DE102017214480A1

DE102017214480A1 - Spannungsumsetzungsvorrichtung

Info

Publication number: DE102017214480A1
Application number: DE102017214480.7A
Authority: DE
Inventors: Takahiro SYOUDA
Original assignee: Yazaki Corp
Current assignee: Yazaki Corp
Priority date: 2016-08-25
Filing date: 2017-08-21
Publication date: 2018-03-01
Also published as: US10461642B2; JP2018033262A; JP6774267B2; US20180062519A1; CN107786089A

Abstract

Eine Spannungsumsetzungsvorrichtung enthält einen ersten und einen zweiten Umsetzer. Der erste Umsetzer erhöht eine Eingangsspannung, die gleich einer oder höher als eine Bezugsspannung ist, (eine hohe Regenerativspannung) effizienter zu einer ersten Spannung, als der zweite Umsetzer die Eingangsspannung, die gleich der oder höher als die Bezugsspannung ist, (eine hohe Regenerativspannung) zu der ersten Spannung erhöht. Der zweite Umsetzer erhöht einer Eingangsspannung, die tiefer als die Bezugsspannung ist, (eine tiefe Regenerativspannung) effizienter zu einer zweiten Spannung, als der erste Umsetzer die Eingangsspannung, die tiefer als die Bezugsspannung ist, (eine tiefe Bezugsspannung) zu der zweiten Spannung erhöht. Die Spannungsumsetzungsvorrichtung verursacht, dass der erste Umsetzer die Eingangsspannung erhöht, wenn die Eingangsspannung gleich der oder höher als die Bezugsspannung ist, und verursacht, dass der zweite Umsetzer die Eingangsspannung erhöht, wenn die Eingangsspannung tiefer als die Bezugsspannung ist.

Description

QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNG(EN)
Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität der japanischen Patentanmeldung Nr. 2016-164948 , eingereicht am 25. August 2016 in Japan, die hier durch Bezugnahme vollständig mit aufgenommen ist.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Spannungsumsetzungsvorrichtung.
2. Beschreibung des Standes der Technik
Konventionell ist eine Spannungsumsetzungsvorrichtung bekannt, die eine Eingangsgleichspannung in eine vorgegebene Spannung umsetzt. Die Spannungsumsetzungsvorrichtung ist z. B. an einem Fahrzeug, wie z. B. einem Elektrofahrzeug (EV), angebracht und lädt eine Speicherbatterie durch das Erhöhen einer Regenerativspannung, die gemäß einer Regenerationssteuerung des Fahrzeugs erzeugt wird, zu einer vorgegebenen Spannung (zur Bezugnahme japanische Offenlegungsschrift Nr. 2011-30355 ).
Die Spannungsumsetzungsvorrichtung ist oftmals konfiguriert, um eine relativ hohe Regenerativspannung zu erhöhen. Folglich ist es schwierig gewesen, eine relativ tiefe Regenerativspannung zu erhöhen.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung ist im Hinblick auf das Obige gemacht worden, wobei es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, eine Spannungsumsetzungsvorrichtung zu schaffen, die eine Regenerativspannung richtig erhöhen kann, selbst wenn die Regenerativspannung relativ tief ist.
Um die oben erwähnte Aufgabe zu lösen, enthält eine Spannungsumsetzungsvorrichtung gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung einen ersten Umsetzer, der eine Eingangsgleichspannung, die gleich einer oder höher als eine vorgegebene Bezugsspannung ist, zu einer ersten Gleichspannung erhöht, einen zweiten Umsetzer, der eine Eingangsgleichspannung, die tiefer als die Bezugsspannung ist, zu einer zweiten Gleichspannung erhöht, die tiefer als die erste Gleichspannung ist, und einen Controller, der zwischen dem ersten Umsetzer und dem zweiten Umsetzer umschaltet, wobei der erste Umsetzer die Eingangsspannung, die gleich der oder höher als die Bezugsspannung ist, effizienter zu der ersten Spannung erhöht, als der zweite Umsetzer die Eingangsspannung, die gleich der oder höher als die Bezugsspannung ist, zu der ersten Spannung erhöht, der zweite Umsetzer die Eingangsspannung, die tiefer als die Bezugsspannung ist, effizienter zu der zweiten Spannung erhöht, als der erste Umsetzer die Eingangsspannung, die tiefer als die Bezugsspannung ist, zu der zweiten Spannung erhöht, und der Controller verursacht, dass der erste Umsetzer die Eingangsspannung erhöht, wenn die Eingangsspannung gleich der oder höher als die Bezugsspannung ist, und der Controller verursacht, dass der zweite Umsetzer die Eingangsspannung erhöht, wenn die Eingangsspannung tiefer als die Bezugsspannung ist.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung kann die Spannungsumsetzungsvorrichtung ferner eine Leistungsspeichereinheit enthalten, die mehrere Batteriezellen enthält, wobei die Leistungsspeichereinheit die von dem ersten Umsetzer oder dem zweiten Umsetzer ausgegebene elektrische Leistung darin speichert, wobei, wenn ein erster Verbindungsmodus ein Zustand zum Bilden einer gesamten Batteriezellengruppe ist, in dem alle Batteriezellen in Reihe geschaltet sind, und ein zweiter Verbindungsmodus ein Zustand des Bildens mehrerer unterteilter Batteriezellengruppen ist, in dem ein Teil der Batteriezellen in Reihe geschaltet ist, wobei jede der unterteilten Batteriezellengruppen Batteriezellen enthalten kann, die sich voneinander unterscheiden, der Controller die Leistungsspeichereinheit mit dem ersten Verbindungsmodus laden kann, vorausgesetzt, dass der erste Umsetzer die Eingangsspannung zu der ersten Spannung erhöht, und die Leistungsspeichereinheit mit dem zweiten Verbindungsmodus laden kann, vorausgesetzt, dass der zweite Umsetzer die Eingangsspannung zu der zweiten Spannung erhöht.
