheitelpunkt M der Parabel kleiner als die zulässige Batterieentladungsleistung Wout, wobei der Wert des Tastgrades Dh, der dem Regenerationsbetriebgrenzpunkt R entspricht, kleiner als 1 ist.
In diesem Fall ist der niedrigste Wert „min“ des normalen Tastgradbereichs Dnr der Wert des Tastgrades Dh, der dem Scheitelpunkt M entspricht (d.h. der der Achse der Parabel entspricht), während der höchste Wert „max“ des Bereichs Dnr der Wert des Tastgrades Dh ist, der dem Regenerationsbetriebgrenzpunkt R entspricht.
In 4A entspricht eine erste Region des normalen Tastgradbereichs Dnr, in der die Werte des Tastgrades Dh den Wert bei dem Nulldurchgangspunkt Z nicht überschreiten, einem Antriebsbetrieb. Eine zweite Region des Bereichs Dnr, deren Werte den Nulldurchgangspunkt Z überschreiten, entspricht einem Regenerationsbetrieb.
Mit dem Muster gemäß 4B ist der Wert der Batterieleistung PB bei dem Scheitelpunkt M der Parabel größer als die zulässige Batterieentladungsleistung Wout. Wie in dem Beispiel gemäß 4A ist der Wert des Tastgrades Dh, der dem Regenerationsbetriebgrenzpunkt R entspricht, kleiner als 1. Der Wert des Tastgrades Dh, der dem Antriebsbetriebgrenzpunkt P entspricht, befindet sich zwischen denen des Scheitelpunkts M bzw. des Regenerationsbetriebsgrenzpunkts R.
In diesem Fall ist der niedrigste Wert „min“ des normalen Tastgradbereichs Dnr der Tastgradwert des Antriebsbetriebgrenzpunkts P, während der höchste Wert „max“ der Tastgradwert des Regenerationsbetriebgrenzpunkts R ist.
Mit dem Muster gemäß 4C ist der Wert der Batterieleistung (P_B) bei dem Scheitelpunkt M der Parabel kleiner als die zulässige Batterieentladungsleistung Wout, wie bei dem Muster gemäß 4A, wobei der Wert des Tastgrades Dh, der dem Regenerationsbetriebgrenzpunkt R entspricht, größer als der maximale Wert (1,0) ist.
In diesem Fall ist der niedrigste Wert „min“ des normalen Tastgradbereichs Dnr der des Scheitelpunkts M, während der höchste Wert „max“ logisch 1,0 wird. Es ist ersichtlich, dass anstelle einer Einstellung der Grenzwerte „min“ und „max“ durch eine Erzeugung und Anwendung einer Parabelkennlinienabbildung, wie es vorstehend beschrieben ist, es gleichsam möglich wäre, diese Grenzwerte durch eine direkte Berechnung zu bestimmen, d.h. indem die Werte des Tastgrades Dh bei den Punkten M und R (und dem Punkt P, wenn anwendbar) erhalten werden, indem die Gleichung (9.2) verwendet wird und indem die erlangten Werte von Wout, Win in der Gleichung (8) angewendet werden.
Die Gesamtsequenz einer Anomalieerfassungsverarbeitung, die durch den Anomalieerfassungsabschnitt 60 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel ausgeführt wird, wird unter Bezugnahme auf das Flussdiagramm gemäß 5 beschrieben. In 5 sind Schritte S1-2A und S2A für das erste Ausführungsbeispiel spezifisch. Jeder der verbleibenden Schritte ist den ersten und zweiten Ausführungsbeispielen gemein. Die Verarbeitungsroutine gemäß 5 wird wiederholt beispielsweise bei jeder von aufeinanderfolgenden Steuerungsperioden ausgeführt.
In Schritten S1-1, S1-2A und S1-3 erlangt der Anomalieerfassungsabschnitt 60 verschiedene Informationselemente, die in der Anomalieerfassungsverarbeitung verwendet werden. Die Abfolge einer Ausführung dieser Schritte ist nicht auf irgendeine spezifische Reihenfolge begrenzt.
In Schritt S1-1 wird der Ausgabespannungsbefehlswert Vsys* erlangt. In Schritt S1-2A werden die Werte der Batterie-EMF (V_B) und des internen Batteriewiderstands (R_B) erlangt. (Es wäre alternativ möglich, Werte der Batterie-EMF und des internen Batteriewiderstands zu verwenden, die im Voraus gespeichert worden sind, d.h. vorbestimmte fixierte Werte.)
In Schritt S1-3 werden die Werte der zulässigen Batterieladungsleistung Win und der zulässigen Batterieentladungsleistung Wout von der Fahrzeugsteuerungsschaltung 40 erlangt.
In Schritt S2A werden Daten, die eine Parabelkennlinie ausdrücken, unter Verwendung von Gleichung (8) auf der Grundlage der erlangten Informationen erzeugt. In Schritt S3 werden die Werte des niedrigsten Werts „min“ und des höchsten Werts „max“ des normalen Tastgradbereichs Dnr unter Bezugnahme auf die Parabelabbildung eingestellt, wie es für die Beispiele gemäß den 4A bis 4C beschrieben ist.
Wie es jedoch vorstehend beschrieben ist, ist es anstelle einer Erzeugung und Verwendung einer Parabelkennlinienabbildung möglich, die Grenzwerte des normalen Tastgradbereichs Dnr durch eine direkte Berechnung unter Verwendung der Gleichungen (8) und (9.2) und der erlangten Werte von Wout und Win zu erhalten.
In Schritt S4 erlangt der Anomalieerfassungsabschnitt 60 den Wert des Tastgrades Dh, der derzeit durch den Spannungshochsetzsteuerungsabschnitt 55 berechnet wird. Wenn dieser Wert innerhalb des normalen Tastgradbereichs Dnr liegt (JA-Entscheidung), wird beurteilt, dass der Spannungswandler 20 normal arbeitet (S6), wobei dann ein Anomaliezähler gelöscht wird (Schritt S7). Diese Ausführung der Verarbeitungsroutine wird dann beendet.
Wenn der Wert des Tastgrades Dh außerhalb des normalen Tastgradbereichs Dnr liegt, wird der Anomaliezähler inkrementiert bzw. erhöht (Schritt S8). Der Zählwert, der durch den Anomaliezähler erhalten wird, wird dann bewertet (Schritt S9). Wenn der Zählwert einen vorbestimmten Wert überschreitet (JA-Entscheidung in Schritt S9), wird beurteilt, dass es eine Anomalie in dem Spannungswandler 20 gibt (Schritt S10), wobei diese Ausführung der Verarbeitungsroutine anschließend beendet wird.