Gemäß einem noch weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung kann die Spannungsumsetzungsvorrichtung ferner einen Spannungsdetektor enthalten, der eine Spannung der unterteilten Batteriezellengruppen detektiert, wobei der Controller die Spannung jeder der unterteilten Batteriezellengruppen unter Verwendung des Spannungsdetektors in dem zweiten Verbindungsmodus detektieren kann und die unterteilte Batteriezellengruppe, die eine relativ tiefe Spannung aufweist, laden kann.
Die obigen und anderen Aufgaben, Merkmale, Vorteile und die technische und industrielle Bedeutung dieser Erfindung werden durch das Lesen der folgenden ausführlichen Beschreibung der gegenwärtig bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung besser verstanden, wenn sie im Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen betrachtet wird.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist ein Blockschaltplan, der ein Konfigurationsbeispiel einer Spannungsumsetzungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform veranschaulicht; und
2 ist ein Ablaufplan, der ein Betriebsbeispiel der Spannungsumsetzungsvorrichtung gemäß der Ausführungsform veranschaulicht.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Im Folgenden wird eine Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung bezüglich der beigefügten Zeichnungen ausführlich beschrieben. Die vorliegende Erfindung sollte nicht als auf die Beschreibung in der folgenden Ausführungsform eingeschränkt ausgelegt werden. Überdies enthalten die im Folgenden beschriebenen Komponenten Komponenten, deren Kenntnis bei einem Fachmann auf dem Gebiet ohne Weiteres vorausgesetzt werden kann, und Komponenten, die im Wesentlichen die gleichen wie jene Komponenten sind. Weiterhin können die im Folgenden beschriebenen Komponenten miteinander kombiniert werden, wie es geeignet ist. Noch weiterhin können verschiedene Auslassungen, Ersetzungen oder Änderungen vorgenommen werden, ohne vom Erfindungsgedanken der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
Die Ausführungsform
Es wird eine Spannungsumsetzungsvorrichtung 1 gemäß einer Ausführungsform beschrieben. Die Spannungsumsetzungsvorrichtung 1 wird als eine Vorrichtung bezeichnet, die eine Eingangsgleichspannung in eine vorgegebene Spannung umsetzt. In der vorliegenden Ausführungsform ist die Spannungsumsetzungsvorrichtung 1 z. B. an einem Fahrzeug 2, wie z. B. einem Elektrofahrzeug (EV), einem Plug-in-Hybrid-Elektrofahrzeug (PHEV), einem Hybridelektrofahrzeug (HEV) und dergleichen, angebracht.
Das Fahrzeug 2 weist eine Funktion des Umsetzens der kinetischen Energie der Räder in Elektroenergie während der Verzögerung und das Sammeln der Energie (einer Rückgewinnungsbremse) auf. In dem Fahrzeug 2 wird z. B. eine elektromotorische Spannung (eine Regenerativspannung) erzeugt, wenn ein Fahrer auf ein Bremspedal tritt, das nicht veranschaulicht ist, die Drehkraft der Räder zu einem Generator 3 des Fahrzeugs 2 übertragen wird und der Generator 3 gedreht wird. Die Spannungsumsetzungsvorrichtung 1 lädt eine Speicherbatterie (eine Sekundärbatterie) 10 des Fahrzeugs 2 durch das Erhöhen der durch den Generator 3 erzeugten Regenerativspannung. Die Regenerativspannung ist höher, wenn das Fahrzeug 2 relativ schnell fährt und die kinetische Energie hoch ist. Die Regenerativspannung ist tiefer, wenn das Fahrzeug 2 relativ langsam fährt und die kinetische Energie gering ist. Es wird angegeben, dass der Generator 3 ein Antriebsmotor zum Antreiben des Rades sein kann, der außerdem die Funktion des Generators 3 aufweist, oder dass der Generator 3 zusätzlich zu dem Antriebsmotor vorgesehen sein kann. Im Folgenden wird die Spannungsumsetzungsvorrichtung 1 ausführlich beschrieben.
In 1 enthält die Spannungsumsetzungsvorrichtung 1 die Speicherbatterie 10 als eine Leistungsspeichereinheit, einen Spannungsdetektor 20, eine Schalteinheit 30, einen Analog-Digital-Umsetzer (A/D-Umsetzer) 40, einen Gleichstrom-Gleichstrom-Umsetzer (DC-DC-Umsetzer) 50A als einen ersten Umsetzer, einen DC-DC-Umsetzer 50B als einen zweiten Umsetzer und einen Controller 60.
Die Speicherbatterie 10 ist z. B. eine Antriebsbatterie, die an dem Fahrzeug 2 angebracht ist, und die die Räder des Fahrzeugs 2 dreht und antreibt. Die Speicherbatterie 10 ist z. B. eine Lithiumionenbatterie und speichert die elektrische Antriebsleistung. Die Speicherbatterie 10 speichert z. B. darin die von dem DC-DC-Umsetzer 50A oder dem DC-DC-Umsetzer 50B ausgegebene elektrische Leistung. Die Speicherbatterie 10 enthält mehrere Batteriezellen 11. In der Speicherbatterie 10 sind die Batteriezellen 11 elektrisch in Reihe geschaltet. Die Speicherbatterie 10 kann durch das Verbinden aller Batteriezellen 11 in Reihe geladen werden oder kann durch das Verbinden eines Teils der Batteriezellen 11 in Reihe geladen werden. In diesem Beispiel ist ein erster Verbindungsmodus ein Zustand des Bildens einer gesamten Batteriezellengruppe 12, in der alle Batteriezellen 11 in Reihe geschaltet sind. Überdies ist ein zweiter Verbindungsmodus ein Zustand des Bildens mehrerer unterteilter Batteriezellengruppen 13, in denen ein Teil der Batteriezellen 11 in Reihe geschaltet ist. In dem zweiten Verbindungsmodus enthält jede der unterteilten Batteriezellengruppen 13 Batteriezellen 11, die sich voneinander unterscheiden. In dem zweiten Verbindungsmodus der vorliegenden Ausführungsform ist die Speicherbatterie 10 in zwei aus einer unterteilten Batteriezellengruppe 13H auf einer Seite eines hohen Potentials und einer unterteilten Batteriezellengruppe 13L auf einer Seite eines tiefen Potentials unterteilt. Die Speicherbatterie 10 kann in eine größere Anzahl unterteilter Batteriezellengruppen 13 als die beiden unterteilten Batteriezellengruppen 13H und 13L unterteilt sein. In der vorliegenden Ausführungsform enthalten die Batteriezellen 11 Batterien, die die gleiche Kapazität und die gleiche elektromotorische Spannung aufweisen. Die unterteilte Batteriezellengruppe 13H und die unterteilte Batteriezellengruppe 13L weisen beide die gleiche Anzahl von Batteriezellen 11 auf. Eine Spannung V_H, bei der jede der Batteriezellen 11 der unterteilten Batteriezellengruppe 13H vollständig geladen ist, und eine Spannung V_L, bei der jede der Batteriezellen 11 der unterteilten Batteriezellengruppe 13L vollständig geladen ist, sind äquivalent. Die Speicherbatterie 10 wird in einem Zustand entladen, in dem alle Batteriezellen 11 in Reihe geschaltet sind.
Der Spannungsdetektor 20 detektiert die Spannung der Speicherbatterie 10. Der Spannungsdetektor 20 enthält einen ersten Spannungsdetektor 21, einen zweiten Spannungsdetektor 22 und einen dritten Spannungsdetektor 23. Der erste Spannungsdetektor 21 ist mit dem positiven und dem negativen Anschluss der gesamten Batteriezellengruppe 12 verbunden, detektiert die Spannung V_A der gesamten Batteriezellengruppe 12 und gibt ein Spannungsdetektionssignal über den A/D-Umsetzer 40 an den Controller 60 aus. Der zweite Spannungsdetektor 22 ist mit dem positiven und dem negativen Anschluss der unterteilten Batteriezellengruppe 13H verbunden, detektiert die Spannung V_H der unterteilten Batteriezellengruppe 13H und gibt ein Spannungsdetektionssignal über den A/D-Umsetzer 40 an den Controller 60 aus. Der dritte Spannungsdetektor 23 ist mit dem positiven und dem negativen Anschluss der unterteilten Batteriezellengruppe 13L verbunden, detektiert die Spannung V_L der unterteilten Batteriezellengruppe 13L und gibt ein Spannungsdetektionssignal über den A/D-Umsetzer 40 an den Controller 60 aus.
Die Schalteinheit 30 schaltet einen Weg um, durch den der elektrische Strom fließt. Die Schalteinheit 30 ist mit dem DC-DC-Umsetzer 50B und der Speicherbatterie 10 verbunden und schaltet den elektrischen Strom, der von dem DC-DC-Umsetzer 50B zu der Speicherbatterie 10 fließt, basierend auf einem Schaltsignal von dem Controller 60 um, das im Folgenden beschrieben wird. Die Schalteinheit 30 schaltet z. B. den elektrischen Strom, der von dem DC-DC-Umsetzer 50B ausgegeben wird, um, um ihm zu erlauben, zu der unterteilten Batteriezellengruppe 13H oder der unterteilten Batteriezellengruppe 13L der Speicherbatterie 10 zu fließen. Die Schalteinheit 30 enthält einen ersten Schalter 31 und einen zweiten Schalter 32. Der erste Schalter 31 enthält einen Anschluss 31a, der mit dem positiven Anschluss der unterteilten Batteriezellengruppe 13H verbunden ist, einen Anschluss 31b, der mit dem positiven Anschluss der unterteilten Batteriezellengruppe 13L verbunden ist, und einen Anschluss 31c, der mit dem negativen Anschluss des DC-DC-Umsetzers 502 verbunden ist. Der zweite Schalter 32 enthält einen Anschluss 32a, der mit dem negativen Anschluss der unterteilten Batteriezellengruppe 13H verbunden ist, einen Anschluss 32b, der mit dem negativen Anschluss der unterteilten Batteriezellengruppe 13L verbunden ist, und einen Anschluss 32c, der mit dem positiven Anschluss des DC-DC-Umsetzers 502 verbunden ist.