Auf diese Weise wird eine Entscheidung getroffen, dass es eine Anomalie des Spannungswandlers 20 nur gibt, wenn der Zählwert, der durch den Anomaliezähler erreicht wird, einen vorbestimmten Wert erreicht, der anzeigt, dass der Tastgrad Dh kontinuierlich außerhalb des normalen Tastgradbereichs Dnr für mehr als die vorbestimmte Anzahl von Verarbeitungszyklen geblieben ist. Dies dient dazu, Beurteilungsfehler zu verhindern, die durch Effekte eines elektrischen Rauschens oder durch momentane Verarbeitungsfehler verursacht werden.
Es wäre jedoch alternativ möglich, die Möglichkeit derartiger Beurteilungsfehler zu ignorieren und unmittelbar zu beurteilen, dass es eine Anomalie des Spannungswandlers 20 gibt, wenn eine NEIN-Entscheidung in einer Ausführung von Schritt S5 erreicht wird (d.h. die Schritte S7 bis S9 gemäß 5 werden weggelassen).
Gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel, wie es vorstehend beschrieben ist, stellt der Anomalieerfassungsabschnitt 60 des Spannungswandlersteuergeräts 50 den normalen Tastgradbereich auf der Grundlage einer Parabel ein, die durch Gleichung (8) ausgedrückt wird und von der Schaltung des Spannungswandlers 20 und den Werten der EMF und des internen Widerstands der Batterie 1 hergeleitet wird. Wenn die Werte des Tastgrades Dh, die aufeinanderfolgend von dem Spannungshochsetzsteuerungsabschnitt 55 ausgegeben werden, kontinuierlich außerhalb des normalen Tastgradbereichs Dnr für länger als eine vorbestimmte Dauer (eine vorbestimmte Anzahl von Ausführungen der Beurteilungsverarbeitungsroutine) bleiben, wird beurteilt, dass es eine Anomalie des Spannungswandlers 20 gibt.
In der Gleichung (8) wird anstelle einer Verwendung der Ausgangsseitenspannung Vsys, die durch den Ausgabespannungssensor 32 erfasst wird, der Ausgabespannungsbefehlswert Vsys* als die Ausgangsseitenspannungsinformationen (d.h. die Informationen, die die Ausgabespannung des Spannungswandlers 20 anzeigen) verwendet. Somit wird die Anomaliebeurteilung nicht durch Fehler in den Werten, die durch den Ausgabespannungssensor 32 erfasst werden, oder durch Variationen in den Eigenschaften bzw. Kennlinien des Ausgabespannungssensors 32 beeinflusst, sodass eine Anomalie des Spannungswandlers 20 zuverlässig erfasst werden kann.
Zweites Ausführungsbeispiel
Die Art und Weise einer Einstellung des normalen Tastgradbereichs Dnr gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel wird unter Bezugnahme auf die 6 bis 8 beschrieben.
Gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel wird der normale Tastgradbereich Dnr auf der Grundlage einer Parabelkennlinie bzw. Parabeleigenschaft eingestellt, die die Beziehung zwischen dem Tastgrad Dh und der Batterieleistung (P_B) ausdrückt. Die Batterie-EMF (VB), die in Gleichung (8) verwendet wird, um die Parabel zu berechnen, ist jedoch der Wert, der erhalten wird, wenn der Spannungsabfall über dem internen Batteriewiderstand R_B idealerweise Null ist. In der Praxis ist es schwierig, die tatsächlichen (derzeitigen) Werte der Batterie-EMF und des internen Batteriewiderstands zu erhalten. Somit ist es bei einem Gerät in der Praxis im Allgemeinen erforderlich, Werte für VB und R_B auf der Grundlage einiger angenommener Bedingungen zu schätzen.
Aus diesem Grund ist es wünschenswert für das Spannungswandlersteuerungsgerät 50, eine Anomalieerfassung auf der Grundlage von Informationen auszuführen, die normalerweise verfügbar sind, ohne dass Informationen erforderlich sind, die die Batterie-EMF und den internen Widerstand betreffen.
Unter Bezugnahme auf 1 wird die Eingangsseitenspannung Vin des Spannungswandlers 20 durch nachstehende Gleichung (10) ausgedrückt. $V_{i n} = V_{B} - R_{B} x I_{B}$
Während eines Antriebsbetriebs des Spannungswandlers 20 ist Vin < VB, da der Batteriestrom I_B > 0 ist, wohingegen während eines Regenerationsbetriebs Vin > V_B ist, da I_B < 0 ist.
Gleichung (10) besagt, dass der Eingangsseitenspannungswert Vin Informationen über die Batterie-EMF (V_B) und den internen Widerstand (R_B) beinhaltet. Somit kann der Spannungshochsetzsteuerungsabschnitt 55 den erfassten Wert der Eingangsseitenspannung Vin (der notwendigerweise zur Berechnung des Forward-Feedback-Ausdrucks duty_ff erforderlich ist) anstelle der Batterie-EMF- und der internen Widerstandswerte verwenden.
Aus Ergebnissen, die durch tatsächliche Messungen und durch Computersimulationen erhalten werden, für einen spezifischen Ausgabespannungsbefehlswert Vsys* (der als X[V] angezeigt ist), wird die in 6 gezeigte Kennlinienabbildung erhalten. Dies betrifft jeweilige Werte der Eingangsseitenspannung Vin, der Batterieleistung (P_B) und des Tastgrades Dh. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel wird eine Vielzahl derartiger Kennlinienabbildungen verwendet, die jeweils unterschiedlichen Ausgabespannungsbefehlswerten entsprechen.
In 6 nehmen die Werte der Eingangsseitenspannung Vin, die als Vin(1), Vin(2), Vin(3), Vin(4) bezeichnet sind, von Vin(1) als der niedrigste Wert zu. Je höher der Wert von Vin ist, desto höher wird der entsprechende Tastgrad Dh. Für jeden spezifischen Wert von Vin ist/sind während eines Antriebsbetriebs (P_B > 0) der entsprechende Wert/die entsprechenden Werte des Tastgrades Dh kleiner als während eines Regenerationsbetriebs (P_B < 0). Des Weiteren ist während sowohl eines Antriebsbetriebs als auch eines Regenerationsbetriebs für jeden spezifischen Wert von Vin die Variationsgröße der entsprechenden Werte des Tastgrades Dh in Bezug auf eine Variation der Batterieleistung PB klein (sodass die jeweiligen Kennliniensegmente, die Vin(1)-Vin(4) in 6 entsprechen, im Wesentlichen vertikal sind).