Die Schalteinheit 30 verbindet den Anschluss 32c auf der positiven Seite des DC-DC-Umsetzers 50B mit dem Anschluss 32a auf der negativen Seite der unterteilten Batteriezellengruppe 13H und verbindet außerdem den Anschluss 31a auf der positiven Seite der unterteilten Batteriezellengruppe 13H mit dem Anschluss 31c auf der negativen Seite des DC-DC-Umsetzers 50B basierend auf einem Schaltsignal. Folglich bildet die Schalteinheit 30 einen Weg, durch den der von dem DC-DC-Umsetzer 50B ausgegebene elektrische Strom zu der unterteilten Batteriezellengruppe 13H fließt. Überdies verbindet die Schalteinheit 30 den Anschluss 32c auf der positiven Seite des DC-DC-Umsetzers 50B mit dem Anschluss 32b auf der negativen Seite der unterteilten Batteriezellengruppe 13L und verbindet außerdem den Anschluss 31b auf der positiven Seite der unterteilten Batteriezellengruppe 13L mit dem Anschluss 31c auf der negativen Seite des DC-DC-Umsetzers 50B basierend auf einem Schaltsignal. Folglich bildet die Schalteinheit 30 einen Weg, durch den der von dem DC-DC-Umsetzer 50B ausgegebene elektrische Strom zu der unterteilten Batteriezellengruppe 13L fließt.
Der A/D-Umsetzer 40 setzt ein analoges Signal in ein digitales Signal um. Der A/D-Umsetzer 40 ist mit dem ersten Spannungsdetektor 21, dem zweiten Spannungsdetektor 22, dem dritten Spannungsdetektor 23 und dem Controller 60 verbunden. Der A/D-Umsetzer 40 setzt ein analoges Spannungsdetektionssignal, das von jedem der Spannungsdetektoren 21 bis 23 ausgegeben wird, in ein digitales Spannungsdetektionssignal um und gibt das digitale Spannungsdetektionssignal an den Controller 60 aus.
Der DC-DC-Umsetzer 50A ist ein Umsetzer, der eine Eingangsgleichspannung (die als eine Regenerativspannung bezeichnet wird) erhöht. Der DC-DC-Umsetzer 50A ist mit dem Generator 3 und der Speicherbatterie 10 verbunden und erhöht eine relativ hohe Regenerativ-Gleichspannung, die von dem Generator 3 ausgegeben wird, zu einer Konstantspannung. Der DC-DC-Umsetzer 50A erhöht z. B. eine Regenerativspannung, die gleich einer oder höher als eine vorgegebene Bezugsspannung ist, die vorher festgelegt worden ist (und die als eine hohe Regenerativspannung bezeichnet wird), zu einer ersten Gleichspannung. In diesem Beispiel ist die Bezugsspannung gemäß den Spezifikationen der DC-DC-Umsetzer 50A und 50B geeignet auf einen effizienten Wert gesetzt. Die Bezugsspannung ist z. B. eine Spannung, bei der der Umsetzungswirkungsgrad zwischen dem DC-DC-Umsetzer 50A und dem DC-DC-Umsetzer 50B umgekehrt wird. Die erste Spannung ist eine Spannung von etwa einigen hundert Volt, wobei sie z. B. etwa 300 V bis 400 V beträgt. Sie ist jedoch nicht darauf eingeschränkt. Die erste Spannung kann gemäß dem Typ des Fahrzeugs und dergleichen geeignet festgelegt sein. Der DC-DC-Umsetzer 50A erhöht eine vorgegebene hohe Regenerativspannung effizienter zu der ersten Spannung, als der DC-DC-Umsetzer 50B die vorgegebene hohe Regenerativspannung zu der ersten Spannung erhöht. Das heißt, wenn der DC-DC-Umsetzer 50A eine bestimmte hohe Regenerativspannung zu der ersten Spannung erhöht, ist das Verhältnis der Ausgangsleistung bezüglich der Regenerativleistung höher als das des DC-DC-Umsetzers 50B. Dies ist so, weil eine (nicht veranschaulichte) Spule, ein (nicht veranschaulichtes) elektronisches Element, wie z. B. ein Schaltelement, und dergleichen, die in dem DC-DC-Umsetzer 50A verwendet werden, um die hohe Regenerativspannung zu der ersten Spannung zu erhöhen, geeigneter als jene des DC-DC-Umsetzers 50B sind. Der elektrische Strom fließt durch die Spule, um die elektromotorische Kraft zu erzeugen. Das Schaltelement schaltet den elektrischen Strom, der durch die Spule fließt, ein und aus. Der DC-DC-Umsetzer 50A gibt die zu der ersten Spannung erhöhte elektrische Leistung zu der Speicherbatterie 10 (der gesamten Batteriezellengruppe 12) aus. Es wird angegeben, dass der DC-DC-Umsetzer 50A ein nicht isolierender Umsetzer oder ein isolierender Umsetzer sein kann.
Der DC-DC-Umsetzer 50B ist ein Umsetzer, der die Regenerativ-Gleichspannung erhöht. Der DC-DC-Umsetzer 50B ist mit dem Generator 3 und der Speicherbatterie 10 verbunden und erhöht eine relativ tiefe Regenerativ-Gleichspannung, die von dem Generator 3 ausgegeben wird, zu einer Konstantspannung. Der DC-DC-Umsetzer 50B erhöht z. B. eine Regenerativspannung, die tiefer als die Bezugsspannung ist (und die als eine tiefe Regenerativspannung bezeichnet wird), zu einer zweiten Gleichspannung, die tiefer als die erste Spannung ist. Die zweite Spannung beträgt z. B. etwa 150 V bis 200 V. Sie ist jedoch nicht darauf eingeschränkt. Die zweite Spannung ist gemäß der ersten Spannung und dergleichen geeignet festgelegt. Der DC-DC-Umsetzer 50B erhöht eine vorgegebene tiefe Regenerativspannung effizienter zu der zweiten Spannung als der DC-DC-Umsetzer 50A die vorgegebene tiefe Regenerativspannung zu der zweiten Spannung erhöht. Das heißt, wenn der DC-DC-Umsetzer 50B eine bestimmte tiefe Regenerativspannung zu der zweiten Spannung erhöht, ist das Verhältnis der Ausgangsleistung bezüglich der Regenerativleistung höher als das des DC-DC-Umsetzers 50A. Dies ist so, weil eine (nicht veranschaulichte) Spule, ein (nicht veranschaulichtes) elektronisches Element, wie z. B. ein Schaltelement, und dergleichen, die in dem DC-DC-Umsetzer 50B verwendet werden, um die tiefe Regenerativspannung zu der zweiten Spannung zu erhöhen, geeigneter als jene des DC-DC-Umsetzers 50A sind. Der elektrische Strom fließt durch die Spule, um die elektromotorische Kraft zu erzeugen. Das Schaltelement schaltet den durch die Spule fließenden elektrischen Strom ein und aus. Der DC-DC-Umsetzer 50B gibt die zu der zweiten Spannung erhöhte elektrische Leistung zu der Speicherbatterie 10 (der unterteilten Batteriezellengruppe 13) aus. In dieser Weise kann die vorliegende Ausführungsform die Regenerativspannung durch das Einbeziehen sowohl des DC-DC-Umsetzers 50A, der die hohe Regenerativspannung richtig erhöht, als auch des DC-DC-Umsetzers 50B, der die tiefe Regenerativspannung richtig erhöht, richtig erhöhen, selbst wenn die Regenerativspannung relativ hoch ist oder selbst wenn die Regenerativspannung relativ tief ist. Der DC-DC-Umsetzer 50B ist ein isolierender Umsetzer. Das dient dazu, um zu verhindern, dass die Seite des positiven Anschlusses der unterteilten Batteriezellengruppe 13L mit GND1 verbunden wird und die Seite des negativen Anschlusses der unterteilten Batteriezellengruppe 13L zur GND1 kurzgeschlossen wird.
Der Controller 60 steuert das Erhöhen der Spannung und das Speichern der Leistung in der Speicherbatterie 10. Der Controller 60 enthält eine elektronische Schaltung, die hauptsächlich aus bekannten Mikrocomputern ausgebildet ist, die eine Zentraleinheit (CPU), einen Festwertspeicher (ROM) oder einen Schreib-Lese-Speicher (RAM), der in einer Speichereinheit enthalten ist, und eine Schnittstelle enthalten. Der Controller 60 ist mit dem Generator 3 und den DC-DC-Umsetzern 50A und 50B verbunden und schaltet basierend auf einer von dem Generator 3 ausgegebenen Spannung (der Regenerativspannung) zwischen dem DC-DC-Umsetzer 50A und dem DC-DC-Umsetzer 50B um. Der Controller 60 vergleicht z. B. die von dem Generator 3 ausgegebene Spannung (die Regenerativspannung) mit der Bezugsspannung. Wenn die Regenerativspannung gleich der oder höher als die Bezugsspannung ist, führt der Controller 60 das Umschalten aus, so dass der DC-DC-Umsetzer 50A die Regenerativspannung erhöht. Wenn die Regenerativspannung z. B. gleich der oder höher als die Bezugsspannung ist, schaltet der Controller 60 den DC-DC-Umsetzer 50A ein, während er den DC-DC-Umsetzer 50B ausschaltet. Wenn überdies die Regenerativspannung tiefer als die Bezugsspannung ist, führt der Controller 60 das Umschalten aus, so dass der DC-DC-Umsetzer 50B die Regenerativspannung erhöht. Wenn z. B. die Regenerativspannung tiefer als die Bezugsspannung ist, schaltet der Controller 60 den DC-DC-Umsetzer 50A aus, während er den DC-DC-Umsetzer 50B einschaltet.
Der Controller 60 ist überdies mit dem A/D-Umsetzer 40 und der Schalteinheit 30 verbunden und steuert die Schalteinheit 30 basierend auf einem Spannungsdetektionssignal, das durch den A/D-Umsetzer 40 ausgegeben wird. Wenn z. B. die Spannung V_H der unterteilten Batteriezellengruppe 13H tiefer als die Spannung V_L der unterteilten Batteriezellengruppe 13L ist, gibt der Controller 60 ein Schaltsignal an die Schalteinheit 30 aus, so dass die Schalteinheit 30 umgeschaltet wird, um die unterteilte Batteriezellengruppe 13H zu laden. Wenn überdies die Spannung V_L der unterteilten Batteriezellengruppe 13L tiefer als die Spannung V_H der unterteilten Batteriezellengruppe 13H ist, gibt der Controller 60 ein Schaltsignal an die Schalteinheit 30 aus, so dass die Schalteinheit 30 umgeschaltet wird, um die unterteilte Batteriezellengruppe 13L zu laden. Wenn die Spannung V_H und die Spannung V_L der jeweiligen unterteilten Batteriezellengruppen 13H und 13L die Ladeschlussspannungen sind, stoppt der Controller 60 das Laden der unterteilten Batteriezellengruppen 13H und 13L. Wenn überdies die Spannung V_A der gesamten Batteriezellengruppe 12 die Ladeschlussspannung ist, stoppt der Controller 60 das Laden der gesamten Batteriezellengruppe 12. In 1 ist der erste Spannungsdetektor 21 mit GND1 verbunden, ist der Generator 3 mit GND1 verbunden, ist der DC-DC-Umsetzer 50A mit GND1 verbunden und ist der DC-DC-Umsetzer 50B mit GND1 und GND2 verbunden.