Somit werden gemäß diesem Ausführungsbeispiel die Grenzen des normalen Tastgradbereichs Dnr wie nachstehend beschrieben eingestellt. Wenn beispielsweise der Eingabespannungswert Vin(1) ist, wird der Antriebsgrenzpunkt P (der Schnittpunkt zwischen der Kennlinie für Vin(1) und der zulässigen Batterieentladungsleistung Wout während eines Antriebsbetriebs) als der niedrigste Wert (min) des normalen Tastgradbereichs Dnr eingestellt, während der Regenerationsgrenzpunkt R (der Schnittpunkt zwischen der Kennlinie für Vin(1) und der zulässigen Batterieladungsleistung Win während eines Regenerationsbetriebs) als der höchste Wert (max) des Bereichs Dnr eingestellt wird. Der normale Tastgradbereich Dnr wird hierdurch (in Bezug auf einen spezifischen Wert X[V] von Vsys*) bestimmt, wenn der Eingabespannungswert Vin(1) ist.
Somit kann gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der normale Tastgradbereich Dnr eingestellt werden, ohne eine Parabelkennlinie zu verwenden, wie sie gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel verwendet wird. Der Anomalieerfassungsabschnitt 60 gemäß diesem Ausführungsbeispiel umfasst einen nicht-flüchtigen Speicher (in der Zeichnung nicht gezeigt), in dem eine Vielzahl von Kennlinienabbildungen der Form, die in 6 gezeigt ist, entsprechend jeweiliger unterschiedlicher Werte des Ausgabespannungsbefehlswerts Vsys* im Voraus gespeichert wird. Indem die derzeit erlangten Werte von Vin, Wout und Win bei einer derartigen Kennlinienabbildung angewendet werden, die entsprechend dem derzeitigen Wert von Vsys* ausgewählt wird, wird der entsprechende normale Tastgradbereich Dnr erhalten.
Wenn der Ausgabespannungsbefehlswert Vsys* zunimmt, verschieben sich dementsprechend die P_B-Vin-Kennliniensegmente, die in 6 gezeigt sind, in ihrer Gesamtheit in eine Richtung einer Abnahme der entsprechenden Werte des Tastgrades Dh.
Die Beziehung zwischen Werten der Eingangsseitenspannung Vin und des Tastgrades Dh kann in der Form der in 7 gezeigten Kennlinienabbildung (die wie 6 einem spezifischen Wert von Vsys* entspricht) neu angeordnet werden. Wie es gezeigt ist, gilt, dass je kleiner die zulässige Batterieladungsleistung Win ist und je größer die zulässige Batterieentladungsleistung Wout ist, desto breiter wird der normale Tastgradbereich Dnr. Da jedoch die Änderungsgröße von Dnr klein ist, haben Variationen in Win oder Wout keine große Wirkung.
Somit wäre es, um einen ungefähren normalen Tastgradbereich Dnr zu erhalten, möglich, vorbestimmte fixierte Werte für Wout und Win zu verwenden. In diesem Fall sind die einzigen Informationselemente, die erlangt werden müssen, der Befehlswert Vsys* (zur Auswahl der geeigneten Kennlinienabbildung) und der erfasste Wert von Vin.
Eine Anomalieerfassungsverarbeitung, die durch das zweite Ausführungsbeispiel ausgeführt wird, wird unter Bezugnahme auf das Flussdiagramm gemäß 8 beschrieben. Nur Punkte, die von der Verarbeitung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel unterschiedlich sind, werden beschrieben. Spezifisch werden Schritte S1-2A und S2A des Flussdiagramms gemäß 5 für das erste Ausführungsbeispiel durch Schritte S1-2B bzw. S2B in dem Flussdiagramm gemäß 8 für das zweite Ausführungsbeispiel ersetzt. In anderer Hinsicht ist die Verarbeitung gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel ähnlich zu der gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel.
In Schritt S1-2B wird der Wert der Eingangsseitenspannung Vin, die dem Spannungshochsetzsteuerungsabschnitt 55 eingegeben wird, erlangt. In Schritt S2B wird eine aus einer Vielzahl von PB-Vin-Dh-Kennlinienabbildungen (die im Voraus erzeugt und gespeichert werden, wie es vorstehend beschrieben ist), von denen jede die in 6 gezeigte Form aufweist, entsprechend dem Ausgabespannungsbefehlswert Vsys* (der in der vorangegangenen Ausführung von Schritt S1-1 erlangt wird) ausgewählt. Der normale Tastgradbereich Dnr wird dann eingestellt, indem die Werte der zulässigen Batterieladungsleistung Win und der zulässigen Batterieentladungsleistung Wout (die in der vorangegangenen Ausführung von Schritt S1-3 erlangt werden) und der derzeit erfasste Wert der Eingangsseitenspannung Vin bei der ausgewählten Kennlinienabbildung angewendet werden. Wenn der Wert von Vin Vin(1) ist, der in 6 gezeigt ist, werden beispielsweise die Werte des Tastgrades Dh erhalten, die den Schnittpunkten P, R, entsprechen. Diese bilden die oberen und unteren Grenzwerte des normalen Tastgradbereichs Dnr.
Wie es vorstehend beschrieben ist, wäre es möglich, ein Erlangen der tatsächlichen Werte von Win und Wout wegzulassen, wenn eine Näherungsbestimmung des normalen Tastgradbereichs Dnr ausreichend ist. In der Praxis ist es schwierig, die Werte des internen Batteriewiderstands RB und der Batterie-EMF VB zu erhalten, die sie für eine Einstellung des normalen Tastgradbereichs Dnr in dem Fall gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel erforderlich sind. Mit dem zweiten Ausführungsbeispiel wird jedoch der derzeit erfasste Wert der Eingangsseitenspannung Vin anstelle der Werte von RB und VB verwendet. Es ist erforderlich, die Eingangsseitenspannung Vin in jedem Fall (für den üblichen Zweck einer Steuerung des Betriebs des Spannungswandlers 20) zu erfassen. Somit ist das Spannungswandlersteuerungsgerät 50 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel praktischer als das gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel, während ähnliche Wirkungen wie die gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel bereitgestellt werden.
Drittes Ausführungsbeispiel
Die Art und Weise einer Einstellung des normalen Tastgradbereichs Dnr gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung wird unter Bezugnahme auf die 9 bis 13 beschrieben.
Gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel, das vorstehend beschrieben ist (um den normalen Tastgradbereich Dnr genau zu bestimmen), ist es erforderlich, die Eingangsseitenspannung Vin zusammen mit den Werten der zulässigen Batterieladungsleistung Win und der zulässigen Batterieentladungsleistung Wout zu erlangen.
Es ist jedoch erforderlich, die Möglichkeit eines Sensorfehlers (des Eingabespannungssensors) zu berücksichtigen, da sie zu einer nicht korrekten Beurteilung führen kann, dass der Tastgrad fehlerhaft ist. Des Weiteren kann es für den Hersteller des Spannungswandlersteuerungsgeräts 50 schwierig sein, die Werte der zulässigen Batterieladungsleistung Win und der zulässigen Batterieentladungsleistung Wout für den spezifischen Batterietyp, der verwendet wird, zu erhalten.
Aus diesen Gründen ermöglicht es das dritte Ausführungsbeispiel, den normalen Tastgradbereich Dnr zu bestimmen, ohne dass Informationen die Eingangsseitenspannung Vin oder Win und Wout betreffend erforderlich sind.
Die einzigen Informationen, die durch den Anomalieerfassungsabschnitt 60 gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel erforderlich sind (d.h. die bei jeder Ausführung einer Anomalieerfassungsverarbeitungsroutine zusätzlich zu dem Tastgrad Dh und dem Ausgabespannungsbefehlswert Vsys* aktualisiert werden müssen) sind der Wert der Leistung (P_Bn), die derzeit zu/von der Batterie 1 zugeführt wird, und der höchste Wert V_max und der niedrigste Wert V_min, die für die Eingangsseitenspannung Vin des Spannungswandlers 20 erwartet werden können, wenn die Batterie-(Ladungs-/Entladungs-)Leistung Null ist, d.h. die höchsten und niedrigsten Werte, die für die Batterie-EMF (VB) erwartet werden können.
Diese Grenzwerte von Vin werden in Verbindung mit dem derzeitigen Wert der Batterieleistung (P_Bn) verwendet, um einen Bereich möglicher Werte zu berechnen, die durch die Eingangsseitenspannung Vin erreicht werden können. Dieser Spannungsbereich wird nachstehend als der „erreichbare Vin-Bereich“ (entsprechend einem spezifischen Wert der Batterieleistung) bezeichnet. Er wird auf der Grundlage einer vorbestimmten Beziehung zwischen Werten der Batterieleistung P_B und der Eingangsseitenspannung Vin (die graphisch in der nachstehend beschriebenen 9 gezeigt ist) hergeleitet. Der erreichbare Vin-Bereich wird dann bei einer in 12 gezeigten Kennlinienabbildung (von der Form gemäß 7 des zweiten Ausführungsbeispiels, die Werte von Vin und des Tastgrades Dh für einen spezifischen Ausgabespannungsbefehlswert Vsys* betrifft) angewendet, um den normalen Tastgradbereich Dnr zu erhalten.
Die Beziehung zwischen Werten der Batterieleistung PB und der Eingangsseitenspannung Vin wird wie nachstehend beschrieben hergeleitet. Zuerst kann durch ein Modifizieren der vorstehenden Gleichung (10) die nachstehende Gleichung (11) erhalten werden. $I_{B} = \frac{V_{B} - V_{i n}}{R_{B}}$
Gleichung (11) ist von der Form der vorstehenden Gleichung (5), wobei aber V₀ durch Vin ersetzt ist. Somit kann durch ein Ersetzen von V₀ durch Vin in Gleichung (6) die nachstehende Gleichung (12) erhalten werden. $P_{B} = - (\frac{1}{R_{B}}) \times {(V_{i n} - \frac{V_{B}}{2})}^{2} + \frac{V_{B}^{2}}{4 R_{B}}$
Wie es in 9 gezeigt ist, ist, wenn sie mit einem Wert von Vin entlang der horizontalen Achse und von (P_B) entlang der vertikalen Achse aufgezeichnet wird, die durch Gleichung (12) ausgedrückte Kennlinie eine nach oben ragende Parabel. Spezifisch werden zwei Parabeln Sα, Sß (Vin-P_B-Kennlinien) erhalten, die jeweils einem Antriebsbetrieb (P_B > 0) und einem Regenerationsbetrieb (P_B < 0) entsprechen.
Die Koordinaten der Scheitelpunkte der Kennlinien Sa, Sß werden durch nachstehende Gleichung (13) ausgedrückt, wobei (V_B) den Wert Vin_max in dem Fall der Kennlinie Sα und Vin_min in dem Fall der Kennlinie Sß annimmt. $M (\frac{V_{B}}{2}, \frac{V_{B}^{2}}{4 R_{B}})$
Die minimalen und maximalen Werte (Vin_min und Vin_max) der Batterie-EMF V_B sind bekannte Werte, wie sie beispielsweise durch den Batteriehersteller garantiert werden. Somit ist Vin innerhalb eines bekannten Bereichs (Vin_min bis Vin_max), wenn die Ladungs-/Entladungsleistung der Batterie Null ist.
Wie es in 9 gezeigt ist, liegt bei der Ladungsgrenze Vin_max auf der So-Kennlinie, während bei der Entladungslinie Vin_min auf der Sß-Kennlinie liegt.
Die Koordinaten des Scheitelpunkts Mα der So-Kennlinie kann durch nachstehende Gleichung (14.1) ausgedrückt werden, die erhalten wird, indem Vin_max als V_B in Gleichung (13) eingesetzt wird. Auf ähnliche Weise können die Koordinaten des Scheitelpunkts Mβ der Sβ-Kennlinie durch nachstehende Gleichung (14.2) ausgedrückt werden, die erhalten wird, indem Vin_min als V_B in Gleichung (13) eingesetzt wird. $M_{α} (\frac{V i n_m a x}{2}, \frac{V i n_m a x^{2}}{4 R_{B}})$
$M_{β} (\frac{V i n_m i n}{2}, \frac{V i n_m i n^{2}}{4 R_{B}})$
Der querschraffierte Bereich in 9 definiert die Grenzen der erreichbaren Vin-Bereiche, die jeweiligen Werten der Batterieleistung P_B (wie vorstehend definiert) entsprechen. Spezifisch ist für den Fall eines Antriebsbetriebs (P_B > 0) jeder Wert einer Eingangsseitenspannung Vina des querschraffierten Bereichs der Sα-Kennlinie der obere Grenzwert der Eingangsseitenspannung Vin bei einem spezifischen Wert der Batterieentladungsleistung. Auf ähnliche Weise ist für den Fall eines Regenerationsbetriebs (P_B < 0) jeder Wert der Eingangsseitenspannung Vin des querschraffierten Bereichs der Sß-Kennlinie der untere Grenzwert von Vin bei einem spezifischen Wert der Batterieladungsleistung.