Als Nächstes wird ein Betriebsbeispiel der Spannungsumsetzungsvorrichtung 1 bezüglich 2 beschrieben. Der Controller 60 bestimmt, ob ein Regenerationsprozess stattfindet (Schritt S1). Der Controller 60 bestimmt z. B., dass der Regenerationsprozess stattfindet, wenn eine Regenerativspannung erzeugt wird, nachdem ein Fahrer auf ein Bremspedal tritt, die Drehkraft des Rades zu dem Generator 3 des Fahrzeugs 2 übertragen wird und der Generator 3 gedreht wird. Beim Bestimmen, dass der Regenerationsprozess stattfindet (ja im Schritt S1), bestimmt der Controller 60, ob die Regenerativspannung tief ist (Schritt S2). Der Controller 60 vergleicht z. B. die Bezugsspannung mit der Regenerativspannung. Wenn die Regenerativspannung tiefer als die Bezugsspannung ist (eine tiefe Regenerativspannung) (ja im Schritt S2), schaltet der Controller 60 den DC-DC-Umsetzer 50A aus (Schritt S3), während er den DC-DC-Umsetzer 50B einschaltet (Schritt S4). Als Nächstes, wenn der DC-DC-Umsetzer 50B die tiefe Regenerativspannung zu der zweiten Spannung erhöht, lädt der Controller 60 die Leistungsspeichereinheit 10 in dem zweiten Verbindungsmodus. Der Controller 60 vergleicht z. B. die Spannung V_H der unterteilten Batteriezellengruppe 13H mit der Spannung V_L der unterteilten Batteriezellengruppe 13L, wobei, wenn die Spannung V_L der unterteilten Batteriezellengruppe 13L tiefer als die Spannung V_H der unterteilten Batteriezellengruppe 13H ist (ja im Schritt S5), der Controller 60 die Schalteinheit 60 umschaltet, so dass die unterteilte Batteriezellengruppe 13L geladen wird (Schritt S6). Der Controller 60 verbindet z. B. den Anschluss 32c mit dem Anschluss 32b des zweiten Schalters 32 und verbindet außerdem den Anschluss 31b mit dem Anschluss 31c des ersten Schalters 31. Als Nächstes lädt der Controller 60 die unterteilte Batteriezellengruppe 13 mit einer vorgegebenen elektrischen Leistung (Schritt S7). Der Controller 60 lädt z. B. die unterteilte Batteriezellengruppe 13L mit einem vorgegebenen Betrag der elektrischen Leistung, die durch den DC-DC-Umsetzer 50B von der tiefen Regenerativspannung zu der zweiten Spannung erhöht wird, und beendet den Prozess. Durch das Laden der unterteilten Batteriezellengruppe 13L, die eine Spannung aufweist, die tiefer als die der unterteilten Batteriezellengruppe 13H ist, hält der Controller 60 das Gleichgewicht der Ladungsmengen inzwischen der unterteilten Batteriezellengruppe 13H und der unterteilten Batteriezellengruppe 13L. Folglich kann der Controller 60 die Batteriezellen 11 der Speicherbatterie 10 gleichmäßig laden, wobei die Funktionen der Speicherbatterie 10 vollständig angewendet werden können.
Wenn im oben beschriebenen Schritt S5 die Spannung V_H der unterteilten Batteriezellengruppe 13H tiefer als die Spannung V_L der unterteilten Batteriezellengruppe 13L ist (nein im Schritt S5), schaltet der Controller 60 die Schalteinheit 30 um, so dass die unterteilte Batteriezellengruppe 13H geladen wird (Schritt S8). Der Controller 60 verbindet z. B. den Anschluss 32c mit dem Anschluss 32a des zweiten Schalters 32 und verbindet außerdem den Anschluss 31a mit dem Anschluss 31c des ersten Schalters 31.
Wenn überdies im oben beschriebenen Schritt S2 die Regenerativspannung gleich der oder höher als die Bezugsspannung ist (eine hohe Regenerativspannung) (nein im Schritt S2), schaltet der Controller 60 den DC-DC-Umsetzer 50B aus (Schritt S9), während er den DC-DC-Umsetzer 50A einschaltet (Schritt S10). Wenn der DC-DC-Umsetzer 50A die hohe Regenerativspannung zu der ersten Spannung erhöht, lädt der Controller 60 als Nächstes die Leistungsspeichereinheit 10 mit einer vorgegebenen elektrischen Leistung im ersten Verbindungsmodus (Schritt S11). Der Controller 60 lädt z. B. die gesamte Batteriezellengruppe 12 mit der elektrischen Leistung, die durch den DC-DC-Umsetzer 50A von der hohen Regenerativspannung zu der ersten Spannung erhöht wird, und beendet den Prozess.
Wenn überdies im oben beschriebenen Schritt S1 der Controller 60 bestimmt, dass kein Regenerationsprozess stattfindet (nein im Schritt S1), führt der Controller 60 einen Leistungsfahrprozess des Antreibens des Fahrzeugs 2 aus (Schritt S12), wobei er den Prozess beendet.