Der Wert der Batterieleistung (P_B) bei der jetzigen Zeit während eines Antriebsbetriebs wird als P_Bn_pw in 9 bezeichnet. Wenn der Schnittpunkt zwischen P_Bn_pw und der So-Kennlinie in dem schraffierten Bereich als Vino_UL bezeichnet wird, wird geschätzt, dass der erreichbare Vin-Bereich während eines Antriebsbetriebs von Vin_min bis Vinα_UL reicht.
Der derzeitige Wert der Batterieleistung PB während eines Regenerationsbetriebs wird als PBn_rg bezeichnet. Wenn der Schnittpunkt zwischen P_Bn_rg und der Sß-Kennlinie in dem schraffierten Bereich als Vinβ_LL bezeichnet wird, wird geschätzt, dass der erreichbare Vin-Bereich (bei dem Wert der Batterieleistung PBn) während eines Regenerationsbetriebs von Vinβ_LL bis Vin_max reicht.
Wie es durch Gleichungen (14.1), (14.2) gezeigt ist, hängen die Werte der Batterieleistung, die jeweils den Scheitelpunkten der Sa-Vin-PB-Kennlinie und der Sß-Vin-PB-Kennlinie entsprechen, von dem internen Batteriewiderstand RB ab. In der Praxis kann es jedoch, wie es für das zweite Ausführungsbeispiel beschrieben ist, schwierig sein, den Wert von R_B zu erhalten. Somit sind einige Verfahren zum Schätzen dieses Werts erforderlich.
Vin-P_B-Kennlinien, die unter Verwendung von zwei Werten des internen Batteriewiderstands R_B1 und R_B2 (R_B1 < R_B2) definiert werden, sind in 10 gezeigt. Die Kennlinien werden als Sα1 und Sα2 in dem Fall eines Antriebsbetriebs bezeichnet, die jeweils Scheitelpunkte Mα1, Mα2 aufweisen, und als Sβ1, Sβ2 in dem Fall eines Regenerationsbetriebs bezeichnet, die jeweils Scheitelpunkte Mβ1, Mβ2 aufweisen.
Die Werte der Batterieleistung (PB), die den Scheitelpunkten Mα, Mβ entsprechen, sind umgekehrt proportional zu den entsprechenden Werten des internen Batteriewiderstands RB. Somit ist, wie es in 10 gezeigt ist, die (PB)-Koordinate des Scheitelpunkts Mα1 größer als die von Ma2, sodass die Parabelkennlinie Sα1 in einem größeren Ausmaß nach oben herausragt als die Sa2-Kennlinie. Auf ähnliche Weise ist die (PB)-Koordinate des Scheitelpunkts Mβ1 größer als die von Mβ2, sodass die Parabelkennlinie Sβ1 in einem größeren Umfang nach oben herausragt als die Sβ2-Kennlinie.
Somit gilt in Bezug auf den Antriebsbetrieb, dass je größer der interne Batteriewiderstand R_B ist, desto größer wird Vino_UL (Wert von Vin bei dem Schnittpunkt zwischen der P_Bn_pw-Koordinate und der Pb-Vin-Kennlinie Sa). Während des Regenerationsbetriebs gilt, dass je niedriger der interne Batteriewiderstand (R_B) ist, desto kleiner wird Vinβ_UL (Wert von Vin bei dem Schnittpunkt zwischen der PBn_rg-Koordinate und der Pb-Vin-Kennlinie Sß).
Somit gilt sowohl während des Antriebsbetriebs als auch während des Regenerationsbetriebs, dass je niedriger der Wert des internen Batteriewiderstands (R_B) ist, desto breiter wird der erreichbare Vin-Bereich bei dem derzeitigen Wert der Batterieleistung (P_Bn). Somit sollte von dem Gesichtspunkt einer Sicherstellung, dass eine Anomalie nur erfasst wird, wenn es sicher ist, dass es tatsächlich eine Anomalie gibt, der angenommene Wert des internen Batteriewiderstands RB der kleinste sein, der in einem praktischen Betrieb vorhergesehen werden kann.
Der interne Batteriewiderstand RB variiert umgekehrt proportional zu der Batterietemperatur T_B, sodass der niedrigste Wert, der durch die Batterietemperatur erreicht wird, erreicht werden wird, wenn die Batterietemperatur bei dem maximalen Wert ist, der in einer praktischen Verwendung erreichbar ist. Dies ist in 11 veranschaulicht, in der ein praktischer Bereich von Werten der Batterietemperatur T_B von -30°C bis 60°C angenommen wird. In Anbetracht hiervon, und da der interne Batteriewiderstand (R_B) in großem Umfang mit einer Änderung der Temperatur variiert, ist es zu bevorzugen (wenn der tatsächliche Wert von T_B nicht verfügbar ist), die Pb-Vin-Kennlinien Sα, Sβ, die in 9 gezeigt sind, zu definieren, indem der niedrigste Wert des internen Batteriewiderstands verwendet wird, von dem erwartet wird, dass er innerhalb eines praktischen Bereichs von Batterietemperaturwerten erreicht wird.
Wenn jedoch die tatsächliche Batterietemperatur T_B überwacht werden kann, kann der tatsächliche interne Batteriewiderstand RB auf der Grundlage der in 11 gezeigten Temperaturkennlinie geschätzt werden. Auch wenn die tatsächliche Batterietemperatur T_B nicht genau erhalten werden kann, kann es möglich sein abzuschätzen, dass T_B innerhalb eines spezifischen Bereichs von Temperaturen liegt. Dies kann möglicherweise auf der Grundlage beispielsweise der Temperatur der Umgebung der Batterie ausgeführt werden. In diesem Fall kann der interne Batteriewiderstand R_B als der Wert spezifiziert werden, der der niedrigsten Temperatur innerhalb des geschätzten Umgebungstemperaturbereichs entspricht. Des Weiteren können Faktoren, die zu der Batterietemperatur unterschiedlich sind, den Wert des internen Batteriewiderstands beeinflussen, wie beispielsweise der Ladungszustand (SOC) der Batterie. Es wäre möglich, ebenso derartige andere Faktoren als Parameter bei einer Schätzung des niedrigsten Werts zu verwenden, der für den internen Batteriewiderstand erwartet werden kann.
Die Art und Weise eines Erhaltens des normalen Tastgradbereichs Dnr gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel, das auf dem erreichbaren Vin-Bereich beruht, wird unter Bezugnahme auf 12 beschrieben. Wie für 7 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel ist 12 eine Dh-Vin-Kennlinienabbildung, die Kennlinien zeigt, die bei einem spezifischen Ausgabespannungsbefehlswerts Vsys* (als X[V] bezeichnet) Werte eines Tastgrades Dh und einer Eingangsseitenspannung Vin für den Fall eines Antriebsbetriebs bzw. eines Regenerationsbetriebs zeigen (die Kennlinien, die als f_pw bzw. f_rg bezeichnet werden). Eine Vielzahl derartiger Kennlinienabbildungen wird im Voraus erzeugt und gespeichert, die jeweils unterschiedlichen Werten von Vsys* entsprechen. Diese Dh-Vin-Kennlinienabbildungen werden erzeugt, wie es für das zweite Ausführungsbeispiel unter Bezugnahme auf die 6 und 7 vorstehend beschrieben ist, aber ohne Werte von Win und Wout zu erlangen und anzuwenden.
Um die oberen und unteren Grenzen des normalen Tastgradbereichs Dnr während eines Antriebsbetriebs des Spannungswandlers 20 zu bestimmen, wird zuerst der erreichbare Vin-Bereich entsprechend dem Batterieleistungswert PBn bestimmt, d.h., die Vin_min- und Vinα_UL-Grenzwerte werden erhalten, wie es vorstehend beschrieben ist. Wie es in 12 gezeigt ist, werden diese Grenzewerte dann bei der f_pw-Kennlinie der Vin-Dh-Kennlinienabbildung angewendet, die dem Befehlswert Vsys* entspricht, um entsprechende Werte des Tastgrades Dh als die oberen und unteren Grenzwerte des normalen Tastgradbereichs Dnr zu erhalten, wie es in 12 gezeigt ist.
Der normale Tastgradbereich Dnr wird auf ähnliche Weise in dem Regenerationsbetrieb bestimmt. In diesem Fall werden die Grenzwerte Vinβ_LL und Vin_max des erreichbaren Vin-Bereichs bei der f_rg-Kennlinie angewendet.
13 ist ein Teilflussdiagramm einer Anomalieerfassungsverarbeitungsroutine, die durch dieses Ausführungsbeispiel ausgeführt wird. Die grundsätzlichen Unterschiede zwischen dieser Verarbeitung und der gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel (die in der vorstehenden 8 gezeigt ist) sind wie nachstehend beschrieben:

Schritte S1-2B, S1-3, S2-B und S3 gemäß 8 werden durch Schritt S1-3B (Erlangung des Werts der Batterieleistung PBn), Schritt S2-D und Schritte S3A bis S3F ersetzt.
In Schritt S2-D wird eine Entscheidung getroffen, ob PBn ein positiver oder negativer Wert ist. Wenn er positiv ist (was einen Antriebsbetrieb anzeigt), werden die Schritte S3A bis S3C ausgeführt, um den normalen Tastgradbereich Dnr zu erhalten. Wenn PBn negativ ist (was einen Regenerationsbetrieb anzeigt), werden die Schritte S3D bis S3F ausgeführt, um Dnr zu erhalten.
In Schritt S3A wird der Wert der Batterieleistung PBn bei der in 9 gezeigten Sα-P_B-Vin-Kennlinie angewendet, um den Vinα_UL-Wert von Vin zu erhalten. In diesem Fall reicht der erreichbare Vin-Bereich von Vin_min (der niedrigste mögliche Wert von Vin während eines Antriebsbetriebs) bis Vinα_UL. In Schritt S3B wird eine f_pw-Kennlinienabbildung entsprechend dem Wert von Vsys* ausgewählt, der in Schritt S1-1 erlangt wird. In Schritt S3C wird der erreichbare Vin-Bereich bei der ausgewählten f_pw-Kennlinie angewendet, wie es in 12 gezeigt ist, um den normalen Tastgradbereich Dnr zu erhalten.
In Schritt S3D wird der Wert PBn bei der Sß-PB-Vin-Kennlinie angewendet, um den Vinβ_LL-Wert von Vin zu erhalten. In diesem Fall reicht der erreichbare Vin-Bereich von Vinβ_LL bis Vin_max (der höchste mögliche Wert von Vin während des Regenerationsbetriebs). In Schritt S3E wird eine f_rg-Kennlinienabbildung entsprechend dem Wert von Vsys* ausgewählt. In Schritt S3F wird der erreichbare Vin-Bereich bei der f_rg-Kennlinie angewendet, um den normalen Tastgradbereich Dnr zu erhalten.

Die nachfolgenden Schritte, die Schritt S4 (Erlangen des Tastgradwerts) umfassen und davon ausgehen, sind zu denen gemäß 8 identisch. Es wird angenommen, dass eine Sa-, Sß-Kennlinienabbildung der in 9 gezeigten Form, die auf der Grundlage vorbestimmter Werte des internen Batteriewiderstands R_B und der Werte von Vin_min und Vin_max erzeugt wird, für eine Verwendung bei der Ausführung der Schritte S3A und S3B im Voraus vorbereitet und gespeichert worden ist. Alternativ hierzu könnte, wenn ein tatsächlicher (derzeit überwachter) Wert des internen Batteriewiderstands RB erlangt werden kann, dieser verwendet werden, um eine Sa-, Sß-Kennlinienabbildung vor einer Ausführung der Schritte S3A bis S3C oder S3D bis S3F zu erzeugen.
Gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel, wie es vorstehend beschrieben ist, werden zwei normale Tastgradbereiche Dnr bestimmt, die während eines Antriebsbetriebs bzw. während eines Betriebs des Spannungswandlers 20 angewendet werden. Jeder normale Tastgradbereich kann auf genaue Weise bestimmt werden, ohne dass eine Verwendung erfasster Werte der Eingangsseitenspannung Vin erforderlich ist, sodass die normalen Tastgradbereiche bestimmt werden können, ohne durch Spannungssensorfehler beeinflusst zu werden. Zusätzlich ist es nicht erforderlicht, Werte der zulässigen Batterieladungsleistung Win und der zulässigen Batterieentladungsleistung Wout für den spezifischen Typ (das Modell) der Batterie, die verwendet werden wird, zu erhalten, d.h. Informationen, für die es für den Hersteller des Spannungswandlersteuerungsgeräts 50 schwierig sein kann, diese zu erhalten.
Des Weiteren kann durch ein Definieren der Vin-PB-Kennlinien Sα, Sβ unter Verwendung des niedrigsten Werts, der für den internen Batteriewiderstand RB erwartet werden kann, eine fehlerhafte Erfassung einer Anomalie des Spannungswandlers 20 auf effektive Weise verhindert werden.