Wie oben beschrieben worden ist, erhöht in der Leistungsumsetzungsvorrichtung 1 gemäß der Ausführungsform der DC-DC-Umsetzer 50A die Eingangsspannung, die gleich der oder höher als die Bezugsspannung ist, (eine hohe Regenerativspannung) effizienter zu der ersten Spannung, als der DC-DC-Umsetzer 50B die Eingangsspannung, die gleich der oder höher als die Bezugsspannung ist, (eine hohe Regenerativspannung) zu der ersten Spannung erhöht. Überdies erhöht der DC-DC-Umsetzer 50B die Eingangsspannung, die tiefer als die Bezugsspannung ist, (eine tiefe Regenerativspannung) effizienter zu der zweiten Spannung, als der DC-DC-Umsetzer 50A die Eingangsspannung, die tiefer als die Bezugsspannung ist, (eine tiefe Bezugsspannung) zu der zweiten Spannung erhöht. Wenn die Eingangsspannung gleich der oder höher als die Bezugsspannung ist, verursacht die Spannungsumsetzungsvorrichtung 1, dass der DC-DC-Umsetzer 50A die Eingangsspannung erhöht. Wenn die Eingangsspannung tiefer als die Bezugsspannung ist, verursacht die Spannungsumsetzungsvorrichtung 1, dass der DC-DC-Umsetzer 50B die Eingangsspannung erhöht. In dieser Weise kann die Spannungsumsetzungsvorrichtung 1 unter Verwendung des DC-DC-Umsetzers 50A, der die hohe Regenerativspannung effizient erhöhen kann, und des DC-DC-Umsetzers 50B, der die tiefe Regenerativspannung effizient erhöhen kann, die Regenerativspannung richtig erhöhen, selbst wenn die Regenerativspannung relativ hoch ist oder selbst wenn die Regenerativspannung relativ tief ist.
In der herkömmlichen Spannungsumsetzungsvorrichtung wird oft ein einziger DC-DC-Umsetzer verwendet, um eine relativ hohe Regenerativspannung zu erhöhen. Folglich ist es schwierig, eine relativ tiefe Regenerativspannung zu erhöhen. Überdies wird in der herkömmlichen Spannungsumsetzungsvorrichtung ein einziger DC-DC-Umsetzer verwendet, um einen umfassenden Bereich der Regenerativspannungen von der relativ hohen Regenerativspannung bis zu der relativ tiefen Regenerativspannung zu einer bestimmten Spannung zu erhöhen. Folglich hat es das Problem gegeben, dass das Erhöhungsverhältnis vergrößert ist und der Umsetzungswirkungsgrad verringert ist, wenn die Regenerativspannung relativ hoch ist. Einer der Gründe dafür ist, dass, wenn das Erhöhungsverhältnis vergrößert ist, z. B. die Spulengröße des DC-DC-Umsetzers vergrößert ist und der Widerstand der Spule (der Kupferverlust) außerdem vergrößert ist.
Wenn andererseits in der Spannungsumsetzungsvorrichtung 1 gemäß der Ausführungsform die Regenerativspannung relativ hoch ist, wird die Regenerativspannung unter Verwendung des DC-DC-Umsetzers 50A zu der ersten Spannung erhöht. Folglich kann z. B. die Spulengröße verringert werden, wobei es möglich ist, die hohe Regenerativspannung effizient zu erhöhen. Wenn die Regenerativspannung relativ tief ist, wird überdies in der Spannungsumsetzungsvorrichtung 1 die Regenerativspannung unter Verwendung des DC-DC-Umsetzers 50B zu der zweiten Spannung erhöht. Folglich kann das Erhöhungsverhältnis im Vergleich zu dem des herkömmlichen Beispiels verringert werden, wobei es möglich ist, die tiefe Regenerativspannung effizient zu erhöhen.
Wenn in der Spannungsumsetzungsvorrichtung 1 der DC-DC-Umsetzer 50A verwendet wird, um die Eingangsspannung zu der ersten Spannung zu erhöhen, wird überdies die Speicherbatterie 10 in dem ersten Verbindungsmodus geladen, während, wenn der DC-DC-Umsetzer 50B verwendet wird, um die Eingangsspannung zu der zweiten Spannung zu erhöhen, die Speicherbatterie 10 in dem zweiten Verbindungsmodus geladen wird. Wenn in der Spannungsumsetzungsvorrichtung 1 die Eingangsspannung zu der ersten Spannung erhöht wird, ist es folglich möglich, die gesamte Batteriezellengruppe 12, die eine der ersten Spannung entsprechende Spannung aufweist, zu laden. Wenn in der Spannungsumsetzungsvorrichtung 1 die Eingangsspannung zu der zweiten Spannung erhöht wird, ist es überdies möglich, die unterteilte Batteriezellengruppe 13, die eine der zweiten Spannung entsprechende Spannung aufweist, zu laden. Folglich kann die Spannungsumsetzungsvorrichtung 1 die Speicherbatterie 10 laden, selbst wenn die Eingangsspannung zu der zweiten Spannung, die tiefer als die erste Spannung ist, erhöht wird. Folglich ist es möglich, das Erhöhungsverhältnis zu verringern, wenn die Regenerativspannung relativ tief ist.
In der Spannungsumsetzungsvorrichtung 1 detektiert überdies der Spannungsdetektor 20 die Spannung jeder der unterteilten Batteriezellengruppen 13 in dem zweiten Verbindungsmodus, wobei er die unterteilte Batteriezellengruppe 13, die eine relativ tiefe Spannung aufweist, lädt. In dieser Weise kann die Spannungsumsetzungsvorrichtung 1 das Gleichgewicht der Ladungsmengen der unterteilten Batteriezellengruppen 13 halten. Folglich kann die Spannungsumsetzungsvorrichtung 1 die Batteriezellen 11 der Speicherbatterie 10 gleichmäßig laden und können die Funktionen der Speicherbatterie 10 vollständig angewendet werden.
Die Abwandlung
Die Spannungsumsetzungsvorrichtung 1 kann an irgendwelchen Orten außer dem Fahrzeug 2 angebracht sein. Die Spannungsumsetzungsvorrichtung 1 kann z. B. an einem elektrischen Zug, an einem Fahrstuhl und dergleichen angebracht sein und kann die durch den elektrischen Zug, den Fahrstuhl und dergleichen erzeugte Regenerativspannung erhöhen.