Weitere Ausführungsbeispiele
Die vorliegende Erfindung ist bezüglich einer Anwendung nicht auf einen Spannungswandler begrenzt, der ein Hochsetzen einer Eingabespannung ausführt, sondern wäre gleichsam bei einem Abwärtstyps bzw. Step-Down-Typ eines Spannungswandlers anwendbar. In diesem Fall würden der Spannungssteuerungsabschnitt und der Spannungsumwandlungsabschnitt des Spannungswandlers aus einem Spannungshochsetzsteuerungsabschnitt bzw. einem Spannungshochsetzabschnitt anstelle des Spannungshochsetzsteuerungsabschnitts 55 und des Spannungshochsetzabschnitts 22 gemäß den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen bestehen.
Mit den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen wandelt die Lastschaltung des Spannungswandlers 22 eine Gleichstromspannung in eine 3-Phasen-Wechselspannung für ein Antreiben eines Motorgenerators 8 um. Die Erfindung wird jedoch gleichsam bei anderen Typen einer Lastschaltung anwendbar sein, beispielsweise einer H-Brückenschaltung, die einen Gleichstrommotor antreibt.
Des Weiteren könnte ein einzelner Spannungswandler 20 mit einer Vielzahl von Lastschaltungen verbunden sein.
Des Weiteren ist die Erfindung nicht auf den Fall begrenzt, bei dem der Spannungswandler eine Lastschaltung, wie beispielsweise einen Leistungsumrichter usw., antreibt bzw. ansteuert, der eine elektrische Leistung einem Motorgenerator zuführt, um eine Antriebskraft bei einem Hybridtyp-Fahrzeug oder einem elektrischen Fahrzeug bereitzustellen. Die Erfindung könnte gleichsam angewendet werden, wenn die elektrische Leistung einem Hilfsgenerator eines Fahrzeugs zugeführt wird, oder bei einer rotierenden Maschine angewendet werden, die nicht in Fahrzeugen verwendet wird, wie beispielsweise in Zügen usw.. Des Weiteren wäre die Erfindung ebenso bei einem Gerät anwendbar, das hohe Spannungen verwendet, wie beispielsweise Entladungsröhren oder Röntgenmaschinen usw..
Somit ist die vorstehende Beschreibung der Ausführungsbeispiele in einem beschreibenden und nicht in einem einschränkenden Sinne zu verstehen, wobei verschiedene Modifikationen der Ausführungsbeispiele geplant werden können, die in den Umfang fallen, der für die Erfindung beansprucht wird, wie es in den beigefügten Patentansprüchen angegeben ist.
Ein Spannungswandlersteuerungsgerät steuert wiederholte Schaltbetriebe eines Spannungswandlers für eine Umwandlung zwischen einer Anschlussspannung einer Batterie als eine Eingangsseitenspannung und einer Anschlussspannung eines Leistungsumrichters als eine Ausgangsseitenspannung, indem ein Befehlswert eines Tastgrades des Schaltens entsprechend einem Befehlswert der Ausgangsseitenspannung bestimmt wird. Das Spannungswandlersteuerungsgerät stellt einen normalen Tastgradbereich ein, der Grenzwerte des Tastgrades für einen normalen Betrieb des Spannungswandlers definiert, wobei die Grenzwerte auf der Grundlage von Informationen bestimmt werden, die den Befehlswert der Ausgangsseitenspannung umfassen.

Claims

Spannungswandlersteuerungsgerät (50), das einen Spannungshochsetzsteuerungsabschnitt (55) und einen Anomalieerfassungsabschnitt (60) jeweils für ein Steuern eines Spannungswandlers (20) und ein Erfassen eines anomalen Betrieb des Spannungswandlers (20) umfasst, wobei der Spannungswandler (20) zwischen einer Batterie (1) und einem Leistungsumrichter (7) angeschlossen ist, wobei der Spannungshochsetzsteuerungsabschnitt (55) den Spannungswandler (20) für eine Ausführung einer Umwandlung zwischen einer Anschlussspannung der Batterie (1) als eine Eingangsseitenspannung (Vin) und einer Anschlussspannung des Leistungsumrichters (7) als eine Ausgangsseitenspannung (Vsys) steuert, wobei der Spannungswandler (20) eine Drossel (21) und einen Spannungshochsetzabschnitt (22) umfasst, die zwischen der Batterie (1) und dem Leistungsumrichter (7) in Reihe geschaltet sind, wobei der Spannungshochsetzabschnitt (22) Schaltelemente (23, 24) umfasst, die durch den Spannungshochsetzsteuerungsabschnitt (55) für ein Ein-/Aus-Schalten gesteuert werden, um wiederholt eine elektrische Energie in der Drossel (21) und aus der Drossel (21) zu speichern und zu entladen; der Spannungshochsetzsteuerungsabschnitt (55) eine Schaltung (51, 52, 53, 54) umfasst, die konfiguriert ist, einen Tastgrad (Dh) eines Schaltens, das durch das Schaltelement (23, 24) auszuführen ist, auf der Grundlage von Informationen zu berechnen, die einen Ausgabespannungsbefehlswert (Vsys*) der Ausgangsseitenspannung (Vsys) umfassen, und der Anomalieerfassungsabschnitt (60) eine Schaltung umfasst, die konfiguriert ist, einen normalen Tastgradbereich (Dnr) als einen Bereich von Werten des Tastgrades (Dh) auf der Grundlage von Informationen, die die Ausgangsseitenspannung (Vsys) anzeigen, und von Informationen bezüglich der Eingangsseitenspannung (Vin) zu bestimmen und einen anormalen Betrieb des Spannungswandlers (20) zu erfassen, wenn eine Anzahl von Tastgradwerten, die aufeinanderfolgend durch den Spannungshochsetzsteuerungsabschnitt (55) berechnet werden, jeweils außerhalb des normalen Tastgradbereichs (Dnr) sind und eine vorbestimmte Anzahl überschreiten; wobei das Spannungswandlersteuerungsgerät (55) dadurch gekennzeichnet ist, dass: die Schaltung des Anomalieerfassungsabschnitts (60) konfiguriert ist, den Ausgabespannungsbefehlswert (Vsys*) zu erlangen und den normalen Tastgradbereich (Dnr) auf der Grundlage des Ausgabespannungsbefehlswerts (Vsys*) als die Informationen zu bestimmen, die die Ausgangsseitenspannung (Vsys) des Spannungswandlers (20) anzeigen.
Spannungswandlersteuerungsgerät (50) nach Anspruch 1, wobei der Spannungswandler (20) selektiv in einer Antriebsbetriebsart, wodurch eine elektrische Leistung, die von der Batterie (1) entladen wird, dem Leistungsumrichter (7) zugeführt wird, und in einer Regenerationsbetriebsart, wodurch eine elektrische Leistung, die durch den Leistungsumrichter (7) erzeugt wird, zugeführt wird, um die Batterie (1) zu laden, betreibbar ist, und wobei die Schaltung des Anomalieerfassungsabschnitts (60) konfiguriert ist: jeweilige Werte einer maximalen zulässigen Ladungsleistung (Win), einer maximalen zulässigen Entladungsleistung (Wout), einer elektromotorischen Kraft (VB) und eines internen Widerstands (RB) der Batterie (1) zu erlangen, eine Beziehung zwischen Werten einer Batterieleistung (P_B) der Batterie (1), des Ausgabespannungsbefehlswerts (Vsys*) und des Tastgrades (Dh) zu berechnen, indem die nachstehende Gleichung, die eine Kennlinie in der Form einer Parabel ausdrückt, angewendet wird: $P_{B} = - (\frac{V s y s *^{2}}{R_{B}}) \times {(D h - \frac{V_{B}}{2 V s y s *})}^{2} + \frac{V_{B}^{2}}{4 R_{B}}$
und den normalen Tastgradbereich (Dnr) als einen Bereich zu bestimmen, der höher als ein Tastgrad entsprechend einer Achse der Parabel ist und der Batterieleistungswerten zwischen dem Wert der maximalen zulässigen Ladungsleistung (Win) und dem Wert der maximalen zulässigen Entladungsleistung (Wout) entspricht.
Spannungswandlersteuerungsgerät (50) nach Anspruch 1, wobei der Anomalieerfassungsabschnitt (60): einen nicht-flüchtigen Speicher umfasst, der darin im Voraus gespeicherte Daten aufweist, die eine Vielzahl von Kennlinienabbildungen ausdrücken, die jeweils unterschiedlichen Ausgabespannungsbefehlswerten (Vsys*) entsprechen, wobei jede der Kennlinienabbildungen eine Beziehung zwischen Werten der Eingangsseitenspannung (Vin) und des Tastgrades (Dh) ausdrückt; und eine Schaltung umfasst, die konfiguriert ist, einen derzeit erfassten Wert der Eingangsseitenspannung (Vin) zu erlangen, eine der Kennlinienabbildungen entsprechend einem derzeit spezifizieren Ausgabespannungsbefehlswert (Vsys*) auszuwählen und den normalen Tastgradbereich (Dnr) auf der Grundlage der ausgewählten Kennlinienabbildung in Verbindung mit dem Eingangsseitenspannungswert zu bestimmen.
Spannungswandlersteuerungsgerät (50) nach Anspruch 3, wobei: der Anomalieerfassungsabschnitt (60) jeweilige Werte einer zulässigen Batterieladungsleistung (Win) und einer zulässigen Batterieentladungsleistung (Wout) der Batterie (1) erlangt; und der normale Tastgradbereich (Dnr) auf der Grundlage der Werte der zulässigen Batterieladungsleistung (Win) und der zulässigen Batterieentladungsleistung (Wout) weiter bestimmt wird.
Spannungswandlersteuerungsgerät (50) nach Anspruch 1, wobei der Anomalieerfassungsabschnitt (60): einen nicht-flüchtigen Speicher umfasst, der darin im Voraus gespeicherte Daten aufweist, die eine Vielzahl von Kennlinienabbildungen entsprechend jeweils unterschiedlicher Ausgabespannungsbefehlswerten (Vsys*) ausdrücken, wobei jede der Kennlinienabbildungen eine Beziehung zwischen der Eingangsseitenspannung(Vin) und dem Tastgradwert ausdrückt; und eine Schaltung umfasst, die konfiguriert ist, einen derzeit erfassten Wert der Batterieleistung und jeweilige Werte einer elektromotorischen Kraft (VB) und eines internen Widerstands (R_B) der Batterie (1) zu erlangen; eine der Kennlinienabbildungen entsprechend einem derzeit spezifizierten Ausgabespannungsbefehlswert (Vsys*) auszuwählen und den erlangten Wert der Batterieleistung bei der ausgewählten Kennlinienabbildung anzuwenden, um eine spezifische Kennlinie zu erhalten, die Werte der Eingangsseitenspannung (Vin) und des Tastgrades (Dh) betrifft, einen minimalen möglichen Wert (Vin_min) und einen maximalen möglichen Wert (Vin_max) der Eingangsseitenspannung zu erlangen; einen erreichbaren Eingabespannungsbereich zu schätzen, der durch maximale und minimale erreichbare Werte der Eingangsseitenspannung (Vin) des Spannungswandlers (20) bei dem derzeit erfassten Wert der Batterieleistung definiert wird, wobei die Schätzung auf dem minimalen möglichen Wert (Vin_min) oder dem maximalen möglichen Wert (Vin_max) und einer Beziehung zwischen der Batterieleistung (PB), der elektromotorischen Kraft der Batterie (VB), dem internen Batteriewiderstand (R_B) und der Eingangsseitenspannung (Vin) beruht, die durch die nachstehende Gleichung ausgedrückt wird: $P_{B} = - (\frac{1}{R_{B}}) \times {(V i n - \frac{V_{B}}{2})}^{2} + \frac{V_{B}^{2}}{4 R_{B}}$
und den normalen Tastgradbereich (Dnr) auf der Grundlage des erreichbaren Eingabespannungsbereichs in Verbindung mit der erhaltenen spezifischen Kennlinie zu bestimmen.
Spannungswandlersteuerungsgerät (50) nach Anspruch 5, wobei der Spannungswandler (20) selektiv in einer Antriebsbetriebsart, wodurch eine elektrische Leistung, die von der Batterie (1) entladen wird, dem Leistungsumrichter (7) zugeführt wird, und in einer Regenerationsbetriebsart, wodurch eine elektrische Leistung, die durch den Leistungsumrichter (7) erzeugt wird, zugeführt wird, um die Batterie (1) zu laden, betreibbar ist, eine erste spezifische Kennlinie, die Werte der Eingangsseitenspannung (Vin) und des Tastgrades (Dh) betrifft und einem Betrieb in der Antriebsbetriebsart entspricht, von der ausgewählten Kennlinienabbildung erhalten wird und verwendet wird, um den normalen Tastgradbereich zu bestimmen, wenn der Spannungswandler (20) in der Antriebsbetriebsart arbeitet, und eine zweite spezifische Kennlinie, die Werte der Eingangsseitenspannung (Vin) und des Tastgrades (Dh) betrifft und einem Betrieb in der Regenerationsbetriebsart entspricht, von der ausgewählten Kennlinienabbildung erhalten wird und verwendet wird, um den normalen Tastgradbereich zu bestimmen, wenn der Spannungswandler (20) in der Regenerationsbetriebsart arbeitet.