Obwohl in dem oben beschriebenen Beispiel beschrieben worden ist, dass die Batteriezellen 11 die Batterien enthalten, die die gleiche Kapazität und die gleiche elektromotorische Spannung aufweisen, sind sie nicht darauf eingeschränkt, wobei die Batterien unterschiedliche Kapazitäten und elektromotorische Spannungen aufweisen können.
Obwohl in dem oben beschriebenen Beispiel beschrieben worden ist, dass die Speicherbatterie 10 die Batteriezellen 11 enthält, kann die Speicherbatterie 10 andere Komponenten als die Batteriezellen 11 enthalten.
In der Spannungsumsetzungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform erhöht der erste Umsetzer die Eingangsspannung, die gleich der oder höher als die Bezugsspannung ist, effizienter zu der ersten Spannung, als der zweite Umsetzer die Eingangsspannung, die gleich der oder höher als die Bezugsspannung ist, zu der ersten Spannung erhöht, während der zweite Umsetzer die Eingangsspannung, die tiefer als die Bezugsspannung ist, effizienter zu der zweiten Spannung erhöht, als der erste Umsetzer die Eingangsspannung, die tiefer als die Bezugsspannung ist, zu der zweiten Spannung erhöht. Wenn die Eingangsspannung gleich der oder höher als die Bezugsspannung ist, verursacht die Spannungsumsetzungsvorrichtung, dass der erste Umsetzer die Eingangsspannung erhöht, während, wenn die Eingangsspannung tiefer als die Bezugsspannung ist, die Spannungsumsetzungsvorrichtung verursacht, dass der zweite Umsetzer die Eingangsspannung erhöht. Folglich kann die Spannungsumsetzungsvorrichtung die Regenerativspannung richtig erhöhen, selbst wenn die Regenerativspannung relativ tief ist.
Obwohl die Erfindung für eine vollständige und deutliche Offenbarung bezüglich spezifischer Ausführungsformen beschrieben worden ist, sind die beigefügten Ansprüche nicht dadurch eingeschränkt, sondern sie sind als alle Modifikationen und alternativen Konstruktionen, die einem Fachmann auf dem Gebiet einfallen können, verkörpernd auszulegen, die ganz in die hier dargelegten grundlegenden Lehren fallen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2016-164948 [0001]
JP 2011-30355 [0003]

Claims

Spannungsumsetzungsvorrichtung, die umfasst: einen ersten Umsetzer, der eine Eingangsgleichspannung, die gleich einer oder höher als eine vorgegebene Bezugsspannung ist, zu einer ersten Gleichspannung erhöht; einen zweiten Umsetzer, der eine Eingangsgleichspannung, die tiefer als die Bezugsspannung ist, zu einer zweiten Gleichspannung erhöht, die tiefer als die erste Gleichspannung ist; und einen Controller, der zwischen dem ersten Umsetzer und dem zweiten Umsetzer umschaltet, wobei der erste Umsetzer die Eingangsspannung, die gleich der oder höher als die Bezugsspannung ist, effizienter zu der ersten Spannung erhöht, als der zweite Umsetzer die Eingangsspannung, die gleich der oder höher als die Bezugsspannung ist, zu der ersten Spannung erhöht, der zweite Umsetzer die Eingangsspannung, die tiefer als die Bezugsspannung ist, effizienter zu der zweiten Spannung erhöht, als der erste Umsetzer die Eingangsspannung, die tiefer als die Bezugsspannung ist, zu der zweiten Spannung erhöht, der Controller verursacht, dass der erste Umsetzer die Eingangsspannung erhöht, wenn die Eingangsspannung gleich der oder höher als die Bezugsspannung ist, und der Controller verursacht, dass der zweite Umsetzer die Eingangsspannung erhöht, wenn die Eingangsspannung tiefer als die Bezugsspannung ist.
Spannungsumsetzungsvorrichtung nach Anspruch 1, die ferner umfasst: eine Leistungsspeichereinheit, die mehrere Batteriezellen enthält, wobei die Leistungsspeichereinheit die von dem ersten Umsetzer oder dem zweiten Umsetzer ausgegebene elektrische Leistung darin speichert, wobei wenn ein erster Verbindungsmodus ein Zustand zum Bilden einer gesamten Batteriezellengruppe ist, in dem alle Batteriezellen in Reihe geschaltet sind, und ein zweiter Verbindungsmodus ein Zustand des Bildens mehrerer unterteilter Batteriezellengruppen ist, in dem ein Teil der Batteriezellen in Reihe geschaltet ist, und jede der unterteilten Batteriezellengruppen Batteriezellen enthält, die sich voneinander unterscheiden, der Controller die Leistungsspeichereinheit in dem ersten Verbindungsmodus lädt, wenn der erste Umsetzer die Eingangsspannung zu der ersten Spannung erhöht, und die Leistungsspeichereinheit in dem zweiten Verbindungsmodus lädt, wenn der zweite Umsetzer die Eingangsspannung zu der zweiten Spannung erhöht.
Spannungsumsetzungsvorrichtung nach Anspruch 2, die ferner umfasst: einen Spannungsdetektor, der eine Spannung der unterteilten Batteriezellengruppen detektiert, wobei der Controller in dem zweiten Verbindungsmodus die Spannung jeder der unterteilten Batteriezellengruppen unter Verwendung des Spannungsdetektors detektiert und die unterteilte Batteriezellengruppe, die eine relativ tiefe Spannung aufweist, in dem zweiten Verbindungsmodus lädt.